5.2.3.4 Calor Específico (Nanopartículas em solução anticongelante de

As medidas de calor específico realizadas neste trabalho também apresentaram valores consistentes com a literatura, onde é observada a redução calor específico relativo ou a razão entre o calor específico do nanofluido com o calor específico do fluido-base, cpnf/cpfb, em função do aumento das concentrações de nanopartículas, como

Resultados Etapa II

Figura 46 Calor específico dos nanofluidos em solução anticongelante e razão dos calores específicos do nanofluido pelo fluido-base com as nanoparticulas : ZnO, Al2O3, TiO2, COOH-MWCNT e MWCNT a

concentrações de 0,5 e 4 % m/m em diferentes temperaturas.

Fonte: Do autor

Na Figura 46, observa-se que a redução do calor específico foi maior com as dispersões de nanotubos de carbono, enquanto os nanofluidos com Al2O3 apresentaram

a menor redução em relação ao fluido-base. A redução do calor específico é maior nas maiores concentrações de nanopartículas, e apresenta pouca variação com a temperatura dentro dos limites estudados. O calor específico das suspensões Al2O3 apresenta

reduções equivalentes de 1 e 3 %, em comparação com o fluido base nas concentrações de 0,5 e 4,0 % em massa, respectivamente, enquanto que as nanopartículas de ZnO e TiO2 causaram reduções da ordem de 1 a 5 % e 1 a 4 %, respectivamente. De acordo

com Satti et al. (2016a), a redução da razão de calor específico com relação ao fluido de base para os nanofluidos com Al2O3 atinge mais de 19 %, utilizando concentrações de

Resultados Etapa II

0,5 a 4 % v / v, sendo que os nanofluidos com ZnO apresentam cerca de 20,9 a 32 % de redução nas concentrações de 0,5 a 6,0 % v / v. O aumento de temperatura provoca uma redução maior, de acordo com Satti et al. (2016a), porém neste trabalho os resultados indicam pouca influência da temperatura na razão do calor específico entre o nanofuido e o flúido base.

As suspensões de nanotubos de carbono apresentam a maior redução da razão de calor específico atingindo valores entre 1,5 a 6,5 %. Foi possível observar que os nanofluidos que apresentam maior redução da razão do calor específico também apresentam o maior aumento da razão de condutividade térmica. Satti et al. (2017) também reportaram resultados que trazem esta relação, uma vez que as nanopartículas de ZnO apresentam o maior aumento da condutividade térmica e bem como a maior diminuição do calor específico. Ainda são poucos os estudos que investigaram o calor específico em conjunto com a condutividade térmica, e os resultados, até o momento, indicam que existe uma correlação inversa entre estas duas propriedades, o que deve ser investigado com maior intensidade em futuros estudos.

Isso pode indicar que a variação no calor específico com a dispersão de nanopartículas, assim como a condutividade térmica, também pode ser explicada pelo movimento livre e aleatório das nanopartículas suspensas, que aceleram a transferência de energia no meio líquido e podem aumentar a taxa de transferência de calor favorecendo, inclusive, a homogeneização da temperatura do volume total.

A variação do calor específico em função da concentração das nanopartículas, dentro dos limetes estudados neste trabalho, apresentou comportamento próximo ao linear, cujos coeficientes das equações ajustadas para os nanofluidos produzidos são mostrados na Tabela 22.

Resultados Etapa II

Tabela 22. Coeficientes das equações lineares ajustas do comportamento do calor específico dos nanofluidos em função da concentração de nanopartículas (ZnO, Al2O3, TiO2, COOH-MWCNT e

MWCNT) em diferentes temperaturas.

