[pt] Estudou-se a aplicação de nanofluidos no sistema de arrefecimento de motores a combustão interna. Nanofluidos são suspensões de partículas de diâmetro menor que 100 nm em fluidos convencionais de troca de calor, tais como água, óleo, etileno glicol, entre outros. Devido às suas características favoráveis de transferência de calor, em função da suspensão de partículas, metálicas ou não metálicas, com elevada condutividade térmica, nanofluidos têm sido considerados para atuar como fluidos térmicos em diferentes aplicações. Desenvolveram-se modelos matemáticos para operação em regime permanente, na avaliação do efeito das características térmicas e hidráulicas do escoamento do nanofluido nos componentes do sistema de arrefecimento; e em regime transiente, na avaliação do processo de aquecimento do motor. Fez-se uso do pacote EES para a simulação e consideraram-se os seguintes componentes do sistema de arrefecimento automotivo: radiador, camisas do bloco de cilindros, termostato e bomba do líquido de arrefecimento. Foram empregados o método dos parâmetros concentrados e o método (épsilon)-NTU para a modelagem global do sistema monofásico. Diferentes tipos de nanofluidos, com variações na concentração volumétrica de nanopartículas, foram considerados na avaliação desta alternativa em fluidos térmicos visando aplicações automotivas. / [en] The application of nanofluids in cooling systems of internal combustion engines was studied. Nanofluids consist of nanoparticles (with dimension below 100 (u)m) suspended in traditional heat transfer fluids, such as water or ethylene glycol. Given their favourable heat transfer characteristics, because of the suspension of high thermal conductivity particles, metallic or non-metallic, nanofluids have been considered as potential substitutes for conventional heat transfer fluids. Mathematical models were developed for steady-state operation, for the evaluation of thermal and hydraulic behavior of the cooling system, and for transient regime, for the assessment of the engine start-up process. The EES software was employed for the simulation. The following components of the cooling system were considered: radiator, engine cooling jackets, thermostat and coolant pump. Lumped parameter analysis and the effectiveness- NTU method were used for the single-phase system simulation. Different types of nanofluids, with variation on the volume fraction, were considered in this study.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:15:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5888.pdf: 4113492 bytes, checksum: 57fa1f1e9df67fbc0afc5dc8c61a8d99 (MD5) Previous issue date: 2014-03-28 / Financiadora de Estudos e Projetos / Neste trabalho é relatado o processo químico para a obtenção de um material à base de carbono nano estruturado ferromagnético fluido objetivando principalmente futuras aplicações na área de saúde. O grafite ferromagnético fluido nanoestruturado (NFMG) foi obtida através da adsorção de surfactante no grafite magnético a granel previamente sintetizado (MG ). O MG foi obtido a partir de uma reação óxido-redução controlada realizada utilizando pó de grafite sintético (Fluka) e óxido de cobre (CuO). Dessa maneira, neste trabalho de doutorado reportamos esta rota química e as caracterizações estruturais, magnéticas e discussões das propriedades físico-químicas tanto do MG quanto do NFMG. Para correlacionar a topografia das amostras com suas características magnéticas foram realizadas microscopia de força magnética (MFM) e microscopia de força atômica (AFM) simultaneamente. A determinação das suas propriedades magnéticas foi realizada através de curvas de magnetização como função da temperatura (M x T) e magnetização com função do campo magnético externo (M x H) usando magnetometria de S.QU.I.D. Esse estudo Mostrou que o comportamento magnético encontrado em nossas amostras (tanto MG quanto NFMG) em temperatura ambiente é ferromagnético. Os espectros Raman do NFMG foram obtidos usando fótons com energias diferentes como fontes de excitação, a partir do espectro de Raman foi comparado o pico de desordem D com o pico característico do grafite G. Ao comparar as intensidades integrais de D e G, foi possível determinar o tamanho do NFMG, La = 11nm, cujo resultado foi confirmado por microscopia eletrônica de transmissão. Além disso, a análise da intensidade relativa da banda a G' (espalhamento de segunda ordem da banda D) permitiu estimar as espessuras dos cristais NFMG (a ordem de empilhamento). Por fim foi comprovada a estabilidade da suspensão do NFMG, através de medidas de potencial Zeta. Estabilidade essa que foi possível devido ao pequeno tamanho das partículas bem como ao pequeno número de lamelas.

