Tubo de calor em loop - Loop heat pipe

Um tubo de calor de circuito (LHP) é um dispositivo de transferência de calor de duas fases que usa a ação capilar para remover o calor de uma fonte e movê-lo passivamente para um condensador ou radiador . Os LHPs são semelhantes aos tubos de calor, mas têm a vantagem de fornecer uma operação confiável em longas distâncias e operar contra a gravidade. Eles podem transportar uma grande carga de calor por uma longa distância com uma pequena diferença de temperatura. Diferentes designs de LHPs, desde poderosos LHPs de grande tamanho até LHPs em miniatura ( micro loop heat pipe ), foram desenvolvidos e empregados com sucesso em uma ampla esfera de aplicações terrestres e espaciais.

Construção

Os refrigerantes mais comuns usados ​​em LHPs são amônia anidra e propileno . Os LHPs são feitos controlando cuidadosamente os volumes do reservatório, condensador e linhas de vapor e líquido para que o líquido esteja sempre disponível para o pavio. O volume do reservatório e a carga de fluido são ajustados de forma que sempre haja fluido no reservatório, mesmo se o condensador e as linhas de vapor e líquido estiverem completamente cheios.

Geralmente, o tamanho de poro pequeno e a grande capacidade de bombeamento capilar são necessários em um pavio. Deve haver um equilíbrio entre a capacidade de bombeamento do pavio e a permeabilidade do pavio ao projetar um tubo de calor ou tubo de calor em circuito.

Mecanismo

Em um tubo de calor em loop, primeiro o calor entra no evaporador e vaporiza o fluido de trabalho na superfície externa do pavio. O vapor então flui pelo sistema de ranhuras e segue para o evaporador e a linha de vapor em direção ao condensador, onde se condensa conforme o calor é removido pelo radiador . O reservatório de duas fases (ou câmara de compensação) no final do evaporador é projetado especificamente para operar a uma temperatura ligeiramente mais baixa que a do evaporador (e do condensador). A pressão de saturação mais baixa no reservatório puxa o condensado através do condensador e da linha de retorno do líquido. O fluido então flui para um tubo central, onde alimenta o pavio . Um pavio secundário liga hidraulicamente o reservatório e o pavio primário.

Motivação: limitações dos tubos de calor

Os tubos de calor em circuito superam algumas das deficiências dos tubos de calor convencionais, os quais, embora sejam excelentes dispositivos de transferência de calor, se limitam principalmente a transferir cargas de calor relativamente pequenas em distâncias relativamente curtas quando o evaporador e o condensador estão no mesmo nível horizontal. Esta limitação por parte dos tubos de calor está relacionada principalmente às maiores perdas de pressão associadas ao escoamento do líquido através da estrutura porosa, presente ao longo de todo o comprimento do tubo de calor, e à interação viscosa entre as fases de vapor e líquida, também chamadas de perdas de arrasto . Para as aplicações que envolvem a transferência de grandes cargas de calor em longas distâncias, o desempenho térmico dos tubos de calor é muito afetado pelo aumento dessas perdas. Pela mesma razão, os tubos de calor convencionais são muito sensíveis à mudança de orientação no campo gravitacional. Para as inclinações desfavoráveis ​​em uma configuração de evaporador acima do condensador, as perdas de pressão devido às forças de massa no campo de gravidade aumentam as perdas de pressão totais e afetam ainda mais a eficiência do processo de transferência de calor.

Como resultado dessas limitações, diferentes soluções envolvendo modificações estruturais no tubo de calor convencional têm sido propostas. Algumas dessas modificações incorporam tubos arteriais com resistência hidráulica consideravelmente baixa para o retorno do líquido à fonte de calor (tubos de calor arteriais), enquanto outras fornecem separação espacial das fases de vapor e líquido do fluido de trabalho na seção de transporte (tubos de calor de linha separados) .

Embora essas novas formas de tubos de calor sejam capazes de transferir fluxos de calor significativos e aumentar o comprimento do transporte de calor, eles permanecem muito sensíveis à orientação espacial em relação à gravidade. Para estender as possibilidades funcionais de sistemas bifásicos para aplicações envolvendo encostas de gravidade inoperáveis, as vantagens fornecidas pela separação espacial da linha de transporte e o uso de artérias não capilares são combinadas em um esquema de loop. Este esquema permite que tubos de calor sejam criados com características de transferência de calor mais altas, enquanto mantém a operação normal em qualquer orientação direcional. O esquema de loop forma a base do conceito físico de Loops de duas fases (TPLs).

Origens

Os tubos de calor em loop foram patenteados na URSS em 1974 por Yury F. Gerasimov e Yury F. Maydanik (certificado do Inventor № 449213), todos da antiga União Soviética . A patente para LHPs foi registrada nos EUA em 1982 ( Patente № 4515209 ).

Formulários

A primeira aplicação espacial ocorreu a bordo de uma espaçonave russa em 1989. Os LHPs são agora comumente usados ​​no espaço a bordo de satélites, incluindo; Granat russo, nave espacial Obzor, satélites de comunicação HS 702 da Boeing (Hughes) , satélite meteorológico chinês FY-1C , ICESat da NASA .

Os LHPs foram demonstrados pela primeira vez no ônibus espacial da NASA em 1997 com o STS-83 e o STS-94 .

Os tubos de calor em circuito são partes importantes dos sistemas de resfriamento de componentes eletrônicos.

Veja também

Referências

links externos