Fluidos de arrefecimento à base de nanofluidos termocondutores

Os nanofluidos sintetizados por ultrassons são fluidos de arrefecimento e líquidos para permutadores de calor eficientes. Os nanomateriais termocondutores aumentam significativamente a capacidade de transferência e dissipação de calor. A sonicação está bem estabelecida na síntese e funcionalização de nanopartículas termocondutoras, bem como na produção de nanofluidos estáveis de elevado desempenho para aplicações de arrefecimento.

Efeitos dos nanofluidos no desempenho termo-hidráulico

A condutividade térmica de um material é uma medida da sua capacidade de conduzir calor. Para os fluidos de arrefecimento e de transferência de calor (também chamados fluidos térmicos ou óleos térmicos), pretende-se uma elevada condutividade térmica. Numerosos nanomateriais apresentam excelentes propriedades termocondutoras. Para aproveitar a condutividade térmica superior dos nanomateriais, utilizam-se os chamados nanofluidos como líquidos de arrefecimento. Um nanofluido é um fluido no qual partículas de dimensões nanométricas estão suspensas num fluido de base, como água, glicol ou óleo, onde formam uma solução coloidal. Os nanofluidos podem apresentar aumentos significativos da condutividade térmica em comparação com líquidos sem nanopartículas ou partículas maiores. O material, o tamanho, a viscosidade, a carga superficial e a estabilidade do fluido das nanopartículas dispersas afetam significativamente o desempenho térmico dos nanofluidos. Os nanofluidos estão a ganhar rapidamente importância nas aplicações de transferência de calor, uma vez que apresentam um desempenho de transferência de calor superior ao dos fluidos de base convencionais.
A dispersão ultrassónica é uma técnica altamente eficiente, fiável e estabelecida na indústria para produzir nanofluidos com elevada capacidade de transferência de calor.

Os nanofluidos sintetizados por ultrassons são líquidos eficientes para arrefecimento e permuta térmica. Os nanomateriais termocondutores aumentam significativamente a capacidade de transferência e dissipação de calor. A sonicação é uma técnica consolidada na síntese e funcionalização de nanopartículas termocondutoras, bem como na produção de nanofluidos estáveis e de elevado desempenho para aplicações de arrefecimento.

A sonicação permite aproveitar as vantagens das partículas de dimensões nanométricas, tais como

• uma elevada relação superfície : volume para taxas de transferência de energia e de massa significativamente superiores
• baixa massa para uma estabilidade coloidal muito boa
• baixa inércia, que minimiza a erosão

Estas características relacionadas com as dimensões nanométricas conferem aos nanofluidos a sua excecional condutividade térmica. A dispersão ultrassónica é a técnica mais eficiente para produzir nanopartículas funcionalizadas e nanofluidos.

Nanofluidos produzidos por ultrassons com condutividade térmica superior

Já se comprovou que numerosos nanomateriais – como CNTs, sílica, grafeno, alumínio, prata, nitreto de boro e muitos outros – aumentam a condutividade térmica dos fluidos de transferência de calor. Abaixo, encontrará exemplos de resultados de investigação relativos a nanofluidos termocondutores preparados por sonicação.

Produção de nanofluidos à base de alumínio com ultrassons

Buonomo et al. (2015) demonstraram a melhoria da condutividade térmica de nanofluidos de Al2O3 preparados por sonicação.
Para dispersar uniformemente nanopartículas de Al2O3 em água, os investigadores utilizaram o sonicador de sonda UP400S da Hielscher. As partículas de alumínio desaglomeradas e dispersas por ultrassons apresentaram um tamanho de aproximadamente 120 nm em todos os nanofluidos – independentemente da concentração de partículas. A condutividade térmica dos nanofluidos aumentava a temperaturas mais elevadas, em comparação com a água pura. Com uma concentração de partículas de Al2O3 de 0,5% à temperatura ambiente de 25°C, o aumento da condutividade térmica é de apenas cerca de 0,57%, mas, a 65°C, este valor aumenta para cerca de 8%. Para uma concentração em volume de 4%, a melhoria passa de 7,6% para 14,4% com a subida da temperatura de 25°C para 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]

Produção de nanofluidos à base de nitreto de boro por sonicação

Ilhan et al. (2016) investigaram a condutividade térmica de nanofluidos à base de nitreto de boro hexagonal (hBN). Para este fim, é produzida uma série de nanofluidos estáveis e bem dispersos, contendo nanopartículas de hBN com um diâmetro médio de 70 nm, através de um método em duas etapas que envolve sonicação e tensioativos como o dodecil sulfato de sódio (SDS) e a polivinilpirrolidona (PVP). O nanofluido hBN–água disperso por ultrassons apresenta um aumento significativo da condutividade térmica mesmo para concentrações de partículas muito diluídas. A sonicação com o sonicador de sonda UP400S reduziu o tamanho médio das partículas dos agregados para o intervalo de 40–60 nm. Os investigadores concluem que os agregados grandes e densos de nitreto de boro, observados no estado seco não tratado, são desfeitos pelo processo de sonicação e pela adição de tensioativos. Isto torna a dispersão ultrassónica um método eficaz para a preparação de nanofluidos à base de água com várias concentrações de partículas.
[cf. Ilhan et al., 2016]

“A sonicação é o processo mais utilizado na literatura para aumentar a estabilidade dos nanofluidos.” [Ilhan et al., 2016] Também na produção industrial, a sonicação é atualmente a técnica mais eficaz, fiável e económica para obter nanofluidos estáveis a longo prazo e de desempenho excecional.

Sonicadores industriais para a produção de fluidos de arrefecimento

Cientificamente comprovados, estabelecidos na indústria – Sonicadores Hielscher para a produção de nanofluidos
Os dispersores ultrassónicos de elevado cisalhamento são máquinas fiáveis para a produção contínua de fluidos de arrefecimento e de transferência de calor de elevado desempenho. A mistura por ultrassons é conhecida pela sua eficiência e fiabilidade – mesmo em condições de mistura exigentes.
Os equipamentos da Hielscher Ultrasonics permitem preparar nanofluidos não tóxicos, não perigosos e alguns até de qualidade alimentar. Ao mesmo tempo, todos os nossos sonicadores são altamente eficientes, fiáveis, seguros de operar e muito robustos. Concebidos para funcionamento 24/7, mesmo os nossos sonicadores de bancada e de dimensão média são capazes de produzir volumes notáveis.
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A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores:

Neste vídeo, mostramos um sistema ultrassónico de 2 quilowatts para funcionamento em linha num armário com purga. A Hielscher fornece equipamentos ultrassónicos a quase todos os setores industriais, como as indústrias química, farmacêutica e cosmética, bem como para processos petroquímicos e processos de extração com solventes. Este armário de aço inoxidável com purga foi concebido para funcionar em zonas perigosas. Para este efeito, o cliente pode purgar o armário estanque com azoto ou ar fresco, impedindo a entrada de gases ou vapores inflamáveis.