Secondo parziale progettazione e logistica dei sistemi di ristorazione

C

Esistono due scambiatori di calore: evaporatore e condensatore

La parte attiva del sistema è rappresentata dal compressore, il quale richiede energia per

funzionare.

PRESTAZIONE IMPIANTO FRIGORIFERO

Per valutare l’efficienza di un impianto frigorifero si valuta il rapporto tra:

ε = Q /L > 1 ε = (H – H ) / (H – H ) è adimensionale spesso pari a 3



E C B D C

Il ciclo frigorifero si basa su questo bilancio, ovvero il calore che viene eliminato a livello di

condensatore è pari al calore sottratto alle derrate più il calore prodotto dal compressore:

Q = Q + L

c E

COP (coefficiente di prestazione) = Q /L con questo coefficiente si descrive una pompa di

C

calore

Per aumentare l’efficienza posso aumentare Q o diminuire L

E

Aumentare Q E

Si esegue un sottoraffreddamento, invece di fermarsi nel punto A, ci si ferma nel punto A’

che è contenuto nel range liquido. Dal punto A’ si scende nel punto di laminazione, si identifica

il punto B’. L’effetto ottenuto è che Q è aumentato (il rettangolo è più grande) ed è aumentato

E

il valore di ε

Diminuire L

La riduzione di L non è fattibile in quanto dipende dalla temperatura di evaporazione e quella di

condensazione. L è il risultante della compressione e le temperature non possono essere

modificate.

COMPONENTI DELL’IMPIANTO FRIGORIFERO

COMPRESSORE

Il compressore è l’unica componente attiva dell’impianto che richiede energia elettrica per il

suo funzionamento ed attua la compressione del fluido frigorifero, questa trasformazione

comporta un innalzamento della temperatura senza passaggio di stato; è presente un motore

elettrico attaccato alla corrente elettrica. Esistono 3 tipi di compressori:

Compressori volumetrici: macchina in cui si ha un volume preciso (rappresentato con

 pistoni), che tramite processo di compressione, riduce il volume disponibile, ottenendo

un aumento della pressione interna.

Il limite è che hanno bisogno di valvole (limite di affidabilità meccanica) ma il vantaggio

è che hanno dimensioni piccole.

Questi compressori trovano applicazioni fino ad una potenzialità frigorifera pari a 600

KWatt (utenze domestiche)

Compressori centrifughi: il compressore è formato da una girante che ruota e

 imprime al fluido (aria, acqua, vapore) una forza di tipo centrifugo, di conseguenza

aumenta la pressione grazie alla mandata (formato da un tubo a diametro via via

decrescente)

Il limite è che sono più delicati in termini di regolazioni ma sono più semplici e non

hanno bisogno di valvole.

Trovano applicazioni per alte potenzialità frigorifere da 700/800 fino a 40.000 kWatt (uso

industriale)

Questi due tipi di compressori necessitano di un motore elettrico (che fa muove i pistoni o

girare la girante)

Compressori a vite: sono costituiti da 2 elementi, una vite e i pignoni.

 La vite delimita un volume noto, il filetto centrale che funge da camera di compressione,

dove confluisce il fluido. La vite è un rotore dove vengono vincolati degli elementi che

hanno la possibilità di muoversi che sono i pignoni, che sono ingranati sul filetto.

Quando la vite ruota, il pignone avanza e avanzando riduce il volume disponibile per il

fluido (viene compresso), aumentando gradualmente la compressione. In

corrispondenza di un foro in fondo scarica il fluido compresso.

I vantaggi di questi tipi di compressori è che non hanno valvole ma solo un foro e una

semplicità di regolazione tipica del sistema volumetrico, ma nello stesso tempo è una

macchina semplice e silenziosa come il sistema centrifugo.

Questi tipi di compressori hanno una potenzialità frigorifera dai 400 a 5000 kWat e

vengono impiegati nelle piccole industrie o anche nei frigoriferi domestici.

Rapporto di compressione

p (rho)= Pd/Pc < 10 il rapporto di compressione deve essere pari al massimo a 9-10, se si



supera questo valore si utilizzano due compressioni in serie.

Rendimento

Per stimare la potenza elettrica della macchina, e quindi l’energia che consuma, bisogna

considerare che una macchina può avere un rendimento meccanico ed un rendimento

elettrico.

L (lavoro) è l’energia che il compressore fornisce al fluido che passa attraverso il compressore

stesso.

Il motore elettrico è una macchina che trasforma l’energia elettrica in energia meccanica

Il rendimento totale n tot di due macchine in serie è uguale:

N è tra 0,6.0,7

M

N è sempre pari a 0,9 (situazione ideale, buono motore)

E

Tipi di compressori:

Compressori ermetici: frigo di casa, motore e compressore non si possono aprire, se si

 rompe una delle due componenti va buttato tutto il frigo.

Compressori semi-ermetici: motore e compressore uniti chiusi ma si possono aprire

 quindi si può fare manutenzione.

Compressori aperti: motore in un ambiente e il compressore in un altro ambiente. Si

 usano in ambienti dove non si vuole disperdere calore del motore (ha bisogno di diverse

manutenzioni)

CONDENSATORI

Il condensatore è uno scambiatore di calore che cede calore di condensazione all’ambiente

esterno, ed ha lo scopo di portare il fluido da vapore a liquido (passaggio di stato), diminuendo

l’entalpia del sistema totale.

