Design of Sustainable Refrigerants by multi-scale Modeling

A mesura que Europa imposa mandats per reduir l'emissió de gasos refrigerants amb un potencial d'escalfament global alt, sorgeix un desafiament urgent per a la indústria de la refrigeració i l'aire condicionat: el desenvolupament d'alternatives mediambientalment sostenibles als fluorocarbonis hidrogenats. En resposta, aquesta tesi se centra en el desenvolupament d'eines de modelatge multiescalar per a una descripció precisa de la captura, ús i emmagatzematge de gasos d'efecte hivernacle, amb especial atenció als gasos fluorats. L'enfocament proposat es basa en l'equació d'estat soft-SAFT, en la seva versió polar, per tal de predir les propietats termodinàmiques idònies que permetin una avaluació tècnica precisa en condicions rellevants per a la indústria de la refrigeració i l’aire condicionat, en combinació amb xarxes neuronals mitjançant descriptors moleculars COSMO. En termes generals, la fortalesa d’aquesta metodologia rau en el desenvolupament de models predictius per al disseny de nous fluids de refrigeració. D’ençà, s’efectua una anàlisi 4E (energètic, exergètic, econòmic i ambiental) per tal de minimitzar costos operacionals, i així donar resposta mitjançant un modelatge computacional a la necessitat imperiosa de nous refrigerants amb propietats termodinàmiques i de rendiment òptimes. Aquest marc és aplicable a una àmplia gamma de condicions de treball i configuracions del sistema, garantint així la seva versatilitat i robustesa, procedint a identificar una mescla (60/40) wt.% R1243zf + R1234ze(E) potencial substituta al refrigerant d’ampli ús social R134a. Mètodes d'optimització amb ús d'eines d'anàlisi estadística van avaluar l'impacte dels factors de disseny en la millora del rendiment, resultant en estalvis anuals de caire considerable i en reduccions de les emissions base CO2. S'hi inclou una anàlisi de l'impacte del cicle de vida per quantificar l'impacte associat al seu ús i emissions, amb l'objectiu d'identificar substituts des d'una perspectiva tecno-ambiental-econòmica integral. Per acabar, aquesta tesi explora alternatives al diòxid de carboni per a sistemes subcrítics en cascada.