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Título: Síntese e caracterização de pentóxido de nióbio para aplicação como nanofluido em termossifões
Título(s) alternativo(s): Synthesis and characterization of niobium pentoxide for application as nanofluid in thermosyphons
Autor(es): Menon, Gabrielle
Orientador(es): Alves, Thiago Antonini
Palavras-chave: Nanopartículas
Nióbio
Meios de transferência de calor
Análise térmica
Nanoparticles
Niobium
Heat-transfer media
Thermal analysis
Data do documento: 19-Nov-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Ponta Grossa
Citação: MENON, Gabrielle. Síntese e caracterização de pentóxido de nióbio para aplicação como nanofluido em termossifões. 2024. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2024.
Resumo: O cenário de energia no mundo está em constante mudança devido a diversos fatores, como por exemplo, o crescimento da população mundial, mudanças climáticas, problemas na cadeia de suprimentos e o aquecimento global. Por esses motivos, a busca por métodos mais sustentáveis e eficientes de geração de energia está crescendo, dentre esses métodos, o campo de nanofluidos e nanopartículas se destaca. Os nanofluidos possuem muitas aplicações, enfatiza-se seu uso em termossifões, que são dispositivos que utilizam o calor latente de vaporização de um fluido de trabalho como mecanismo de transferência de calor. Usando um nanofluido como fluido de trabalho, o desempenho térmico desses dispositivos pode ser potencialmente melhorado. O nióbio (Nb) vem se destacando devido às suas boas propriedades e características, como por exemplo, altas condutividades térmica e elétrica e resistência à corrosão, o que o permite ser usado em estruturas metálicas, chassis de veículos, turbinas de avião, entre outras aplicações. Portanto, esse trabalho tem como objetivo a síntese e a caracterização de nanopartículas de pentóxido de nióbio (Nb2O5) utilizando a Síntese Sol-Gel. Para tal, foram adotadas duas metodologias de sínteses similares, denominadas Caso #1 e Caso #2, nas quais foram utilizados, respectivamente, água duplamente destilada e amônia aquosa, para obtenção de resultados mais versáteis e permitir a comparação de parâmetros. Após a síntese, as amostras foram calcinadas em um forno para tratamento térmico. Para a análise das amostras, foram empregadas técnicas avançadas de microscopia, como a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e a Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), que permitiram a observação da superfície, o formato das partículas, bem como a identificação dos elementos presentes e o ensaio de Difração de Raios-X (DRX) que foi utilizado para identificar as fases presentes nas amostras. Para a amostra sintetizada com água, foi observada a formação de aglomerados esféricos de tamanhos variando entre 0,39µm e 0,46µm, por outro lado, a amostra sintetizada com amônia apresentou uma morfologia fragmentada. As diferenças morfológicas podem ser atribuídas à temperatura de calcinação e à metodologia de síntese. A análise EDS indicou que ambos os métodos de Síntese Sol-Gel produziram amostras com alta pureza, contendo apenas nióbio e oxigênio. A análise DRX revelou que o pó não calcinado é amorfo, enquanto o pó calcinado a 650°C apresentou a formação da fase T com estrutura ortorrômbica (T-Nb2O5) em ambas as amostras. Os resultados da síntese de pentóxido de nióbio através da Síntese Sol-Gel se mostraram satisfatórios, demonstrando potencial para o uso posterior na produção de nanofluidos para aplicações em termossifões.
Abstract: The energy situation in the world has been in constant change due several factors, such as the global population growth, climatic changes, supply chain problems and the global warming. For that reason, the search for more sustainable and efficient methods of energy generation is increasing, among these methods, the nanofluids and nanoparticles field stands out. The nanofluids has several applications, but it can be emphasized its use in thermosyphons, that are devices that use the latent heat of vaporization of work fluids as a mechanism for heat transfer. Using a nanofluid as a work fluid, the heat performance can be potentially increased. The Niobium (Nb) has been standing out due its good properties and characteristics such as high thermal and electrical conductivities and corrosion resistance, which allow it to be used in metallic structures, vehicle chassis, airplane turbine, among other applications. Therefore, this work aims to synthesize and characterize niobium pentoxide nanoparticles (Nb2O5) using the Sol-Gel Synthesis. Two similar synthesis methodologies were adopted, referred to as Case #1 and Case #2, in which doubledistilled water and aqueous ammonia were used, respectively, to achieve more versatile results and allow for parameter comparison. After the synthesis, the samples were calcined in a kiln for heat treatment. For precise analysis of the samples, advanced microscopy techniques were employed, such as Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), which allowed for the observation of particle surface and shape, and X-Ray Diffraction (XRD) testing was used to identify the present phases in the samples. For the sample synthesized with water, it was observed the formation of spherical agglomerates with different sizes, varying between 0.39 and 0.46µm, on the other hand, the sample synthesized with aqueous ammonia displayed a fragmented morphology. The morphological differences may be due the calcination temperature and synthesis methodology. The EDS analysis suggests that both Sol-Gel methods produced samples with high purity, containing only niobium and oxygen. The XRD analysis demonstrated that the uncalcined powder is amorphous, while the calcined powder at a temperature of 650°C demonstrated the formation of the T phase with orthorhombic structure (T-Nb2O5) in both samples. The results of the synthesis of niobium pentoxide through Sol-Gel Synthesis were satisfactory, demonstrating potential for subsequent use in the production of nanofluids for application in thermosyphons.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37205
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