1.3.5.4 Impianti di refrigerazione

 
FRIGORIFERI DOMESTICI
I frigoriferi per usi domestici sono costituiti da un armadio di piccola o media cubatura, con pareti isolanti, vano e sportello suddivisi in idonei ripiani e scomparti; affermati sono i tipi con la parte superiore separata che funge da cella di congelamento e quelli a doppio o triplo sportello (i cosiddetti big-size) che incorporano un congelatore vero e proprio (che può avere un motore unico o due motori separati) e uno scomparto per il ghiaccio con distributore di cubetti o ghiaccio tritato e bevande fresche. Tutti i frigoriferi hanno un vano metallico nelle cui pareti passano i condotti di circolazione del fluido refrigerante per cui funziona da congelatore (freezer). Molti sono composti da un sistema automatico di sbrinamento che, alla fine di ogni ciclo di raffreddamento, provoca il riscaldamento della serpentina e lo scioglimento del ghiaccio formatosi per la condensa dell'umidità dell'aria (sistema no-frost). Alcuni frigoriferi sono dotati anche di un sistema di ventilazione per la circolazione dell'aria interna e la distribuzione più omogenea del freddo. Nei modelli più grandi è previsto uno spazio per le verdure e uno per i vini (cantina) a temperatura e umidità controllata. Nei negozi e nei magazzini si usano celle refrigeranti aperte o chiuse, per prodotti surgelati, e armadi frigoriferi per la conservazione di derrate alimentari e di carni
All'interno dei tubi di un frigorifero, un refrigerante, in forma liquida o gassosa (stato) è in circolazione. Il refrigerante è mantenuto sotto pressione in tutte le parti del frigorifero, anche se in una parte (il condensatore) la pressione è più elevata rispetto all’altra parte (l’evaporatore). Il refrigerante è in genere sintetico, ma è anche possibile utilizzare, per esempio, il metano o il butano. Il concetto principale è il passaggio da una pressione elevata, con la trasformazione in liquido del refrigerante (condensazione), a una pressione più bassa, che consente la trasformazione del refrigerante in gas (evaporazione). 
Guarda cosa succede al refrigerante quando abbassiamo la pressione …
Il refrigerante inizia a bollire usando l’energia sotto forma di calore circostante …
Portando via il calore dall’area circostante
Ma i fumi non scompaiono semplicemente. Vediamo cosa succede con i fumi o il gas
La pompa comprime il gas. Con la compressione del gas il calore aumenta.
Il corpo o il tubo dove il gas è contenuto si raffredda dalla zona circostante irradiando calore …
Quando il gas si è raffreddato, si condensa e diventa liquido. La pressione però è ancora alta … Quindi tutto quello di cui abbiamo bisogno è riportarlo alla parte fredda
Abbiamo ora un circuito chiuso con una parte a bassa pressione fredda e una parte calda ad alta pressione.
Per aumentare l'evaporazione il refrigerante viene spruzzato nell'evaporatore attraverso un orifizio …Ora abbiamo un circuito completo e chiuso che trasporta il calore dal frigorifero sul retro ...
Nei compressori alternativi, uno o più pistoni scorrono all'interno di un cilindro, similmente a quanto avviene nel motore di un'automobile, effettuando l'aspirazione e la compressione del fluido refrigerante

