Os seguintes conteúdos são explicados nestes artigos:
- Definição de Nanofluid | o que é nanofluido?
- O que é fluido básico?
- Como você faz um nanofluido?
- O que é nanofluido híbrido?
- Usos do nanofluido | aplicações de nanofluido
- Tipos de nanofluido e suas propriedades
Definição de Nanofluid | O que é nanofluido?
Nanofluido é um fluido que consiste em um fluido base com partículas nanométricas (1–100 nm) suspensas nele. As nanopartículas utilizadas neste tipo de estudos são feitas de um metal ou óxido metálico, aumentam a condução e a convecção, permitindo maior transferência de calor. Nos últimos anos, o avanço de alta velocidade na nanotecnologia fez surgir a nova geração de refrigerantes chamados nanofluido.
Vamos dar um exemplo, verifique a figura abaixo. As nanopartículas de CuO (óxido de metal) são adicionadas para fazer nanofluido com uma fração de volume de 0.25% CuO. A nanopartícula é dispersa em água destilada (fluido base). O surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS) é adicionado ao nanofluido para a estabilidade das nanopartículas.
O que é fluido básico?
As nanopartículas são suspensas em algum líquido refrigerante comum, como água destilada, etilenoglicol, óleo, refrigerantes, etc. Este refrigerante comum amplamente utilizado é conhecido como fluido base.
Você deve ter notado enquanto um mecânico trocava ou despejava refrigerante no radiador do carro. Você se lembra da cor dele? Sim, é verde. Esse fluido de cor verde (refrigerante) é etilenoglicol.
Vamos saber sobre o óleo de fluido básico. Você deve ter notado um mecânico trocando o óleo do seu carro ou bicicleta. É óleo de sistema de lubrificação e transmissão. Este tipo de óleo pode ser fluido de base para a preparação de nanofluidos.
Como você faz um nanofluido?
A preparação de nanofluido pode ser possível seguindo dois métodos amplamente utilizados. É preparado pela dispersão de nanopartículas em fluido base com um magnético agitador e sonicador, conforme mostrado na figura “Preparação de nanofluido: Sonicator”.
Existem dois tipos de agitador usados para dispersar as partículas em fluido de base, um é magnético e outro é mecânico. O outro instrumento de laboratório denominado sonicador ultrassônico também é necessário para a dispersão adequada.
Método de dois passos
O procedimento de duas etapas é o método mais amplamente utilizado para a preparação de nanofluidos. As peças químicas e físicas são usadas para produzir pó seco de nanopartículas.
O pó das partículas é adicionado ao fluido de base. A segunda etapa pode ser uma intensa agitação de força magnética ou agitação ultrassônica. O procedimento de duas etapas é o procedimento econômico para produzir nanofluido em massa porque os requisitos de nanofluido estão aumentando com novas aplicações.
Uso de surfactante em nanofluido
As nanopartículas têm grande área de superfície e atividade de superfície que levam ao agregado. O uso de surfactante é um método conveniente para obter uma boa estabilidade. No entanto, a funcionalidade dos surfactantes sob altas temperaturas também é um grande problema, especialmente para aplicações de alta temperatura.
Método de uma etapa
Eastman sugeriu um método de condensação de vapor em uma etapa. É usado para preparar nanofluido de Cu / etilenoglicol (EG) para limitar a aglomeração de nanopartículas.
O uso do método de preparação de uma etapa evita espalhar as partículas no fluido. Existem algumas funções não necessárias neste método. Este método elimina a secagem de partículas, armazenamento de material e espalhamento. A aglomeração é limitada no método de uma etapa. também aumenta a estabilidade do nanofluido.
Método de vácuo - SANSS
(sistema submerso -arc-nanopartícula -síntese- forma completa)
É um dos métodos de preparação de nanofluido com boa eficiência. Fluidos dielétricos diferentes são usados neste método
A forma das nanopartículas são de diferentes tipos diferentes. O procedimento evita a agregação de partículas indesejáveis razoavelmente bem. Existem algumas desvantagens desse método. Há algum reagente que permanece presente no nanofluido.
O que é um nanofluido híbrido?
