Estabilidade e propriedades reológicas de querosene de aviação incorporadas com nanopartículas de carbono

Abstract

Um fator muito importante para a aplicação de nano-combustíveis está na sua estabilidade. A estabilidade está associada tanto à segregação das nanopartículas adicionadas quanto pela formação de novas partículas como resultado de eventual aceleração na degradação termo oxidativa do combustível. A presença dessas partículas e surfactante com objetivo de estabilizá-las pode resultar em mudanças nas propriedades do combustível. Neste sentido, uma investigação experimental foi conduzida para estabelecer os efeitos de nanopartículas como aditivos sobre a estabilidade de suspensões em querosene de aviação. Os nano-combustíveis foram preparados em níveis distintos de concentração de nanopartículas (0-100 ppm) e surfactante (0-2 vol.%). Também foram avaliados o efeito do surfactante nas características do combustível, como uma possível alternativa para evitar a sedimentação de partículas. A estabilidade e a distribuição de tamanho de partículas foram determinadas por análise de separação centrífuga, a viscosidade por reômetro rotacional e a tensão superficial por goniômetro, aplicando o método da gota pendente e os efeitos avaliados por análise de variância. Os resultados obtidos revelaram uma tendência a maior estabilidade em amostras com maior concentração de surfactante e nanopartículas. O comportamento reológico do combustível foi significativamente alterado com a adição de nanopartículas e surfactante, passando de comportamento Newtoniano para dilatante, sendo o surfactante de maior efeito no resultado. A tensão superficial não sofreu incremento significativo, apesar de observado um maior efeito da presença de nanopartículas do que o surfactante. Uma análise estatística demonstrou significância na interação entre os fatores surfactante e concentração de nanopartículas para as 3 variáveis de resposta (índice de instabilidade, viscosidade e tensão superficial), revelando a interação física de adsorção. A análise de FT-IR indicou que a dispersão por ultrassom não provocou degradação do combustível.

Abstract: An important factor for the application of Nano Fuels is its stability. Stability is associated both with the segregation of added nanoparticles and the formation of new particles because of an eventual acceleration in the thermo-oxidative degradation of the fuel. The presence of particles and surfactant to stabilize them can result in changes in fuel properties. In this sense, an experimental investigation was conducted to establish the effects of nanoparticles as additives on the stability of suspensions in aviation kerosene. The nanofuels were prepared at different concentration levels of nanoparticles (0-100 ppm) and surfactant (0-2 vol.%). The effect of the surfactant on fuel characteristics was also obtained, as a possible alternative to avoid particle sedimentation. Stability and particle size distribution were determined by centrifugal separation analysis, viscosity by rotational rheometer and surface tension by goniometer, applying the pendant drop method and the effects obtained by analysis of variance. The results obtained revealed a trend towards greater stability at the highest concentration of surfactant and nanoparticles. The rheological behavior of the fuel was changed with the addition of nanoparticles and surfactant, changing from Newtonian to dilating behavior, being the surfactant with the greatest effect on the result. Surface tension did not increase significantly, although a greater effect was observed from the presence of surfactant nanoparticles. A statistical analysis, significance in the interaction between surfactant factors and nanoparticle concentration for the 3 response variables (instability index, viscosity, and surface tension), revealing the physical interaction of adsorption. An FT-IR analysis indicates that ultrasonic dispersion did not cause fuel degradation.