Componenti di un ciclo frigorifero a
compressione
Ambiente
freddo
Calore
sottratto
all’ambiente
freddo
Ambiente
caldo
Calore fornito
all’ambiente
caldo
Componenti di un ciclo frigorifero a
compressione
Ambiente
freddo
Calore
sottratto
all’ambiente
freddo
Ambiente
caldo
Calore fornito
all’ambiente
caldo
Applicazioni del ciclo frigorifero
Frigorifero: quando l’ambiente freddo coincide
con la cella, da raffreddare, e l’ambiente caldo,
da riscaldare, è l’esterno del frigorifero
Condizionatore: quando l’ambiente freddo
coincide con la stanza in cui soggiorniamo, da
raffreddare, e l’ambiente caldo, da riscaldare, è
l’esterno della stanza
Pompa di calore: quando l’ambiente freddo
coincide con l’ambiente esterno, da raffreddare,
e l’ambiente caldo, da riscaldare, è la stanza in
cui soggiorniamo
Ciclo termodinamico del frigorifero
Frigorifero
Condensatore
Compressore
Capillare
Tubo
di
aspirazione
Disidratatore
Tubo
mandata
di
Valvola a tre
vie
Condizionatore e/o pompa di calore
Unità interna
Unità esterna
Modi per realizzare il ciclo frigorifero
Ciclo a compressione o di Kelvin
Lord Kelvin ideò un ciclo termodinamico in cui si applica un lavoro
di compressione per far passare un fluido dallo stato gassoso al
liquido; la compressione ed il cambiamento di stato producono
calore, che è estratto dal ciclo; successivamente il liquido è fatto
espandere ed evaporare, sottraendo calore nel cambiamento di
stato inverso; il liquido in evaporazione (ed espansione) produce
quindi il voluto effetto frigorifero.
Nel ciclo frigorifero a compressione è essenziale quindi l'impiego
di un fluido di ciclo, che sia nelle condizioni di condensare ed
evaporare ciclicamente: è quindi importante la scelta del tipo di
fluido per conciliare la temperatura del corpo freddo con quella
della sorgente calda.
Modi per realizzare il ciclo frigorifero
Ciclo a compressione o di Kelvin
Tra i primi fluidi di ciclo vi è stata l'ammoniaca, che ha il
vantaggio di avere un calore latente particolarmente alto, ma è
corrosiva e tossica; dal 1931 per molti anni sono stati utilizzati
alcuni alogenuri alchilici, detti commercialmente Freon (marchio
registrato dalla E. I. du Pont de Nemours and Company),
recentemente (1990) proibiti dal protocollo di Montreal. Oggi si
cerca di usare fluidi meno inquinanti tipo HFC, e HFE.
Modi per realizzare il ciclo frigorifero
Ciclo ad assorbimento
Oltre al ciclo frigorifero a compressione, ha impiego diffuso nelle
industrie il ciclo frigorifero ad assorbimento, in cui si sfrutta il
calore di dissoluzione di un soluto in un solvente che viene
ciclicamente concentrato e diluito. Il ciclo ad assorbimento non ha
particolare efficienza ma consente il raggiungimento di
temperature particolarmente basse, fino a -60 °C con ammoniaca
come refrigerante e acqua come assorbente; è molto impiegato
nei casi in cui si disponga di recuperi termici industriali o recuperi
termici da cogenerazione o in mancanza di energia elettrica
necessaria all'azionamento del compressore per il ciclo a
compressione di vapore. Si utilizzano come solvente l'acqua e
soluto l'ammoniaca, che è il gas frigorigeno, oppure come soluto
l'acqua e come solvente il bromuro di litio, in questo caso il gas
frigorigeno è il vapor d'acqua. Malgrado la relativa complicazione,
il ciclo frigorifero ad assorbimento è stato ideato prima di quello a
compressione, e si deve a Ferdinand Carrè.
Modi per realizzare il ciclo frigorifero
Ciclo di Stirling
Il ciclo di Stirling è realizzato mediante l'instaurarsi ed il
mantenimento in condizioni stabili di una oscillazione ciclica del
fluido di ciclo, in modo che, in una regione definita dell'apparato
che genera il ciclo, il fluido sia in espansione e quindi raffreddato,
ed un'altra sia in compressione e quindi riscaldato; la parte calda
produce calore, e quella fredda invece sottrae calore
dall'ambiente esterno, ottenendo così l'effetto frigorifero.
Il ciclo è così nominato dato che è realizzato col funzionamento
invertito, come "macchina frigorifera", del ciclo Stirling, che
nell'occasione è detta "macchina frigorifera Stirling".
Modi per realizzare il ciclo frigorifero
Ciclo di Stirling
Il ciclo frigorifero Stirling, pur essendo meno noto per l'uso
corrente, ha una importantissima caratteristica: non è legato ad
alcun cambiamento di stato del fluido di ciclo. Invece gli altri cicli
sono legati (e limitati) a precise gamme di temperature operative,
e tale limite è dato appunto dal tipo di fluido che è usato, i
funzionamenti ottimali si hanno a temperature prossime a quelle
di evaporazione (o soluzione) dei fluidi di ciclo.
Il ciclo Stirling è invece efficiente in egual misura a tutte le
temperature ed utilizza sempre lo stesso fluido di ciclo, anzi il tipo
di fluido di ciclo non è particolarmente vincolante (purché sia
gassoso alle temperature operative), per temperature molto
basse può essere elio o idrogeno. Il ciclo può essere spinto alle
minime temperature, e può essere utilizzato a produrre fluidi
esterni (gas liquefatti) fino quasi allo zero assoluto. Il ciclo Stirling
è quindi l'unico adatto a raggiungere temperature molto basse.
