ES2873425T3 - Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor - Google Patents

Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor Download PDF

Info

Publication number
ES2873425T3
ES2873425T3 ES16820321T ES16820321T ES2873425T3 ES 2873425 T3 ES2873425 T3 ES 2873425T3 ES 16820321 T ES16820321 T ES 16820321T ES 16820321 T ES16820321 T ES 16820321T ES 2873425 T3 ES2873425 T3 ES 2873425T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
process according
heat transfer
nanoparticles
concentration
dispersing agent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES16820321T
Other languages
English (en)
Inventor
PEREZ David NORIEGA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ArcelorMittal SA
Original Assignee
ArcelorMittal SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ArcelorMittal SA filed Critical ArcelorMittal SA
Application granted granted Critical
Publication of ES2873425T3 publication Critical patent/ES2873425T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/10—Liquid materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B22D11/1245—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling using specific cooling agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/60—Aqueous agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

Procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor que comprende un medio fluido, nanopartículas hidrofóbicas que tienen un tamaño lateral entre 26 y 50 μm y un agente dispersante, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 3 y 18 y donde las nanopartículas no comprenden nanotubos de carbono.

Description

DESCRIPCIÓN
Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor
[0001] La presente invención se refiere a un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor que comprende un medio fluido, nanopartículas hidrofóbicas y un agente dispersante, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante es específica. En particular, es adecuado para acero, aluminio, acero inoxidable, cobre, hierro, aleaciones de cobre, titanio, cobalto, compuesto metálico, industrias de níquel o industrias no metálicas tales como plásticos.
[0002] Con el fin de ahorrar en el consumo de energía, es posible mejorar el rendimiento de los sistemas de intercambiadores de calor e introducir diversas técnicas de mejora de la transferencia de calor. Algunas técnicas se han centrado en la aplicación de campos eléctricos o magnéticos. Aunque es posible una mejora en la eficiencia energética desde dichos puntos de vista, también se puede realizar una mejora con respecto al fluido de transferencia de calor. Por lo general, los fluidos tales como agua, aceite de motor, etilenglicol, etc. se utilizan como fluido de transferencia de calor. Sin embargo, tienen un rendimiento de transferencia de calor deficiente y, por lo tanto, son necesarios una alta compactación y efectividad de los sistemas de transferencia de calor para lograr la transferencia de calor requerida. Entre los esfuerzos para mejorar la transferencia de calor, la aplicación de aditivos a los líquidos es más notable.
[0003] Por ejemplo, un tensioactivo tal como LEVENOL C-421 que es monoglicéridos y diglicéridos de polioxietileno, se puede añadir al agua para mejorar el coeficiente de transferencia de calor o al menos la conductividad térmica. Sin embargo, aunque la conductividad mejora en algunos casos, la presencia del tensioactivo resulta en la formación de espuma. La presencia de espuma es un gran problema, ya que es realmente difícil eliminarla, en particular, a escala industrial. Además, la presencia de un tensioactivo aumenta la corrosión del sistema de transferencia de calor, especialmente la tubería donde fluye el fluido de transferencia de calor. Finalmente, se pueden formar incrustaciones particularmente en el sistema de transferencia de calor.
[0004] Investigaciones recientes en nanotecnología han permitido el desarrollo de una nueva categoría de fluido de transferencia de calor que comprende nanopartículas. Dichos fluidos, también llamados "Nanofluidos", son una suspensión líquida que contiene partículas que tienen al menos una dimensión inferior a 100 nm. Estos fluidos de transferencia de calor generalmente tienen un coeficiente de transferencia de calor aumentado.
[0005] La solicitud de patente US2014/0312263 describe un fluido de transferencia de calor que comprende un medio fluido y una forma oxidada de un material seleccionado del grupo de nanoplaquetas de grafeno de múltiples capas. También describe un procedimiento para fabricar dicho fluido. La solicitud de patente describe que la oxidación de las nanoplaquetas de grafeno de múltiples capas (GnP) convierte las capas de grafito sp2 en la superficie en grupos OH-, COO- y c O. Estos grupos crean suficiente carga electrostática en la superficie nanoplaquetaria que mantiene las partículas separadas entre sí debido a la repulsión y evita la aglomeración y sedimentación de partículas. Por lo tanto, se puede lograr una buena estabilidad de nanofluidos grafíticos en agua o mezclas de fluidos base etilenglicol/agua y, por lo tanto, una buena dispersión.