Submitted by IGOR SEICHO KIYOMURA null (igorseicho@gmail.com) on 2016-09-12T14:07:49Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Igor Seicho Kiyomura.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) / Approved for entry into archive by Felipe Augusto Arakaki (arakaki@reitoria.unesp.br) on 2016-09-14T19:13:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 kiyomura_is_me_ilha.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-14T19:13:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 kiyomura_is_me_ilha.pdf: 3224196 bytes, checksum: d71f4ad45145d3dc7f441a0090d3b373 (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energia térmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectiva com o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. A busca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas para melhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuam crescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que está sendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidos foram desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmica em relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidos nos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito desses fluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentração do nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente de transferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizados para fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, à temperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfícies aquecedoras de cobre com diferentes rugosidades. As superfícies nanoestruturadas foram produzidas por deposição de nanopartículas de maguemita, por meio do processo de ebulição da solução Fe2O3-água deionizada para diferentes concentrações mássicas previamente estabelecidas. As superfícies foram submetidas a ensaios metalográficos, de molhabilidade e de rugosidade permitindo a avaliação das modificações estruturais, topográficas e químicas das superfícies, antes e após os testes no regime de ebulição nucleada. Os resultados para o coeficiente de transferência de calor foram relacionados com as características geométricas e morfológicas das superfícies de teste, levando em consideração os aspectos relacionados à interação fluido/superfície, como, o ângulo de contato e a molhabilidade. / In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased, thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boiling with the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasingly efficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer, ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in the next years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is the use of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivity and diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments with nanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to the effects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyze the effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which are deposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boiling regime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleate boiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmospheric pressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. The nanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which is achieved by boiling selected mass concentrations of a Fe2O3-deionized water nanofluid. Prior and after each boiling test, the characteristics of the test surfaces were evaluated by applying the metallographic, wettability and surface roughness tests. The results for the heat transfer coefficient were related to the geometrical and morphological characteristics of the test surfaces, taking into account the aspects of the flu-id/surface interaction such as, the contact angle and wettability. / FAPESP: 2014/07949-9

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Nas últimas décadas surgiu a necessidade de dissipar maiores quantidades de energiatérmica, fato que acarretou no aumento do número de estudos em ebulição nucleada e convectivacom o objetivo de produzir trocadores de calor cada vez mais eficientes e compactos. Abusca de produtos cada vez mais eficientes e compactos e a procura de novas técnicas paramelhorar a transferência de calor, garantindo a integridade física do equipamento, continuamcrescendo e a tendência é que continuará assim nos próximos anos. Uma das técnicas que estásendo amplamente pesquisada na comunidade cientifica é o uso de nanofluidos. Os nanofluidosforam desenvolvidos com o intuito de melhorar a condutividade e a difusividade térmicaem relação aos fluidos tradicionais. Muitos experimentos com nanofluidos têm sido desenvolvidosnos últimos anos, mas ainda existem muitas divergências a respeito do efeito dessesfluidos sobre o fenômeno de ebulição. Dentro deste contexto, o presente trabalho tem comoobjetivo a análise teórico-experimental do efeito de superfícies nanoestruturadas e da concentraçãodo nanofluido, a ser depositado sobre a superfície aquecedora, sobre o coeficiente detransferência de calor em regime de ebulição nucleada. Para tanto, testes foram realizadospara fluxos de calor que correspondem ao regime de ebulição nucleada da água deionizada, àtemperatura de saturação (Tsat = 99 °C) e à pressão atmosférica (patm = 98 kPa), sobre superfíciesaquecedoras de cobre com dif... