Resumo

Devido as perspectivas de escassez das fontes de energia elétrica e ao rígido controle ambiental relativo à utilização de fluidos refrigerantes, novas tecnologias de refrigeração têm surgido com uma certa regularidade. Tais tecnologias, sem exceção, geram duas superfícies térmicas, uma quente e outra fria, ambas na máquina de superfície fria ao compartimento refrigerado e a superfície quente ao ambiente externo. Tais sistemas devem ser compactos, ter baixo consumo de energia, ter capacidade de refrigeração elevada além de operarem com uma pequena diferença de temperatura entre as partes trocando calor. Uma das propostas para o lado quente, consiste na utilização de circuitos de bombas capilares, também conhecidos por CPLs (Capillary Pumped Loops). Uma CPL é um sistema bifásico que usa a aplicação de calor e as forças geradas pela tensão superficial em um elemento poroso para bombear fluido refrigerante num circuito fechado, composto basicamente por um evaporador, um condensador e um reservatório de líquido. Ao invés de uma bomba mecânica, o diferencial de pressão necessário para a circulação do fluido é gerado no menisco que separa as fases líquida e vapor no elemento poroso, localizado no evaporador. Desde a sua introdução, as CPLs vêm sendo utilizadas predominantemente na área aeroespacial. A utilização de CPLs em sistemas de refrigeração, exige características operacionais particulares, como altas taxas de transferência de calor e pequenas diferenças de temperatura entre partes trocando calor, além da presença da gravidade. O objetivo maior deste trabalho é avaliar o desempenho de um circuito CPL aplicado como um sistema secundário de transferência de calor no lado quente de sistemas alternativos de refrigeração. Para tanto, as características físicas e operacionais de CPLs foram estudadas em detalhes a partir da ampla literatura existente sobre o assunto. Apesar de ampla, a literatura não contempla a demanda do setor de refrigeração. Para preencher esta lacuna, decidiu-se projetar e ensaiar um circuito CPL com foco no segmento de refrigeração, investigando os efeitos de fatores tais como: temperatura de condensação, desnível entre trocadores de calor, configuração do elemento poroso e fluido de trabalho. Das configurações testadas, a que mostrou melhor desempenho foi aquela onde a temperatura da superfície quente se manteve em 76ºC para um fluxo de calor de 4,8W/cm2. Tal valor de temperatura é excessivamente elevado, gerando coeficiente de performance baixo e exigindo portanto melhorias significativas no conceito de bomba capilar adotado de forma a viabilizar a operação proposta.

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