Estudo experimental e numérico da transferência de calor de nanofluidos

Abstract

Tendo em vista que as recentes tecnologias visam uma redução no tamanho dos equipamentos, assim como aumentos nas suas performances, para que a sua integridade não se comprometa, surge a necessidade de desenvolvimento de processos de arrefecimento mais sofisticados. É neste cenário que o presente trabalho se enquadra, uma vez que visa o estudo dos nanofluidos e a sua utilização como substituto da água ou outros fluidos em processos de arrefecimento. Este trabalho apresenta ensaios experimentais de água e de nanofluidos, simulações numéricas e um estudo da determinação da condutividade térmica de nanofluidos. Relativamente aos ensaios experimentais, estes, foram elaborados utilizando um tubo oco de uma liga de alumínio, sendo que foi necessário proceder a algumas alterações para realizar os ensaios experimentais. Com este tubo, realizaram-se testes a dois fluidos diferentes: água destilada e um nanofluido de óxidos de ferro com uma concentração de 0.2%. Para estes ensaios, utilizaram-se três temperaturas da fonte quente por forma a averiguar a influência da temperatura na transferência de calor. Em termos gerais, verificou-se um ligeiro aumento da transferência de calor relativamente ao nanofluido utilizado em comparação com a água. Em relação às simulações numéricas, estas realizaram-se no sentido de comprovar a coerência dos resultados obtidos experimentalmente com água. Os resultados obtidos numericamente, ainda que superiores, revelam coerência com os experimentais. Tendo em conta à falta de consenso relativa à condutividade térmica dos nanofluidos, torna-se imprescindível a existência de um método experimental coerente para sua determinação. Neste contexto foram testados vários métodos para a determinação da condutividade térmica de nanofluidos. O método capaz de medir esta propriedade foi o Hot-Disk Transient Plane Source. Apesar dos resultados terem sido interessantes, torna-se necessário a realização de mais ensaios experimentais com o intuito de avaliar o potencial deste método para medir a condutividade térmica de nanofluidos.

In the view that recent technologies aim to a reduction in the size of the equipment, as well as enhancements in their performances, in order to not compromise their integrity, it comes the need to develop more sophisticated cooling processes. This work fits in this view, once it aims at the study of nanofluids and their use replacing water or other king of fluids in cooling processes. This work presents experimental tests using water and nanofluids, numerical simulations and a study regarding the determination of the thermal conductivity of nanofluids. Regarding the experimental tests, these were elaborated by using a hollow tube of an aluminium alloy, although it was necessary to do a few changes in order to run the experimental tests. With this tube, two fluids were tested: distilled water and a nanofluid of iron oxides with a concentration of 0,2%. In order to ascertain the influence of the temperature in the heat transfer, the heat source was used at three different temperatures. Broadly speaking, a slight enhancement in the heat transfer using the nanofluid in comparison with water was verified. Regarding the numerical simulations, these were done so that the experimental data using water could be verified. The numerical results, even though bigger, revealed coherence with the experimental ones. Given the lack of consensus regarding the thermal conductivity of nanofluids, it is indispensable the existence of a coherent method capable of determining it. In this contest it was tested several methods regarding the determination of the nanofluids thermal conductivity. The method capable of measure this property as the Hot-Disk Transient Plane Source. Although the results were interesting, it is necessary the realization of mores experimental tests aiming to evaluate this method’s potential to measure the thermal conductivity of nanofluids.