Appunti Tecnica del freddo - Terza parte

TECNICA DEL FREDDO PT 3

CONDENSATORE

Il condensatore è uno scambiatore di calore che viene utilizzato per trasferire a

una sorgente ad alta T sia il lavoro di compressione sia il calore sottratto alla

sorgente a bassa T. Per assorbire calore il fluido termovettore devi essere a T

più bassa del refrigerante.

La gran parte dello scambiatore è di solito occupata dal cambiamento di fase,

in cui la caduta di temperatura dipende dalle perdite di carico subite dal

refrigerante. Di solito si trovano controcorrente fluido termovettore e

refrigerante. il fluido termovettore è di solito monofase e quindi la sua

temperatura aumenta.

Nel caso di un evaporatore, sia in controcorrente che in equi corrente il

refrigerante è a una T minore del fluido termovettore.

Anche se assorbe calore, a causa delle perdite di carico, il refrigerante

diminuisce la propria T. Inoltre, il refrigerante assorbe calore e raffredda il fluido

termovettore. I termovettori caratteristici degli evaporatori sono aria, acqua,

salamoia

l’equicorrente viene usato per esempio nei sistemi a ricircolo di liquido

FLUIDI TERMOVETTORI

I fluidi termovettori hanno la capacità di trasportare energia. Per verificare le

prestazioni di un fluido termovettore si applica un bilancio di energia per un

sistema aperto che scambia con l’esterno calore ma non lavoro ; nel

caso di un liquido o un gas ideale ∆h=c ∆T. Dato che l’ingombro di una

p

condotta (S=sezione trasversale) che convoglia il fluido termovettore si calcola

come: è utile considerare la portata volumetrica invece che la portata

massica

Allora la quantità di calore trasportata da un fluido termovettore si calcola 

Per fare un esempio vediamo quanto calore trasporta l’unità di portata

volumetrica di acqua e aria per un ∆T unitario:

L’ingombro delle tubature per l’acqua è molto minore rispetto a quello richiesto

per l’aria.

Quindi riassumendo

Entriamo quindi nel dettaglio dei CONDENSATORI

Per avere una stima della variazione di temperatura in ingresso e in uscita tra

fluido termovettore e fluido refrigerante sì adotta la variazione di temperatura

media logaritmica. In regime stazionario e con uno scambiatore adiabatico

verso l'esterno le tre quantità di calore relative allo scambio dermico nello

scambiatore possono essere eguagliate

Per analizzare lo scambiatore possiamo ricorrere a 2 metodi:

1. Analisi globale lo scambiatore è analizzato come un unico volume di



controllo

2. Analisi locale lo scambiatore è diviso in VC multipli adiacenti



ANALISI GLOBALE

Il calcolo di ∆T è semplice se il refrigerante è in cambiamento di fase per tutta

ML

la lunghezza dello scambiatore e il fluido termovettore è monofase. Nel caso

dei condensatori la situazione è complicata per le 3 zone desurriscaldamento,

condensazione, sottoraffreddamento

Non possiamo quindi dedurre un c costante e di conseguenza non possiamo

p

derivare ∆T ML

La presenza della regione surriscaldata comporta una sovrastima del ∆T ML

bilanciata in parte dalla sottostima lungo il sottoraffreddamento.

Si utilizzano quindi 2 approcci per valutare la ∆T ML

Approccio 1

La regione bifase determina le caratteristiche dell’intero scambiatore e quindi

anche la ∆T ML

Questa scelta è basata sul fatto che le due regioni monofase del refrigerante

alle estremità contribuiscono in piccola parte alla quantità di calore scambiato.

Tuttavia, ottengo un valore ∆T inferiore a quello reale. Quando

ML

l’approssimazione è troppo elevata si passa all’approccio 2.

Approccio 2

In questo caso si tiene conto anche dell’apporto delle regioni monofase dello

scambio termico. Questo approccio è ovviamente più preciso ma necessito di

più dati. È più difficile in altre parole stimare la temperatura di ingresso e uscita

del fluido termovettore corrispondente a quelle del refrigerante.

ANALOGIA ELETTRICA PER SCAMBIO TERMICO

L’equazione dello scambio termico nello schema di analisi globale è dato dalla

somma di 7 resistenze:

Resistenza per convezione e irraggiamento

Per considerare insieme il contributo di convezione ed irraggiamento si

introduce il coefficiente unitario di scambio termico per convezione ed

irraggiamento cioè l’adduttanza h

nel caso più generale di superficie alettata occorre tener conto che la superficie

di scambio aggiunta con l’alettatura ha efficacia minore, agli effetti dello

scambio termico, della superficie originale del tubo ciò è dovuto al fatto che

l’aletta non ha conducibilità termica infinita. Per tener conto di ciò si introduce

l’efficienza dell’aletta Ω. Ω dipende dalle caratteristiche dell’aletta come

spessore, profondità, conducibilità termica e coefficiente di scambio termico

convettivo.

Possiamo avere alette piane, circolari e batterie alettate (in cui vale una Ω

media).

Resistenza di sporcamento

È una resistenza fittizia che tiene conto dell'accumulo di impurità da parte dei

vari fluidi sulla superficie di scambio. con F fattore di

sporcamento ed è caratteristico di un determinato fludo.

L'aria non presenta resistenza di sporcamento mentre l'acqua di mare può

arrivare a valori anche 10 volte maggiori rispetto a quelli dell'acqua normale.

Resistenza di contatto tra aletta e parete

Questa resistenza è dovuta alla discontinuità presente nella regione dove

l’aletta è collegata al tubo; rappresenta un termine variabile tra il 5% e il 50%

della resistenza totale (più il processo costruttivo è accurato più la resistenza è

piccola) h circa 14000

Resistenza conduttiva

generalmente questa resistenza è trascurabile rispetto alle altre per i tubi di

rame o in acciaio, non sempre trascurabile nel caso di tubi in acciaio inox

LAMINAZIONE ED EVAPORATORI

L'organo di laminazione serve ad abbassare la pressione e la temperatura tra i

due scambiatori di calore del ciclo inverso a compressione di vapore. In altre

parole, la sua funzione pri