Submitted by LEONARDO LACHI MANETTI null (leomanetti@hotmail.com) on 2017-03-10T13:30:43Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Leonardo Manetti_corr_v3.pdf: 4794698 bytes, checksum: df310e85d0c72d7877c1d7566a45ac8c (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2017-03-15T17:34:41Z (GMT) No. of bitstreams: 1 manetti_ll_me_ilha.pdf: 4794698 bytes, checksum: df310e85d0c72d7877c1d7566a45ac8c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-15T17:34:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 manetti_ll_me_ilha.pdf: 4794698 bytes, checksum: df310e85d0c72d7877c1d7566a45ac8c (MD5) Previous issue date: 2017-02-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Neste trabalho é apresentado um estudo teórico e experimental da ebulição em piscina utilizando diferentes nanofluidos como fluido de trabalho e em condições saturadas. Inicialmente, uma revisão bibliográfica foi realizada a fim de abranger o estado da arte do presente tema. Um aparato experimental foi construído para o estudo da influência das características da superfície e dos nanofluidos sobre o coeficiente de transferência de calor. Os ensaios de ebulição em piscina foram realizados utilizando água deionizada, para validação do aparato experimental e comparação, e os nanofluidos de Al2O3-Água e Fe2O3-Água (à pressão atmosférica local e à temperatura de saturação) nas concentrações mássicas de 0,029 g/l (baixa concentração) e 0,29 g/l (alta concentração). Foram utilizadas duas diferentes superfícies de aquecimento, uma lisa e outra rugosa, ambas de cobre. Aspectos relacionados a efeitos de interação superfície-nanofluido, tal como o efeito da deposição de nanopartículas na superfície de aquecimento durante a ebulição, foram estudados por meio da análise de dados experimentais e da caracterização das superfícies antes e depois do processo de ebulição. O coeficiente de transferência de calor aumentou para os ensaios utilizando nanofluidos de baixa concentração sobre superfícies lisas. Para superfícies rugosas, os nanofluidos de baixa concentração apresentaram um aumento na transferência de calor para fluxos de até 300 kW/m². Os nanofluidos de alta concentração apresentaram um desempenho inferior aos de baixa concentração. Os diferentes comportamentos são atribuídos às alterações na morfologia da superfície devido à deposição das nanopartículas. A transferência de calor aumentou quando houve um aumento dos raios das cavidades ocasionado pela nanocamada depositada sobre a superfície de aquecimento, como observado para superfícies lisas com nanopartículas depositadas. No entanto, para superfícies rugosas, a deposição das nanopartículas preencheu as cavidades (de maior diâmetro) diminuindo a transferência de calor. Os nanofluidos de alta concentração apresentaram uma maior taxa de deposição quando comparados aos de baixa concentração, o que acarretou em uma maior resistência térmica sobre a superfície e, consequente, decréscimo na transferência de calor. Tal efeito foi ainda maior quando a ebulição foi realizada em ensaios de longa duração. Outro fator que colaborou com o aumento da taxa de deposição é o fluxo de calor aplicado. Nanofluidos colocados em ebulição por longos períodos de tempo e com altos fluxos de calor (>500 kW/m²) apresentaram grande diminuição no coeficiente de transferência de calor. / FAPESP: 2014/19497-5

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo teórico e experimental da ebulição em piscina utilizando diferentes nanofluidos como fluido de trabalho e em condições saturadas. Inicialmente, uma revisão bibliográfica foi realizada a fim de abranger o estado da arte do presente tema. Um aparato experimental foi construído para o estudo da influência das características da superfície e dos nanofluidos sobre o coeficiente de transferência de calor. Os ensaios de ebulição em piscina foram realizados utilizando água deionizada, para validação do aparato experimental e comparação, e os nanofluidos de Al2O3-Água e Fe2O3-Água (à pressão atmosférica local e à temperatura de saturação) nas concentrações mássicas de 0,029 g/l (baixa concentração) e 0,29 g/l (alta concentração). Foram utilizadas duas diferentes superfícies de aquecimento, uma lisa e outra rugosa, ambas de cobre. Aspectos relacionados a efeitos de interação superfície-nanofluido, tal como o efeito da deposição de nanopartículas na superfície de aquecimento durante a ebulição, foram estudados por meio da análise de dados experimentais e da caracterização das superfícies antes e depois do processo de ebulição. O coeficiente de transferência de calor aumentou para os ensaios utilizando nanofluidos de baixa concentração sobre superfícies lisas. Para superfícies rugosas, os nanofluidos de baixa concentração apresentaram um aumento na transferência de calor para fluxos de até 300 kW/m². Os nanofluidos de alta concentração apresentaram ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

