Desenvolvimento, construção e teste de um interruptor térmico para baixas temperaturas

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Física

Os interruptores térmicos são dispositivos que permitem comutar entre o acoplamento ou isolamento térmico entre dois dispositivos criogénicos. A sua grande procura para aplicações espaciais tem levado ao desenvolvimento de interruptores cada vez mais leves, compactos e robustos. Nos interruptores térmicos com hiato gasoso (GGHS), a comutação entre um bom contacto térmico (estado “ON”) e um bom isolamento térmico (estado “OFF”) é devida à “existência”, ou não, de gás num espaço muito reduzido (hiato) que separa dois blocos bons condutores térmicos. Neste trabalho, foi dimensionado, construído e testado um interruptor térmico compacto e leve(210 g) com um hiato gasoso de 100 μm para operar entre 70 K e 300 K. Este dispositivo utiliza o azoto como gás responsável pelas trocas térmicas. Para dimensionar o interruptor, foi utilizado um modelo analítico. Com o objectivo de validar este modelo recorreu-se também a um software de elementos finitos (COSMOS!) para calcular as características térmicas do interruptor nos seus estados ON e OFF. Este interruptor foi testado entre 15 K e 300 K num criorrefrigerador. Das medidas efectuadas,obteve-se uma condutância térmica de 304 mW/K no estado ON e uma condutância OFF de 1.9 mW/K a 70 K. A razão das condutâncias térmicas ON/OFF deste dispositivo é cerca de 160. Estes resultados estão em muito bom acordo com os previstos.

Fundação para a Ciência e Tecnologia,bolsa de investigação no âmbito do projecto Crioadsorção Revisitada (PTDC/EME-MFE/66533/2006)