Gracias por visitar Nature.com.Está utilizando una versión del navegador con soporte CSS limitado.Para obtener la mejor experiencia, le recomendamos que utilice un navegador actualizado (o deshabilite el Modo de compatibilidad en Internet Explorer).Además, para garantizar un soporte continuo, mostramos el sitio sin estilos ni JavaScript.
Muestra un carrusel de tres diapositivas a la vez.Utilice los botones Anterior y Siguiente para desplazarse por tres diapositivas a la vez, o utilice los botones deslizantes al final para desplazarse por tres diapositivas a la vez.
Los sistemas de calefacción y refrigeración del hogar suelen utilizar dispositivos capilares.El uso de capilares en espiral elimina la necesidad de equipos de refrigeración livianos en el sistema.La presión capilar depende en gran medida de los parámetros de la geometría de los capilares, como la longitud, el diámetro medio y la distancia entre ellos.Este artículo se centra en el efecto de la longitud de los capilares en el rendimiento del sistema.En los experimentos se utilizaron tres capilares de diferentes longitudes.Los datos de R152a se examinaron en diferentes condiciones para evaluar el efecto de diferentes longitudes.La máxima eficiencia se logra con una temperatura del evaporador de -12°C y una longitud de capilar de 3,65 m.Los resultados muestran que el rendimiento del sistema aumenta al aumentar la longitud del capilar a 3,65 m en comparación con 3,35 my 3,96 m.Por lo tanto, cuando la longitud del capilar aumenta en una cierta cantidad, aumenta el rendimiento del sistema.Los resultados experimentales se compararon con los resultados del análisis de dinámica de fluidos computacional (CFD).
Un refrigerador es un aparato de refrigeración que incluye un compartimento aislado y un sistema de refrigeración es un sistema que crea un efecto de enfriamiento en un compartimento aislado.El enfriamiento se define como el proceso de eliminar calor de un espacio o sustancia y transferir ese calor a otro espacio o sustancia.Los refrigeradores ahora se usan ampliamente para almacenar alimentos que se echan a perder a temperatura ambiente; el deterioro debido al crecimiento bacteriano y otros procesos es mucho más lento en los refrigeradores de baja temperatura.Los refrigerantes son fluidos de trabajo utilizados como disipadores de calor o refrigerantes en procesos de refrigeración.Los refrigerantes acumulan calor evaporándose a baja temperatura y presión y luego se condensan a temperatura y presión más altas, liberando calor.La habitación parece enfriarse a medida que el calor se escapa del congelador.El proceso de enfriamiento se lleva a cabo en un sistema que consta de un compresor, un condensador, tubos capilares y un evaporador.Los refrigeradores son los equipos de refrigeración utilizados en este estudio.Los refrigeradores se utilizan ampliamente en todo el mundo y este electrodoméstico se ha convertido en una necesidad doméstica.Los refrigeradores modernos tienen un funcionamiento muy eficiente, pero aún se están realizando investigaciones para mejorar el sistema.La principal desventaja del R134a es que no se sabe que sea tóxico, pero tiene un potencial de calentamiento global (GWP) muy alto.El R134a para frigoríficos domésticos se ha incluido en el Protocolo de Kioto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático1,2.Sin embargo, por lo tanto, el uso de R134a debería reducirse significativamente3.Desde un punto de vista ambiental, financiero y de salud, es importante encontrar refrigerantes que reduzcan el calentamiento global4.Varios estudios han demostrado que el R152a es un refrigerante respetuoso con el medio ambiente.Mohanraj et al.5 investigaron la posibilidad teórica de utilizar R152a y refrigerantes de hidrocarburos en refrigeradores domésticos.Se ha descubierto que los hidrocarburos son ineficaces como refrigerantes independientes.El R152a es más eficiente energéticamente y respetuoso con