Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-18T04:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2016 / O avanço tecnológico da microeletrônica permitiu o aumento da capacidade de transporte de informações dos microprocessadores e a redução do seu tamanho, tornando os computadores mais rápidos e menores. Porém, esses avanços apresentam consequências como uma maior taxa de produção de calor por efeito Joule, elevando a temperatura de operação desses componentes. Para garantir as condições de operação, são empregados dispositivos com capacidade de transferir grandes taxas de calor. Dentre estes dispositivos, se encontram os tubos de calor em circuito ou LHP?s (Loop Heat Pipes). No segmento aeronáutico, devido ao crescente uso de equipamentos eletrônicos, as tecnologias de tubos de calor, mais especificamente de LHPs, têm sido cada vez mais utilizadas, pois são passivas, podem funcionar sem o auxílio da gravidade e transportam o calor a média e longa distância. As estruturas capilares que compõem estes dispositivos são fabricadas basicamente de materiais porosos metálicos, poliméricos ou cerâmicos. Para materiais metálicos sinterizados, diversos arranjos de materiais e estruturas têm sido testados, visando aumentar a capacidade de troca térmica do dispositivo. A grande dificuldade no emprego de materiais metálicos como o cobre é a possibilidade de se formar vapor no interior do meio poroso, bloqueando o fluxo de fluido de trabalho pelo dispositivo, causado pela elevada condutividade térmica do elemento poroso. Associada ao uso de materiais porosos sinterizados de cobre, é usada água como fluido de trabalho, por sua compatibilidade química e pelo maior número de mérito dentre os fluidos de trabalho mãos comuns. Porém, a água apresenta uma variação muito baixa da pressão de saturação com relação à temperatura, de forma que deve-se projetar evaporadores com pequenas perdas de carga e mínima transferência de calor parasita para a câmara de compensação. Se uma quantidade considerável de vapor é produzida na câmara de compensação, este permanece confinado, bloqueando total ou parcialmente o fluxo de fluido de trabalho, impedindo o fluxo de vapor no canal do evaporador e o retorno do condensado para a região de bombeamento capilar e, consequentemente, aumentando a resistência térmica total do dispositivo. Nesse trabalho foi realizada uma análise teórica e experimental da transferência de calor e massa em meios porosos sinterizados, considerando-se mudança de fase do fluido de trabalho no evaporador de tubos de calor em circuito. Modelos matemáticos para as propriedades termofísicas dos meios sinterizados de cobre, empregados no evaporador de um LHP, foram propostos e comparados com dados experimentais. Nesta análise, foram estudados os parâmetros geométricos críticos para o projeto de um evaporador para um tubo de calor em circuito, considerando-se como parâmetro de entrada as características geométricas do material particulado utilizado na fabricação da estrutura capilar do meio poroso sinterizado do tubo de calor em circuito, assim como a temperatura de operação e a massa de fluido de trabalho.<br> / Abstract : Technology advances in microelectronic systems lead to the development of high speed processing, with microprocessors of smaller sizes, which are ever lighter and faster. Conversely, these advances lead to the increase of the heat flux dissipation requirements. In this context, highly conductive heat transfer devices, able to remove the generated heat from electronic components, are required. Among these devices, heat pipes and loop heat pipes (LHP) are increasingly considered for the thermal management of electronic components. In aeronautics, where the use of electronic components has increased in the last decade, the heat pipes and loop heat pipes (LHP) are progressively being considered for thermal control due to the capacity to transfer large amount of heat, through short to considerable long distances, without the use of mechanical pumps or refrigeration systems. The wick structures that constitute these devices are basically made from metal, polymer or ceramic sintered porous media. Several arrangements have been tested for metal sintered porous media, in order to increase the heat transfer capacity of the LHP. The main concern of using copper is the possibility of blockage of the working fluid flow within the LHP, due to the presence of vapor inside the wick. Actually, due to the high thermal conductivity of porous media, vapor can be formed inside the wick, remaining confined, which can block fully or partially the working fluid passage along the evaporator. Associated with copper sintered porous media, water is selected as the working fluid due to its chemical compatibility with the copper and due to its large figure of merit in comparison to other working fluids. However, water presents a low variation of the saturation pressure as a function of temperature. This characteristic requires the design of evaporators with minimum pressure drop and minimum parasitic heat flows (heat leak) to the compensation chamber. Actually, an undesired heat leak to the evaporator compensation chamber may produce vapor, which may remain confined, fully or partially blocking the working fluid flow, and, consequently, increasing the total thermal resistance of the device. In this work, theoretical and experimental heat and mass transfer analyses of a copper sintered porous media, considering working fluid phase change, in a LHP evaporator, is developed. Mathematical models for the thermophysical properties of the copper sintered porous media were proposed and compared with experimental data. Analyses were performed on critical geometry parameters to LHP design, which includes the geometry characteristics of the powder used in the sintered porous media fabrication, as well as the operating temperature and the working fluid mass.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/177585 |
| Date | January 2016 |
| Creators | Flórez Mera, Juan Pablo |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Mantelli, Márcia Barbosa Henriques, Milanese, Fernando Henrique |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | 232 p.| il., gráfs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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