Um material híbrido é uma combinação de propriedades físicas e químicas de dois ou mais materiais. As duas ou mais nanopartículas são dispersas em um fluido de base para atingir as propriedades desejadas para aplicações individuais. A fabricação de nanofluido com duas ou mais nanopartículas semelhantes ou diferentes é popular como nanofluido híbrido. O trabalho em nanofluido híbrido não é extensivamente feito.
Muitos estudos experimentais sobre nanofluidos híbridos ainda precisam ser feitos. Os nanofluidos híbridos geralmente usados são Al2O3/ Cu, Al2O3/ CNT, Cu / TiO2, CNT / Fe3O4, etc.
O nanofluido híbrido é uma nova área de pesquisa para pesquisadores de engenharia térmica para obter sistema de resfriamento aprimorado.
Uso de nanofluido
O nanofluido pode ser utilizado para várias aplicações diferentes. Esses usos não afetam totalmente a transferência de energia, eles podem reduzir a necessidade básica de combustível convencional, energia elétrica ou gás. Vamos ler algumas aplicações importantes de nanofluidos
Resfriamento de dispositivos eletrônicos
A pesquisa em andamento na eletrônica sugere que o uso de nanofluido pode realizar uma transferência de calor superior. A câmara de vapor está utilizando nanofluido para melhor transferência de calor.
Fluido de água de revestimento no gerador de eletricidade
A gestão do espaço de máquinas é o principal problema em todos os veículos automóveis. O tamanho do componente (resfriamento) pode ser reduzido apenas se melhorarmos o desempenho de transferência de calor das peças. O nanofluido é o da opção para melhorar o desempenho da peça e desenvolver compactação.
Energia solar - sistema de energia térmica
Para absorver a radiação solar, o fluido de trabalho passa pelo sistema de energia solar térmica. O energia absorvida pelo fluido é enviado ao trocador de calor para outros fins. energia absorvida pelo fluido de trabalho é geralmente transferido para o trocador de calor para outras aplicações.
Óleo de refrigeração no transformador
O transformador é um equipamento elétrico de transmissão de energia. O calor gerado no transformador é absorvido pelo óleo. Se adicionarmos nanopartículas no óleo de resfriamento. O desempenho do transformador pode ser melhorado.
Outro uso de nanofluido no campo de aprimoramento de transferência de calor:
Processo de refrigeração
O processo de refrigeração está funcionando em diferentes ciclos termodinâmicos. O fluido de trabalho neste processo é refrigerante. As propriedades térmicas de alguns refrigerantes podem ser melhoradas pelo uso de nanopartículas.
Resfriamento sistema de energia nuclear
A enorme quantidade de calor é produzida na fissão nuclear. É necessário providenciar o resfriamento adequado para o sistema. O nano fluido é um fluido avançado que pode ser utilizado no sistema de resfriamento nuclear.
Tipos de nanofluido
Os tipos de nanofluido dependem do uso de diferentes tipos de nanopartículas e fluidos de base. Existem três tipos de nanopartículas, como metal puro, óxido de metal e nanopartículas baseadas em carboneto. Essas partículas são dispersas em várias opções de fluidos de base, como água, água / etilenoglicol, óleo, etilenoglicol, etc.
| Metal Puro | Óxidos de metal | Carboneto |
| Al | Al2O3 | Diamante |
| Cu | CuO | Graphite |
| Fe | Fe2O3Fe3O4 | Nanotubo de parede única |
| Ag | Ag2O | Nanotubos de parede múltipla |
| Zn | ZnO | |
| Ti | TiO2 |
Propriedades do nanofluido
A condutividade térmica é uma propriedade vital relacionada à transferência de calor para o nanofluido. Possui alta condutividade térmica em comparação com o líquido de resfriamento padrão, é uma característica essencial para muitas aplicações. O uso de nanopartículas de cobre com etilenoglicol resulta em um aumento na condutividade térmica em 40% em comparação com o fluido de base.
Todos os processos indicam que a condutividade térmica é básica para um sistema de resfriamento adequado em qualquer dispositivo. No sistema de resfriamento, uma grande área de superfície e alta condutividade térmica são atribuídas a essa melhoria na transferência de calor.
A relação entre área de superfície e volume é o principal critério para a melhoria da condutividade térmica. Esta proporção pode ser aumentada usando nanopartículas de tamanho pequeno. A condutividade térmica é aumentada usando maior concentração das partículas.