el medio ambiente que los refrigerantes descatalogados.Bolaji y otros.6.Se comparó el rendimiento de tres refrigerantes HFC respetuosos con el medio ambiente en un refrigerador por compresión de vapor.Concluyeron que el R152a podría usarse en sistemas de compresión de vapor y podría reemplazar al R134a.R32 tiene desventajas como alto voltaje y bajo coeficiente de rendimiento (COP).Bolaji et al.7 probaron el R152a y el R32 como sustitutos del R134a en frigoríficos domésticos.Según estudios, la eficiencia media del R152a es un 4,7% superior a la del R134a.Cabello et al.Probado R152a y R134a en equipos de refrigeración con compresores herméticos.8. Bolaji et al9 probaron el refrigerante R152a en sistemas de refrigeración.Concluyeron que el R152a era el más eficiente energéticamente, con un 10,6% menos de capacidad de refrigeración por tonelada que el R134a anterior.El R152a muestra una mayor capacidad y eficiencia de refrigeración volumétrica.Chavhan et al.10 analizaron las características de R134a y R152a.En un estudio de dos refrigerantes, se descubrió que el R152a era el más eficiente energéticamente.El R152a es un 3,769 % más eficiente que el R134a y puede utilizarse como sustituto directo.Bolaji et al.11 han investigado varios refrigerantes de bajo PCA como sustitutos del R134a en sistemas de refrigeración debido a su menor potencial de calentamiento global.Entre los refrigerantes evaluados, el R152a tiene el mayor rendimiento energético, reduciendo el consumo de electricidad por tonelada de refrigeración en un 30,5% en comparación con el R134a.Según los autores, el R161 debe rediseñarse completamente antes de poder utilizarlo como sustituto.Muchos investigadores de refrigeración doméstica han llevado a cabo diversos trabajos experimentales para mejorar el rendimiento de los sistemas de refrigerantes con mezcla de R134a y bajo PCA como próximo reemplazo en los sistemas de refrigeración12,13,14,15,16,17,18, 19, 20, 21, 22, 23 Baskaran et al.24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35 estudiaron el rendimiento de varios refrigerantes respetuosos con el medio ambiente y su combinación con R134a como una alternativa potencial para Diversas pruebas de compresión de vapor.Sistema.Tiwari et al.36 utilizaron experimentos y análisis CFD para comparar el rendimiento de tubos capilares con diferentes refrigerantes y diámetros de tubo.Utilice el software ANSYS CFX para el análisis.Se recomienda el mejor diseño de bobina helicoidal.Punia et al.16 investigaron el efecto de la longitud, el diámetro y el diámetro del serpentín de los capilares sobre el flujo másico de refrigerante GLP a través de un serpentín en espiral.Según los resultados del estudio, ajustar la longitud del capilar en el rango de 4,5 a 2,5 m permite aumentar el flujo másico en un promedio del 25%.Söylemez et al.16 realizaron un análisis CFD del compartimiento de frescura (DR) de un refrigerador doméstico utilizando tres modelos turbulentos (viscosos) diferentes para obtener información sobre la velocidad de enfriamiento del compartimiento de frescura y la distribución de la temperatura en el aire y el compartimiento durante la carga.Los pronósticos del modelo CFD desarrollado ilustran claramente los campos de flujo de aire y temperatura dentro del FFC.
Este artículo analiza los resultados de un estudio piloto para determinar el rendimiento de los refrigeradores domésticos que utilizan el refrigerante R152a, que es respetuoso con el medio ambiente y no tiene riesgo de potencial de agotamiento de la capa de ozono (ODP).
En este estudio, se seleccionaron capilares de 3,35 m, 3,65 my 3,96 m como sitios de prueba.Luego se llevaron a cabo experimentos con refrigerante R152a de bajo calentamiento global y se calcularon los parámetros operativos.También se analizó el comportamiento del refrigerante en el capilar mediante el software CFD.Los resultados de CFD se compararon con los resultados experimentales.
