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L ’ ESPERTO RISPONDE
TUTTE LE SOLUZIONI AI VOSTRI QUESITI , DUBBI , CURIOSITÀ
Risponde Pierfrancesco Fantoni
LE RISPOSTE ai vostri quesiti
Quello che viene chiamato effetto frigorifero si può considerare come l ’ opposto dell ’ effetto camino ?
La risposta non può che essere decisamente negativa . Anche se in modo intuitivo si potrebbe pensare che il primo è legato alla produzione del freddo e il secondo , invece , al trasferimento del calore , le due terminologie si riferiscono a concetti completamente diversi . Infatti , l ’ effetto camino descrive quel particolare fenomeno secondo il quale l ’ aria avente una temperatura maggiore tende a salire verso l ’ alto , a causa della sua minore densità rispetto all ’ aria fredda che la circonda . Di esso si è già parlato in questa rubrica nel numero 392 di TIS ( luglio / agosto 2022 ). Grazie a questo effetto è possibile veicolare il calore in maniera naturale dalle parti più basse di un ambiente verso le parti più alte . L ’ effetto frigorifero , invece , è legato a un ben preciso fenomeno che avviene in corrispondenza dell ’ evaporatore di un circuito frigorifero . Per la sua comprensione bisogna far mente locale a ciò che avviene in questo scambiatore di calore quando un impianto di condizionamento o di refrigerazione o a pompa di calore sono in funzione . La capacità di raffreddamento è legata al fatto che il refrigerante , quando transita internamente alle tubazioni dell ’ evaporatore , è in grado di accettare l ’ energia termica che l ’ aria o l ’ acqua gli cedono poiché esse si trovano a una temperatura superiore . La quantità di calore che risulta scambiata viene impiegata dal refrigerante per cambiare di stato e trasformarsi allo stato di vapore e , eventualmente , surriscaldarsi . Per comprendere quale refrigerante è in grado di produrre un maggiore raffreddamento , ossia è in grado di accettare la maggiore quantità di calore sottraendolo al fluido che deve essere raffreddato , bisogna “ standardizzare ” la quantità di fluido frigorifero che transita attraverso l ’ evaporatore : generalmente ci si riferisce a un chilogrammo . Fatta questa premessa si può ora quantificare quanta energia termica un chilogrammo di refrigerante è in grado di sottrarre al fluido da raffreddare . Tale quantità rappresenta proprio l ’ effetto frigorifero . Essa non è una quantità che assume sempre il medesimo valore , in quanto dipende dalla temperatura di evaporazione a cui il circuito frigorifero lavora , nonché dalla temperatura di condensazione e da altri parametri ancora . L ’ effetto frigorifero dipende anche , oltre che dai parametri appena citati , anche dalle proprietà termodinamiche del refrigerante : il refrigerante che offre le migliori capacità di raffreddamento è quello che presenta l ’ effetto frigorifero maggiore . Bisogna peraltro notare che l ’ effetto frigorifero che è possibile ottenere quando un chilogrammo di refrigerante transita all ’ interno dell ’ evaporatore risulta essere sempre inferiore al calore latente di evaporazione del refrigerante stesso . Tale calore rappresenta la quantità di energia termica necessaria al cambiamento di stato di un chilogrammo di refrigerante che si trova completamente allo stato liquido .
In un condizionatore split per effettuare la prova di tenuta si riempie il circuito di azoto fino ad una certa pressione . È indispensabile usare sempre azoto o si può usare anche aria ?
