Performance Enhancement of A Vapor Compression Cooling System: An Application of POE/ Al2O3

Öz

In this experimental study, the results of utilizing a nano-lubricant in place of compressor work fluid in a refrigeration system were examined. R134a refrigerant was utilized in the refrigeration system. Polyol ester (POE) was used as a base fluid and a nano-lubricant prepared from alumina oxide (Al2O3) nanoparticles was utilized. The experiments were carried out separately with nano-lubricants created by mixing Al2O3 nanoparticles in the ratios of 0.5% and 1.0% into POE oil. Additionally, 0.5% triton X100 (TX-100) surfactant was utilized in the nano-lubricant in order to ensure a homogeneous dispersion in the suspension. As a result of the experiments, the highest coefficient of performance (COP) value for the cooling system was obtained at the concentrations of 0.5% Al2O3 and 0.5% TX-100. In the experiments with pure POE oil, the COP value was increased by 18.27%. The power value drawn by the compressor was reduced by 12.53% at the concentrations of 0.5% Al2O3 and 0.5% TX-100.

Anahtar Kelimeler

• Cooling Cycle
• Nanolubricant
• AL2O3
• Triton X100
• COP

Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sisteminin Performans İyileştirmesi: POE/Al2O3 Uygulaması

Öz

Deneysel olarak gerçekleştirilen bu çalışmada bir soğutma sisteminde kompresör yağı yerine nanoyağlayıcı kullanımının sonuçları incelenmiştir. Çalışmada incelenen soğutma sisteminde, R134a soğutucu akışkanı kullanılmıştır. Kompresör yağı olarak polyol ester (POE) baz sıvısı ile birlikte, alüminyum oksit (Al2O3) nanopartiküllerinden hazırlanan nanoyağlayıcı değerlendirilmiştir. POE yağına %0,5 ve %1,0 oranlarında Al2O3 nanopartikülleri karıştırılarak oluşturulan nanoyağlayıcılar ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, oluşturulan nanoyağlayıcı içerisinde homojen bir dağılım sağlamak amacıyla süspansiyonda ağırlıkça %0,5 oranında triton X100 (TX-100) yüzey aktif malzemesi kullanılmıştır. Deneyler sonucunda soğutma sistemi için en yüksek soğutma tesir katsayısı (COP) değeri %0,5 Al2O3 ve %0,5 TX-100 konsantrasyonunda elde edilmiştir. Saf POE yağı ile yapılan deneylere göre COP değeri %18,27 kadar arttırılmıştır. Kompresörün çekmiş olduğu güç değeri de %0,5 Al2O3 ve %0,5 TX-100 konsantrasyonunda %12,53 kadar azaltılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Triton X100
• COP
• Soğutma çevrimi
• nanoyağlayıcı
• Al2O3

Kaynakça

1. [1] Yenioğlu, Z. A., & Vildan, A. “Yenilenebilir enerji kullanımındaki göreceli etkinliklerin veri zarflama analizi ile değerlendirilmesi: Türkiye ve bazı Avrupa ülkeleri örneği”, Politeknik Dergisi, 22(4), 863-869, (2019).
2. [2] Abdik B. , “Soğutucu akışkan kompresörlerinde oluşan yatak kayıplarının irdelenmesi “ , Phd Thesis, ITU Fen Bilimleri Enstitüsü, (2003).
3. [3] Adib, R., Murdock, H. E., Appavou, F., Brown, A., Epp, B., Leidreiter, A., ... & Farrell, T. C. (2015). “Renewables 2015 global status report”, Paris: REN21 Secretariat, 83-84, (2015).
4. [4] Jwo, C. S., Jeng, L. Y., Teng, T. P., & Chang, H., “ Effects of nanolubricant on performance of hydrocarbon refrigerant system”, Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena, 27(3): 1473-1477, (2009).
5. [5] Lou, J. F., Zhang, H., & Wang, R., “Experimental investigation of graphite nanolubricant used in a domestic refrigerator”, Advances in Mechanical Engineering, 7(2): 1687814015571011, (2015).
6. [6] Narayanasarma, S., & Kuzhiveli, B. T., “Evaluation of the properties of POE/SiO2 nanolubricant for an energy-efficient refrigeration system–An experimental assessment”, Powder Technology, 356: 1029-1044, (2019).
7. [7] Lin, L., Peng, H., Chang, Z., & Ding, G., “Experimental investigation on TiO2 nanoparticle migration from refrigerant–oil mixture to lubricating oil during refrigerant dryout”, International Journal of Refrigeration, 77: 75-86, (2017).
8. [8] Sanukrishna, S. S., & Prakash, M. J., “Experimental studies on thermal and rheological behaviour of TiO2-PAG nanolubricant for refrigeration system”, International Journal of Refrigeration, 86: 356-372, (2018).

9. [9] Padmanabhan, V. M. V., & Palanisamy, S., “The use of TiO2 nanoparticles to reduce refrigerator ir-reversibility”, Energy Conversion and Management, 59: 122-132, (2012).
10. [10] Cremaschi, L., Wong, T., & Bigi, A. A., “Thermodynamic and heat transfer properties of Al2O3 nanolubricants”, The International Refrigeration and Air Conditioning Conference, Purdea University (2014).
11. [11] Pico, D. F. M., da Silva, L. R. R., Schneider, P. S., & Bandarra Filho, E. P., “Performance evaluation of diamond nanolubricants applied to a refrigeration system”, International Journal of Refrigeration, 100: 104-112, (2019).
12. [12] Yüzer, S. N., “Investigation of the relationship between lubricating oil and coolant in refrigerator compressors”, Master Thesis, ITU, (2005).
13. [13] Sivasankaran, S., Sivaprasad, K., Narayanasamy, R., & Satyanarayana, P. V., “X-ray peak broadening analysis of AA 6061100− x− x wt.% Al2O3 nanocomposite prepared by mechanical alloying”, Materials Characterization, 62(7): 661-672, (2011).
14. [14] Holman, J. P. (2001). Experimental methods for engineers.,(2001).
15. [15] Sözen, A., Gürü, M., Khanlari, A., & Çiftçi, E., “Experimental and numerical study on enhancement of heat transfer characteristics of a heat pipe utilizing aqueous clinoptilolite nanofluid”, Applied Thermal Engineering, 160: 114001, (2019).
16. [16] Çengel A. Yunus, A.Boles M., “ Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik” Beşinci Baskı, Ali Pınarbaşı, Güven Bilimsel, İstanbul, (2008).