Como se muestra en la Figura 1, se puede ver una fotografía de un frigorífico doméstico de 185 litros utilizado para el estudio.Consta de un evaporador, un compresor alternativo hermético y un condensador enfriado por aire.Se instalan cuatro manómetros en la entrada del compresor, la entrada del condensador y la salida del evaporador.Para evitar vibraciones durante las pruebas, estos medidores están montados en panel.Para leer la temperatura del termopar, todos los cables del termopar están conectados a un escáner de termopar.Se instalan diez dispositivos de medición de temperatura en la entrada del evaporador, la succión del compresor, la descarga del compresor, el compartimiento y la entrada del refrigerador, la entrada del condensador, el compartimiento del congelador y la salida del condensador.También se informa el consumo de voltaje y corriente.Un caudalímetro conectado a una sección de tubería se fija sobre una tabla de madera.Las grabaciones se guardan cada 10 segundos mediante la unidad de interfaz hombre-máquina (HMI).La mirilla se utiliza para comprobar la uniformidad del flujo de condensado.
Se utilizó un amperímetro Selec MFM384 con un voltaje de entrada de 100 a 500 V para cuantificar la potencia y la energía.Se instala un puerto de servicio del sistema en la parte superior del compresor para cargar y recargar refrigerante.El primer paso es drenar la humedad del sistema a través del puerto de servicio.Para eliminar cualquier contaminación del sistema, lávelo con nitrógeno.El sistema se carga mediante una bomba de vacío, que evacua la unidad a una presión de -30 mmHg.La Tabla 1 enumera las características del equipo de prueba de refrigeradores domésticos y la Tabla 2 enumera los valores medidos, así como su rango y precisión.
Las características de los refrigerantes utilizados en refrigeradores y congeladores domésticos se muestran en la Tabla 3.
Las pruebas se realizaron de acuerdo con las recomendaciones del Manual ASHRAE 2010 bajo las siguientes condiciones:
Además, por si acaso, se realizaron controles para garantizar la reproducibilidad de los resultados.Mientras las condiciones de funcionamiento permanezcan estables, se registran la temperatura, la presión, el flujo de refrigerante y el consumo de energía.Se miden la temperatura, la presión, la energía, la potencia y el flujo para determinar el rendimiento del sistema.Encuentre el efecto de enfriamiento y la eficiencia para un flujo másico y una potencia específicos a una temperatura determinada.
Utilizando CFD para analizar el flujo de dos fases en un serpentín en espiral de un refrigerador doméstico, se puede calcular fácilmente el efecto de la longitud del capilar.El análisis CFD facilita el seguimiento del movimiento de las partículas de fluido.El refrigerante que pasa por el interior del serpentín espiral se analizó mediante el programa CFD FLUENT.La Tabla 4 muestra las dimensiones de las bobinas capilares.
El simulador de malla del software FLUENT generará un modelo de diseño estructural y una malla (Las Figuras 2, 3 y 4 muestran la versión ANSYS Fluent).El volumen de fluido de la tubería se utiliza para crear la malla límite.Esta es la grilla utilizada para este estudio.
El modelo CFD fue desarrollado utilizando la plataforma ANSYS FLUENT.Sólo se representa el universo fluido en movimiento, por lo que el flujo de cada serpentina capilar se modela en términos del diámetro del capilar.
El modelo GEOMETRY fue importado al programa ANSYS MESH.ANSYS escribe código donde ANSYS es una combinación de modelos y condiciones de contorno agregadas.En la fig.4 muestra el modelo de tubería-3 (3962,4 mm) en ANSYS FLUENT.Los elementos tetraédricos proporcionan una mayor uniformidad, como se muestra en la Figura 5. Después de crear la malla principal, el archivo se guarda como una malla.El lado de la bobina se llama entrada, mientras que el lado opuesto mira hacia la salida.Estas caras redondas se guardan como las paredes de la tubería.Los medios líquidos se utilizan para construir modelos.
Independientemente de cómo se sienta el usuario ante la presión, se eligió la solución y se eligió la opción 3D.Se ha activado la fórmula de generación de energía.
