Cairan Pendingin Berbasis Nanofluida Penghantar Panas
Nanofluida yang disintesis secara ultrasonik merupakan cairan pendingin dan cairan penukar panas yang efisien. Nanomaterial penghantar panas meningkatkan kapasitas perpindahan panas dan disipasi panas secara signifikan. Sonikasi telah terbukti andal dalam sintesis dan fungsionalisasi nanopartikel penghantar panas serta produksi nanofluida stabil berkinerja tinggi untuk aplikasi pendinginan.
Efek Nanofluida terhadap Kinerja Termohidraulik
Konduktivitas termal suatu material merupakan ukuran kemampuannya menghantarkan panas. Untuk cairan pendingin dan fluida perpindahan panas (juga disebut fluida termal atau minyak termal), konduktivitas termal yang tinggi sangat diharapkan. Banyak nanomaterial memiliki sifat penghantaran panas yang sangat baik. Untuk memanfaatkan kemampuan penghantaran panas nanomaterial yang unggul, fluida yang disebut nanofluida digunakan sebagai cairan pendingin. Nanofluida merupakan fluida yang mengandung partikel berukuran nanometer yang tersuspensi dalam fluida dasar seperti air, glikol, atau minyak, tempat partikel tersebut membentuk larutan koloid. Nanofluida dapat menunjukkan peningkatan konduktivitas termal yang signifikan dibandingkan dengan cairan tanpa nanopartikel atau partikel yang lebih besar. Material, ukuran, viskositas, muatan permukaan, dan stabilitas fluida dari nanopartikel yang terdispersi memengaruhi kinerja termal nanofluida secara signifikan. Nanofluida semakin penting dalam aplikasi perpindahan panas karena menunjukkan kinerja perpindahan panas yang unggul dibandingkan dengan fluida dasar konvensional.
Dispersi ultrasonik merupakan teknik yang sangat efisien, andal, dan telah mapan di industri untuk menghasilkan nanofluida dengan kapasitas perpindahan panas berkinerja tinggi.
- rasio luas permukaan : volume yang tinggi untuk laju perpindahan energi dan massa yang jauh lebih tinggi
- massa yang rendah untuk stabilitas koloid yang sangat baik
- inersia yang rendah, yang meminimalkan erosi
Karakteristik terkait ukuran nano ini memberikan konduktivitas termal yang luar biasa pada nanofluida. Dispersi ultrasonik merupakan teknik paling efisien untuk menghasilkan nanopartikel yang difungsionalisasi dan nanofluida.
Nanofluida yang Diproduksi secara Ultrasonik dengan Kemampuan Penghantaran Panas yang Unggul
Berbagai nanomaterial – seperti CNT, silika, grafena, aluminium, perak, boron nitrida, dan banyak lainnya – telah terbukti meningkatkan kemampuan penghantaran panas fluida perpindahan panas. Di bawah ini, Anda dapat menemukan contoh hasil penelitian mengenai nanofluida penghantar panas yang disiapkan menggunakan ultrasonikasi.
Produksi Nanofluida Berbasis Aluminium dengan Ultrasonik
Buonomo et al. (2015) menunjukkan peningkatan konduktivitas termal nanofluida Al2O3 yang disiapkan menggunakan ultrasonikasi.
Untuk mendispersikan nanopartikel Al2O3 secara merata ke dalam air, para peneliti menggunakan sonikator tipe probe Hielscher UP400S. Partikel aluminium yang dideaglomerasi dan didispersikan secara ultrasonik menghasilkan ukuran partikel sekitar 120 nm untuk semua nanofluida – terlepas dari konsentrasi partikelnya. Konduktivitas termal nanofluida meningkat pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan air murni. Pada konsentrasi partikel Al2O3 sebesar 0,5% dan suhu ruang 25°C, peningkatan konduktivitas termal hanya sekitar 0,57%, tetapi pada 65°C nilai ini meningkat menjadi sekitar 8%. Untuk konsentrasi volume 4%, peningkatannya naik dari 7,6% menjadi 14,4% seiring kenaikan suhu dari 25°C menjadi 65°C.
