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CICLO AD
ASSORBIMENTO
1/31
Ciclo ad assorbimento
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La macchina frigorifera ad
assorbimento vede la luce
nel lontano 1860, quando
Ferdinand Carrè propone al
mondo la sua rivoluzionaria
invenzione. La prima
macchina poteva produrre
fino a quasi due chili di
ghiaccio con tre chili di
carbone.
Nel 1877, grazie ad un
impianto ad assorbimento
ad acqua e ammoniaca
montato a bordo del
battello “Paraguay”, fu
possibile eseguire uno dei
primi trasporti di carne
congelata da Buenos Aires
a Marsiglia.
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Ciclo ad assorbimento
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Ciclo ad assorbimento
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fluido di lavoro
MISCELA
SOLUTO
SOLVENTE
ASSORBENTE
REFRIGERANTE
elevata affinità con
refrigerante
NH3
+
H2O
H2O
+
LiBr
tEV<0°C
tEV>0°C
(soluzione acquosa di LiBr)
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Ciclo ad assorbimento
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cicli ad assorbimento
compressione di vapore
assorbimento
QCOND
lavoro
meccanico
(energia
elettrica)
COND
2
QG
1
energia
termica a
T>Tamb
G
8
7
3
4
EV
QEV
A
6
QA
5
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Ciclo ad assorbimento
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cicli ad assorbimento
compressione di vapore
assorbimento
QCOND
compressore
COND
2
QG
1
assorbitore
G
generatore
8
pompa
7
3
4
EV
QEV
A
6
QA
5
6/31
Ciclo ad assorbimento
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cicli ad assorbimento
assorbitore
i vapori di
refrigerante
che si liberano
all’evaporatore
vengono
ASSORBITI
dalla soluzione
in grado di
sciogliere tali
vapori
assorbimento
QCOND
COND
2
QG
1
assorbitore
G
generatore
8
pompa
L’assorbimento
è REAZIONE
ESOTERMICA,
occorre asportare
il calore di
soluzione,
QA
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Ciclo ad assorbimento
7
3
4
EV
QEV
A
6
QA
5
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cicli ad assorbimento
generatore
funziona da
distillatore con
apporto di
calore
(tipicamente
@120-130°C)
e separa il
componente
volatile
(refrigerante)
dalla soluzione
proveniente
dall’assorbitore
assorbimento
QCOND
COND
2
QG
1
assorbitore
G
generatore
8
pompa
7
3
occorre fornire
il calore di
distillazione,
4
EV
QEV
A
6
QA
5
QG
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Ciclo ad assorbimento
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cicli ad assorbimento
pompa
la soluzione ricca
(del componente
volatile) in uscita
dall’assorbitore
come liquido alla
pressione
dell’evaporatore,
viene compressa
fino alla
pressione del
generatore che
è quella del
condensatore
assorbimento
QCOND
COND
2
assorbitore
G
generatore
8
pompa
7
3
occorre fornire
potenza
meccanica,
QG
1
4
EV
QEV
A
6
QA
5
Lp
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Ciclo ad assorbimento
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COP
compressione di vapore
QCOND
COND
2
QEV
COP 
L
QG
1
G
8
assorbimento
7
3
4
EV
QEV
A
6
QEV
QEV
COP 

QG  LP QG
QA
5
1a legge
QEV  QG  QCOND  Q A
2a legge
QEV QG QCONDQ A


TEV TG
TCOND
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Ciclo ad assorbimento
se le trasformazioni
sono reversibili
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compressione
assorbimento
EFFICIENZA TEORICA
QEV QCO

TEV TCO
QEV QG QEV QG



TEV TGV TCO TCO
QEV
QEV
1


L QCO  QEV QCO QEV  1
QEV
1
QEV
1



T
QGTEV GV QGTCO TCO
QEV
1

L TCO TEV  1
QEV  1
1  1
1





QG  TEV TCO  TCO TGV
TEV
COPREV 
TCO  TEV
COPrev = 5,5
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Ciclo ad assorbimento
esempio
tev=0°C
tco=50°C
tGV=120°C
COPREV
1
1