[0006] También describe que las suspensiones con GnP no modificadas sedimentan en unas pocas horas. Las suspensiones estabilizadas con tensioactivos catiónicos o aniónicos muestran una mejora en la estabilidad; sin embargo, la conductividad térmica de esas suspensiones está por debajo del fluido base debido a la muy baja conductividad térmica de las moléculas orgánicas en comparación con el agua. Por lo tanto, los tensioactivos orgánicos son perjudiciales para la conductividad térmica para la conductividad térmica de las suspensiones a base de agua. Por lo tanto, el uso de una estrategia no tensioactiva para estabilizar las dispersiones de nanopartículas implica la oxidación de GnP, para separar claramente GnP en nanoplaquetas individuales.
[0007] Finalmente, describe que la oxidación de GnP reduce las mejoras de conductividad térmica en todas las calidades probadas. La relación de coeficientes de transferencia de calor (hnf/ho) para el nanofluido (hnf) y el fluido base (ho), calculados para diferentes temperaturas, muestra que la inclusión de nanopartículas grafíticas en el refrigerante etilenglicol/H2O puede proporcionar una mejora del 75-90 % en las velocidades de transferencia de calor cuando se utiliza en el régimen de flujo laminar. Los coeficientes de transferencia de calor en el régimen de flujo turbulento muestran una mejora del 30-40 % en la transferencia de calor en comparación con el fluido base.
[0008] Sin embargo, la oxidación o funcionalización de GnP requiere una etapa adicional en el procedimiento para la fabricación del fluido de transferencia de calor usando ácidos fuertes, por ejemplo, una mezcla de ácidos nítrico y sulfúrico concentrados como en el documento US2014/0312263. A escala industrial, esta reacción de oxidación produce productos de desecho difíciles de manejar. Además, este fluido de transferencia de calor no alcanza un rendimiento muy alto. Por ejemplo, en la industria siderúrgica, durante el procedimiento de enfriamiento en un procedimiento de laminación en caliente, la mesa de descarga enfría la tira de acero de aproximadamente 800-950 °C en la entrada a 450-600 °C en la salida. Por lo tanto, para algunas calidades de acero, se necesita un fluido de transferencia de calor que tenga un alto coeficiente de transferencia de calor.
[0009] También se conoce de HAITAO ZHU Y COL: "Preparation and thermal conductivity of suspensions of graphite nanoparticles", CARBON, vol. 45, n.° 1, 1 de enero de 2007, páginas 226-228, documento XP055297142, un fluido que comprende nanopartículas de grafito y polivinilpirrolidina.
[0010] También se sabe a partir del documento US2013341028 que las propiedades de un fluido base se pueden ajustar de forma controlable a un intervalo predeterminado de mediciones mediante la adición de nanopartículas modificadas a un fluido base.
[0011] También se conoce de GOPALAN RAMESH Y COL: "Review of thermo-physical properties, wetting and heat transfer characteristics of nanofluids and their applicability in industrial quench heat treatment", NANOSCALE RESEARCH LETTERS, vol. 6, n.° 1, 1 de enero de 2011, documento XP055297238 que los nanofluidos ofrecen mejores características de humectación y transferencia de calor.
[0012] También se conoce a partir del documento US8834739 un fluido de transferencia de calor, que comprende: plaquetas de nitruro de boro a nanoescala que tienen superficies externas rugosas debido a la formación de dichas plaquetas a través de una reacción de metátesis en estado sólido, teniendo dichas plaquetas de nitruro de boro una relación de aspecto que varía de aproximadamente 400:1 a aproximadamente 1000:1 y suspendiéndose en un disolvente portador.
[0013] El objeto de la invención es proporcionar un procedimiento fácil de implementar de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor donde el fluido de transferencia de calor muestra un alto coeficiente de transferencia de calor. Preferentemente, dicho coeficiente de transferencia de calor mejorado del fluido es estable con el tiempo.
[0014] Esto se logra proporcionando un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor según la reivindicación 1. El procedimiento también puede comprender cualquier característica de las reivindicaciones 2 a 23, tomadas solas o en combinación.
[0015] La invención también abarca un procedimiento para la fabricación de un fluido de transferencia de calor según la reivindicación 24.
[0016] La invención también abarca un fluido de transferencia de Calor según la reivindicación 25.
[0017] Para ilustrar la invención, se describirán diversas realizaciones y ensayos de ejemplos no limitantes. La Figura 1 ilustra un agente dispersante que es la polivinilpirrolidona que tiene una parte hidrofóbica y una parte hidrofílica.
La Figura 2 ilustra un ejemplo de una nanoplaqueta según la presente invención.
La Figura 3 ilustra un ejemplo de nanoplaquetas de múltiples capas según la presente invención.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de nanopartícula esférica según la presente invención.