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In the last decade, the necessity to dissipate large quantities of heat energy increased,thus leading to an increase on the number of studies in nucleate pool boiling and flow boilingwith the aim of producing more compact and efficient heat exchangers. The search for increasinglyefficient and compact products and for new techniques to improve the heat transfer,ensuring the physical integrity of the equipment, keep growing and it will remain so in thenext years. One of the techniques being widely researched in the scientific community is theuse of nanofluids. The nanofluids have been developed in order to improve the thermal conductivityand diffusivity compared to traditional fluids. Although many experiments withnanofluids have been developed in recent years, there are still many differences related to theeffects of these fluids on the pool boiling phenomenon. In this context, this work aims to analyzethe effects of nanostructured surfaces and different nanofluid concentrations, which aredeposited on the heating surface, on the heat transfer coefficient during the nucleate boilingregime. Therefore, tests were performed to heat fluxes values corresponding to the nucleateboiling regime for deionized water, at saturation temperature (Tsat = 99 °C) and atmosphericpressure (patm = 98 kPa), on copper heating surfaces with different roughness values. Thenanostructured surfaces were produced by maghemite nanoparticle deposition, which isachieved by boi... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dissipadores de calor baseados em microcanais são apresentados como solução para a remoção de fluxos de calor elevados em espaços restritos, pois proporcionam elevados coeficientes de transferência de calor quando comparados a canais convencionais. Tais trocadores também proporcionam elevadas razões entre a área superficial em contato com o refrigerante por unidade de volume do dissipador. Além dos microcanais, a utilização de nanofluidos também se apresenta como tecnologia com potencial de incremento do coeficiente de transferência de calor. Os nanofluidos consistem na adição de nanopartículas a um fluido base visando alterar suas propriedades de transporte termodinâmicas. Neste contexto, o objetivo do presente estudo é avaliar o coeficiente de transferência de calor para escoamentos monofásicos e ebulição convectiva de nanofluidos aquosos no interior de microcanais. Para isto, foram realizados experimentos em canais com diâmetro de 1,1 mm e comprimento de 200 mm para água deionizada, nanofluidos de alumina com diâmetros de 20-30 e 40-80 nm, nanofluidos de dióxido de silício com diâmetros de 15 e 80 nm, e nanofluidos de cobre com diâmetro de 25 nm. Estas soluções foram ensaiadas para concentrações volumétricas de nanopartículas de 0,001, 0,01 e 0,1, velocidades mássicas de 200, 400 e 600 kg/m2s e fluxos de calor de 20 a 350 kW/m2. A análise dos resultados revelou que a adição de nanopartículas a água deionizada proporciona o incremento do número de Nusselt para escoamentos monofásicos, principalmente na região inicial do tubo. Concluiu-se que os efeitos da adição de nanopartículas a um fluido base no coeficiente de transferência de calor durante a ebulição convectiva estão relacionados ao recobrimento da superfície com uma camada porosa. A deposição de nanopartículas com diâmetro inferior a 30 nm resultou na redução do coeficiente de transferência de calor e das instabilidades térmicas do escoamento em relação a água deionizada. O coeficiente de transferência de calor e as instabilidades térmicas não apresentaram variações significativas da deposição de nanopartículas com diâmetro superior a 40 nm. Por meio da análise da textura das superfícies recobertas e do critério de nucleação proposto por Kandlikar et al. (1997) concluiu-se que tal comportamento encontra-se associado aos efeitos do acabamento superficial na densidade de cavidades de nucleação ativas. / Microchannels based heat exchangers were introduced as a solution to high heat flux removal in restrict spaces due to their high heat transfer coefficients compared to heat exchangers based on conventional channels. The high ratio of surface are per volume is an additional advantage to microchannels in relation to conventional channels. Beside the microchannels technology, the nanofluids also present itself as a technique with potential to increase the heat transfer coefficient. Nanofluids consist of a solution containing nanoparticles dispersed in a base fluid with the goal to improve its thermodynamic and transport properties. In this context, the objective of the present study is to evaluate the