Il circuito frigorifero
I fenomeni fisici interessanti i processi frigoriferi trattati in precedenza, prendono per esempio I'acqua anche se per ragioni pratiche questa non viene usata come fluido frigogeno, salvo casi particolari. Alle pagine seguenti sono descritti i singoli componenti dell'impianto frigorifero.
L'evaporatore Un fluido frigogeno allo stato liquido assorbe calore quando evapora ed è questo passaggio di stato che produce il raffreddamento in un processo frigorifero. Se un fluido frigogeno alla stessa temperatura dell'ambiente circostante è lasciato espandere attraverso un tubo in comunicazione con la pressione atmosferica, una certa quantità di calore viene assorbita dall'ambiente circostante per permettere al fluido di evaporare ad una temperatura corrispondente alla pressione atmosferica. Se in certe condizioni la pressione all'uscita (pressione atmosferica) varia, si ottiene pure una variazione di temperatura in quanto questa dipende dalla pressione. L'apparecchio nel quale avviene il fenomeno suddetto è I'evaporatore, il cui compito è quello di sottrarre calore all'ambiente circostante per produrre "il freddo".
Il compressore II processo frigorifero avviene, ovviamente, in un circuito chiuso. Quando il fluido frigogeno proveniente dall'evaporatore viene immesso in un serbatoio, la pressione in esso aumenta sino a raggiungere il valore della pressione esistente nell'evaporatore;
di conseguenza il flusso di refrigerante viene a cessare e la temperatura, sia nel serbatoio che nell'evaporatore, aumenta gradualmente sino a raggiungere il valore della temperatura ambiente. Per mantenere nell'evaporatore una pressione bassa, e con essa una bassa temperatura, è necessario estrarre continuamente il vapore da quest'ultimo. Tale lavoro è fatto dal compressore che aspira in continuazione vapore dall'evaporatore. In altri termini il compressore può essere paragonato ad una pompa che convoglia il vapore nel circuito frigorifero. In un circuito chiuso deve alla fine prevalere una condizione di equilibrio. Si può pertanto affermare che, se il compressore aspira vapore in quantità superiore a quella che sì genera nell'evaporatore, la pressione, in tale apparecchio, tenderà a diminuire e con essa la temperatura. Per contro se il carico termico sull'evaporatore aumenta e si produce una maggiore quantità di vapore, la pressione e la temperatura nell'evaporatore aumentano.
Il funzionamento del compressore II fluido frigorigeno lascia I'evaporatore allo stato di vapore saturo o leggermente surriscaldato ed entra nel compressore, nel quale viene compresso. La compressione viene compiuta, come in un motore a scoppio, dal movimento del pistone. II compressore compie un lavoro (di compressione) ed ha quindi bisogno di energia. Questo lavoro viene trasferito al vapore sotto forma di calore ed è chiamato lavoro dì compressione. A causa del lavoro di compressione il vapore esce dal compressore ad una pressione più elevata a fortemente surriscaldato. L'energia spesa per la compressione dipende dalle pressioni e dalle temperature di funzionamento dell'impianto. Per comprimere 1 kg di vapore a 10 ata (bar) è necessaria una quantità di energia ben superiore a quella necessaria per comprimere 1 kg dello stesso fluido a 5 ata (bar).
Il condensatore Tramite il condensatore il fluido frigorigeno cede calore ad un fluido esterno a temperatura più bassa. La quantità di calore trasmessa è la somma del calore assorbito dal fluido frigorigeno nell'evaporatore e di quello assorbito a causa dell'energia spesa per la compressione. II fluido di raffreddamento del condensatore può essere aria o acqua. Unico requisito è che la sua temperatura sia inferiore alla temperatura del fluido frigorigeno alla corrispondente pressione di condensazione. II processo di condensazione può essere paragonato al processo di evaporazione con la differenza che è di segno opposto, cioè il cambiamento di stato è da vapore a liquido.
Il processo di laminazione II fluido frigorigeno liquido passa dal condensatore in un serbatoio di raccolta detto "ricevitore di liquido". La pressione nel ricevitore è più elevata della pressione nell'evaporatore a causa della compressione (aumento di pressione) prodotta dal compressore. Per ridurre la pressione al valore uguale a quello esistente nell'evaporatore deve essere previsto un dispositivo detto di laminazione. All'uscita dei dispositivo di laminazione il liquido è poco al disotto dei punto di ebollizione. A causa della repentina espansione si verifica un cambiamento dì stato: il liquido inizia ad evaporare. L'evaporazione completa avviene nell'evaporatore e così si chiude il ciclo. Parte ad alta pressione e di bassa pressione di un impianto frigorifero Nei ciclo operativo di un impianto frigorifero sono implicate temperature diverse in quanto si hanno diverse condizioni dei fluido frigorigeno: liquido sotto raffreddato, liquido saturo, vapore saturo e vapore surriscaldato. Generalmente però si hanno solamente due pressioni differenti: la pressione di evaporazione e la pressione di condensazione. La divisione fra alta pressione a bassa pressione in un impianto è rappresentata nella figura qui sotto.