Alternative salt based secondary fluids for indirect refrigeration systems

The cooling production has a big share in the world energy consumption, it is estimated that refrigeration and air conditioning accounts for around 10% of total global CO2 emissions. Since the Montreal (1987) and Kyoto (1997) protocols, the interest in secondary fluids and indirect refrigeration systems has grown as an alternative to classic direct refrigeration systems with CFCs, CHFCs and HCFs refrigerants which can be harmful for the environment due to their high GWP and ODP. The indirect refrigeration system can minimize the charge of harmful primary refrigerant down significantly through the use of a secondary fluids. Among the available secondary fluids, salt-based solutions have an important relevance, because of their good thermodynamic and heat transfer properties. The aim of this thesis is to search for new salt based secondary fluids by investigating the stability, solubility levels as well as the most important thermophysical properties. Cesium formate analysis highlight outstanding high density and low viscosity compared to glycols, alcohols and even other salt-based solutions. Corrosion test pointed out the highly corroding behavior of ammonium acetate in spite of its very good thermophysical properties. MATLAB simulations pointed out that choosing cesium formate over propylene glycol, as a secondary fluid, allow to save more than 10% in terms of heat exchanger surface area.

La produzione di freddo ha una grande quota nel consumo energetico mondiale, si stima che la refrigerazione e il condizionamento dell'aria rappresentino circa il 10% delle emissioni globali totali di CO2. Sin dai protocolli di Montreal (1987) e Kyoto (1997), l'interesse per i refrigeranti secondari e per i sistemi di refrigerazione indiretta è cresciuto come alternativa ai classici sistemi di refrigerazione che utilizzano CFC, CHFC e HCF, dannosi per l'ambiente a causa dei loro elevati GWP e ODP. Il sistema di refrigerazione indiretto può minimizzare la carica del refrigerante primario dannoso in modo significativo attraverso l'uso di un refrigerante secondario. Tra i refrigeranti secondari disponibili, le soluzioni a base di sali hanno grande importanza, grazie alle loro buone proprietà termodinamiche e di scambio termico. Lo scopo di questa tesi è di cercare nuovi refrigeranti secondari, a base di sale, studiandone la stabilità, i livelli di solubilità e le proprietà termofisiche più importanti. L'analisi del formiato di cesio evidenzia un'elevata densità e bassa viscosità rispetto a glicoli, alcoli e persino altre soluzioni a base di sale. Il test di corrosione ha evidenziato il comportamento altamente corrosivo dell'acetato di ammonio nonostante le ottime proprietà termofisiche. Le simulazioni MATLAB hanno evidenziato che la scelta del formiato di cesio al posto del glicole propilenico, come fluido secondario, consente di risparmiare più del 10% in termini di superficie di scambio termico nell’ evaporatore.