Nuove frontiere: nanofluidi come refrigeranti per il futuro?

L’emergere delle nanotecnologie apre nuove strade in diverse frontiere della ricerca.

I nanorefrigeranti sono refrigeranti basati su nanotecnologie, termine con cui si indica una miscela stabile di nanoparticelle (massimo 10 nanometri di diametro) di metallo, ossido, carbonio e suoi allotropi e refrigeranti. Lo sviluppo di nanorefrigeranti offre una nuova frontiera della ricerca nella prospettiva del trasferimento di calore.

Gli studi sui nanorefrigeranti sono ancora nella loro fase iniziale. Nella rivista “International Journal of Refrigeration” è stato recentemente pubblicato un articolo che porta la firma di tre ricercatori indiani – S. Sanukrishna dell’Università di Kerala e M. Murukan e M.J. Prakash  del TKM College di Kerala – che fornisce una panoramica completa degli studi sperimentali attuali sulle proprietà termofisiche e reologiche di vari nanorefrigeranti. In esso si esaminano anche le valutazioni dell’impatto dei nanorefrigeranti sulle prestazioni termodinamiche e meccaniche dei sistemi di refrigerazione, condizionamento dell’aria e pompe di calore.

L’obiettivo di questo lavoro di ricerca è di fornire una panoramica completa degli studi sperimentali condotti fino ad ora di diversi nanorefrigeranti e applicazione di nanorefrigeranti nei sistemi HVAC. Sono state anche suggerite varie prospettive di portata futura associate agli studi sui nanorefrigeranti. È stato riconosciuto che l’aggiunta di nanoparticelle nei refrigeranti contribuisce notevolmente ad aumentare le caratteristiche di trasferimento termico dei refrigeranti. Inoltre, l’applicazione di nanorefrigeranti nei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria migliora le prestazioni complessive in termini di coefficienti di prestazione (COP) ed efficienza energetica.

Le principali conclusioni a cui arriva l’articolo sono:

  • la presenza di nanoparticelle ha un impatto significativo sulle proprietà termofisiche dei refrigeranti;
  • la maggiore conduttività termica dei nanorefrigeranti è parzialmente responsabile delle migliori caratteristiche di trasferimento di calore in ebollizione;
  • la velocità di trasferimento del calore aumenta con l’aumento della concentrazione di nanoparticelle e la riduzione della dimensione delle nanoparticelle;
  • il trasferimento di calore in nanorefrigeranti è la qualità del vapore, il flusso di calore, il flusso di massa e la concentrazione di particelle;
  • il tipo di tensioattivo e la presenza di olio lubrificante inibisce l’aggregazione caratteristiche delle nanoparticelle refrigeranti, pertanto diminuiscono i problemi relativi alla loro agglomerazione nell’utilizzo a lungo termine;
  • le caratteristiche di migrazione e degradazione delle nanoparticelle hanno un’influenza decisiva sulle prestazioni di trasferimento di calore dei nanorefrigeranti;
  • nanoparticelle di ossido di metallo (Al2O3, TiO2, e CuO) e allotropi di nanotubi di carbonio (CNT) possono essere considerati come promettenti nano-additivi per migliorare le prestazioni termiche di refrigeranti / lubrificanti;
  • le prestazioni complessive dei sistemi HVAC sono migliorate dall’uso di nanorefrigeranti.

Tuttavia, gli autori pensano che siano necessari studi di dinamica molecolare più sperimentali e quantistici per avere una comprensione dei meccanismi coinvolti e per il miglioramento del trasporto termico. Sono quindi ancora necessari modellazioni approfondite per prevedere con più precisione le proprietà termofisiche dei nanorefrigeranti.

Infine, poiché gli studi condotti fino ad ora sono basati su HCFC e HFC, agenti ozono-lesivi e/o climalteranti, gli autori ritengono che siano necessari  studi con refrigeranti senza questi potenziali negativi.

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