COMPRESSORE

Il compressore è il cuore del sistema e la sua funzione è quella di comprimere il fluido refrigerante e portarlo ad alta pressione riscaldandolo.
In genere si tratta di un compressore come quello che tutti conosciamo per comprimere l’aria, che cioè usa un pistone mosso da alberi a gomiti per effettuare un moto alternativo in due fasi, aspirazione e compressione.

Da qualche tempo hanno cominciato a diffondersi anche compressori di tipo rotativo a palette o Sroli in cui il meccanismo mediante il quale si ottiene la compressione è diverso ma identica la funzione.

IL grande vantaggio dei compressori rotativi rispetto a quelle tradizionali è la assenza di movimenti alternativi e quindi di vibrazioni; dunque silenziosità ed assenza di vibrazioni sono le caratteristiche vincenti di questi compressori per cui il loro uso si sta diffondendo enormemente.

Vediamo ora quello che succede all’interno del compressore nel suo funzionamento e quali sono le sue particolarità.

-Questo meccanismo è nato per comprimere dei gas e quindi non può assolutamente tollerare che vi sia del liquido (i liquidi sono notoriamente incomprimibili) pena la rottura.
-E’ necessario che vi sia una lubrificazione e quindi dell’olio lubrificante deve essere presente in quantità opportuna.
-Di qualsiasi tipo sia il compressore rotativo o alternativo, nel suo funzionamento espelle piccole quantità di olio insieme al gas compresso, pertanto si ha un impoverimento continuo della quantità di lubrificante presente; se questo non viene recuperato in qualche modo si arriva presto alla impossibilità di lubrificazione e fatalmente al grippaggio del compressore.
-Il gas, nella compressione, si riscalda tanto di più quanto più è il rapporto di compressione, cioè il rapporto tra la pressione del gas in uscita e quello in entrata (in questo caso tipicamente siamo sul 4:1 cioè 15 bar in uscita e 4 in entrata) fino a temperature di 100°C avendo in ingresso non più di 7-10°C. Si vedrà che questo rapporto di compressione non è fisso ma può variare al cambiare di altri parametri di funzionamento di conseguenza può accadere che si vada a rapporti di compressione talmente alti da far raggiungere al gas temperature di scarico superiori a 130°C con inconvenienti all’olio che vedremo più avanti e soprattutto con un assorbimento di potenza dal motore elettrico che muove il compressore superiore alla potenza erogabile; conseguenza finale, bruciatura degli avvolgimenti del motore. In breve le condizioni del gas all’aspirazione del compressore sono all’incirca: temperatura7-8°C, pressione 4-5bar;; le condizioni dello scarico sono: temperatura 100-110°C, pressione 15-18bar.
Si è visto in precedenza che l’olio ha una funzione importantissima per il compressore e le sue particolari caratteristiche che lo rendono adatto al circuito frigorifero sono:

-Deve rimanere fluido anche a bassissime temperature (es. -40°C)
-Deve resistere fino a temperature di 120-130°C senza alterazioni.
-Deve essere miscibile con il liquido refrigerante in fese liquida e non deve reagire con esso.
-Non deve essere aggressivo con i materiali normalmente usati per la costruzione dei circuiti quali rame. Alluminio ecc.
-Deve essere elettricamente isolante poiché viene in contatto con gli avvolgimenti elettrici del motore.
-Non deve essere tossico o nocivo alle persone che casualmente vengono a contatto con esso.

Quindi è richieste una gamma di prestazioni molto ampia che un normale olio lubrificante da motore o per uso automobilistico non avrà mai; infatti questi oli sono veramente speciali e non devono in alcun modo essere miscelati con lubrificanti di altro tipo.

CONDENSATORE

Il condensatore è uno scambiatore di calore, ed è costruito in modo che vi sia il miglior scambio di calore tra l’interno e l’esterno o meglio tra il fluido che scorre all’interno e quello che scorre all’esterno (aria).

All’interno di questo apparecchio avviene un cambiamento di stato come quello di cui si è parlato in precedenza e più precisamente in refrigerante, nel nostro caso R22, allo stato gassoso cede calore all’esterno, quindi si raffredda riscaldando il fluido che c’è dall’altra parte (aria) fino al punto in cui inizia la sua trasformazione il liquido e continua a cedere calore calore all’esterno fino a quando questo processo non si è compiuto.
Naturalmente se per una qualsiasi ragione il fluido esterno non è più in grado di ricevere calore il processo si arresta immediatamente(per esempio se si ferma il ventilatore che fa passare aria nello scambiatore).
In questo apparecchio dunque entra refrigerante ad alta temperatura (più di 100°C) ed alta pressione ed esce refrigerante liquido a media temperatura (mediamente circa 40°C) ed alta pressione (circa 15atm).

Questo apparecchio è concettualmente identico al condensatore e con funzione esattamente simmetrica; qui infatti il liquido compie la trasformazione inversa, cioè passa da liquido a vapore assorbendo calore dall’esterno e raffreddando il fluido che passa dall’altra parte della parete (aria).

