p Os tubos de calor são dispositivos para evitar o superaquecimento de equipamentos críticos. Eles transferem calor de um ponto a outro por meio de um processo de evaporação-condensação e são usados ​​em tudo, desde telefones celulares e laptops a aparelhos de ar condicionado e naves espaciais. p Normalmente, os tubos de calor contêm mechas de metal poroso que retornam o líquido para a extremidade aquecida do tubo, onde se evapora. Mas os engenheiros estão trabalhando para desenvolver tubos de calor sem mecha que sejam mais leves e confiáveis. Pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute iniciaram o projeto Constrained Vapor Bubble (CVB) para estudar esses tubos de calor sem pavio para uso em ambientes de gravidade quase zero para aplicações aeroespaciais.

p "As estruturas de pavio podem ser difíceis de manter limpas ou intactas por longos períodos de tempo. O problema é especialmente agudo para aplicações, como a missão Journey to Mars da NASA, que valorizam a confiabilidade e a manutenção mínima, "disse o Professor Joel Plawsky, que chefia o Departamento de Engenharia Química e Biológica da Isermann em Rensselaer.

p Trabalhando com uma equipe de engenharia da NASA, os pesquisadores estão conduzindo experimentos CVB na Estação Espacial Internacional. Plawsky e o pesquisador de pós-doutorado Thao Nguyen escreveram recentemente um artigo sobre o projeto CVB em Física Hoje , publicado pelo American Institute of Physics.

p "O projeto CVB é projetado para registrar, pela primeira vez, a distribuição completa de vapor e líquido em um tubo de calor operando em microgravidade. Os resultados podem levar ao desenvolvimento de sistemas de refrigeração mais eficientes em microeletrônica na Terra e no espaço, "Plawsky disse.

p Uma tecnologia familiar em um ambiente desconhecido

p Um tubo de calor é parcialmente preenchido com um fluido de trabalho, como água, e então selado. Na fonte de calor, ou evaporador, o líquido absorve calor e vaporiza. O vapor viaja ao longo do tubo de calor para o condensador, re-liquefaz e libera seu calor latente, eventualmente retornando ao evaporador, sem quaisquer peças móveis.

p No experimento CVB, A equipe de Plawsky criou um tubo de calor em miniatura, usando pentano (um líquido orgânico) em uma cubeta de vidro com cantos quadrados. Um aquecedor de resistência elétrica foi conectado à extremidade do evaporador. Na outra ponta, um conjunto de resfriadores termoelétricos mantinha a temperatura do condensador fixa. O tubo transparente permitiu aos pesquisadores estudar a dinâmica dos fluidos em detalhes, e os cantos agudos da cubeta substituíram a função do pavio.

p Duas forças principais afetam o desempenho de um tubo de calor:as forças capilares e de Marangoni. A força capilar é o que leva o líquido de volta ao evaporador. Essa é a mesma força que faz com que o líquido suba por um canudo. A força de Marangoni surge de uma mudança na tensão superficial do fluido com a temperatura. Essa força se opõe à força capilar e conduz o líquido do evaporador para o condensador.

p Um ato de equilíbrio

p Quando a quantidade de líquido evaporando é maior do que o que pode ser bombeado de volta pela força capilar, a extremidade do evaporador do tubo de calor começa a secar. Este "limite capilar" é a limitação de desempenho mais comum de um tubo de calor.

p Os pesquisadores esperavam que a mesma coisa acontecesse no experimento CVB. Mas, em vez de, o evaporador inundou com o líquido. Isso porque o Marangoni e as forças capilares não estavam mais lutando contra a gravidade. Como resultado, a força Marangoni superou a força capilar, causando condensação na extremidade do evaporador. Contudo, o efeito líquido foi o mesmo como se o tubo de calor tivesse secado.

p "À medida que a região inundada cresceu, o tubo fez um trabalho pior na evaporação do líquido, assim como aconteceria se o aquecedor estivesse secando, "Plawsky disse.

p Os pesquisadores combateram esse problema na próxima etapa do projeto CVB, adicionando uma pequena quantidade de isohexano ao pentano. O isohexano ferve a uma temperatura mais elevada e tem uma tensão superficial mais elevada. Esta mudança na tensão superficial cancela a força de Marangoni impulsionada pela temperatura, restaurando o desempenho do tubo de calor.

p "A Escola de Engenharia de Rensselaer e a NASA têm colaborações de longa data e produtivas em uma série de projetos de pesquisa importantes, "disse o Reitor de Engenharia Shekhar Garde." Dr. A pesquisa do heat-pipe de Plawsky é um grande exemplo de nosso trabalho com a NASA para ajudar a traduzir a compreensão fundamental dos líquidos em aplicações do mundo real aqui na Terra e no espaço. "