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

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 finas, mas existem limites físicos próprios do método de deposição utilizado. Este trabalho apresenta a simulação numérica do processo de revestimento por extrusão de fluidos Newtonianos, utilizando o método VOF – volume of fluid (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 superficial líquido/gás, é resolvido também o domínio do gás. É utilizado o modelo de viscocapilaridade como referência para os resultados numéricos. Verifica-se que a espessura mínima de filme aumenta com o crescimento do número de capilaridade, o que significa que, para se obterem filmes mais finos, 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.