FLUIDOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR NUEVOS Y MEJORADOS POR NANOPARTÍCULAS | NECESIDADES Y TENDENCIAS

Mensaje de invitado: Profesora Alina Adriana Minea

Los fluidos son esenciales para muchos procesos de transferencia de calor en la mayoría de los equipos de ingeniería. Los fluidos de transferencia de calor convencionales incluyen agua, glicol etileno, aceites térmicos y de motor. 

Los procesos modernos requieren en gran medida mejorar los procesos térmicos. Esto ocurre especialmente en la búsqueda de nuevas soluciones que favorezcan la miniaturización de componentes para la mayoría de equipos térmicos. Otra necesidad urgente es obtener tasas de transferencia de calor más altas combinadas con grados más altos de conversión de energía.

Los fluidos de transferencia de calor comunes en realidad tienen capacidades limitadas en términos de propiedades térmicas. A su vez, estas limitaciones pueden imponer severas restricciones en muchas aplicaciones térmicas. A pesar de la considerable investigación y los esfuerzos desplegados, sigue existiendo una necesidad clara y urgente de desarrollar nuevas estrategias para mejorar los comportamientos térmicos efectivos de estos fluidos.

Mejora de la transferencia de calor

Se aplican innumerables procedimientos para mejorar la transferencia de calor. Sin embargo, los inconvenientes de rendimiento de los fluidos convencionales todavía dificultan la mejora del rendimiento y la compacidad de los equipos de calefacción/refrigeración.

En general, las estrategias se refieren a lo básico y consideran la ley de convección de Newton. La mejora de la transferencia de calor por convección se basa en dos técnicas principales, y en métodos activos y pasivos. La más común es aumentar (extender) el área de transferencia de calor de la superficie proporcionando extensiones o diferentes aletas (es decir, circulares, de pino, etc.) 

Por otro lado, si se considera que el propio fluido puede mejorarse, aumentando su coeficiente de transferencia de calor por convección, este debe tener en cuenta la mejora de la conductividad térmica. ¿Cómo se puede mejorar esta propiedad intrínseca? La respuesta puede ser simple si se considera que casi todos los fluidos tienen una conductividad térmica menor que los sólidos. La idea se basa en mejorar el fluido suspendiendo partículas de alta conductividad. Por tanto, se puede esperar que un fluido que contenga partículas sólidas pueda aumentar su conductividad. Estas son las bases de la idea de los no fluidos en la comunidad científica.

Sin embargo, incluso si esta idea recibió una gran atención, surgen varios inconvenientes y preguntas. ¿Cómo pueden las partículas permanecer suspendidas en el fluido? ¿Cómo reducir las obstrucciones? ¿Qué partículas son adecuadas? ¿Cómo se ven afectadas otras propiedades por la adición de partículas? Estas son solo algunas preguntas generales que requieren una investigación intensiva en el área de los nuevos fluidos de transferencia de calor.

Nanotecnología en la transferencia de calor

Técnicas de aumento de transferencia de calor son utilizadas para agregar partículas sólidas como aditivo a los fluidos. Este enfoque tiene más de 100 años, pero ha perdido su popularidad en los últimos años. Si bien es eficaz, el uso de partículas sólidas como aditivos creó casi tantos problemas como los que resolvió:

• Erosión
• Incrustaciones
• Caída de presión
• Sedimentación

Los avances más recientes en materiales y nanotecnología ofrecen una mejor alternativa: partículas de tamaño nanométrico. Los innovadores fluidos de transferencia de calor suspendidos por partículas sólidas de tamaño nanométrico se denominan nanofluidos. Se cree que el pionero fue Choi [1]. Aunque, algunos dan crédito a otras personas que indicaron se descubrieron por primera vez en China unos años antes de que Choi publicara su primer material sobre esto.

1995 fue el año en que los nanofluidos aparecieron como una idea de investigación pionera. Desde entonces se han realizado grandes esfuerzos para avanzar en el conocimiento sobre fluidos de transferencia de calor mejorados con nanopartículas.

Biografía

Alina Adriana Minea es profesora titular en la Universidad Técnica Gheorghe Asachi de Iasi, Rumanía y directora del Consejo de Coordinación de la Escuela de Doctorado en Ingeniería de Materiales y ha publicado más de 140 artículos. Además, es autora o coautora de 17 libros, la mayoría de ellos en el campo de la transferencia de calor. Sus intereses de investigación incluyen la transferencia de calor en equipos industriales, basada en la modificación de la geometría de la cámara de calor y la mejora del consumo de energía, así como los nanofluidos como técnica de mejora de la transferencia de calor. Actualmente se desempeña como miembro del consejo editorial regional de la revista Thermal Sciences, como editora asociada de Journal of Thermal Science (Springer) e International Journal of Thermophysics (Springer), como editora de Journal of Thermal Science and Engineering progress (Elsevier), y como redactora jefa de la revista IREHEAT. En 2013 y 2016 recibió el premio a Mejor Revisora de Applied Energy, Elsevier y en 2016 y 2019 a la Mejor Investigadora de Technical University Gh. Asachi de Iasi.

Sus principales proyectos actuales son “Nanouptake COST action” y «NanoRound». Su trabajo actual se basa en estudios numéricos y experimentales en el desarrollo de nuevos fluidos de transferencia de calor.

Referencia

1. Choi, S.U.S., Enhancing thermal conductivity of fluids with nanoparticles, en proceedings ASME FED, vol. 231, pp. 99–105, 1995.