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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Análise experimental do desempenho térmico de nanofluidos em radiadores automotivos
metadata.dc.creator: Oliveira, Guilherme Azevedo
metadata.dc.contributor.advisor1: Bandarra Filho, Enio Pedone
metadata.dc.contributor.referee1: Souza, Francisco José de
metadata.dc.contributor.referee2: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
metadata.dc.contributor.referee3: Vargas, José Viriato Coelho
metadata.dc.contributor.referee4: Sphaier, Leandro Alcoforado
metadata.dc.description.resumo: O presente trabalho relata uma investigação experimental acerca do desempenho térmico de nanofluidos em radiadores automotivos. Uma mistura composta por 70% água e 30% etilenoglicol (EG30%), utilizada em alguns tipos de radiadores como fluido de arrefecimento, foi substituída por 8 distintos nanofluidos, produzidos por homogeneização à alta pressão. Destes nanofluidos 4 eram compostos por nanopartículas de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT) e 4 compostos por grafeno, em concentrações mássicas 0,05, 0,1, 0,2, 0,3%. Além disso, foram também produzidos nanofluidos compostos por MWCNT e água como fluido base, em concentrações até 0,16%. Em uma primeira etapa, foram medidas experimentalmente as propriedades térmicas (condutividade térmica, viscosidade e densidade) de todos os fluidos produzidos, propriedades estas necessárias para os cálculos de transferência de calor. Posteriormente, os nanofluidos foram submetidos a ensaios como fluido de arrefecimento em radiadores automotivos, instalados em um túnel de vento devidamente equipado e instrumentado para avaliação do desempenho térmico dos fluidos. O desempenho dos nanofluidos foi avaliado em termos das taxas de transferência de calor no radiador e potência de bombeamento necessária para o escoamento. A temperatura de entrada do fluido de arrefecimento no radiador foi fixada em 50, 60, 70 e 80ºC, e vazão entre 30 e 130 g/s, enquanto a vazão e temperatura de incidência do ar foram fixadas em 0,175 kg/s e 25ºC, respectivamente. A primeira etapa de resultados indicou um ligeiro incremento na condutividade térmica para os nanofluidos, de até 5%. Com relação à viscosidade, no caso dos nanofluidos MWCNT/água foi observado incremento significativo (54%). O mesmo comportamento não fora observado para os nanofluidos baseados em EG30%, para os quais a viscosidade obtida foi semelhante ao fluido base, com exceção dos testes realizados em 80ºC, nos quais observou-se um aumento de 30%. Na segunda etapa, referente aos testes de desempenho em radiadores, os resultados indicaram uma leve queda na taxa de transferência de calor para os nanofluidos. Os piores desempenhos foram encontrados para os nanofluidos MWCNT/água, que apresentaram redução de até 22% na taxa de transferência de calor. No caso dos nanofluidos baseados em EG30%, foram encontrados resultados levemente superiores ao fluido base em algumas condições de testes, porém com o aumento da temperatura de entrada o desempenho dos nanofluidos se mostrou inferior ao do fluido base em até 10%. De forma geral, os nanofluidos analisados não apresentaram potencial de substituição do fluido de arrefecimento convencional. Os resultados obtidos apresentam discrepância com relação à literatura, na qual a maioria dos resultados são apresentados em função do número de Reynolds, porém, em análise adicional, verificou-se que o número de Reynolds não é um parâmetro adequado de referência para avaliação do desempenho de nanofluidos em escoamento interno.
Abstract: Nanofluids is a new class of fluids composed by solid nanoparticles dispersed in a fluid. This work concerns an experimental investigation about thermal performance of nanofluids in automotive radiators. A mixture of 70% water and 30% ethylene glycol (EG30%), used in some cooling systems, was replaced by 8 distinct nanofluids. The nanofluids composed by graphene and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) were produced by a two step method called high pressure homogenization, in mass concentrations between 0,05 and 0,3%, In addition, was produced water based MWCNT nanofluids, in concentrations between 0,05 and 0,16%. As a first step, the properties (thermal conductivity, viscosity and density) were experimentally measured. After that, the nanofluids were tested as coolants in automotive radiators, located in a wind tunnel strongly equipped to measure the heat transfer. The performance of nanofluids was evaluated in terms of heat transfer rate and pumping power. The liquid inlet temperature was fixed at 50, 60, 70 and 80ºC, while the mass flow rate was between 30 and 130g/s. On the other hand, the air mass flow rate and air inlet temperature were fixed at 0,175kg/s and 25ºC, respectively. The first step results indicated a slightly enhancement on the thermal conductivity related to the base fluid, up to 5%. With respect to viscosity, in the case of MWCNT/WATER nanofluids, was observed a significant enhancement (up to 54%). Similar behavior was not found for EG30% based nanofluids, for which was obtained viscosity close to the base fluid, except for tests at 80ºC, which was observed enhancements up to 30% on this property. In the second step results, referent to the tests in radiators, the results shown a slightly drop in the thermal performance with nanofluids. The worses performances were found to MWCNT/WATER nanofluids, for which the maximum drop verified was 22%. For EG30% based nanofluids, were found results slightly higher to base fluid in some test conditions, however, for most cases the performance were closed or lower the EG30%. In general, the analyzed nanofluids didn’t show potential to replace the conventional coolant. The obtained results are discrepant from literature, in which the heat transfer is analized, in the most os cases, in function of Reynolds number, but in an additional analysis, it was concluded that the Reynolds number is not an appropriate reference parameter to evaluate the thermal performance of nanofluids in internal flow.
Keywords: Engenharia mecânica
Nanofluidos
Nanotubos de carbono
Grafeno
Nanofluidos
Nanotubos de carbono
Radiador
Nanofluids
Carbon nanotubes
Graphene
Radiator
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: OLIVEIRA, Guilherme Azevedo. Análise experimental do desempenho térmico de nanofluidos em radiadores automotivos. 2016. 176 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/17980
Issue Date: 30-Aug-2016
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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