Experimental study of thermal conductivity of new mixtures for absorption cycles and the effect of the nanoparticles addition

Abstract

Este estudio investiga la conductividad térmica de fluidos de trabajo para ciclos de refrigeración por absorción activados por energía solar o calor residual. Una mezcla prometedora es el NH3+LiNO3. Sin embargo, el conocimiento de las propiedades termofísicastales como la conductividad térmica,son necesarias para un diseño adecuado de estos sistemas. Por lo tanto, en este trabajo se ha medido la conductividad térmica de esta mezcla con una fracción másica de amoníaco ente el 0.3-0.6 y temperaturas de entre 303.15 y 353.15 K. Los resultados obtenidos muestran valores bajos de conductividad térmica, y se sabe que la baja conductividad es una de las limitaciones principales en el desarrollo de los fluidos de transferencia de calor. Para superar esta limitación, se propuso la adición de agua o nanotubos de carbono a la mezcla binaria (NH3+LiNO3). Se ha visto que la adición de un tercer componente indica una mejora en la conductividad térmica en ambos casos. Las medidas de conductividad térmica se llevaron a cabo mediante el método transitorio de hilo caliente y dos equipos experimentales diferentes fueron diseñados y construidos en este trabajo. La incertidumbre en las mediciones se estima en menos del0.025 W•m-1•K-1. Por último, los datos experimentales se correlacionaron con un modelo matemático basado en el “local composition concept” y teniendo en cuenta el efecto de los electrolitos.

This study investigates the thermal conductivity of working fluids for absorption refrigeration cycles activated by solar energy or waste heat. A promising mixture is NH3+LiNO3. However, accurate thermophysical properties such as thermal conductivity are needed for adequate design, analysis and evaluation of such systems. Therefore, this property has been measured with ammonia mass fraction range from 0.3 to 0.6 and temperatures between 303.15 and 353.15 K. Results show low values in thermal conductivity, and it is known that low thermal conductivity is a primary limitation in the development of energy-efficient heat transfer fluids that are required in these systems. To overcome this limitation, the addition of water or carbon nanotubes to the binary mixture (NH3+LiNO3)was proposed. It has been seen that the addition of a third component indicates an enhancement in the effective thermal conductivity in both cases. Thermal conductivity measurements were carried on with the transient hot wire technique and two different devices were designed and built in this work. Uncertainty in the measurements was estimated to be less than 0.025 W•m-1•K-1. Finally, the experimental data was fitted with a comprehensive model based on the local composition concept and the effect of electrolytes.