{"id":4294,"date":"2019-08-02T07:30:52","date_gmt":"2019-08-02T05:30:52","guid":{"rendered":"http:\/\/www.unilab.eu\/non-categorizzato\/secondary-fluids\/"},"modified":"2019-07-24T15:39:14","modified_gmt":"2019-07-24T13:39:14","slug":"fluidi-secondari","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/articoli\/technical-articles-it\/termodinamica-ingegneria-it\/fluidi-secondari\/","title":{"rendered":"I fluidi secondari: soluzioni acquose e soluzioni anticongelanti"},"content":{"rendered":"<p>In molte applicazioni della refrigerazione, il calore \u00e8 trasferito dal refrigerante ad un fluido secondario, un qualsiasi liquido, utilizzato per trasferire calore senza cambiamento di fase. Questi liquidi sono anche conosciuti come fluidi termovettori, salamoie, anticongelanti o fluidi secondari.<\/p>\n<p>Da tempo queste soluzioni trovano applicazione sia nel condizionamento dell\u2019aria, che nella conservazione delle derrate alimentari dove sostituiscono gli impianti ad espansione diretta, consentendo un migliore controllo delle condizioni ambientali di temperatura e umidit\u00e0 relativa.<\/p>\n<p>Inoltre, il sempre pi\u00f9 crescente interesse verso i fluidi naturali, ammoniaca e idrocarburi, come fluidi frigorigeni negli impianti di refrigerazione e climatizzazione, rende il loro uso sempre pi\u00f9 frequente e talvolta necessario.<\/p>\n<p>Attraverso l\u2019uso di fluidi secondari \u00e8 possibile confinare i refrigeranti pericolosi all\u2019interno di locali, le centrali frigorifere, dotate di tutti i sistemi di sicurezza e posizionate lontano da spazi frequentati da persone. Si ottengono in questo modo due importanti vantaggi: il primo connesso all\u2019uso di fluidi naturali generalmente efficienti ed ecologici, mentre il secondo legato al migliore controllo della temperatura e umidit\u00e0 relativa nella zona da raffreddare. Tuttavia ci sono anche degli inconvenienti legati all\u2019uso dei fluidi secondari, come, ad esempio, un maggiore costo impiantistico; infatti, sebbene vengano utilizzati degli ottimi refrigeranti, l\u2019impianto presenta delle efficienze complessivamente minori, a causa della maggiore differenza di temperatura tra il fluido frigorigeno e l\u2019utilizzazione del freddo, nonch\u00e9 della potenza elettrica di pompaggio spesa per movimentare il fluido secondario.<\/p>\n<p>Identificare il miglior fluido secondario per una determinata applicazione \u00e8 un\u2019interessante sfida; per esempio, l\u2019acqua \u00e8 un eccellente fluido secondario per il condizionamento e per altre applicazioni, dove ci si accontenta di mantenere una temperatura non inferiore a circa 3 \u00b0C.<\/p>\n<p>Se si vuole trasferire il freddo prodotto dall\u2019evaporazione del fluido frigorigeno ad una temperatura inferiore agli 0 \u00b0C, si dovr\u00e0 scegliere opportunamente il fluido secondario in modo che presenti un punto di congelamento ben al di sotto della temperatura alla quale deve operare.<\/p>\n<p>Ci sono molti requisiti che un fluido secondario deve possedere; in particolare dovrebbe presentare delle buone propriet\u00e0 termofisiche, tali che gli consentano sia di trasferire una grande potenza frigorifera con piccole differenze di temperatura e piccoli volumi di flusso, sia di utilizzare piccole differenze di<br \/>\ntemperatura negli scambiatori (cio\u00e8 generare elevati coefficienti di scambio termico) e di presentare basse perdite di carico in modo da contenere la potenza di pompaggio.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_1.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-medium wp-image-4455\" src=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_1-300x198.jpg\" alt=\"unilab blog software scambio termico fluidi secondari 1\" width=\"300\" height=\"198\" srcset=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_1-300x198.jpg 300w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_1.jpg 650w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Infine, non meno importante, deve presentare una temperatura di congelamento sufficientemente inferiore\u00a0a quella a cui deve lavorare. In tabella si riportano i valori dei punti di congelamento di alcune soluzioni\u00a0acquose e di alcuni fluidi anticongelanti utilizzati nella refrigerazione commerciale e industriale.<\/p>\n<p>Durante la scelta del tipo di fluido secondario, oltre alle propriet\u00e0 termofisiche, si devono prendere in\u00a0considerazione anche altri aspetti, tra cui: la sua \u00a0corrosivit\u00e0, tossicit\u00e0, sicurezza ed economicit\u00e0.