As propriedades como densidade, viscosidade, calor específico e condutividade térmica são bem conhecidas para fluido de base. As propriedades do nanofluido podem ser calculadas teoricamente por correlações sugeridas por vários pesquisadores. Essas propriedades também podem ser medidas com vários instrumentos experimentalmente no laboratório.
A densidade do nanofluido pode ser calculada usando correlação como
Onde ρpe ρbfsão as densidades das nanopartículas e o fluido de base, respectivamente, e фé a concentração de volume (% w / w) de nanopartículas dispersas no fluido de base. De acordo com a ideia da combinação de fluido forte, o calor específico do nanofluido é dado pelo seguinte:
Onde cppe cpbf, são o calor específico das nanopartículas e do fluido de base, respectivamente. A viscosidade do nanofluido pode ser obtida a partir da seguinte equação:
Crédito Einstein 1906
a é constante na equação da viscosidade e seu valor é 14.4150 para calcular a viscosidade. Esta fórmula é basicamente dada para o movimento browniano de uma partícula em um fluido. Uma fórmula bem conhecida para calcular a condutividade térmica do nanofluido é o modelo Kang, que é expresso da seguinte forma:
Credit Hamilton e Crosser (1962)
Pergunta e respostas
O que é nanofluido?
É um fluido de avanço. É preparado dispersando nanopartículas no fluido base.
O que é fluido básico?
O fluido de base é um líquido refrigerante convencional. É usado para preparar nanofluido.
Dê os exemplos de algumas nanopartículas comumente usadas para preparar nanofluido.
As nanopartículas comumente usadas são cobre (Cu), alumínio (Al), ferro (Fe), óxido de alumínio (Al2O3), Óxido de cobre (CuO), Óxido de titânio (TiO2 ), Etc.
Quais são os métodos de preparação de nanofluidos amplamente usados?
Existem dois métodos amplamente usados mencionados abaixo:
- Método de dois passos
- Método de uma etapa
Qual é a estabilidade do nanofluido?
A estabilidade pode ser declarada como quanto tempo a partícula se mantém dispersa no fluido de base. Tecnicamente, o nanofluido mais estável é aquele que tem menos sedimentação.
Qual é a utilidade do surfactante na preparação de nanofluido?
O surfactante é usado em nanofluido para aumentar sua estabilidade. O surfactante comumente usado é o dodecil sulfato de sódio (SDS).
Por que o nanofluido híbrido se tornou um novo tópico de pesquisa?
A aplicação individual precisa das propriedades desejadas do material. Para obter propriedades prováveis em nanofluido, mais de uma nanopartícula são adicionadas ao fluido de base.
Por que o uso de nanofluidos resulta em maior transferência de calor?
O nanofluido é um fluido avançado com uma condutividade térmica mais alta, pois as partículas nanométricas fornecem mais área de superfície para conduzir a transferência de calor.
Como o nanofluido pode reduzir o tamanho do trocador de calor?
O refrigerante convencional usado em trocador de calor mostra menos transferência de calor em comparação com nanofluido. O uso de nanofluido requer um trocador de calor proporcionalmente menor em comparação com o refrigerante convencional.
Conclusão
Este artigo trata da introdução básica do nanofluido, preparação do nanofluido, aplicação do nanofluido e propriedades do nanofluido. Recentemente, é um refrigerante avançado em aplicações de transferência de calor. O escopo do nanofluido é vasto no atual mundo da nanotecnologia. O nanofluido e suas aplicações podem ser um bom tópico para estudantes e pesquisadores para trabalhos de projeto.
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Sou Deepak Kumar Jani, estou fazendo doutorado em Energia Mecânica-Renovável. Tenho cinco anos de docência e dois anos de experiência em pesquisa. Minha área de interesse é engenharia térmica, engenharia automobilística, medição mecânica, desenho de engenharia, mecânica de fluidos, etc. Eu registrei uma patente sobre “Hibridização de energia verde para produção de energia”. Publiquei 17 artigos de pesquisa e dois livros.
Estou feliz por fazer parte do Lambdageeks e gostaria de apresentar um pouco da minha experiência de forma simplista aos leitores.
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