La Figura 5 ilustra un ejemplo de nanopartícula elíptica según la presente invención.
[0018] Se definen los siguientes términos:
- fluido de transferencia de calor que comprende nanopartículas (denominado Nanofluido) significa una suspensión líquida que contiene partículas que tienen al menos una dimensión inferior a 100 nm,
- flujo laminar significa un flujo con un número Reynolds inferior a un valor crítico de aproximadamente 2300, - flujo turbulento significa un flujo con un número Reynolds superior a un valor crítico de aproximadamente 4000, - concentración umbral de Percolación es la concentración de nanopartículas por encima de las cuales están conectadas formando una red de largo alcance. Para aplicaciones de transferencia de calor, es adecuado que dicha red conecte la parte más caliente, es decir, la parte donde comienza a fluir el calor, del fluido y la parte más fría del fluido, es decir, la parte donde se evacua el calor. En otras palabras, por debajo de la concentración umbral de Percolación, las nanopartículas no están conectadas. Cuando se obtiene la concentración umbral de Percolación, la red formada con nanopartículas, que tiene una conductividad térmica más alta que el medio fluido, permite que los portadores de calor tomen un camino con mucha menos resistencia térmica, mejorando así la conductividad térmica del fluido, y por lo tanto el coeficiente de transferencia de calor
- % en volumen significa porcentaje en volumen,
- % en peso significa porcentaje en peso,
- nanoplaquetas de grafito significa un sistema multicapa de láminas de grafeno que tiene un espesor de entre alrededor de 5 y 20 nm,
- grafeno de pocas capas significa un sistema multicapa de láminas de grafeno que tiene un espesor entre 1 y 5 nm y - grafeno significa una lámina de un solo átomo de espesor de átomos de carbono unidos dispuestos hexagonalmente, que presenta generalmente un espesor inferior a 1 nm.
[0019] Otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención.
[0020] La invención se refiere a un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor que comprende un medio fluido, nanopartículas hidrofóbicas que tienen un tamaño lateral entre 26 y 50 pm y un agente dispersante donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 3 y 18 y donde las nanopartículas no comprenden nanotubos de carbono.
[0021] Sin querer limitarse a ninguna teoría, parece que cuando se controla la relación anterior y se alcanza la concentración umbral de Percolación, el fluido de transferencia de calor según la invención permite una alta conductividad térmica y, por lo tanto, un alto coeficiente de transferencia de calor en el flujo laminar y turbulento. De hecho, el agente dispersante sería capaz de evitar la deposición y aglomeración de nanopartículas. Por ejemplo, si el agente dispersante es un tensioactivo, la nanopartícula estaría encerrada por una micela que consiste en un núcleo de moléculas hidrofóbicas y una cubierta de moléculas hidrofílicas. Dicha estructura micelar permite dispersar nanopartículas dentro del fluido. Sin embargo, para obtener la percolación, en otras palabras, la formación de una red de largo alcance formada por las nanopartículas, el grado de dispersión de las nanopartículas tiene que ser limitado. Por ejemplo, en la Figura 1, el agente dispersante que es la polivinilpirrolidona se ilustra con sus partes hidrofóbica e hidrofílica. En este caso, parece que las nanopartículas interactuarán con la estructura micelar que la penetra. Las nanopartículas estarían rodeadas por las moléculas tensioactivas, que les permiten dispersarse dentro del fluido.
[0022] Según la invención, el flujo del fluido de transferencia de calor puede estar en un régimen de flujo laminar o turbulento. En un régimen de flujo laminar, el coeficiente de transferencia de calor es proporcional a la conductividad térmica. Por el contrario, en el régimen de flujo turbulento, el coeficiente de transferencia de calor depende de un conjunto de propiedades termo-físicas como la viscosidad.
[0023] Preferentemente, la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 4 y 15, ventajosamente entre 4 y 8 y estando preferentemente entre 4 y 6. Estas relaciones preferidas asegurarían un mejor equilibrio entre aglomeración/dispersión de modo que se pueda obtener el umbral de percolación deseado.
[0024] Ventajosamente, el agente dispersante está compuesto por una parte hidrofóbica y una parte hidrofílica. Por ejemplo, una parte hidrofóbica está hecha de cadena de carbono y la parte hidrofílica está hecha de grupos oxígeno tales como COO-, OH-, CO o cationes de amonio cuaternario.
[0025] En una realización preferida de la invención, el agente dispersante puede ser un polímero activo no superficial, un tensioactivo o una mezcla de estos. El tensioactivo puede ser catiónico, aniónico, anfótero o no iónico.
[0026] Por ejemplo, el agente dispersante puede ser polivinilpirrolidona, polisacáridos, polisacáridos sulfatados, sulfonatos de alquilbenceno lineales, sulfonatos de lignina, sulfosuccinatos de di-alquilo, compuestos de amonio cuaternario, estearato de sodio o una mezcla de estos.
