Le problematiche ambientali hanno portato a un crescente interesse per l'uso dei refrigeranti naturali nei sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria, con un'attenzione crescente da parte di produttori e utenti finali e della comunità scientifica. Lo studio del trasferimento di calore e delle perdite di carico è fondamentale per una progettazione accurata e per cicli termodinamici più efficienti con refrigeranti naturali. L'obiettivo del lavoro è fornire una panoramica dei risultati più recenti sulle correlazioni del coefficiente di scambio termico (HTC, Heat Transfer Coefficient), e delle perdite di carico (Pressure Drop, PD) per ammoniaca, propano, isobutano e propilene, nonché esaminare lo stato dell'arte attuale in relazione alle condizioni operative.

I dati disponibili sono stati raccolti attraverso una revisione sistematica, con l'utilizzo della banca dati Scopus.

Un totale di 135 pubblicazioni ha soddisfatto i criteri di inclusione della revisione; di queste, 34 articoli riportano studi sperimentali relativi a condizioni geometriche particolari.

Dei 101 articoli selezionati relativi a condizioni geometriche comuni, 50 trattano esclusivamente l'HTC, 16 si concentrano solo sulle PD e i restanti 35 analizzano entrambi i fenomeni. Questa seconda parte descrive i risultati relativi ai lavori che trattano le correlazioni inerenti le perdite di carico.

Tra i 51 articoli dedicati alle PD, 29 trattano della condizione di evaporazione, 19 della condensazione e 3 di entrambe le condizioni. La maggior parte degli articoli selezionati riguarda propano e isobutano. Le alte temperature sono meno ampiamente studiate.

La refrigerazione e il condizionamento dell'aria sono fondamentali per la società contemporanea, garantendo tra l'altro il comfort termico e il corretto funzionamento di numerosi processi industriali.

Tuttavia, l'uso diffuso di refrigeranti sintetici, in particolare dei gas fluorurati (F-gas), pone serie problematiche ambientali, essendo essi tra i principali responsabili dell'effetto serra e del riscaldamento globale.

Per affrontare queste sfide, le normative internazionali hanno introdotto limitazioni sull'uso degli F-gas, indirizzando l'industria verso soluzioni più sostenibili.

In questo scenario, i refrigeranti naturali hanno guadagnato sempre più attenzione come valide alternative ecocompatibili e a ridotto impatto ambientale [1 nel PDF].

I refrigeranti naturali, come l'ammoniaca (R717), gli idrocarburi e l'anidride carbonica (R744), sono stati studiati come alternative a CFC, HCFC e HFC nei sistemi di refrigerazione, condizionamento dell'aria e pompe di calore.

Essi offrono vantaggi significativi, come un potenziale di riduzione dell'ozono (ODP) nullo e, nella maggior parte dei casi, un impatto quasi inesistente sul riscaldamento globale (GWP) rispetto ai CFC e HCFC.

Tuttavia, l'adozione di questi refrigeranti comporta alcune criticità, principalmente dovute alla necessità di adattare i sistemi esistenti alle loro caratteristiche particolari.

In questo quadro, l'indagine sperimentale del trasferimento di calore, delle perdite di pressione e delle relative correlazioni diventa fondamentale nell'ottimizzare l'efficienza energetica dei sistemi.

Inoltre, l'analisi dei regimi di flusso fornisce una visione più approfondita del comportamento dei refrigeranti naturali sotto differenti condizioni operative, contribuendo a una progettazione più accurata.

Questo lavoro, insieme al precedente, presenta una revisione sistematica delle correlazioni disponibili relative al trasferimento di calore (HTC) e alle perdite di pressione (PD) dei refrigeranti naturali, in particolare ammoniaca (R717) e idrocarburi (R290, R600a, R1270).

Per ogni refrigerante vengono esaminate le geometrie e le condizioni operative più comuni. È intenzione delle autrici che questo studio rappresenti un valido supporto per la ricerca e un aiuto nella progettazione, con un focus particolare sulle pompe di calore.

Nella prima parte della revisione sistematica [2 nel PDF] sono stati riportati i risultati degli studi relativi alle sole correlazioni del coefficiente di trasferimento di calore. Nel presente lavoro, si riportano i risultati relativi alle perdite di carico.

Si includono nell'analisi anche gli studi nei quali si esaminano entrambi gli aspetti, mantenendo il focus sulle perdite di carico; le correlazioni riguardanti il coefficiente di scambio termico vanno considerate a completamento della parte prima.

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