30 de mayo de 2020 (Noticias de Nanowerk) El consumo de energía de un frigorífico doméstico se puede reducir en un 29% al tiempo que se mejora la capacidad de refrigeración. Los investigadores reemplazaron el refrigerante R134a de uso generalizado, pero nocivo para el medio ambiente, por el R600a, de mayor eficiencia energética. Dosificaron R600a con nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT). El reemplazo directo del refrigerante en el campo por parte de técnicos capacitados es posible, dice un ingeniero de la Universidad de Johannesburgo. Esta prueba de refrigerantes dosificados con MWCNT es la primera de su tipo y se publicó recientemente en Informes energéticos ("Evaluación del rendimiento energético del nanolubricante R600a / MWCNT como reemplazo directo para R134a en el sistema de refrigerador doméstico"), una revista de acceso abierto. Los resultados pueden ayudar a que la refrigeración doméstica sea más accesible para las familias de bajos ingresos. El R134a es uno de los refrigerantes más utilizados en refrigeradores domésticos e industriales. Es seguro para muchas aplicaciones porque no es inflamable. Sin embargo, tiene un alto potencial de calentamiento global, lo que contribuye al cambio climático. También hace que los frigoríficos, congeladores y equipos de aire acondicionado consuman mucha energía eléctrica. El consumo de energía contribuye aún más al cambio climático. Mientras tanto, un refrigerante con mayor eficiencia energética puede resultar en facturas de electricidad mucho más bajas. Para los hogares vulnerables, la seguridad energética se puede mejorar como resultado. La mejora de la economía energética y la gestión del lado de la demanda también pueden beneficiar a los planificadores de las empresas eléctricas, ya que la refrigeración representa aproximadamente el 40% de la demanda energética. Los nanotubos de carbono pueden reducir el consumo de energía de los dispositivos de refrigeración, como refrigeradores, congeladores y aire acondicionado, en cantidades sustanciales. En una prueba de reemplazo de refrigerante, los investigadores de la Universidad de Johannesburgo observaron un recorte del 29% en el uso de electricidad en un refrigerador doméstico. El R134a no dañino para el medio ambiente fue reemplazado por una mezcla de R600a más eficiente en energía y aceite mineral, dosificado con nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT). (Imagen: Taiwo O. Babarinde, Universidad de Johannesburgo)

Los nanotubos de carbono mejoran la reducción de potencia

Los refrigerantes nano respetuosos con el medio ambiente se han hecho con agua y etilenglicol. Estudios anteriores mostraron un uso reducido de energía en nano-refrigeración, donde los refrigerantes fueron dosificados con nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT). Los nanotubos también redujeron la fricción y el desgaste de los compresores de vapor de los aparatos. Pero investigaciones anteriores no probaron los efectos de los MWCNT en refrigerantes de hidrocarburo como el R600a. En un estudio reciente, investigadores de la Universidad de Johannesburgo probaron el reemplazo directo del refrigerante R134a, nocivo para el medio ambiente, en un refrigerador doméstico fabricado para funcionar con 100 g de R134a. Reemplazaron el R134a con el refrigerante R600a de mayor eficiencia energética, dosificado con MWCNT.

Reduce el uso de electricidad en más de una cuarta parte

Los investigadores sacaron el refrigerante R134a y el aceite de su compresor de un refrigerador doméstico. Usaron un nuevo refrigerante, R600a, y lo dosificaron con nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT). Se utilizó aceite mineral como lubricante. La nueva mezcla se introdujo en el frigorífico y se realizaron pruebas de rendimiento. Descubrieron que el refrigerante R600a-MWCNT daba como resultado un rendimiento y una capacidad de enfriamiento mucho mejores para el refrigerador. “El refrigerador se enfrió más rápido y tuvo una temperatura de evaporación mucho más baja de -11 grados Celsius después de 150 minutos. Esto fue más bajo que los -8 grados Celsius para R134a. También superó el estándar ISO 8187, que requiere -3 grados Celsius a los 180 minutos ”, dice el Dr. Daniel Madyira. La Dra. Madyira es del Departamento de Ciencias de la Ingeniería Mecánica de la Universidad de Johannesburgo. “El uso de electricidad disminuyó en un 29% en comparación con el uso de R134a. Esta es una ganancia significativa de eficiencia energética para los usuarios de refrigeradores, especialmente para las personas de bajos ingresos ”, agrega. Para obtener estas ventajas, la elección de MWCNT es fundamental, dice. “Los MWCNT necesitan tener un tamaño de partícula a escala nanométrica, que es extremadamente pequeño. Las partículas también deben reducir la fricción y el desgaste, prevenir la corrosión y las obstrucciones y exhibir una conductividad térmica muy buena ”, dice el Dr. Madyira.

