Analisi di un ciclo frigorifero con risparmio di energia spesa grazie all'uso di un turbocompressore e uno scambiatore di calore

L’obiettivo di questa tesi è mostrare i miglioramenti ottenibili applicando una tecnologia innovativa nel ciclo frigorifero tradizionale analizzando in particolare due casi limite. Attraverso un’interfaccia grafica è possibile selezionare vari parametri, come il tipo di fluido refrigerante che circola nell’impianto, la pressione di vaporizzazione e di condensazione, i rendimenti interni di espansione e di compressone del turbocompressore e del compressore principale, la potenza termica da asportare dalla cella a temperatura inferiore a quella dell’ambiente e la differenza di temperatura minima che devono avere le due portate di fluido sia in uscita che in entrata nello scambiatore di calore data dai limiti tecnologici dello stesso. Attraverso un pacchetto softwere denominato CoolProp.PropsSI vengono calcolate varie grandezze necessarie allo studio del ciclo frigorifero, come entalpia, entropia, temperatura e pressione, dando come input sei argomenti: come primo argomento la grandezza da calcolare, poi i valori di due tra quelle sopra elencate anticipate dalla corrispondente grandezza, e infine il tipo di fluido refrigerante. Si è calcolata la frazione di massa da spillare e la pressione di fine espansione tenendo conto rispettivamente del bilancio dello scambiatore di calore e del turbocompressore. Facendo variare poi la pressione della portata di fluido in ingresso nella turbina tra la pressione di vaporizzazione e quella di condensazione, analizzando così le condizioni che portano a un maggiore incremento dell’efficienza del ciclo. Vengono confrontati i casi limite per cui il vapore inviato in turbina sia nella condizione di massimo surriscaldamento ottenibile o si trovi nello stato fisico relativo alla curva limite superiore.