Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze di base indispensabili perla progettazione e l’analisi energetica e ambientale degli apparecchi e dei sistemi per la refrigerazione e la criogenia.

Analisi energetica e exergetica dei cicli frigoriferi. Progettazione termodinamica delle macchine frigorifere a compressione e ad assorbimento. Progettazione termodinamica delle macchine per la criogenia. Scelta dei fluidi frigoriferi. Scelta dei componenti.

Termodinamica applicata e trasmissione del calore.

Termodinamica.
Equazione dell’exergia; teorema di Gouy – Stodola; rendimenti di 1° e 2° principio; temperatura media termodinamica di trasformazione.
Cicli inversi a compressione di vapore.
Ciclo di riferimento di Carnot. Espansione di Joule – Thomson. Ciclo Rankine inverso con trafilazione. Diagrammi T-s e p-h. Applicazioni del ciclo: frigorifero e pompa di calore. Cicli a doppia compressione. Cicli in cascata. Effetto delle perdite di carico negli scambiatori. Dispositivi delle macchine frigorifere. Instabilità di vapour haunting.
Fluidi frigorigeni.
Caratteristiche e proprietà dei fluidi frigorigeni. Fluidi puri, miscele azeotropiche, miscele zeotropiche. Cicli con miscele zeotropiche. Cicli con CO2. Nuovi fluidi. Compatibilità ambientale fluidi frigorigeni. Distruzione dello strato di ozono stratosferico e indice ODP. Contributo all’effetto serra antropogenico; effetti diretti e indiretti: indici GWP e TEWI.
Le macchine frigorifere ad assorbimento.
Componenti e loro funzione. Prestazioni teoricamente ottenibili. Cicli a acqua – ammoniaca (NH3-H2O) e acqua – bromuro di litio (H2O-LiBr): rappresentazione in diagramma p-1/T. Analisi termodinamica dei cicli NH3-H2O. Rappresentazione nei diagrammi entalpia – concentrazione e entropia – concentrazione. Progettazione termodinamica della colonna di distillazione. Impianti ad assorbimento a NH3-H2O e H2O-LiBr.
Criogenia.
Diagrammi di stato di fluidi criogenici. Macchine per la liquefazione di gas: il ciclo di Linde. Ciclo di Claude. Ciclo di Collins. Il ciclo di Stirling inverso a elio. Distillazione dell’aria per la produzione di azoto e ossigeno. Scambiatori di calore criogenici. Isolamento termico dei sistemi criogenici. Contenitori per la conservazione e il trasporto di gas liquefatti (dewar).

Lezioni ed esercitazioni.

Appunti di lezione. Materiale fornito dalla docente mediante il portale della didattica.

L’esame è scritto. Consiste in due domande, di cui una sulle esercitazioni, l’altra su uno degli argomenti svolti a lezione.