Cómo hacer nanofluidos

Un nanofluido es un fluido de ingeniería que consiste en un fluido base que contiene nanopartículas. Para la síntesis de nanofluidos, se requiere una técnica de homogeneización y desaglomeración eficaz y fiable que garantice un alto grado de dispersión uniforme. Los dispersores ultrasónicos son la tecnología superior para producir nanofluidos con excelentes características. La dispersión ultrasónica destaca por su eficacia, velocidad, sencillez, fiabilidad y facilidad de uso.

¿Qué son los nanofluidos?

Un nanofluido es un fluido que contiene partículas de tamaño nanométrico (≺100nm), comúnmente llamadas nanopartículas. Las nanopartículas utilizadas en los nanofluidos suelen ser de metales, óxidos, carburos o nanotubos de carbono. Estas nanopartículas se dispersan en un fluido base (por ejemplo, agua, aceite, etc.) para obtener una suspensión coloidal de ingeniería, es decir, el nanofluido. Los nanofluidos presentan propiedades termofísicas mejoradas, como la conductividad térmica, la difusividad térmica, la viscosidad y los coeficientes de transferencia de calor por convección, en comparación con las propiedades materiales del fluido base.
Una de las aplicaciones más comunes de los nanofluidos es su uso como refrigerante. Mediante la adición de nanopartículas a los refrigerantes convencionales (como agua, aceite, etilenglicol, polialfaolefina, etc.), se mejoran las propiedades térmicas de los refrigerantes convencionales.

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Ultrasonic dispersion is a well established technique to prepare nanofluids.

Homogeneizador ultrasónico UP400St para la producción de nanofluidos

Fabricación de nanofluidos con un homogeneizador ultrasónico

La microestructura de los nanofluidos puede ser influenciada y manipulada mediante la aplicación de la tecnología de homogeneización y los parámetros de procesamiento más adecuados. La dispersión ultrasónica ha demostrado ser una técnica muy eficaz y fiable para la preparación de nanofluidos. Los dispersores ultrasónicos se utilizan en la investigación y la industria para sintetizar, moler, dispersar y homogeneizar nanopartículas con una alta uniformidad y una estrecha distribución del tamaño de las partículas. Los parámetros del proceso para la síntesis de nanofluidos incluyen la entrada de energía ultrasónica, la amplitud ultrasónica, la temperatura, la presión y la acidez. Además, los tipos y las concentraciones de los reactivos y los aditivos, así como el orden en que se añaden los aditivos a la solución, son factores importantes.
Es bien sabido que las propiedades de los nanofluidos dependen en gran medida de la estructura y la forma de los nanomateriales. Por lo tanto, la obtención de microestructuras controlables de los nanofluidos es el principal factor que contribuye a la funcionalidad y calidad de los nanofluidos. El uso de parámetros de ultrasonidos optimizados, como la amplitud, la presión, la temperatura y el aporte de energía (Ws/mL), es la clave para producir un nanofluido estable y uniforme de alta calidad. La ultrasonicación puede aplicarse con éxito para desaglomerar y dispersar las partículas en nanopartículas individuales dispersas. Con un tamaño de partícula más pequeño, el movimiento browniano (velocidad browniana) así como las interacciones partícula-partícula aumentan y dan lugar a nanofluidos más estables. Los ultrasonidos de Hielscher permiten un control preciso de todos los parámetros de procesamiento importantes, pueden funcionar continuamente a altas amplitudes (24 horas al día, 365 días al año) y vienen con protocolling de datos automático para una fácil evaluación de todas las ejecuciones de sonicación.

Ultrasonic dispersion is a reliable technique to produce nanoparticles such as nano-silica for nanofluids

Sílice de tamaño nanométrico dispersada por ultrasonidos

La sonicación mejora la estabilidad de los nanofluidos

En el caso de los nanofluidos, la aglomeración de las nanopartículas provoca no sólo el asentamiento y la obstrucción de los microcanales, sino también la disminución de la conductividad térmica de los nanofluidos. La desaglomeración y la dispersión por ultrasonidos se aplican ampliamente en la ciencia de los materiales y en la industria. La sonicación es una técnica probada para preparar nano-dispersiones estables con una distribución uniforme de las nanopartículas y una gran estabilidad. Por lo tanto, los dispersores ultrasónicos de Hielscher son la tecnología preferida, cuando se trata de la producción de nanofluidos.

Nanofluidos producidos por ultrasonidos en la investigación

La investigación ha estudiado los efectos de la ultrasonificación y los parámetros ultrasónicos en las características de los nanofluidos. Más información sobre los resultados científicos de la preparación de nanofluidos por ultrasonidos.

