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Revisione sistematica sulle correlazioni di scambio termico e perdite di carico dei refrigeranti naturali
Parte I: coefficiente di scambio termico
Alberta Carella - La Sapienza - Università di Roma
Annunziata D?Orazio, La Sapienza - Università di Roma
Le problematiche ambientali hanno portato a un crescente interesse per l'uso dei refrigeranti naturali nei sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria, con un'attenzione crescente da parte di produttori e utenti finali e della comunità scientifica.
Lo studio del trasferimento di calore e delle perdite di carico è fondamentale per una progettazione accurata e per cicli termodinamici più efficienti con refrigeranti naturali.
L'obiettivo del lavoro è fornire una panoramica dei risultati più recenti sulle correlazioni del coefficiente di scambio termico (HTC, Heat Transfer Coefficient), e delle perdite di carico (Pressure Drop, PD) per ammoniaca, propano, isobutano e propilene, nonché esaminare lo stato dell'arte attuale in relazione alle condizioni operative. I dati disponibili sono stati raccolti attraverso una revisione sistematica, con l'utilizzo della banca dati Scopus.
Un totale di 135 pubblicazioni ha soddisfatto i criteri di inclusione della revisione; di queste, 34 articoli riportano studi sperimentali relativi a condizioni geometriche particolari. Dei 101 articoli selezionati relativi a condizioni geometriche comuni, 50 trattano esclusivamente l'HTC, 16 si concentrano solo sulle PD e i restanti 35 analizzano entrambi i fenomeni. Tra gli 85 articoli dedicati all'HTC, 53 trattano della condizione di evaporazione, 30 della condensazione e 2 entrambe le condizioni.
La maggior parte degli articoli selezionati riguarda propano e isobutano. Le alte temperature sono meno ampiamente studiate. Questa prima parte descrive i risultati relativi ai lavori che trattano solo le correlazioni del coefficiente di trasferimento di calore.
La refrigerazione e il condizionamento dell'aria svolgono un ruolo fondamentale nella società moderna, garantendo tra l'altro comfort termico e sicurezza alimentare.
Tuttavia, l'ampio utilizzo di refrigeranti sintetici, in particolare dei gas fluorurati (F-gas), ha sollevato gravi preoccupazioni ambientali, poiché essi contribuiscono in modo significativo all'effetto serra e ai cambiamenti climatici. Per affrontare queste problematiche, le normative internazionali hanno imposto restrizioni sull'uso degli F-gas, spingendo l'industria verso soluzioni
più sostenibili.
In questo contesto, i refrigeranti naturali hanno acquisito crescente attenzione come alternative ecocompatibili e a basso impatto ambientale [1 nel PDF].
Questi refrigeranti, come l'ammoniaca (R717), gli idrocarburi e l'anidride carbonica (R744), sono stati studiati come sostituti di CFC, HCFC e HFC nei sistemi di refrigerazione, condizionamento dell'aria e pompe di calore.
Presentano un potenziale di riduzione dell'ozono ODP nullo e, nella maggior parte dei casi, un potenziale di riscaldamento globale GWP quasi nullo rispetto a CFC e HCFC.
Tuttavia, l'uso dei refrigeranti naturali presenta delle complessità, principalmente a causa della necessità di adattare i sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria alle loro caratteristiche.
In questo contesto, lo studio sperimentale del trasferimento di calore, delle perdite di pressione e delle relative correlazioni assume un ruolo cruciale nell'ottimizzazione dell'efficienza energetica dei sistemi e nel garantire prestazioni affidabili.
Inoltre, l'analisi dei regimi di flusso consente di comprendere meglio il comportamento dei refrigeranti naturali in diverse condizioni operative, contribuendo a una progettazione più accurata. Il lavoro riguarda una revisione sistematica delle correlazioni disponibili riguardanti il trasferimento di calore (HTC) e le perdite di pressione (PD) dei refrigeranti naturali, in particolare ammoniaca (R717) e idrocarburi (R290, R600a, R1270).
Per ciascun refrigerante vengono analizzate le geometrie e le condizioni operative più comuni.
È intenzione delle autrici che esso sia un valido supporto per la ricerca e di aiuto alla progettazione, con particolare riferimento alle pompe di calore.
Questa prima parte descrive i risultati relativi ai lavori che trattano solo le correlazioni del coefficiente di trasferimento di calore.
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Un totale di 135 pubblicazioni ha soddisfatto i criteri di inclusione della revisione; di queste, 34 articoli riportano studi sperimentali relativi a condizioni geometriche particolari. Dei 101 articoli selezionati relativi a condizioni geometriche comuni, 50 trattano esclusivamente l'HTC, 16 si concentrano solo sulle PD e i restanti 35 analizzano entrambi i fenomeni. Tra gli 85 articoli dedicati all'HTC, 53 trattano della condizione di evaporazione, 30 della condensazione e 2 entrambe le condizioni.
La maggior parte degli articoli selezionati riguarda propano e isobutano. Le alte temperature sono meno ampiamente studiate. Questa prima parte descrive i risultati relativi ai lavori che trattano solo le correlazioni del coefficiente di trasferimento di calore.
La refrigerazione e il condizionamento dell'aria svolgono un ruolo fondamentale nella società moderna, garantendo tra l'altro comfort termico e sicurezza alimentare.
Tuttavia, l'ampio utilizzo di refrigeranti sintetici, in particolare dei gas fluorurati (F-gas), ha sollevato gravi preoccupazioni ambientali, poiché essi contribuiscono in modo significativo all'effetto serra e ai cambiamenti climatici. Per affrontare queste problematiche, le normative internazionali hanno imposto restrizioni sull'uso degli F-gas, spingendo l'industria verso soluzioni
più sostenibili.
In questo contesto, i refrigeranti naturali hanno acquisito crescente attenzione come alternative ecocompatibili e a basso impatto ambientale [1 nel PDF].
Questi refrigeranti, come l'ammoniaca (R717), gli idrocarburi e l'anidride carbonica (R744), sono stati studiati come sostituti di CFC, HCFC e HFC nei sistemi di refrigerazione, condizionamento dell'aria e pompe di calore.
Presentano un potenziale di riduzione dell'ozono ODP nullo e, nella maggior parte dei casi, un potenziale di riscaldamento globale GWP quasi nullo rispetto a CFC e HCFC.
Tuttavia, l'uso dei refrigeranti naturali presenta delle complessità, principalmente a causa della necessità di adattare i sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria alle loro caratteristiche.
In questo contesto, lo studio sperimentale del trasferimento di calore, delle perdite di pressione e delle relative correlazioni assume un ruolo cruciale nell'ottimizzazione dell'efficienza energetica dei sistemi e nel garantire prestazioni affidabili.
Inoltre, l'analisi dei regimi di flusso consente di comprendere meglio il comportamento dei refrigeranti naturali in diverse condizioni operative, contribuendo a una progettazione più accurata. Il lavoro riguarda una revisione sistematica delle correlazioni disponibili riguardanti il trasferimento di calore (HTC) e le perdite di pressione (PD) dei refrigeranti naturali, in particolare ammoniaca (R717) e idrocarburi (R290, R600a, R1270).
Per ciascun refrigerante vengono analizzate le geometrie e le condizioni operative più comuni.
È intenzione delle autrici che esso sia un valido supporto per la ricerca e di aiuto alla progettazione, con particolare riferimento alle pompe di calore.
Questa prima parte descrive i risultati relativi ai lavori che trattano solo le correlazioni del coefficiente di trasferimento di calore.
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Fonte: La Termotecnica dicembre 2024
Mercati: Aria e Gas
