Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevriminde R134a Yerine R1234yf ve R1234yf/Al2O3 ile R1234yf/CNTs Nanosoğutucu Akışkanların Kullanımının Termodinamiğin I. ve II. Kanunları Bakımından Analizi

Year 2021, Volume: 7 Issue: 3, 183 - 195, 31.12.2021

Kemal Bilen , Kayhan Dağıdır , Erol Arcaklıoğlu

Abstract

Bu çalışmada; soğutucu akışkan olarak R134a kullanılan bir Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sisteminde (BSSS’de), R134a’nın alternatifi olarak değerlendirilen R1234yf soğutucu akışkanı, Al2O3 ve Karbon Nanotüp (CNTs) nanoparçacıklarının katkısıyla iş akışkanı olarak kullanılmıştır. Soğutma sistemi aynı şartlarda, yalnızca iş akışkanı değiştirilerek, termodinamik bakımdan teorik olarak incelenmiştir. Öncelikle, soğutucu akışkan olarak R134a kullanılan sistem, termodinamiğin I. (birinci) ve II. (ikinci) yasaları bakımından analiz edilmiş, ardından bu sistem aynı şartlarda R1234yf soğutucu akışkanı kullanılarak analizler tekrar edilmiştir. Analizler sonucunda; -7 C buharlaşma ve 45 C yoğuşma sıcaklıklarında, sistemin Soğutma Tesir Katsayısı (COP), R134a kullanıldığında 1,950 ve R1234yf kullanıldığında 1,824 olarak hesaplanmıştır. Böylece, COP değerleri arasında %6,46’lık bir düşüş ortaya çıkmıştır. Aynı şekilde ikinci kanun verimleri (ekserji verimleri) arasında da %6,44’lük bir azalma olduğu saptanmıştır. Bu sonuçlar dikkate alınarak, R1234yf kullanımıyla ortaya çıkan COP ve ekserji verimindeki düşüşlerin, nanosoğutucu akışkan kullanımıyla telafi edilebileceği öngörülmüştür. Bunun üzerine, R1234yf soğutucu akışkanı; Al2O3 veya CNTs nanopartiküllerinin katkısıyla, R134a soğutucu akışkanı yerine nanosoğutucu akışkan olarak aynı şartlarda değerlendirilmiştir. Soğutma sistemi; aynı şartlarda, hacimsel olarak %0,01’den %0,1’e kadar %0,01’er artışlarla değişen nanoparçacık katkısı için R1234yf/Al2O3 ve R1234yf/CNTs nanosoğutucu akışkanlarıyla teorik olarak analiz edilmiştir. Analizler; -7 C buharlaşma sıcaklığına karşın muhtelif yoğuşma sıcaklıkları ve 45 C yoğuşma sıcaklığına karşın muhtelif buharlaşma sıcaklıkları için geniş bir aralıkta gerçekleştirilmiştir. İncelemeler sonucunda, COP değerinin ve ekserji veriminin, nanopartikül hacimsel oranı ile artmakta olduğu görülmüştür. Buna göre, -7 C buharlaşma ve 45 C yoğuşma sıcaklıklarında, R1234yf/%0,1Al2O3 nanosoğutucu akışkanı kullanılması durumunda, saf R134a kullanılan sisteme göre COP değerindeki ve ekserji verimindeki artışların sırasıyla %18,46 ve %18,43 değerlerine kadar ulaştığı tespit edilmiştir. Benzer şekilde, R1234yf/%0,1CNTs nanosoğutucu akışkanı kullanılması durumunda bu artışlar sırasıyla, %6,92 ve %6,89 olarak gerçekleşmiştir.

Keywords

R134a, R1234yf, Al2O3, CNTs, Nanosoğutucu akışkan, R1234yf/Al2O3, R1234yf/CNTs, BSSS, COP

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

119M074

Thanks

Bu çalışmanın teorik analizlerinde kullanılan EES yazılımının edinilmesinde yazarları, 119M074 numaralı ‘1001-Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı’ kapsamındaki proje ile destekleyen TÜBİTAK’a teşekkür ederiz.

