Microsoft PowerPoint - 0930 nano workshop-2006 OK1
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Avaliação do Desempenho de Sistemas de Controle Térmico
Passivos Utilizando Nanofluidos
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE/DMC/Satelite
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Agradecimentos
Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado de São Paulo (FAPESP)
processos 03/08365-6 e 03/11477-0.
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Agenda
Desenvolvimento da Tecnologia de Tubos de Calor Circuitados (Loop Heat Pipes-LHPs) e Tubos de Calor; Importância da Tecnologia de LHPs Para Satélites; Aplicação de Nanofluidos em:
LHPs miniatura Tubo de Calor Pulsativo (PHP)
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Desenvolvimento de LHPs
Objetivos: Estabelecer um programa de desenvolvimento de LHPs e tubos de calor para futuras aplicações em satélites Definir todos os processos tecnológicos
Processos de manufatura Investigação em materiais porosos e fluidos de trabalho
Criar um programa de desenvolvimento focado nas necessidades atuais e futuras Certificar e qualificar LHPs e tubos de calor
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Importância em LHPs
Crescente necessidade de dissipação de calor Focado na próxima etapa de desenvolvimento de satélites após o CBERS (China-Brazil Earth Resources Satellite):
Satélites Geo-Estacionários: Telecomunicações Meteorológicos e de observação
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Modo de Operação LHP
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História dos LHPs TCD-LHP
Desempenho confiável Transporte de até 80 W com temperaturas da fonte quente por volta de 100°C – com acetona Câmara de compensação desacoplada do evaporador Estrutura porosa primária com ranhuras axiais
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História dos LHPs – Cont. TCD-LHP2
Desempenho confiável Transporte de até 80 W com temperaturas da fonte quente por volta de 110°C – com acetona Câmara de compensação é parte integral do evaporador capilar – integração mais fácil Estrutura porosa primária com ranhuras axiais
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História dos LHPs– Cont. TCD-LHP3:
Desempenho confiável Transporte de mais de 120 W com temperaturas da fonte quente por volta de 85°C – com acetona Câmara de compensação é parte integral do evaporador capilar Presença de 2.500 a 2.800 micro-ranhuras por metro Ranhuras circunferenciais no elemento poroso primário Redução da temperatura da fonte quente em até 50%
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LHPs Test Bed
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Exemplos de Resultados
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Aplicações de Nanofluidos Área recente de pesquisa Nanofluidos: substância pura com adição de nanopartículas sólidas:
Normalmente misturadas a uma fração de até 5% da massa total do fluido Diâmetros abaixo de 100 nm
Influência nas propriedades de transporte: Pode aumentar a condutividade térmica em até 20% Melhora a capacidade de transporte de calor (já provado em aplicações com escoamento monofásico-líquido)
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Aplicações de Nanofluidos Deve ser uma mistura homogênea Partículas sólidas não podem apresentar sedimentação Nanofluido deve ser quimicamente compatível Características de molhabilidade no elemento poroso deves ser observadas Quais os efeitos nas outras propriedades de transporte importantes para LHPs?
Viscosidade do líquido Densidade do líquido
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Aplicações de Nanofluidos ( ) ( ) l
Densidade
Viscosidade
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Aplicações de Nanofluidos Uso de Nanopartículas de Níquel – 40 nm
Aumenta condutividade térmica em 10% para f=3,5% e 16,5% para f=5%
Aumenta a densidade do líquido para 3,2% e 4,7%
Aumenta a viscosidade do líquido para 9,3% e 13,7%
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Testes com Nanofluidos em LHP
Água de-ionizada e óxido de níquel selecionados como combinação para nanofluido
Devido às características do LHP
Necessário agitar o nanofluido entre 20 a 24 horas em banho ultra-sônico
Necessário para formas uma nano-camada entre as partículas e o líquido (Yu & Choi, 2003) para favorecer o processo de transferência de calor
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Testes com Nanofluido em LHP
Testes feitos num LHP miniatura
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Testes com Nanofluido em LHP
Nanofluido de níquel com concentração de 3,5% Partidas mais longas com o nanofluido
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Resultados e Discussão Temperaturas mais altas do evaporador são obtidas quando o LHP opera com o nanofluido Partidas mais longas são observadas durante os testes com o nanofluido Nanopartículas sólidas estão atuando contra as forças capilares
Restrições adicionais causadas pelas nanopartículas sólidas Influência direta no desempenho do LHP
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Efeitos no Coeficiente de Transferência de calor
Quando mais líquido está presente no LHP, maior é o coeficiente de transferência de calor
Quando mais vapor está presente, o coeficiente de transferência de calor é ainda menor do que quando o LHP opera com água somente
Banho a 5 °C Banho a 10 °C
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Nanofluido Aplicado em PHP Quantidade de fluido de trabalho no PHP não muda com a potência Presença de nanopartículas sólidas podem melhorar o desempenho térmico do PHP Avaliação do desempenho do PHP deve indicar a melhoria Testes realizados com água de-ionizada e seu referente nanofluido (concentração de 5% em massa)
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Nanofluido Aplicado a PHP Água de-ionizada e óxido de cobre selecionado como combinação de nanofluido
Devido às características do PHP
Necessário agitar o nanofluido por apenas 1,5 horas em banho ultra-sônico
Necessário para formar a nanocamada entre as partículas e o líquido (Yu & Choi, 2003)
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Nanofluido Aplicado a PHP
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Nanofluido Aplicado a PHP
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Nanofluido Aplicado a PHP
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