Nanofluidos com óxidos metálicos apresentaram comportamento newtoniano em todas as concentrações estudadas. O resultado das medidas de viscosidade dos nanofluidos em função da temperatura é apresentado na Figura 42A, enquanto os valores de viscosidade relativa estão mostrados na Figura 42B, onde também é observado que não há tendência para aumentar a razão de viscosidades, nf/fb, com a
temperatura. A viscosidade para os nanofluidos com soluções anticongelantes de propilenoglicol de 50 % em relação a seu fluido-base apresentou aumento entre 10 e 100 %.
Os nanofluidos de ZnO apresentaram menor aumento de viscosidade para baixas concentrações de nanoparticulas, apresentando uma viscosidade relativa entre 1,03 e
Resultados Etapa II
1,10. Para concentrações mais elevadas, os nanofluidos de Al2O3 apresentam o menor
aumento da viscosidade entre as amostras estudadas, atingindo razões de viscosidade de 1,4 para 1,45. Os nanofluidos de TiO2 apresentam a maior razão de viscosidade entre as
nanopartículas de óxido metálico em concentrações de altas. Além da razão de viscosidade, apresentam um comportamento constante com a temperatura de 60 °C e observa-se um aumento proeminente, atingindo razões de viscosidade, nf/fb, maiores
que 1,8 para 4 % m/m de nanofluidos. Este comportamento foi observado em todos os nanofluidos e não há relatos de nada semelhante na literatura.
Para nanofluidos de ZnO com 4 e 2 % m/m, observa-se um aumento proeminente da razão de viscosidade, nf/fb, a partir de 40 °C, o que não é observado
em amostras com 0,5 e 1,0 % m/m e pode indicar algum tipo de interação entre as nanopartículas que é favorecida em alta temperatura. A partir das medidas de nanofluidos de água, observou-se que altas temperaturas favorecem a ocorrência de movimento browniano, o que tende a dificultar o fluxo em uma direção e pode explicar o aumento da razão de viscosidade com a temperatura observada.
Os valores das viscosidades medidas neste trabalho são muito próximas dos valores obtidos por Vajjha et al. (2015) com as nanopartículas de ZnO, TiO2 e Al2O3,
onde um comportamento newtoniano foi observado em temperaturas acima de zero graus e comportamento não-newtoniano nas temperaturas negativas. Os nanofluidos Al2O3 apresentaram razões de viscosidade de 1,71 a 1,94 para -30 e 30° C,
respectivamente, utilizando 6 % em peso numa solução de propilenoglicol de proporção (60/40) em volume com água.
Vajjha et al. (2015) reportaram limitações de estabilidade para o uso de nanofluidos de TiO2 , estudando apenas a concentração de 1 % em peso, com a
obtenção de uma razão de viscosidade, nf/fb , entre 1,16 e 1,23 nas temperaturas de -
30 e 90 ° C. Para os nanofluidos com ZnO, estudaram em concentrações mais elevadas, com 4 % em peso, obtendo um aumento da razão de viscosidaded, nf/fb , entre 1,55 e
1,68, para nanopartículas com 77 nm de tamanho médio, enquanto para nanopartículas com 50 nm, esta razão apresentou valores entre 1,44 e 1,51, evidenciando que o aumento da temperatura causa um aumento na viscosidade relativa do nanofluido pelo fluido-base e que a redução de tamanho médio das partículas ocasiona um menor aumento da viscosidade relativa do nanofluido.
Resultados Etapa II
Figura 42 Viscosidade do nanofluido (A) e razão da viscosidade dos nanofluidos (B) com anticongelantes de propilenoglicol e nanopartículas de óxidos metálicos em relação ao fluido-base a diferentes temperaturas para concentrações de 0,5, 2, 4 %.
Fonte: Do autor
Suganthi e Rajan (2014) encontraram uma alta correlação entre a redução da viscosidade relativa e o tempo de sonicação, usando ZnO em uma solução de propilenoglicol/água com 50% v/v. No entanto, os resultados indicam uma redução da viscosidade em relação ao fluido base o que representa um resultado bastante inesperado, visto que não há outro estudo reportando a redução da viscosidade com o aumento da concentração de nanopartículas no fluido. Zafarani et al. (2015) encontraram um comportamento pseudoplástico em suas medidas usando nanofluidos com ZnO em propilenoglicol, registrando aumentos superiores a 70 % na viscosidade nas temperaturas de 20 a 60 °C.
No presente estudo, os nanofluidos obtidos com nanopartículas Al2O3, ZnO e
Resultados Etapa II
comportamento newtoniano com pouca variação da viscosidade em função da taxa de deformação nas faixas de concentração entre 0,5 e 4,0 % em massa e nas temperaturas entre 5 e 70 °C. A partir das curvas de viscosidade pela taxa de deformação foram construídos os gráficos, na Figura 43, mostrando o comportamento reológico dos nanofluidos com as partículas de óxido metálico em função da taxa de deformação, onde é possível observar o comportamento praticamente constante da viscosidade, indicando um comportamento Newtoniano.
A viscosidade realtiva, nf/fb, em função da concentração das nanopartículas de
óxido metálico apresentou comportamento próximo ao linear, cujos coeficientes para a equação ajustada da viscosidade dos nanofluidos produzidos neste estudo estão mostrados na Tabela 20.
Tabela 20. Coeficientes de ajuste para o comportamento linear da viscosidade relativa (nf/fb) dos
nanofluidos em função da concentração de nanopartículas de ZnO , Al2O3 e TiO2 a diferentes
temperaturas.