Anche qui il funzionamento si arresta se viene meno la capacità del fluido esterno di cedere calore per esempio perché cessa il suo passaggio attraverso l’apparecchio.
Qui il refrigerante entra a bassa pressione e bassa temperatura allo stato liquido ed esce a bassa pressione (circo 4atm), bassa temperatura (+2°C) ma allo stato gassoso.

ORGANO DI LAMINAZIONE

Concettualmente possiamo pensare ad in rubinetto con un passaggio molto stretto attraverso cui il refrigerante liquido schizza nella sezione del circuito a bassa pressione; il foro è fatto in modo da mantenere le giuste pressioni a valle e a monte permettendo il passaggio della giusta quantità di liquido.
E’ solitamente collocato nell’unità esterna.

FUNZIONAMENTO

Il funzionamento del circuito frigorifero è semplice dal punto di vista concettuale ma lo è molto di meno nella pratica perciò quello che segue è una descrizione a grandi linee di quello che avviene in un climatizzatore e non ha la pretesa di essere ne precisa ne esauriente.
Il compressore comprime il refrigerante gassoso a bassa temperatura e pressione (es. +5°C, 4bar) e lo porta , sempre come gas ad una alta temperatura e pressione (es. 16bar, 100°C).
Da questo punto il gas viene inviato al condensatore tramite delle tubazioni di rame ed in questo apparecchio avviene prima il raffreddamento fino a circa 40°C e poi il cambiamento di stato da gas a liquido a spese dell’aria esterna che viene riscaldata.

In questa fase viene ceduto il calore latente di condensazione ad un fluido esterno più freddo; arie nel nostro caso.
Dopo il condensatore il refrigerante, ormai liquido, ma sempre ad alta pressione, passa attraverso l’organo di laminazione, che nel nostro caso è un capillare o un Accurater passando in questo modo da alta (15 bar) a bassa pressione (4 bar) ma sempre allo stato liquido.
Il liquido a bassa pressione e bassa temperatura (4bar, +2°C) asce dall’unità motocondensante e viene portato, tramite le tubazioni di collegamento all’unità interna dove è posto l’evaporatore.
In questo evaporatore avviene il fenomeno della evaporazione a bassa pressione e bassa temperatura (poco meno di 4bar -+2°C), per passare allo stato di vapore il liquido bolle assorbendo calore, e quindi raffreddando il fluido con cui viene messo a contatto attraverso le pareti dello scambiatore (evaporatore) e cioè l’aria della stanza che viene in questo modo raffreddata.
Il refrigerante deve completamente trasformarsi in gas in questo evaporatore e pio, attraverso la tubazioni di collegamento, percorse questa volta in senso contrario, torna al compressore; è immediato pensare che se tornasse del liquido al compressore avremmo un immediata rottura dello stesso.
In pratica del calore viene assorbito dal refrigerante che raffredda l’aria interna evaporando a bassa pressione e bassa temperatura; il refrigerante pio spinto dal compressore nel condensatore cede il calore all’aria esterna. Volendo fare un paragone si potrebbe assimilare il sistema ad una pompa che aspira acqua dalla cantina e la riversa al primo piano, in cui la resa del climatizzatore è in finzione della temperatura esterna ed interna.

Volendo fare un paragone si potrebbe assimilare il sistema ad una pompa che aspira acqua a basso livello (per es. da una cantina) e la riversa ad un livello più alto (per es. al primo piano). In un impianto di questo tipo la portata della pompa (a parità di potenza) dipende dalla prevalenza del circuito, cioè dalla somma delle perdite di carico e dalla differenza di livello tra aspirazione e mandata; per eempio più alto è il livello a cui l’acqua deve essere mandate e più bassa è la portata.

Un circuito frigorifero funziona in modo analogo, infatti aspira calore a bassa temperatura (basso livello energetico) e la restituisce ad alta temperatura (livello energetico maggiore) tanto più grande è la differenza tra i due livelli, tanto minore è la “portata” cioè la quantità di calore aspirata in bassa temperatura e restituita all’aria.
Si può ora parlare del coefficiente di rese EER (energy-efficiency-ratio) intendendolo come effetto raffreddante ottenuto su energia consumata, (Frig/KW) e notare come questo coefficiente dipenda proprio dallo coppia delle temperature scelte, e quindi la comparazione tra due coefficienti possa essere fatta solo dopo aver assodato che le condizioni di riferimento sono identiche. La stessa macchine rende 3000 Frig/h se ci poniamo nelle condizioni previste dalle Norma ISO, e 3500 in altre condizioni.
Se si rovescia ipoteticamente il climatizzatore e cioè si pone l’evaporatore all’esterno ed il condensatore all’interno, si ha un effetto raffreddante fuori ed riscaldante all’esterno, giusto quello che fa comodo in inverno. (In realtà non si smonta il condizionatore e si rimonta al rovescio, ma con una valvola a 4 vie si invertono i flussi del refrigerante).
Questa è la ragione per cui si parla anche di pompe di calore riferendosi a climatizzatori che sono in grado, nella stagione invernale di prendere una certa quantità di colore dall’aria esterna a bassa temperatura e cederla all’aria intera ad alta temperatura.