GUERRERO, Jorge Recarte Henriquez, também é conhecido em citações bibliográficas por: HENRIQUEZ, Jorge Recarte / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-06T18:42:44Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO João Felipe Vital Gonçalves de Souza.pdf: 1824224 bytes, checksum: ef97947078137d9ff4ee1630a019a15d (MD5) / Rejected by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br), reason: Por favor, inserir lattes. on 2018-08-09T21:41:57Z (GMT) / Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-08-13T21:08:29Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO João Felipe Vital Gonçalves de Souza.pdf: 1824224 bytes, checksum: ef97947078137d9ff4ee1630a019a15d (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-08-13T21:17:56Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO João Felipe Vital Gonçalves de Souza.pdf: 1824224 bytes, checksum: ef97947078137d9ff4ee1630a019a15d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-13T21:17:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) DISSERTAÇÃO João Felipe Vital Gonçalves de Souza.pdf: 1824224 bytes, checksum: ef97947078137d9ff4ee1630a019a15d (MD5) Previous issue date: 2016-09-02 / CAPES / O fenômeno de fusão e solidificação está presente na natureza e em diversos processos industriais. Entre outros podem ser citados o crescimento de cristais; o congelamento do solo e lagos em ambientes de baixa temperatura; a fundição e solidificação de metais e ligas; o congelamento e descongelamento de alimentos; o controle térmico em edificações através do uso de paredes, janelas e tetos preenchidos com material de mudança de fase e o armazenamento de energia térmica por calor latente. É nesta última aplicação que o presente estudo tem a sua maior utilidade. A busca por novos materiais que possam ter propriedades vantajosas para o processo de termoacumulação tem voltado à atenção para os nanofluidos que são substâncias formadas por nanopartículas dispersadas num fluido. O presente trabalho pretende contribuir com informações técnicas para o estado da arte no processo de solidificação e nanofluidos por meio da integração destes dois temas num estudo que analisará o processo de transferência de calor com mudança de fase no interior de uma cápsula esférica que contem um nanofluido. O estudo foi realizado por meio de um modelo numérico construído com base no método de diferenças finitas com malha móvel e utilizando a plataforma Matlab para programação do algoritmo de simulação. Foram analisados nanofluidos a base de água e parafina C14 com nanopartículas de oxido de alumínio (Al2O3), óxido de cobre (CuO), nanotubos de carbono e grafeno, e para cada uma destas combinações foram geradas curvas de resfriamento e posição da interface sólido-líquido em função do tempo, assim como os tempos de solidificação completa para cada condição operacional em função da temperatura e vazão do fluido de resfriamento, diâmetro da capsula esférica e também em função do tipo de nanofluido. Os resultados indicam que a redução do tempo de solidificação é maior, dentre as simulações realizadas, quando a combinação é entre água e nanotubos de carbono e parafina C14 e grafeno. / The melting and solidification phenomenon is present in the Nature and some industrial processes. Growing crystals; freezing of lakes at low temperatures; melting and freezing of alloys and metals; freezing and thaw of food; thermal control in buildings through filling of windows, walls and roof with phase change materials; latent heat thermal energy storage. This paper focuses on thislast mentioned application. The research on materials with improved properties for thermal energy storage aims nanofluids, that is, substances composed of nanoparticles dispersed in a base fluid. A priori, the same fluids used like phase change materials can play the role of nanofluids, dispersing nanoparticles with size and proportions propers. The present paper aims contribute with technical informations about art state of solidification process and nanofluids through the integration of these subjects in a study that will analyze the heat transfer process with phase change in a spherical capsule containing nanofluids. The study used a numerical model based on the finite differences method with mobile mesh in the MatLab. Water and paraffine C14 were the base fluids, and alumine oxide, cupper oxide, carbon nanotubes and graphene were the nanoparticles, and all combinantions were analyzed through curves of solid-liquid interface position versus time and the curves of complete solidification time considering temperature and flow rate of cooling fluid and diameter of spherical capsule being constant. The results indicate that the solidification time are reduced when the combinations are water and carbon nanotubes and paraffin C14 and graphene.