[bdk. Buonomo et al., 2015]
Distribusi ukuran partikel nanofluida boron nitrida berbasis air dengan berbagai konsentrasi boron nitrida setelah ultrasonikasi menggunakan UP400S (a) 0,1% hBN, (b) 0,5% hBN, (c) 2% hBN
(Penelitian dan grafik: © Ilhan et al., 2016)
Produksi Nanofluida Berbasis Boron Nitrida menggunakan Sonikasi
Ilhan et al. (2016) meneliti konduktivitas termal nanofluida berbasis boron nitrida heksagonal (hBN). Untuk tujuan ini, serangkaian nanofluida yang stabil dan terdispersi dengan baik, yang mengandung nanopartikel hBN dengan diameter rata-rata 70 nm, diproduksi menggunakan metode dua tahap yang melibatkan ultrasonikasi dan surfaktan seperti natrium dodesil sulfat (SDS) dan polivinil pirolidon (PVP). Nanofluida hBN–air yang didispersikan secara ultrasonik menunjukkan peningkatan konduktivitas termal yang signifikan bahkan pada konsentrasi partikel yang sangat encer. Sonikasi menggunakan sonikator tipe probe UP400S mengurangi ukuran partikel rata-rata agregat hingga kisaran 40–60 nm. Para peneliti menyimpulkan bahwa agregat boron nitrida yang besar dan padat, yang diamati dalam keadaan kering tanpa perlakuan, dipecah oleh proses ultrasonikasi dan penambahan surfaktan. Hal ini menjadikan dispersi ultrasonik metode yang efektif untuk menyiapkan nanofluida berbasis air dengan berbagai konsentrasi partikel.
[bdk. Ilhan et al., 2016]
Citra STEM yang menunjukkan morfologi nanofluida hBN berbasis etilena glikol (EG) yang didispersikan secara ultrasonik dengan konsentrasi volume partikel 0,5%.
(Penelitian dan grafik: © Ilhan et al., 2016)
“Ultrasonikasi merupakan proses yang paling banyak digunakan dalam literatur untuk meningkatkan stabilitas nanofluida.” [Ilhan et al., 2016] Dalam produksi industri pun, sonikasi saat ini merupakan teknik yang paling efektif, andal, dan ekonomis untuk memperoleh nanofluida yang stabil dalam jangka panjang dengan kinerja luar biasa.
Sonikator Industri untuk Produksi Cairan Pendingin
Terbukti secara Ilmiah, Mapan di Industri – Sonikator Hielscher untuk Produksi Nanofluida
Disperser ultrasonik dengan gaya geser tinggi merupakan mesin yang andal untuk produksi berkelanjutan cairan pendingin dan fluida perpindahan panas berkinerja tinggi. Pencampuran yang digerakkan secara ultrasonik dikenal karena efisiensi dan keandalannya – bahkan dalam kondisi pencampuran yang menantang.
Peralatan Hielscher Ultrasonics memungkinkan penyiapan nanofluida yang tidak beracun, tidak berbahaya, dan beberapa bahkan memenuhi persyaratan untuk penggunaan pangan. Pada saat yang sama, semua sonikator kami sangat efisien, andal, aman dioperasikan, dan sangat kokoh. Dirancang untuk pengoperasian 24/7, bahkan sonikator model meja dan berukuran sedang kami mampu menghasilkan volume yang luar biasa.
Baca selengkapnya tentang produksi nanofluida secara ultrasonik atau hubungi kami sekarang juga untuk mendapatkan konsultasi mendalam dan penawaran gratis untuk disperser ultrasonik!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 hingga 150L | 3 hingga 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lebih besar | kelompok unit UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi, dan ekstraksi pada skala laboratorium, percontohan, dan industri.
Literatur / Referensi
- B. Buonomo, O. Manca, L. Marinelli, S. Nardini (2015): Effect of temperature and sonication time on nanofluid thermal conductivity measurements by nano-flash method. Applied Thermal Engineering 2015.