heat transfer coefficient for single-phase flow and convective boiling of aqueous nanofluids inside microchannels. Experiments were performed for channels with internal diameter of 1.1mm and 200 mm long for DI-water, nanofluids containing alumina- (nanoparticles diameters of 20-30 and 40-80 nm), silicon dioxide (nanoparticles diameters of 15 and 80 nm), and copper (nanoparticles diameter of 25 nm). These solutions were evaluated for volumetric concentrations of 0.001, 0.01 and 0.1%, mass velocities of 200, 400 and 600 kg/m2s and heat fluxes from 20 to 350 kW/m2. The analysis of the results revealed that the addition of nanoparticles to DI-water causes an increment in the Nusselt number for single phase flows, especially at the inlet of the tube. The results for flow boiling indicated that the effects of adding nanoparticles to the base fluid are related to the deposition on the heating surface of a nanoparticles porous layer due to the boiling process. The deposition of nanoparticles smaller than 30 nm promoted a reduction of the heat transfer coefficient compared to DI-water on a clean surface, and thermal instabilities were minimized. For the deposition of nanoparticles larger than 40 nm these parameters did not presented significant variations in comparison to DI-water. A combined analysis of the surfaces finishing and the criterion of Kandlikar et al. (1997) for bubble nucleation revealed that such behaviors are correlated to the effects of the surface texture associated to the boiling process on the density of active nucleation cavities.

Este trabalho trata da caracterização de propriedades termodinâmicas e de transporte de nanofluidos baseados em nanopartículas de alumina em água para diferentes concentrações. Suspensões estáveis foram elaboradas por meio de um agitador ultrassônico. As seguintes propriedades foram analisadas: i) condutividade térmica com o método da sonda-linear; ii) viscosidade dinâmica através do reômetro do tipo cone e placa e iii) ângulo de contato com base em registros fotográficos de gotas em uma superfície plana e o tratamento de imagem através de um programa elaborado em LabVIEW. Procedimentos foram utilizados visando validar os métodos experimentais adotados, entre eles a comparação com resultados para fluidos puros. Além do estudo experimental, foi realizada uma análise crítica da literatura sobre condutividade térmica e viscosidade dinâmica de nanofluidos. Com base nesta análise, os resultados experimentais foram comparados a dados empíricos da literatura e métodos de previsão de propriedades desenvolvidos para nanofluidos e para suspensões de particulado sólido em líquido. De uma maneira geral, os resultados levantados neste estudo para condutividade térmica e viscosidade dinâmica de nanofluidos foram significativamente superiores a maioria dos dados experimentais da literatura e aos resultados proporcionados pelos métodos de previsão. Entretanto, para nanofluidos com composições distintas de nanopartículas de alumina em água, comportamentos similares ao do presente estudo também são observados na literatura. No caso do ângulo de contato, verificou-se seu decréscimo com o incremento da concentração de nanopartículas. Tal resultado coincide com a bibliografia consultada, segundo a qual a molhabilidade do nanofluido se eleva com o incremento da concentração de nanopartículas. / The present study concerns the characterization of thermodynamic and transport properties of nanofluids based on alumina nanoparticles in deionized water. Stable suspensions were obtained using an ultrasonic homogenizer (Sonicator). The following properties were measured: i) thermal conductivity using the linear probe method, ii) dynamic viscosity through a cone-plate rheometer iii) contact angle, based on photographic of nanofluid drops on a flat surface and image processing through a program based on LabVIEW. The methods and experimental procedures were validated by performing measurements properties of pure fluids with well known characteristics. Besides the experimental study, it was performed a comprehensive literature review on thermal conductivity and dynamic viscosity of nanofluids. Experimental results were compared against the data from the literature and the respective predictive methods developed for suspensions of nanofluids and micro solid particles in liquid. Generally speaking, the nanofluid thermal conductivity and dynamic viscosity measured in the present study were higher than the empirical values from the literature and the values given by predictive methods. However, it should be highlighted that although for different compositions of nanofluids behaviors similar to the one observed in this study are also reported in the literature. In case of contact angle, it was found that its value decreases with increasing the nanoparticle volumetric concentration. Such results is coincident with literature reports according to which the nanofluid wettability, given in terms of the contact angle, increases with increasing the nanoparticle concentration.

