Laboratorio di proprietà termodinamiche dei fluidi

Descrizione

Il laboratorio di proprietà termodinamiche dei fluidi si occupa della misurazione delle proprietà termodinamiche di fluidi refrigeranti a basso impatto ambientale, sia puri che in miscela, mediante appositi apparati sperimentali. Attualmente, la ricerca è incentrata sullo di studio di idrofluoroolefine (HFO, Hydrofluoroolefins), fluidi refrigeranti di nuova generazione che presentano un basso potenziale di riscaldamento globale (GWP, Global Warming Potential) e un breve tempo di vita in atmosfera. Gli HFO riscontrano notevole interesse nel campo della refrigerazione perché sembrano garantire un buon compromesso tra buone prestazioni termodinamiche e ottime proprietà ambientali, rappresentando lo step evolutivo degli idroflurocarburi (HFC, Hydrofluorocarbons). La ricerca di fluidi refrigeranti alternativi, caratterizzati da un basso contributo all’effetto serra, è incentivata da accordi internazionali (il protocollo di Kyoto e l’accordo di Kigali) e da normative (il Regolamento Europeo F-Gas n° 517/2014) che impongono la riduzione dell’emissione di gas serra. Nello specifico, le proprietà termodinamiche sono misurate attraverso tre tipologie di apparati sperimentali. Un apparato sperimentale di tipo isocorico permette di misurare le proprietà pressione, volume e temperatura (PvT) dei fluidi refrigeranti e le proprietà pressione, volume, temperatura e composizione (PvTx) delle loro miscele lungo una curva isocorica, sia nella regione bifasica che nella regione di vapore surriscaldato. Un apparato sperimentale di tipo Burnett, invece, permette di misurare, in modo rapido e accurato, le proprietà PvT dei fluidi puri e PvTx delle miscele lungo una curva isoterma nella regione del vapore surriscaldato. Un apparato sperimentale per caratterizzare l’equilibrio solido-liquido (SLE, Solid Liquid Equilibrium) di refrigeranti e delle loro miscele permette di analizzare le proprietà termodinamiche a bassissime temperature (fino a -150 °C). In particolare, l’apparato consente di misurare le proprietà del punto triplo dei refrigeranti e permette di determinare le curve di equilibrio solido-liquido ed il punto eutettico delle loro miscele. Il laboratorio, inoltre, si occupa della definizione di modelli matematici innovativi e affidabili atti a determinare le più significative proprietà termofisiche dei fluidi. Nella fattispecie, vengono proposte nuove equazioni empiriche e semi-empiriche per determinare:

tensione superficiale;
conducibilità termica;
viscosità dinamica;
equazioni di stato dei gas.

Le equazioni sono definite utilizzando la teoria degli stati corrispondenti, la teoria dei contributi di gruppo e le reti neurali artificiali. Particolare attenzione viene rivolta al calcolo delle proprietà termodinamiche e di trasporto dei fluidi refrigeranti alternativi.

Attività di ricerca

Il laboratorio di proprietà termodinamiche dei fluidi ha la finalità di misurare le proprietà termodinamiche dei fluidi refrigeranti a basso impatto ambientale e delle loro miscele. In particolare, sono misurate le proprietà termodinamiche di fluidi puri e delle loro miscele, sia nella regione bifasica che nella regione del vapore surriscaldato. Inoltre, si caratterizza l’equilibrio solido-liquido (SLE) dei fluidi, misurando il punto triplo dei fluidi puri e definendo le curve di equilibrio solido-liquido ed il punto eutettico delle miscele. Infine, sono studiati modelli matematici per la determinazione delle proprietà termofisiche dei fluidi (tensione superficiale, conducibilità termica, viscosità dinamica) e le equazioni di stato dei gas.

Attrezzature

Nel laboratorio vengono realizzate misure sperimentali mediante tre tipologie di apparati sperimentali:

Un apparato di tipo isocorico che permette di misurare le proprietà termodinamiche che definiscono lo stato fisico sia di fluidi puri (PvT) che di miscele di fluidi (PVTx) nell’intervallo di temperatura compreso tra -50 °C e 110 °C. I fluidi possono essere studiati sia nella regione bifasica che nella regione del vapore surriscaldato.

Fig. 1 Apparato isocorico

Fig. 2 Schema impiantistico dell’apparato isocorico

Fig. 3 Dati sperimentali P-T di un fluido puro nella regione bifasica e nella regione del vapore surriscaldato

Fig. 4 Interfaccia del software di acquisizione

Un apparato di tipo Burnett che permette di valutare le proprietà termofisiche fino a 120 °C nella regione del vapore surriscaldato, realizzando delle trasformazioni isoterme.

Fig. 5 Schema impiantistico dell’apparato Burnett

Un apparato sperimentale per lo studio dell’equilibrio solido-liquido (SLE) rende possibile l’analisi delle proprietà termofisiche dei refrigeranti alle temperature del loro punto triplo (da -150 °C a -50 °C). Si è inoltre in grado di determinare le curve di equilibrio solido-liquido ed il punto eutettico delle miscele di refrigeranti.