Nanofluido | Todos sus conceptos importantes

En estos artículos se explican los siguientes contenidos:

  • Definición nanofluid | ¿Qué es el nanofluido?
  • ¿Qué es el fluido base?
  • ¿Cómo se hace un nanofluido?
  • ¿Qué es un nanofluido híbrido?
  • Usos de nanofluidos | aplicaciones de nanofluidos
  • Tipos de nanofluidos y sus propiedades

Definición nanofluid | ¿Qué es el nanofluido?

El nanofluido es un fluido que consta de un fluido base con partículas de tamaño nanométrico (1–100 nm) suspendidas en él. Las nanopartículas utilizadas en este tipo de estudios están hechas de un metal u óxido metálico, aumentan la conducción y la convección, lo que permite una mayor transferencia de calor. En los últimos años, el avance de alta velocidad en nanotecnología ha hecho que surjan refrigerantes de nueva generación llamados nanofluido.

Tomemos un ejemplo, verifique la figura a continuación. Las nanopartículas de CuO (óxido de metal) se agregan para hacer un nanofluido con una fracción de volumen de 0.25% de CuO. La nanopartícula se dispersa en agua destilada (fluido base). El tensioactivo dodecil sulfato de sodio (SDS) se agrega al nanofluido para la estabilidad de las nanopartículas.

Figura 1. Nanofluido
Nanofluido de CuO

¿Qué es el fluido base?

Las nanopartículas están suspendidas en algún refrigerante líquido común como agua destilada, etilenglicol, aceite, refrigerantes, etc. Este refrigerante común ampliamente utilizado se conoce como fluido base.

Es posible que lo haya notado mientras el mecánico cambiaba o vertía refrigerante en el radiador de su automóvil. ¿Recuerdas su color? Sí, es verde. Ese líquido de color verde (refrigerante) es etilenglicol.

Conozcamos el aceite base fluido. Es posible que haya notado que el mecánico cambia el aceite de su automóvil o bicicleta. Es aceite de sistema de lubricación y transmisión. Este tipo de aceite puede ser un fluido base para la preparación de nanofluidos.

¿Cómo se hace un nanofluido?

                La preparación de nanofluidos puede ser posible siguiendo dos métodos ampliamente utilizados. Se prepara dispersando nanopartículas en fluido base con un agitador magnético y un sonicador, como se muestra en la figura “Preparación de nanofluido: Sonicador”.

                Hay dos tipos de agitadores que se utilizan para dispersar partículas en el fluido base, uno es el magnético y otro es mecánico. El otro instrumento de laboratorio llamado sonicador ultrasónico también es necesario para una dispersión adecuada.

Preparación de nanofluido: agitador magnético

Preparación de nanofluido: Sonicator

Método de dos pasos

El procedimiento de dos pasos es el método más utilizado para preparar nanofluidos. Los procesos químicos y físicos se utilizan para producir polvo seco de nanopartículas.

El polvo de partículas se agrega al fluido base. El segundo paso podría ser una agitación intensiva con fuerza magnética o una agitación ultrasónica. El procedimiento de dos pasos es el procedimiento económico para producir nanofluidos a granel porque los requisitos de nanofluidos aumentan con las nuevas aplicaciones.

Uso de tensioactivo en nanofluidos

Las nanopartículas tienen una gran superficie y actividad superficial que conducen a la agregación. El uso de tensioactivo es un método conveniente para obtener una buena estabilidad. Sin embargo, la funcionalidad de los tensioactivos a altas temperaturas también es un gran problema, especialmente para aplicaciones de alta temperatura.

Método de un paso

Eastman sugirió un método de condensación de vapor de un solo paso. Se utiliza para preparar nanofluido de Cu / etilenglicol (EG) para limitar la aglomeración de nanopartículas.

El uso del método de preparación de un solo paso evita que las partículas se esparzan en el fluido. Hay algunas funciones que no se necesitan en este método. Este método elimina el secado de partículas, el almacenamiento de material y la propagación. La aglomeración está limitada en el método de un solo paso. también aumenta la estabilidad del nanofluido.

Método de vacío - SANSS

 (sistema de -arco-nanopartícula -síntesis- sumergido de forma completa)

Es uno de los métodos de preparación de nanofluidos con buena eficiencia. En este método se utilizan diferentes fluidos dieléctricos.

La forma de las nanopartículas es de diferentes tipos. El procedimiento evita razonablemente bien la agregación de partículas no deseada. Hay algunas desventajas de este método. Queda algo de reactivo presente en el nanofluido.

¿Qué es un nanofluido híbrido?

Un material híbrido es una combinación de propiedades físicas y químicas de dos o más materiales. Las dos o más nanopartículas se dispersan en un fluido base para lograr las propiedades deseadas para aplicaciones individuales. La fabricación de nanofluidos con dos o más nanopartículas similares o diferentes es popular como nanofluido híbrido. El trabajo sobre nanofluidos híbridos no está muy extendido.

