KURUTMA UYGULAMALARINDA ÖTEKTİK YEŞİL FAZ DEĞİŞTİREN MALZEMELERİN TERMAL PERFORMANS ANALİZİ

Abstract

Güneş enerjisinin kesintili yapısı, termal enerji depolama sistemlerinin geliştirilmesini gerekli kılmaktadır. Bu çalışmada, 1-tetradekanol ve oksalik asitten çevre dostu, yeşil ötektik yağ asidi esteri bazlı bir faz değişim malzemesi (FDM) olan ditetradesil oksalat (DTO) sentezlenmiş ve termofiziksel özellikleri nanopartikül katkılarıyla iyileştirilmiştir. Tek katkılı nanokompozitler hekzagonal bor nitrür (hBN) ve grafen (GNP) kullanılarak ağırlıkça %0,5, %1 ve %1,5 oranlarında; hibrit nanokompozitler ise toplam %1 nanopartikül içerecek şekilde hBN/Si3N4 (DBS) ve GNP/Si3N4 (DGS) bileşimlerinde hazırlanmıştır. Numuneler yapısal ve termal analizlerle karakterize edilmiş, seçilen nanokompozitler çift geçişli havalı güneş kolektörüne entegre edilerek kurutma uygulamalarında deneysel olarak incelenmiştir. Ayrıca FDM entegreli kolektörün akış ve ısı transferi karakteristikleri OpenFOAM kullanılarak üç boyutlu sayısal analizle değerlendirilmiştir. Tek katkılı sistemlerde en yüksek termal iletkenlik, ağırlıkça %1,5 GNP içeren DG1.5 numunesinde 0,253 W/mK olarak belirlenmiş ve saf DTO’ya göre yaklaşık 7,2 kat artış sağlanmıştır. Enerji depolama kapasitesi, termal kararlılık ve homojen dağılım birlikte değerlendirildiğinde, hBN ve GNP için optimum katkı oranı %1 olarak belirlenmiştir. Hibrit sistemlerde DGS en yüksek performansı göstermiş ve termal iletkenlik 0,37 W/mK’ye ulaşarak saf DTO’ya göre %957,1 artmıştır. Kurutma deneylerinde nanopartikül katkılı FDM’lerin kurutma havası sıcaklığının sürekliliğine ve sistem performansının iyileştirilmesine katkı sağladığı belirlenmiştir. Tek katkılı grupta en iyi sonuç, %1 GNP katkılı DTO içeren ve 6 m/s hava hızında çalıştırılan DG-6’da elde edilmiş; faydalı ısı kazancı 462,6 W ve ortalama termal verim %83,52 olarak belirlenmiştir. Hibrit grupta ise DGS-6’da faydalı ısı kazancı 332,5 W ve termal verim %82 olarak elde edilmiştir. Her iki grupta en düşük nem içeriği ve su aktivitesi değerleri GNP içeren sistemlerde belirlenmiş, genel olarak 6 m/s hava hızı enerji kazanımı, termal verim ve kurutma performansı açısından en uygun çalışma koşulu olmuştur. Sayısal modelin deneysel doğrulamasında absorber plaka yüzey sıcaklığı için belirleme katsayısı (R2 ) 0,973 ve kök ortalama kare hata (RMSE) 0,147 K, kolektör çıkış sıcaklığı için ise R2=0,897 ve RMSE=0,904 K olarak elde edilmiştir. Sonuçlar, DTO bazlı yeşil ötektik FDM’lerin nanopartikül katkılarıyla geliştirilebildiğini ve bu iyileşmenin sistem performansına yansıdığını göstermiştir. Geliştirilen nanokompozitlerin düşük ve orta sıcaklıklı termal enerji depolama uygulamaları için yüksek potansiyel taşıdığı belirlenmiştir.