Upgrade di cascami termici dell’industria di processo tramite pompe di calore: analisi termodinamiche, bilancio complessivo impronta carbonica, analisi costi e benefici

Nel lavoro di Tesi si è effettuato uno studio sull’applicazione di una pompa di calore ad alta temperatura (HTHP) all’industria di processo. Molti studi negli ultimi anni si sono concentrati su queste soluzioni poiché possono avere, se funzionanti con energia da fonti rinnovabili, un significativo minor impatto ambientale rispetto alle classiche soluzioni che utilizzano combustibili fossili, come ad esempio una caldaia a metano. L’obiettivo delle pompe di calore è quello di utilizzare energia elettrica per trasferire del calore ceduto a bassa temperatura, (un fluido di processo che si trova a 60°C), a un fluido ad alta temperatura (acqua a 155.5°C per la produzione di vapore a 4.5 barg). Lo studio è partito con la ricerca delle giuste configurazioni delle pompe di calore, individuando la configurazione con due cicli in cascata come quella più performante, ovvero che porta ai valori di COP più elevati. Si sono poi individuati i fluidi refrigeranti che meglio lavorano alle temperature trattate. Sono stati definiti col software REFPROP i cicli ideali con i diversi fluidi e poi ottimizzati in Aspen HYSYS. Qui, attraverso la funzione “case studies” si è andati a trovare i salti di pressione che portano ai maggiori valori di COP, individuando HC-601 (n-pentano) come il fluido migliore. Una volta ottenuto lo schema di processo, sono stati contattati dei fornitori per individuare la tipologia più idonea di compressori. Sono stati anche dimensionati gli scambiatori di calore che servono per la realizzazione della pompa di calore tramite il software HTRI. Il progetto si è concluso con una valutazione economica ed una valutazione del differente impatto ambientale (impronta carbonica), integrati da analisi di sensitività, di una pompa di calore rispetto una caldaia tradizionale a metano per la produzione della stessa quantità di vapore.