[0027] Por ejemplo, la nanopartícula puede ser esférica, elíptica o nanoplaquetaria.
[0028] La Figura 1 ilustra un ejemplo de una nanoplaqueta que se puede usar en el fluido de transferencia de calor de la presente invención. En este ejemplo, el tamaño lateral significa la longitud más alta de la nanoplaqueta a través del eje X y el espesor significa la altura de la nanoplaqueta a través del eje Z. La anchura de la nanoplaqueta se ilustra a través del eje Y.
[0029] La Figura 2 ilustra un ejemplo de nanoplaquetas de múltiples capas que se pueden usar en el fluido de transferencia de calor de la presente invención. En este ejemplo, el tamaño lateral significa la longitud más alta de las nanoplaquetas a través del eje X y el espesor significa la altura total de todas las nanoplaquetas apiladas a través del eje Z. La anchura de la nanoplaqueta se ilustra a través del eje Y.
[0030] La Figura 3 ilustra un ejemplo de nanopartícula esférica que se puede usar en el fluido de transferencia de calor de la presente invención. En este ejemplo, el tamaño lateral significa el diámetro de la nanopartícula y el espesor significa la altura de la nanopartícula.
[0031] La Figura 4 ilustra un ejemplo de nanopartícula elíptica que se puede usar en el fluido de transferencia de calor de la presente invención. En este ejemplo, el tamaño lateral significa la longitud más alta de la nanopartícula y el espesor significa la altura de la nanopartícula.
[0032] El tamaño lateral y el espesor de la nanopartícula se pueden medir mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y microscopía de fuerzas atómicas (AFM).
[0033] En una realización preferida de la invención, el fluido de transferencia de calor comprende nanopartículas que son nanoplaquetas de múltiples capas. De hecho, sin querer limitarse a ninguna teoría, parece que para obtener la morfología de las nanoplaquetas, las nanopartículas deben tener una estructura multicapa con una interacción débil entre capas, es decir, Van der Waals, enlace de hidrógeno, enlace mecánico, enlace halógeno, apilamiento pi, enlaces catión/anión-pi, intercalación, puentes de sal y polar-pi. Esta unión débil junto con una buena conductividad térmica de las nanoplaquetas aumenta la posibilidad de mejorar el coeficiente de transferencia de calor de un fluido.
[0034] Preferentemente, las nanopartículas se eligen de nanoplaquetas de grafito, grafeno, grafeno de pocas capas, TiO2 , ZnO2 , ZnO, nitruro de boro, cobre, sílice, montmorillonita, zeolita clinoptilolita, wollastonita, mica, zeolita 4A, AhO3 , silicato, piedra pómez y óxido de calcio.
[0035] Ventajosamente, el espesor de las nanopartículas está entre 1 y 99,99 nm, preferentemente de entre 5 a 50 nm y más preferentemente de entre 5 a 15 nm.
[0036] Preferentemente, el tamaño lateral de la nanopartícula está entre 35 y 45 pm.
[0037] Preferentemente, la concentración de nanopartículas está entre 0,01 % en peso y 12 % en peso, ventajosamente entre 2 y 8 % en peso y más preferentemente entre 4 y 7 % en peso.
[0038] Preferentemente, el fluido de transferencia de calor comprende un medio fluido elegido de agua, etilenglicol, etanol, aceite, metanol, silicona, propilenglicol, compuestos aromáticos alquilados, Ga líquido, In líquido, Sn líquido, formiato de potasio y una mezcla de estos. El galio, el indio y el estaño se pueden utilizar como fluido de transferencia de calor, en particular para el enfriamiento de un elemento metálico. De hecho, el punto de fusión del galio es de 30 °C, el del indio es de 157 °C y el del estaño es de 232 °C. Por ejemplo, se pueden utilizar para enfriar chips informáticos o equipos de laboratorio tales como fuentes de neutrones.
[0039] Según la invención, el procedimiento de transferencia de calor se encuentra entre un elemento metálico o no metálico y el fluido de transferencia de calor. Preferentemente, el elemento metálico, que es, por ejemplo, un sustrato metálico, está hecho de aluminio, acero, acero inoxidable, cobre, hierro, aleaciones de cobre, titanio, cobalto, compuesto metálico, níquel y el no metálico está hecho de plásticos.
[0040] En la técnica anterior, la transferencia de calor usando agua como medio fluido generalmente se puede realizar mediante dos modos diferentes. El primer modo se llama "agua sin contacto", lo que significa que el agua se mantiene en un circuito sin ser disparada hacia el objeto, gases de escape o fluidos para enfriar o calentar. Este modo utiliza sistemas de refrigeración o calefacción indirecta o refrigeración sin contacto, en particular a través de intercambiadores de calor. El segundo modo se llama "agua de contacto", lo que significa que el agua se usa para enfriar o calentar un objeto al estar en contacto directo con él.
[0041] Según una realización preferida de la invención, el elemento, que es metálico, es un intercambiador de calor y la transferencia de calor se realiza con un fluido dentro del intercambiador de calor.
