Tubos de calor miniaturizados para gerenciamento térmico de eletrônicos, a bordo de satélites e espaçonaves

Abstract

O desenvolvimento de dispositivos eletrônicos cada vez menores e mais potentes, especialmente em aplicações aeroespaciais, aumenta a necessidade de soluções eficientes para o gerenciamento térmico. Nesse contexto, os tubos de calor em circuito (LHPs) apresentam-se como uma alternativa passiva para a transferência de calor, utilizando a mudança de fase de um fluido de trabalho. Este projeto teve como objetivo investigar o desempenho térmico de um LHP plano miniaturizado fabricado em aço inoxidável por meio da técnica de união por difusão. O dispositivo, com dimensões de 76 × 60 × 0,3 mm³, foi fabricado a partir de três chapas de aço inoxidável e pó de aço inoxidável sinterizado como estrutura porosa, utilizando água como fluido de trabalho. Foram realizados testes experimentais com diferentes razões de preenchimento, em duas orientações horizontal e assistida pela gravidade. Os resultados indicaram que a razão de preenchimento de 63% apresentou o melhor desempenho geral na configuração horizontal, atingindo resistência térmica mínima de 18,21 ± 0,56 K/W e permitindo a dissipação de fluxos de calor de até 3 W/cm². Na orientação assistida pela gravidade, a resistência térmica foi reduzida para 13,11 ± 0,50 K/W, demonstrando a influência da gravidade na circulação do fluido. Também foi avaliada a influência da área de aquecimento do evaporador, sendo observado que o aumento da área de 10 × 10 mm² para 15 × 15 mm² possibilitou a dissipação de até 5 W e reduziu a resistência térmica mínima para 12,05 ± 0,37 K/W. Os resultados demonstram o potencial do LHP de aço inoxidável para aplicações de gerenciamento térmico de dispositivos eletrônicos miniaturizados, evidenciando que a geometria e a distribuição do calor no evaporador são fatores fundamentais para seu desempenho.