Tecnica del freddo - Appunti

P

attraverso il ventaglio di espansione di Prandt-Meyer, che riduce la pressione del fluido a .

rec

Successivamente, si forma un altro urto obliquo e il suo riflesso, che a loro volta generano un nuovo ventaglio

P

di espansione. Tuttavia, questo riduce la pressione del fluido al di sotto di , portando alla creazione di

rec

ulteriori onde d'urto che si riflettono,

generando un ventaglio di espansione

> P

con una pressione , e così via.

rec

In conclusione, questa sequenza di

urti obliqui e riflessi porta a un

trasferimento di quantità di moto dal

fluido primario a quello secondario,

accelerandolo fino a ottenere un

flusso sostanzialmente omogeneo. 111

• La situazione meno complessa si verifica quando il fluido primario fuoriesce dall'ugello primario a una pressione

> . In tale scenario, non si

forma un urto obliquo; piuttosto, si

osserva direttamente il ventaglio di

espansione di Prandt-Meyer, il quale

è caratterizzato da una dissipazione

energetica relativamente bassa,

permettendo così di raggiungere

rapidamente la pressione di recupero

( ).

=

Idealmente, il flusso primario dovrebbe uscire dall'ugello primario esattamente alla pressione di recupero ( ),

condizione che si verifica solo per specifiche configurazioni delle condizioni a monte e a valle. Tuttavia, è generalmente

vantaggioso che il flusso primario sia leggermente sottoespanso all'uscita dell'ugello primario, cioè che la pressione sia

>

leggermente superiore a ( ), per ottimizzare le prestazioni del sistema.

Si nota in figura il dettaglio dell'ugello primario, che è montato

su un condotto scorrevole in direzione assiale, onde consentire

piccoli aggiustamenti di posizione dell'ugello rispetto

all'ingresso del diffusore. Si nota anche la camera a forma di T

rovesciata, nella quale entra il flusso secondario che poi rallenta

nello spazio anulare intorno al condotto del flusso primario,

onde presentarsi all'uscita dell'ugello in condizioni il più

possibile uniformi. Il diffusore è diviso in 3 parti flangiate tra loro

per consentire una accurata lavorazione della superficie interna.

100

Le 9 posizioni quotate, poste a l'una dall'altra, sono le sedi per altrettanti trasduttori di pressione che

comunicano con l'interno attraverso piccoli fori perpendicolari alla parete e misurano la pressione statica lungo il

diffusore. I trasduttori di pressione installati lungo l'eiettore permettono di rilevare gli andamenti mostrati nel grafico

sotto. Si parte da una situazione lontana dal punto critico, a partire dal quale si ha un marcato decremento di pressione

tra il 1° e il 2° trasduttore e un brusco incremento tra il 3° e il 4°, corrispondente verosimilmente alla presenza di un

urto. All'aumentare della pressione al condensatore si riduce il decremento iniziale di pressione e il brusco aumento si

sposta in prossimità o immediatamente prima del 3° trasduttore. Le curve più alte rappresentano condizioni di

funzionamento oltre il punto critico, nelle quali non è più possibile garantire il valore desiderato di pressione

all'evaporatore perché la pressione di aspirazione dell'eiettore non è più indipendente da quella di uscita.

Inoltre, osserviamo che nelle prime 4, il 2° trasduttore mostra una pressione costante a valle, indicando così un

Coefficiente di Prestazione () invariato, tipico delle condizioni supersoniche. A partire dal 3° trasduttore, si inizia a

300

registrare una variazione di pressione, che diventa più evidente oltre la gola dell'eiettore, situata a circa dal

piano di ingresso, dove i punti iniziano a differenziarsi a causa della transizione dalla zona supersonica (siamo a valle

della zona supersonica). Inoltre, si nota un calo di pressione in corrispondenza dell'8° trasduttore, suggerendo che

l'eiettore non riesce a recuperare adeguatamente la pressione nella sua fase divergente.

112 °,

Se la saturazione al condensatore supera i ovvero se si supera la pressione critica, si verifica un cambiamento

significativo. Si nota che le 4 curve precedentemente osservate nella zona di progettazione ottimale (on design) si

trasformano in 4 curve nella zona di progettazione non ottimale (off design). In questa nuova configurazione, si assiste

a un incremento di pressione già a partire dal 2° trasduttore, poiché il flusso non è più supersonico e, di conseguenza,

non si verificano onde d'urto, portando a una condizione operativa di partenza degradata.

8.1.5 Chiller ad eiezione 1233.

L’eiettore visto prima fa parte di un chiller tritermico operante con Tale fluido è stato scelto per il suo basso

, per le sue favorevoli caratteristiche termodinamiche e perché non è infiammabile.

Nel diagramma TS, si osserva il ciclo frigorifero

dove è importante evidenziare che il processo di

espansione non segue un andamento

isoentropico. Inoltre, si deve considerare il

rapporto di trascinamento nel sistema.

Il diagramma TS illustra le curve di limite

superiore inclinate verso l'interno, una

peculiarità che previene la condensazione

all'interno dell'ugello primario, anche se il fluido

in ingresso è vapore saturo.