Nel video qui sotto un tipo di queste valvole:
IL COMPRESSORE ALTERNATIVO SEMIERMETICO
I compressori alternativi vengono detti semiermetici quando sia il compressore vero e proprio, sia il relativo motore elettrico di trascinamento, sono contenuti in un medesimo involucro ispezionabile per la manutenzione. Le testate dei cilindri rimangono normalmente accessibili per la manutenzione. E' importante notare che l'albero motore e l'albero a gomiti del compressore costituiscono un tutto unico. In questi compressori, il gas refrigerante a bassa temperatura aspirato dall'evaporatore, ha il compito di raffreddare gli avvolgimenti del motore prima di subire la fase di compressione. I compressori semiermetici trovano oggi un ampio campo di applicazioni, sia nelle macchine di condizionamento sia nei gruppi refrigeratori di acqua. La loro costruzione è tale da impedire l'ingresso d'aria e di polveri; d'altra parte la possibilità di accesso per il servizio consente di intervenire liberamente nel caso di guasti o anomalie.
IL COMPRESSORE ALTERNATIVO ERMETICO
Nel video qui sotto un tipo di compressore frigo ermetico detto SCROLL
L'olio perciò viene emesso con continuità dal compressore a vite, insieme al gas refrigerante ad alta temperatura.
Vi è quindi la necessità di effettuare all'uscita del compressore una efficace separazione dell'olio dal gas refrigerante (che per taluni refrigeranti come l'R-22 può risultare difficile), quindi, raffreddare l'olio e reimmetterlo nel compressore. Questa esigenza comporta per i compressori a vite la necessità di prevedere opportuni dispositivi che svolgano le funzioni descritte. Questa condizione inevitabilmente comporta dei problemi di costo. Anche la parzializzazione viene praticata con il movimento di finestrelle scorrevoli da 10 al 100% del suo lavoro ottenendo così una facile regolazione della portata  senza pericoli di basse temperature in aspirazione  così come succede per i compressori alternativi.
VALVOLE PER LA LAMINAZIONE
La valvola termostatica

Utilizzata negli impianti con evaporatore ad espansione diretta, riesce ad adattare entro limiti ragionevoli la resa dell'impianto alle variazioni del carico termico. Essa vincola l'alimentazione del frigorigeno ad un surriscaldamento costante del vapore in uscita dall'evaporatore rendendo così attiva in ogni condizione di funzionamento l'intera superficie di scambio dell'apparecchio, ed impedendo nel contempo che il liquido non vaporizzato ritorni al compressore. 
VALVOLE PER LA LAMINAZIONE
La valvola termostatica
Da tener presente che le misure nel video sono inglesi, mentre quelle riportate di seguito sono del sistema internazionale SI. Vediamo in questo video il funzionamento di una valvola termostatica. All’ingresso della valvola leggiamo una pressione di circa 15 bar mentre all’uscita della stessa dopo la strozzatura un valore di circa 5 bar. L’impianto è ad espansione diretta, l’aria da raffreddare ha una temperatura di circa 24 °C, quindi anche il bulbo della valvola connesso a contatto con la tubazione di uscita dell’evaporatore ha la stessa temperatura. La direzione dell’aria è indicata dalla freccia. 
Il liquido contenuto nel bulbo è gas FREON22 ma potrebbe essere anche altro tipo, cerchiamo quindi in tabella cerchiamo la pressione del FREON22 che sviluppa alla temperatura di circa 24°C, troviamo circa 9 bar che si scaricheranno sul diaframma della valvola termostatica liberando così la luce di passaggio del freon nella valvola in modo da espandersi in modo tale da avere alla fine della tubazione di scarico dell’evaporatore  una temperatura di 15°C.
Il bulbo quindi adesso avrà non più una temperatura di 24°C ma di 15°.
Quindi rientriamo in tabella e vediamo che pressione sviluppa il gas FREON22 alla temperatura di 15°C, troviamo 7 bar che andranno ad agire sempre sul diaframma della valvola termostatica in questo caso facendo cambiare di posizione l’otturatore interno (in chiusura) anche perché adesso anche la camera antagonista all’otturatore è attraversata da FREON22 a 7 bar che appunto si oppone all’apertura.
Avremo adesso all’uscita della valvola termostatica che il gas FREON22 avrà raggiunto la temperatura di 4°C il che vuol dire che avremo una pressione interna al bulbo di circa 4.5 bar che andrà man mano a diminuire fino ad avere un valore quasi nullo nella zona dove è connesso il bulbo, per cui il compressore si arresterà per bassa pressione.

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