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 tamanhos entre 1 e 100 nanômetros, aproximadamente, que apresentem novas propriedades, funções ou desempenho devido às suas dimensões reduzidas.

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

Nanotecnologia

O nome foi citado pela primeira vez por Richard Feynman em Dezembro de 1959 e definido pela Universidade Científica de Tóquio, no ano de 1974. Mas foi somente a partir do ano de 2000 que a nanotecnologia começou a ser desenvolvida e testada em laboratórios.

MAS O QUE É NANOMETRO?

Nanotecnologia

Onde esta sendo empregado?

NanofluidosOs nanofluidos são obtidos a partir da suspensão de partículas de tamanho nanométrico (entre 1 e 100 nm) em fluidos convencionais de transferência de calor, usualmente líquidos (Yu et al., 2007).

NanofluidosEstes líquidos têm mostrado capacidade de troca de calor significativamente superior a fluidos convencionais tais como: água, etileno-glicol, óleo, entre outros. Tal capacidade é atribuida entre outras possíveis razões, à maior ordem de grandeza da condutividade térmica dos sólidos utilizados nas suspensões.

NanofluidosSegundo Das et al., (2008) os tipos de nanopartículas usadas 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 em duas grandes categorias: processos físicos e processos químicos (Kimoto et al., 1963).

Tipicamente, os métodos físicos incluem métodos de trituração mecânica e técnicas de condensação em gás inerte (Granqvist e Buhrman, 1976).

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

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

Disperção em LíquidosA técnica de dois passos começa com a nanopartícula produzida por uma das técnicas de síntese (física ou química) já descritas, procedendo-se, posteriormente, à sua introdução em um fluido - base.

Aplicações

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

• Biomédicas: atualmente há desenvolvimentos para aplicações médicas incluindo tratamentos de câncer. nanopartículas à base de ferro pode ser utilizado como veículo de entrega de drogas ou radiação sem danificar o tecido saudável próximo, orientando-se as partículas na corrente 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 comportamento hidrodinâmico e térmico da utilização de nanofluido em sistemas de arrefecimento de motores de combustão interna

JustificativaAtualmente há no mundo uma crescente preocupação com a eficiência dos equipamentos térmicos sendo o motor de combustão interna um dos temas centrais desta preocupação.

Vários esforços vêm sendo empregados no intuito de se conseguir um melhor relacionamento peso-potência durante este período como a utilização de novos materiais na fabricação dos automóveis (downsizing).

Todo este esforço tem como principal objetivo a redução do consumo de combustível resultando na redução de CO2 na atmosfera.

Metodologia• Montagem de uma bancada de testes para simulação das

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

Metodologia• Análise e parametrização para montagem de algoritmo

computacional das equações de transferência de calor e mecânica dos fluidos para diferentes configurações de temperatura, velocidade e proporção de nanofluido na entrada do radiador.

• Montagem de um programa computacional, que a partir dos valores dos parâmetros de entrada fornecidos pelo usuário, forneça como saída, os valores de rejeição térmica e perda de carga do radiador operando com nanofluido.

Expectativas• Melhora da eficiência térmica através da adição de

nanofluido em fluido-base de sistemas de arrefecimento de motores de combustão interna. Esta melhora significa uma otimização no consumo de combustível e consequentemente uma redução de CO2 na atmosfera.

• Redução das dimensões do radiador levando com isto a uma redução de peso do conjunto. Esta redução significa uma melhora no coeficiente de arrasto levando a uma redução de consumo de combustível e redução de CO2 na 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