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Jun 01, 2023

Os efeitos das nanopartículas da mistura CuO/CeO2 no desempenho de um sistema de refrigeração por compressão de vapor

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8889 (2022) Citar este artigo 919 Acessos 3 Citações Detalhes das métricas Este estudo foi construído com base em resultados experimentais de um simples

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 8889 (2022) Citar este artigo

919 acessos

3 citações

Detalhes das métricas

Este estudo foi construído com base em resultados experimentais de um sistema de refrigeração simples utilizando R134a como refrigerante. Com base nas dimensões reais do sistema e nos resultados experimentais, o software fluente Ansys foi utilizado para simular o sistema para prepará-lo 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 baseado em 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 por difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura confirmaram que as partículas tinham formato esférico, 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, 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 melhoria nessas propriedades com um aumento na concentração de nanopartículas quando misturadas com R134a.

A maioria dos estudos atuais concentra-se na melhoria do desempenho dos sistemas de refrigeração e condicionadores de ar, visto que 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 esta 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 alcançar as melhores propriedades de transferência de calor entre os fluidos e as nanopartículas, deve-se fornecer o seguinte (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 nanorrefrigerantes e óleos lubrificantes como nanolubrificantes, onde o método de preparação é limitado ao uso de um método de uma etapa e um método de duas etapas. Nas duas etapas, as nanopartículas são fabricadas na forma de pó e depois colocadas no fluido de base, seguido 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 baseia-se na condensação de pós nanofásicos de vapor em líquido, reduzindo a pressão e dissolvendo-os imediatamente no líquido .

Nesta seção serão apresentados os estudos mais recentes 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 refrigeração quanto no COP foram de 6,09% e 20,09% respectivamente, enquanto a redução na energia consumida foi de 15,78%. Choi et al.7 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho de refrigeradores à base de 0,1% em peso de MWCNTs que foram dispersos 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 utilizaram 60 g de R600a 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 em CuO e SiO2, e 40 e 60 g de R600a foram utilizados como refrigerantes. Os resultados mostraram que tanto o COP quanto a capacidade de refrigeração 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 de sistemas de refrigeração baseados em 0, 0,2, 0,4 e 0,6 g/L de SiO2 foram adicionados 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 aumentou o COP em 1,7. Senthilkumar et al.11 estudaram o efeito de nanolubrificantes no desempenho do sistema de refrigeração baseado em nanopartículas híbridas de ZnO/SiO2 de 0,4 g/L e 0,6 g/L, e o R600a foi utilizado 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 dos nanolubrificantes no desempenho de o sistema de refrigeração foi baseado em 0,2, 0,4 e 0,6 g/L de nanopartículas híbridas CuO/Al2O3, e 70 g de R600a foram carregados como refrigerante. Os resultados indicaram que a adição de CuO/Al2O3 melhorou o COP e a capacidade de refrigeração 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 0,1% em peso de Al2O3. 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 baseado em 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). 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 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 utilizado como refrigerante. Os resultados indicaram que os nanolubrificantes alcançaram uma redução no consumo de energia em 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 adicionados 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 potência do compressor. Além disso, 0,075 vol% foi relatado 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 o R600a foi carregado como refrigerante em alternativa ao R134a. Os resultados mostraram que 0,4 g/L de TiO2 alcançou o valor máximo de COP e o valor mínimo de 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% em volume, 0,8% em volume e 1% em volume de TiO2 adicionado ao polietilenoglicol, 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 o consumo de energia em 15%. 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 misturados com óleo de polietilenoglicol, 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% de Al2O3 misturado com óleo mineral, e o 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 R600a foi carregado como refrigerante. Os resultados mostraram que os nanolubrificantes exibiram 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. 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 de Al2O3 adicionado ao óleo (Capella D), e 100 g de R134a foram carregados como refrigerante. Os resultados indicaram que o nanolubrificante alcançou 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 a capacidade de resfriamento e 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 de Al2O3/SiO2, e 40 e 60 g de R600a foram utilizados 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.