Hay muchos estudios experimentales sobre nanofluidos híbridos que aún quedan por hacer. Los nanofluidos híbridos generalmente utilizados son Al2O3/ Cu, Al2O3/ CNT, Cu / TiO2, CNT / Fe3O4, etc.

El nanofluido híbrido es una nueva área de investigación para que los investigadores de ingeniería térmica obtengan un sistema de enfriamiento mejorado.

Uso de nanofluidos

                El nanofluido se puede utilizar para varias aplicaciones diferentes. Si estos usos no afectan la transferencia de energía a fondo, pueden reducir la necesidad básica de combustible convencional, energía eléctrica o gas. Leamos algunas aplicaciones importantes de los nanofluidos.

Refrigeración de dispositivos electrónicos

               La investigación en curso sobre la electrónica sugiere que el uso de nanofluidos puede realizar una transferencia de calor superior. La cámara de vapor utiliza nanofluidos para una mejor transferencia de calor.

Fluido de agua de las camisas en el generador de electricidad

               La gestión del espacio de maquinaria es el principal problema en todos los vehículos automóviles. El tamaño del componente (enfriamiento) se puede reducir solo si mejoramos el rendimiento de transferencia de calor de las piezas. El nanofluido es el de la opción para mejorar el rendimiento de la pieza y desarrollar compacidad.

Energía solar - sistema de energía térmica

                Para absorber la radiación solar, el fluido de trabajo pasa a través del sistema de energía solar térmica. La energía absorbida por el fluido se envía al intercambiador de calor para otros fines. La energía solar absorbida por el fluido de trabajo generalmente se transfiere al intercambiador de calor para otras aplicaciones.

Aceite refrigerante en transformador

                El transformador es un equipo eléctrico de transmisión de potencia. El calor generado en el transformador es absorbido por aceite. Si añadimos nanopartículas en aceite refrigerante. Se puede mejorar el rendimiento del transformador.

Otro uso de nanofluidos en el campo de la mejora de la transferencia de calor:

Proceso de refrigeracion

                El proceso de refrigeración está trabajando en diferentes ciclos termodinámicos. El fluido de trabajo en este proceso es refrigerante. Las propiedades térmicas de algunos refrigerantes se pueden mejorar mediante el uso de nanopartículas.

Enfriamiento sistema de energia nuclear

                La enorme cantidad de calor se produce en la fisión nuclear. Es necesario disponer la refrigeración adecuada del sistema. El nanofluido es un fluido de avance que se puede utilizar en un sistema de enfriamiento nuclear.

Tipos de nanofluidos

Los tipos de nanofluidos dependen del uso de diferentes tipos de nanopartículas y fluidos base. Hay tres tipos de nanopartículas, como nanopartículas de metal puro, óxido de metal y nanopartículas a base de carburo. Estas partículas se dispersan en varias opciones de fluidos base como agua, agua / etilenglicol, aceite, etilenglicol, etc.

Puro metalÓxidos metálicosCarburo
AlAl2O3Diamond
CuCuOGrafito
FeFe2O3, Fe3O4Nanotubo de pared simple
AgAg2ONanotubos multipared
ZnZnO 
TiTiO2 

Propiedades del nanofluido

La conductividad térmica es una de las propiedades vitales relacionadas con la transferencia de calor para nanofluidos. Es de alta conductividad térmica en comparación con el líquido refrigerante estándar, es una característica esencial para muchas aplicaciones. El uso de nanopartículas de cobre con etilenglicol da como resultado un aumento de la conductividad térmica en un 40% en comparación con el fluido base.

Todos los procesos indican que la conductividad térmica es básica para un sistema de refrigeración adecuado en cualquier dispositivo. En el sistema de refrigeración, una gran superficie y una alta conductividad térmica se atribuyen a esta mejora de la transferencia de calor.

La relación entre el área de la superficie y el volumen es el criterio principal para la mejora de la conductividad térmica. Esta ración se puede incrementar utilizando nanopartículas de pequeño tamaño. La conductividad térmica aumenta mediante el uso de una mayor concentración de partículas.

Las propiedades como densidad, viscosidad, calor específico y conductividad térmica son bien conocidas para el fluido base. Las propiedades de los nanofluidos se pueden calcular teóricamente mediante correlaciones sugeridas por varios investigadores. Estas propiedades también se pueden medir con varios instrumentos de forma experimental en el laboratorio.

