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DISTRIBUZIONE DEL FLUIDO FRIGORIFERO.
IMPIANTO FRIGORIFERO PER LA CAMBUSA DI UNA NAVE.
COMANDO E CONTROLLO.
CICLO TERMODINAMICO.
STORIA DEL FLUIDO FRIGORIFERO
La cambusa è nelle navi il locale dove vengono conservate le derrate alimentari, opportunamente refrigerate a seconda della loro natura. Dal punto di vista impiantistico si presenta una abbastanza notevole differenza rispetto ai comuni impianti terrestri: nella cambusa si trovano riunite derrate di natura diversa (da pesce e carne sino a latticini e verdure) con diverse esigenze di "freddo", per cui l'impianto deve mantenere diverse temperature contemporaneamente in locali attigui. Ne segue che lo studio della trasmissione del calore (o, come si dice in gergo, delle frigorie (1)) deve essere particolarmente curato.
Prendendo lo spunto da un esercizio proposto da "C. Ciampa - Impianti ausiliari di bordo" sviluppiamo in forma descrittiva lo studio dell'impianto frigorifero destinato alla cambusa di una nave.
Lo stato dei luoghi è nel seguente schema:
ELEMENTI FUNZIONALI
TUBI: il liquido frigorifero sarà trasportato da tubi resistenti alla corrosione e facilmente lavorabili, ad esempio di rame. Non è necessario rivestirli di materiale isolante, se non nella parte fra il condensatore, l'accumulatore e l'ingresso nella cambusa.
RADIATORI: queste pagine sono state sviluppate supponendo che il sistema di distribuzione del "freddo" sia uguale a quello di distribuzione del "caldo" negli impianti domestici con radiatori ad acqua calda. E' però possibile distribuire il freddo per esempio con l'aria: un compressore (o ventilatore) fa passare l'aria, opportunamente deumidificata, attraverso un radiatore percorso dal fluido frigorifero, si raffredda e viene inviata nelle celle, con portata proporzionale alla temperatura da raggiungere. E' in pratica il sistema utilizzato negli impianti centralizzati di condizionamento dell'aria.
EVAPORATORE: per assicurare una buona circolazione del liquido refrigerante, evitando la formazione di bolle di gas nei tubi(2), l'evaporazione del liquido avverrà tutta fuori dei pannelli radianti, in uno scambiatore di calore ad acqua dolce(3).
COMPRESSORE: il compressore alternativo sarà doppio, per ragioni di sicurezza, e ciascuno a due stadi con refrigerazione intermedia(4).
CONDENSATORE: il condensatore sarà costituito da: 1) scambiatore di calore ad acqua dolce che porta la temperatura del refrigerante a circa 20 °C; quest'acqua può essere utilizzata nell'evaporatore(5).
2) una valvola di espansione che porta il liquido per esempio ad una temperatura di - 40 °C, tale da assicurare che nei pannelli non avvenga l'evaporazione(6).
ACCUMULATORE: l'accumulatore, termicamente ben isolato, è rappresentato da un serbatoio di liquido refrigerante in pressione, in grado di fornire piccole quantità di frigorie senza far intervenire il compressore(7).
ELEMENTI ACCESSORI
A: separatore di condensa capace di trattenere le gocce di liquido ancora presenti nell'evaporatore. Tali gocce sono in grado di far funzionare male il compressore.
B: 1) pressostato che fa intervenire il compressore solo quando la pressione nell'accumulatore scende sotto un certo valore.
2) separatore olio: nel compressore alternativo una piccola parte dell'olio lubrificante può evaporare a causa del calore sviluppato per attrito e passare nel fluido refrigerante. Dopo la compressione quindi tutto il gas passa in un separatore di olio: il fluido frigorifero prosegue nel circuito, mentre l'olio ritorna nel circuito di lubrificazione.
C: termostato che comanda la elettrovalvola di espansione assicurando l'adeguamento della temperatura del liquido refrigerante alle diverse esigenze dell'impianto.
(1) Per questo tipo di impianti si usa un linguaggio settoriale per certi aspetti singolare: in pratica si ammette che accanto alle calorie esistano le frigorie, che assumono il significato di "calore sottratto", cioè anziché dire "si sottraggono x calorie" si dice "si forniscono x frigorie". In questo modo il segno negativo che sarebbe presente davanti al valore del calore diventa positivo.
(2) I tubi avranno certamente delle pieghe e delle curve. Se una bolla di gas si ferma in cima ad una curva può impedire o almeno ostacolare il flusso di liquido. E' questo uno dei rischi degli impianti di riscaldamento domestico, per cui periodicamente occorre effettuare lo "spurgo" del gas attraverso una apposita valvola. La stessa operazione viene effettuata nei circuiti frenanti delle automobili.
(3) Lo scambiatore ad acqua offre il vantaggio di poter assorbire grandi quantità di calore con una piccola massa di liquido, grazie al suo calore specifico. Usando acqua dolce si riducono i rischi di incrostazioni e corrosioni. L'acqua da usare in questo elemento può provenire dal condensatore. L'acqua calda usata nell'evaporatore può a sua volta essere raffreddata in un altro scambiatore di materiale opportuno ad acqua di mare.
(4) Il raffreddamento intermedio (intercooler) in uno scambiatore con acqua dolce fluente consente di avere il secondo stadio del compressore più piccolo e quindi di ottenere la pressione finale con minore lavoro (vedi il paragrafo sul ciclo termodinamico).
(5) In questo scambiatore l'acqua si riscalda e può essere utilizzata nell'evaporatore (vedi la nota 3). In pratica si può realizzare un circuito chiuso con l'acqua dolce: a) l'acqua viene raffreddata da quella di mare e giunge al condensatore; b) nel condensatore si riscalda e viene portata all'evaporatore; c) nell'evaporatore si raffredda e viene portata allo scambiatore con acqua di mare dove ritorna alla temperatura dell'acqua di mare per ricominciare il ciclo. In questo modo la massa di acqua dolce può essere minima.
(6) I calcoli effettuati al paragrafo precedente sono riferiti ad una situazione di regime. Nei regimi transitori, subito dopo aver riempito le celle, la quantità di calore da smaltire può essere molto grande e ad alta temperatura. Per evitare l'evaporazione nelle celle sarà opportuno aumentare il numero degli elementi refrigeranti, in modo che la "portata" di frigorie sia proporzionale alla "portata" di calore da sottrarre.
(7) Questo elemento ha la stessa funzione del serbatoio dei compressori d'aria.