Análise do escoamento monofásico de água em microcanais: desenvolvimento e caracterização de um trocador de calor para o resfriamento de sistemas eletrônicos
| Orientador(a) (dc.contributor.advisor) | Copetti, Jacqueline Biancon | |
| Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1) | Rocha, Luiz Alberto Oliveira | |
| Lattes Coorientador(a) (dc.contributor.advisor-co1Lattes) | http://lattes.cnpq.br/2535324018884724 | pt_BR |
| Lattes Orientador(a) (dc.contributor.advisorLattes) | http://lattes.cnpq.br/9219989574784501 | pt_BR |
| Autor(a) (dc.contributor.author) | Gomes, Bruna Evelin | |
| Autor(a) Lattes (dc.contributor.authorLattes) | http://lattes.cnpq.br/7243918788206373 | pt_BR |
| Data de Disponibilização (dc.date.accessioned) | 2020-08-21T11:50:25Z | |
| dc.date.available (dc.date.available) | 2020-08-21T11:50:25Z | |
| Data da defesa / Data do evento (dc.date.issued) | 2020-01-22 | |
| Abstract (dc.description.abstract) | There is an industrial interest in research and development of microchannel heat exchangers due to the need for heat dissipation in compact systems. Cooling electronics is an example of an application that requires high heat dissipation applied, enabling a safe operating temperature. For the design of a microchannel heat exchanger, look for a minimum pressure loss, or maximum heat transfer, and an adequate and uniform temperature distribution. The present study is aimed at the development of a microchannel heat exchanger for use in electronic systems. The Constructal Design Method concomitant with an optimization were used to find the best performing geometry design, the one that allows the least flow restrictions. Straight channel geometry and branch channel level Y-channel geometry were evaluated and compared by numerical simulation, considering the temperature distribution, heat transfer coefficient and pressure loss. The geometries were fabricated in 3D printing on a silver alloy and evaluated on an experimental bench. Microchannel heat exchangers are characterized with liquid water flow in a single-phase state. The data obtained are pressure, temperature, flow rate and heat flux. The flow was laminar with Reynolds from 163 to 628, with mass flux in the range of 355 to 1,388.5 kgm-2s-1 and heat flux of 14 to 19 Wcm-2 for rectangular geometry. For Y-channel geometry with a branch level, Reynolds was in the range of 196 to 752, mass flux of 533 to 2,073.5 kgm-2s-1 and a heat flux of 16.5 to 23.5 Wcm-2. The Y-channel geometry enabled greater heat transfer with a greater pressure difference compared to channel geometry straight. For channel geometry straight, the convective heat coefficient was 14.2 kWm-2K-1 and the pressure loss was 7.2 kPa. While the Y-channel geometry, the convective heat coefficient was 24.3 kWm-2K-1 and the pressure loss was 15.9 kPa. Thus, increased heat transfer in exchange for increased pressure loss. | en |
| Resumo (dc.description.resumo) | Há um interesse industrial na pesquisa e desenvolvimento em trocadores de calor de microcanais devido à necessidade de dissipação de calor em sistemas compactos. O resfriamento de componentes eletrônicos é um exemplo de aplicação que exige a dissipação do elevado calor gerado, garantindo uma temperatura de operação segura. Para o projeto de um trocador de calor de microcanais, busca-se a menor perda de pressão relacionada a máxima de transferência de calor e uma distribuição de temperatura adequada e uniforme. O presente estudo é dirigido para o desenvolvimento de um trocador de calor de microcanais para o uso em sistemas eletrônicos. O método de design construtal concomitante a uma busca exaustiva foram aplicados para encontrar o projeto de geometria com melhor desempenho, aquela que possibilita menores restrições ao escoamento. Para isso, uma geometria de canais retos e uma geometria de canais em Y com um nível de ramificação foram avaliadas e são comparadas através da simulação numérica, considerando velocidades, distribuição de temperatura, coeficiente de transferência de calor e perda de pressão, da mesma forma, que foram fabricadas, em impressão 3D, em uma liga de prata, e avaliadas em uma bancada experimental. Os trocadores de calor de microcanais são caracterizados com escoamento líquido de água, em estado monofásico. Os dados obtidos são de pressão, temperatura, vazão e potência. As características do escoamento são de escoamento laminar com Reynolds de 163 até 628, no intervalo de velocidade mássica de 355 até 1.388,5 kgm-2s-1 e fluxos de calor de 14 até 19 Wcm-2 para a geometria de canais retos. Para a geometria de canais em Y com um nível de ramificação, Reynolds ficou na faixa de 196 a 752, para a velocidades mássicas de 533 até 2.073,5 kgm-2s-1 e fluxo de calor de 16,5 a 23,5 Wcm-2. Na parte experimental foi possível estabelecer que a geometria de canais em Y possibilita uma maior transferência de calor com a maior diferença de pressão comparada à geometria de canais retos. Para a geometria de canais retos o coeficiente de calor convectivo foi de 14,2 kWm-2K-1 e a perda de pressão foi de 7,2 kPa, enquanto para a geometria de canais em Y o coeficiente de calor convectivo foi de 24,3 kWm-2K-1 e a perda de pressão foi de 15,9 kPa. Logo, o aumento de transferência de calor em troca do aumento da perda de pressão. | pt_BR |
| Agência de fomento (dc.description.sponsorship) | CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior | pt_BR |
| URI (dc.identifier.uri) | http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/9274 | |
| Idioma (dc.language) | pt_BR | pt_BR |
| Nome da instituição (dc.publisher) | Universidade do Vale do Rio dos Sinos | pt_BR |
| País da Instituição (dc.publisher.country) | Brasil | pt_BR |
| Departamento (dc.publisher.department) | Escola Politécnica | pt_BR |
| Sigla da Instituição (dc.publisher.initials) | Unisinos | pt_BR |
| Programa (dc.publisher.program) | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Direitos de acesso ao documento (dc.rights) | openAccess | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Trocador de calor de microcanais | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Escoamento monofásico líquido em microcanal | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Transferência de calor em micro canais | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Simulação numérica | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Análise experimental | pt_BR |
| Assunto (dc.subject) | Micro heat exchanger | en |
| Assunto (dc.subject) | Single-phase liquid flow in microchannel | en |
| Assunto (dc.subject) | Microchannel heat transfer | en |
| Assunto (dc.subject) | Numerical simulation | en |
| Assunto (dc.subject) | Experimental analysis | en |
| Tema (CNPq) (dc.subject.cnpq) | ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica | pt_BR |
| Título (dc.title) | Análise do escoamento monofásico de água em microcanais: desenvolvimento e caracterização de um trocador de calor para o resfriamento de sistemas eletrônicos | pt_BR |
| Tipo de arquivo (dc.type) | Dissertação | pt_BR |
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