Este trabalho trata do estudo teórico do ebulição convectiva de nanofluidos em canais de diâmetro reduzido (denominados de microcanais). Ele aborda, primeiramente, uma análise da literatura sobre a ebulição convectiva de fluidos convencionais em microcanais, na qual são discutidos critérios para a transição entre macro e microcanais e os padrões de escoamentos observados em canais de reduzido diâmetro. Métodos para a previsão das propriedades de transporte de nanofluidos foram levantados da literatura e estudos experimentais da convecção forçada, da ebulição nucleada e da ebulição convectiva de nanofluidos foram discutidos. Um método para a previsão do coeficiente de transferência de calor de nanofluidos em microcanais durante a ebulição convectiva foi proposto baseado em modelos convencionais da literatura ajustados para nanofluidos. O ajuste dos modelos convencionais foi realizado através de análise regressiva de dados experimentais para ebulição nucleada e convecção forçada de nanofluidos levantados da literatura, e da análise crítica de adimensionais que capturassem a influência das nanopartículas no processo de transferência de calor. De maneira geral o método proposto neste estudo apresenta concordância razoável com dados experimentais independentes, referente ao acréscimo do coeficiente de transferência de calor com o incremento da concentração volumétrica de nanopartículas. No entanto, a escassez de estudos experimentais sobre a ebulição convectiva de nanofluidos, especialmente em microcanais, impossibilitou uma análise mais aprofundada do método proposto. / The present work aims the theoretical study of convective boiling of nanofluids in small diameter channels (called microchannel). It discusses an analysis of the literature on convective boiling of conventional fluids in microchannels which presents criteria for the transition between conventional and microchannels and the flow patterns observed in small diameter channels. Methods for predicting the transport properties of nanofluids were compiled from the literature and experimental studies of forced convection, nucleate boiling and convective boiling of nanofluids were discussed. A method for predicting the heat transfer coefficient of nanofluids in microchannels during convective boiling was proposed based on conventional models from literature adjusted to nanofluids. The conventional models fitting was performed by regression analysis of experimental data for nucleate boiling and forced convection of nanofluids compiled from the literature and by critical analysis of dimensionless numbers which enable to capture the influence of nanoparticles on heat transfer process. In general the proposed method in this work presents reasonable agreement with independent experimental data regarding the increase in heat transfer coefficient with increasing nanoparticles volume fraction. However the scarcity of experimental studies on the convective boiling of nanofluids, especially in microchannels, precluded further analysis of the proposed method.

Ingeniero Civil Químico / La utilización de energía solar térmica para el calentamiento de agua permite disminuir el consumo de combustibles fósiles. Los fluidos térmicos utilizados en colectores solares tienen baja conductividad térmica y reducida capacidad de absorción de radiación solar en el rango visible, donde se encuentra el 48% de la radiación total. Para compensar este problema los colectores solares se componen de superficies metálicas oscuras capaces de absorber la radiación, transformarla en calor y transferirla al fluido térmico. La mejora de propiedades térmicas y de absorción de luz visible en los fluidos permitiría alcanzar mayores temperaturas de salida en colectores solares convencionales. Además, haría factible el uso de colectores solares sin superficies absorbedoras y de esta forma se podría reducir la complejidad y el costo de estos dispositivos. El mejoramiento de tales propiedades puede llevarse a cabo mediante la adición de nanopartículas al fluido térmico, tal dispersión recibe el nombre de nanofluido. El objetivo de este trabajo es sintetizar distintos tipos de nanofluidos y evaluar el efecto de cada uno de ellos en la absorción de radiación solar. Dentro de las nanopartículas estudiadas se encuentran las de oro, plata, cobre y óxido de grafeno (GO) dispersadas en agua desionizada. Para esto se caracterizan los nanofluidos mediante microscopia electrónica y espectros UV visible. Se mide la conductividad térmica y se someten las nanodispersiones a radiación solar obteniendo los perfiles de temperatura. Además, se analizan los efectos de concentración, forma, grado de oxidación de GO, altura de nanofluidos, y se evalúa las propiedades de un nanofluido hibrido compuesto de GO de baja oxidación con plata. Se obtuvo que todos los nanofluidos sintetizados muestran una mejora en la capacidad de absorción de luz visible y en la conductividad térmica en comparación con el agua desionizada. Además, se obtiene que para una concentración másica de 0,01% los nanofluidos de oro, plata, cobre y GO de baja oxidación alcanzan una temperatura de equilibrio de 5 °C superior al fluido base al ser sometidos a radiación solar simulada y no se logra observar diferencias entre cada uno de ellos a pesar de tener distintos espectros de absorción de luz. Se concluye que las propiedades como absorbancia y transmitancia no permiten evaluar la capacidad de conversión de radiación en calor de los nanofluidos y los cambios en estas propiedades por efecto de la luz solar no representan cambios en la temperatura de equilibrio. El grado de oxidación de GO influye en los perfiles de temperatura por estos nanofluidos siendo el de baja oxidación el que alcanza mayores temperaturas de equilibrio. El nanofluido híbrido compuesto de plata y GO de baja oxidación no muestra propiedades térmicas superiores a cada nanofluido constituyente por separado.

