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MICRO TUBO DE CALOR CIRCULAR

K. V. Paiva (1), M. Mantelli (1)

(1) Departamento de Engenharia Mecânica,UFSC, Universidade Federal de Santa Catarina, Campus Universitario-Trindade, Caixa Postal 476, Florianópolis SC, CEP 880040-900.

Palavras-chave: Micro tubo de calor, Evaporador, Condensador, Fluido de trabalho.

Resumo

O problema de dissipação de calor em circuitos eletrônicos tem aumentado constantemente, isto não apenas pelo fato destes componentes ficarem cada dia mais potentes, mas também pela sua considerável diminuição de tamanho. Com isso o emprego das tradicionais aletas de refrigeração e collers estão se tornando inviáveis para aparelhos como notebooks e celulares.

O emprego de micro tubos de calor pode ser uma alternativa eficiente para sanar este problema. Seu principio de construção e funcionamento se assemelha ao dos tubos de calor convencionais, onde um tubo com uma estrutura metálica (tela) junto da sua parede é evacuado, e uma pequena quantidade de fluido de trabalho é inserida no seu interior, sendo logo depois selado. Uma certa quantidade de calor aplicada em uma de suas extremidades, o evaporador, faz com que o fluido localizado ali se vaporize, e transfira o calor imediatamente à extremidade mais fria do tubo, o condensador. Neste local, calor latente de vaporização é liberado com a condensação do vapor, que se torna liquido outra vez. O liquido é então levado de volta ao evaporador pela ação capilar da tela, fechando assim um ciclo.

O micro tubo de calor utilizado neste projeto é de cobre com 5mm de diâmetro externo e 100mm de comprimento. No seu interior foi posto uma tela de bronze com Mesh 250, que será responsável pela ação capilar do tubo. Pequenos círculos de cobre serão usados como tampões nas suas extremidades, sendo eles soldados com estanho. Em um destes tampões é feito um pequeno furo, onde será soldado um fino tubo capilar de cobre, que será usado para carregar o tubo com fluido de trabalho.

O evaporador, bem como o condensador, correspondem a 10% do comprimento do tubo, cada um. As condições de trabalho do tubo foram previamente impostas, sendo 2W a potência fornecida ao evaporador e 5°C a temperatura do condensador. No caso do evaporador, foi fixada uma resistência ligada a uma fonte e no condensador uma camisa d´agua ligada a um banho térmico com temperatura controlada à um nível de 0,01°C (criostato),como se pode ver na Figura 1

O processo de evacuação foi feito em uma bomba de vácuo, que esta ligada ao micro tubo por meio de um tubo de plástico conectado ao capilar de entrada. Depois de evacuado o micro tubo é carregado com água destilada através de uma pequena seringa. Este processo é muito delicado pois qualquer descuido provocará a perda de vácuo. A quantidade de fluido de trabalho inserida dentro do micro tubo de calor foi o volume da tela mais 30% deste volume.

As leituras das temperaturas são feitas por de meio de 15 termopares que estão distribuídos linearmente pelo tubo. A aquisição de dados é feita por um HP Data Aquision System, sendo que o intervalo entre as aquisições é de 10 segundos. O tempo de duração do experimento é de 45 a 50 minutos.


Os resultados dos testes dos micro tubos de calor foram comparados com o desempenho dos tubo sem fluido de trabalho.Como podemos observar pelo gráfico da Figura 2, o micro tubo de calor carregado, apesar de conduzir mais calor do que o micro tubo vazio ainda apresenta um desempenho abaixo do esperado.


Estes resultados podem ser explicados através de diversas hipóteses, todas em analise: a potência fornecida ao tubo poder ser extremamente baixa; a quantidade de água(fluido de trabalho) não é a adequada para o funcionamento ótimo do tubo; o tamanho do evaporador e do condensador estão muito pequenos em relação ao tamanho do micro tubo,etc.


Agradecimentos: CNPQ, Labsolar/NCTS.

Referências:

[1] Peterson, G.P. 1994 "An Introduction to heat pipes. Modeling, Testing and Applications" Wiley Interscience, New York - USA.

[2] Faghri, A. 1995 "Heat Pipe Science and Technology " Taylor & Francis, Washington D.C. - USA.

[3] Incropera, F. P. & DeWitt, D. P. 1998 "Fundamentos de trasferencia de calor e de massa" Wiley Interscience, New York - USA.