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Publicação
Nova geração de fluídos térmicos baseados em líquidos iónicos e nanomateriais naturais – desenvolvimento e caracterização
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 2.65 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
As energias renováveis são fontes de energia originadas de recursos
naturais, e estão se tornando cada vez mais limitadas devido às alterações
climáticas e à exaustão dos recursos não renováveis. Dentro desta situação,
dispositivos que facilitam a troca de calor, tais como os permutadores de
calor, desempenham um papel crucial na otimização da reutilização
energética nos procedimentos industriais contemporâneos.
O objetivo deste estudo é investigar a utilização de misturas fluidas
que incluem líquidos iónicos e suspensões de nanopartículas - conhecidas
como nanofluídos - como uma classe inovadora de fluidos térmicos, com
propriedades únicas e como potenciais substituintes dos fluídos
convencionais, tais como água, etilenoglicol e óleos térmicos.
Para caracterizar o desempenho térmico destes novos fluidos
determinamos o coeficiente de transferência de calor recorrendo a um
permutador de calor de tubos concêntricos em que o fluido frio é água e o
fluido quente é o sistema que pretendemos estudar.
Foram estudados DOIs fluidos de transferência de calor, uma
mistura de água com líquido iónico, metanosulfonato de 1-etil-3-
metilimidazol [C2mim][CH3SO3] (3.5 e 7% em percentagem mássica) e uma
suspensão de melanina (0.1% em percentagem mássica) em água. O método
experimental de determinação do coeficiente de transferência de calor, no
intervalo de temperaturas 303-343K, foi cuidadosamente testado, permitindo
obter resultados com incertezas dentro do esperado.
Para valores do número de Reynolds entre 1.700 e 18.000 para
água, 1.800 e 20.000 para o LI 3.5%, 1.500 e 22.000 para o LI 7%, 1.600 e
10.000 para a melanina (1º teste) e 1.600 e 18.000 para a melanina (2º teste)
para o fluído quente, foi confirmando o regime turbulento para as soluções
estudadas. Os coeficientes de transferência de calor, tendo em conta as
possíveis resistências de fouling, estão em torno de 900 e 3.400 para a água,
980 e 3.400 para o LI 3.5%, 700 e 3.000 para o LI 7%, 800 e 2.900 para a
melanina (1º teste) e 900 e 3.500 para a melanina (2º teste) em [W/(m2K)] e
conclui-se que os fluídos estudados não são mais eficientes do que a água
para transferir calor.
Renewable energies are energy sources originating from natural resources and are becoming increasingly limited due to climate change and the depletion of non-renewable resources. To address this issue devices that promote heat exchange like heat exchangers play a role in optimizing energy reuse in contemporary industrial procedures. The purpose of this study is to explore the utilization of ionic liquids and its mixtures with water and nanoparticles suspensions in liquids, known as nanofluids. These innovative thermal fluids possess unique properties, and they are intended to replace conventional fluids such, as water, ethylene glycol and thermals oils. To characterize the thermal performance of these new fluids, we determined the heat transfer coefficient using a concentric tube heat exchanger in which the cold fluid is water, and the hot fluid is the system we intend to study. Two heat transfer fluids were studied, a mixture of water with ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate [C2mim] [CH3SO3] (3.5 and 7% in mass percentage) and a melanin suspension (0.1% in mass percentage) in water. The experimental method for determining the heat transfer coefficient, in the temperature range 303-343K, was carefully tested, allowing to obtain results with uncertainties within expectations. For Reynolds number values between 1,700 and 18,000 for water, 1,800 and 20,000 for LI 3.5%, 1,500 and 22,000 for LI 7%, 1,600 and 10,000 for melanin (1st test) and 1,600 and 18,000 for melanin (2nd test) for the hot fluid, confirmed the turbulent regime for the solutions studied. The heat transfer coefficients, considering the existence of fouling resistances, are around 900 and 3,400 for water, 980 and 3,400 for LI 3.5%, 700 and 3,000 for LI 7%, 800 and 2,900 for melanin (1st test) and 900 and 3,500 for melanin (2nd test) in [W/(m2K)] and it is concluded that the fluids studied are not more efficient than water to transfer heat.
Renewable energies are energy sources originating from natural resources and are becoming increasingly limited due to climate change and the depletion of non-renewable resources. To address this issue devices that promote heat exchange like heat exchangers play a role in optimizing energy reuse in contemporary industrial procedures. The purpose of this study is to explore the utilization of ionic liquids and its mixtures with water and nanoparticles suspensions in liquids, known as nanofluids. These innovative thermal fluids possess unique properties, and they are intended to replace conventional fluids such, as water, ethylene glycol and thermals oils. To characterize the thermal performance of these new fluids, we determined the heat transfer coefficient using a concentric tube heat exchanger in which the cold fluid is water, and the hot fluid is the system we intend to study. Two heat transfer fluids were studied, a mixture of water with ionic liquid, 1-ethyl-3-methylimidazolium methanesulfonate [C2mim] [CH3SO3] (3.5 and 7% in mass percentage) and a melanin suspension (0.1% in mass percentage) in water. The experimental method for determining the heat transfer coefficient, in the temperature range 303-343K, was carefully tested, allowing to obtain results with uncertainties within expectations. For Reynolds number values between 1,700 and 18,000 for water, 1,800 and 20,000 for LI 3.5%, 1,500 and 22,000 for LI 7%, 1,600 and 10,000 for melanin (1st test) and 1,600 and 18,000 for melanin (2nd test) for the hot fluid, confirmed the turbulent regime for the solutions studied. The heat transfer coefficients, considering the existence of fouling resistances, are around 900 and 3,400 for water, 980 and 3,400 for LI 3.5%, 700 and 3,000 for LI 7%, 800 and 2,900 for melanin (1st test) and 900 and 3,500 for melanin (2nd test) in [W/(m2K)] and it is concluded that the fluids studied are not more efficient than water to transfer heat.
Descrição
Tese de mestrado, Química Tecnológica, 2023, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências
Palavras-chave
Eficiência energética permutador de calor transferência de calor líquido iónico nanofluídos Teses de mestrado - 2024