$MoO_3$ /PAG ve ZnO/PAG Nanoyağlayıcılarının Soğutma Sisteminin Performans Parametrelerine Etkilerinin Belirlenmesi

Isıtma ve soğutma makinelerinde sistem performansının iyileştirilmesine yönelik çalışmalar son yıllarda popüler bir hâl almıştır. Bu deneysel çalışma ile buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimindeki kompresöre müdahale edilerek, sistemde enerji verimliliğini sağlamak amaçlanmıştır. Soğutma sistemi elemanlarından kompresör içerisinde polialkalen glikol (PAG) yerine nanoyağlayıcıdan yararlanılmıştır. Nanoyağlayıcı hazırlarken baz sıvısı olarak tam sentetik PAG kullanılmıştır. Baz sıvısı içerisine farklı kütle oranlarında çinko oksit (ZnO) ve molibden tri- oksit $(MoO_3)$ nanoparçacıkları eklenmiştir. Nanoyağlayıcıdaki topaklanmaları engellemek amacıyla yüzey aktif madde olarak Triton X-100 (TX-100) kullanılmıştır. Nanoyağlayıcıda ZnO ve $MoO_3$ nanoparçacıkları ağırlıkça %1,0 ve %1,5 oranlarında, TX-100 yüzey aktif maddesi ağırlıkça %0,5 ve %1,0 oranlarında, baz sıvısına dahil edilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, soğutma sisteminin performansı değerlendirilmiştir. Kompresör yağı olarak PAG kullanıldığında, soğutma tesir katsayısı (STK) 3,98 olarak hesaplanmıştır. Ortam koşulları ve sıcaklığı değiştirilmeden, hazırlanan nanoyağlayıcılar aynı kompresörde kullanılmıştır. En iyi sonuç; baz sıvısı PAG, ağırlıkça %1,5 oranında ZnO nanoparçacıkları ve ağırlıkça %0,5 oranında TX-100 yüzey aktif maddesi ile hazırlanan nanoyağlayıcıdan kompresörde iş akışkanı olarak faydalanılması neticesinde elde edilmiştir. Hazırlanan bu nanoyağlayıcının kompresör yağı olarak kullanılması sonucunda, STK 4,65 olarak hesaplanmıştır. STK değerinde %16,83 kadar artış gözlemlenmiştir.

Determination of the Effects of $MoO_3/PAG$ and ZnO/PAG Nano-lubricants on Cooling System Performance Parameters

Efforts to improve system performance in heating and cooling machines have been popular during recent years. With this experimental study, it was aimed to provide energy efficiency by intervening in the compressor in the vapor compression refrigeration cycle. Nano-lubricant was used instead of polyalkylene glycol (PAG) in the compressor from cooling system components. Fully synthetic PAG was used as the base fluid when preparing nano-lubricant. Zinc oxide (ZnO) and molybdenum tri-oxide $(MoO_3)$ nanoparticles of different mass fractions were added to the base liquid. Triton X-100 (TX-100) was used as surfactant in order to prevent precipitation in the nano-lubricant. While preparing the nano-lubricant, ZnO and $MoO_3$ nanoparticles were included in the base fluid in 1.0% and 1.5% mass fractions and TX-100 surfactant in 0.5% and 1.0% mass fractions. When pure PAG was used as the compressor oil, the coefficient of performance (COP) was calculated as 3.98. The prepared nano- lubricants were used in the same compressor without changing the ambient conditions and temperature. The best result; the base liquid PAG was obtained by using the nano-lubricant prepared with 1.5% by mass ZnO nanoparticles and 0.5% by weight TX-100 surfactant material as compressor oil. As a result of using this prepared nano-lubricant as compressor oil, the COP was calculated as 4.65. An increase of 16.83% was observed in the COP value.

