Estudo De Caso Acerca Dos Nano Fluidos Aplicados Em Radiadores De Veículos

Estudo de caso acerca dos nanofluidos aplicados em radiadores de veículos.

Eloi Santos Silva Filho, [e-mail]

Universidade Federal de Sergipe, Cidade Universitária Prof. José Aloísio de Campos, Av. Marechal Rondon S/N, Jardim Rosa Elze, CEP: 49100-000, São Cristóvão, Sergipe.

 Resumo: Nanofluidos são suspensões coloidais compostas por fluidos convencionais, como água ou etilenoglicol (EG), e partículas nanométricas dispersas, como óxido de alumínio (Al2O3) ou óxido de titânio (TiO2). Esses nanofluidos têm sido amplamente estudados devido ao seu potencial de aprimorar a transferência de calor e melhorar o desempenho dos sistemas de resfriamento, como os radiadores automotivos. Os estudos mostram que a adição de nanopartículas aos fluidos de base nos radiadores resulta em melhorias significativas na transferência de calor. As nanopartículas presentes nos nanofluidos têm propriedades térmicas e de transporte únicas, como alta condutividade térmica e capacidade de transferir calor de maneira mais eficiente. Isso ocorre devido ao aumento da área superficial das nanopartículas em relação ao volume, o que permite uma dissipação de calor mais eficaz. Com o objetivo de melhorar a transferência de calor em radiadores, a utilização de nanofluidos também oferece benefícios adicionais, como a possibilidade de reduzir o tamanho e o peso dos radiadores. Com nanofluidos, é possível obter taxas de transferência de calor mais elevadas com um sistema de resfriamento mais compacto, resultando em veículos mais leves e eficientes em termos de consumo de combustível. Os nanofluidos têm o potencial de melhorar significativamente a transferência de calor em radiadores automotivos. Sua utilização pode levar a sistemas de resfriamento mais eficientes, com maior capacidade de dissipação de calor e menor tamanho e peso dos radiadores. No entanto, são necessárias mais pesquisas para explorar plenamente as vantagens e desafios dos nanofluidos em aplicações automotivas. Os nanofluidos foram sintetizados a base de água destilada, etilenoglicol e óxidos de alumínio e titânio visando sua aplicabilidade de acordo com a literatura. Através de experimentos utilizando radiadores, equações e comparações com a literatura, foi obtido uma melhora de até 40% no coeficiente de transferência de calor e a temperatura tem pouco efeito sobre o comportamento da transmissão de calor dos nanofluidos, que é fortemente impactada pela concentração de partículas e condições de fluxo.

Palavras-chave: Nanofluidos, radiadores, NFs, etilenoglicol, transferência de calor.

1. INTRODUÇÃO

Um dos principais componentes do sistema de refrigeração do motor de um carro é o radiador. Ele é responsável por fazer a troca de calor entre o ar e a substância líquida que nele se encontra. Assim, dissipando a maior parte do excesso de calor gerado pelo motor. O núcleo do radiador é composto por diversos canais, os quais possuem tubos de ventilação. Esse formato auxilia na passagem de ar e transferência de calor. Assim, a passagem de ar esfria o calor do líquido de arrefecimento, ocasionando uma diminuição na temperatura interna do veículo. O radiador é essencial para manter a temperatura do motor dentro dos limites seguros e evitar superaquecimento, conforme apresentado (Zafar et al, 2019).

1. NANOFLUIDOS

Uma nova classe de nanomateriais denominados como nanofluidos (NFs) vem ganhando atenção nos últimos anos. NFs são uma nova categoria de fluidos criados através da dispersão de partículas sólidas de tamanho nanométrico (1-100 nm) em fluidos base. Nas nanopartículas presentes no fluido é comum encontrar elementos metálicos como prata, cobre e ouro, ou até mesmo óxidos metálicos como óxido de titânio, óxido de cobre, óxido de alumínio, entre outros. a adição de nanopartículas aos fluidos base pode melhorar a eficiência energética de trocadores de calor de várias maneiras. A adição de nanopartículas pode aumentar a condutividade térmica do fluido, o que pode melhorar a transferência de calor. Pode alterar as propriedades reológicas do fluido, como viscosidade e densidade, o que pode melhorar o desempenho do trocador de calor. Oferece uma melhor estabilidade térmica do fluido, o que pode reduzir a formação de depósitos e incrustações nos tubos do trocador de calor. Por fim, a adição de nanopartículas pode melhorar a eficiência energética do trocador de calor, reduzindo a perda de calor e aumentando a transferência de calor. (Cheng et al, 2008).

1. NANOFLUIDOS EM RADIADORES

Os NFs são refrigerantes adequados que contribuem para uma alta transferência de calor em radiadores devido às suas boas propriedades térmicas. Eles contêm partículas nanométricas que aumentam a condutividade térmica do fluido, o que resulta em uma maior taxa de transferência de calor. Além disso, os NFs têm uma maior capacidade de absorção de calor em comparação com os fluidos convencionais, o que os torna mais eficientes em dissipar o calor gerado pelo motor do veículo.

Existem diversas sínteses de NFs com diferentes propriedades e aplicações. A síntese a ser abordada será a de NFs a base de óxido de alumínio e dióxido de titânio dispersos em uma mistura de água destilada e etilenoglicol (EG) na proporção volumétrica de 50:50. Esses NFs foram escolhidos por suas propriedades anticorrosivas, que geralmente não são analisadas ou discutidas na maioria dos artigos pois possuem variadas aplicações.

A principal aplicação do EG é como meio de transmissão de calor por convecção em radiadores de veículos, computadores com refrigeração líquida e sistemas de ar condicionado com água congelada. Como a água é um refrigerante extremamente eficiente, uma mistura de água e EG é usada. A desvantagem da água é que ela congela ou evapora em altas temperaturas. Agentes anticongelantes como o EG podem suportar temperaturas extremas muito mais altas, então, ao adicioná-lo à água, podemos obter essa propriedade. A maioria das boas propriedades de resfriamento da água são preservadas, mas a capacidade de resistir a temperaturas extremas vem do anticongelante. Conforme mostrado na Fig. 1, uma mistura de 60% de EG e 40% de água não congela em temperaturas abaixo de -45 °C. Quando dissolvido em água, o EG perturba as ligações de hidrogênio. O EG puro congela em torno de -12°C, porém quando misturado com água, o ponto de congelamento da mistura reduz.