Il presente Rapporto illustra le metodologie per il calcolo delle proprietà termodinamiche di fluidi refrigeranti puri (CFC, HCFC, HFC) e di miscele azeotrope impiegati in macchine a compressione di vapore per riscaldamento e refrigerazione. Tali metodologie sono necessarie per valutare le trasformazioni subite da un fluido in seguito alla sua interazione con i dispositivi che compongono un circuito frigorifero: scambiatori di calore (evaporatore, condensatore), valvola di laminazione, compressore. Il lavoro costituisce il primo stato di avanzamento di un’attività volta a sviluppare e validare sperimentalmente un modello matematico di simulazione di una pompa di calore reversibile, mediante la definizione delle equazioni che descrivono il comportamento dei diversi componenti e del ciclo frigorifero nel suo complesso. Lo scopo è quello di disporre di uno strumento di analisi dell’influenza dei vari fattori ambientali, costruttivi e di regolazione sulle prestazioni della macchina. Tale attività è svolta nel contesto di un sottoprogetto di Ricerca di Sistema, denominato ELCITER, rivolto allo studio e alla valorizzazione di elettrotecnologie (quali quelle basate su pompa di calore) la cui utenza appartiene al settore civile e terziario. Fra le varie equazioni di stato disponibili in letteratura (van der Waals, Martin-Hou, Modified Benedict- Webb-Rubin, Bender, Peng-Robinson, …) è stata preferita quella di Bender in quanto molto precisa, ben documentata (nel riferimento bibliografico [2] vengono forniti anche molti dei dati sperimentali impiegati per ricavare i parametri delle equazioni mediante best-fitting) e valida per un consistente numero di fluidi. Tale formulazione viene raramente adottata nella letteratura tecnica in quanto la presenza del termine esponenziale, pur migliorandone la precisione, ne rende particolarmente complessa l’integrazione e oneroso l’utilizzo in programmi di calcolo. In alcune pubblicazioni, il termine esponenziale compare nella formulazione analitica dell’equazione di stato, ma tale termine viene poi trascurato nel calcolo integrale delle grandezze fondamentali. In questo Rapporto il calcolo dell’integrale del termine in questione viene affrontato e risolto mediante la complessa trattazione dettagliatamente illustrata nel paragrafo (3.5). L’elemento di originalità del presente lavoro consiste nella elaborazione e nella dettagliata documentazione di una metodologia completa per il calcolo delle proprietà termodinamiche di fluidi

frigoriferi a partire da un’equazione di stato, quale quella di Bender, molto precisa e di validità generale, ma che richiede procedimenti matematici di particolare complessità. La trattazione descritta nel presente Rapporto ha reso possibile l’implementazione della metodologia in un programma di calcolo sviluppato in linguaggio VBA (Visual Basic for Applications) in ambiente Microsoft Excel 97 in grado di valutare accuratamente le grandezze caratteristiche del ciclo frigorifero e di analizzare la dipendenza delle prestazioni dalle condizioni di funzionamento; la validità del programma è stata pienamente verificata mediante il confronto con dati di letteratura di diverse fonti. Programmi di calcolo di questo genere sono estremamente rari, attualmente solo il software REFPROP del NIST (National Institute of Standards) è disponibile commercialmente, ma si tratta comunque di un programma chiuso, che non consente cioè di implementare funzioni personalizzate e di interfacciarsi con altri moduli di calcolo (ad esempio un modello che descriva il funzionamento di un componente che interagisce con il fluido), comportando quindi la necessità di svolgere il calcolo delle proprietà termodinamiche fuori linea. Inoltre, alcuni test sul software in questione hanno evidenziato problemi numerici, talora inspiegabili, di convergenza o di overflow che rendono talvolta impossibile il calcolo richiesto. La procedura completa per la derivazione delle equazioni fondamentali illustrata nel Capitolo 2 è motivata anche dalla necessità di verificare la correttezza delle formulazioni da adottare; non è infrequente, infatti, imbattersi in errori di stampa anche in pubblicazioni prestigiose, la stessa pubblicazione [2] adottata come riferimento nel presente lavoro contiene un segno sbagliato (evidentemente per un errore di stampa, visto che le tabelle e i grafici sono invece calcolati correttamente) nell’equazione fondamentale dell’energia interna), tale errore è stato individuato solo grazie alla procedura illustrata nel Capitolo 2. La seconda parte dell’attività di sviluppo e messa a punto di metodi teorici e sperimentali per l’analisi del processo termodinamico di macchine a pompa di calore verrà svolta nel 2° semestre dell’anno in corso e prevede: �ƒ una fase teorica di formulazione delle equazioni che descrivono il comportamento dei componenti principali del ciclo frigorifero (compressore, evaporatore, condensatore, valvola di espansione) e la loro connessione in un modello matematico di tipo semplificato dell’intero processo; una fase sperimentale di allestimento di una struttura di prova, dotata dell’opportuna strumentazione di misura, per il monitoraggio in camera climatica del funzionamento di una pompa di calore in condizioni controllate; tale fase sperimentale è finalizzata all’acquisizione dei dati sperimentali necessari per la validazione del modello matematico proposto.