{"id":3926,"date":"2019-08-12T07:30:19","date_gmt":"2019-08-12T05:30:19","guid":{"rendered":"http:\/\/www.unilab.eu\/non-categorizzato\/carbon-dioxide-refrigerant\/"},"modified":"2019-07-24T16:01:06","modified_gmt":"2019-07-24T14:01:06","slug":"anidride-carbonica-fluido-frigorigeno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/articoli\/technical-articles-it\/termodinamica-ingegneria-it\/anidride-carbonica-fluido-frigorigeno\/","title":{"rendered":"Anidride Carbonica come fluido frigorigeno"},"content":{"rendered":"

Il 1988 \u00e8 l\u2019anno in cui la rivista TIME non celebra \u201cL\u2019Uomo dell\u2019Anno\u201d sulla sua copertina ma propone \u201cIl Pianeta dell\u2019anno\u201d: la Terra minacciata dal buco dell\u2019ozono e dall\u2019inquinamento. Un po\u2019 romanticamente si pu\u00f2 pensare che proprio in quel periodo un professore norvegese Gustav Lorentzen <\/em>abbia reinventato l\u2019utilizzo dell\u2019anidride carbonica come fluido frigorigeno. Largamente utilizzata nei tempi passati come fluido nelle macchine per la refrigerazione, specie per quelle utilizzate in applicazioni marine, la CO2, o nella sua designazione internazionale R744, \u00e8 stata completamente abbandonata nel secondo dopoguerra a causa dell\u2019avvento sul mercato dei cloro-fluoro-carburi (CFC), refrigeranti sintetici alogenati.<\/p>\n

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\u00a0Copertina della rivista TIME, 1988. www.time.com<\/a><\/em><\/p>\n

Nel 1994, la rivista scientifica \u201cInternational Journal of Refrigeration<\/em>\u201d pubblica un lavoro dello stesso prof. Lorentzen <\/em>dal titolo: \u201cRevival of carbon dioxide as a refrigerant<\/em>\u201d; si pu\u00f2 tradurre revival <\/em>come ritorno, ma anche come rinascita. Da quel momento e fino ad oggi la ricerca e l\u2019innovazione scientifica e industriale hanno portato alla realizzazione di macchine frigorifere. Queste macchine, che utilizzano come fluido operativo R744, sono applicabili in svariati campi della refrigerazione e del condizionamento dell\u2019aria, dal settore automobilistico alla refrigerazione commerciale.<\/p>\n

Dal punto di vista chimico fisico l\u2019anidride carbonica \u00e8 incolore, inodore e pi\u00f9 pesante dell\u2019aria. Presa a riferimento per confrontare l\u2019impatto diretto dei refrigeranti sul riscaldamento globale (Global Warming), la CO2 presenta un potenziale di riscaldamento globale GWP pari a 1 (GWP, acronimo di Global Warming Potential). La classificazione internazionale assegna a questo fluido la categoria di sicurezza A1, indicando cio\u00e8 che possiede una bassa tossicit\u00e0 (in concentrazioni non troppo elevate) e non \u00e8 infiammabile. Sebbene abbia una lunga vita atmosferica, l\u2019anidride carbonica non d\u00e0 origine a nessun sottoprodotto che danneggi seriamente l\u2019ambiente. Inoltre \u00e8 largamente disponibile e presenta un basso costo se si ricorre al fluido ottenuto da scarti industriali.<\/p>\n

Nella seguente figura si riporta il diagramma di stato (p, h) per l\u2019anidride carbonica: questo refrigerante presenta una bassa temperatura critica (Tc= 31.06 \u00b0C) e una pressione critica pc= 73.84 bar. Considerando un ciclo a compressione di vapore idealizzato tra +30\u00b0C \/ -20 \u00b0C, caratterizzato da cambiamenti di fase isobari e compressione isoentropica, \u00e8 possibile confrontare l\u2019anidride carbonica con due altri refrigeranti sintetici: R410A e R134a.<\/p>\n

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La pressione di condensazione alla quale si troverebbe a lavorare il condensatore operante con CO2 \u00e8 superiore ai 70 bar mentre \u00e8 inferiore ai 20 bar nel caso del R410A e agli 8 bar per R134a.<\/p>\n

In generale, i cicli frigoriferi operanti a CO2, rispetto a quelli che operano con fluidi frigorigeni tradizionali, presentano un livello di pressione molto pi\u00f9 elevato a parit\u00e0 di temperatura delle sorgenti esterne tra le quali opera la macchina. Questa caratteristica comporta che tutti i componenti, dal compressore alle tubazioni, devono essere dimensionati per poter resistere a tali pressioni che, talvolta, possono essere superiori ai 100 bar.<\/p>\n

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Diagramma di stato dell\u2019anidride carbonica. <\/em><\/span><\/p>\n

La bassa temperatura critica comporta anche bassi coefficienti di effetto utile (COP) come si pu\u00f2 vedere dai dati riportati in tabella. Inoltre, la temperatura estiva dei paesi a clima temperato \u00e8 molto prossima, se non addirittura superiore, alla temperatura critica della CO2; \u00e8 quindi impossibile rigettare il calore all\u2019ambiente esterno attraverso la condensazione del fluido, si dovr\u00e0 piuttosto effettuare il raffreddamento progressivo dell\u2019anidride carbonica in fase gassosa ad una pressione superiore a quella critica.<\/p>\n

Il condensatore sar\u00e0 dunque sostituito da un refrigeratore di gas denso detto refrigeratore di alta pressione, o nella denominazione anglosassone gas-cooler<\/em>; la trasformazione conseguente \u00e8 la 2-3 o 2\u2019-3\u2019 della successiva figura.<\/p>\n

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\nIl ciclo frigorifero riportato in figura 2 \u00e8 di particolare interesse applicativo perch\u00e9 viene normalmente impiegato nelle pompe di calore per la produzione di acqua calda sanitaria. Il processo di raffreddamento del gas in condizioni transcritiche impone particolare attenzione al dimensionamento dello scambiatore di calore (gas-cooler), perch\u00e9 nella zona vicina alle condizioni critiche le propriet\u00e0 termofisiche dell\u2019anidride carbonica variano notevolmente e in maniera repentina.<\/p>\n

Considerando i dati elencati in tabella si pu\u00f2 sottolineare come l\u2019elevato effetto frigorifero permetta di ottenere dimensioni ridotte per i componenti che costituiscono l\u2019impianto rispetto ad analoghe macchine operanti con fluidi tradizionali. La bassa portata volumetrica legata all\u2019elevata densit\u00e0 del vapore in aspirazione e al notevole calore latente di vaporizzazione consente di dimensionare tubazioni con sezioni minori rispetto ai refrigeranti sintetici.<\/p>\n

In conclusione, le possibilit\u00e0 di applicazione dell\u2019anidride carbonica dipendono essenzialmente dallo sviluppo tecnologico di sistemi in grado di utilizzarla con consumi di energia bassi, specie nel caso di funzionamento transcritico. Sebbene CO2 <\/span>presenti un effetto serra diretto nullo, la bassa efficienza pu\u00f2 aumentare a tal punto l\u2019effetto serra indiretto legato ai consumi, da farle perdere tutto il vantaggio del fluido naturale.<\/p>\n

Bibliografia<\/strong><\/em><\/p>\n