[0042] En particular, en la industria siderúrgica, la transferencia de calor usando un intercambiador de calor puede implementarse en el tratamiento de gases en hornos de coque, altos hornos, hornos de oxígeno básicos, hornos de arco eléctrico, fundición continua, operaciones de laminación en caliente, operaciones de laminación en frío, calderas, hornos de recocido y líneas de recubrimiento, decapado o sinterización. El enfriamiento en dichos procedimientos es necesario para mantener el rendimiento del equipo de procesamiento.
[0043] Según una realización preferida de la invención, el elemento, que es metálico, es un sustrato metálico y el fluido de transferencia de calor está directamente en contacto con él. En este caso, la transferencia de calor se puede realizar mediante enfriamiento por impacto de chorro, ebullición de piscina, enfriamiento por pulverización o enfriamiento por microcanal.
[0044] Por ejemplo, en la industria siderúrgica, la transferencia de calor mediante enfriamiento por agua de contacto puede implementarse:
- en las cámaras de pulverización de ruedas continuas y en el procedimiento de laminación en caliente, como el procedimiento de enfriamiento en la mesa de descarga,
- en los hornos de coque para el tratamiento del gas y el enfriamiento del coque,
- durante el enfriamiento de escorias en altos hornos, hornos de oxígeno básico y hornos de arco eléctrico.
[0045] El fluido de transferencia de calor se fabrica mediante las siguientes etapas:
A. el suministro de nanopartículas hidrofóbicas que tienen un tamaño lateral entre 26 y 50 pm y un agente dispersante, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 3 y 18 y donde las nanopartículas no comprenden nanotubos de carbono,
B. el suministro de un medio fluido,
C. el ajuste de la concentración de nanopartículas para lograr la percolación y
D. la mezcla de las nanopartículas con el medio fluido.
[0046] El fluido de transferencia de calor de la presente invención tiene un alto coeficiente de transferencia de calor y una buena dispersión.
[0047] La invención se explicará ahora en ensayos realizados únicamente con fines informativos. No son limitantes.
Ejemplos:
Ejemplo 1: Flujo laminar
[0048] Los ensayos 1 a 6 se prepararon mezclando multicapas de nanografito que tienen un tamaño lateral de 2 |jm, 7 |jm y 40 jim y un espesor de 10 nm con agua. En el ensayo 2, se añadió polivinilpirrolidona como agente dispersante, mientras que para los ensayos 4 y 6 se añadió carragenina IOTA como agente dispersante.
[0049] Para cada ensayo, la conductividad térmica de las muestras se ha medido empleando un medidor de conductividad térmica DTC-25. La mejora de la conductividad térmica se calculó con respecto a la conductividad del agua, siendo la conductividad del agua de 0,67 W/mK a temperatura ambiente, es decir, 20 °C. Los Ensayos 7 a 9 son, respectivamente, muestras que contienen 1 % en vol. de GnP, 1 % en vol. de GnP 1 % en peso de SDS (dodecilsulfato de sodio) y 1 % en vol. de GnP 1 % en peso de CTAB (bromuro de cetil trimetilamonio) según la solicitud de patente US2014/0312263.
[0050] Con respecto a la concentración de nanopartículas de los Ensayos 7 a 9, se seleccionaron el área superficial y el espesor de las nanopartículas para calcular la concentración en peso. Las muestras de GnP de calidad C-750 en la solicitud de patente estadounidense, el área superficial es de 750 m2/g y el espesor está entre 1 y 5 nm y el tamaño lateral está entre 0,1-1 jm. El área superficial es el área total (ambos lados de la nanoplaqueta) por gramo de la nanoplaqueta. Por lo tanto, para calcular la densidad de la nanoplaqueta, el área superficial se divide por 2, y a continuación se multiplica por el espesor. La inversa de este resultado es la densidad de una nanoplaqueta. Por lo tanto, los límites correspondientes de % en peso que correspondería a un 1 % en vol. son los siguientes: 2,67 - 0,53 % en peso.
[0051] En el flujo laminar, la mejora de la transferencia de calor es similar a la mejora de la conductividad
Figure imgf000006_0001
[0052] En primer lugar, se puede ver que el Ensayo 2 que tiene la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante de 7 tiene la mejora de transferencia de calor más alta. En particular, tiene una mejora de transferencia de calor mayor que el Ensayo 1 sin un agente dispersante.
[0053] En segundo lugar, se puede ver que cuando la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante está fuera del intervalo de la invención, es decir, no está entre 3 y 18 (Ensayos 4, 6, 8 y 9), la mejora de transferencia de calor disminuye en comparación con los Ensayos 3, 5, 7 y 10 sin un agente dispersante. Ejemplo 3
[0054] El rendimiento de enfriamiento de los Ensayos 2, 4, 5 y el Ensayo 10, que consisten en agua, se calculó gracias a un software de modelado. En esta prueba, una losa de acero que tiene una densidad de 7854 kg/m3 se enfrió en flujo laminar durante 13 segundos. La longitud era de 5 metros, la anchura de 1 metro y el espesor de la losa era de 10 mm. La temperatura inicial de la losa fue de 968 °C.
[0055] La siguiente tabla muestra la velocidad de enfriamiento mediante el uso de cada Ensayo:
Figure imgf000007_0001
[0056] El Ensayo 2 tiene una velocidad de enfriamiento más alta que los Ensayos 4, 5 y 10.

