Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície

Bibliographic Details
Main Author: Zorzo, Régis
Publication Date: 2019
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositório Institucional da UNIPAMPA
Download full: http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5172
Summary: The present work presents a theoretical model that describes the heating and vaporization of a combustible ferrofluid droplet due to the action of an external and alternating magnetic field (magnetic heating) together with the heat flux provided by the gaseous environment. Magnetic heating is the result of the interaction between the magnetic field and the ferrofluid magnetic nanoparticles. The combined effect of heat transfer from ambient to droplet with magnetic heating, together with heat loss from the vaporizing surface, results in a temperature profile with the boiling point within the droplet. This is a characteristic bubble-forming effect that may cause the droplet micro-explosion. In the present work, it is considered that the droplet rupture (break) occurs at the moment when the boiling condition is reached inside, generating a secondary droplet. After breaking, the primary droplet continues to be heated and vaporized, generating new secondary droplets whenever the boiling temperature is reached inside. The results are obtained considering two cases, in the first case all surface nanoparticles vaporize, maintaining their constant concentration inside the droplet. In the second case, there is an accumulation of nanoparticles on the droplet surface, causing a variation in the concentration of nanoparticles. Results are presented as a function of some parameters such as magnetic power, magnetic field frequency, ambient temperature and initial droplet temperature. It was possible to notice that the formation frequency and the number of secondary drops increase with the magnetic power. The droplet-breaking process has a great influence on the effective vaporization rate and the decrease of the initial droplet radius. Considering the accumulation of nanoparticles on the surface, it was found that for cases where the fraction of nanoparticles that accumulates on the surface is high, the vaporization rate may decrease, depending on the heat generated by the magnetic heating.
id UNIP_b75ee20eb81b7d93c601620a01476f43
oai_identifier_str oai:repositorio.unipampa.edu.br:riu/5172
network_acronym_str UNIP
network_name_str Repositório Institucional da UNIPAMPA
repository_id_str
spelling Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfícieEngenhariaAquecimentoVaporizaçãoFerrofluidoEngineeringHeatingVaporizationFerrofluidCNPQ::ENGENHARIASThe present work presents a theoretical model that describes the heating and vaporization of a combustible ferrofluid droplet due to the action of an external and alternating magnetic field (magnetic heating) together with the heat flux provided by the gaseous environment. Magnetic heating is the result of the interaction between the magnetic field and the ferrofluid magnetic nanoparticles. The combined effect of heat transfer from ambient to droplet with magnetic heating, together with heat loss from the vaporizing surface, results in a temperature profile with the boiling point within the droplet. This is a characteristic bubble-forming effect that may cause the droplet micro-explosion. In the present work, it is considered that the droplet rupture (break) occurs at the moment when the boiling condition is reached inside, generating a secondary droplet. After breaking, the primary droplet continues to be heated and vaporized, generating new secondary droplets whenever the boiling temperature is reached inside. The results are obtained considering two cases, in the first case all surface nanoparticles vaporize, maintaining their constant concentration inside the droplet. In the second case, there is an accumulation of nanoparticles on the droplet surface, causing a variation in the concentration of nanoparticles. Results are presented as a function of some parameters such as magnetic power, magnetic field frequency, ambient temperature and initial droplet temperature. It was possible to notice that the formation frequency and the number of secondary drops increase with the magnetic power. The droplet-breaking process has a great influence on the effective vaporization rate and the decrease of the initial droplet radius. Considering the accumulation of nanoparticles on the surface, it was found that for cases where the fraction of nanoparticles that accumulates on the surface is high, the vaporization rate may decrease, depending on the heat generated by the magnetic heating.O presente trabalho apresenta um modelo teórico que descreve o aquecimento e a vaporização de uma gota de ferrofluido combustível devido a ação de um campo magnético externo e alternado (aquecimento magnético) juntamente com o fluxo de calor fornecido pelo ambiente gasoso. O aquecimento magnético é resultado da interação entre o campo magnético e as nanoparticulas magnéticas do ferrofluido. O campo magnético faz com que as nanopartículas rotacionem e dissipem calor por atrito viscoso com as moléculas do fluido. O efeito combinado da transferência de calor do ambiente para a gota com o aquecimento magnético, juntamente com a perda de calor da superfície para vaporização, resulta em um perfil de temperatura com o ponto de ebulição no interior da gota. Esse é um efeito característico de formação de bolhas, podendo vir a causar a micro-explosão da gota. No presente trabalho, considera-se que o rompimento da gota (quebra) ocorre no instante em que a condição de ebulição é atingida em seu interior, gerando uma gota secundária. Após a quebra, a gota primária continua a ser aquecida e vaporizada, gerando novas gotas secundárias sempre que a temperatura de ebulição for atingida em seu interior. Os resultados são obtidos considerando dois casos, no primeiro as nanopartículas escapam da superfície da gota juntamente com o líquido vaporizado, mantendo a sua concentração constante dentro da gota. No segundo caso, há um acúmulo de nanopartículas na superfície da gota, ocasionando uma variação da concentração de nanopartículas em seu interior. Os resultados são apresentados em função de alguns parâmetros, tais como potência magnética, frequência do campo magnético, temperatura do ambiente e temperatura inicial da gota. Foi possível perceber que a frequência de formação e o número de gotas secundárias aumenta com a potência magnética. Verifica-se que o processo de quebra de gotas possui grande influência na taxa de vaporização efetiva e no decréscimo do raio da gota inicial. Ao se considerar o acúmulo de nanopartículas na superfície, constatou-se que para os casos em que a fração de nanopartículas que acumula na superfície é alta, a taxa de vaporização pode sofrer uma redução, a depender do calor gerado pelo aquecimento magnético.Universidade Federal do PampaUNIPAMPAMestrado Acadêmico em EngenhariaBrasilCampus AlegreteCristaldo, César Flaubiano da CruzFachini Filho, FernandoZorzo, Régis2020-08-27T18:36:33Z2020-08-27T18:36:33Z2019-12-16info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfZORZO, Régis. Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície. Orientador: César Flaubiano da Cruz Cristaldo. 2019. 84p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2019.http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5172porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UNIPAMPAinstname:Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)instacron:UNIPAMPA2020-08-28T06:05:48Zoai:repositorio.unipampa.edu.br:riu/5172Repositório InstitucionalPUBhttp://dspace.unipampa.edu.br:8080/oai/requestsisbi@unipampa.edu.bropendoar:2020-08-28T06:05:48Repositório Institucional da UNIPAMPA - Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)false
dc.title.none.fl_str_mv Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
title Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
spellingShingle Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
Zorzo, Régis
Engenharia
Aquecimento
Vaporização
Ferrofluido
Engineering
Heating
Vaporization
Ferrofluid
CNPQ::ENGENHARIAS
title_short Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
title_full Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
title_fullStr Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
title_full_unstemmed Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
title_sort Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície
author Zorzo, Régis
author_facet Zorzo, Régis
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Cristaldo, César Flaubiano da Cruz
Fachini Filho, Fernando
dc.contributor.author.fl_str_mv Zorzo, Régis
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia
Aquecimento
Vaporização
Ferrofluido
Engineering
Heating
Vaporization
Ferrofluid
CNPQ::ENGENHARIAS
topic Engenharia
Aquecimento
Vaporização
Ferrofluido
Engineering
Heating
Vaporization
Ferrofluid
CNPQ::ENGENHARIAS
description The present work presents a theoretical model that describes the heating and vaporization of a combustible ferrofluid droplet due to the action of an external and alternating magnetic field (magnetic heating) together with the heat flux provided by the gaseous environment. Magnetic heating is the result of the interaction between the magnetic field and the ferrofluid magnetic nanoparticles. The combined effect of heat transfer from ambient to droplet with magnetic heating, together with heat loss from the vaporizing surface, results in a temperature profile with the boiling point within the droplet. This is a characteristic bubble-forming effect that may cause the droplet micro-explosion. In the present work, it is considered that the droplet rupture (break) occurs at the moment when the boiling condition is reached inside, generating a secondary droplet. After breaking, the primary droplet continues to be heated and vaporized, generating new secondary droplets whenever the boiling temperature is reached inside. The results are obtained considering two cases, in the first case all surface nanoparticles vaporize, maintaining their constant concentration inside the droplet. In the second case, there is an accumulation of nanoparticles on the droplet surface, causing a variation in the concentration of nanoparticles. Results are presented as a function of some parameters such as magnetic power, magnetic field frequency, ambient temperature and initial droplet temperature. It was possible to notice that the formation frequency and the number of secondary drops increase with the magnetic power. The droplet-breaking process has a great influence on the effective vaporization rate and the decrease of the initial droplet radius. Considering the accumulation of nanoparticles on the surface, it was found that for cases where the fraction of nanoparticles that accumulates on the surface is high, the vaporization rate may decrease, depending on the heat generated by the magnetic heating.
publishDate 2019
dc.date.none.fl_str_mv 2019-12-16
2020-08-27T18:36:33Z
2020-08-27T18:36:33Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv ZORZO, Régis. Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície. Orientador: César Flaubiano da Cruz Cristaldo. 2019. 84p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2019.
http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5172
identifier_str_mv ZORZO, Régis. Aquecimento magnético de uma gota de ferrofluido combustível: modelagem de micro-explosão e acúmulo de nanopartículas na superfície. Orientador: César Flaubiano da Cruz Cristaldo. 2019. 84p. Dissertação (Mestrado em Engenharia) – Universidade Federal do Pampa, Campus Alegrete, Alegrete, 2019.
url http://dspace.unipampa.edu.br:8080/jspui/handle/riu/5172
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Pampa
UNIPAMPA
Mestrado Acadêmico em Engenharia
Brasil
Campus Alegrete
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Pampa
UNIPAMPA
Mestrado Acadêmico em Engenharia
Brasil
Campus Alegrete
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UNIPAMPA
instname:Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)
instacron:UNIPAMPA
instname_str Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)
instacron_str UNIPAMPA
institution UNIPAMPA
reponame_str Repositório Institucional da UNIPAMPA
collection Repositório Institucional da UNIPAMPA
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UNIPAMPA - Universidade Federal do Pampa (UNIPAMPA)
repository.mail.fl_str_mv sisbi@unipampa.edu.br
_version_ 1842255714279489536