Laboratório de Combustão e
Engenharia de Sistemas Térmicos
Fabricação e Caracterização de Evaporadores Capilares
Cerâmicos
Guilherme Wagner, Lucas F. Berti, Edson Bazzo
Evaporadores capilares cerâmicos representam um avanço na
tecnologia mundial para a dissipação de calor e controle de temperatura
de operação de componentes eletrônicos, com potencial de aplicação
em ambiente de microgravidade. O objetivo do trabalho é o estudo da
variação das propriedades fluidodinâmicas ante a variação da
composição química de estruturas porosas cerâmicas utilizadas nestes
dispositivos. Para isso, foram fabricadas diversas estruturas porosas
variando a fração mássica de alumina/mulita. As amostras foram
avaliadas quanto à porosidade, tamanho de poros e permeabilidade.
O tratamento térmico das amostras foi realizado em duas etapas, uma
de pré-sinterização e outra de sinterização. A pré-sinterização utiliza taxa
de 1,5°C/min até 700°C e 5°C/min até 1200°C. A sinterização utiliza taxa
de 7°C/min até 900°C e 3°C/min até 1450°C
A porosidade foi medida através do princípio de Arquimedes. A
determinação de pressão capilar e cálculo de diâmetro crítico foram
realizados através do ensaio de extrusão capilar e através da equação de
Young-Laplace. As constantes de permeabilidade foram determinadas
através das equações de Ergun, adaptadas para diâmetro de poro (Eqs 1
e 2).
Eq. 1
Eq. 2
Figura 1 - Esquema de um sistema bifásico de
transferência de calor
Resultados
Materiais e Métodos
Para a confecção dos corpos de prova porosos foram utilizados mulita
e alumina com tamanhos de partículas similares, o agente fugitivo foi
utilizado carbono ativado. A composição das amostras foi variada entre
as seguintes proporções:
I. 80%wt alumina e 20%wt mulita;
II.50%wt alumina e 50%wt mulita;
III.20%wt alumina e 80%wt mulita.
Tabela 1: Propriedades fluido-dinâmicas
determinadas
Adicionalmente foram empregados aditívos químicos, e.g
defloculante, plastificante e modificador de pH. O o fluxograma de
processo está apresentado abaixo.
Composição
Porosidade (%)
80%wt Alumina e
20%wt Mulita
41,2
50%wt Alumina e
50%wt Mulita
55,4
20μm ± 3μm
3,32×10-12
5,26×10-6
20%wt Alumina e
80%wt Mulita
51,4
28μm ± 5μm
6,04×10-12
6,34×10-6
Raio crítico
k1 (m²)
13μm ± 0,5μm 1,04×10-12
k2 (m)
1,87×10-6
Considerações Finais:
•
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Figura 2 - Diagrama do procedimento utilizado para obtenção das amostrar cerâmicas.
As estruturas porosas cerâmicas foram fabricadas com diferentes
composições químicas, por colagem por barbotina, secas, présinterizadas e sinterizadas com sucesso.
As amostras apresentaram valores de permeabilidade e diâmetro
crítico desejáveis para a aplicação.
A conformação de amostras com diferentes propriedades físicas e
morfológicas permitiram maior conhecimento sobre a influência dos
teores de alumina e mulita nas propriedades do corpo cerâmico.
Novas técnicas estão sendo estudas visando sua aplicação para
produção de estruturas cerâmicas porosas, e.g. sinterização reativa e
espumação direta com emulsificação de alcanos.
Com a finalização dos trabalhos, espera-se utilizar o elemento
cerâmico como evaporador capilar no modelo de vôo para embarque
e testes na ISS.