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O engenheiro automotivo, recém-formado pela UFSC Joinville, Matheus Strobel e o professor Marcus Vinicius Volponi Mortean, do Departamento de Engenharias da Mobilidade, são os autores do artigo Pressure drop and fluid maldistribution analysis of a compact heat exchanger manufactured by 3D printing, publicado no International Journal of Thermal Sciences de qualificação A1 na área de ciências térmicas.

No trabalho, desenvolvido entre os anos de 2018 e 2020, no laboratório de pesquisas Thermal Fluid Flow Group, da UFSC Joinville, os pesquisadores verificaram a viabilidade de produção de um protótipo de trocador de calor compacto através da impressão 3D. No estudo, também foi realizada uma análise hidráulica e da distribuição do fluido no protótipo desenvolvido.

Trocadores de calor compactos são caracterizados por uma grande área de transferência de calor por unidade de volume, resultando em uma redução de espaço, peso e estrutura de suporte. Estes equipamentos apresentam um grande potencial comercial, em virtude do crescente interesse da indústria nesta tecnologia. São adequados em aplicações em que requisitos de peso e espaço são importantes fatores de projeto, tais como as áreas aeronáutica, automotiva e naval.

Bancada experimental no Laboratório Thermal Fluid Flow Group

Na área automotiva, trocadores de calor compactos são empregados no resfriamento de células de combustíveis. Eles desempenham um papel importante e crítico no gerenciamento térmico de células de combustível e seus componentes auxiliares. Outro exemplo de utilização destes equipamentos está em plataformas de petróleo offshore, nas quais eles são aplicados no serviço de resfriamento de gás entre os estágios de compressão. Estas aplicações envolvem elevadas pressões de trabalhos, de até 350 bar.

A técnica de impressão 3D vem conquistando seu espaço devido a sua flexibilidade de fabricação. O uso de impressoras 3D para a fabricação de trocadores de calor torna possível a produção de núcleos com configurações complexas, que podem aumentar consideravelmente a efetividade do equipamento, mas que não eram possíveis de serem fabricados por processos convencionais até o momento.

O resumo do artigo pode ser lido no site ScienceDirect, clicando aqui.

Texto: Comunicação Institucional – UFSC Joinville

Capazes de transformar esboços virtuais em objetos palpáveis, as impressoras 3D revolucionaram o processo de manufatura, permitindo a materialização de diversas ideias. Baseada em um sistema “simples” de operar e relativamente “rápido”, essa tecnologia logo ganhou espaço em diversos setores da indústria como o automotivo, o aeroespacial e o médico e, nos últimos anos, vem tornando-se cada vez mais acessível.

Exemplo disso é um projeto desenvolvido por Claudio Abilio da Silveira no Laboratório de Mecânica de Precisão (LMP), da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Sob a orientação do professor Walter Weingaertner, o pesquisador elaborou a tese de mestrado “Desenvolvimento de um posicionador aplicável a processos de fabricação 2D e 3D”, na qual estudou a possibilidade de automação de diferentes processos de fabricação. Como resultado da pesquisa, foi construída uma impressora 3D, equipamento já em funcionamento, embora em processo de aprimoramento.

“A impressora foi um efeito colateral do meu mestrado. No início, o objetivo foi desenvolver um equipamento capaz de ser usado para diferentes processos de fabricação, sobretudo, para soldagem, corte e deposição de pó”, explica. No entanto, como a estrutura do laboratório não estava apta para utilização do laser, por causa de requisitos de segurança, surgiu a ideia de desenvolver o processo no modo impressão 3D. “A partir da definição do projeto, foram necessários seis meses até ocorrer o primeiro teste de funcionamento do sistema”, conta Silveira.

A parte mecânica do equipamento foi construída a partir de antigo sistema de movimentação de dois eixos que estavam em desuso no laboratório, sendo necessárias algumas modificações e a inclusão de um terceiro eixo. A parte eletroeletrônica também aproveitou muitos componentes retirados de equipamentos já desativados.

O processo de impressão, basicamente, consiste em forçar o material por uma zona de aquecimento que o torna fluídico. Dessa maneia, o material pode passar por um bico e ser depositado em sucessivas camadas, dando origem ao objeto. Por meio da impressora, podem ser fabricadas peças de diferentes tamanhos e geometrias, das mais simples até as mais complexas.
A dimensão mínima da peça, confeccionada em plástico, depende do tamanho do bico de impressão e do nível de detalhes. O tempo de impressão varia conforme o tamanho da peça, número de detalhes, material, entre outros fatores. Uma peça com 30 milímetros de diâmetro e 20 milímetros de altura (pouco maior que uma tampa de garrafa Pet), por exemplo, leva 40 minutos para ser executada.

Atualmente, a principal finalidade da impressora 3D desenvolvida na UFSC é fabricar peças e protótipos para as demandas internas do laboratório, atuando como equipamento auxiliar. Além disso, a ferramenta tem sido porta de entrada para os primeiros contatos de novos membros do laboratório com equipamentos automatizados. “Muitas outras impressoras 3D têm sido desenvolvidas no Brasil. Essa tecnologia está sofrendo uma expansão rápida em virtude da facilidade atual de se conseguir os componentes para a construção de uma impressora 3D e pelo fato de as patentes sobre essa tecnologia terem caído há alguns anos”, explica Silveira.

Texto: Thais Paiva

Publicado na Carta Educação.