Claims (25)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor que comprende un medio fluido, nanopartículas hidrofóbicas que tienen un tamaño lateral entre 26 y 50 |jm y un agente dispersante, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 3 y 18 y donde las nanopartículas no comprenden nanotubos de carbono.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 4 y 15.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 4 y 8.
4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 4 y 6.
5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el agente dispersante está compuesto por una parte hidrofóbica y una parte hidrofílica.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el agente dispersante es un polímero activo no superficial o un tensioactivo o una mezcla de estos.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde el tensioactivo es catiónico, aniónico, anfotérico o no iónico.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, donde el agente dispersante se elige de polivinilpirrolidona, polisacáridos, polisacáridos sulfatados, sulfonatos de alquilbenceno lineales, sulfonatos de lignina, sulfosuccinatos de di-alquilo, compuestos de amonio cuaternario y estearato de sodio y una mezcla de estos.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde las nanopartículas son nanoplaquetas de múltiples capas.
10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde las nanopartículas se eligen de nanoplaquetas de grafito, grafeno, grafeno de pocas capas, TiO2 , ZnO2 , ZnO, nitruro de Boro, cobre, sílice, montmorillonita, zeolita, clinopptilolita, wollastonita, mica, zeolita 4A, AhO3 , silicato, piedra pómez y óxido de calcio.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el espesor de las nanopartículas está entre 1 y 99,99 nm.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, donde el espesor de las nanopartículas es de entre 5 a 50 nm.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, donde el espesor de las nanopartículas es de entre 5 a 15 nm.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, donde el tamaño lateral de las nanopartículas está entre 35 y 45 jm
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, donde la concentración de nanopartículas está entre 0,01-12 % en peso.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, donde la concentración de nanopartículas está entre 2 y 8 % en peso.
17. Procedimiento según la reivindicación 16, donde la concentración de nanopartículas está entre 4 y 7 % en peso.
18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde el medio fluido se elige entre agua, etilenglicol, etanol, aceite, metanol, silicona, propilenglicol, compuestos aromáticos alquilados, Ga líquido, In líquido, Sn líquido, formiato de potasio y una mezcla de estos.
19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, donde el fluido de transferencia de calor está en flujo de régimen laminar o turbulento.
20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, donde el elemento, que es metálico, está hecho de aluminio, acero, acero inoxidable, cobre, hierro, aleaciones de cobre, titanio, cobalto, compuesto metálico o níquel.
21. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el elemento metálico es un intercambiador de calor y la transferencia de calor se realiza con el fluido dentro del intercambiador de calor.
22. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde el elemento metálico es un sustrato metálico y la transferencia de calor es tal que el fluido de transferencia de calor está directamente en contacto con el sustrato metálico.
23. Procedimiento según la reivindicación 22, donde el contacto entre el sustrato metálico y el fluido de transferencia de calor se realiza mediante enfriamiento por impacto de chorro, ebullición de piscina, enfriamiento por pulverización o enfriamiento por microcanal.
24. Procedimiento para la fabricación de un fluido de transferencia de calor que comprende:
A. el suministro de nanopartículas hidrofóbicas que tienen un tamaño lateral entre 26 y 50 pm y un agente dispersante, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 3 y 18 y donde las nanopartículas no comprenden nanotubos de carbono,
B. el suministro de un medio fluido,
C. el ajuste de la concentración de nanopartículas para lograr la percolación y
D. la mezcla de las nanopartículas con el medio fluido.
25. Fluido de transferencia de calor que comprende un medio fluido, nanopartículas hidrofóbicas que tienen un tamaño lateral entre 26 y 50 pm y un agente dispersante, donde la relación concentración de nanopartículas/concentración de agente dispersante en peso está entre 3 y 18 y donde las nanopartículas no comprenden nanotubos de carbono que se utilizarán en el procedimiento de transferencia de calor según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23.
ES16820321T 2015-12-22 2016-12-20 Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor Active ES2873425T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2015/002400 WO2017109527A1 (en) 2015-12-22 2015-12-22 A method of heat transfer between a metallic or non-metallic item and a heat transfer fluid
PCT/IB2016/001780 WO2017109559A1 (en) 2015-12-22 2016-12-20 A method of heat transfer between a metallic or non-metallic item and a heat transfer fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2873425T3 true ES2873425T3 (es) 2021-11-03

