Fabricação, caracterização geométrica e determinação de propriedades hidráulicas de elementos porosos para uso em bombas capilares

Abstract

Resumo: A área de aplicação dos sistemas de bombeamento capilar tem sido ampliada e muitos estudos têm sido voltados para a solução de problemas pendentes relacionados com a sua estabilidade de funcionamento. Estes sistemas apresentam uma forte dependência com as propriedades do elemento poroso que compõe a bomba capilar. Propriedades como o diâmetro crítico de percolação, a permeabilidade e a condutividade térmica determinam os limites de funcionamento destes evaporadores capilares. Este trabalho tem o objetivo de estudar e otimizar as rotas de fabricação de elementos porosos para uso em bombas capilares, assim como, de avaliar a utilização de técnicas baseadas em análise de imagens e em simulação de processos físicos em representações geométricas destas microestruturas para a caracterização das amostras porosas produzidas. Pós de níquel, de aço inoxidável 316L, de mulita e de alumina foram utilizados como matéria-prima para a sinterização dos elementos porosos. Os parâmetros de sinterização foram modificados buscando-se o ajuste das propriedades das estruturas porosas à aplicação em bombas capilares. Dentre as técnicas empregadas para a determinação destas propriedades, pode-se citar: análise de imagens, porosimetria por intrusão de mercúrio e métodos experimentais para determinação da porosidade, da permeabilidade e da condutividade térmica. As rotas de fabricação, assim como, os respectivos parâmetros de sinterização mais adequados são apresentados para cada material utilizado. Elementos porosos de níquel com diâmetro crítico de 0,9 mm, permeabilidade de 86 mD e condutividade térmica de 32 W/m.K, de aço inoxidável 316L com diâmetro crítico de 2,5 mm, permeabilidade de 53 mD e condutividade térmica de 9 W/m.K e de material cerâmico com diâmetro crítico de 0,3 mm, permeabilidade de 35 mD e condutividade térmica de 6 W/m.K foram obtidos. Os elementos porosos cerâmicos fabricados possuem as propriedades mais adequadas para o uso em sistemas de bombeamento capilar.