Experimental study of heat transfer of innovative carbon-based hybrid nanofluids for highly efficient energy applications

• Autores: Meriem Jebali
• Directores de la Tesis: Ana Isabel Gómez Merino (dir. tes.), Gianpiero Colangelo (tut. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Málaga ( España ) en 2025
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Rosa De Finis (presid.), Daniela Malcangio (secret.), Emanuele Luigi De Angelis (voc.), Luis Alfonso Trujillo Cayado (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Mecatrónica por la Universidad de Málaga
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RIUMA
• Resumen

  • Esta tesis aborda el diseño de materiales avanzados para intercambio térmico, ante la creciente demanda de procesos energéticamente eficientes. Se desarrollaron nanofluidos basados en nanopartículas de óxidos cerámicos y materiales de carbono, obtenidos mediante métodos ecológicos y sin tensioactivos.

    Se sintetizaron nanopartículas de ZnO y CuO empleando extracto de jugo de limón con relaciones limón/metal (L/M) de 0,33, 1 y 3. Las caracterizaciones XRD y TEM confirmaron partículas bien cristalinas y dispersas; la menor relación L/M produjo diámetros más pequeños. La sonicación redujo aún más el tamaño, mejorando la estabilidad coloidal.

    En nanofluidos ZnO/PG-W (40:60) con 0,5–1,5 %vol., la conductividad térmica aumentó linealmente con temperatura y concentración, alcanzando un 5,7 % de mejora a 20 °C para 1,5 %vol. El potencial zeta (~25,5 mV) indicó excelente estabilidad.

    Los nanofluidos CuO/EG-W (60:40), formulados a 0,1–0,5 %vol., mejoraron su estabilidad con SDS (potenciales inferiores a –60 mV). A 0,2 %vol., la conductividad térmica aumentó entre 20,8–22,2 % (20–60 ºC) según L/M, y el máximo incremento (33,9 %) se obtuvo a 60 ºC y 0,5 %vol. Todos mostraron comportamiento pseudoplástico a bajas tasas de cizalla y newtoniano por encima de 100 s⁻¹. La viscosidad disminuyó con la temperatura, y la de los nanofluidos con L/M=0,33 evidenció pseudoplasticidad en todas las condiciones. Los modelos de Machrafi-Lebon y Leong ajustaron los datos a 20 °C (R² > 0.99).

    Se desarrollaron nanofluidos híbridos GO y GO–CuO en aceite de coco virgen (VCO) a 0,1–0,75 %vol., con velocidades de sedimentación de 0,3 nm/s (GO) y 0,15 nm/s (GO–CuO). Las mejoras térmicas alcanzaron 7 % (GO, 0,75 %vol.) y 14 % (GO–CuO) a 60 °C. Presentaron marcada pseudoplasticidad y fuerte dependencia térmica de la viscosidad.

    Se validó un nuevo modelo empírico que predijo la conductividad térmica de GO–CuO/VCO (30–60 °C, 0,1–0,75 %vol.) con desviaciones <1 %, superando modelos previos. Los resultados confirman el potencial de nanofluidos ecológicos para aplicaciones industriales como vehículos eléctricos, colectores solares y materiales de cambio de fase.