IMPIANTO Pa.CO2 (Pasteurization with CO₂ )

L’impianto Pa.CO2  è stato costruito per studiare e sviluppare un prototipo di pompa di calore a CO₂ (R744) ad inversione di ciclo “istantaneo” per il riscaldamento/raffreddamento di acqua o altro fluido da utilizzare per fini di climatizzazione o alimentari.
L’utilizzo di una pompa di calore a CO₂ per il riscaldamento di fluidi oltre certi livelli di temperatura è favorito dalle sue caratteristiche termodinamiche: in Fig. 1 è mostrato un esempio dell’ottimo accordo tra i profili di temperatura dell’anidride carbonica ad una pressione di 120 bar (raffreddamento da 100 a 20 °C ca.) e dell’acqua da riscaldare in controcorrente a partire da una temperatura di 15 °C fino a 85 °C ca.

Nella stessa figura è riportato anche il profilo di temperatura, decisamente meno favorevole, necessario nel condensatore di una pompa di calore con HFC che dovesse compiere la stessa operazione.

Fig. 1: Differenza tra i profili di temperatura in un condensatore a HFC e in un gas cooler a CO2 in una pompa di calore per il riscaldamento di acqua

L’impianto sperimentale Pa.CO2 (Fig.2) è stato realizzato “accoppiando” tra di loro due macchine attualmente in commercio: una pompa di calore ad anidride carbonica progettata per la produzione di acqua calda sanitaria e un pastorizzatore per miscele di gelato che funge da serbatoio di raccolta del fluido trattato dalla pompa di calore e fornisce la prevalenza necessaria per la sua circolazione.

Fig. 2: Impianto sperimentale Pa.CO2

Nella parte iniziale dell’attività sperimentale sull’impianto Pa.CO2 sono stati ottenuti dei riscontri preliminari sulla fattibilità (temperature e carichi termici desiderati) e sul rendimento (risparmio energetico effettivo rispetto al riscaldamento attraverso resistenze elettriche) del semplice processo di riscaldamento di un quantitativo ben definito di acqua.

Successivamente, si procederà a valutare la possibilità di utilizzare la stessa configurazione di impianto, con le opportune modifiche al circuito della pompa di calore, per il raffreddamento del fluido di processo.

Fig.3: Layout pagina grafica sistema di acquisizione dati realizzato con Labview

Una possibile applicazione della tecnologia può essere vista nei processi di pastorizzazione dei prodotti alimentari, che richiedono una fase di riscaldamento oltre i 65-80 °C ed una successiva, rapida fase di raffreddamento della miscela alimentare fino a temperature dell’ordine dei 4 °C. Allo stato attuale, le macchine in commercio eseguono la fase di pastorizzazione in due fasi, la prima di riscaldamento (affidata a delle resistenze elettriche aventi COP unitari) e la seconda di raffreddamento (affidata ad una macchina solo freddo) del preparato. Lo scopo è abbattere i consumi elettrici di circa il 70% durante la fase di riscaldamento del prodotto grazie al COP della pompa di calore, nettamente superiore all’unità, per poi utilizzare lo stesso circuito frigorifero per ottenere l’energia necessaria alla conservazione del preparato a bassa temperatura.

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