{"id":4395,"date":"2019-08-09T07:30:55","date_gmt":"2019-08-09T05:30:55","guid":{"rendered":"http:\/\/www.unilab.eu\/?p=4395\/"},"modified":"2019-07-24T15:56:27","modified_gmt":"2019-07-24T13:56:27","slug":"idrocarburi","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/articoli\/technical-articles-it\/termodinamica-ingegneria-it\/idrocarburi\/","title":{"rendered":"GLI IDROCARBURI (HC) – Dalla refrigerazione domestica a quella commerciale: un mercato in pieno sviluppo"},"content":{"rendered":"

Solo per dare un’idea, nel mondo pi\u00f9 di 600 milioni di frigoriferi domestici operano utilizzando idrocarburi –\u00a0circa il 36% del mercato globale dei nuovi frigoriferi e freezers – con una stima di crescita fino al 75%\u00a0entro il 2020. (TEAP2010)\u00a0Il refrigerante R600a (isobutano) \u00e8 largamente utilizzato nei frigoriferi e nei freezers in Europa, Giappone,\u00a0Cina, cos\u00ec come in Sud America, Canada e Messico e potr\u00e0 essere impiegato anche negli Stati Uniti, ora che\u00a0ne \u00e8 stato regolamentato l’utilizzo.<\/p>\n

Un altro mercato in crescita per gli idrocarburi \u00e8 rappresentato dai condizionatori portatili a propano\u00a0(R290) che sono presenti nel panorama Europeo fin dal 1985. In questi sistemi la carica di refrigerante \u00e8\u00a0circa 0.1 kg\/kW.<\/p>\n

Alcune compagnie australiane stanno producendo una gamma di condizionatori d’aria a idrocarburi per\u00a0applicazioni civili. Il 2011 ha visto il lancio del primo condizionatore d’aria a propano per ambienti\u00a0domestici, che \u00e8 stato prodotto da una ditta cinese per essere esportato – \u00e8 un passo importante, dato che\u00a0il 90% dei condizionatori di piccola taglia del mercato mondiale \u00e8 prodotto in Cina. Tutti i modelli\u00a0rispettano le norme di sicurezza Europee, sono conformi allo standard internazionale di sicurezza IEC\u00a060335-2-40 e sono certificati da una delle pi\u00f9 autorevoli associazioni tecnico-scientifiche Europee, la\u00a0Associazione Tedesca per le Tecnologie Elettriche, Elettroniche & dell’Informazione (VDE). Inoltre, il\u00a0prodotto finale \u00e8 stato certificato dall’ente indipendente riconosciuto globalmente TUV. Qualcosa di\u00a0veramente interessante \u00e8 che in Cina 18 delle 32 linee produttive di condizionatori d’aria saranno\u00a0convertite a R290 come parte del programma per il phase-out degli HCFC (HPMP) del Paese. Per la prima\u00a0volta sono in fase di sviluppo in India progetti per la costruzione di linee produttive di sistemi per A\/C ad
\nidrocarburi. Nel complesso, ci si aspetta che vi sia una crescita dell’utilizzo di soluzioni compatte a bassa\u00a0carica di HC (meno di 1 kg), utilizzo che, attualmente, si attesta ad una quota di mercato al di sotto\u00a0dell’1%.<\/p>\n

C’\u00e8 di pi\u00f9: ora gli idrocarburi sono usati per garantire il comfort in riscaldamento e raffrescamento di edifici\u00a0pubblici mediante chillers, che permettono di contenere i costi di capitale rispetto agli impianti ad\u00a0ammoniaca dato che si possono evitare i componenti in acciaio inossidabile.<\/p>\n

Questi impianti ad HC hanno una comprovata sicurezza per l’impiego in zone popolate, in ospedali e anche\u00a0in edifici storici. Importanti applicazioni in UK includono un chiller raffreddato ad aria da 600 kW operante\u00a0a R290 (propano) installato nella “Church House” dell’Abbazia di Westminster di Londra, mentre il Ministero\u00a0dei Trasporti inglesi ha fatto collocare 3 macchine a idrocarburi sul tetto della “Great Minster House” nel\u00a0centro di Londra. L’ospedale universitario di Arhus, Skejby, Danimarca, ha installato delle pompe di calore\u00a0a R600a e dei chillers a R290 per il riscaldamento e il raffrescamento e per la produzione di acqua calda\u00a0sanitaria. Gli HC possono essere utilizzati anche nelle pompe di calore geotermiche (GSHP), come \u00e8 stato\u00a0fatto nella scuola d’infanzia inglese di Buntingsdale, dove una pompa di calore a R920 utilizza il terreno\u00a0come sorgente termica.<\/p>\n

Inoltre, quello che alle volte si dimentica, \u00e8 che gli idrocarburi sono le molecole di partenza per la\u00a0produzione dei refrigeranti sintetici, i quali sono ottenuti mediante la sostituzione degli atomi di idrogeno\u00a0con degli alogeni. Le molecole base di alcuni idrocarburi sono riportate in figura.<\/p>\n

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Molecole di alcuni idrocarburi<\/em><\/p>\n

