I componenti principali degli impianti frigoriferi

Il compressore La funzione del compressore è quella di aspirare il vapore dall'evaporatore e comprimerlo nel condensatore. II tipo di compressore più comune è il compressore a pistoni,

 ma sono molto diffusi anche altri tipi di compressori ad esempio quelli a vite e quelli centrifughi. I compressori a pistoni coprono un vasto campo di potenza, esattamente dai piccoli modelli ad un solo cilindro sino ai modelli a 8, 10 cilindri caratterizzati da un elevato volume generato, per applicazioni industriali. Per le più piccole potenze sono usati i compressori ermetici, nei quali compressore a motore sono assiemati in un unico involucro ermetico. Per gli impianti di più grande potenza è molto comune il compressore semiermetico. II vantaggio di questo tipo di compressore sta nel fatto che non c'è premistoppa di tenuta sull'albero. Questi compressori tuttavia non possono essere usati negli impianti ad ammoniaca perchè il fluido corrode gli avvolgimenti elettrici del motore. I compressori di grande potenza per fluidi alogenati e tutti i compressori per ammoniaca sono del tipo "aperto", cioè con il motore esterno al carter del compressore. La trasmissione del moto può essere ad accoppiamento diretto o con cinghie.

 Per speciali applicazioni si usano dei compressori senza lubrificazione, ma la lubrificazione dei cuscinetti è normalmente sempre necessaria. I compressori frigoriferi di grande potenza sono sempre lubrificati con olio con circolazione forzata a mezzo pompa. Il condensatore Scopo del condensatore è quello di rimuovere la quantità di calore uguale alla somma del calore assorbito nell'evaporatore e del calore corrispondente all'energia spesa per la compressione. I condensatori possono essere di vari tipi.

 Condensatore a fascio tubiero - Questo tipo di condensatore è usato quando si dispone di acqua in quantità sufficiente per il raffreddamento.É costituito da un fasciame cilindrico con testate alle estremità (piastre tubiere) alle quali sono fissati i tubi costituenti la superficie di scambio termico. Opportuni coperchi sono fissati con bulloni alle testate. II fluido frigorigeno scorre entro il fasciame cilindrico, fra i tubi, mentre I'acqua di raffreddamento scorre entro i tubi. I coperchi alle testate sono dotati di diaframmi in modo che I'acqua percorra più volte la lunghezza dei tubi allo scopo di conferire alla stessa una velocità tale da assicurare un buon coefficiente di trasmissione del calore. Di norma I'acqua viene riscaldata di 5 ? 10 °C quando attraversa tutto il condensatore. Qualora fosse necessario ridurre il consumo di acqua, può essere usato il condensatore evaporativo. Questo tipo di condensatore è costituito da un involucro entro il quale sono sistemati: una batteria di condensazione a serpentine, dei tubi distributori dell'acqua, un separatore di gocce ed un ventilatore. II vapore caldo del fluido frigorigero entra nella parte alta della batteria di condensazione, si condensa e scorre verso il basso allo stato liquido. Sopra la batteria sono posti i tubi di distribuzione dell'acqua dotati di ugelli spruzzatori in modo che I'acqua venga distribuita sulla batteria e possa scorrere su di essa. II ventilatore produce una forte corrente di aria sulla batteria di condensazione. Quando I'acqua, scendendo, incontra I'aria che sale, evapora in parte. La quantità di acqua che evapora assorbe il calore di vaporizzazione dal fluido frigorigeno provocandone la condensazione. 1. Ventilatore 2. Separatore di gocce 3. Involucro esterno 4. Desurriscaldatore 5. Tubazioni condensatore 6. Entrata aria 7. Bacino di raccolta 8. Tubo del troppo pieno 9. Tubo distribuzione acqua 10. Pompa di circolazione 11. Entrata aria L'effetto raffreddante dell'acqua in evaporazione viene anche sfruttato nelle torri di raffreddamento. Queste vengono spesso usate quando risulta più pratico installare un condensatore a fascio tubiero vicino al compressore. L'acqua viene fatta circolare in ciclo chiuso fra il condensatore e la torre di raffreddamento. Concettualmente una torre di raffreddamento è costruita come un condensatore evaporativo, ma al posto delta batteria di condensazione si ha un pacco di scambio termico fra acqua ed aria costituito da deflettori in lamiera piegata o da un pacco a struttura alveolare in materia plastica. L'aria si riscalda nell'attraversare la torre a diretto contatto con I'acqua che piove dall'alto e diviene satura di vapore acqueo a causa dell'evaporazione di una certa quantità di acqua. II calore di evaporazione necessario viene sottratto all'acqua, che di conseguenza si raffredda. L'acqua trasformata in vapore viene reintegrata. 1. Ventilatore 2. Separatore di gocce 3. Involucro esterno 4. Ugelli nebulizzatori 6. Entrata aria 7. Bacino di raccolta 8. Tubo del troppo pieno 9. Acqua proven. dal condensatore 10. Entrata aria 11. Acqua verso il condensatore Con l'uso dei condensatori evaporativi o delle torri di raffreddamento è possibile risparmiare il 90-95% di acqua in confronto al consumo di un condensatore a fascio tubiero raffreddato con acqua a perdere in circuito aperto. A volte non è possibile disporre di acqua per la condensazione. In tali casi occorre usare un condensatore raffreddato ad aria.

