Análisis del nanorefrigerante R600a/CuO en el proceso de condensación en refrigeradores domésticos mediante CFD
DOI:
https://doi.org/10.17533/udea.redin.20250985Palabras clave:
R600a, CuO, Nanofluido, Nanorefrigerante, CFDResumen
Los intercambiadores de calor helicoidales son empleados en diferentes industrias, como la de la refrigeración doméstica debido a sus propiedades geométricas que mejoran la transferencia de calor de los fluidos. El refrigerante R600a es uno de los fluidos estudiados en procesos de condensación debido a su amplio uso. Para potenciar el proceso de condensación de los refrigerantes se pueden emplear nanopartículas que incrementan la transferencia de calor y el cambio de fase de estos. Por tal razón, mediante un estudio numérico en ANSYS Fluent se analiza al nanorefrigerante CuO-R600a, los modelos utilizados en la simulación se realizaron con el modelo multifásico de Euler y la condensación bajo el enfoque de Lee, las simulaciones fueron con diferentes concentraciones de nanopartículas que van de 0.1 al 3%. Tomando en cuenta que la temperatura de saturación del refrigerante R600a es de 39.37°C a una presión de 1MPa, y con un flujo másico 300 kg/m2·s. Para la simulación se consideran seis geometrías de condensadores, de las cuales el condensador con diámetro de espira de 120mm y paso 30mm presenta buenos resultados de condensación del refrigerante puro R600a. Sin embargo, al añadir las nanopartículas, la condensación se ve afectada y mientras incrementa la concentración de nanopartículas el porcentaje de condensación decae aún más. Lo que indica que el nanorefrigerante CuO-R600a no presenta mejor transferencia de calor y cambio de fase que el refrigerante base R600a.
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F. Nicoletti, G. Azzarito, and D. Sylaj, “Improving cooling efficiency in domestic refrigerators: a passive cooling system exploiting external air circulation,” International Journal of Refrigeration, vol. 159, pp. 99–111, Mar. 2024, doi: 10.1016/j.ijrefrig.2023.12.022.
D. S. Adelekan, O. S. Ohunakin, J. Gill, O. E. Atiba, I. P. Okokpujie, and A. A. Atayero, “Experimental investigation of a vapour compression refrigeration system with 15nm TiO2-R600a nano-refrigerant as the working fluid,” in Procedia Manufacturing, Elsevier B.V., 2019, pp. 1222–1227. doi: 10.1016/j.promfg.2019.06.079.
J. Fan, S. Lee, S. Kang, J. Cho, Y. Cho, and E. Yeom, “Design of drain hole for household refrigerator fan module based on experiments and CFD simulation,” Appl Therm Eng, vol. 219, Jan. 2023, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2022.119567.
G. Liu, G. Yan, and J. Yu, “A review of refrigerator gasket: Development trend, heat and mass transfer characteristics, structure and material optimization,” Jul. 01, 2021, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.rser.2021.110975.
J. M. Belman-Flores, D. Pardo-Cely, M. A. Gómez-Martínez, I. Hernández-Pérez, D. A. Rodríguez-Valderrama, and Y. Heredia-Aricapa, “Thermal and energy evaluation of a domestic refrigerator under the influence of the thermal load,” Energies (Basel), vol. 12, no. 3, Jan. 2019, doi: 10.3390/en12030400.
O. Laguerre, S. Ben Amara, M. C. Charrier-Mojtabi, B. Lartigue, and D. Flick, “Experimental study of air flow by natural convection in a closed cavity: Application in a domestic refrigerator,” J Food Eng, vol. 85, no. 4, pp. 547–560, Apr. 2008, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2007.08.023.
G. Liu, G. Yan, and J. Yu, “Research on test method of heat transfer coefficient for refrigerator gasket,” International Journal of Refrigeration, vol. 110, pp. 106–120, Feb. 2020, doi: 10.1016/j.ijrefrig.2019.11.007.
J. S. Sim and J. S. Ha, “Experimental study of heat transfer characteristics for a refrigerator by using reverse heat loss method,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 38, no. 5, pp. 572–576, May 2011, doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2011.02.007.
F. X. Trias, C. Oliet, J. Rigola, and C. D. Pérez-Segarra, “A simple optimization approach for the insulation thickness distribution in household refrigerators,” International Journal of Refrigeration, vol. 93, pp. 169–175, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.ijrefrig.2018.06.014.
T. Jia, R. Wang, and R. Xu, “Performance of MoFe2O4-NiFe2O4/Fullerene-added nano-oil applied in the domestic refrigerator compressors,” Energy Econ, vol. 45, pp. 120–127, Sep. 2014, doi: 10.1016/j.ijrefrig.2014.06.001.
