Caracterização da transferência de calor em nanofluidos

Abstract

A transferência de energia sobre a forma de calor é um processo indispensável a uma panóplia de indústrias, desde a eletrónica à alimentar. Frequentemente, estes tipos de sistemas energéticos dependem de fluidos para promoverem a transferência de calor, tais como a água, o etileno-glicol ou óleos. Contudo, estes fluidos convencionais apresentam propriedades termo-físicas pobres, limitando o desenvolvimento de sistemas térmicos sustentáveis, bem como a sua miniaturização. Com o intuito de melhorar as propriedades termo-físicas de fluidos de permuta, dispersou-se nanotubos de carbono num fluido convencional (30:70 Etileno-glicol/Água). Estas dispersões são designadas de nanofluídos. Para o estudo da transferência de calor dos nanofluídos produzidos, otimizou-se um aparato experimental dedicado a estudo dos fenómenos de transferência de calor por convecção. Neste aparato, os nanofluídos foram estudados a diferentes taxas de escoamentos, num tubo circular sujeito a um fluxo de calor superficial constante. As relações entre as diferentes variáveis como: propriedades termofísicas, fração volúmica, temperatura e velocidade de escoamento são, assim objeto de estudo detalhado nesta dissertação. Os resultados experimentais sugerem que os nanofluídos permitem taxas de transferência de calor por convecção superiores, quando comparadas com o fluido base. Assim, a dispersão de nanopartículas em fluidos de permuta convencionais, permite o desenvolvimento de sistemas energéticos sustentáveis.

The heat transfer is an essential process to a wide range of industries, from electronics to food production. Often, these types of energy systems rely on fluids to promote the heat transfer, such as water, ethylene glycol or oils. However, these conventional fluids usually have poor thermo-physical properties, limiting the sustainable development of such thermal systems, as well as their miniaturization. In order to improve the thermo-physical properties of heat-exchange fluids, it was dispersed carbon nanotubes in a conventional fluid (Ethylene glycol/Water 30:70). These dispersions are designated as nanofluids. To study the heat transfer of the produced nanofluids, it was optimized a dedicated experimental apparatus to study the phenomena of convection heat transfer. In such apparatus, the nanofluids were studied at different flow rates, in a circular tube subjected to a constant heat flux. The relationships between the different variables such as: thermo-physical properties, volume fraction of the nanoparticles, temperature and flow rate are, therefore, main studying factors in this dissertation. The experimental results suggest that nanofluids allow a superior exchange heat transfer through convection, when compared with the base fluids. Therefore, the dispersion of nanoparticles in conventional heat-exchange fluid enables the development of more sustainable energy systems.