Fabricação e Caracterização de Evaporadores Capilares Cerâmicos

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1 Fabricação e Caracterização de Evaporadores Capilares Cerâmicos
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: 80%wt alumina e 20%wt mulita; 50%wt alumina e 50%wt mulita; 20%wt alumina e 80%wt mulita. Tabela 1: Propriedades fluido-dinâmicas determinadas Composição Porosidade (%) Raio crítico k1 (m²) k2 (m) 80%wt Alumina e 20%wt Mulita 41,2 13μm ± 0,5μm 1,04×10-12 1,87×10-6 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 Adicionalmente foram empregados aditívos químicos, e.g defloculante, plastificante e modificador de pH. O o fluxograma de processo está apresentado abaixo. Considerações Finais: As estruturas porosas cerâmicas foram fabricadas com diferentes composições químicas, por colagem por barbotina, secas, pré-sinterizadas 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. Figura 2 - Diagrama do procedimento utilizado para obtenção das amostrar cerâmicas.