T [°C]
nanofluido
nf/Wt = A + B1x: A= (intercepto); = B1 (parâmetro1); x = np concentração)
ZnO Al2O3 TiO2 5 A 0,01451 A 0,01585 A 0,01472 B1 0,00178 B1 0,00109 B1 0,00193 R2 0,91 R2 0,986 R2 0,82 30 A 0,00429 A 0,000437 A 0,00434 B1 0,00049926 B1 0,0003558 B1 0,0003784 R2 0,971 R2 0,89 R2 0,88 60 A 0,00146 A 0,00126 A 0,00109 B1 0,0003784 B1 0,0001308 B1 0,0001519 R2 0,98 R2 0,967 R2 0,865
Nas medidas com os nanotubos de carbono, no entanto, foi possível verificar o comportamento pseudoplástico nas concentrações acima de 1 % m/m, o que provavelmente está relacionado ao seu formato de nanotubos cilíndricos e alongados (não esféricos). O comportamento pseudoplástico também é encontrado em muitos fluidos alimentícios, onde, devido à presença de fibras, com formato semelhante ao dos nanotubos, onde nota-se maior dificuldade de escoamento em baixas taxas de
Resultados Etapa II
cisalhamento e maior facilidade de escoamento, conforme o aumento da taxa de deformação devido ao alinhamento das moléculas na direção do fluxo, que favorece o movimento de acordo com a intensidade do fluxo.
Figura 43 Viscosidade pela taxa de deformação nos nanofluidos com ZnO, Al2O3 e TiO2
nas concentrações de 0,5 % m/m (A) e 4 % m/m (B) nas temperaturas de 5, 30 e 60 °C.
Resultados Etapa II
Na Figura 44 e na Figura 45 são mostradas as curvas de viscosidade contra a variação da taxa de cisalhamento dos nanofluidos produzidos com solução de anticongelante de propilenoglicol e 50 % em peso, utilizando nanotubos de carbono funcionalizados (COOH-MWCNT) e não funcionalizados (MWCNT), respectivamente, com 1 e 4 % em peso nas temperaturas de 5, 30 e 50 °C.
Figura 44 Viscosidade (A) e viscosidade relativa (B) pela taxa de deformação nos nanofluidos com COOH-MWCNT nas concentrações de 0,5, 2 e 4 % em peso nas temperaturas de 5, 30 e 50°C.
Resultados Etapa II
Figura 45 Viscosidade (A) e viscosidade relativa (B) pela taxa de deformação nos nanofluidos com MWCNT nas concentrações de 0,5 e 4 % em peso nas temperaturas de 5, 30 e 50 °C.
Fonte: Do autor
O aumento da razão de viscosidade, nf/fb , causado pela presença do COOH-
MWCNT e do MWCNT nas soluções anti-congelantes apresentam menor aumento do que os nanofluidos produzidos com propilenoglicol puro, sendo que, entre as duas amostras de nanotubos de carbono, os nanotubos funcionalizados (COOH-MWCNT) apresentaram menor aumento de viscosidade atingindo valores de 2 a 5,5 vezes a viscosidade do fluido-base nas concentrações entre 0,5 e 4,0 % em peso. Enquanto as suspensões de MWCNT causam o aumento de viscosidade em valores entre 4,0 e 8 vezes a viscosidade do fluido-base. Os resultados indicam que a presença de água de alguma forma contribui para o menor aumento da viscosidade na presença das nanopartículas. Esse resultado pode ser um tópico interessante para futuros estudos pela utilização de diferentes concentrações de água e propilenoglicol nas soluções
Resultados Etapa II
anticongelante, em conjunto com os nanotubos de carbono para avaliar o efeito na viscosidade final do nanofluido.
O comportamento da viscosidade dos nanofluidos produzidos com nanotubos de carbono pode ser aproximado para um fluido pseudoplástico, utilizando o modelo de lei da potência. Os coeficientes e as equações de ajuste para descrever este comportamento estão mostrados na Tabela 21.
Tabela 21. Coeficientes e equações para a descrição do comportamento pseudoplástico dos nanofluidos produzidos com COOH-MWCNT e MWCNT em solução anticongelante de propilenoglicol de 50 % m/m para diferentes temperaturas.
T [°C]
nanofluido
= k. n : k= índice de consistência (Pa.sn); n= Índice de comportamento do fluido; = taxa de
deformação; = Tensão de cisalhamento
MWCNT 0,5 MWCNT 4% m/m COOH- MWCNT COOH- MWCNT COOH- MWCNT 5 k 0,33086 k 1,518177 k 0,118404 k 0,470048 k 0,725206 n 0,68202 n 0,57013 n 0,7996 n 0,66754 n 0,64914 R2 0,98 R2 0,966 R2 0,994 R2 .982 R2 0,98 30 k 0,154547 k 0,467222 k 0,02064 k 0,197268 k 0,381658 n 0,65398 n 0,58378 n 0,86168 n 0,63879 n 0,58274 R2 0,972 R2 0,972 R2 0,979 R2 0,972 R2 0,965 50 k 0,111844 k 0,345981 k 0,010531 k 0,102568 k 0,256722 n 0,65571 n 0,55037 n 0,90922 n 0,67996 n 0.57157 R2 0,93 R2 0,958 R2 0,947 R2 0,94 R2 0,94
II-5.2.3.4 Calor Específico (Nanopartículas em solução anticongelante de