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PRINCIPI E DIAGRAMMI TERMODINAMICI DELLE MACCHINE AD ASSORBIMENTO

Il ciclo termodinamico di una macchina frigorifera ad assorbimento e' costituito da un ciclo a vapore in cui vi sono due circuiti che si intersecano ed hanno un lato in comune; il primo circuito e' percorso dal vapore che costituisce il fluido refrigerante ed in esso vengono eseguite le operazioni frigorigene; nell'altro circuito, invece, circola una soluzione allo stato liquido che alternativamente si arricchisce del vapore che ha gia' operato e si impoverisce del vapore all'inizio di un nuovo percorso.

Il lato in comune dei due circuiti e' costituito dal ramo in cui circola la soluzione ricca del fluido operatore.

Non giova, in questo caso, fare riferimento ai cicli termodinamici classici, vista la molteplicita' delle operazioni e delle apparecchiature che realizzano il circuito della soluzione liquida e che nei cicli ad assorbimento sostituiscono la compressione isentropica utilizzata nei cicli inversi a compressore piu' usati (Carnot, Joule).

Lo schema di flusso di una macchina frigorifera ad assorbimento e' rappresentato in fig.1: il fluido frigorigeno, vapore, esce dal separatore 5, condensa nel condensatore C e, dopo essere passato per la valvola di trafilazione V₁, entra nell'evaporatore E in cui l'evaporazione avviene a spese calore che deve essere sottratto al fluido da raffreddare.

A questo punto il vapore entra nell'assorbitore A, viene assorbito dalla soluzione liquida in arrivo nella quale il fluido frigorigeno era contenuto in quantita' relativamente piccola.

Per favorire questo assorbimento del fluido frigorigeno nella soluzione povera nell'assorbitore si opera un raffreddamento, dopo di che la soluzione ricca in uscita, dopo essere passata per il circolatore ed essere stata riscaldata nello scambiatore di calore dalla soluzione povera, entra nel separatore, al quale giunge il calore fornito dall'esterno; ivi, data l'alta temperatura, avviene la separazione della soluzione del vapore diretto al condensatore.

La soluzione povera, uscita anch'essa dal separatore, dopo essersi raffreddata nello scambiatore e, dopo essere passata nella valvola riduttrice di pressione V₂, ritorna nell'assorbitore, dove si arricchisce nuovamente del vapore proveniente dall'evaporatore.

Le soluzioni che vengono utilizzate per questi impianti sono principalmente le soluzioni acquose di ammoniaca e bromuro di litio, in cui i fluidi frigorigeni sono rispettivamente il vapore di ammoniaca e il vapore d'acqua.

APPARECCHIATURE CHE REALIZZANO IL CICLO

Per gli impianti di condizionamento dell'aria, in cui non e' necessario raggiungere temperature particolarmente basse, viene preferito l'uso della soluzione acqua-bromuro di litio e il ciclo e' realizzato in apparecchiature molto compatte. Dette apparecchiature sono, come appare evidente dalla fig.1, condensatore, evaporatore, separatore, assorbitore e, quasi sempre, uno scambiatore di calore per il raffreddamento della soluzione povera e il riscaldamento della soluzione ricca. In qualche caso vengono introdotte, a fine di ottimizzazione, anche altre apparecchiature (per esempio, scambiatore fra condensatore ed evaporatore), peraltro non indispensabili al funzionamento del ciclo.

Le grandezze occorrenti per il dimensionamento di queste apparecchiature sono pressione, temperatura, portata, concentrazione della soluzione, potenza termica elaborata e possono essere lette, se non sono note, rappresentando il ciclo sul diagramma entalpia-concentrazione della soluzione di bromuro di litio in acqua.

IL DIAGRAMMA ENTALPIA CONCENTRAZIONE

DELLA SOLUZIONE ACQUOSA DI BROMURO DI LITIO   (vedi figura)

Nel diagramma entalpia-concentrazione della soluzione acquosa di bromuro di litio i valori delle concentrazioni riportati in ascisse sono, per maggiore comodita', relativi al solvente anziche' al soluto, dal momento che il fluido operatore, nel ciclo frigorifero, e' l'acqua; il diagramma e' tracciato solo a partire da concentrazioni in acqua del 30%, poiche' per concentrazioni minori la soluzione cristallizza alle temperature operative dell'impianto essendo solido il bromuro di litio puro. Nel diagramma sono riportate anche le isobare e le isoterme, queste ultime tracciate mediante la relazione

I= IH₂0 . X+ (1 - X) . ILiBr - Qsol

in cui I, IH₂O, ILiBr, sono le entalpie della soluzione e delle sostanze pure corrispondenti, X e' la concentrazione del solvente nella soluzione e Qsol il e' calore integrale di soluzione, cioe' il calore che si sviluppa nella soluzione per l'aggiunta di un quantitativo di solvente riferito ad una quantita' unitaria di soluto.

La grandezza Qsol dipende dalla concentrazione e dalla temperatura, per cui, a temperatura costante, la variazione dell'entalpia I dipende solo dalla concentrazione.