Manejo de inflamabilidad

Sin embargo, la nueva mezcla de refrigerantes presenta un riesgo potencial. A diferencia del R134a, el R600a es inflamable. Por otro lado, es más eficiente energéticamente y tiene un bajo potencial de calentamiento global. Algunos fabricantes de refrigeradores ya han adoptado la producción con R600a y estos aparatos están disponibles en el mercado. "Para hacer un reemplazo directo seguro, no se deben usar más de 150 g de R600a en un refrigerador doméstico", dice el Dr. Madyira. “Antes de la sustitución, el frigorífico utilizaba 100 g de gas R134a. Lo reemplazamos con 50 a 70 g de R600a, para mantenernos dentro de los parámetros de seguridad ". Una persona no capacitada no debe intentar este reemplazo directo, dice la Dra. Madyira. Más bien, debe hacerlo un técnico o tecnólogo en refrigeración capacitado.

Procedimiento de reemplazo

“El aceite mineral se utiliza como aceite para compresores. Esto debe mezclarse con la concentración recomendada. Se necesitan un agitador magnético y un ultrasonicador para agitar y homogeneizar los ingredientes de la mezcla. A continuación, la mezcla se puede introducir en el compresor. Después de eso, el R600a se puede cargar en el compresor del refrigerador, teniendo cuidado de no usar más de 150 g de gas ”, dice el Dr. Madyira. Un refrigerante mucho más eficiente en energía, como la mezcla R600a-MWCNT, puede ahorrar mucho dinero a los consumidores. Los hogares vulnerables en climas cálidos en los países en desarrollo pueden beneficiarse aún más. Las personas de bajos ingresos en muchos países dependen de refrigeradores y congeladores domésticos para almacenar de manera segura los suministros de alimentos a granel. Esto reduce en gran medida el riesgo de desperdiciar alimentos debido a su deterioro o intoxicación alimentaria debido a alimentos almacenados incorrectamente. Estos electrodomésticos ya no son un lujo sino una necesidad, dice la Dra. Madyira. Sin frigoríficos, las personas pueden verse obligadas a comprar alimentos a diario en pequeñas cantidades y a precios mucho más elevados. Debido a que es posible que ya no sea necesario realizar compras diarias, el tiempo de viaje y los costos de compra de alimentos también pueden ser mucho más bajos. La refrigeración también permite almacenar de forma segura suministros de alimentos más diversos, como frutas y verduras frescas. Los medicamentos que requieren enfriamiento se pueden almacenar en casa. Esto puede hacer que las dietas y la nutrición más equilibradas y una mejor salud física sean más accesibles para un hogar de bajos ingresos.

La red eléctrica todavía gobierna para la refrigeración de bajos ingresos

Desde el punto de vista de la sostenibilidad, puede parecer preferible hacer funcionar la mayoría de los frigoríficos y congeladores domésticos con energía solar. Sin embargo, los paneles solares, las baterías de respaldo y los refrigeradores de corriente continua (CC) siguen siendo demasiado costosos para la mayoría de las familias de bajos ingresos en las áreas atendidas por los servicios públicos. Los refrigeradores de corriente alterna (CA) energéticamente eficientes que funcionan con la red eléctrica pueden ser más asequibles para la mayoría. Reducir aún más el consumo de energía con el refrigerante R600a-MWCNT puede reducir los costos aún más.

Refrigeración para todos frente a la gestión del lado de la demanda

A medida que más hogares de bajos ingresos y pequeñas empresas encienden refrigeradores, congeladores y aire acondicionado alimentados por la red, la demanda de energía debe administrarse mejor. En Sudáfrica, donde se llevó a cabo el estudio, la empresa de energía operada por el estado enfrenta enormes desafíos para satisfacer la demanda de manera constante. Se han implementado apagones continuos de larga duración, conocidos como deslastre de carga, como una medida de administración de energía del lado de la demanda. Reducir más de una cuarta parte del consumo de energía de los refrigeradores, congeladores y unidades de aire acondicionado puede liberar el suministro eléctrico nacional para mejorar la seguridad energética.

Fuente: https://feeds.nanowerk.com/~/625592702/0/nanowerk/agwb~Carbon-nanotubes-can-make-home-refrigeration-more-accessible-for-lowincome-households.php