TORNA ALLA PAGINA INIZIALE DEL CENTRO STUDI GALILEO PER ULTERIORI INFORMAZIONI

Introduzione

L’utilizzo del ricevitore di liquido non è l’unica maniera per ottenere il sottoraffreddamento del refrigerante in un impianto frigorifero. L’importanza di tale pratica è stata studiata profondamente a livello progettuale tanto da portare all’ideazione di alcuni espedienti tecnologici in grado di garantire livelli di sottoraffreddamento significativi e controllabili nel tempo.

Tecnologie per il sottoraffreddamento

Uno dei problemi che porta ad una riduzione o ad una assenza di sottoraffreddamento sono le perdite di pressione che il liquido subisce nel tratto compreso tra il condensatore ed il dispositivo di espansione. Esse possono essere provocate da una geometria del circuito tortuosa (presenza di curve, gomiti, ecc.) o da tratti di tubazione ascendenti o troppo lunghi o da tubazioni di diametro troppo piccolo. Tutte tali perdite portano ad una diminuzione della pressione del liquido ed un abbassamento della corrispondente temperatura di saturazione con conseguente eliminazione del sottoraffreddamento del liquido. Per ovviare a ciò, si può prevedere di aumentare la pressione del liquido all’uscita del condensatore attraverso una piccola pompa per liquidi, in modo tale da portare il refrigerante ad una temperatura ben più bassa di quella di saturazione. In tale modo, anche se il liquido va incontro a perdite di carico lungo il circuito che lo porta all’espansione si evita il rischio di perdere completamente il sottoraffreddamento del liquido o addirittura di avere la formazione inaspettata di bolle di vapore. La figura 1 mostra un circuito frigorifero ove è stata installata detta pompa, prima della valvola di espansione termostatica. La sua presenza garantisce, oltre al sottoraffreddamento desiderato, anche il fatto che il liquido mantenga una certa pressione all’entrata della valvola, indipendentemente dalla pressione di condensazione. In tale modo la pressione del liquido all’entrata dell’espansione rimane a valori tali da consentire una adeguata portata di refrigerante, anche quando la pressione di condensazione scende a livelli inferiori al normale.

Un altro sistema prevede l’impiego di uno scambiatore tra il liquido ad alta pressione ed il gas aspirato dal compressore a bassa pressione, molto più freddo del primo. Lo scambio di calore può essere realizzato attraverso uno scambiatore appositamente predisposto allo scopo (negli impianti di più grandi dimensioni) oppure attraverso un rudimentale accoppiamento delle due tubazioni in controcorrente (negli impianti più economici).

Come il sottoraffreddamento migliora la resa frigorifera (per i vari refrigeranti)

Già abbiamo potuto apprezzare come durante il processo di espansione una parte di liquido evapori già prima di giungere all’evaporatore, causando, così, una perdita secca all’entità dell’effetto refrigerante prodotto. In questo modo la resa dell’evaporatore subisce una diminuzione dell’ordine del 30-40%, a seconda del tipo di refrigerante impiegato, rispetto alla condizione ideale in cui l’evaporatore stesso sia alimentato unicamente da liquido.

A titolo d’esempio possiamo confrontare la resa teorica di un evaporatore quando il refrigerante subisce un sottoraffreddamento di 10 °C prima di entrare nel dispositivo di espansione. La tabella 1 pone a paragone due cicli frigoriferi teorici, con temperatura di evaporazione di -20 °C e temperatura di condensazione di +40 °C, che si differenziano per il diverso grado di sottoraffreddamento del liquido. Si può notare come il ciclo con sottoraffreddamento porti ad avere una minore produzione di gas durante l’espansione e quindi consenta di alimentare con più liquido l’evaporatore. Questo indistintamente per tutti i tipi di refrigerante. Come si può osservare la differenza risulta dell’ordine del 6-8%: ciò significa che nel ciclo con sottoraffreddamento la resa frigorifera dell’evaporatore aumenta, a parità di condizioni di lavoro dell’impianto, di tale entità. Parimenti l’efficienza energetica dell’impianto aumenta, dato che il sottoraffreddamento del liquido non comporta maggiori spese di energia per il funzionamento del compressore purché l’impianto sia dotato di ricevitore del liquido.

Controllo del sottoraffreddamento

Una volta che un impianto è stato progettato ed in seguito montato con la dovuta perizia, non è scontato che esso continui a funzionare nel tempo nella maniera dovuta. Nel caso specifico, il sottoraffreddamento del liquido può variare in relazione a molteplici fattori che possono influire sul funzionamento dell’impianto. Innanzitutto la carica di refrigerante. Il sottoraffreddamento risulta aumentare quando la quantità di refrigerante caricato nell’impianto aumenta. Con una carica maggiore l’impianto è in grado di far fronte ad improvvise ed impreviste richieste di freddo e, nel contempo, garantire contemporaneamente sempre la presenza di un certo sottoraffreddamento del liquido. Al contrario, perdite di refrigerante portano ad una diminuzione del sottoraffreddamento.

Se l’evaporatore non scambia bene, il sottoraffreddamento tende a crescere. Questo perché la potenza termica da rigettare al condensatore risulta diminuire, per cui lo scambiatore risulta essere sovra-dimensionato e consente al refrigerante di condensare con facilità. Un tratto di condensatore rimane libero per il sottoraffreddamento, che risulta, così, consistente. Lo scambio all’evaporatore dipende da una serie di fattori tra cui la presenza di brina sulle alette, il funzionamento delle ventole, la variabilità dei carichi termici. Qualsiasi variazione o irregolarità della loro funzionalità si ripercuote sul sottoraffreddamento del refrigerante.

Il sottoraffreddamento dipende anche dal tempo che il liquido impiega a percorrere il tratto che dal condensatore porta al dispositivo di espansione. Maggiore è la sua permanenza in questo tratto, maggiore è la possibilità che esso scambi calore e, quindi, si raffreddi. Una valvola termostatica troppo aperta consente al refrigerante di defluire in quantità maggiore al dovuto, portando ad una rapida diminuzione della quantità di liquido a monte. La velocità di quest’ultimo all’interno delle tubazioni aumenta causando la riduzione del tempo di permanenza in esse ed una diminuzione della cessione di calore: il sottoraffreddamento è destinato, di conseguenza, a diminuire.

Conclusioni

Dagli spunti proposti nel corso della nostra disamina si è potuto constatare come la pratica del sottoraffreddamento rivesta una rilevanza notevole allo scopo di aumentare la resa frigorifera ed energetica di un impianto frigorifero. Altresì è emerso che l’entità del sottoraffreddamento dipende da una serie di fattori che risultano essere variabili nel tempo e che a loro volta conferiscono variabilità al sottoraffreddamento stesso.

Una corretta progettazione e realizzazione del circuito frigorifero sono basilari per avere un buon sottoraffreddamento, ma altresì una corretta carica ed una costante manutenzione di una gran parte dei componenti frigoriferi che lo compongono sono necessari per garantire nel tempo la sua presenza.

Frequentemente il tecnico frigorista pone l’attenzione unicamente sul surriscaldamento del refrigerante per diagnosticare eventuali malfunzionamenti del suo impianto e per raccogliere informazioni utili sul suo funzionamento. Invece, anche l’analisi del sottoraffreddamento risulta altrettanto importante. Se non di più, dato che con quest’ultimo è possibile anche intervenire sugli aspetti energetici legati al funzionamento dell’impianto.

 [Fine]