A situação mundial actual obriga à utilização de fontes de energia não renováveis para melhorar a qualidade de vida do Planeta. Assim surge como imperativo a optimização dos actuais recursos tecnológicos e a poupança de energia. Os equipamentos clássicos de transferência de calor utilizam fluidos de trabalho, que não foram desenvolvidos num tempo de restrições económicas ou de desenvolvimento de tecnologias químicas sustentáveis.
Os líquidos iónicos (LI's) surgiram nos últimos anos como uma grande alternativa na indústria química, como solventes, reagentes, co-solventes, electrólitos, lubrificantes, etc., e permitem substituir (retrofit) os fluidos nos equipamentos existentes, de forma a diminuir impactos ambientais, ou na nossa opinião, melhorar a eficiência energética dos processos químicos industriais. Alguns já os consideram como o meio refrigerante por excelência no futuro.
Estudos recentes desenvolvidos pelo nosso grupo, demonstram que os líquidos iónicos são alternativas promissoras do ponto de vista energético aos fluidos tradicionais de transferência de calor, pois têm pressões de vapor desprezáveis, uma capacidade calorífica por unidade de volume 30-50% superior, condutibilidades térmicas mais elevadas e viscosidades muito variáveis e, por outro lado, em simulações efectuadas num permutador do tipo casca e tubo, permitem obter áreas de transferência de calor competitivas com os fluidos actuais, embora ainda com custo elevado do enchimento do permutador pois os preços actuais dos LI são ainda bastante elevados (laboratoriais e não resultantes de uma produção à escala industrial que se prevê próxima).
A utilização de nanopartículas como agentes de melhoria térmica (condutibilidade térmica) permitirá também associar diferentes tipos de nanomateriais (nanotubos de carbono, pós metálicos, etc.) aos líquidos iónicos. A actual capacidade de adaptar a sua constituição molecular às propriedades que se desejam (target-oriented), e às interacções complexas LI-nanomaterial nas emulsões que formam, permite desenhar o fluido de transferência de calor que se deseja, para cumprir uma determinada função. Estudos recentes no nosso grupo, em colaboração com o QUILL (UK) mostraram que pequenas
quantidades de nanomaterial (1% p/p) podem aumentar a condutibilidade térmica de um líquido iónico em mais de 30%. O nosso conhecimento das propriedades termofísicas dizem-nos que a capacidade calorífica e a densidade também aumentarão, embora a viscosidade possa também aumentar. Neste último aspecto, procuraremos utilizar líquidos iónicos com viscosidades semelhantes à da água, existentes ou a sintetizar. Então, a capacidade de armazenamento de energia, aliada à melhoria dos coeficientes de transferência de calor, aumentarão a eficiência dos equipamentos, para além de contribuir para a substituição de fluidos não degradáveis. Se os nanofluidos melhorarem a eficiência de um aparelho de refrigeração em 1%, isso traduz-se em 320 biliões de kWh de electricidade poupados por ano só nos EUA, o equivalente a 5.5 milhões de barris de petróleo.
Os ionanofluidos não serão apenas um melhor meio de transferência de calor em geral, mas sê-lo-ão também para aplicações em micro-canais, equipamentos grandes (como os camiões frigoríficos) e novas tecnologias energéticas (como as células de combustível) em que sistemas de arrefecimento mais eficientes, com maiores cargas térmicas e menores dimensões são necessários. P.ex., a utilização simultânea dos ionanofluidos e micro-canais originará simultaneamente condutibilidades térmicas e capacidades caloríficas elevadas e grandes áreas de transferência de calor, aumentando a eficiência para um dado volume. Evitam-se situações como a sedimentação rápida, o bloqueio dos canais ou a erosão de válvulas. Um aumento da viscosidade, se pequeno, não vai afectar a potência de bombagem significativamente, pelo que se podem obter grandes poupanças na potência de bombagem se utilizarmos condutibilidades térmicas elevadas com uma fracção pequena de nanopartículas.
Propomo-nos com o presente projecto desenvolver ionanofluidos, sistemas complexos de líquidos iónicos e nanomateriais, com propriedades termofísicas adequadas aos requisitos técnicos da transferência de calor em permutadores de calor (L/L), (G/L) e sistemas de refrigeração, nomeadamente por absorção, capazes de substituir, em termos ambientais e económicos, os actuais fluidos de trabalho utilizados na indústrias químicas e associadas e no aproveitamento térmico da energia solar. A eficiência destes novos ionanofluidos será testada num permutador de calor a construir, e as suas propriedades importantes para as aplicações determinadas pelos melhores métodos existentes no nosso grupo, pois está demonstrado que para os líquidos iónicos, tal como para os líquidos normais, erros nos valores das propriedades poderão trazer grandes aumentos no custo de capital de um permutador de calor bem como nos custos operacionais, podendo inviabilizar, depois de adquirido, o funcionamento de um permutador de calor. A ecotoxicidade dos fluidos será também analisada.