Desenvolvimento e caracterização de suspensões com potencial eletroreológico

Abstract

Em virtude das exigências do mercado, a inovação e progresso, nas mais variadas áreas, são imposições que visam a obtenção de resultados práticos e tangíveis. Neste sentido, para dar resposta aos desafios atuais, no âmbito da nanotecnologia, surge uma alternativa aos fluidos convencionais, denominados de nanofluidos, que se caracterizam pela suspensão de nanopartículas num fluido base. Estes, quando em base aquosa, apresentam um elevado potencial enquanto fluidos de permuta devido à melhoria das suas propriedades comparativamente aos fluidos convencionais, facto que é consensual entre a comunidade científica. Contrariamente, a eficiência da transferência de calor a elevadas temperaturas através de nanofluidos em solventes orgânicos é ainda um assunto de enorme desconhecimento. Aliado a este facto emergem os fluidos eletroreológicos que possuem, também eles, um grande potencial em aplicações de controlo inteligente em diferentes áreas de relevo, como a indústria automóvel e eletrotécnica. No entanto, devido à dificuldade de desenvolver nanofluidos estáveis sem precipitação de sedimentos, a escassez de estudos experimentais em torno de fluidos ER é uma inevitabilidade. Como forma de contribuir para um maior conhecimento dos referidos assuntos surge a presente tese com o objetivo de desenvolver e caracterizar suspensões de nanotubos de carbono de múltipla parede em óleo de silicone. Após se conseguir um nanofluido com condições de estabilidade coloidal satisfatórias, nomeadamente, um nanofluido com concentração de 0.01% de MWCNT, procedeu-se à caracterização termofísica do mesmo, em que foram medidas a densidade, viscosidade e condutividade térmica. Com este trabalho foi possível perceber, ainda que com concentrações reduzidas, que é possível dispersar nanotubos de carbono em óleo de silicone com recurso à funcionalização covalente e não-covalente. Além disso, conclui-se também que estes nanofluidos não se classificam como bons fluidos de permuta, visto que não apresentaram melhorias na condutividade térmica em relação aos fluidos base. Ainda assim, é evidente a necessidade de realizar novos trabalhos de investigação tendo em vista a ratificação dos resultados obtidos.

By virtue of the market demands, innovation and progress are the factors which require practical and tangible results in the most diverse areas. In this sense, in order to respond to the current challenges in the nanotechnology field, an alternative to the conventional fluids arise, the so called nanofluids, characterized by nanoparticles suspension in the base fluid. These, when in an aqueous base, present a great potential as exchange fluids, due to the improvement of its properties in comparison with the conventional fluids. This fact is consensual among the scientific community. On the other hand, the heat transfer efficiency at high temperatures through nanofluids in organic solvents is still ill-understood. Together with this fact emerge the electrorheological fluids, which have a great potential regarding intelligent control applications in several relevant areas, as the automotive and electro technical industries. However, due to the difficulty in the development of stable nanofluids without precipitation of sediments, there is shortage of experimental studies focused on the ER fluids. So as to contribute with new insights regarding the previously cited topics, this thesis aims to develop and characterize multi-walled carbon nanotubes suspension in silicon oil. After the development of a nanofluid with satisfactory colloidal stability conditions, in particular a nanofluid with 0.01% MWCNT concentration, the thermophysical properties were characterized via density, viscosity and thermal conductivity measurements. This work allowed to understand, although in small concentrations, that it is possible to disperse carbon nanotubes in silicon oil through covalent and non-covalent interactions. Furthermore, it can also be concluded that these nanofluids do not classify as good exchange fluids, since they did not present improvements in what concerns thermal conductivity when compared with the base fluids. Even so, it is evident the necessity of performing new studies to validate the obtained results.