W. H. Azmi, M. Z. Sharif, T. M. Yusof, R. Mamat, and A. A. M. Redhwan, “Potential of nanorefrigerant and nanolubricant on energy saving in refrigeration system – A review,” Mar. 01, 2017, Elsevier Ltd. doi: 10.1016/j.rser.2016.11.207.
O. A. Alawi, N. A. C. Sidik, and A. S. Kherbeet, “Nanorefrigerant effects in heat transfer performance and energy consumption reduction: A review,” International Communications in Heat and Mass Transfer, vol. 69, pp. 76–83, Dec. 2015, doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2015.10.009.
H. A. Sarode, D. P. Barai, B. A. Bhanvase, R. P. Ugwekar, and V. Saharan, “Investigation on preparation of graphene oxide-CuO nanocomposite based nanofluids with the aid of ultrasound assisted method for intensified heat transfer properties,” Mater Chem Phys, vol. 251, Sep. 2020, doi: 10.1016/j.matchemphys.2020.123102.
A. Senthilkumar, P. V. Abhishek, M. Adithyan, and A. Arjun, “Experimental investigation of CuO/Sio2 hybrid nano-lubricant in R600a vapour compression refrigeration system,” in Materials Today: Proceedings, Elsevier Ltd, 2020, pp. 6083–6086. doi: 10.1016/j.matpr.2020.10.178.
M. Anish, G. Senthil Kumar, N. Beemkumar, B. Kanimozhi, and T. Arunkumar, “Performance study of a domestic refrigerator using CuO/AL2O3-R22 nanorefrigerant as a working fluid,” International Journal of Ambient Energy, vol. 41, no. 2, pp. 152–156, Jan. 2020, doi: 10.1080/01430750.2018.1451376.
B. Kalyani Sree and B. OmPrakash, “Design modification and experimental evaluation on VCR system using substitute refrigerant (R600a) by implementing nano particles (CUO) with diffuser and nozzles,” Mater Today Proc, Jun. 2024, doi: 10.1016/j.matpr.2024.05.127.
O. S. Ohunakin et al., “Performance of a hydrocarbon driven domestic refrigerator based on varying concentration of SiO2 nano-lubricant,” International Journal of Refrigeration, vol. 94, pp. 59–70, Oct. 2018, doi: 10.1016/j.ijrefrig.2018.07.022.
M. Sheikholeslami, B. Rezaeianjouybari, M. Darzi, A. Shafee, Z. Li, and T. K. Nguyen, “Application of nano-refrigerant for boiling heat transfer enhancement employing an experimental study,” Int J Heat Mass Transf, vol. 141, pp. 974–980, Oct. 2019, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.07.043.
T. O. Babarinde, S. A. Akinlabi, and D. M. Madyira, “Enhancing the Performance of Vapour Compression Refrigeration System using Nano Refrigerants: A review,” in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Institute of Physics Publishing, Sep. 2018. doi: 10.1088/1757-899X/413/1/012068.
S. Chavhan, S. K. Choudhary, and P. Maheshwary, “Performance analysis of vapor compression refrigeration system using varying concentrations of copper oxide (CuO)/mineral oil (MO) based nanosuspension,” Mater Today Proc, Aug. 2023, doi: 10.1016/j.matpr.2023.08.166.
L. Xing et al., “Numerical investigation about radius ratio effect of helical tubes in the heat exchanger,” Nuclear Engineering and Design, vol. 414, Dec. 2023, doi: 10.1016/j.nucengdes.2023.112525.
R. Rabiee, M. Désilets, P. Proulx, M. Ariana, and M. Julien, “Determination of condensation heat transfer inside a horizontal smooth tube,” Int J Heat Mass Transf, vol. 124, pp. 816–828, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.04.012.
Honeywell, “Gentron Properties,” 2024, USA.
B. B. V. L. Deepak, M. V. A. R. Bahubalendruni, D. R. K. Parhi, and B. B. Biswal, Eds., Recent Trends in Product Design and Intelligent Manufacturing Systems. in Lecture Notes in Mechanical Engineering. Singapore: Springer Nature Singapore, 2023. doi: 10.1007/978-981-19-4606-6.
H. Peng, G. Ding, H. Hu, and W. Jiang, “Effect of nanoparticle size on nucleate pool boiling heat transfer of refrigerant/oil mixture with nanoparticles,” Int J Heat Mass Transf, vol. 54, no. 9–10, pp. 1839–1850, Apr. 2011, doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.12.035.
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