[pt] É estudada a aplicação de nanofluidos como fluidos secundários em sistemas de refrigeração por compressão de vapor mediante o desenvolvimento de um modelo termodinâmico de parâmetros concentrados. Quando um nanofluido é usado como fluido térmico, sua condutividade e viscosidade aumentam com respeito às propriedades do fluido base correspondente. Como conseqüência, a irreversibilidade por transferência calor diminui enquanto que a por atrito aumenta. É aplicado o método dos coeficientes estruturais para determinar o efeito da concentração de nanopartículas no fluido secundário na irreversibilidade global do sistema, levando em consideração as inter-relações da estrutura analisada. Para estimar os limites práticos da redução da irreversibilidade térmica com o uso de nanofluidos é proposta uma otimização do custo operacional, a partir de análise termoeconômica, considerando a aplicação do novo fluido secundário no sistema, sem nenhuma outra modificação no mesmo. A partir do modelo proposto, verificado com dados experimentais do ciclo de refrigeração, simulou-se um caso particular de operação. Mediante uma otimização parcial, foi determinado o ponto de mínimo custo operacional, com a simples variação da concentração volumétrica de nanopartículas. Os resultados das otimizações fornecem diferentes valores da concentração ótima para diferentes cenários, caracterizados por vários comprimentos equivalentes do circuito secundário e diversos tempos de operação anual. Adicionalmente, o trabalho inclui um estudo sobre a aplicação de nanofluidos em um evaporador de casco e tubo, o qual foi simulado a partir de um modelo termodinâmico detalhado. Dados experimentais foram levantados para validar o modelo. / [en] The application of nanofluids as secondary fluids in vapor compression refrigeration systems is studied with the development of a lumped-parameter thermodynamic model. When a nanofluid is used as a heat transfer fluid, its thermal conductivity and viscosity increase, when compared with the corresponding properties of the base fluid. The irreversibilities due to heat transfer and due to friction decrease and increase, respectively. After irreversibility is calculated for each component, the method of structural coefficients of internal bonds is applied to determine the effect of the volumetric concentration of nanoparticles in the secondary fluid on the system s global irreversibility, taking into account the interrelations of the analyzed structure. To estimate the practical limits of thermal irreversibility reduction with nanofluid application, an optimization of operational cost was proposed, based on thermoeconomic analysis, and considering the application of the new secondary fluid on the system, without additional modifications. Based on the proposed model, which was verified by experimental data, an typical operation condition was simulated. Through partial optimization, the minimum operational cost is determined for a simple variation of volumetric concentration of nanoparticles. The results of the optimizations furnish different optimal concentration values for different scenarios. Additionally, an study of nanofluid application in a shell and tube evaporator was included. The evaporator was simulated from a detailed thermodynamic model. Experimental data were collected to validate the model.