PDF

___

[1] Bozkurt A.U. 2008. Yenilenebilir Enerji Kaynaklarının Enerji Verimliliği Açısından Değerlendirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İzmir.
[2] Yamankaradeniz R., Horoz İ., Coşkun S., Kaynaklı Ö., Yamankaradeniz N. 2012. İklimlendirme Esasları ve Uygulamaları. Dora Basım ve Yayın Ltd. Şti, Bursa, 1-602.
[3] Kumar R., Singh, D.K., Chander S. 2020. An Experimental Approach to Study Thermal and Tribology Behavior of LPG Refrigerant and MO Lubricant Appended with ZnO Nanoparticles in Domestic Refrigeration Cycle. Heat and Mass Transfer, 56 (7): 2303-2311.
[4] Pil Jang S., Choi S. U. 2007. Effects of Various Parameters on Nanofluid Thermal Conductivity. Journal of Heat Transfer, 129 (5): 617-623.
[5] Çı̇ftçı̇ E. 2020. AlN/Saf Su Nanoakışkanının Isı Borusu Performans Parametreleri Üzerindeki Etkilerinin Deneysel Olarak Araştırılması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 8 (4): 858-871.
[6] Sözen A., Variyenli H.I., Özdemir M.B., Gürü M. 2017. Upgrading the Thermal Performance of Parallel and Cross-flow Concentric Tube Heat Exchangers Using MgO Nanofluid. Heat Transfer Research, 48: 419-434.
[7] Yu W., Xie H., Chen L., Li Y. 2009. Investigation of Thermal Conductivity and Viscosity of Ethylene Glycol Based ZnO Nanofluid. Thermochimica Acta, 491 (1-2): 92-96.
[8] Lee G.J., Kim C.K., Lee M.K., Rhee C.K., Kim S., Kim C. 2012. Thermal Conductivity Enhancement of ZnO Nanofluid Using a One-step Physical Method. Thermochimica Acta, 542: 24-27.
[9] Goodarzi M., Toghraie D., Reiszadeh M., Afrand M. 2019. Experimental Evaluation of Dynamic Viscosity of ZnO–MWCNTs/Engine Oil Hybrid Nanolubricant Based on Changes in Temperature and Concentration. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 136 (2): 513-525.
[10] Senthilkumar A., Sahaluddeen P.M., Noushad M.N., Musthafa E.M. 2020. Experimental Investigation of ZnO/SiO2 Hybrid Nano-lubricant in R600a Vapour Compression Refrigeration System. Materials Today: (Proceedings), Doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.10.180.
[11] Subhedar D.G., Patel J.Z., Ramani B.M. 2020. Experimental Studies on Vapour Compression Refrigeration System Using Al2O3/Mineral oil Nano-lubricant. Australian Journal of Mechanical Engineering, 1-6.
[12] Deokar P.S., Cremaschi L. 2020. Effect of Nanoparticle Additives on the Refrigerant and Lubricant Mixtures Heat Transfer Coefficient During in-tube Single-Phase Heating and Two- Phase Flow Boiling. International Journal of Refrigeration, 110: 142-152.
[13] Akkaya M., Menlik T., Sözen A., Gürü M. 2020. Experimental Investigation of Nanolubricant Usage in A Cooling System at Different Nanoparticle Concentrations. Heat Transfer Research, 51 (10): 949-965.
[14] Sun J., Meng Y., Zhang B. 2021. Tribological Behaviors and Lubrication Mechanism of Water- based MoO3 Nanofluid during Cold Rolling Process. Journal of Manufacturing Processes, 61: 518-526.
[15] Muhammad W., Ullah N., Haroon M., Abbasi B.H. 2019. Optical, Morphological and Biological Analysis of Zinc Oxide Nanoparticles (ZnO NPs) Using Papaver Somniferum L. RSC Advances, 9 (51): 29541-29548.
[16] Bin L., Daheng Y., Jiuju C., Xiaolei Y., Qinggang M. 2011. Sonochemical Preparation and Characterization of $MoO_3 and MoS_2$ Nanoparticles. In: MSIE, IEEE: 1083-1086.
[17] Embraco F.F. 2021. 8.5 HBK. https://www.cantas.com/urun/embraco-ff-85-hbk/ (Erişim Tarihi: 06.01.2021).
[18] Holman J.P. 2001. Experimental methods for engineers (7th edition). New York: McGraw-Hill.
[19] Cengel Y.A., Boles M.A. 2007. Thermodynamics: An Engineering Approach 6th Editon (SI Units). The McGraw-Hill Companies, Inc., New York.
[20] Akbarzadeh S., Farhadi M., Sedighi K., Ebrahimi M. 2014. Experimental Investigation on the Thermal Conductivity and Viscosity of ZnO Nanofluid and Development of New Correlations. Transp Phenom Nano Micro Scales, 2 (2): 149-160.
[21] Ezırmık K.V., Ürgen M. 2010. MoN-Ag Nanokompozit Kaplamaların Tribolojik Özellikleri. ITU Journal Series D: Engineering, 9 (2).
[22] Akkaya M., Menlı̇k T., Sözen A. 2021. Performance Enhancement of a Vapor Compression Cooling System: An Application of $POE/Al_2O_3$. Politeknik Dergisi, (Erken Görünüm). Doi: https://doi.org/10.2339/politeknik.679563.