O consumo de energia de um refrigerador doméstico pode ser reduzido em 29%, melhorando a capacidade de resfriamento. Os pesquisadores substituíram o refrigerante R134a, amplamente utilizado, mas não prejudicial ao meio ambiente, pelo R600a, mais eficiente em termos de energia, dosado com nanopartículas de nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNT). Esta substituição de refrigerante drop-in pode ser implantada no campo por técnicos treinados, diz um engenheiro da Universidade de Joanesburgo.

Este teste de refrigerantes dosados ​​com nanopartículas é o primeiro de seu tipo, e os resultados são publicados em Relatórios de energia , um jornal de acesso aberto. O estudo pode ajudar a tornar a refrigeração doméstica mais acessível para famílias de baixa renda.

R134a é um dos refrigerantes mais usados ​​em refrigeradores domésticos e industriais. É seguro para muitas aplicações porque não é inflamável. Contudo, tem alto potencial de aquecimento global, contribuindo para a mudança climática. Também causa geladeiras, freezers e aparelhos de ar condicionado para consumir muita energia elétrica. O consumo de energia contribui ainda mais para as mudanças climáticas.

Enquanto isso, um refrigerante com maior eficiência energética pode resultar em contas de eletricidade muito mais baixas. Para famílias vulneráveis, como resultado, a segurança energética pode ser melhorada. A economia de energia aprimorada e o gerenciamento do lado da demanda também podem beneficiar os planejadores das concessionárias de energia, já que o resfriamento é responsável por cerca de 40% da demanda de energia.

Nanopartículas aumentam a redução de energia

Refrigerantes nano ecologicamente corretos foram feitos com água e etilenoglicol. Estudos anteriores mostraram uso reduzido de energia em nano-refrigeração, dosando refrigerantes existentes com nanopartículas MWCNT. O processo também resultou na redução do atrito e do desgaste dos compressores de vapor dos eletrodomésticos. Mas pesquisas anteriores não testaram os efeitos dos MWCNTs em refrigerantes de hidrocarbonetos como o R600a.

Em seu novo estudo, pesquisadores da Universidade de Joanesburgo testaram a substituição imediata do refrigerante R134a, prejudicial ao meio ambiente, em uma geladeira doméstica fabricada para funcionar com 100g de R134a.

Os pesquisadores removeram o refrigerante R134a e seu óleo de compressor de uma geladeira doméstica. Eles usaram R600a dosado com MWCNTs com óleo mineral como lubrificante. A nova mistura foi alimentada na geladeira e testes de desempenho foram realizados. Eles descobriram que o refrigerante R600a-MWCNT resultou em um desempenho e capacidade de resfriamento muito melhores para o refrigerador.

"O refrigerador esfriou mais rápido e teve uma temperatura de evaporação muito mais baixa de -11 graus Celsius após 150 minutos. Isso foi inferior a -8 graus Celsius para R134a. Também excedeu o padrão ISO 8187, que requer -3 graus Celsius a 180 minutos, "diz o Dr. Daniel Madyira.

Dra. Madyira é do Departamento de Ciências da Engenharia Mecânica da Universidade de Joanesburgo.

"O uso de eletricidade diminuiu 29% em comparação com o uso de R134a. Este é um ganho significativo de eficiência energética para usuários de refrigeradores, especialmente para pessoas de baixa renda, " ele adiciona.

Para obter essas vantagens, a escolha de nanopartículas MWCNT é crítica, ele diz. "Os MWCNTs precisam ter um tamanho de partícula em escala nanométrica, que é extremamente pequeno. As partículas também precisam reduzir o atrito e o desgaste, evitar corrosão e entupimento, e exibem condutividade térmica muito boa, "diz a Dra. Madyira.

Gerenciando a inflamabilidade

A nova mistura de refrigerante apresenta um risco potencial, Contudo. Ao contrário de R134a, R600a é inflamável. Por outro lado, é mais eficiente em termos de energia, e tem um baixo potencial de aquecimento global. Alguns fabricantes de refrigeradores já adotaram a produção com o R600a e esses aparelhos estão disponíveis no mercado.

"Para fazer uma substituição segura, não mais que 150g de R600a devem ser usados ​​em uma geladeira doméstica, "diz a Dra. Madyira." Antes da substituição, a geladeira usava 100g de gás R134a. Substituímos isso por 50g a 70g de R600a, para permanecer dentro dos parâmetros de segurança. "

Pessoal não treinado não deve tentar esta substituição instantânea, diz a Dra. Madyira. Em vez, um técnico ou tecnólogo de refrigeração treinado deve fazê-lo.

"O óleo mineral é usado como óleo do compressor. Deve ser misturado com a concentração recomendada. Um agitador magnético e um ultrassom são necessários para agitar e homogeneizar os ingredientes da mistura. A mistura pode então ser introduzida no compressor. Depois disso, R600a pode ser carregado no compressor da geladeira, tomando cuidado para não usar mais de 150g do gás, "diz a Dra. Madyira.

Um refrigerante com muito mais eficiência energética, como a mistura R600a-MWCNT, pode economizar muito dinheiro para os consumidores. As famílias vulneráveis ​​em climas quentes nos países em desenvolvimento podem se beneficiar ainda mais. Pessoas de baixa renda em muitos países dependem de geladeiras e freezers domésticos para armazenar alimentos a granel com segurança. Isso reduz muito o desperdício de alimentos devido à deterioração ou intoxicação alimentar devido a alimentos armazenados incorretamente. Esses aparelhos não são mais um luxo, mas uma necessidade, diz a Dra. Madyira. Sem geladeiras, as pessoas podem ser forçadas a comprar alimentos diariamente em pequenas quantidades e a preços muito mais altos. Porque a compra diária pode não ser mais necessária, o tempo de viagem e os custos para comprar comida podem ser muito mais baixos, também.

A refrigeração também torna possível armazenar com segurança suprimentos de alimentos mais diversos, como frutas e vegetais frescos. Os medicamentos que precisam de resfriamento podem ser armazenados em casa. Isso pode fazer dietas e nutrição mais balanceadas, e melhor saúde física, mais acessível para uma família de baixa renda.

Rede elétrica ainda governa para refrigeração de baixa renda

Do ponto de vista da sustentabilidade, pode ser preferível operar a maioria das geladeiras e freezers domésticos com energia solar. No entanto, os painéis solares, Baterias de reserva e geladeiras de corrente contínua (CC) ainda são muito caras para a maioria das famílias de baixa renda em áreas atendidas por concessionárias de energia. Os refrigeradores de corrente alternada (CA) com baixo consumo de energia que funcionam com energia da rede são mais acessíveis para a maioria das pessoas. Cortar ainda mais o consumo de energia com o refrigerante R600a-MWCNT pode reduzir ainda mais os custos.

À medida que mais famílias de baixa renda e pequenas empresas ligam geladeiras alimentadas por rede, freezers e ar-condicionado, a demanda de energia precisa de melhor gerenciamento. Na África do Sul, onde o estudo foi realizado, a concessionária de energia operada pelo estado enfrenta enormes desafios para atender a demanda de forma consistente. Blecautes de longa duração, conhecido como redução de carga, foram implementados como uma medida de gerenciamento de energia do lado da demanda. Reduzindo mais de um quarto do consumo de energia das geladeiras, freezers e unidades de ar condicionado podem liberar o fornecimento de energia nacional para melhorar a segurança energética.