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Title: Síntese de nanopartículas por sputtering em biolubrificantes para aplicações em turbinas eólicas
Other Titles: Synthesis of inorganic nanoparticle by PVD sputtering onto biolubrificants for wind turbine applications
Authors: Trajano, Marinalva Ferreira
Keywords: Síntese;Nanopartículas inorgânicas;Deposição por sputtering;Engrenagens de turbinas eólicas;Tribologia
Issue Date: 29-Sep-2017
Citation: TRAJANO, Marinalva Ferreira. Síntese de nanopartículas por sputtering em biolubrificantes para aplicações em turbinas eólicas. 2017. 139f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Abstract: Gears and other mechanical assemblies are very important for the conversion of wind energy into electrical energy in wind turbines, but their durability and efficiency are severely hampered by some tribological issues such as corrosion, wear, deformation and fragmentation. The lubricants used to reduce this wear and deformation is from non-renewable sources and may not be environmentally viable. Thus, new technologies appear that aim at the development of renewable products replacing mineral oil and extreme pressure additive. In this regard, vegetable oils and new inorganic additives are being researched as a suitable alternative to replace the lubricants currently used in wind turbine gears. The objective of this work is to synthesize inorganic nanoparticles in vegetable oils by sputtering to obtain stable colloidal nanoparticles (NPs), developing lubricants more adapted to the environment with more efficient additives, with a better level of tribological performance. The applied methodology is divided in 5 steps: 1- preparation of the biolubrificante (epoxidized sunflower oil); 2- physico-chemical characterization of the lubricants; 3- deposition of the nanoparticles by sputtering; 4 - characterization of the dispersion and 5 tribological evaluations. In the depositions three discharge current levels (30 mA- 0.8 Å / s, 40 mA- 1.3 Å / s and 50 mA- 1.51 Å / s) and three deposition rates were used to obtain three different concentrations by weight of nanoparticles (0,05%, 0,1 % and 0,3%) and with Cu target to obtain copper nanoparticles. The nanoparticle formed was characterized as a function of the particle size by the SAXS technique and a sample by SEM. The dispersion of the nanoparticles was analyzed by Uv-Visible, Polydispersivity, Zeta Potential and SAXS. To evaluate the tribological performance was used the HFRR trbometer. The results showed that the biolubrificants with additives had good performace, improved wear and reduced friction on metal surfaces. In addition, this method of preparing the nanobiolubrifier eliminated the dispersion problem ascertained by other dispersion techniques.
Portuguese Abstract: Engrenagens e outros conjuntos mecânicos são muito importantes para a conversão da energia eólica em energia elétrica em turbinas eólicas, mas a sua durabilidade e eficiência são severamente prejudicadas por algumas questões tribológicas como corrosão, desgaste, deformação e fragmentação. Os lubrificantes utilizados para reduzir esse desgaste e deformação são de fontes não renováveis podendo não ser viáveis ambientalmente. Assim, surgem novas tecnologias que visam o desenvolvimento de produtos de fontes renováveis substituindo o óleo mineral e aditivo de extrema pressão. A este respeito, óleos vegetais e novos aditivos inorgânicos estão sendo pesquisados como uma alternativa adequada para substituir os lubrificantes utilizados atualmente em engrenagens de turbinas eólicas. O objetivo desse trabalho foi sintetizar nanopartículas estáveis inorgânicas em óleos vegetais por sputtering, desenvolvendo lubrificantes mais adaptados ao meio ambiente com aditivos mais eficientes. A metodologia aplicada está divida em 5 etapas: 1- preparação do biolubrificante (óleo de girassol epoxidado); 2- caracterização físico-quimica dos lubrificantes; 3- deposição das nanopartículas por sputtering; 4- caracterização da dispersão e 5 avaliação tribológica. Nas deposições foram utilizados três níveis de corrente de descarga e taxa de deposição (30 mA- 0,8 Å/s, 40 mA- 1,3 Å/s e 50 mA- 1,51 Å/s), três diferentes concentrações, em peso, de nanopartículas (0,05%, 0,1% e 0,3%) e com alvo Cu para se obter nanopartículas de cobre. As nanopartículas formadas foram caracterizadas em função do tamanho de partícula pela técnica de SAXS e por MEV. A dispersão das nanopartículas foi analisada por Uv-Visível, Polidispersividade, Potencial Zeta e SAXS. Para avaliar o desempenho tribológico foi utilizado o tribômetro HFRR. Os resultados mostraram que os biolubrificantes com melhoram o desempenho tribológico melhorando o desgaste e reduzindo atrito em superfícies metálicas. Além disso, este método de preparo do nanobiolubrificante eliminou o problema de dispersão verificado por outras técnicas de dispersão.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/24938
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