Cuando el flujo se considera caótico, es altamente no lineal.Por lo tanto, se eligió el flujo K-épsilon.
Si se selecciona una alternativa especificada por el usuario, el entorno será: Describe las propiedades termodinámicas del refrigerante R152a.Los atributos del formulario se almacenan como objetos de base de datos.
Las condiciones climáticas se mantienen sin cambios.Se determinó una velocidad de entrada, se describió una presión de 12,5 bar y una temperatura de 45ºC.
Finalmente, en la decimoquinta iteración, la solución se prueba y converge en la decimoquinta iteración, como se muestra en la Figura 7.
Es un método de mapeo y análisis de resultados.Trace bucles de datos de presión y temperatura usando Monitor.Después de eso, se determinan la presión y temperatura totales y los parámetros generales de temperatura.Estos datos muestran la caída de presión total en las bobinas (1, 2 y 3) en las figuras 1 y 2, 7, 8 y 9 respectivamente.Estos resultados fueron extraídos de un programa desbocado.
En la fig.10 muestra el cambio en la eficiencia para diferentes longitudes de evaporación y capilar.Como puede verse, la eficiencia aumenta al aumentar la temperatura de evaporación.Las eficiencias más altas y más bajas se obtuvieron al alcanzar luces capilares de 3,65 m y 3,96 m.Si la longitud del capilar aumenta en una cierta cantidad, la eficiencia disminuirá.
El cambio en la capacidad de enfriamiento debido a diferentes niveles de temperatura de evaporación y longitud del capilar se muestra en la fig.11. El efecto capilar conduce a una disminución de la capacidad de refrigeración.La capacidad de refrigeración mínima se alcanza a un punto de ebullición de -16°C.La mayor capacidad de refrigeración se observa en capilares con una longitud de aproximadamente 3,65 my una temperatura de -12°C.
En la fig.12 muestra la dependencia de la potencia del compresor de la longitud del capilar y la temperatura de evaporación.Además, el gráfico muestra que la potencia disminuye al aumentar la longitud del capilar y disminuir la temperatura de evaporación.A una temperatura de evaporación de -16 °C se obtiene una menor potencia del compresor con una longitud de capilar de 3,96 m.
Se utilizaron datos experimentales existentes para verificar los resultados de CFD.En esta prueba, los parámetros de entrada utilizados para la simulación experimental se aplican a la simulación CFD.Los resultados obtenidos se comparan con el valor de la presión estática.Los resultados obtenidos muestran que la presión estática a la salida del capilar es menor que a la entrada del tubo.Los resultados de las pruebas muestran que aumentar la longitud del capilar hasta un cierto límite reduce la caída de presión.Además, la caída de presión estática reducida entre la entrada y la salida del capilar aumenta la eficiencia del sistema de refrigeración.Los resultados de CFD obtenidos concuerdan con los resultados experimentales existentes.Los resultados de la prueba se muestran en las Figuras 1 y 2. 13, 14, 15 y 16. En este estudio se utilizaron tres capilares de diferentes longitudes.Las longitudes de los tubos son 3,35 m, 3,65 m y 3,96 m.Se observó que la caída de presión estática entre la entrada y la salida del capilar aumentó cuando la longitud del tubo se cambió a 3,35 m.Tenga en cuenta también que la presión de salida en el capilar aumenta con un tamaño de tubería de 3,35 m.
Además, la caída de presión entre la entrada y la salida del capilar disminuye a medida que el tamaño de la tubería aumenta de 3,35 a 3,65 m.Se observó que la presión a la salida del capilar caía bruscamente en la salida.Por este motivo, la eficacia aumenta con esta longitud de capilar.Además, aumentar la longitud de la tubería de 3,65 a 3,96 m vuelve a reducir la caída de presión.Se ha observado que a lo largo de esta longitud la caída de presión cae por debajo del nivel óptimo.Esto reduce el COP del frigorífico.Por lo tanto, los bucles de presión estática muestran que el capilar de 3,65 m proporciona el mejor rendimiento en el frigorífico.Además, un aumento en la caída de presión aumenta el consumo de energía.
