Influenza della lunghezza del tubo capillare sulle prestazioni del frigorifero domestico con eco

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 14460 (2022) Citare questo articolo

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Il sistema di riscaldamento e raffreddamento domestico utilizza spesso il dispositivo capillare. L'uso del capillare elicoidale elimina la necessità di dispositivi di refrigerazione leggeri nel sistema. La pressione capillare è notevolmente influenzata dai parametri geometrici capillari, quali lunghezza, diametro medio e passo. Questo articolo riguarda gli effetti della lunghezza del capillare sulle prestazioni del sistema. Nell'esperimento sono stati utilizzati tre tubi capillari di lunghezza separata. I dati sull'R152a sono stati studiati in varie condizioni per valutare l'impatto della variazione della lunghezza. Il COP massimo si ottiene a una temperatura dell'evaporatore di −12 °C e una lunghezza del capillare di 3,65 m. Il risultato è che le prestazioni del sistema migliorano quando la lunghezza del capillare viene migliorata a 3,65 m rispetto a 3,35 me 3,96 m. Di conseguenza, quando la lunghezza del capillare aumenta fino a un valore specifico, le prestazioni del sistema migliorano. I risultati dell'esperimento sono stati confrontati con quelli dell'analisi fluidodinamica computazionale (CFD).

Un frigorifero è un apparecchio di raffreddamento comprendente un compartimento isolato termicamente e un sistema di refrigerazione è un sistema che produce un effetto di raffreddamento nel compartimento isolato. Poiché la refrigerazione è definita come un processo di rimozione del calore da uno spazio o sostanza e di trasferimento di tale calore ad un altro spazio o sostanza. Al giorno d'oggi i frigoriferi sono ampiamente utilizzati per conservare alimenti che si deteriorano a temperatura ambiente; il deterioramento dovuto alla crescita batterica e ad altri processi è molto più lento nel frigorifero a basse temperature. Il refrigerante è il fluido di lavoro utilizzato come assorbitore di calore o agente di raffreddamento nel processo di refrigerazione. Il refrigerante raccoglie il calore evaporando a basse temperature e pressioni e quindi condensa a temperature e pressioni più elevate per rilasciarlo. La regione sembra raffreddarsi mentre il calore viene evacuato dalla camera refrigerata. Il processo di refrigerazione avviene in un sistema che comprende un compressore, un condensatore, un capillare ed un evaporatore. Il frigorifero è l’impianto di refrigerazione utilizzato in questo studio. I frigoriferi sono ampiamente utilizzati in tutto il mondo e questa apparecchiatura è diventata un'esigenza domestica. Le prestazioni di un frigorifero moderno sono abbastanza efficienti, ma la ricerca per migliorare il sistema è ancora in corso. Uno dei principali svantaggi dell'R134a è che è noto per essere non tossico ma ha un potenziale di riscaldamento globale (GWP) molto elevato. L'R134a, utilizzato nei frigoriferi domestici, è stato incorporato nel protocollo di Kyoto della Convenzione quadro delle Nazioni Unite sui cambiamenti climatici1,2. Di conseguenza, tuttavia, l’uso dell’R134a deve essere significativamente ridotto3. Considerando i problemi ecologici, fiscali e sanitari, è importante trovare refrigeranti a basso riscaldamento globale4. Numerose ricerche hanno dimostrato che l’R152a è un refrigerante ecologicamente sostenibile. Mohanraj et al.5 hanno studiato la fattibilità teorica dell'utilizzo di refrigeranti R152a e idrocarburi nei frigoriferi domestici. È stato riscontrato che gli idrocarburi sono inefficienti come refrigeranti autonomi. L'R152a è più efficiente dal punto di vista energetico e rispettoso dell'ambiente rispetto ai refrigeranti in fase di eliminazione. Bolaji et al.6. In un frigorifero a compressione di vapore, sono state confrontate le prestazioni di tre refrigeranti HFC ecologici. Sono giunti alla conclusione che l'R152a può essere impiegato nei sistemi di compressione del vapore e può sostituire l'R134a. L'R32 presenta degli svantaggi come l'alta pressione e un basso coefficiente di prestazione (COP). Bolaji et al.7 hanno testato R152a e R32 come sostituti dell'R134a in un frigorifero residenziale. Secondo la ricerca, l'R152a ha un COP medio superiore del 4,7% rispetto all'R134a. L'R152a e l'R134a sono stati testati in un impianto di refrigerazione con un compressore ermetico da Cabello et al. 8. L'R152a è stato testato in un sistema di refrigerazione da Bolaji et al.9. Hanno concluso che l’R152a era il più efficiente dal punto di vista energetico, con una potenza di refrigerazione per tonnellata inferiore del 10,6% rispetto al precedente R134a. Capacità di refrigerazione volumetrica e COP più elevati sono stati dimostrati nell'R152a. Chavhan et al.10 hanno analizzato le prestazioni di R134a e R152a. Nella ricerca sui due refrigeranti esaminati, l’R152a si è dimostrato il più efficiente dal punto di vista energetico. L'R152a ha un COP del 3,769% maggiore dell'R134a e può essere utilizzato come sostituto immediato. Bolaji et al.11 hanno studiato vari refrigeranti a basso GWP come alternative all'R134a nei sistemi di refrigerazione perché hanno un basso potenziale di riscaldamento globale. La prestazione energetica più elevata tra i refrigeranti valutati è stata l’R152a, che ha utilizzato il 30,5% in meno di elettricità per tonnellata di refrigerazione rispetto all’R134a. Secondo gli autori, l'R161 dovrà essere completamente riprogettato prima di poter essere utilizzato come sostituto. Molti ricercatori hanno condotto vari lavori sperimentali nel frigorifero domestico per migliorare le prestazioni del sistema con refrigeranti a basso GWP e miscelarlo con R134a come imminente sostituto alternativo nel sistema di refrigerazione12,13,14,15,16,17,18,19,20 ,21,22,23. Baskaran et al.24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35 hanno esaminato le prestazioni di diversi refrigeranti ecologici e combinazioni con R134a come potenziale sostituto alternativo in vari test su un sistema di refrigerazione a compressione di vapore. Tiwari et al.36 hanno utilizzato analisi sperimentali e CFD per confrontare le prestazioni dei tubi capillari con diversi refrigeranti e diametri dei tubi. L'analisi viene effettuata utilizzando il software ANSYS CFX. Si consiglia il miglior design a spirale elicoidale. Punia et al.16 hanno studiato l'effetto della lunghezza, del diametro e del diametro della bobina del tubo capillare sulla portata massica del refrigerante GPL attraverso i tubi della serpentina elicoidale. Secondo i risultati, la regolazione della lunghezza dei capillari tra 4,5 e 2,5 m ha aumentato la portata massica in media del 25%. Söylemez et al.16 hanno utilizzato tre diversi modelli di turbolenza (viscosi) per eseguire un'analisi CFD per uno scomparto per alimenti freschi di un frigorifero domestico (DR) per ottenere informazioni dettagliate non solo sulla velocità del tempo di raffreddamento dello scomparto per alimenti freschi ma anche sull'aria e distribuzione della temperatura all'interno del vano quando è stato caricato. Le previsioni del modello CFD sviluppato illustrano vividamente il flusso d'aria e i campi di temperatura all'interno della FFC.