Submitted by Renan Luis Fragelli null (renan.fragelli@gmail.com) on 2017-03-28T15:54:09Z No. of bitstreams: 1 Dissertação de Mestrado - Renan Fragelli.pdf: 5490064 bytes, checksum: 80c3b38563331cc9ef7e88ff192c5c8b (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-29T20:46:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 fragelli_rl_me_bauru.pdf: 5490064 bytes, checksum: 80c3b38563331cc9ef7e88ff192c5c8b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-29T20:46:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 fragelli_rl_me_bauru.pdf: 5490064 bytes, checksum: 80c3b38563331cc9ef7e88ff192c5c8b (MD5) Previous issue date: 2017-03-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho surgiu a partir da necessidade de produzir avanços em projeto que trata do desenvolvimento de um porta-ferramentas refrigerado internamente através de um fluido em mudança de fase e, na tentativa de minimizar a alta temperatura na ferramenta de corte através desse sistema de circulação. A utilização de nanofluidos surgiu como uma alternativa para a otimização da transferência térmica entre fluido e ferramenta de corte. A pesquisa consiste em avaliar a influência da adição de nanopartículas de prata numa solução de etilenoglicol e água deionizada, e também, da adição de nanopartículas de hematita (Fe2O3) no fluido refrigerante R141b. Em ambos os casos, as nanopartículas possuíam formato esférico, diâmetro médio de 30nm e foram avaliadas em concentrações. Além disso, as duas soluções foram submetidas a um campo elétrico na região de transferência térmica para analisar a influência do efeito eletrohidrodinâmico e, por fim, considerando as propriedades magnéticas da hematita, este nanofluido foi testado sob influência de um campo magnético. Os testes mostraram que as nanopartículas realmente influenciaram as propriedades dos fluidos e, por consequência, a quantidade de calor transferido. O nanofluido Ag/ETG+H2O(l) (0,023 vol%) resultou num incremento de 11% no valor do coeficiente de transferência térmica convectivo (h) quando sujeito ao campo elétrico. Para o caso do nanofluido Fe2O3/R141b, o valor de h aumentou em 30,3%, porém, quando sob efeito do campo magnético ou elétrico, o coeficiente foi prejudicado, resultando num valor menor que o do controle. Ao final, tem-se a proposta de um possível modelo desse porta-ferramentas. / This work arose from the need to produce advances in design development of an internally cooled toolholder through a phase change fluid. In order to minimize the high temperature in the cutting tool by this circulation system, using nanofluids emerged as an alternative to optimize heat transfer between the fluid and the cutting tool. The research consists in evaluate the influence of addition of silver nanoparticles in an ethylene glycol and deionized water solution, and also the addition of hematite nanoparticles (Fe2O3) in the refrigerant R141b. In both cases, nanoparticles had spherical shape, diameter of 30nm, and they were evaluated in different concentrations. Moreover, both nanofluids were subjected to an electric field in the heat transfer region to evaluate the influence of electrohydrodynamic effect and, finally, considering the magnetic properties of hematite, this nanofluid was tested under the influence of a magnetic field. The tests have shown that the nanoparticles really influence the properties of the fluids and, therefore, the amount of heat transferred. The nanofluid Ag/ETG+H2O(l) also presented a positive influence of the electric field, further enhancing the value of the convective heat transfer coefficient (h) in 11% (0,039 vol%). In the case of Fe2O3/R141b nanofluid, the h value increased 30.3%. However, when the nanofluid was under magnetic or electric effect, the value of h was deteriorated, resulting in a lesser value than the control. As conclusion, a new toolholder prototype is presented.

A aplicação de nanofluidos em tubos de calor em geral apresenta resultados experimentais satisfatórios em estudos buscando obter uma redução na resistência térmica do tubo de calor. No entanto, os estudos computacionais existentes associando tubos de calor e nanofluidos apresentam resultados conflitantes e carecem de uma discussão mais aprofundada a respeito da validade dos modelos utilizados para a representação computacional do comportamento de um nanofluido em tubo de calor, especialmente utilizando materiais e fluidos não convencionais como nanotubos de carbono ou etilenoglicol. Assim, o presente estudo busca avaliar a exatidão e a precisão obtida em uma série de simulações computacionais utilizando diferentes equações disponíveis na literatura para a modelagem de um nanofluido em um tubo de calor por meio da comparação com dados experimentais da literatura. Esta modelagem utiliza o método dos volumes finitos e permite determinar o efeito da variação dos modelos de propriedades e da concentração volumétrica de um nanofluido nos campos de temperaturas e nas resistências térmicas resultantes das simulações. Os resultados obtidos apresentam concordância com o comportamento esperado do ponto de vista qualitativo, mas falham em representar quantitativamente o comportamento