De los resultados del experimento, se puede ver que la capacidad de enfriamiento del refrigerante R152a disminuye al aumentar la longitud de la tubería.El primer serpentín tiene la capacidad de enfriamiento más alta (-12°C) y el tercer serpentín tiene la capacidad de enfriamiento más baja (-16°C).La máxima eficiencia se logra con una temperatura del evaporador de -12 °C y una longitud de capilar de 3,65 m.La potencia del compresor disminuye al aumentar la longitud del capilar.La potencia de entrada del compresor es máxima a una temperatura del evaporador de -12 °C y mínima a -16 °C.Compare las lecturas de presión CFD y aguas abajo para la longitud del capilar.Se puede observar que la situación es la misma en ambos casos.Los resultados muestran que el rendimiento del sistema aumenta a medida que la longitud del capilar aumenta a 3,65 m en comparación con 3,35 m y 3,96 m.Por lo tanto, cuando la longitud del capilar aumenta en una cierta cantidad, aumenta el rendimiento del sistema.
Aunque la aplicación de CFD a centrales térmicas y eléctricas mejorará nuestra comprensión de la dinámica y la física de las operaciones de análisis térmico, las limitaciones requieren el desarrollo de métodos CFD más rápidos, simples y menos costosos.Esto nos ayudará a optimizar y diseñar los equipos existentes.Los avances en el software CFD permitirán el diseño y la optimización automatizados, y la creación de CFD a través de Internet aumentará la disponibilidad de la tecnología.Todos estos avances ayudarán a que el CFD se convierta en un campo maduro y una poderosa herramienta de ingeniería.Por tanto, la aplicación de CFD en la ingeniería térmica será más amplia y rápida en el futuro.
Tasi, Revisión del riesgo de explosión y exposición a hidrofluorocarbonos (HFC) y peligros ambientales de WT.J. Quimiosfera 61, 1539-1547.https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2005.03.084 (2005).
Johnson, E. Calentamiento global debido a los HFC.Miércoles.Evaluación de impacto.abierto 18, 485-492.https://doi.org/10.1016/S0195-9255(98)00020-1 (1998).
Mohanraj M, Jayaraj S y Muralidharan S. Evaluación comparativa de alternativas respetuosas con el medio ambiente al refrigerante R134a en refrigeradores domésticos.eficiencia energética.1(3), 189–198.https://doi.org/10.1007/s12053-008-9012-z (2008).
Bolaji BO, Akintunde MA y Falade, Análisis comparativo del rendimiento de tres refrigerantes HFC respetuosos con la capa de ozono en refrigeradores por compresión de vapor.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1231 (2011).
Bolaji BO Estudio experimental del R152a y R32 como sustitutos del R134a en frigoríficos domésticos.Energía 35(9), 3793–3798.https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.05.031 (2010).
Cabello R., Sanchez D., Llopis R., Arauzo I. y Torrella E. Comparación experimental de los refrigerantes R152a y R134a en unidades frigoríficas equipadas con compresores herméticos.J. Interno Refrigerador.60, 92-105.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.06.021 (2015).
Bolaji BO, Juan Z. y Borokhinni FO Eficiencia energética de los refrigerantes amigables con el medio ambiente R152a y R600a como reemplazo del R134a en sistemas de refrigeración por compresión de vapor.http://repository.fuoye.edu.ng/handle/123456789/1271 (2014).
Chavkhan, SP y Mahajan, PS Evaluación experimental de la eficacia del R152a como sustituto del R134a en sistemas de refrigeración por compresión de vapor.interno J. Departamento de Defensa.proyecto.tanque de almacenamiento.5, 37–47 (2015).