Este trabalho trata do estudo teórico do ebulição convectiva de nanofluidos em canais de diâmetro reduzido (denominados de microcanais). Ele aborda, primeiramente, uma análise da literatura sobre a ebulição convectiva de fluidos convencionais em microcanais, na qual são discutidos critérios para a transição entre macro e microcanais e os padrões de escoamentos observados em canais de reduzido diâmetro. Métodos para a previsão das propriedades de transporte de nanofluidos foram levantados da literatura e estudos experimentais da convecção forçada, da ebulição nucleada e da ebulição convectiva de nanofluidos foram discutidos. Um método para a previsão do coeficiente de transferência de calor de nanofluidos em microcanais durante a ebulição convectiva foi proposto baseado em modelos convencionais da literatura ajustados para nanofluidos. O ajuste dos modelos convencionais foi realizado através de análise regressiva de dados experimentais para ebulição nucleada e convecção forçada de nanofluidos levantados da literatura, e da análise crítica de adimensionais que capturassem a influência das nanopartículas no processo de transferência de calor. De maneira geral o método proposto neste estudo apresenta concordância razoável com dados experimentais independentes, referente ao acréscimo do coeficiente de transferência de calor com o incremento da concentração volumétrica de nanopartículas. No entanto, a escassez de estudos experimentais sobre a ebulição convectiva de nanofluidos, especialmente em microcanais, impossibilitou uma análise mais aprofundada do método proposto. / The present work aims the theoretical study of convective boiling of nanofluids in small diameter channels (called microchannel). It discusses an analysis of the literature on convective boiling of conventional fluids in microchannels which presents criteria for the transition between conventional and microchannels and the flow patterns observed in small diameter channels. Methods for predicting the transport properties of nanofluids were compiled from the literature and experimental studies of forced convection, nucleate boiling and convective boiling of nanofluids were discussed. A method for predicting the heat transfer coefficient of nanofluids in microchannels during convective boiling was proposed based on conventional models from literature adjusted to nanofluids. The conventional models fitting was performed by regression analysis of experimental data for nucleate boiling and forced convection of nanofluids compiled from the literature and by critical analysis of dimensionless numbers which enable to capture the influence of nanoparticles on heat transfer process. In general the proposed method in this work presents reasonable agreement with independent experimental data regarding the increase in heat transfer coefficient with increasing nanoparticles volume fraction. However the scarcity of experimental studies on the convective boiling of nanofluids, especially in microchannels, precluded further analysis of the proposed method.