 Poichè l'aria, paragonata all'acqua, ha caratteristiche di trasmissione del calore motto basse, occorre disporre di una grande superficie di scambio all'esterno dei tubi dotandoli di alette. Inoltre per migliorare la trasmissione dei calore si assicura una generosa circolazione di aria forzata tramite ventilatori. Il dispositivo di laminazione Scopo principale dei dispositivo di laminazione è quello di assicurare una sufficiente differenza di pressione fra la parte ad alta pressione e la parte a balsa pressione dell'impianto. II metodo più semplice per ottenere ciò è quello di inserire un tubo capillare tra il condensatore e I'evaporatore. II tubo capillare è tuttavia usato solamente in piccoli e semplici impianti quali frigoriferi domestici o simili perchè esso non è in grado di regolare la quantità di liquido che viene iniettata nell'evaporatore. Per tale scopo occorre usare una valvola regolatrice, di cui la più comune è la valvola di  espansione termostatica costituita da un corpo valvola, un tubo capillare ed un bulbo. II corpo valvola è installato sulla tubazione dei fluido frigorigeno liquido prima dell'evaporatore ed il bulbo è posizionato sul tubo di uscita dell'evaporatore. 1. Ingreso con filtro 2. Cono 3. Uscita 4. Foro 5. Collegamento di pressione 6. Corpo 7. Membrana 8. Tubo capillare 9. Asta comando surriscaldamento 10. Bulbo

 La figura mostra un evaporatore alimentato con una valvola di espansione termostatica. Bulbo, tubo capillare e lo spazio al di sopra del diaframma nel corpo della valvola, sono caricati con un fluido il cui vapore saturo si trova ad una pressione corrispondente alla temperatura del bulbo in cui è sempre presente una parte di liquido. Lo spazio al di sotto del diaframma è in collegamento con I'evaporatore ed in tale zona la pressione è perciò uguale alla pressione di evaporazione. II grado di apertura della valvola è determinato dalla pressione prodotta dalla temperatura del bulbo che agisce sulla parte superiore del diaframma dalla pressione sulla parte inferiore del diaframma, uguale alla pressione di evaporazione dalla forza della molla che agisce sulla parte inferiore del diaframma Durante il funzionamento normale I'evaporazione termina ad una certa distanza prima dell'uscita dall'evaporatore. Da quel punto il vapore inizia a surriscaldarsi e percorre I'ultimo tratto dell'evaporatore. La temperatura del bulbo sarà allora uguale alla temperatura di evaporazione aumentata della temperatura di surriscaldamento. Ad esempio con una temperatura di evaporazione di ? 10°C la temperatura del bulbo potrà essere di 0°C. Se I'evaporatore riceve fluido frigorigeno in quantità insufficiente il vapore si surriscalda ulteriormente e la temperature nel tubo di uscita dall'evaporatore aumenta. Allora anche la temperatura del bulbo aumenta e di conseguenza anche la pressione del vapore contenuto nel bulbo perchè parte della carica di liquido evapora. A causa di questo aumento di pressione il diaframma viene spinto verso il basso, spingendo verso il basso anche lo stelo della valvola che si apre facendo entrare più liquido nell'evaporatore. Viceversa la valvola si chiude se la temperatura del bulbo diminuisce. I sistemi di evaporazione A seconda delle necessità gli evaporatori devono rispondere a diversi requisiti. Essi possono perciò essere realizzati in vari modi. Gli evaporatori per raffreddamento di aria a circolazione naturale (evaporatori statici) vengono usati sempre meno frequentemente a causa della cattiva trasmissione di calore dell'aria all'esterno dei tubi. I tipi più vecchi erano costruiti con tubi lisci, mentre attualmente è normale realizzarli con tubi alettati. L'efficienza degli evaporatori viene sensibilmente aumentata quando si usano gli evaporatori a circolazione forzata dell'aria. (evaporatori ventilati) Con l'aumento della velocità dell'aria, aumenta pure il calore trasmesso dall'aria ai tubi in modo che per una data potenza frigorifera occorre una superficie di scambio minore di quella richiesta da un evaporatore statico. Un refrigeratore di liquido serve a raffreddare, come dice la denominazione, un fluido allo stato liquido. Il metodo più semplice per raffreddare un liquido è quello di immergere un evaporatore a serpentine in una vasca aperta. Oggi vengono più comunemente usati dei refrigeratori chiusi. In questi casi vengono usati degli evaporatori a fascio tubiero, del tutto simili ai condensatori descritti precedentemente. Evaporatore a tubo liscio Evaporatore alettato Evaporatore alettato