Un chiller ad eiezione è un dispositivo di raffreddamento di imponenti dimensioni

verticali, simili a quelle di un edificio, che utilizza il vapore come fluido di lavoro. Il

vapore entra attraverso l'ingresso denominato "steam inlet" e viene diretto verso il

primo stadio di eiezione. Successivamente, passa attraverso un secondo stadio di

eiezione, per poi confluire nel condensatore barometrico. Quest'ultimo è un tipo di

condensatore che opera in condizioni di depressione, ottenute non tramite pompe,

ma sfruttando un dislivello fisico. Il vapore si condensa quando entra in contatto con

l'acqua di raffreddamento all'interno del condensatore, simile al processo che

avviene nei degassatori degli impianti di cogenerazione. L'acqua, colpendo dei piatti,

favorisce lo scambio termico e la condensazione del vapore, che si raccoglie poi nel

pozzo caldo. L'evaporatore è caratterizzato da una sezione superiore a pressione

più elevata, dove una parte del fluido evapora, mentre il restante scende per gravità

verso una zona a pressione inferiore, dove avviene un'ulteriore evaporazione.

Questo processo di evaporazione raffredda l'acqua, che viene raccolta nella parte

inferiore dell'evaporatore.

Le notevoli dimensioni verticali del chiller sono necessarie per ospitare il

condensatore barometrico e garantire l'efficacia del processo di condensazione. Per

mantenere il vuoto all'interno del condensatore, vengono impiegati dispositivi

specifici come gli eiettori. Il raffreddamento del sistema è assicurato dall'acqua di

torre, proveniente da una torre di raffreddamento evaporativa.

I chiller ad eiezione trovano applicazione in ambiti industriali dove sono richieste elevate capacità di refrigerazione e si

dispone di vapore di processo. Grazie alla loro costruzione semplice e all'efficienza relativamente alta, risultano

competitivi, soprattutto quando il confronto viene effettuato sulla base del 2° principio della termodinamica, piuttosto

che sul coefficiente di prestazione () rispetto alle macchine a compressione elettrica. È più comune, tuttavia, l'uso

di chiller ad assorbimento. 113

8.2 Cicli tritermici ad assorbimento

A differenza degli impianti Chiller ad eiezione, gli assorbitori godono di un mercato piuttosto prospero. Tali macchine

utilizzano una soluzione di due fluidi a diverso punto di

ebollizione (o di un fluido e un sale igroscopico) per sostituire il

compressore meccanico.

In una macchina ad assorbimento, il ruolo del compressore è

svolto da un generatore di vapore che opera in sinergia con un

assorbitore, a differenza di un impianto ad eiezione in cui il

generatore era accoppiato ad eiettore. Questo sistema permette

di elevare la pressione del fluido dall'evaporatore all'assorbitore

senza l'uso di un compressore meccanico. Il processo di

assorbimento si avvale di un fluido refrigerante miscelato con un

solvente, diversamente da quanto avviene nei sistemi ad

eiezione, dove è presente solo il refrigerante puro.

Quindi, se nell’evaporatore e nel condensatore ho comunque fluido refrigerante puro, all’assorbitore e al generatore di

vapore abbiamo una miscela di refrigerante e solvente. Questa miscela nell'assorbitore induce il richiamo di fluido

refrigerante dall’evaporatore grazie alla pressione osmotica, che è la differenza di pressione tra la soluzione concentrata

nell'assorbitore e quella più diluita nell'evaporatore. In questo modo, il refrigerante si muove dall'evaporatore, che è

alla pressione di saturazione corrispondente alla temperatura della sorgente fredda, verso l'assorbitore, che si trova a

temperatura ambiente. In realtà, la pressione totale presente in entrambi gli ambienti è identica, poiché la connessione

identificata dal numero 10 non dispone di una valvola o di una pompa, permettendo così all'assorbitore e

all'evaporatore di essere in comunicazione diretta. Pertanto, se la pressione totale è la stessa in entrambi gli ambienti,

ciò che varia è la pressione parziale del refrigerante.

Riguardo al generatore, esso opera sotto una pressione superiore, determinata dalle elevate temperature generate

dalla sorgente di calore. Questa condizione crea una differenza di pressione tra l'assorbitore e il generatore, rendendo

necessaria l'installazione di una pompa al posto di un compressore. La pompa, inoltre, non appartiene al ciclo di

refrigerazione, ma fa parte del sistema motore dell'intero ciclo, gestendo una miscela di fluido refrigerante e solvente.

Generalmente, si inserisce un preriscaldatore tra la pompa e il generatore. Quando la miscela raggiunge il generatore,

essa subisce un processo di assorbimento di calore, che costringe la miscela a rilasciare il fluido refrigerante, il quale

viene poi reintrodotto nel ciclo di refrigerazione. Anche in questo caso, esiste una connessione diretta tra generatore

e condensatore, assicurando che entrambi operino alla stessa pressione totale. Nonostante ciò, il fluido refrigerante è

spinto a muoversi dall'ambiente in cui è miscelato con il solvente a quello in cui si trova il refrigerante puro, a causa

della differenza di temperatura che altera la pressione di saturazione del fluido. Una volta nel condensatore, il fluido

si condensa e il liquido condensato viene poi laminato prima di es