T [°C]

nanofluido

cpnf = A + B1x : A= (intercepto); = B1 (parâmetro1); x = np concentração

ZnO Al2O3 TiO2 MWCNT _MWCNT COOH-

5 A 3,2057 A 3,1829 A 3,183 A 3,1635 A 3,152 B1 -0,03825 B1 -0,0173 B1 -0,0281 B1 _{-0,04371 B1 -0,0349} R2 0,9828 R2 0,87 R2 0,92 R2 0,89 R2 0,943 30 A 3,2359 A 3,215 A 3,213 A 3,186 A 3,18373 B1 -0,04 B1 -0,01645 B1 -0,0291 B1 _{-0,03962 B1 -0,03663} R2 _{0,988 R}2 _{0,898 R}2 _{0,94 R}2 0,92 R2 0,91 60 A 3,265 A 3,251 A 3,2365 _{A 3,23} A 3,2241 B1 -0,034 B1 -0,0168 B1 -0,022 B1 -0,03952 B1 -0,0392 R2 _{0,997 R}2 _{0,9 R}2 _{0,915 R}2 _{0,897 R}2 _0,94

Os valores experimentais das propriedades dos nanofluidos são utilizados para estimar o comportamento em processos de transferência de calor, cujo tema, caracteriza o objetivo final deste trabalho. Na Tabela 23, estão dispostos os resultados obtidos pela caracterização dos nanofluidos estudados, através dos quais, foi embasada a seleção do nanofluido utilizado na terceira etapa deste trabalho (Etapa III), com o objetivo de avaliar a transferência de calor e o real benefício da utilização dos nanofluidos em substituição aos fluidos-base.

Com o objetivo de estudar a transferência de calor em baixas temperaturas para aplicações de resfriamentos, a escolha foi realizada dentre os nanofluidos produzidos em solução anticongelantes de propilenoglicol de 50 %. Dentre estes, os nanofluidos produzidos com COOH-MWCNT apresentaram as melhores condições, devido a sua maior estabilidade em suspensão pela modificação do pH ao valor de 10,0 e também pelo reduzido tempo de produção em comparação com os nanofluidos de óxidos metálicos, os quais exigem tempo de sonicação superior a 20 horas, mostrando ser insuficiente para impedir a sedimentação das nanopartículas.

Resultados Etapa II Tabela 23 Panorama das diferentes propriedades estudadas dos nanofluidos

Nanopartícula

(np) Fluido base (fb) Nanofluido (nf) Estável

Precipita em uma semana Potencial zeta Tamanho médio (nm) knf/kfb nffb cpnf/cpfb nffb

MWCNT água MWCNT-H2O não sim 30 a 40 340 a 400 -  - 

MWCNT água/goma arábica AG-MWCNT-H2O sim sim -25 a -27 152 a 247 1,03 a 1,11  0,96 a 1,007  MWCNT água/triton X-100 TrX-MWCNT-H2O sim sim -13 a -15 500 a 800 1,05 a 1,07  0,96 a 0,995 

MWCNT PG MWCNT-PG sim não 37 a 46 320 a 480 1,02 a 1,11  

MWCNT PG/água (SaC) MWCNT-SaC sim não - - 1,02 a 1,125  0,987 a 0,939 

COOH-MWCNT água COOH-MWCNT-H2O não sim -25 a -27 199 a 220 -  - 

COOH-MWCNT água pH 10,0 COOH-MWCNT-H2O sim não -35 a -40 170 a 199 1,04 a 1,15  0,96 a 1,047 

COOH-MWCNT PG COOH-MWCNT-PG sim não 48 a 55 240 a 350 1,02 a 1,125  

COOH-MWCNT PG/água (SaC) COOH-MWCNT-SaC sim não - - 1,025 a 1,15  0,95 a 0,943 

ZnO água ZnO-H2O não sim -  - 

ZnO PG ZnO-PG sim sim 36 a 47 48 a 54 1,01 a 1,09  - 

ZnO PG/água (SaC) ZnO-SaC sim sim - - 1,005 a 1,07  0,952 a 0,995 

Al2O3 água Al2O3-H2O não sim -  - 

Al2O3 PG Al2O3-PG sim sim 44 a 49 65 a 74 1,005 a 1,11  - 

Al2O3 PG/água (SaC) Al2O3-SaC sim sim - - 1,005 a 1,08  0,97 a 0,995 

TiO2 água TiO2-H2O não sim -  - 

TiO2 PG TiO2-PG sim sim 8 a 11 82 a 110 1,015 a 1,10  - 

Resultados Etapa III

E

III:

SOLUÇÃO ANTICONGELANTE DE PROPILENOGLICOL DE

50%

/

III-5. Utilização dos dados das propriedades empíricas para