Lichide de răcire pe bază de nanofluide termoconductive

Nanofluidele sintetizate cu ultrasunete sunt lichide de răcire și lichide pentru schimbătoare de căldură eficiente. Nanomaterialele termoconductive cresc semnificativ transferul de căldură și capacitatea de disipare a căldurii. Sonicarea este bine consacrată în sinteza și funcționalizarea nanoparticulelor termoconductive, precum și în producția de nanofluide stabile, de înaltă performanță, pentru aplicații de răcire.

Efectele nanofluidice asupra performanței termohidraulice

Conductivitatea termică a unui material este o măsură a capacității sale de a conduce căldura. Pentru lichidele de răcire și fluidele de transfer termic (denumite și fluide termice sau ulei termic), este de dorit o conductivitate termică ridicată. Numeroase nanomateriale oferă proprietăți termoconductive excelente. Pentru a valorifica conductivitatea termică superioară a nanomaterialelor, așa-numitele nanofluide sunt utilizate ca lichide de răcire. Un nanofluid este un fluid în care particule de dimensiuni nanometrice sunt suspendate în fluidul de bază, precum apa, glicolul sau uleiul, unde formează o soluție coloidală. Nanofluidele pot prezenta creșteri semnificative ale conductivității termice comparativ cu lichidele fără nanoparticule sau particule mai mari. Materialul, dimensiunea, vâscozitatea, sarcina superficială și stabilitatea fluidă ale nanoparticulelor dispersate influențează semnificativ performanța termică a nanofluidelor. Nanofluidele câștigă rapid importanță în aplicațiile de transfer termic, deoarece prezintă performanțe superioare de transfer termic în comparație cu fluidele de bază convenționale.
Dispersarea cu ultrasunete este o tehnică foarte eficientă, fiabilă și consacrată industrial pentru producerea de nanofluide cu capacități de transfer termic de înaltă performanță.

Nanofluidele sintetizate cu ultrasunete sunt agenți de răcire și fluide pentru schimbătoare de căldură eficiente. Nanomaterialele termoconductoare sporesc semnificativ transferul de căldură și capacitatea de disipare a căldurii. Sonicarea este o metodă consacrată pentru sinteza și funcționalizarea nanoparticulelor termoconductoare, precum și pentru producerea de nanofluide stabile și performante pentru aplicații de răcire.

Ultrasonicarea permite valorificarea avantajelor particulelor de dimensiuni nanometrice, cum ar fi

• un raport suprafață : volum ridicat, pentru rate de transfer de energie și de masă semnificativ mai mari
• masă redusă, pentru o stabilitate coloidală foarte bună
• inerție scăzută, care minimizează eroziunea

Aceste caracteristici legate de dimensiunea nanometrică conferă nanofluidelor conductivitatea lor termică excepțională. Dispersarea cu ultrasunete este cea mai eficientă tehnică pentru producerea de nanoparticule funcționalizate și nanofluide.

Nanofluide produse cu ultrasunete, cu conductivitate termică superioară

Numeroase nanomateriale – precum CNT-urile, silicea, grafenul, aluminiul, argintul, nitrura de bor și multe altele – s-au dovedit deja capabile să crească conductivitatea termică a fluidelor de transfer termic. Mai jos găsiți rezultate exemplificative ale cercetărilor privind nanofluidele termoconductive preparate prin ultrasonicare.

