Estabilidade de Nanofluidos

Os nanofluidos são mais do que uma simples mistura de nanopartículas num fluido, pois é necessário garantir estabilidade das suspensões de nanopartículas, o que constitui um desafio, devido à tendência de agregação das partículas com o passar do tempo. A alta razão superfície- volume das nanopartículas induzem interações fortes de van der Walls entre as partículas, que associadas ao movimento Browniano (movimento aleatório das partículas suspensas num fluido, devido à sua colisão com átomos ou moléculas no gás ou líquido) podem provocar a agregação das nanopartículas (Nasiri et al., 2011; Vaisman, Wagner e Marom, 2006). Esta agregação faz com

que se comecem a comportar como as micropartículas e comecem a ter características semelhantes a estas. Deste facto resultará a acumulação e posterior obstrução dos canais, diminuindo a condutividade térmica do nanofluido. Por isso, a investigação da estabilidade dos nanofluidos é um fator muito importante para avaliar as suas propriedades termofísicas, de modo a obterem-se nanofluidos estáveis para aplicações em sistemas de engenharia.

Entre CNTs, é esperado que as interações entre partículas sejam mais significativas que entre partículas esféricas, mesmo para baixas concentrações. Acredita-se que este último facto se deve à geometria e razões de aspeto que possibilitam a formação de cadeias, como previsto pela teoria do volume excluído (EVT).

Lamas et al., 2012, ao estudarem nanofluidos com nanotubos de carbono, concluíram que um nanofluido para ser considerado estável teria de ter uma aglomeração reduzida, pouca sedimentação e integridade estrutural para as condições em estudo.

A aglomeração de partículas pode ser prevenida pelo balanceamento entre as forças atrativas entre partículas por repulsão estática ou estereoquímica (Botha, 2006; Missana e Adell, 2000; Popa et al., 2010).

 A repulsão electroestática pode ser induzida por métodos físicos, como ultrassónicos, moagem de esferas ou corte de alta velocidade (Das, Putra e Roetzel, 2003; Das et al., 2003; Eastman et al., 1996; Xuan e Li, 2000). Estes métodos induzem cargas elétricas na superfície da nanopartícula, garantindo estabilidade cinética. Contudo, estes métodos destroem as nanopartículas. Por exemplo, ao aplicar a CNT períodos de radiação ultrassónica, o seu comprimento pode reduzir-se até 65%, enquanto que os outros dois métodos podem causar a abertura das paredes dos CNTs, e quanto mais pequenos forem os CNTs, pior será a sua capacidade de emaranhar (Hilding et al., 2003);

 A repulsão estereoquímica pode ser aplicada através de métodos químicos, que incluem técnicas de funcionalização covalentes e agentes tensioativos, vão causar uma conversão de hidrofóbica para hidrofílica das paredes das nanopartículas (Banerjee e Wong, 2002; Ghadimi, Saidur e Metselaar, 2011; Huang et al., 2009; Xuan e Li, 2000). Esta alteração é percetível pois estes métodos alteram o pH das misturas:

o O método do uso de agentes tensioativos ou dispersantes é o mais fácil e económico de garantir a estabilização das nanopartículas, e por isso a estabilidade dos nanofluidos, mas causa alguns problemas, pois influencia as

propriedades finais da mistura, e podem, entre outros, limitar o melhoramento da condutividade térmica (Chen et al., 2008; Nasiri et al., 2011);

o O método do uso de nanopartículas covalentes funcionalizadas é uma abordagem promissora na produção de nanofluidos, pois são tratamentos que se anexam à superfície das nanopartículas, possibilitando a oxigenação dos grupos funcionais como os grupos carboxílicos e álcoois, alterando o pH da mistura (Esumi et al., 1996; Naseh et al., 2010; Xie e Chen, 2011; Xie et al., 2003);

Os tratamentos químicos também podem causar o encurtamento dos CNTs, dependendo da extensão e intensidade da reação química, e a distribuição do novo tamanho poderá ser determinada depois da funcionalização pela observação da mistura no SEM ou TEM para caracterizar os CNTs resultantes.

Em suma, os fatores que influenciam a estabilidade de nanofluidos são a utilização de ultra-sons, o controlo do pH das nanopartículas para obter um potencial zeta que permita uma suspensão estável e a adição de dispersantes, de forma a evitar a sedimentação.

Para avaliar e caracterizar a estabilidade coloidal dos nanofluidos, podem ser utilizados variados métodos, mas os mais utilizados são os seguintes:

 Análise por absorção espectral, que avalia a sedimentação do nanofluido num dado instante, relacionando a absorção espectral e a concentração de nanopartículas no nanofluido. Como desvantagem, este método não consegue prever a sedimentação a longo prazo (Kim, Bang e Onoe, 2009);

 Potencial zeta, ou potencial eletrocinético, indica o grau de repulsão entre as partículas adjacentes numa mistura, por isso quando um nanofluido possui um potencial zeta elevado, as nanopartículas têm um grau de repulsão elevado, validando a estabilidade da solução. Quando o potencial zeta é baixo, as nanopartículas tendencialmente desagregam-se, sendo por isso possível provar a partir deste fator que as nanopartículas não se aglomeram. No entanto, não é possível prever se existe sedimentação do nanofluido (Huang et al., 2009).

Estes dois métodos são relativamente lentos e em geral requerem a diluição das suspensões, o que faz com que sejam alteradas as interações entre partículas e consequentemente os resultados, por isso é conveniente, o uso de um método de um método mais recente:

 Analisador de estabilidade LUMiSizer, que permite averiguar a estabilidade de nanofluidos, e que foi utilizado por Lamas et al., 2012. Neste método, fácil e pouco exigente, é possível estimar o tempo útil de estabilidade do nanofluido, calculando a velocidade de sedimentação, pois as amostras são submetidas a campos centrífugos diferentes (RCFs) que permitem acelerar a sedimentação de MWCNT, sendo por isso possível calcular a constante de proporcionalidade entre o campo centrífugo e a velocidade de sedimentação.