Ultrasonicador UP200St (200W) dispersando negro de carbón en el agua usando 1%wt Tween80 como surfactante

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Efectos de los ultrasonidos en la preparación de nanofluidos de Al2O3

Noroozi et al. (2014) descubrieron que a "una mayor concentración de partículas, había una mayor mejora de la difusividad térmica de los nanofluidos resultante de la sonicación. Además, se obtuvo una mayor estabilidad y mejora de la difusividad térmica al sonicar los nanofluidos con el sonicador de sonda de mayor potencia antes de la medición." La mejora de la difusividad térmica fue mayor para las NPs de menor tamaño. Esto se debe a que las partículas más pequeñas tienen una mayor relación superficie efectiva/volumen. Por lo tanto, las partículas más pequeñas ayudaron a formar un nanofluido estable y la sonicación con una sonda ultrasónica tuvo un efecto sustancial en la difusividad térmica. (Noroozi et al. 2014)

Instrucciones paso a paso para la producción por ultrasonidos de nano fluidos de Al2O3-agua

Ultrasonicator UP400St dispersing nanoparticles for nanofluid productionEn primer lugar, se pesa la masa de las nanopartículas de Al2O3 con una balanza electrónica digital. A continuación, se introducen las nanopartículas de Al2O3 en el agua destilada pesada gradualmente y se agita la mezcla de Al2O3 y agua. Se sonea la mezcla continuamente durante 1h con un dispositivo ultrasónico tipo sonda UP400S (400W, 24kHz, ver imagen izquierda) para producir una dispersión uniforme de las nanopartículas en el agua destilada. Los nanofluidos pueden prepararse en diferentes fracciones (0,1%, 0,5% y 1%). No se necesitan cambios de surfactante ni de pH. (Isfahani et al., 2013)

Nanofluidos acuosos de ZnO sintonizados por ultrasonidos

Elcioglu et al. (2021) afirman en su estudio científico que "la ultrasonicación es un proceso esencial para la dispersión adecuada de las nanopartículas en el fluido base y la estabilidad, así como para las propiedades óptimas para las aplicaciones del mundo real." Utilizaron el ultrasonicador UP200Ht para producir nanofluidos de ZnO / agua. La sonicación tuvo efectos claros en la tensión superficial del nanofluido acuoso de ZnO. Los resultados de los investigadores permiten concluir que la tensión superficial, la formación de nanopelículas y otras características relacionadas con cualquier nanofluido pueden ajustarse y afinarse en condiciones de ultrasonido adecuadas.

Ventajas de los ultrasonidos Hielscher para nanofluidos

  • altamente eficiente
  • Dispersión fiable de las nanopartículas
  • Tecnología punta
  • Adaptable a su aplicación
  • 100% lineal escalable a cualquier capacidad
  • Fácilmente disponible
  • económico
  • Seguro y fácil de usar

Homogeneizadores ultrasónicos para la producción de nanofluidos

Control preciso de los parámetros del proceso ultrasónico por Hielscher Ultrasonics' software inteligenteHielscher Ultrasonics diseña, fabrica y distribuye dispersores ultrasónicos de alto rendimiento para todo tipo de aplicaciones de homogeneización y desaglomeración. Cuando se trata de la producción de nanofluidos, es crucial un control preciso de la sonicación y un tratamiento ultrasónico fiable de la suspensión de nanopartículas.
Los procesadores de Hielscher Ultrasonics le ofrecen un control total sobre todos los parámetros de procesamiento importantes, como la entrada de energía, la intensidad de los ultrasonidos, la amplitud, la presión, la temperatura y el tiempo de retención. De este modo, puede ajustar los parámetros a condiciones optimizadas, lo que conduce posteriormente a nanofluidos de alta calidad.

  • Para cualquier volumen / capacidad: Hielscher ofrece ultrasonidos y una amplia gama de accesorios. Esto permite configurar el sistema de ultrasonidos ideal para su aplicación y capacidad de producción. Desde pequeños frascos con mililitros hasta flujos de gran volumen de miles de galones por hora, Hielscher ofrece la solución ultrasónica adecuada para su proceso.
  • Robustez: Nuestros sistemas de ultrasonidos son robustos y fiables. Todos los ultrasonidos de Hielscher están construidos para un funcionamiento 24/7/365 y requieren muy poco mantenimiento.
  • Facilidad de uso: El elaborado software de nuestros equipos de ultrasonidos permite preseleccionar y guardar los ajustes de sonicación para una sonicación sencilla y fiable. El menú intuitivo es fácilmente accesible a través de una pantalla táctil digital en color. El control remoto del navegador permite operar y supervisar a través de cualquier navegador de Internet. El registro automático de datos guarda los parámetros del proceso de cualquier sonicación en una tarjeta SD integrada.

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para aplicaciones de mezcla, dispersión, emulsificación y extracción a escala de laboratorio, piloto e industrial.

Literatura / Referencias



Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

¡Ultrasonidos de alto rendimiento! La gama de productos de Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonido compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonido completamente industriales.