In generale i principali idrocarburi attualmente in commercio sono: R290 (Propano), R600a (Isobutano),\u00a0R1270 (Propilene), R170 (Etano) e delle miscele di R290\/R600a. Questi fluidi sono degli interessanti\u00a0refrigeranti che non arrecano danno all’ozono e presentano un bassissimo, quasi trascurabile, effetto serra;
\ncome tutti i refrigeranti naturali, anidride carbonica e ammoniaca, gli idrocarburi non formano sottoprodotti\u00a0in atmosfera. Questi refrigeranti possono essere utilizzati sia in nuovi impianti specificatamente\u00a0dimensionati per il loro impiego, sia caricati in impianti sviluppati per refrigeranti alogenati. Questa\u00a0caratteristica li rende competitivi anche nei paesi in via di sviluppo.<\/p>\n

Gli idrocarburi sono infiammabili, la loro classe di sicurezza \u00e8 A3, tal codice significa: poco tossici ma\u00a0altamente infiammabili. Quasi tutti i refrigeranti sintetici non sono n\u00e8 tossici n\u00e8 infiammabili, classificati A1.\u00a0Per queste ragioni, gli idrocarburi sono spesso soggetti a stringenti norme di sicurezza riguardo alla quantit\u00e0 impiegabile in ambienti occupati. La seguente tabella riassume le principali caratteristiche per i\u00a0quattro refrigeranti elencati in precedenza.<\/p>\n

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La seguente figura mostra due diagrammi p-h: uno relativo al propano (R290, alto) e l’altro per l’isobutano\u00a0(R600a, basso); a prima vista, appare chiaramente che la curva del R600a \u00e8 molto pi\u00f9 inclinata rispetto a\u00a0quella del R290. Questa caratteristica fa s\u00ec che l’ R600a sia particolarmente indicato per le applicazioni di
\nrefrigerazione domestica dove si utilizzano i compressori ermetici, i quali traggono beneficio dal fatto che la\u00a0temperatura di fine compressione sia molto vicina a quella di saturazione alla pressione di scarico. Inoltre,\u00a0l’isobutano R600a mostra interessanti attitudini di raffreddamento rendendolo una della migliori scelte nel\u00a0caso di compressori ermetici, dove il raffreddamento del motore elettrico \u00e8 garantito dal gas freddo in\u00a0aspirazione.<\/p>\n

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Diagrammi p-h per R290 e R600a<\/em><\/p>\n

Negli impianti frigoriferi, le caratteristiche di scambio termico nei processi di cambiamento di fase di un\u00a0refrigerante sono di gran lunga le pi\u00f9 importanti; queste sono legate a tre fondamentali propriet\u00e0\u00a0termofisiche: la conduttivit\u00e0 del liquido e del vapore, il calore specifico a pressione costante e la viscosit\u00e0\u00a0dinamica.<\/p>\n

Queste propriet\u00e0 fanno s\u00ec che gli idrocarburi possano essere considerati dei buoni refrigeranti; in\u00a0particolare, prendendo a riferimento l’ R22, nel campo di temperature fra -50\u00b0C e 50\u00b0C, l’ R290 e l’R600a\u00a0presentano valori pi\u00f9 elevati delle conduttivit\u00e0 termiche del liquido e del vapore, e del calore specifico a pressione costante. Inoltre, nello stesso campo di temperature, gli idrocarburi mostrano valori minori delle\u00a0viscosit\u00e0 del liquido e del vapore.<\/p>\n

All’uscita di ogni evaporatore ad espansione secca, il gas deve essere surriscaldato per evitare la presenza\u00a0o la possibile formazione di liquido nelle linee di aspirazione. Il processo di surriscaldamento pu\u00f2 migliorare\u00a0o peggiorare l’efficienza del sistema; questo comportamento dipende dalle propriet\u00e0 termofisiche del
\nrefrigerante. Al crescere del surriscaldamento sia l’effetto frigorifero sia il lavoro di compressione\u00a0aumentano, questo significa che solamente nel caso in cui l’incremento dell’effetto frigorifero sia maggiore\u00a0dell’addizionale lavoro di compressione richiesto, il surriscaldamento pu\u00f2 essere considerato utile.<\/p>\n

Il surriscaldamento pu\u00f2 essere ottenuto anche attraverso uno scambiatore liquido-rigenerativo dove il\u00a0liquido all’uscita del condensatore viene sottoraffreddato dal gas in uscita dall’evaporatore. I cicli frigoriferi\u00a0operanti con HC possono essere ottimizzati utilizzando questi scambiatori rigenerativi; al crescere del sottoraffreddamento e del surriscaldamento l’efficienza del ciclo cresce.<\/p>\n

In generale, gli idrocarburi sono compatibili con quasi tutti i lubrificanti comunemente impiegati nella\u00a0refrigerazione e nel condizionamento dell’aria, fatta eccezione per quelli che contengono silicone e silicati\u00a0(additivi che sono utilizzati come anti-schiumanti).<\/p>\n

Infine, considerando il mercato mondiale, negli ultimi 3 anni la regione che comprende Pacifico e Asia ha\u00a0guidato la crescita nelle vendite degli idrocarburi. Nelle Americhe le vendite riguardano soprattutto le\u00a0applicazioni domestiche per quanto riguarda il Sud-America, mentre ci si aspetta un netto incremento nel
\nNord-America, ora che l’EPA ha autorizzato il loro uso.<\/p>\n

Nel periodo tra il 2008-2010, i ricavi di questo settore sono aumentati del 35% e i volumi del 100%, un\u00a0mercato in pieno sviluppo.<\/p>\n

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