Efeitos de nanopartículas da mistura CuO/CeO2 no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor

Oct 16, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8889 (2022) Cite este artigo

851 Acessos

2 Citações

Detalhes das métricas

Este estudo foi construído com base em resultados experimentais de um sistema de refrigeração simples usando R134a como refrigerante. Com base nas dimensões reais do sistema e nos resultados experimentais, o software Ansys fluent foi usado para simular o sistema para preparar o sistema para introduzir teoricamente as nanopartículas. Como o processo de preparação de nanopartículas é caro, esta pesquisa apresenta um método simples, fácil e barato para o processo de preparação à base de água destilada, amônia, nitrato de cobre e nitrato de cério para sintetizar sete tipos de nanopartículas como um único óxido e como um mistura de dois óxidos diferentes Os resultados da preparação usando difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura confirmaram que as partículas eram de forma esférica, com diâmetros médios adequados variando entre 78,95 nm, 79,9 nm, 44,15 nm e 63,3 nm para óxido de cobre, óxido de cério , a primeira mistura e a segunda mistura, respectivamente. O estudo teórico confirmou que tanto o óxido de cobre quanto o óxido de cério e a mistura composta por ambos melhoraram o desempenho do sistema de refrigeração e reduziram o consumo de energia. Além disso, utilizando as equações numéricas disponíveis na literatura para calcular as propriedades termofísicas, comprovou-se uma melhora dessas propriedades com o aumento da concentração de nanopartículas quando misturadas ao R134a.

A maioria dos estudos atuais foca na melhoria do desempenho dos sistemas de refrigeração e ar condicionado, pois estão entre os setores que mais consomem energia. Para melhorar as propriedades térmicas do fluido de trabalho, partículas muito pequenas, variando em tamanho de milímetros a micrômetros, são dispersas dentro do fluido base, que foi feito por Maxwell em 1873, mas essa tentativa enfrentou muitos problemas, incluindo estabilidade, entupimento e erosão. No final do século XX. Choi apresentou o fluido de trabalho em um novo conceito, onde as nanopartículas são dispersas dentro do fluido primário para melhorar suas propriedades térmicas1,2. O nanofluido é classificado da seguinte forma (i) mono-nanofluidos que consistem em nanopartículas semelhantes, (ii) nanofluidos híbridos que consistem em nanopartículas diferentes; e (iii) nanofluidos híbridos que consistem em nanopartículas compostas1. Para obter as melhores propriedades de transferência de calor entre os fluidos e as nanopartículas, deve-se fornecer (i) dispersibilidade das nanopartículas (ii) estabilidade das nanopartículas (iii) compatibilidade química das nanopartículas e (iv) estabilidade térmica dos nanofluidos3. Recentemente, o conceito de nanofluidos foi desenvolvido para incluir refrigerantes como nanorefrigerantes e óleos lubrificantes como nanolubrificantes, onde o método de preparação é limitado a usar um método de uma etapa e um método de duas etapas. Nas duas etapas, as nanopartículas são fabricadas como um pó e, em seguida, colocadas no fluido base, seguidas por vários tipos de métodos de dispersão, como agitação por força ultrassônica ou magnética, homogeneização e mistura de alto cisalhamento para dispersar as nanopartículas dentro de uma mistura . Um método de uma etapa é baseado na condensação de pós de nanofase de vapor em líquido, reduzindo a pressão e, em seguida, dissolvendo-os no líquido imediatamente4,5.

Nesta seção, serão apresentados os últimos estudos e resultados que incluem a adição de nanopartículas a sistemas de refrigeração, bem como o efeito das nanopartículas na melhoria das propriedades termofísicas do fluido de trabalho.

