STUDIO SPERIMENTALE E NUMERICO DELLA CONDENSAZIONE DI R513A E R516A IN CANALI DI PICCOLO DIAMETRO

Considerando il sempre maggiore impiego della refrigerazione e delle pompe di calore sia nel settore civile che in quello industriale, risulta fondamentale la ricerca di fluidi refrigeranti a basso impatto ambientale, tenendo presenti le restrizioni provenienti dalle autorità. In questo scenario, le limitazioni future all’impiego del refrigerante R134a, dovute al suo elevato impatto come gas serra, ha dato il via ad una spinta nella ricerca di sostituti a basso GWP. In questo ambito, le idrofluoroolefine HFO come l’R1234yf sono da subito emersi come possibili sostituti a basso impatto ambientale, presentando un GWP inferiore a 1. A causa delle basse efficienze di ciclo del R1234yf, la ricerca di sostituti drop-in dell’R134a ha portato alla sperimentazione di diverse miscele di HFC/HFO. Infatti, la miscelazione dei due f-gas consente di contenere il valore del GWP andando contemporaneamente a migliorare le efficienze del ciclo e a mitigare il comportamento infiammabile dell’idrofluoroolefina. In questo lavoro di Tesi è stata studiata la condensazione delle miscele azeotropiche R513A (R1234yf/R134a al 0.56/0.44 in massa) e R516A (R1234yf/R152a/R134a al 0.775/0.14/0.085 in massa) all’interno di due sezioni sperimentali di diametro interno pari a 3.38 mm e 0.96 mm. La miscela R513A presenta un GWP pari a 573 ed è di classe A1 mentre la miscela R516A ha un GWP pari a 131 ma è di classe A2L. Durante il deflusso orizzontale, la condensazione è influenzata dalla gravità, dalle forze di attrito viscose e dalla tensione superficiale. La tipologia di regime di deflusso ha un ruolo fondamentale sulle cadute di pressione e sullo scambio termico. Nella presente Tesi sono stati valutati il coefficiente di scambio termico in condensazione e le perdite di carico bifase in funzione della portata specifica e del titolo di vapore ad una temperatura di saturazione di 40 °C. Sono inoltre state acquisite le visualizzazioni dei regimi di deflusso al variare delle condizioni operative (portata specifica e titolo). Il database creato con i dati sperimentali ottenuti durante i test è stato poi confrontato con alcuni modelli disponibili in letteratura e con una rete neurale concepita per stimare il coefficiente di scambio termico note le condizioni operative e le proprietà del fluido. Infine, è stato eseguito un confronto con i coefficienti dei componenti puri delle miscele studiate, in particolare le miscele R513A e R516A hanno dei coefficienti di scambio termico intermedi a R134a e R1234yf. È stata poi eseguita anche un’analisi utilizzando il parametro “Penalty factor”, per valutare le prestazioni dei diversi refrigeranti tenendo conto sia dei coefficienti di scambio termico sia delle perdite di carico. Dall’analisi del “Penalty factor” risulta che le differenze di prestazione tra le due miscele in esame e il R134a vengono mitigate quando si considera l’effetto combinato del coefficiente di cambio termico e delle perdite di carico. Pertanto, dal punto di vista dello scambio termico le due miscele testate sono da considerare dei validi sostituti drop-in per il R134a.