Caraterização termofísica de nanofluidos

Abstract

Em resposta à carência social de soluções sustentáveis, a comunidade científica iniciou o estudo acerca dos nanofluidos devido ao seu potencial em sistemas de transferência de calor, relacionada com o aumemto da condutividade térmica dos mesmos, quando comparada com a dos fluidos base, que resultará na miniaturização das soluções tornando-as mais eficientes e menos carentes de recursos naturais. As propriedades de transferência de calor destes fluidos, como a condutividade térmica tem sido alvo de inúmeros estudos ao invés de outras propriedadades termofísicas, como por exemplo a densidade, que têm ficado por estudar e assim, possivelemte uma das razões que podem explicar a baixa aplicação dos nanofluidos na indústria. No âmbito deste trabalho, estudou-se empíricamente o comportamento da densidade de nanofluidos de base aquosa com nanotubos de carbono de parede múltipla e assim avaliar as previões resultantes do único modelo físico para o efeito, o modelo de Pak e Cho. Para a concretização deste estudo, são apresentadas metodologias rigorosas e reprodutíveis para a produção deste tipo de nanofluidos, bem como os métodos mais importantes para a aferição da sua estabilidade coloidal, assegurando assim o rigor da sua produção. Após a obtenção dos nanofluidos estáveis, realizou-se uma análise comparativa conducente a uma base de dados obtida experimentalmente que visa quantificar a influência relativa dos distintos fatores de controlo no modelo preditivo para a densidade existente. Os fatores de controlo alvo de análise são: temperatura, fluido base, geometria da nanopartícula (relação diêmetro - comprimento) e concentração volúmica das nanopartículas. Assim, após a aquisição de uma base de dados de confiança e da quantificação do desvio em relação à literatura, induzido por combinações de fatores de controlo, desenvolveu-se e validou-se um modelo físico-matemático, que possibilitará a previsão mais acertada da densidade para este tipo de nanofluidos.

Looking forward for social needs and environmentally sustainable solutions, the scientific community began the study of nanofluid properties, mainly due to it high potential in heat transfer systems, as the carbon tubes present high thermal conductivity that will pave the road to device miniaturization, with concomitant gain of efficiency and less demanding in terms of consumption of natural resources. The heat transfer properties of the carbon nanotubes based nanofluids, in parallel with it thermal conductivity was been studied in detail, however, other thermophysical properties, such as density lacks for a detailed analysis that precludes the dissemination of the nanofluids in the industrial context. In this work, one makes the empirical study the of water-based multi-walled carbon nanofluids’ density, that were compared using the single physical model to the effect, the Pak and Cho model. To implement the study, rigorous and reproducible methodologies to produce and test the colloidal stability, thus ensuring its rigorous production, are presented. After the production of stable nanofluids, a comparative analysis was made looking ahead to the construction of an experimental database that intends to quantify the relative role of distinct control factors according to the existing predictive model such as temperature, base fluid, nanoparticle’s geometry and concentration. Thus, after the acquisition of a reliable database and quantification of deviations in comparison to the literature results, induced by the control factors combination, a physic and mathematical model was developed and validated, that will ensure the future determination of the density of the kind of nanofluids studied with improved accuracy.