Orientador: Elaine Maria Cardoso / Resumo: O avanço de novas tecnologias, associado à minimização dos custos de fabricação e instala-ção, constitui um grande desafio para a área de refrigeração, uma vez que a geração de calor tem aumentado gradativamente nos últimos anos. Assim, a busca de novos fluidos com pro-priedades térmicas superiores aos comumente usados tornou-se indispensável para melhorar a eficiência energética. Nas últimas décadas os nanofluidos - dispersões de partículas de escala nanométrica (1 a 100nm) em um fluido-base - têm atraído especial interesse não somente da comunidade acadêmica, mas também da indústria em áreas como: a microeletrônica, microflu-ídica, transporte, manufatura, assistência médica, entre outras. O melhor desempenho térmico e a vasta gama de aplicações fazem dos nanofluidos potenciais substitutos dos refrigerantes utilizados em diversos segmentos da engenharia. Dentro desse contexto, o presente trabalho teve como objetivos: o estudo teórico e experimental da influência das propriedades termofísi-cas e concentração de nanofluidos, bem como, das características geométricas da superfície aquecedora sobre o ângulo de contato e a molhabilidade. Também, atenção foi dada à prepa-ração e caracterização dos nanofluidos (Al2O3-água e Fe2O3-água), por meio da análise expe-rimental da condutividade térmica e da viscosidade dinâmica para diferentes concentrações; uma bancada experimental, para aquisição de imagens de gota séssil, foi construída a fim de viabilizar as análises de ângulo de conta... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The advance of new technologies, associated to the minimization of manufacturing and installation costs, presents a great challenge for the refrigeration area, since the heat generation has increased in recent years. Thus, the search for new fluids with thermal properties higher than those commonly used has become indispensable to improve energy efficiency. In recent decades, nanofluids-dispersions of nanometer-scale particles (1 to 100 nm) in a base fluid - have attracted special interest not only from the academic community but also from industry in areas such as microelectronics, microfluidics, transport, manufacturing, medical assistance, among others. In this context, the present work had the following goals: the theoretical and experimental study of the influence of thermophysical properties and nanofluid concentration, as well as the geometric characteristics of the heating surface on the contact angle and wetta-bility. Attention was also given to the preparation and characterization of nanofluids (Al2O3-water and Fe2O3-water) by the experimental analysis of thermal conductivity and dynamic viscosity for different concentrations; an experimental apparatus for the acquisition of sessile droplet images was designed in order to analyze the contact angle and wettability; and a computational routine was developed to obtain the drop profile and the surface-fluid interaction for the different nanofluids and surfaces used. Based on database, it was possible to evaluate the pre... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

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.

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.

[pt] O presente trabalho apresenta um modelo de simulação numérica para um sistema de refrigeração por compressão de vapor, operando com uma mistura de fluido refrigerante (R134a) e nanolubrificante, composto por óleo poliol éster (POE) como fluido base contendo nanopartículas de TiO2 em suspensão. Para o estudo dos trocadores de calor, foi utilizado o método de análise local, onde o condensador e o evaporador foram divididos em volumes de controle para os quais foram aplicadas as equações fundamentais de conservação de massa, energia e quantidade de movimento. Um modelo semi-empírico baseado em parâmetros característicos foi utilizado para modelar o compressor rotativo. A solução do sistema, de equações algébricas não lineares, foi implementada no software EES (Engineering Equation Solver). Os resultados do modelo de simulação foram comparados com dados experimentais disponíveis na literatura, obtendo-se um erro mínimo de 0,68 por cento para a taxa de transferência de calor no evaporador, e um erro máximo de 11,3 por cento no consumo de energia. O erro na temperatura de descarga do compressor variou de 2,91 a 8,83 graus Celsius. / [en] The present work describes the numerical simulation of a heat pump refrigeration system, working with a mixture of refrigerant (R134a) and nanolubricant. The latter is composed of Polyolester (POE) oil as the base fluid containing TiO2 nanoparticles in suspension. In order to take into account the local variation of the two-phase heat transfer coefficient on the refrigerant side, the heat exchangers, condenser and evaporator, were divided into control volumes and, for each one of them, the fundamental equations of mass, energy and momentum were applied. A semi-empirical model was used to model the compressor. The resulting system of non-linear algebraic equations was implemented on the EES (Engineering Equation Solver) platform and an algorithm for the numerical solution was developed. The model was verified against experimental data available in the literature. A minimum error of 0,68 percent on the heat transfer rate in the evaporator, and a maximum of 11,3 percent for the energy consumption, were obtained. The error of the discharge temperature varied between 2,9 and 8,83 degrees Celsius.