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

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

Abstract

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.

Özet

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.