Jornada de Exatas 2015

NANOFLUIDOS APLICADOS A SISTEMAS DE ARREFECIMENTO

Prof. Me. Fabio Tofoli

Nanotecnologia

Nanotecnologia é a tecnologia de manipular, controlar,projetar, simular, desenvolver, executar e fabricar objetos,estruturas, dispositivos e sistemas na escala de tamanhosentre 1 e 100 nanômetros, aproximadamente, queapresentem novas propriedades, funções ou desempenhodevido às suas dimensões reduzidas.

Considerada uma tecnologia transversal, a nanotecnologiaatua em diferentes ramos da indústria: Eletrônica, química,biológica, física e engenharia, entre outros.

Nanotecnologia

O nome foi citado pela primeira vez por Richard Feynmanem Dezembro de 1959 e definido pela UniversidadeCientífica de Tóquio, no ano de 1974. Mas foi somente apartir do ano de 2000 que a nanotecnologia começou a serdesenvolvida e testada em laboratórios.

MAS O QUE É NANOMETRO?

Nanotecnologia

Onde esta sendo empregado?

NanofluidosOs nanofluidos são obtidos a partir da suspensão departículas de tamanho nanométrico (entre 1 e 100 nm) emfluidos convencionais de transferência de calor, usualmentelíquidos (Yu et al., 2007).

NanofluidosEstes líquidos têm mostrado capacidade de troca de calorsignificativamente superior a fluidos convencionais tais como: água,etileno‐glicol, óleo, entre outros. Tal capacidade é atribuida entre outraspossíveis razões, à maior ordem de grandeza da condutividade térmicados sólidos utilizados nas suspensões.

NanofluidosSegundo Das et al., (2008) os tipos de nanopartículasusadas para compor os nanofluidos podem ser:

1. Óxidos cerâmicos (Al2O3, CuO).

2. Nitridos cerâmicos (AlN, SiN).

3. Cerâmicos á base de carbeto (SiC, TiC).

4. Metais (Cu, Ag, Au).

5. Semicondutores (TiO2, SiC).

6. Nanotubos de carbono.

Métodos de fabricaçãoA fabricação de nanopartículas pode ser classificada emduas grandes categorias: processos físicos e processosquímicos (Kimoto et al., 1963).

Tipicamente, os métodos físicos incluem métodos detrituração mecânica e técnicas de condensação em gásinerte (Granqvist e Buhrman, 1976).

Métodos químicos para a produção de nanopartículasincluem precipitação química, deposição química de vapor,microemulsões e combinação de plasma em métodos defase gasosa (Hosokawa et al., 2007).

Disperção em LíquidosA técnica do passo único na qual, simultaneamente,produz‐se e se dispersa as nanopartículas diretamentedentro do fluido – base.

Disperção em LíquidosA técnica de dois passos começa com a nanopartículaproduzida por uma das técnicas de síntese (física ouquímica) já descritas, procedendo‐se, posteriormente, à suaintrodução em um fluido ‐ base.

Aplicações

• Tribológicas: desenvolvimento de melhores óleos elubrificantes para redução do atrito.

• Biomédicas: atualmente há desenvolvimentos paraaplicações médicas incluindo tratamentos de câncer.nanopartículas à base de ferro pode ser utilizado comoveículo de entrega de drogas ou radiação sem danificar otecido saudável próximo, orientando‐se as partículas nacorrente sanguínea de um tumor com ímans.

AplicaçõesAplicações de refrigeração:

• Eletrônica

• Transformadores

AplicaçõesAplicações de refrigeração:

• Sistemas nucleares e Espaço

• Defesa

• Veicular

Sistema de Arrefecimento Automotivo

Proposta de Pesquisa

Análise teórico‐experimental do comportamentohidrodinâmico e térmico da utilização de nanofluido emsistemas de arrefecimento de motores de combustãointerna

JustificativaAtualmente há no mundo uma crescente preocupação coma eficiência dos equipamentos térmicos sendo o motor decombustão interna um dos temas centrais destapreocupação.

Vários esforços vêm sendo empregados no intuito de seconseguir um melhor relacionamento peso‐potênciadurante este período como a utilização de novos materiaisna fabricação dos automóveis (downsizing).

Todo este esforço tem como principal objetivo a reduçãodo consumo de combustível resultando na redução de CO2na atmosfera.

Metodologia• Montagem de uma bancada de testes para simulação das

temperaturas e velocidades atingidas pelos fluidos dearrefecimento durante operação em motores decombustão interna em diferentes condições de trabalho.

Metodologia• Análise e parametrização para montagem de algoritmo

computacional das equações de transferência de calor emecânica dos fluidos para diferentes configurações detemperatura, velocidade e proporção de nanofluido naentrada do radiador.

• Montagem de um programa computacional, que a partirdos valores dos parâmetros de entrada fornecidos pelousuário, forneça como saída, os valores de rejeiçãotérmica e perda de carga do radiador operando comnanofluido.

Expectativas• Melhora da eficiência térmica através da adição de

nanofluido em fluido‐base de sistemas de arrefecimentode motores de combustão interna. Esta melhora significauma otimização no consumo de combustível econsequentemente uma redução de CO2 na atmosfera.

• Redução das dimensões do radiador levando com isto auma redução de peso do conjunto. Esta redução significauma melhora no coeficiente de arrasto levando a umaredução de consumo de combustível e redução de CO2na atmosfera.

Questões abertas• Que nanofluido utilizar?

• Que proporção?

• Qual fuido‐base? Etilenoglicol ou água?

• O que ocorre com a perda de carga?

• Haverá erosão das paredes das tubulações?

• Que equações utilizar?

Algumas equações

Algumas equações

Algumas equações

FIM

“Educação é a progressiva descoberta de sua própria ignorância."Will Durant