![\"Carbon](\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2017\/03\/Carbon_dioxide_heat_-pump_from_condenser_to_gas_cooler_1.jpg\")
<\/a><\/p>\nFigura 1: Ciclo transcritico per anidride carbonica sul piano T-h. (Fronk e Garimella, 2011)<\/em><\/p>\n Dal diagramma si nota come il processo di raffreddamento dell\u2019anidride carbonica presenta un\u2019altra caratteristica che non si pu\u00f2 trascurare durante il dimensionamento del gas-cooler: il fluido durante il processo di scambio termico si avvicina al punto critico e le sue propriet\u00e0 subiscono delle notevoli e repentine variazioni. Come evidenziato nella newsletter n. 6, se non si considerano queste variazioni si pu\u00f2 incorrere in errori grossolani e di difficile quantificazione.<\/p>\n La Figura 2 mostra come \u00e8 possibile riscaldare dell\u2019acqua per usi sanitari mediante un processo transcritico con anidride carbonica o con la condensazione di R134a. Considerando una temperatura di uscita dell\u2019acqua di 70 \u00b0C, \u00e8\u00a0possibile che il ciclo tradizionale a compressione di vapore presenti una zona critica caratterizzata da basse differenze\u00a0di temperatura (in inglese, pinch point).<\/p>\n Per garantire la temperatura desiderata, il sistema tender\u00e0 ad aumentare la\u00a0pressione di condensazione, a questo, sfortunatamente, corrisponder\u00e0 una diminuzione del calore latente disponibile\u00a0e un aumento del rapporto di compressione, fattori che avranno un effetto negativo sull\u2019efficienza del sistema.<\/p>\n Figure 2: Confronto fra il processo di gas cooling (CO2) e quello di condensazione (R134a) per la produzione di acqua calda sanitaria.<\/em><\/p>\n Il profilo di temperatura durante il raffreddamento della CO2 si accoppia in maniera ottimale con quello dell\u2019acqua in\u00a0riscaldamento, evidenziando ancora una volta le interessanti caratteristiche dei cicli transcritici per la produzione di\u00a0acqua calda sanitaria.<\/p>\n Questi scambiatori di calore a CO2, si trovano ad operare ad elevate temperature e pressioni, e con una grande\u00a0variazione di temperatura; per questi motivi, particolare attenzione dovr\u00e0 essere dedicata al loro dimensionamento.\u00a0Per massimizzare il coefficiente di effetto utile della macchina si deve dimensionare lo scambiatore in modo che sia\u00a0minimizzata la differenza di temperatura fra l\u2019anidride carbonica all\u2019uscita e il fluido secondario all\u2019ingresso.<\/p>\n Le variazioni delle propriet\u00e0 termofisiche nell\u2019intorno del punto critico non hanno solamente degli effetti sulla stima\u00a0del calore scambiato dall\u2019anidride carbonica durante lo scambio termico monofase, ma influenzano drasticamente\u00a0anche il coefficiente di scambio.<\/p>\n Come si pu\u00f2 vedere in Figura 3, ad ogni pressione superiore a quella critica, il coefficiente di scambio termico presenta\u00a0un picco in corrispondenza della temperatura pseudocritica; questo picco \u00e8 tanto maggiore quanto la pressione \u00e8\u00a0vicina a quella critica.<\/p>\n Il modello utilizzato per il calcolo del coefficiente di scambio \u00e8 quello proposto da Dang e Hihara (2004), questa\u00a0correlazione ricostruisce accuratamente il reale comportamento dell\u2019anidride carbonica durante il processo di gascooling.<\/p>\n Figure 3: Coefficiente di scambio termico durante il processo di gas-cooling al variare della pressione operativa.<\/em><\/p>\n Il processo di raffreddamento dei gas inizia a valle del compressore, si considerino per semplicit\u00e0 due pressioni 80 bar\u00a0e 100 bar che implicano delle temperature di fine compressione, rispettivamente, di circa 80-85 \u00b0C e 120-125 \u00b0C.\u00a0Seguendo il processo di raffreddamento del gas si pu\u00f2 vedere come il coefficiente di scambio termico cresca fino a\u00a0raggiungere un massimo e poi decresca: a 80 bar, il coefficiente inizialmente vale circa 2000 W m-2 K-1, poi cresce fino La variazione cos\u00ec marcata del coefficiente di scambio implica che non \u00e8 possibile dimensionare il gas-cooler\u00a0globalmente, mediante, per esempio, la teoria della differenza media logaritmica di temperatura, perch\u00e9 questo\u00a0porterebbe a delle stime errate del flusso termico scambiato nello scambiatore.<\/p>\n Un approccio pi\u00f9 dettagliato \u00e8 sicuramente consigliabile e necessario, perch\u00e9 permette di controllare l\u2019effettivo calore\u00a0scambiato in ogni settore del gas-cooler.<\/p>\n<\/a><\/p>\n<\/a><\/p>\n
\na raggiungere 13500 W m-2 K-1; a 100 bar, l\u2019incremento \u00e8 pi\u00f9 contenuto ma il coefficiente di scambio massimo \u00e8 circa 3\u00a0volte maggiore rispetto a quello presente all\u2019ingresso dello scambiatore.<\/p>\n