Estudo experimental e modelagem da intensificação da transferência de calor por ebulição nucleada através da texturização de surperfícies

Resumo

Processos de mudança de fase são de grande relevância em diversas aplicações da indústria e alta tecnologia. Sistemas de energia, por exemplo, apresentam forte relação com ebulição, condensação e formação de geada, o que se deve às altas taxas de transferência de calor associadas a esses processos. Dessa forma, a transferência de calor com mudança de fase tem sido largamente explorada no contexto de gerenciamento térmico, e resultou na redução significativa da potência elétrica consumida por servidores em centros de dados, mesmo com o aumento substancial de sua carga de trabalho, o que ressalta a importância estratégica da transferência de calor por ebulição na redução da emissão de gases estufa e na contenção do aquecimento global. Apesar dos vários esforços no avanço da compreensão e na intensificação da transferência de calor por ebulição, a maior parte dos trabalhos da literatura voltada à intensificação da ebulição se pauta em resultados empíricos sem discussões aprofundadas, enquanto o entendimento da interação entre propriedades da superfície aquecida e os fenômenos de ebulição ainda é um desafio e requer uma investigação mais detalhada. Neste contexto, o presente projeto de pesquisa propões um estudo teórico e experimental de aspectos fundamentais relacionados à ebulição nucleada, no qual a dinâmica de bolhas nucleando em sítios singulares e em múltiplos sítios, bem como suas interações serão investigadas com uma câmera de alta velocidade. A correlação entre a transferência de calor e as imagens em alta velocidade proporcionará a modelagem de diferentes fenômenos de ebulição e a proposição de superfícies estruturadas para otimizar a transferência de calor por ebulição. Tais superfícies serão fabricadas com técnicas de usinagem, e além de suas características relacionadas à transferência de calor, as seções de testes serão caracterizadas de acordo com os ângulos de contato estático e dinâmico, rugosidade, morfologia e geometria, a partir da utilização de um analisador de ângulo de contato e um microscópio confocal antes e após os experimentos com ebulição. Múltiplas técnicas ópticas também serão utilizadas para elucidar a contribuição relativa de diversos mecanismos de ebulição para a transferência de calor, auxiliando no processo de modelagem dos fenômenos identificados. Este projeto visa ainda a orientação de quatro alunos de mestrado matriculados no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica da UFSCar, e parte dos trabalhos desses alunos será desenvolvida junto ao Laboratório de Análises Térmicas, Microfluídica e Células combustível, sob supervisão do Dr. Satish Kandlikar. (AU)