T
TGV
 CO
1
1

TEV TCO
COPrev = 0,97
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rendimento del ciclo di
Carnot inverso
la spesa energetica è di natura
diversa per il ciclo ad
QEV
assorbimento e quello a
COPREV 
compressione di vapore; un
QG
confronto più corretto è
una macchina di Carnot
INVERSA azionata da una
macchina
di Carnot DIRETTA
TG
Q1
QEV
L
TCO
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Ciclo ad assorbimento
rendimento del ciclo di
Carnot diretto
L TGV  TCO

TGV
QG
QEV
TEV

TCO  TEV
L
COPREV 
QGV
QEV L


L QG
TEV
T  TCO
QEV
TEV

 GV
TCO  TEV
TGV
QG
dividendo tutto per TCO TEV TGV si
ottiene lo stesso COPREV del ciclo ad
assorbimento
QCOND
TCO
COPREV
1
1

T
TGV
 CO
1
1

TEV TCO
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EFFICIENZA REALE
COMPRESSIONE DI VAPORE
ASSORBIMENTO
(efficienza reale)  0,5.(efficienza teorica)
COPREV 
TEV
 5,5
TCO  TEV
esempio
TEV= 0°C
TCO=50°C
TGV=120°C
COPREV
COPREALE  2.75
1
1

T
T
 CO GV  0.97
1
1

TEV TCO
COPREALE  0.5
RICHIESTA ENERGIA PRIMARIA
hproduzione energia elettrica = 0.36
REP = 2,75.0,36  1
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Ciclo ad assorbimento
REP  0,5
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Cicli ad assorbimento
CONTRO
PRO
possibilità di usare reflui di energia
termica
(solare?)
bassa efficienza
elevata staticità con maggiore
affidabilità e minori livelli di
rumorosità
complessità costruttiva
lavorano bene a basse pressioni di
evaporazione (confr. uso dell’acqua)
perché non esiste problema per
l’elevato volume specifico in
aspirazione (dimensioni
compressore) e/o gli elevati rapporti
di compressione (bassi hvol e alte Tfc)
costi elevati
efficace parzializzazione della
capacità frigorifera
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Ciclo ad assorbimento
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Soluzione binaria costituita da
A sostanza più volatile, ovvero a più
bassa temperatura di saturazione ad
una assegnata pressione
B
A
B sostanza meno volatile,
ovvero a più alta temperatura
di saturazione ad una
assegnata pressione
la concentrazione della soluzione è
La temperatura di ebollizione della soluzione binaria
a pressione costante dipende dalla concentrazione
mvolatile

mtotale
temperatura
La temperatura
diminuisce al crescere
della frazione di
componente più volatile
ovvero al crescere di 
liquido
0
concentrazione 
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Ciclo ad assorbimento
1
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Soluzione binaria costituita da
A ammoniaca
B
B acqua
A

la concentrazione della soluzione è
temperatura [°C]
soluzione acqua-ammoniaca
sostanza
tsat(pamb)
85
acqua
100
60
ammoniaca
-34
35
mammoniaca
mtotale
La temperatura diminuisce al crescere
della quantità di ammoniaca presente nella
miscela ovvero al crescere di 
10
-15
-40
0
0,2
0,4
0,6
0,8
concentrazione 
16/31
Ciclo ad assorbimento
1
Per  = 20% la temperatura
di vaporizzazione è di 47 °C
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250
32°C
200
150
t [°C]
acqua
100
25°C
50
ammoniaca
0
-50
-100
0
17/31
Ciclo ad assorbimento
5
10
15
p [bar]
20
25
30
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400
300
acqua
t [°C]
200
100
0
ammoniaca
-100
0
500
18/31
Ciclo ad assorbimento
1000
1500
2000
h2500
[kJ/kg] 3000
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Ciclo ad assorbimento
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0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
t [°C]
-34
-32
-29
-24
-16
-4
10
27
47
70
100
120
acqua - ammoniaca
90
60
t [°C]

