Appunti esame Tecnica del freddo - prima parte

TECNICA DEL FREDDO PT 1

CICLO A COMPRESSIONE DI VAPORE STANDARD

Ciclo di carnot inverso operante nella regione di vapore saturo:

Sebbene un impianto di questo genere presenta un COP massimo, esso

frigorifero

non è realizzabile nella realtà. Questo per:

● È necessario avere un certo ∆T tra il fluido di lavoro e l’ambiente

interagente (I SET). Il ∆T viene scelto in base a un compromesso basato

tra due esigenze contrastanti:

quella di avere uno scambiatore compatto, quindi con un’area di

o scambio piccola

quella di limitare l’allungamento del tratto 1-2 di compressione

o perché comporta un Ĺ

● il compressore dovrebbe operare su un vapore umido . i compressori

lavorano male in presenza di liquido per problemi di usura meccanica,

lubrificazione, possibili danneggiamenti. si preferisce operare su un fluido

monofasico (vapore saturo). il vapore a fine compressione sarà

SURRISCALDATO

● il lavoro ottenibile con l’espansione è poca cosa rispetto a quello

necessario per la compressione. Si sostituisce quindi con una

valvola di laminazione al posto della turbina. il volume specifico del

fluido che espande(liquido saturo) è notevolmente minore di quello

che è compresso (vapore saturo). Inoltre, l’espansione di una

miscela bifasica presenta problemi tecnologici

il ciclo a compressione di vapore standard assume questa forma nel piano T-s:

Esso è caratterizzato da 2 irreversibilità:

1. i trasferimenti termici avvengono con un ∆T

2. il processo di laminazione

Importante ricordare che T <T e T >T per avere uno scambio termico tra

A 3 B 4

fluido e SET

Nel piano p-h abbiamo:

Le equazioni di bilancio di energia ed entropia del sistema sono:

Il volume di controllo considerato si estende fino ai SET, così che il calcolo dei

flussi entropici è semplificato dalla costanza della temperatura.

nel ciclo standard l’entropia globalmente generata è data dai contributi delle

due irreversibilità termiche e della espansione nella valvola di laminazione

COMPRESSORE

la generazione di entropia è nulla nel caso di ciclo standard e sarà positiva

quando il compressore verrà considerato reale.

VALVOLA DI LAMINAZIONE

la generazione di entropia è sempre positiva; il suo valore dipende dal

frigorigeno utilizzato e dal salto di pressione tra il condensatore e l’evaporatore

CONDENSATORE

L’irreversibilità è esterna, ovvero dovuta all’accoppiamento termico

scambiatore-sorgente

EVAPORATORE

L’irreversibilità è esterna, ovvero dovuta all’accoppiamento termico

scambiatore-sorgente

dividendo la generazione entropica dei singoli componenti per la generazione

entropica del sistema nel suo complesso, si ottengono quattro parametri

adimensionali

Il COP è esprimibile in funzione dell’entalpia nei punti chiave quindi:

Frigorifero ovviamente il COP è inversamente proporzionale al

costo di esercizio dell’impianto.

Definiamo portata massica unitaria (PMU) la portata di fluido di lavoro

necessaria per l’asportazione di una potenza termica unitaria.

anche la PMU è inversamente proporzionale al

costo di impianto.

Definiamo portata volumetrica che il compressore deve aspirare affinché sia

asportata una potenza termica unitaria (PVU):

la PVU dipende dal tipo di fluido di lavoro.

In un ciclo reale dobbiamo poi considerare gli effetti dissipativi attribuiti agli

scambiatori, che però vengono trascurati. Il compressore reale possiamo

definire il COPf come:

l’aumento della temperatura di uscita dal compressore influenza

negativamente anche il condensatore (aumenta ∆T e quindi l’irreversibilità)

Si può pensare di usare il sottoraffreddamento del liquido uscente dal

condensatore. Il refrigerante viene portato alle condizioni di liquido

sottoraffreddato aumentando le dimensioni del condensatore.

aumenta il q mentre l non cambia e

b c

ciò comporta che il COP aumenta; diminuisce quindi la portata necessaria.

Ovviamente il sottoraffreddamento non può essere tanto marcato e deve

essere sufficientemente maggiore di T A

REFRIGERANTI TRADIZIONALI

I requisiti che devono essere rispettati da un refrigerante sono diversi alcuni

sono:

1. stabilità chimica

2. requisiti ambientali

a. di tipo globale

i. Ozone Depletion Potential

ii. Global Warming Potential

iii. Total Equivalent Warming Impact

b. Di tipo locale

i. Tossicità

ii. Infiammabilità

3. Costo

4. Proprietà termodinamiche

a. Tcritica e Pcritica

b. COP

c. T di fine compressione

d. Effetto frigorifero volumetrico

5. Comportamento con olio lubrificante e con acqua

6. Costante dielettrica, conducibilità termica, viscosità

7. Compatibilità con materiali

Per la designazione distinguiamo:

Tra i primi 3 possiamo citare R123;R125