Producerea de nanofluide pe bază de aluminiu cu ultrasunete

Buonomo et al. (2015) au demonstrat conductivitatea termică îmbunătățită a nanofluidelor de Al2O3 preparate prin ultrasonicare.
Pentru a dispersa uniform nanoparticulele de Al2O3 în apă, cercetătorii au utilizat sonicatorul cu sondă Hielscher UP400S. Particulele de aluminiu dezaglomerate și dispersate cu ultrasunete au atins o dimensiune a particulelor de aprox. 120 nm pentru toate nanofluidele – independent de concentrația particulelor. Conductivitatea termică a nanofluidelor creștea la temperaturi mai ridicate în comparație cu apa pură. La o concentrație de particule de Al2O3 de 0,5%, la temperatura camerei de 25°C, creșterea conductivității termice este de doar aproximativ 0,57%, dar la 65°C această valoare crește la aproximativ 8%. Pentru o concentrație volumică de 4%, îmbunătățirea crește de la 7,6% la 14,4% odată cu creșterea temperaturii de la 25°C la 65°C.
[cf. Buonomo et al., 2015]

Producerea de nanofluide pe bază de nitrură de bor prin sonicare

Ilhan et al. (2016) au investigat conductivitatea termică a nanofluidelor pe bază de nitrură de bor hexagonală (hBN). În acest scop, o serie de nanofluide stabile, bine dispersate, conținând nanoparticule de hBN cu un diametru mediu de 70 nm, sunt produse printr-o metodă în doi pași care implică ultrasonicarea și surfactanți precum dodecil sulfatul de sodiu (SDS) și polivinilpirolidona (PVP). Nanofluidul hBN–apă dispersat cu ultrasunete prezintă o creștere semnificativă a conductivității termice chiar și la concentrații de particule foarte diluate. Sonicarea cu sonicatorul cu sondă UP400S a redus dimensiunea medie a particulelor agregatelor până în intervalul 40–60 nm. Cercetătorii concluzionează că agregatele mari și dense de nitrură de bor, observate în starea uscată netratată, sunt sparte prin procesul de ultrasonicare și prin adăugarea de surfactant. Acest lucru face din dispersarea cu ultrasunete o metodă eficientă pentru prepararea nanofluidelor pe bază de apă cu diverse concentrații de particule.
[cf. Ilhan et al., 2016]

„Ultrasonicarea este procesul cel mai larg utilizat în literatură pentru creșterea stabilității nanofluidelor.” [Ilhan et al., 2016] Și în producția industrială, sonicarea este în prezent cea mai eficientă, fiabilă și economică tehnică pentru obținerea de nanofluide stabile pe termen lung, cu performanțe remarcabile.

Ultrasonicatoare industriale pentru producerea lichidelor de răcire

Dovedite științific, consacrate industrial – ultrasonicatoarele Hielscher pentru producerea de nanofluide
Dispersoarele cu ultrasunete cu forfecare ridicată sunt mașini fiabile pentru producția continuă de lichide de răcire și fluide de transfer termic de înaltă performanță. Amestecarea cu ultrasunete este cunoscută pentru eficiența și fiabilitatea sa – chiar și în condiții de amestecare solicitante.
Echipamentele Hielscher Ultrasonics permit prepararea de nanofluide netoxice, nepericuloase, unele chiar de calitate alimentară. În același timp, toate ultrasonicatoarele noastre sunt foarte eficiente, fiabile, sigure în funcționare și foarte robuste. Construite pentru funcționare 24/7, chiar și ultrasonicatoarele noastre de banc și de dimensiuni medii sunt capabile să producă volume remarcabile.
Citiți mai multe despre producerea nanofluidelor cu ultrasunete sau contactați-ne chiar acum pentru a obține consultanță aprofundată și o ofertă gratuită pentru un dispersor cu ultrasunete!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a ultrasonicatoarelor noastre:

În acest videoclip vă prezentăm un sistem ultrasonic de 2 kilowați pentru funcționare în flux, instalat într-un dulap cu purjare. Hielscher furnizează echipamente ultrasonice pentru aproape toate sectoarele industriale, precum industria chimică, farmaceutică și cosmetică, pentru procese petrochimice, precum și pentru procese de extracție cu solvenți. Acest dulap din oțel inoxidabil, prevăzut cu purjare, este conceput pentru funcționarea în zone periculoase. În acest scop, clientul poate purja dulapul etanș cu azot sau aer proaspăt pentru a împiedica pătrunderea gazelor sau vaporilor inflamabili în dulap.