La densidad del nanofluido se puede calcular usando la correlación como  

\ rho_ {n} f = (1- \ Phi) \ rho_ {b} f + \ Phi {\ rho_ {p}}

Dónde ρpy ρbfson las densidades de las nanopartículas y el fluido base, respectivamente, y фes la concentración de volumen (% p / p) de nanopartículas dispersas en el fluido base. Según la idea de la combinación de fluidos fuertes, el calor específico del nanofluido viene dado por lo siguiente:

{C} p_ {nf} = \ quad \ frac {(1- \ phi) {\ rho} _ {bf} \ quad {Cp} _ {bf} + \ phi \ quad {\ rho} _ {p} { Cp} _ {p}} {{\ rho} _ {nf}}

Dónde cppy cpbf, son el calor específico de las nanopartículas y el fluido base, respectivamente. La viscosidad del nanofluido se puede obtener de la siguiente ecuación:

{\ mu} _ {nf} = {\ mu} _ {bf} (1 + a \ phi)

Crédito Einstein 1906

 a es constante en la ecuación de viscosidad y su valor es 14.4150 para calcular la viscosidad. Esta fórmula se da básicamente para el movimiento browniano de partículas en un fluido. Una fórmula bien conocida para calcular la conductividad térmica de un nanofluido es el modelo de Kang, que se expresa de la siguiente forma:

K_ {nf} = \ quad {K} _ {bf} \ frac {{K} _ {p} + (n-1) {K} _ {bf} - \ phi \ quad (n-1) \ quad ( {K} _ {bf} - {K} _ {p})} {{K} _ {p} + (n-1) {K} _ {bf} + \ phi \ quad ({K} _ {bf } - {K} _ {p})}

Crédito Hamilton y Crosser (1962)

Preguntas y respuestas

¿Qué es el nanofluido?

Es un fluido de avance. Se prepara dispersando nanopartículas en el fluido base.

¿Qué es el fluido base?

 El fluido base es un líquido refrigerante convencional. Se utiliza para preparar nanofluidos.

Dé los ejemplos de algunas nanopartículas de uso común para preparar nanofluidos.

Las nanopartículas de uso común son cobre (Cu), aluminio (Al), hierro (Fe), óxido de aluminio (Al2O3), Óxido de cobre (CuO), Óxido de titanio (TiO2 ) Etc.

¿Cuáles son los métodos de preparación de nanofluidos más utilizados?

Hay dos métodos ampliamente utilizados que se mencionan a continuación:

  1. Método de dos pasos
  2. Método de un paso

¿Cuál es la estabilidad del nanofluido?

La estabilidad se puede establecer como el tiempo que la partícula se mantiene dispersa en el fluido base. Técnicamente, el nanofluido más estable es aquel que tiene menos sedimentación.

¿Cuál es el uso del surfactante en la preparación de nanofluidos?

El tensioactivo se utiliza en nanofluidos para aumentar su estabilidad. El tensioactivo más utilizado es el dodecilsulfato de sodio (SDS).

¿Por qué el nanofluido híbrido se convirtió en un nuevo tema de investigación?

La aplicación individual necesita las propiedades deseadas del material. Para obtener propiedades probables en nanofluidos, se agregan más de una nanopartícula en el fluido base.

¿Por qué el uso de nanofluidos mejora la transferencia de calor?

El nanofluido es un fluido avanzado con una conductividad térmica más alta, ya que las partículas nanométricas proporcionan más área de superficie para conducir la transferencia de calor.

¿Cómo pueden los nanofluidos reducir el tamaño del intercambiador de calor?

El refrigerante convencional utilizado en el intercambiador de calor muestra menos transferencia de calor en comparación con el nanofluido. El uso de nanofluidos requiere un intercambiador de calor de tamaño proporcionalmente menor en comparación con el refrigerante convencional.

Conclusión

                Este artículo trata sobre la introducción básica de nanofluidos, preparación de nanofluidos, aplicación de nanofluidos y propiedades de nanofluidos. Recientemente, es un refrigerante avanzado en aplicaciones de transferencia de calor. El alcance de los nanofluidos es enorme en el mundo actual de la nanotecnología. El nanofluido y sus aplicaciones pueden ser un buen tema para estudiantes e investigadores para el trabajo de proyectos.

Para obtener más detalles al respecto, consulte haz clic aquí

Más tema relacionado con nanofluidos y transferencia de calor, por favor haz clic aquí

Sobre Deepakkumar Jani

Soy Deepak Kumar Jani, estoy cursando un doctorado en energía mecánica renovable. Tengo cinco años de experiencia docente y dos de investigación. Mi área temática de interés es la ingeniería térmica, la ingeniería automotriz, la medición mecánica, el dibujo técnico, la mecánica de fluidos, etc. He presentado una patente sobre "Hibridación de energía verde para la producción de energía". He publicado 17 artículos de investigación y dos libros.
Me complace ser parte de Lambdageeks y me gustaría presentar parte de mi experiencia de una manera simplista a los lectores.
Aparte de lo académico y la investigación, me gusta vagar por la naturaleza, capturar la naturaleza y crear conciencia sobre la naturaleza entre las personas.
Conectémonos a través de LinkedIn: https://www.linkedin.com/in/jani-deepak-b0558748/.
Consulte también mi canal de YouTube sobre "Invitación de la naturaleza".

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.Los campos obligatorios están marcados *

Frikis Lambda