Impianti di Refrigerazione

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1 Impianti di Refrigerazione

2 Dalla chimica sappiamo che nel passaggio dallo stato liquido a quello di vapore ogni sostanza assorbe una rilevante quantità di calore senza che la temperatura subisca variazioni. Questa quantità di calore prende il nome di "calore latente di vaporizzazione" ed è caratteristico di ogni sostanza o miscela. Il diagramma che descrive lo stato di una data sostanza, ed in particolare il suo volume specifico, al variare della pressione o della temperatura si chiama "diagramma di stato" ed ha, indipendentemente dalla sostanza, un andamento a campana e nel quale possono essere individuate quattro zone principali

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4 Per mettere maggiormente in risalto la quantità di calore scambiata dal fluido con le sorgenti è più utile riferirsi ai diagrammi pressione-entalpia. L'entalpia può definirsi in pratica come la quantità di calore contenuta in un Kg di sostanza ad una data temperatura. Ad esempio, l'entalpia dell'aria secca, ad 1 C ed alla pressione atmosferica, è di 0,24Kcal/Kg. I rapporti tra la temperatura e le pressioni nei passaggi di stato variano secondo leggi caratteristiche proprie di una data sostanza. Ad esempio la temperatura di ebollizione dell'acqua è di 100 C alla pressione atmosferica mentre alla pressione assoluta di 2 bar tale temperatura è di 120 C ed alla pressione assoluta di 0,5 bar essa è di 80 C.

5 Confronto tra i grafici a parità di fluido operante A = Grafico T-S ( Temperatura-Entropia ) B = Grafico P-V ( Pressione-Volume ) C = Grafico P-h ( Pressione-Entalpia ) spesso la P è sottoforma di logp, quindi più schiacciato verso l'asse delle ascisse.

6 Il diagramma pressioni-entalpie riferito ad 1 kg di fluido ci permette di apprezzare lo stato ed il "contenuto di calore" (entalpia) di tale fluido, in funzione della pressione e di determinarne la temperatura.

7 Andamenti delle curve del grafico P-h

8 In questo esempio, dobbiamo fornire lavoro dall'esterno, per realizzare questo percorso del calore, che altrimenti in natura non si potrebbe realizzare

9 Un esempio di come realizzarlo, lo si ottienre con l'impianto frigorifero e pompa di calore

10 Fate attenzione ai colori del fluido refrigerante: tonalità di rosso = aumento o diminuzione di calore, tonalità del celeste = raffreddamento dello stesso fluido

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12 Impianto domestico di refrigerazione estiva

13 A seconda della superficie del condensatore, il refrigerante liquido può essere portato in condizioni di sottoraffreddamento, e in tal caso l'uscita dal condensatore verrebbe a cadere a sinistra della curva del liquido saturo. Come si può intuire, il sottoraffreddamento del liquido refrigerante conduce ad un aumento dell'effetto di refrigerazione. Il ciclo rappresentato finora sul diagramma pressioni-entalpie si discosta un poco dalla realtà per il fatto che non si sono prese in considerazione le inevitabili perdite per attrito del liquido refrigerante attraverso il circuito. Un ciclo più vicino alla realtà è quello rappresentato nella figura seguente.

14 Il tratto di tubo tra l'uscita dell'evaporatore e l'ingresso del compressore viene detto "linea di aspirazione". Il vapore deve venire aspirato dal compressore nella stessa quantità con la quale si produce entro l'evaporatore. Un volume di aspirazione maggiore provocherebbe un'eccessiva riduzione di pressione (e perciòdi temperatura) nell'evaporatore. Al contrario, un volume di aspirazione inferiore al valore di produzione di vapore nell'evaporatore, produrrebbe un aumento della pressione e della temperatura nell'evaporatore. Queste due condizioni sono molto importanti poiché vengono a determinarsi con la variazione dei carichi termici; bisogna prevedere dei dispositivi per far fronte a queste condizioni di Funzionamento. Il tratto di tubo tra l'uscita del compressore e l'ingresso del condensatore, viene detto "linea di mandata". Entro il condensatore viene smaltito il calore totale contenuto nel vapore, dovuto alla somma del calore assorbito nell'evaporazione, più il calore per il lavoro compiuto dal compressore.

15 Avendo i dati delle temperature e il grafico del fluido refrigerante, è possibili realizzare i ciclo dell'impianto, ottenendo tutti i dati necessari per conoscerne le caratteristiche di funzionamento.

16 La valvola d'espansione automatica funziona secondo il principio di una valvola riduttrice dipressione. Essa mantiene costante la pressione nell'evaporatore indipendentemente dalle condizioni esternedurante il funzionamento dell'impianto, e si chiude all'arresto del compressore per l'aumento di pressione che ne consegue. L'organo di comando è costituito da una membrana, oppure da un soffietto, sulle cui facce superiore e inferiore agiscono rispettivamente in coppia: -la pressione atmosferica e quella della molla di contropressione, entrambe praticamente costanti -la pressione di evaporazione del refrigerante e quella della molla di regolazione.

17 Se per una data regolazione della molla avviene che la pressione di evaporazione diminuisca, lamembrana si inflette verso il basso costringendo l'ago ad aprire la luce di passaggio. Ciò consente alla pressione di evaporazione di risalire e di riportare la membrana alla suaposizione iniziale. Più la tensione della molla di regolazione è ridotta più il valore della pressione di evaporazione risulta elevato, e viceversa. Evaporatori navali ad espansione CONDENSATORI diretta e allagato

18 Ci si può chiedere quale sia il criterio che guida all'adozione di un evaporatore ad espansione diretta piuttosto che di tipo allagato. Praticamente il motivo principale è il seguente: negli evaporatori ad espansione diretta il refrigerante circola all'interno dei tubi; questa condizione comporta necessariamente delle perdite di carico che possono risultare sensibili. I soli compressori che possono accettare delle perdite di carico di una certa entità sono i compressori alternativi e quelli a vite. Questo è il motivo fondamentale per cui tutte le macchine equipaggiate con questi tipi di compressori montano generalmente evaporatori del tipo ad espansione diretta. Negli evaporatori del tipo allagato invece il fluido refrigerante non circola all'interno dei tubi, bensì all'esterno, e si ottengono così delle perdite di carico sensibilmente ridotte. Questa è la condizione preferibile per i compressori di tipo centrifugo che lavorano con differenze di pressione molto ridotte e non potrebbero accettare penalizzazioni per effetto di elevate perdite di carico.

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20 Dati da ricavare, con i valori ottenuti dall'esperienza nel banco didattico, della Didacta T108/3D, per ogni portata d'acqua in ingresso al condensatore : - con il grafico delll'r134a consegnato, realizzare il ciclo ; - ricavare i dati di E.E.R. e di C.O.P. ; - ricavare la portata del fluido refrigerante aiutandovi con la formula Q H2O=QR134a dal condensatore, per la QR134a si dovranno prendere le entalpie del grafico ; - ricavare la quantità di calore acquistato, dall'aria ambiente, nell'evaporatore; - calcolare il calore latente di vaporizzzazione del fluido refrigerante e quello di condensazione - ricavare il consumo elettrico del compressore in base al numero di giri del disco del contatore presi in considerazione, sapendo che 1kWh = 900 giri del disco. Il tutto facendone le dovute considerazioni nella relazione tecnica finale, sapendo che sono state prese due portate di acqua di raffreddamento, nel condesatore, confrontandone i risultati. Aiutatevi anche con il paragrafo del vostro testo, riguardante gli impianti di refrigerazione e condizionamento a pag. 290.