Avaliação paramétrica do processo de solidificação de nanofluidos em geometria esférica

GUERRERO, Jorge Recarte Henriquez, também é conhecido em citações bibliográficas por: HENRIQUEZ, Jorge RecarteCAPESO 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