<\/p>\n<p>Purtroppo\u00a0tutti i fluidi secondari sembrano avere uno o pi\u00f9 aspetti negativi. Per i fluidi utilizzati nelle miscele acquose\u00a0ricordiamo:<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Glicole etilenico<\/strong>: tossicit\u00e0 e rischio di inquinamento ambientale<\/li>\n<li><strong>Glicole propilenico<\/strong>: elevata viscosit\u00e0 alle basse temperature e rischio di inquinamento ambientale<\/li>\n<li><strong>Alcool etilico e metilico<\/strong>: infiammabilit\u00e0, elevata volatilit\u00e0, rischio per la salute<\/li>\n<li><strong>Glicerolo<\/strong>: elevata viscosit\u00e0 alle basse temperature<\/li>\n<li><strong>Ammoniaca<\/strong>: tossicit\u00e0, infiammabilit\u00e0, elevata volatilit\u00e0, rischio per la salute<\/li>\n<li><strong>Carbonato di potassio<\/strong>: rischio danni alla vista, in caso di contatto diretto, basso limite operativo<\/li>\n<li><strong>Cloruro di calcio<\/strong>: altamente corrosivo in presenza di ossigeno, gli inibitori della corrosione\u00a0possono essere fonti di rischio<\/li>\n<li><strong>Cloruro di magnesio<\/strong>: come cloruro di calcio e basso limite operativo<\/li>\n<li><strong>Cloruro di sodio<\/strong>: come cloruro di calcio e basso limite operativo<\/li>\n<li><strong>Acetato di potassio<\/strong>: effetti a lungo termine ancora poco noti.<\/li>\n<\/ul>\n<p>I fluidi non acquosi presentano delle scarse propriet\u00e0 di trasporto e un costo elevato; in particolare, il\u00a0terpene da oli di limone \u00e8 molto corrosivo.<\/p>\n<p>\u00c8 evidente come non esista un fluido secondario ideale per ogni applicazione, ma che in ogni occasione si\u00a0debbano confrontare le diverse caratteristiche delle varie soluzioni, in modo da poter scegliere quella che\u00a0meglio si adatta. Le propriet\u00e0 che determinano le caratteristiche di trasporto dei fluidi sono: il punto di<br \/>\ncongelamento, la densit\u00e0, la viscosit\u00e0, il calore specifico e la conducibilit\u00e0 termica.<\/p>\n<p>La densit\u00e0 \u03c1 permette nella maggior parte dei casi di determinare la concentrazione di una determinata\u00a0soluzione; comunque, in alcune occasioni (soluzioni acquose di glicoli propilenici) la densit\u00e0 \u00e8 molto vicina\u00a0a quella dell\u2019acqua e quindi \u00e8 consigliabile l\u2019uso di metodi pi\u00f9 sofisticati per determinare la concentrazione<br \/>\ndella soluzione.<\/p>\n<p>La viscosit\u00e0 dinamica \u00b5 \u00e8 una propriet\u00e0 fondamentale legata alle perdite di carico del fluido secondario;\u00a0questa non deve essere troppo elevata alle temperature operative del fluido. Un elevato valore del calore\u00a0specifico \u00e8 auspicabile per garantire basse portate per un determinato flusso termico e buoni coefficienti di<br \/>\nscambio termico. La conducibilit\u00e0 termica \u03bb dovrebbe essere la pi\u00f9 alta possibile dato che contribuisce alla\u00a0determinazione dei coefficienti di scambio termico.\u00a0Un\u2019altra propriet\u00e0 molto importante \u00e8 il coefficiente di\u00a0dilatazione termica volumetrico che permette il dimensionamento del vaso di espansione necessario in\u00a0questi circuiti idraulici.<\/p>\n<p>Un primo confronto pu\u00f2 essere condotto considerando due propriet\u00e0: la densit\u00e0 \u00a0\u03c1 e il calore specifico cp,\u00a0che concorrono alla determinazione del flusso termico scambiato da una certa portata volumetrica di fluido \u1e7e, secondo:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids2.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-medium wp-image-3893 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids2-300x59.jpg\" alt=\"unilab heat transfer software blog secondary fluids acqueous solutions non acqueous liquids2\" width=\"300\" height=\"59\" srcset=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids2-300x59.jpg 300w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids2-768x150.jpg 768w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids2-1024x200.jpg 1024w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids2.jpg 2000w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Fissate una determinata portata di fluido secondario pari a 0.001 m3 s-1, che scambia calore alla\u00a0temperatura media di 0 \u00b0C e una differenza di temperatura di 5 K, per diverse salamoie e fluidi\u00a0anticongelanti, si ottengono i valori di flusso termico elencati in tabella.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids3.