Aplicação do método volume of fluid na determinação da espessura mínima de filme de revestimento

Abstract

Resumo. O petróleo é a base das economias industriais modernas, mas a capacidade de manter sua oferta mundial está cada vez mais difícil. Estudos indicam que essa produção eventualmente atingirá um máximo nos próximos anos. Nesse cenário, a utilização de fontes alternativas de energia é de fundamental importância para auxiliar na transição que se torna inevitável. A energia solar fotovoltaica é uma opção bastante atrativa; entretanto, ainda é cara, se comparada com as fontes tradicionais, embora essa diferença de custo tenha diminuído gradativamente ao longo das últimas duas décadas. Uma forma de tornar a fabricação da célula solar fotovoltaica mais competitiva no mercado é utilizar camadas cada vez mais fi nas, mas existem limites físicos próprios do método de deposição utilizado. Este trabalho apresenta a simulação numérica do processo de revestimento por extrusão de fl uidos Newtonianos, utilizando o método VOF -volume of fl uid (Hirt e Nichols, 1981) para determinar o limite de vazão mínima desse processo. Como o limite de vazão mínima é observado na superfície livre à jusante, a parte do domínio analisada se restringe a essa região, entretanto, para a incorporação dos efeitos da tensão superfi cial líquido/gás, é resolvido também o domínio do gás. É utilizado o modelo de viscocapilaridade como referência para os resultados numéricos. Verifi ca-se que a espessura mínima de fi lme aumenta com o crescimento do número de capilaridade, o que signifi ca que, para se obterem fi lmes mais fi nos, as forças de capilaridade devem ser dominantes, quando comparadas com as forças viscosas. Em termos práticos, isso pode ser obtido diminuindo-se a velocidade do processo produtivo.Palavras-chave: VOF, escoamento bifásico, limite de vazão mínima, revestimento por extrusão. Abstract.Oil is the base of modern industrial economies, but the capacity to maintain the world oil production is becoming diffi cult. Also, recent studies show that the oil production will att ain a peak in the next years. In this scenario, alternative sources of energies are important to help in the inevitable transition to low carbon sources. Photovoltaic solar energy is an att ractive option, but it is still expensive if compared to traditional sources, although this cost diff erence is becoming lower in the last decades, it is still not enough. One way to reduce the cost of solar cells is to use a thinner coating thickness. This work presents the numerical simulation of the slot coating process of Newtonian fl uids, with the volume of fl uid technique in order to determine the low-fl ow limit. The obtained numerical results compares very well with the viscocapillary model's results. It is verifi ed that the minimal wet coating thickness, before the defect, increases with the capillary number, which means that thinner fi lms will be obtained if the velocity of the process is low.Este é um artigo de acesso aberto, licenciado por Creative Commons Att ribution License (CC-BY 3.0), sendo permitidas reprodução, adaptação e distribuição desde que o autor e a...