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Solo azoto , nel modo più categorico . Anzi , in modo particolare va sempre impiegato azoto anidro , ossia privo di umidità . L ’ aria non è assolutamente adatta per compiere questo tipo di operazione , per una serie di motivi ben specifici . Innanzitutto essa contiene umidità al suo interno , per cui immettendola nel circuito frigorifero contemporaneamente si introduce in esso anche umidità . Non è detto che , quando si estrae l ’ eventuale aria utilizzata per la pressatura del circuito , tale umidità non ristagni all ’ interno del circuito stesso anzi , è molto probabile che questo accada , specialmente con la complicità dell ’ olio del compressore . Gli olii sintetici , infatti , risultano essere
Figura 1 – La molecola dell ’ ammoniaca , uno dei refrigeranti con miglior effetto frigorifero
Figura 2 – Bombola di azoto impiegato per la messa in pressione dei circuiti frigoriferi
molto igroscopici , per cui inglobano al loro interno l ’ umidità con molta facilità e la sua estrazione richiede molta cura e tempistiche adeguate anche utilizzando una buona pompa del vuoto . Inoltre , l ’ umidità che viene immessa nel circuito assieme all ’ aria va a saturare completamente il filtro disidratatore che è presente sulla tubazione del liquido , rendendo così meno efficace la sua azione nel momento in cui il circuito frigorifero viene posto in funzione . Una terza ragione per cui è inopportuno impiegare l ’ aria per mettere in pressione il circuito è che qualora essa rimanesse indesideratamente intrappolata al suo interno , anche dopo averla estratta ed eseguito la procedura di vuotatura del circuito , nel caso in cui come fluido frigorifero venga impiegato un refrigerante infiammabile , o leggermente infiammabile , ci troveremmo ad avere internamente al circuito la contemporanea presenza di un combustibile ( il refrigerante ) e di un comburente ( l ’ aria ), situazione del tutto inaccettabile ai fini della sicurezza di funzionamento dell ’ apparecchiatura . Ma anche se si utilizza un refrigerante classificato non infiammabile , come può essere l ’ R410A per esempio , giova ricordare che il suo mescolamento con l ’ aria gli può conferire , se portato ad alte pressioni , comunque la caratteristica dell ’ infiammabilità . Anche in questo caso , la permanenza di residui di aria in un circuito con carica a R410A potrebbe essere la fonte di spiacevoli inconvenienti dato proprio le elevate pressioni di lavoro di questo refrigerante sul lato di alta pressione del circuito . Quelle citate , sono solo alcune delle motivazioni che impongono che la messa in pressione di qualsiasi circuito frigorifero per la verifica della sua tenuta meccanica venga eseguito con un fluido inerte , come l ’ azoto anidro per l ’ appunto , oppure con elio , ad esempio , che ha la particolarità di avere una molecola di dimensioni ridottissime e quindi di essere in grado di sfuggire anche dalle più piccole microfessurazioni presenti nel circuito . L ’ elio , che viene impiegato spesso dai produttori di componenti di circuiti frigoriferi per verificarne la loro tenuta , presenta purtroppo un alto costo . In alternativa è possibile impiegare una miscela di azoto contenente una piccola percentuale di idrogeno , anche quest ’ ultimo caratterizzato da una elevata capacità di fuga .
Su un libretto ( scritto solo in inglese ) di installazione di un ’ apparecchiatura per il condizionamento prodotta in Asia la temperatura è riportata in gradi Fahrenheit . Che differenza c ’ è con i gradi centigradi ?
Mentre la scala centigrada , nota anche come scala Celsius , è una scala termometrica che trova uso in molte nazioni , come i paesi dell ’ Unione Europea per esempio , la scala Fahrenheit viene largamente impiegata nei paesi di cultura anglosassone , come gli Stati Uniti ad esempio . Le due scale sono sostanzialmente diverse tra di loro e la conversione dei valori di temperatura dall ’ una all ’ altra richiede un piccolo calcolo . Come premessa , bisogna chiarire che per costruire una scala di temperatura occorre fissare convenzionalmente dei valori di riferimento , altrimenti detti punti fissi . Essi permettono di determinare due precise temperature in base alle quali viene poi determinata la graduazione della scala . I punti fissi che vengono scelti sono la temperatura di congelamento dell ’ acqua distillata e la temperatura dell ’ acqua distillata in ebollizione alla pressione atmosferica a livello del mare . La scala Fahrenheit assegna , rispettivamente , il valore di 32 ° F alla temperatura di congelamento dell ’ acqua distillata ed il valore di 212 ° F alla temperatura dell ’ acqua in ebollizione . Tale intervallo di temperatura , quindi , risulta essere suddivisibile in 180 gradi . La scala Celsius assegna , rispettivamente , il valore di 0 ° C al primo punto fisso e il valore di 100 ° C al secondo punto fisso . Con tale assunto , la scala Celsius risulta essere suddivisibile in 100 gradi . Una più recente definizione della scala Celsius vuole che ci si riferisca a due diversi punti fissi , ossia la temperatura che si registra nel vuoto assoluto e la temperatura del punto triplo dell ’ acqua ( il cui significato esula da questa risposta ): ad essi vengono assegna-
Figura 3 – Corrispondenza tra i valori della scala Celsius e della scala Fahrenheit