Caracterização experimental do desempenho térmico e hidrodinâmico de dissipadores de calor microaletados durante a ebulição convectiva

Resumo

A crescente demanda por dispositivos de alta capacidade de remoção de calor com dimensões cada vez menores vem exigindo da comunidade cientifica soluções como a utilização de dissipadores de calor baseados em microcanais. Estes pareciam ser uma solução eficiente, uma vez que reduziam a quantidade de material e fluido refrigerante utilizado, bem como poderiam ser fabricado nas dimensões de chips. Combinando a geometria dos microcanais com ebulição saturada do fluido refrigerante, foi possível atingir fluxos de calor dissipados da ordem de 10 MW/m². Porém, a utilização de microcanais retangulares em ebulição convectiva logo encontrou algumas dificuldades técnicas, como o escoamento reverso do fluido e instabilidades térmicas no trocador de calor. Assim, novas configurações de microcanais vêm sendo pesquisadas, entre elas a utilização de microcanais segmentados ou microaletados. Trocadores de calor microaletados tem alta eficiência de troca térmica devido ao aumento da área efetiva de contato com o fluido refrigerante, mantendo as vantagens de aplicação dos microcanais, porém reduzindo o efeito das instabilidades. O presente projeto tem como objetivo avaliar experimentalmente e analiticamente o desempenho de um dissipador de calor microaletado, em ebulição convectiva do fluido HFE-7100 (fluido refrigerante com baixo potencial de degradação da camada de ozônio e baixo potencial de aquecimento global). Na parte experimental, o dissipador possuirá seção quadrada de 10 mm, com micropilares quadrados de 300 ¼m de largura, 250 ¼m de espaçamento entre as microaletas e alturas de 150 ou 200 ¼m, fabricado por meio de microfresamento de uma peça de cobre eletro-lítico. Serão testados dois arranjos de microaletas: um com entrada ortogonal ao sentido do escoamento do fluido e, outro, com entrada formando um ângulo de 45° ao sentido do escoamento. Dados experimentais para o coeficiente de transferência de calor e queda de pressão serão obtidos em condições de escoamento bifásico saturado, variando-se o fluxo de calor aplicado e a velocidade mássica. Os dados experimentais obtidos, juntamente com dados de outros autores, serão utilizados para fazer um estudo analítico sobre métodos de predição presentes na literatura, a fim de verificar a confiabilidade desses na predição do coeficiente de transferência de calor (CTC) e da queda de pressão para dissipadores de calor microaletados. (AU)