References

• 1. Regulation (EU) No. 517/2014 of the European Parliament and of the Council on Fluorinated Greenhouse Gases and Repealing Regulation (EC) No. 842/2006, http://eur-lex.europa.eu.
• 2. Devecioğlu A.G., Oruç V., Characteristics of some new generation refrigerants with low GWP, Energy Procedia, 75, 1452-1457, 2015.
• 3. Devecioğlu A.G., Oruç V., A comparative energetic analysis for some low-GWP refrigerants as R134a replacements in various vapor compression refrigeration systems, Journal of Thermal Science and Technology, 38(2), 51-61, 2018.
• 4. Rashed M., Huzayyin O., Kassem M.A., Kaseb S., 2020, A novel thermodynamic design model of a new HFO refrigerant single phase vapor jet cooling system, International Journal of Refrigeration; 110, 153-167, 2020.
• 5. Colombo L.P.M., Lucchini A., Molinaroli L., Experimental analysis of the use of R1234yf and R1234ze(E) as drop-in alternatives of R134a in a water-to-water heat pump, International Journal of Refrigeration, 115, 18-27, 2020.
• 6. Li Z., Liang K., Jiang H., Experimental study of R1234yf as a drop-in replacement for R134a in an oil free refrigeration system, Applied Thermal Engineering, 153, 646-654, 2019.
• 7. Mohamed H.E.A.S., Bilen K., Dağıdır K, Arcaklıoğlu E., Investigation of the effect of nanorefrigerants on performance of the vapor compression refrigeration cycle: A review study, 1st International Conference on Advances in Mechanical and Mechatronics Engineering, Ankara/Turkey, 79-87, 8-9 November 2018.
• 8. Bhattad A., Sarkar J., Ghosh P., Improving the performance of refrigeration systems by using nanofluids: A comprehensive review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 3656-3669, 2018.
• 9. Sanukrishna S.S., Murukan M., Jose P.M., An overview of experimental studies on nanorefrigerants: Recent research, development and applications, International Journal of Refrigeration, 88, 552-577, 2018.
• 10. Kasaeian A., Hosseini S.M., Sheikhpour M., Mahian O., Yan W.M., Wongwises S., Applications of eco-friendly refrigerants and nanorefrigerants: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 96, 91-99, 2018.
• 11. Bilen K., Dağıdır K., Arcaklıoğlu E., Theoretical investigation of the effect of Al2O3 and CNTs nano-particles on the thermophysical properties of R1234yf refrigerant, 22. Journal of Thermal Science and Technology Congress, Kocaeli/Turkey, 796-802, 11-14 Eylül 2019.
• 12. Ajayi O.O., Ukasoanya D.E., Ogbonnaya M., Salawu E.Y., Okokpujie I.P, Akinlabi S.A., Akinlabi E.T., Owoeye F.T., Investigation of the effect of R134a/Al2O3–nanofluid on the performance of a domestic vapour compression refrigeration system, Procedia Manufacturing, 35, 112-117, 2019.
• 13. Jatinder G., Ohunakin O.S., Adelekan D.S., Atiba O.E., Daniel A.B., Singh J., Atayero A.A., Performance of a domestic refrigerator using selected hydrocarbon working fluids and TiO2–MO nanolubricant, Applied Thermal Engineering, 160(114004), 1-12, 2019.
• 14. Adelekan D.S., Ohunakin O.S., Gill J., Atiba O.E., Okokpujie I.P., Atayero A.A., Experimental investigation of a vapour compression refrigeration system with 15nm TiO2-R600a nano-refrigerant as the working fluid, Procedia Manufacturing, 35, 1222-1227, 2019.
• 15. Babarinde T.O., Akinlabi S.A., Madyira D.M., Energy performance evaluation of R600a/MWCNT-Nanolubricant as a drop-in replacement for R134a in household refrigerator system, Energy Reports, 6, 639-647, 2020.
• 16. Adelekan D.S., Ohunakin O.S., Gill J., Okokpujie I.P., Atiba O.E., Performance of an iso-butane driven domestic refrigerator infused with various concentrations of graphene based nanolubricants, Procedia Manufacturing, 35, 1146-1151, 2019.
• 17. Aktas M., Dalkilic A.S., Celen A., Cebi A., Mahian O., Wongwises S, A theoretical comparative study on nanorefrigerant performance in a single-stage vapor-compression refrigeration cycle, Advances in Mechanical Engineering, 7(1), 1-12, 2014.
• 18. Kumar V.P.S., Baskaran A., Subaramanian K.M, A performance study of vapour compression refrigeration system using ZrO2 nano particle with R134a and R152a, International Journal of Scientific and Research Publications, 6(12), 410-421, 2016.
• 19. Çengel Y.A., Boles M.A., Chapter 11: Refrigeration cycles, Thermodynamics: An Engineering Approach, Eighth Edition, McGraw-Hill Education, New York-ABD, 607-654, 2015.