Estudo de nanofluido de óxido de zinco e análise estatística dos parâmetros

A têmpera de aços é um dos mais antigos e dos mais utilizados tratamentos térmicos na indústria metalúrgica. Tal tratamento consiste em aquecer um componente metálico a partir da temperatura de austenitização e resfriá-lo rapidamente, mergulhando-o em um fluido de resfriamento ou fluido de têmpera com uma temperatura muito menor, com o objetivo de formar uma microestrutura martensítica, elevando assim a dureza e a resistência mecânica do componente metálico. Dessa forma, o presente trabalho buscou analisar o desempenho do nanofluido de óxido de zinco como meio de resfriamento, caracterizando-o e avaliando seu desempenho em diferentes concentrações (0,01%vol, 0,05%vol, 0,10%vol), diferentes temperaturas de banho (25°C, 35°C, 45°C) e diferentes agitações (0rpm, 500rpm, 800rpm), por meio de um comparativo com água destilada nas mesmas situações. E, a partir dos resultados obtidos das curvas e taxas de resfriamento, realizar uma análise estatística por meio um planejamento de experimento (DOE) para determinar os efeitos dos parâmetros (concentração de nanopartículas, temperatura e agitação do banho) sobre a variável de resposta (taxa máxima de resfriamento) e analisar as interações entre esses parâmetros. Para isso, foram realizados os procedimentos: caracterização das nanopartículas de óxido de zinco; preparação dos nanofluidos de resfriamento; análise da deposição de nanopartículas após têmpera; levantamento das curvas de resfriamento; cálculo dos coeficientes de transferência de calor; e análise estatística dos parâmetros. Os resultados mostraram que os nanofluidos de zinco possuem taxas máximas de resfriamento inferiores as da água, porém apresentam os menores tempos de resfriamento. A partir dos dados e resultados obtidos da análise estatística por meio de um planejamento de experimentos, DOE, observou-se que o parâmetro que mais afeta a máxima taxa de resfriamento é a temperatura de banho da solução, seguido pela concentração de nanopartículas e pela combinação da concentração das nanopartículas com a agitação do banho.

Título em Inglês

Study of zinc oxide nanofluids and statiscal analysis of parameters

Palavras-chave em Inglês

Nanofluid
Design of experiment (DOE)
Heat transfer coefficient
Quenching

Resumo em Inglês

Quenching of steels is one of the oldest and most widely used heat treatments in the metallurgical industry. Such treatment consists in heating a metal component at the austenitization temperature and cooling it fast by immersing the metal in a cooling fluid or quenchant in a much lower temperature, in order to form a martensitic microstructure and improve the hardness and mechanical strength of the metal component. Thus, the present work analyzed the performance of a zinc oxide nanofluid as a quenchant, characterizing it and evaluating its performance in different concentrations (0.01%vol, 0.05%vol, 0.10%vol) , different bath temperatures (25°C, 35°C, 45°C) and different agitations (0rpm, 500rpm, 800rpm) by means of a comparison with distilled water in the same situations. In order to determine the parameters (concentration of nanoparticles, temperature and agitation of the bath) effects on the maximum cooling rates obtained from the curves and cooling rates and the interactions between these parameters, a statistical analysis, through a design of experiment (DOE), was carried out. For this, the following procedures were performed: characterization of the zinc oxide nanoparticles; preparation of cooling nanofluids; analysis of nanoparticles deposition after quenching; lifting of cooling curves; calculation of heat transfer coefficients; and statistical analysis of the parameters. The results showed that zinc nanofluids have lower cooling rates than water, but also have the shortest cooling times. From the data and results obtained by the statistical analysis through a design of experiments, it was observed that the parameter that affects the maximum cooling rates the most is the bath temperature of the solution, followed by the concentration of nanoparticles and the combination of the concentration of the nanoparticles with the stirring of the bath.

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Data de Publicação

2019-05-08

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