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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7731-0486
Tipo de documento: Tese
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Desempenho termo-hidráulico de um radiador automotivo operando com nanofluidos
Título (s) alternativo (s): Thermohydraulic performance in a car radiator operating with nanofluids
Autor: Contreras, Edwin Martin Cardenas
Primer orientador: Bandarra Filho, Enio Pedone
Primer miembro de la banca: Carvalho, Solidônio Rodrigues de
Segundo miembro de la banca: Vedovotto, João Marcelo
Tercer miembro de la banca: Gómez, Luben Cabezas
Cuarto miembro de la banca: Schneider, Paulo Smith
Resumen: A presente pesquisa trata de uma investigação experimental do desempenho termo-hidráulico de um radiador automotivo operando com nanofluidos em elevadas temperaturas, de 80 °C até 105 °C, utilizando uma mistura de água e etilenoglicol (50% em volume), como fluido base. Produziu-se os nanofluidos dispersando nanopartículas de nanotubos de carbono (concentrações volumétricas de 0,025%; 0,05% e 0,1%) e de prata (concentrações volumétricas de 0,001%; 0,002% e 0,003%) aplicando-se o método de dois passos, envolvendo ultrasonicação e homogeneização sob alta pressão. Incialmente, avaliou-se a estabilidade dos nanofluidos pelo método de espectrofotometria UV-vis e foram mensuradas suas propriedades termofísicas (condutividade térmica, viscosidade e massa específica). Posteriormente, os nanofluidos foram ensaiados como líquido de arrefecimento em um radiador instalado em um túnel de vento, instrumentado para avaliar o desempenho termo-hidráulico. Investigaram-se os fatores que influenciam a transferência de calor e a queda de pressão, incluindo concentração de nanopartículas, vazão mássica e a temperatura. A abordagem computacional para simular o radiador foi desenvolvida no software Engineering Equation Solver (EES). Os resultados mostraram que a condutividade térmica dos nanofluidos tem um incremento de até 6,4%. Para a viscosidade e massa específica os incrementos máximos observados foram de 11% e 0,23%, respectivamente. Os modelos propostos para o cálculo da condutividade térmica (com desvio máximo 1,5%) e viscosidade (com desvio máximo 3%) apresentaram boa concordância em relação aos resultados experimentais. Nos ensaios de bancada, os nanofluidos exibiram taxa de transferência de calor ligeiramente aumentada, com valor máximo de 3,7%, em comparação ao fluido base. Observou-se também um incremento máximo na potência de bombeamento de 3,6%. Comparou-se então os resultados da transferência de calor com os valores obtidos a partir dos modelos de correlação para nanofluidos, obtendo-se um desvio médio de 4,1%. Em geral, os nanofluidos de prata não apresentaram potencial para substituir o líquido de arrefecimento automotivo. Por outro lado, a amostra de nanofluido MWCNT2 com nanotubos de carbono demonstrou ser promissora, exibindo um coeficiente de desempenho termo-hidráulico de 1,015.
Abstract: This study focuses on experimentally investigating the thermal-hydraulic performance of an automotive radiator operating with nanofluids at high temperatures, from 80 °C to 105 °C, from a binary mixture of water and ethylene glycol (50% by volume), served as the base fluid. Nanofluids were prepared by dispersing multi-walled carbon nanotubes (with volumetric concentrations of 0.025%, 0.05%, and 0.1%) and silver (with volumetric concentrations of 0.001%, 0.002%, and 0.003%) nanoparticles using a two-step method involving ultrasonication and high-pressure homogenization. As a first step, the stability of the nanofluid samples was assessed using the UV-vis spectrophotometry method, followed by an experimental measurement of their thermophysical properties, including thermal conductivity, viscosity, and specific mass. Subsequently, the nanofluids were employed as a substitute for coolant fluids in a car radiator installed in a wind tunnel instrumented to evaluate thermo-hydraulic performance. Key factors affecting heat transfer and pressure drop, such as nanoparticle concentration, mass flow rate, and temperature, were thoroughly investigated. The computational approach was developed in the Engineering Equation Solver (EES) software to simulate the radiator. The results show that the thermal conductivity of the nanofluids increased by up to 6.4%. The maximum increases observed in viscosity and specific mass were 11% and 0.23%, respectively. The models proposed for estimating thermal conductivity (maximum deviation 1.5%) and viscosity (maximum deviation 3%) were found to be suitable, exhibiting good agreement with experimental results. For the tests on the experimental bench, the nanofluids demonstrated a slightly enhanced heat transfer rate, with a maximum value of 3.7% compared to the base fluid. However, this improvement was accompanied by an increase in pumping power of 3.6%, moderately impacting the thermal-hydraulic performance coefficient. Furthermore, laminar heat transfer outcomes were compared with the values obtained from the correlation models for nanofluids, obtaining an average deviation of 4.1%. In general, silver nanofluids did not show the potential to substitute coolant for car radiators. On the other hand, the MWCNT2 nanofluid sample with carbon nanotube proved to be promising, exhibiting a thermal-hydraulic coefficient of performance of 1.015.
Palabras clave: Nanofluidos
Nanofluids
desempenho termo-hidráulico
thermohydraulic performance
nanotubos de carbono
carbon nanotubes
prata
silver
radiador automotivo
car radiator
Engenharia mecânica
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALOR
Tema: Engenharia Mecânica
Mecânica dos fluidos
Meios de transferência de calor
Calor - Transmissão
Nanopartículas
Automóveis - Mecânica
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Cita: CONTRERAS, Edwin Martin Cardenas. Desempenho termo-hidráulico de um radiador automotivo operando com nanofluidos. 2024. 172 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.361.
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.361
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41855
Fecha de defensa: 29-may-2024
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Aparece en las colecciones:TESE - Engenharia Mecânica

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