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-medium wp-image-3894 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids3-300x30.jpg\" alt=\"unilab heat transfer software blog secondary fluids acqueous solutions non acqueous liquids3\" width=\"300\" height=\"30\" srcset=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids3-300x30.jpg 300w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids3-768x78.jpg 768w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids3-1024x104.jpg 1024w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/05\/unilab_heat_transfer_software_blog_secondary_fluids_acqueous_solutions_non_acqueous_liquids3.jpg 2000w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>Le miscele acquose presentano delle propriet\u00e0 di trasporto migliori rispetto alle soluzioni anticongelanti\u00a0(DEB, MS2), questo significa che, a parit\u00e0 di flusso termico, una soluzione anticongelante necessita di una\u00a0portata volumetrica superiore (anche 2-3 volte) rispetto alle soluzioni acquose.<\/p>\n<p>In figura 1 si riportano due diagrammi relativi al calore specifico a pressione costante per una soluzione\u00a0acquosa di glicole propilenico e per diversi fluidi anticongelanti in funzione della temperatura. Considerando\u00a0la soluzione acquosa di glicole propilenico si nota come all\u2019aumentare della concentrazione, il calore<br \/>\nspecifico diminuisce progressivamente e con esso la capacit\u00e0 del fluido secondario di trasferire calore. Per\u00a0quanto riguarda i fluidi anticongelanti (non-acquosi), si pu\u00f2 notare come il calore specifico pi\u00f9 elevato,\u00a0esibito dal HCM, \u00e8 comunque, a parit\u00e0 di temperatura, inferiore rispetto alla miscela acquosa di glicole\u00a0propilenico meno performante (concentrazione in massa 60%).<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_4.jpg\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-medium wp-image-4456\" src=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_4-300x214.jpg\" alt=\"unilab blog software scambio termico fluidi secondari 4\" width=\"300\" height=\"214\" srcset=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_4-300x214.jpg 300w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_4-768x547.jpg 768w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/06\/unilab_blog_software_scambio_termico_fluidi_secondari_4.jpg 975w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: center;\"><em>Figura 1: calore specifico a pressione costante per una soluzione acquosa di glicole propilenico e per fluidi anticongelanti in funzione della<\/em><br \/>\n<em>temperatura. Dati da Melinder (1997).<\/em><\/p>\n<p>In Melinder (1997) sono riportate, mediante tabelle, diagrammi ed equazioni, le propriet\u00e0 dei fluidi\u00a0secondari descritti in questa breve analisi. Si vuole infine nuovamente sottolineare che la scelta del fluido\u00a0secondario per una determinata applicazione deve essere basata sul confronto critico delle differenti\u00a0caratteristiche termofisiche, sulle caratteristiche tecnologiche (compatibilit\u00e0 con i materiali), di sicurezza e\u00a0costo di ciascun fluido; ricordando sempre per\u00f2, che non esiste un fluido secondario ideale.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p><em>Bibliografia<\/em><\/p>\n<ul>\n<li><em>Melinder, 1997, Thermophysical Properties of Liquid Secondary Refrigerants, International Institute of Refrigeration, Paris, FR.<\/em><\/li>\n<\/ul>\n<p><em>Argomenti correlati<\/em><\/p>\n<ul>\n<li><em>I nanofluidi: tra ricerca e possibili applicazioni<\/em><\/li>\n<\/ul>\n<!--themify_builder_content-->\n<div id=\"themify_builder_content-4294\" data-postid=\"4294\" class=\"themify_builder_content themify_builder_content-4294 themify_builder tf_clear\">\n    <\/div>\n<!--\/themify_builder_content-->\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In molte applicazioni della refrigerazione, il calore \u00e8 trasferito dal refrigerante ad un fluido secondario, un qualsiasi liquido,..Continua a leggere<\/p>\n","protected":false},"author":11,"featured_media":12202,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","_seopress_titles_title":"","_seopress_titles_desc":"In molte applicazioni della refrigerazione, il calore \u00e8 trasferito dal refrigerante ad un fluido secondario, un qualsiasi liquido,..Continua a leggere","_seopress_robots_index":"","footnotes":""},"categories":[45],"tags":[],"class_list":["post-4294","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-termodinamica-ingegneria-it","has-post-title","has-post-date","has-post-category","has-post-tag","has-post-comment","has-post-author",""],"builder_content":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4294","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/11"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=4294"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/4294\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12202"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=4294"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=4294"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=4294"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}