Valutazione della seconda legge del dimetiletere e delle sue miscele nei sistemi di refrigerazione domestica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 275 (2023) Citare questo articolo

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Il dimetiletere (DME) e la sua miscela di refrigeranti (R429A, R435A e R510A) sono considerati nell'analisi della seconda legge di questo studio come potenziali sostituti dell'R134a. Le prestazioni di vari refrigeranti in un sistema di refrigerazione a compressione di vapore vengono esaminate utilizzando il pacchetto di progettazione CYCLE D. Il software REFPROP 9.0 viene utilizzato per estrarre tutti i parametri termici e fisici del DME e della sua miscela di refrigeranti. Vengono discussi i parametri prestazionali della seconda legge come i difetti di efficienza, la generazione di entropia e l'efficienza exergetica. I refrigeranti R429A e R510A sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto all'R134a in un intervallo di temperature di condensazione compreso tra 30 e 55 °C e una temperatura di evaporazione di −10 °C. L'R134a è stato superato dall'R429A e dall'R510A in termini di efficienza exergetica rispettivamente del 2,08 e dello 0,43%. Rispetto ad altre perdite nei diversi componenti, la perdita exergetica del compressore è maggiore, pari al 37-40% della perdita exergetica totale. Utilizzando l'RE170 e le sue miscele, il sistema di refrigerazione a compressione di vapore spesso offre prestazioni migliori secondo la seconda legge rispetto all'R134a.

Il risultato mostra che i difetti di efficienza sono quelli maggiori nel compressore, seguito dal condensatore e dall'evaporatore. Pertanto, il miglioramento della progettazione di un compressore è della massima importanza per migliorare le prestazioni del sistema riducendo l’irreversibilità complessiva.

L'R134a è effettivamente utilizzato nei frigoriferi domestici (GWP 1430) come alternativa al CFC, che ha ODP e GWP1,2 elevati. Il Protocollo di Kyoto del 1997 lo ha classificato come gas serra; pertanto, la sua produzione e il suo utilizzo termineranno entro i prossimi decenni. Di conseguenza, il loro posto verrà sostituito da refrigeranti ecologici3,4. Secondo le normative UE, ora è essenziale trovare un refrigerante sostitutivo con un basso GWP5,6. La tabella 1 elenca le caratteristiche fisiche dei refrigeranti in esame. Secondo Nicholas Cox7, l'assenza di slittamento della temperatura e di separazione fa sì che il Dimetiletere abbia prestazioni migliori rispetto alla miscela di idrocarburi. Valentinapostol et al.8 effettuano un'analisi termodinamica comparativa utilizzando i refrigeranti R717, R12, R134A, R22, DME e mescolando R404A, R407C in un sistema di refrigerazione. Secondo i risultati di questo studio, il DME potrebbe essere utilizzato come refrigerante e come buon sostituto dell’R12 e dell’R134a.

Il dimetiletere (DME, C2H6O), secondo BM Adamson9, possiede una serie di caratteristiche desiderabili come sostituto dell'R134a. Alcuni di questi sono capacità migliorate di trasferimento del calore, stabilità favorevole di pressione/temperatura con lubrificanti naturali, relativamente poco costoso e accesso rapido. È anche molto ecologico ed è compatibile con la maggior parte dei materiali utilizzati nei sistemi di refrigerazione.

Vari ricercatori10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31 hanno analizzato le prestazioni termiche del videoregistratore sistemi con DME e sue miscele. Il risultato indica che i refrigeranti studiati sono conformi come possibili alternative all’R134a. Ki-Jung Park et al.32 hanno studiato le prestazioni del depuratore dell'acqua domestica utilizzando l'R429A. I risultati indicano che la temperatura di scarico del compressore e il consumo di energia sono 13,40 C e inferiori del 28,9% rispetto all'R134a. Choedaeseong et al.33 hanno studiato le prestazioni dell'R435A (una combinazione di DME e R152a) in sostituzione dei depuratori d'acqua domestici con R134a. Rispetto all'HFC 134a, le temperature di utilizzo dell'elettricità e di rilascio sono state inferiori rispettivamente del 12,7% e 3,7 °C. Attraverso l'uso dell'R510A, Ki-Jung Park et al.34 hanno esaminato le prestazioni dei depuratori d'acqua domestici. Il risultato indica che la temperatura di scarico del compressore e il consumo energetico sono inferiori di 3,70 C e inferiori del 22,3% rispetto all'R134a35,36. In questo studio vengono analizzate le prestazioni di seconda legge del sistema con i refrigeranti RE170, R429A, R435A e R510A come possibili alternative all'R134a.