Q = Q + L Q = P (Hd – Ha)



C E C REF

Il condensatore prevede 2/3 zone:

Zona di raffreddamento del vapore (D’D) che rappresenta una superficie di 10-

 15% del sistema totale

Zona dedicata alla condensazione (DA) con superficie pari all’80%

 Zona dedicata al sottoraffreddamento (AA’) con superficie pari al 10%



In base a come viene smaltito il calore prodotto nascono 3 diverse tipologie di condensatori:

Convezione naturale: uso domestico, i moti naturali dell’aria favoriscono la cessione

 del calore.

Convezione forzata: è presente un ventilatore che favorisce l’allontanamento del

 calore.

Ad acqua: a livello del condensatore è presente l’acqua come fluido freddo a cui

 cedere il calore. L’acqua calda deve essere smaltita e si può fare in vari modi: si può

utilizzare il teleriscaldamento (acqua calda nel calorifero) oppure nei grandi impianti si

utilizza l’acqua calda come motivo di sanificazione oppure un altro metodo interessante

è quello di impiegare torri di raffreddamento.

Torri di raffreddamento

Le torri di raffreddamento portano l’acqua calda su un grigliato, in cima alla torre; qui viene

spruzzata l’acqua finemente e viene disperso il calore. Il sistema produce aria umida, che porta

via parte dell’acqua ma permette di raccogliere acqua fredda che si può riciclare nell’impianto.

I condensatori sono scambiatori di calore e il Q che rappresenta la formula è il Q ovvero il

C

calore smaltito a livello di condensatore

VALVOLA DI LAMINAZIONE

Le valvole di laminazione, che seguono la condensazione, originariamente erano semplici

capillari nei quali si faceva passare a forza il liquido, a ciò seguiva un calo di pressione. C’è

stata un’evoluzione del sistema che usa ugelli intermedi così da poter modulare la dimensione

dell’ugello e di conseguenza la pressione.

EVAPORATORE

L’evaporatore è uno scambiatore di calore che sottrae calore al corpo caldo posto nella

macchina frigorifera, dimensionato secondo:

Q = P (H – H ) Q = m x c x ΔT



E REF C B E

Valvola termostatica

Quando il fluido esce dall’evaporatore, viene monitorato in termini di temperatura all’uscita da

una valvola termostatica; avviene un passaggio di stato e il fluido da liquido passa a vapore

(aumenta l’entalpia del sistema).

Se il fluido esce troppo caldo vuol dire che a livello di temperatura dell’evaporatore c’è una

grande disponibilità di calore. La temperatura viene misurata e nel caso sia troppo elevata,

viene comandato alla valvola termostatica di aprirsi e quindi far passare più fluido (quindi si

raffredda maggiormente)

1. Quali componenti sono necessari per la realizzazione di un impianto

frigorifero?

Evaporatore, è uno scambiatore di calore, che sottrae calore al corpo caldo posto nella

macchina frigorifera. Quando il fluido esce dall’evaporatore, viene monitorato in termini

di temperatura all’uscita da una valvola termostatica; avviene un passaggio di stato e il

fluido da liquido passa a vapore (aumenta l’entalpia del sistema).

Se il fluido esce troppo caldo vuol dire che a livello di temperatura dell’evaporatore c’è

una grande disponibilità di calore. La temperatura viene misurata e nel caso sia troppo

elevata, viene comandato alla valvola termostatica di aprirsi e quindi far passare più

fluido (quindi si raffredda maggiormente)

La componente attiva è rappresentata dal compressore, che richiede energia

elettrica per il suo funzionamento ed attua la compressione del fluido frigorifero, questa

trasformazione comporta un innalzamento della temperatura senza passaggio di stato.

Esistono diversi tipi di compressori: volumetrici, centrifughi, a vite, a chiusura ermetica,

semi ermetica o aperti.

Il condensatore è uno scambiatore di calore che cede calore di condensazione

all’ambiente esterno, ed ha lo scopo di portare il fluido da vapore a liquido (passaggio di

stato), diminuendo l’entalpia del sistema totale; prevede 2/3 zone:

Zona di raffreddamento del vapore (D’D) che rappresenta una superficie di 10-

 15% del sistema totale

Zona dedicata alla condensazione (DA) con superficie pari all’80%

 Zona dedicata al sottoraffreddamento (AA’) con superficie pari al 10%



In base a come viene smaltito il calore prodotto nascono 3 diverse tipologie di

condensatori: convezione naturale (i moti naturali dell’aria favoriscono la cessione del

calore); convezione forzata (ventilatore che favorisce l’allontanamento del calore); ad

acqua (acqua come fluido freddo a cui cedere il calore)

La valvola di laminazione, che seguono la condensazione, originariamente erano

semplici capillari nei quali si faceva passare a forza il liquido, a ciò seguiva un calo di

pressione. C’è stata un’evoluzione del sistema che usa ugelli intermedi così da poter

modulare la pressione.

Il fluido refrigerante entra nella valvola di laminazione e ne fuoriesce ad una pressione di



poco superiore a quella atmosferica.

Il fluido refrigerante freddo entra nell’evaporatore, una serpentina fredda disposta all’interno



del frigorifero, dove evapora assorbendo calore dal sistema da raffreddare.

Successivamente raggiu