Vijayakumar et al.6 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de refrigeradores à base de dióxido de alumínio misturado com óleo poliolester, e 60 g de R602a foram carregados como refrigerante. Os resultados indicaram que as melhorias tanto na capacidade de resfriamento quanto no COP foram de 6,09% e 20,09%, respectivamente, enquanto a redução da energia consumida foi de 15,78%. Choi et al.7 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de refrigeradores com base em 0,1% em peso MWCNTs foi disperso no óleo poliolester, e R134a foi usado como refrigerante. Os resultados indicaram que o consumo de energia foi reduzido em 17%. Senthilkumar et al.8 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de refrigeradores à base de nanopartículas híbridas de Al2O3 e SiO2 e 60 g de R600a foi usado como refrigerante. Os resultados mostraram que as melhorias no COP e na capacidade de resfriamento foram de 30 e 25%, respectivamente, enquanto a potência consumida foi reduzida em 80 W. Senthilkumar et al.9 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em CuO e SiO2, e 40 e 60 g R600a foram usados ​​como refrigerantes. Os resultados mostraram que tanto o COP quanto a capacidade de resfriamento melhoraram em 35% e 18%, respectivamente, enquanto a redução na potência consumida foi de 75 W. Senthilkumar et al.10 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho do sistema de refrigeração baseado em 0, 0,2, 0,4 e 0,6 g/L de SiO2 adicionado ao óleo poliolester e R410A foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que 0,4 g/L de SiO2 alcançou a melhor capacidade de resfriamento, reduziu a potência consumida em 80 W e melhorou o COP em 1,7. Senthilkumar et al.11 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho do sistema de refrigeração com base em nanopartículas híbridas de ZnO/SiO2 0,4 g/L e 0,6 g/L, sendo utilizado o R600a como refrigerante. Os resultados mostraram que 0,6 g/L ZnO/SiO2 alcançou uma alta capacidade de resfriamento de 180 W e aumentou o COP em 1,7, enquanto a menor potência consumida foi de 78 W. Senthilkumar et al.12 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de o sistema de refrigeração baseado em 0,2, 0,4 e 0,6 g/L de nanopartículas híbridas de CuO/Al2O3 e 70 g de R600a foi carregado como refrigerante. Os resultados indicaram que a adição de CuO/Al2O3 melhorou o COP e a capacidade de resfriamento em 27% e 20%, respectivamente, enquanto a redução na energia consumida foi de 24%. Javadi et al.13 estudaram o efeito dos nanolubrificantes no desempenho de refrigeradores à base de Al2O3 0,1% em peso. Os resultados mostraram que 0,1% em peso de Al2O3 reduziu a energia consumida em 2,69%. Gill et al.14 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um refrigerador doméstico à base de 0,2, 0,4 e 0,6 g/L de TiO2 misturado com óleo (Capella D) como alternativa ao R134a e gás liquefeito de petróleo foi carregado como refrigerante . Os resultados mostraram que a capacidade de resfriamento e o COP foram superiores ao R134a em 18,74–32,72 e 10,15–61,49%, respectivamente. Além disso, a energia consumida foi inferior ao R134a em aproximadamente 3,20–18,1. Karthick et al.15 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração com base nas seguintes amostras: amostra 1 (óleo mineral + 0,02 vol% Al2O3 + 0,01 vol% TiO2), amostra 2 (óleo mineral + 0,01 vol% Al2O3 + 0,005 vol% TiO2), amostra 3 (óleo mineral + 0,05 vol% Al2O3) e amostra 4 (óleo mineral + 0,02 vol% Al2O3 + 0,02 vol% ZnO). O R600a foi usado como refrigerante. Os resultados mostraram que o COP foi aumentado em 14,61%. Todos os nanolubrificantes têm a capacidade de melhorar o COP e economizar no consumo de energia. Adelekan et al.16 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um refrigerador doméstico à base de 0,2 g/L, 0,4 g/L e 0,6 g/L de TiO2, e o gás liquefeito de petróleo foi usado como refrigerante. Os resultados indicaram que os nanolubrificantes alcançaram uma redução no consumo de energia de 14%, 9% e 8%, respectivamente. Subhedar et al.17 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho do sistema de refrigeração com base em 0,05 vol%, 0,075 vol%, 0,1 vol% e 0,2 vol% de Al2O3 adicionado ao óleo mineral, e R134a foi usado como refrigerante. Os resultados mostraram que 0,075 vol% alcançou a melhor melhoria no COP de aproximadamente 85% e economizou aproximadamente 27% de energia do compressor. Além disso, 0,075 vol% foi relatada como a melhor concentração do sistema de refrigeração. Babarinde et al.18 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um refrigerador à base de 0,4 e 0,6 g/L de TiO2 adicionado a óleo mineral e R600a foi carregado como refrigerante como alternativa ao R134a. Os resultados mostraram que 0,4 g/L de TiO2 atingiu o valor máximo do COP e o valor mínimo do consumo de energia. Selimefendigil e Bingölbalı19 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em 0,5 vol%, 0,8 vol% e 1 vol% de TiO2 adicionado ao polietileno glicol, e R134a foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que 0,5 vol%, 0,8 vol% e 1 vol% alcançaram melhorias no COP de aproximadamente 1,43%, 15,72% e 21,42%, respectivamente; 1 vol% economizou 15% no consumo de energia. Sundararaj e Manivannan20 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em 0,1 vol% Au, 0,2 vol% Au, 0,1 vol% HAuCl4, 0,2 vol% HAuCl4, 0,1 vol% Au e 0,05 vol% CNT, 0,2 vol% Au e 0,02 vol% de CNT misturado com óleo de polietileno glicol, e R134a foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que 0,2 vol% Au e 0,02 vol% CNT alcançaram o menor consumo de energia em comparação com outras composições, a maior capacidade de resfriamento e o melhor valor de COP. Peyyala et al.21 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em 0,1 vol% a 0,2 vol% Al2O3 misturado com óleo mineral, e R410a foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que os valores de COP aumentam com o aumento das concentrações de nanopartículas. Babarinde et al.22 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em 0,2, 0,4 e 0,6 g/L de grafeno misturado com óleo mineral, e o R600a foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que os nanolubrificantes apresentaram o menor consumo de energia e o maior COP. Adelekan et al.23 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um refrigerador doméstico à base de 0,1 g/L, 0,3 g/L e 0,5 g/L de TiO2, misturado com óleo mineral, e R600a foi carregado como refrigerante Os resultados indicaram que os nanolubrificantes exibiram os valores máximos de COP e capacidade de resfriamento que foram 4,99 e 290,83 kJ/kg, respectivamente. Ajayi et al.24 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em 0,5 g/l Al2O3 adicionado ao óleo (Capella D) e 100 g R134a foi carregado como refrigerante. Os resultados indicaram que o nanolubrificante obteve melhorias tanto na capacidade de resfriamento quanto no COP e economizou no consumo de energia. Senthilkumar e Anderson25 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor, baseado em 0,2 g/L, 0,4 g/L e 0,6 g/L de SiO2, misturado com óleo poliolester, e R410A foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que 0,4 g/L de SiO2 melhorou tanto a capacidade de resfriamento quanto o COP e economizou no consumo de energia. Senthilkumar et al.26 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor baseado em 0,4 g/L e 0,6 g/L Al2O3/SiO2, sendo utilizados 40 e 60 g de R600a como refrigerantes. Os resultados mostraram que 0,6 g/L e 60 g de R600a alcançaram capacidade máxima de resfriamento, COP máximo e trabalho mínimo do compressor.