Family

ID=55178186

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES16820321T Active ES2873425T3 (es) 2015-12-22 2016-12-20 Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor

Country Status (14)

Country Link
US (1) US10815410B2 (es)
EP (1) EP3394200B1 (es)
JP (2) JP6956721B2 (es)
KR (1) KR102166818B1 (es)
CN (1) CN108473854B (es)
AU (1) AU2016379002B2 (es)
BR (1) BR112018012505A2 (es)
CA (1) CA3008115C (es)
ES (1) ES2873425T3 (es)
MX (1) MX2018007742A (es)
RU (1) RU2700053C1 (es)
UA (1) UA123059C2 (es)
WO (2) WO2017109527A1 (es)
ZA (1) ZA201803759B (es)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017109527A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of heat transfer between a metallic or non-metallic item and a heat transfer fluid
WO2017109526A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of heat transfer of a non-metallic or metallic item
WO2017109528A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of heat transfer between a metallic or non-metallic item and a heat transfer fluid
WO2017109525A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of a heat transfer of a non-metallic or metallic item
KR102063035B1 (ko) * 2018-08-31 2020-01-07 한국항공대학교산학협력단 가변열전도도 히트파이프 구조체, 그 제조 방법 및 그에 적용되는 작동유체
CN109482168B (zh) * 2018-11-19 2020-05-22 华南理工大学 一种木质素碳/纳米二氧化钛复合光催化剂及其制备方法和应用
CN111303839B (zh) * 2020-01-24 2021-06-29 纯钧新材料(深圳)有限公司 无机相变材料及其制备方法
CN112908956A (zh) * 2021-01-29 2021-06-04 南京信息工程大学 一种金属氧化物/石墨烯复合流体及其制备方法与应用
CN115449352A (zh) * 2022-09-20 2022-12-09 江阴市利伟轧辊印染机械有限公司 一种导热介质及一种热轧辊