- Beybin İlhan, Melike Kurt, Hakan Ertürk (2016): Experimental investigation of heat transfer enhancement and viscosity change of hBN nanofluids. Experimental Thermal and Fluid Science, Volume 77, 2016. 272-283.
- Oldenburg, S., Siekkinen, A., Darlington, T., Baldwin, R. (2007): Optimized Nanofluid Coolants for Spacecraft Thermal Control Systems. SAE Technical Paper, 2007.
- Mehdi Keyvani, Masoud Afrand, Davood Toghraie, Mahdi Reiszadeh (2018): An experimental study on the thermal conductivity of cerium oxide/ethylene glycol nanofluid: developing a new correlation. Journal of Molecular Liquids, Volume 266, 2018, 211-217.
Fakta yang Perlu Diketahui
Mengapa Nanofluida Baik untuk Aplikasi Pendinginan dan Perpindahan Panas?
Salah satu kelas baru cairan pendingin adalah nanofluida yang terdiri atas fluida dasar (misalnya air), yang bertindak sebagai cairan pembawa untuk partikel berukuran nano. Nanopartikel yang dirancang khusus (misalnya CuO berukuran nano, alumina titanium dioksida, nanotabung karbon, silika, atau logam seperti tembaga, nanobatang perak) yang didispersikan ke dalam fluida dasar dapat meningkatkan kapasitas perpindahan panas nanofluida yang dihasilkan secara signifikan. Hal ini menjadikan nanofluida cairan pendingin dengan kinerja yang luar biasa tinggi.
Penggunaan nanofluida yang diproduksi secara khusus dan mengandung nanopartikel penghantar panas memungkinkan peningkatan signifikan dalam perpindahan dan disipasi panas; misalnya nanobatang perak berdiameter 55±12 nm dan panjang rata-rata 12,8 µm pada 0,5 vol.% meningkatkan konduktivitas termal air sebesar 68%, dan nanobatang perak sebanyak 0,5 vol.% meningkatkan konduktivitas termal cairan pendingin berbasis etilena glikol sebesar 98%. Nanopartikel alumina pada 0,1% dapat meningkatkan fluks panas kritis air hingga 70%; partikel tersebut membentuk permukaan berpori yang kasar pada objek yang didinginkan, yang mendorong pembentukan gelembung baru, dan sifat hidrofiliknya kemudian membantu mendorong gelembung tersebut menjauh, sehingga menghambat pembentukan lapisan uap. Nanofluida dengan konsentrasi lebih dari 5% berperilaku seperti fluida non-Newtonian. (bandingkan (Oldenburg et al., 2007)
Penambahan nanopartikel logam ke cairan pendingin yang digunakan dalam sistem kendali termal dapat meningkatkan konduktivitas termal fluida dasar secara drastis. Material komposit nanopartikel logam–fluida tersebut disebut nanofluida, dan penggunaannya sebagai cairan pendingin berpotensi mengurangi berat dan kebutuhan daya sistem kendali termal wahana antariksa. Konduktivitas termal nanofluida bergantung pada konsentrasi, ukuran, bentuk, kimia permukaan, dan keadaan agregasi nanopartikel penyusunnya. Pengaruh konsentrasi penambahan nanopartikel dan rasio aspek nanopartikel terhadap konduktivitas termal dan viskositas cairan pendingin berbasis air dan etilena glikol telah diteliti. Nanobatang perak dengan diameter 55 ± 12 nm dan panjang rata-rata 12,8 ± 8,5 μm pada konsentrasi 0,5% berdasarkan volume meningkatkan konduktivitas termal air sebesar 68%. Konduktivitas termal cairan pendingin berbasis etilena glikol meningkat sebesar 98% dengan konsentrasi penambahan nanobatang perak 0,5% berdasarkan volume. Nanobatang yang lebih panjang memberikan pengaruh lebih besar terhadap konduktivitas termal dibandingkan nanobatang yang lebih pendek pada kepadatan penambahan yang sama. Namun, nanobatang yang lebih panjang juga meningkatkan viskositas fluida dasar lebih besar daripada nanobatang yang lebih pendek.
(Oldenburg et al., 2007)
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi mulai dari ukuran laboratorium hingga industri.