etapa 1 / 2009

Obiectivele etapei I:

2009 ale partenerilor romani in proiectul ERA-NET, conform cu planul de activitate al contractului de finantare:

· optimizarea procesului de preparare de nanofluide magnetice (pe baza de ulei de transformator si Fe₃O₄);

· caracterizarea mecanismelor de transfer de caldura in acestea, in prezenta campului magnetic.

Rezultate obtinute:

Activitatea I.1. Elaborarea procedurii de preparare si prepararea la nivel de laborator de nanofluide magnetice in vederea utilizarii ca medii de racire si izolare in transformatoare electrice (ARFT).

Cercetarea de laborator a urmarit obtinerea diferitelor fluide magnetice, constand in particule magnetice acoperite cu surfactant, si dispersate ulterior intr-o hidrocarbura slab volatila – ulei de transformator. S-a preparat o serie de 6 fluide magnetice, avand diferite valori ale fractiei volumice, respectiv ale magnetizatiei de saturatie. Procedeul de sinteza se bazeaza pe metoda elaborata de Dr.Doina Bica*, cu unele modificari / simplificari impuse de aplicatia urmarita.

Activitatea I.2. Caracterizarea structurala a nanofluidelor magnetice preparate (ARFT)

Au fost analizate doua seturi de probe:

· un set de 6 probe denumite generic UTR – nanofluide magnetice pe baza de ulei de transformator UTR-40 si nanoparticule de Fe₃O_{4 ,} preparate de partenerul roman ARFT;

· un set de 2 probe denumite generic ITO – nanofluide magnetice pe baza de ulei de transformator ITO-100 si ITO-200 si nanoparticule de Fe₃O₄, preparate de partenerul slovac -Institutul de Fizica Experimentala, Academia de Stiinte a Slovaciei (IEP - SAS)

Investigatiile de granulometrie prin metoda DLS (Imprăştierea dinamică a luminii - „Dynamic Light Scattering” - DLS) au fost efectuate pe un instrument Malvern Zetasizer Nano ZS, prin imprastierea inapoi (173°) a unui fascicul laser HeNe (632.8 nm). Vascozitatile dispersantilor au fost determinate cu reometrul Physica - MCR 300, indicii de refractie a dispersantilor au fost determinate cu un refractometru Abbe la temperatura camerei iar densitatile probelor au fost determinate cu un densimetru digital Anton Paar DMA 35N. Dependenta de temperatura a diametrului mediu hidrodinamic Z-Ave a fost masurata prin incalzirea probei in pasi de 10°C, de la 10°C la 90°C.

Analiza DLS, respectiv valorile diametrului hidrodinamic mediu al particulelor magnetice stabilizate, arata ca probele realizate prezinta stabilitate coloidala ridicata; aglomeratele, daca exista, inglobeaza un numar redus de particule, < 10. Exceptie face proba UTR P6, care denota stabilitate coloidala mai redusa in comparatie cu probele UTR P1-P5.

Activitatea I.3. Caracterizarea magnetica si reologica a nanofluidelor magnetice preparate (UPT)

Curbele de magnetizare ale probelor au fost masurate prin metoda VSM (Vibrating Sample Magnetometry) cu un magnetometru VSM 880 (DMS/ADE Techn., USA) la temperatura camerei (~25 ºC). Pe baza masuratorilor magnetice s-a efectuat o analiză magneto-granulometrică ce presupune determinarea parametrilor distribuţiei dimensionale, a diametrului mediu şi abaterii standard. Curbele de magnetizare complete si analiza magnetogranulometrica realizata pe baza acestora arata ca dimensiunea medie magnetica a nanoparticulelor este sub 10 nm la toate probele.

Vascozitatea probelor a fost masurata cu vascozimetrul Physica MCR300 la temperaturile de 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 si 90ºC. Din curbele de curgere s-a studiat dependenta de temperatura a vascozitatii cu ajutorul formulei Arrhenius. Curbele de curgere sunt newtoniene, iar curbele de tip Arrhenius evidentiaza o energie de activare a curgerii practic de aceeasi valoare la toate probele.

Datele de magnetizare si de curgere indica o stabilitate coloidala ridicata a probelor de nanofluid magnetic, respectiv indica existenta unei fractiuni reduse de aglomerate de particule.

Activitatea I.4. Elaborare tehnologie statie pilot de producere a nanofluidelor magnetice in vederea utilizarii ca mediu de racire si izolare in modelul experimental de transformator electric (ROSEAL)

Partenerul P2 – ROSEAL S.A. a preparat pe baza procedurii de laborator elaborate de Partenerul P1—ARFT, o proba de nanofluid magnetic (P6) intr-o cantitate de 1,5 l ce urmeaza a fi utilizat la primul set de experimente comune cu partenerul slovac.

Activitatea I.5. Caracterizarea mecanismelor de transfer de caldura in nanofluide magnetice, in prezenta campului magnetic si proiectarea unui stand experimental pentru determinarea performantelor termice ale nanofluidelor magnetice (UPT)

S-a prezentat o analiza critica privind evaluarea proprietatilor termice si caracterizarea transferului de caldura convectiv in absenta si  in prezenta unui camp magnetic variabil, care a relevat importanta determinarii valorilor efective ale proprietatilor fizice si variatia acestora cu temperatura si campul magnetic aplicat, in special conductivitatea termica efectiva si capacitatea termica masica ale nanofluidului magnetic.

Pe baza datelor furnizate de partenerul slovac cu privire la parametrii functionali ai modelului de transformator electric ce urmeaza a fi construit si testat, a fost proiectat si au fost alese elementele componente ale schemei, inclusiv echipamentele de monitorizare.