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1373430A4 (en) 2001-01-30 2007-04-25 Mat & Electrochem Res Corp CARBON MATERIALS, OF A NANOMETRIC SIZE, FOR IMPROVING THERMAL TRANSFER IN FLUIDS
AU2002360005A1 (en) * 2002-10-10 2004-05-04 Iseya Manufacturing Co. Method for heat conduction and system for heat exchange between solid and fluid
US20070158610A1 (en) * 2006-01-12 2007-07-12 Haiping Hong Carbon naoparticle-containing hydrophilic nanofluid
JP2007238862A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Denso Corp 熱輸送媒体
TWI332527B (en) * 2007-09-07 2010-11-01 Ind Tech Res Inst Polymeric quenchant, manufacture thereof, and method for quenching steel
US9187684B2 (en) * 2009-03-20 2015-11-17 University Of South Carolina Nanofluids for thermal management systems
DE102009029758A1 (de) 2009-06-18 2010-12-23 Sgl Carbon Se Temperiermedium
KR101187759B1 (ko) * 2009-11-27 2012-10-05 한국전력공사 자성 나노유체, 그 제조방법 및 사용방법
FR2953527B1 (fr) 2009-12-03 2012-01-13 Commissariat Energie Atomique Dispersion colloidale d'oxyde d'alumine
CN102753664B (zh) * 2009-12-15 2014-08-06 麻省理工学院 包括石墨微流体的电导和/或热导悬浮液
US20110220841A1 (en) 2010-03-09 2011-09-15 Massachusetts Institute Of Technology Thermal and/or electrical conductivity control in suspensions
US20130341028A1 (en) * 2010-06-28 2013-12-26 Baker Hughes Incorporated Controllably tuning properties of a fluid using modified nanoparticles
JP2013028792A (ja) 2011-06-22 2013-02-07 Denso Corp 熱輸送流体及び熱輸送装置
US8834739B1 (en) * 2011-10-19 2014-09-16 The Boeing Company Boron nitride nano-platelete based materials
US20140312263A1 (en) 2013-04-22 2014-10-23 Uchicago Argonne, Llc Advanced thermal properties of a suspension with graphene nano-platelets (gnps) and custom functionalized f-gnps
WO2017109527A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of heat transfer between a metallic or non-metallic item and a heat transfer fluid
WO2017109525A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of a heat transfer of a non-metallic or metallic item
WO2017109528A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of heat transfer between a metallic or non-metallic item and a heat transfer fluid
WO2017109526A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 Arcelormittal A method of heat transfer of a non-metallic or metallic item

Also Published As

Publication number Publication date
AU2016379002A1 (en) 2018-07-05
WO2017109559A1 (en) 2017-06-29
JP2019506474A (ja) 2019-03-07
US10815410B2 (en) 2020-10-27
WO2017109527A1 (en) 2017-06-29
KR20180084986A (ko) 2018-07-25
US20190002750A1 (en) 2019-01-03
EP3394200B1 (en) 2021-03-10
CA3008115C (en) 2021-02-16
MX2018007742A (es) 2018-08-15
RU2700053C1 (ru) 2019-09-12
KR102166818B1 (ko) 2020-10-19
EP3394200A1 (en) 2018-10-31
AU2016379002B2 (en) 2020-01-30
JP2020183531A (ja) 2020-11-12
CN108473854B (zh) 2021-10-08
UA123059C2 (uk) 2021-02-10
CN108473854A (zh) 2018-08-31
JP6956721B2 (ja) 2021-11-02
CA3008115A1 (en) 2017-06-29
ZA201803759B (en) 2019-02-27
BR112018012505A2 (pt) 2018-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2873425T3 (es) Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor
ES2862168T3 (es) Un procedimiento de transferencia de calor entre un elemento metálico o no metálico y un fluido de transferencia de calor
ES2898935T3 (es) Un procedimiento de transferencia de calor de un elemento no metálico o metálico
ES2897878T3 (es) Un procedimiento de transferencia de calor de un elemento no metálico o metálico