30
p = 1 bar
0
-30
-60
0
0.2
0.4
0.6
0.8

1
In questo caso il grafico riporta in ascissa la concentrazione di acqua, infatti
per ξ = 0 ho la Teb dell’ammoniaca, per ξ = 1 ho la Teb dell’acqua
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Ciclo ad assorbimento
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Se ad una miscela binaria in fase
liquida somministriamo calore, a
pressione costante, ad una certa
temperatura si ha l’inizio
dell’ebollizione.
B
A
Durante l’ebollizione, il sistema sarà
costituito da una fase liquida ed una
vapore di diversa composizione:
B
A
la fase vapore sarà più ricca
del componente più volatile
la fase liquida sarà più ricca
del componente meno volatile
Se continuiamo a somministrare calore a pressione costante,
prosegue l’ebollizione; poiché la concentrazione della fase
liquida è minore di quella iniziale, la temperatura di ebollizione
è maggiore.
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Ciclo ad assorbimento
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temperatura
Di conseguenza, l’ebollizione a
pressione costante, di una
soluzione binaria a
concentrazione fissata avviene a
temperatura crescente.
vapore
v2
v1
l2
l1
liquido
Quando la miscela è in fase
singola e omogenea la
concentrazione è uniforme nella
miscela.
Durante l’ebollizione il vapore
saturo e il liquido saturo
all’equilibrio avranno fissate e
distinte composizioni (l1,V1)….
(l2,V2), come si vede in figura.
22/31
Ciclo ad assorbimento
0
concentrazione 
1
Il luogo dei punti di fine
evaporazione (inizio condensazione)
è detto curva di condensazione.
Il luogo dei punti di inizio
ebollizione è detto curva di
ebollizione.
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DIAGRAMMA DI MERKEL
il diagramma vale per un
assegnato valore della
pressione, p
acqua-ammoniaca
3500
p = 11.7 bar
in ascissa la concentrazione del
componente volatile, 
la curva di ebollizione
rappresenta il liquido saturo
h
h [kJ/kg]
in ordinata l’entalpia specifica, h
2500
1500
500
-500
la curva di condensazione
rappresenta il vapore saturo
23/31
Ciclo ad assorbimento
0
0.2
0.4
z []
0.6
0.8
1
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Isoterme nel piano h – z
per una fissata pressione
200
p = 11.7 bar
150
T=150°C
L2
T=100°C
T [°C]
100
V2
V1
L1
T=50°C
50
V3
L3
0
-50
0
0.2
0.4
0.6
0.8
z []
acqua Tsat (11,7 bar) = 187°C
1
Ad una fissata pressione, a
temperature comprese tra
quelle di saturazione dei due
fluidi puri, abbiamo miscele
bifasiche in cui coesistono
fasi liquida e vapore ciascuna
a distinta e determinata
concentrazione.
Es: punti L1 e V1 del grafico
per T=100°C.
La fase liquida sarà sempre
più ricca del componente che,
puro, bolle ad una
temperatura maggiore per
quella fissata pressione
(componente meno volatile).
Il contrario sarà per la fase
vapore.
ammoniaca Tsat (11,7 bar) = 30°C
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Ciclo ad assorbimento
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Isoterme nel piano h – z
per una fissata pressione
L’entalpia e la concentrazione di una miscela
200
L2
150
V2
T=150°C
p = 11.7 bar
L1
T=100°C
T [°C]
100
mt  m  m v
V1
m   m v v  mt
T=50°C
50
V3
L3
h
0
-50
0
0.2
0.4
0.6
0.8
3500
V2
h [kJ/kg]
V1
V3
1500
L2
500
L1
L3
p = 11.7 bar
-500
0
0.2
0.4
25/31
Ciclo ad assorbimento
z []
0.6
0.8
  (1  x)   x  v
m h  m vh v
H