da seção do evaporador dos tubos de calor estudados, apresentando variações máximas entre 1,5% e 23,9% em relação às temperaturas medidas experimentalmente. Isso pode ser justificado pelo fato de que a modelagem do fenômeno de ebulição de um nanofluido é mais complexa do que a modelagem utilizada atualmente em simulações computacionais. Essa consideração possui suporte na literatura e cria possibilidades para pesquisas futuras. / Application of nanofluids in heat pipes usually presents satisfactory experimental results in studies seeking to reduce the thermal resistance of the heat pipe. However, the existing computational studies connecting heat pipes and nanofluids present conflicting results and lack a deeper discussion regarding the validity of the models currently used for the computational representation of the behavior of a nanofluid in a heat pipe, especially using unusual materials and fluids, like carbon nanotubes or ethylene glycol. Thus, the present study seek to analyze the accuracy and the precision obtained in a set of computational simulations using pre-established equations for the modeling of a nanofluid in a heat pipe by using a direct comparison with existing experimental data. This modeling uses the finite volume method and permits to determine the effect of the variation of the properties models and the volume fraction of a nanofluid in the resulting temperature fields and the thermal resistances of the simulations. The obtained results show agreement with the expected behavior qualitatively, but fail to represent the phenomenon quantitatively, presenting maximum variations between 1,5% and 23,9% comparing to the experimentally measured average temperatures. This is justified by the hypothesis that the ebullition phenomenon modeling is more complex than the modeling currently used for computational simulations. This hypothesis is supported by the literature and creates possibilities for future researches.

[pt] O uso de nanofluidos na área de Termociências tem sido de grande interesse tendo em vista possibilitar uma melhora significativa na capacidade de transferência de calor em máquinas térmicas. Isto se deve em função da presença de partículas em suspensão com diâmetros menores que 100 nm que são dispersas em fluidos convencionais. Parâmetros como viscosidade e condutividade térmica são fatores determinantes no desempenho desses materiais como fluidos térmicos em diferentes aplicações. O presente trabalho teve como objetivo a realização de ensaios experimentais para determinação da viscosidade dinâmica e da tensão cisalhante de três nanofluidos com diferentes composições, sob condições de temperatura controlada (faixa de -10 graus Celsius a 30 graus Celsius). Dois parâmetros adicionais - taxa de cisalhamento e taxa de rotação - foram condicionantes nos ensaios. A montagem da bancada experimental foi realizada a partir do acoplamento de um viscosímetro rotativo com um banho termostático. As curvas obtidas mostraram incremento da viscosidade dinâmica com a temperatura para os nanofluidos em relação aos seus fluidos base. Houve também incremento da viscosidade relativa, sobretudo para temperaturas mais elevadas. Os nanofluidos apresentaram comportamento não newtoniano. Para elevadas taxas de cisalhamento, as medições de viscosidade tendem a valores constantes. Correlações entre viscosidade com temperatura e com taxa de cisalhamento foram construídas seguindo funções exponenciais decrescentes e de potência, respectivamente. Os resultados obtidos neste trabalho acrescentam conhecimento à literatura científica sobre a viscosidade e o comportamento reólógico de nanofluidos a baixas temperaturas. / [en] The use of nanofluids in the Thermosciences has been of great interest since it enables a substantial improvement in the heat transfer capacity in thermal machines. This is possible due to the presence particles in suspension, with diameters less than 100 nm, dispersed in conventional fluids. Parameters such as viscosity and thermal conductivity are determining factors in the performance of these materials as thermal fluids in different applications. The objective of the present work was to determine the dynamic viscosity and the shear stress of three distinct nanofluids under controlled temperature conditions (range -10 Celsius degrees to 30 Celsius degrees) at laboratory. In addition, shear rate and rotation rate were also conditioning parameters. The experimental apparatus was assembled coupling a viscometer with a thermal bath. The obtained results showed an increase of the dynamic viscosity with temperature for all nanofluids with respect to their base fluids. An increase of the relative viscosity was also observed especially at higher temperatures. The three nanofluids have shown a non-newtonian behavior. With high shear rates, the measured viscosities tended towards constant values. Curve adjustments were performed between viscosity vs temperature and viscosity vs shear rate using exponential decay function and the Power Law, respectively. The achievements of this research added scientific understanding about the viscosity and rheological behavior of nanofluids at low temperatures.