Bolaji, BO y Huang, Z. Un estudio sobre la eficacia de algunos refrigerantes de hidrofluorocarbonos de bajo calentamiento global como reemplazo del R134a en sistemas de refrigeración.J. Ing.Físico térmico.23(2), 148-157.https://doi.org/10.1134/S1810232814020076 (2014).
Hashir SM, Srinivas K. y Bala PK Análisis energético de HFC-152a, HFO-1234yf y mezclas de HFC/HFO como sustitutos directos del HFC-134a en refrigeradores domésticos.Strojnický Casopis J. Mech.proyecto.71(1), 107-120.https://doi.org/10.2478/scjme-2021-0009 (2021).
Logeshwaran, S. y Chandrasekaran, P. Análisis CFD de la transferencia de calor por convección natural en refrigeradores domésticos estacionarios.Sesión de PIO.Serie de televisión Alma mater.la ciencia.proyecto.1130(1), 012014. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1130/1/012014 (2021).
Aprea, C., Greco, A. y Maiorino, A. HFO y su mezcla binaria con HFC134a como refrigerante en refrigeradores domésticos: análisis energético y evaluación del impacto ambiental.Aplicar temperatura.proyecto.141, 226-233.https://doi.org/10.1016/j.appltheraleng.2018.02.072 (2018).
Wang, H., Zhao, L., Cao, R. y Zeng, W. Reemplazo y optimización de refrigerantes bajo restricciones de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.J. Puro.producto.296, 126580. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126580 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A. y Hartomagioglu S. Predicción del tiempo de enfriamiento de refrigeradores domésticos con un sistema de enfriamiento termoeléctrico mediante análisis CFD.J. Interno Refrigerador.123, 138-149.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2020.11.012 (2021).
Missowi, S., Driss, Z., Slama, RB y Chahuachi, B. Análisis experimental y numérico de intercambiadores de calor de serpentín helicoidal para refrigeradores domésticos y calentamiento de agua.J. Interno Refrigerador.133, 276-288.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2021.10.015 (2022).
Sánchez D., Andreu-Naher A., Calleja-Anta D., Llopis R. y Cabello R. Evaluación del impacto energético de diferentes alternativas al refrigerante de bajo PCA R134a en refrigeradores de bebidas.Análisis experimental y optimización de refrigerantes puros R152a, R1234yf, R290, R1270, R600a y R744.conversión de energía.gobernar.256, 115388. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115388 (2022).
Boricar, SA et al.Un estudio de caso de análisis experimental y estadístico del consumo energético de frigoríficos domésticos.investigación de actualidad.temperatura.proyecto.28, 101636. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101636 (2021).
Soilemez E., Alpman E., Onat A., Yukselentürk Y. y Hartomagioglu S. Análisis numérico (CFD) y experimental de un refrigerador doméstico híbrido que incorpora sistemas de enfriamiento termoeléctrico y por compresión de vapor.J. Interno Refrigerador.99, 300–315.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2019.01.007 (2019).
Majorino, A. et al.R-152a como refrigerante alternativo al R-134a en frigoríficos domésticos: un análisis experimental.J. Interno Refrigerador.96, 106-116.https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2018.09.020 (2018).
Aprea C., Greco A., Maiorino A. y Masselli C. Mezcla de HFC134a y HFO1234ze en refrigeradores domésticos.J. interno Caliente.la ciencia.127, 117-125.https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2018.01.026 (2018).
Bascaran, A. y Koshy Matthews, P. Comparación del rendimiento de sistemas de refrigeración por compresión de vapor que utilizan refrigerantes ecológicos con bajo potencial de calentamiento global.interno J. Ciencia.tanque de almacenamiento.liberar.2(9), 1-8 (2012).
Bascaran, A. y Cauchy-Matthews, P. Análisis térmico de sistemas de refrigeración por compresión de vapor utilizando R152a y sus mezclas R429A, R430A, R431A y R435A.interno J. Ciencia.proyecto.tanque de almacenamiento.3(10), 1-8 (2012).
Hora de publicación: 14 de enero de 2023