 (1  x) h  x h v
mt
mt
1
z []
2500
mv
x
mt
1
Nel piano h-z il punto rappresentativo
della miscela bifase alla temperatura T
si trova sul segmento congiungente i punti
di liquido saturo e vapore saturo alla
fissata T, in posizione determinata dalla
regola della leva
Nel piano h-z l’isoterma T relativa alla
regione bifase è individuata dal segmento
che unisce i punti di liquido saturo e
vapore saturo alla fissata T
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Influenza della pressione
sulle isoterme nel piano h – z
Se cambia la pressione, ad esempio
diminuisce, sui piani T- e h- si
hanno diagrammi analoghi ai
precedenti, spostati verso il basso
200
150
L1
T [°C]
100
L2
V1
T=100°C
V2
50
Una stessa isoterma, relativa a
pressioni differenti, dà luogo, sul
piano h-, a linee differenti:
0
-50
0
segmento L1-V1 per p=11.7 bar
0.2
0.4
0.6
0.8
1
z []
segmento L2-V2 per p=2.4 bar
3500
h [kJ/kg]
2500
V2
V1
1500
500
L2
L1
-500
0
26/31
Ciclo ad assorbimento
0.2
0.4
z []
0.6
0.8
1
DII sezione ETEC
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250
acqua
ammoniaca
200
150
t [°C]
20 bar
100
10 bar
50
5 bar
0
1 bar
-50
0
0.1
27/31
Ciclo ad assorbimento
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8

0.9
1
DII sezione ETEC
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DIAGRAMMA PTX
PRESSIONE – TEMPERATURA - CONCENTRAZIONE
dp
h

dT T v
Equazione di
Clausius-Clapeyron
In un processo ebollizione, trascurando il volume specifico
del liquido rispetto a quello del vapore e assumendo valido
il modello gas ideale
dp p h
 2
dT T R
28/31
Ciclo ad assorbimento
d ln p
h

R
1
d 
T 
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DIAGRAMMA PTX
PRESSIONE – TEMPERATURA - CONCENTRAZIONE
B
ln P  A 
T
Log P (kPa)
La pendenza della retta
è direttamente
proporzionale al calore
latente ed inversamente
alla costante del gas R
(dipendente dal peso
molecolare)
101
Acqua ed ammoniaca
presentano circa la
stessa massa molecolare
mentre il calore latente
dell’acqua è 1,6 volte
quello dell’ammoniaca
2
29/31
Ciclo ad assorbimento
0%
30%
12
50%
20
50
100
T (°C)
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30/31
Ciclo ad assorbimento
DII sezione ETEC
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CONSIDERAZIONI RELATIVE AI FLUIDI DI LAVORO
1. assorbente e refrigerante devono essere affini;
2. i fluidi dovrebbero essere stabili in modo che non vi sia necessità di
sostituzione nemmeno dopo anni di funzionamento;
3. i fluidi dovrebbero essere poco corrosivi;
4. il refrigerante dovrebbe avere un elevato calore di vaporizzazione ed un
basso calore specifico;
5. il fluido assorbente non dovrebbe essere volatile, così che al generatore
si separi solo il refrigerante;
6. i fluidi dovrebbero essere sempre solubili, così che la cristallizzazione
non limiti il funzionamento della macchina;
7. la pressione di lavoro dovrebbe essere prossima a quella atmosferica in
modo da non dover operare né sottovuoto né a pressione elevata;
8. il dislivello fra l’alta e la bassa pressione di ciclo dovrebbe essere
contenuto, in modo da limitare il lavoro di pompaggio;
9. i fluidi essere non infiammabili e scarsamente tossici
31/31
Ciclo ad assorbimento
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