Influence de la longueur du tube capillaire sur les performances du réfrigérateur domestique avec eco

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 14460 (2022) Citer cet article

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Le système de chauffage et de refroidissement domestique utilise souvent le dispositif capillaire. L'utilisation du capillaire hélicoïdal élimine le besoin de dispositifs de réfrigération légers dans le système. La pression capillaire est sensiblement affectée par les paramètres géométriques capillaires, tels que la longueur, le diamètre moyen et le pas. Cet article s'intéresse aux effets de la longueur du capillaire sur les performances du système. Trois tubes capillaires de longueurs distinctes ont été utilisés dans l'expérience. Les données sur le R152a ont été étudiées dans diverses conditions pour évaluer l'impact de la variation de la longueur. Le COP maximum est obtenu à une température d'évaporateur de − 12 °C et une longueur de capillaire de 3,65 m. Le résultat est que les performances du système s'améliorent lorsque la longueur du capillaire atteint 3,65 m par rapport à 3,35 m et 3,96 m. En conséquence, à mesure que la longueur du capillaire augmente jusqu'à une valeur spécifique, les performances du système s'améliorent. Les résultats de l’expérience ont été comparés à ceux de l’analyse de la dynamique des fluides computationnelle (CFD).

Un réfrigérateur est un appareil de refroidissement comprenant un compartiment isolé thermiquement, et un système de réfrigération est un système qui produit un effet de refroidissement dans le compartiment isolé. Comme la réfrigération est définie comme un processus d'élimination de la chaleur d'un espace ou d'une substance et de transfert de cette chaleur à un autre l'espace ou la substance. De nos jours, les réfrigérateurs sont largement utilisés pour conserver des aliments qui se détériorent à température ambiante ; la détérioration due à la croissance bactérienne et à d’autres processus est beaucoup plus lente dans le réfrigérateur à basse température. Le réfrigérant est le fluide de travail utilisé comme absorbeur de chaleur ou agent de refroidissement dans le processus de réfrigération. Le réfrigérant collecte la chaleur en s'évaporant à basse température et pression, puis se condense à des températures et pressions plus élevées pour la libérer. La région semble se refroidir à mesure que la chaleur est évacuée de la chambre réfrigérée. Le processus de réfrigération se déroule dans un système comprenant un compresseur, un condenseur, un capillaire et un évaporateur. Le réfrigérateur est l'installation frigorifique utilisée dans cette étude. Les réfrigérateurs sont largement utilisés dans le monde entier et cet équipement est devenu un besoin domestique. Les performances d’un réfrigérateur moderne sont assez efficaces, mais des recherches visant à améliorer le système sont toujours en cours. L’un des principaux inconvénients du R134a est qu’il est connu pour être non toxique mais qu’il présente un potentiel de réchauffement global (PRG) très élevé. Le R134a, utilisé dans les réfrigérateurs domestiques, a été intégré au Protocole de Kyoto de la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques1,2. En conséquence, l’utilisation du R134a doit toutefois être considérablement réduite3. Face aux problèmes écologiques, fiscaux et sanitaires, il est important de trouver des réfrigérants à faible réchauffement climatique4. De nombreuses recherches ont prouvé que le R152a est un réfrigérant écologiquement durable. Mohanraj et al.5 ont étudié la faisabilité théorique de l'utilisation de réfrigérants R152a et hydrocarbures dans les réfrigérateurs domestiques. Les hydrocarbures se sont révélés inefficaces en tant que réfrigérants autonomes. Le R152a est plus économe en énergie et plus respectueux de l’environnement que les réfrigérants progressivement éliminés. Bolaji et al.6. Dans un réfrigérateur à compression de vapeur, les performances de trois réfrigérants HFC écologiques ont été comparées. Ils sont arrivés à la conclusion que le R152a peut être utilisé dans les systèmes à compression de vapeur et peut remplacer le R134a. Le R32 présente des inconvénients tels qu'une pression élevée et un faible coefficient de performance (COP). Bolaji et al.7 ont testé le R152a et le R32 en remplacement du R134a dans un réfrigérateur résidentiel. Selon la recherche, le R152a a un COP moyen 4,7 pour cent plus élevé que le R134a. Le R152a et le R134a ont été testés dans une installation de réfrigération avec un compresseur hermétique par Cabello et al. 8. Le R152a a été testé dans un système de réfrigération par Bolaji et al.9. Ils ont conclu que le R152a était le plus économe en énergie, avec une puissance frigorifique par tonne inférieure de 10,6 % à celle du précédent R134a. Une capacité de réfrigération volumétrique et un COP plus élevés ont été démontrés dans le R152a. Chavhan et al.10 ont analysé les performances du R134a et du R152a. Lors de la recherche sur deux réfrigérants étudiés, le R152a s'est révélé être le plus économe en énergie. Le R152a a un COP de 3,769 pour cent supérieur à celui du R134a et peut être utilisé comme substitut instantané. Bolaji et al.11 ont étudié divers réfrigérants à faible PRG comme alternatives au R134a dans les systèmes de réfrigération, car ils ont un faible potentiel de réchauffement climatique. La performance énergétique la plus élevée des réfrigérants évalués était le R152a, qui consommait 30,5 % d'électricité en moins par tonne de réfrigération que le R134a. Le R161 devra être complètement repensé avant de pouvoir être utilisé en remplacement, selon les auteurs. De nombreux chercheurs ont mené divers travaux expérimentaux sur le réfrigérateur domestique pour améliorer les performances du système avec des réfrigérants à faible PRG et un mélange avec le R134a comme prochaine alternative de remplacement dans le système de réfrigération12,13,14,15,16,17,18,19,20. ,21,22,23. Baskaran et al.24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35 ont examiné les performances de plusieurs réfrigérants et combinaisons écologiques avec le R134a comme alternative potentielle de remplacement dans divers tests sur un système de réfrigération à compression de vapeur. Tiwari et al.36 ont utilisé des analyses expérimentales et CFD pour comparer les performances de tubes capillaires avec différents réfrigérants et diamètres de tubes. L'analyse est réalisée à l'aide du logiciel ANSYS CFX. La meilleure conception en spirale hélicoïdale est recommandée. Punia et al.16 ont étudié l'effet de la longueur, du diamètre et du diamètre du serpentin du tube capillaire sur le débit massique du réfrigérant GPL à travers les tubes du serpentin hélicoïdal. Selon les résultats, l'ajustement de la longueur du capillaire entre 4,5 et 2,5 m a augmenté le débit massique de 25 % en moyenne. Söylemez et al.16 ont utilisé trois modèles de turbulence (visqueux) différents pour effectuer une analyse CFD pour un compartiment d'aliments frais d'un réfrigérateur domestique (DR) afin d'avoir un aperçu non seulement du temps de refroidissement du compartiment d'aliments frais, mais également de l'air et répartition de la température à l'intérieur du compartiment lors de son chargement. Les prédictions du modèle CFD développé illustrent de manière frappante les champs de flux d'air et de température à l'intérieur du FFC.