{"id":6059,"date":"2019-09-09T07:30:21","date_gmt":"2019-09-09T05:30:21","guid":{"rendered":"http:\/\/www.unilab.eu\/?p=6059"},"modified":"2019-09-04T11:29:10","modified_gmt":"2019-09-04T09:29:10","slug":"linee-liquido","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/articoli\/linee-liquido\/","title":{"rendered":"Il dimensionamento delle tubazioni di un circuito frigorifero – Parte I: principi generali e linee del liquido"},"content":{"rendered":"

I processi di sviluppo e dimensionamento di una macchina frigorifera sono comunemente focalizzati sui componenti principali della macchina, quali: compressore, condensatore, evaporatore e organo di laminazione. Talvolta il ruolo delle tubazioni di un impianto frigorifero \u00e8 dimenticato o viene trascurato, tuttavia, pu\u00f2 essere semplicemente dimostrato che un dimensionamento poco accorto delle linee di aspirazione, di mandata e del liquido possono portare a perdite di efficienza non trascurabili. Pertanto, un impianto frigorifero di successo dipende anche da un dimensionamento corretto delle linee.
\nDato che questo argomento include molti aspetti interessanti, si provveder\u00e0 a suddividerlo in tre parti: la prima introdurr\u00e0 gli aspetti generali dell\u2019argomento e poi presenter\u00e0 i metodi di dimensionamento delle linee del liquido, la seconda parte presenter\u00e0 le linee guida per la progettazione delle linee di aspirazione e mandata, mentre la terza sar\u00e0 dedicata alla gestione dell\u2019olio nei condotti.
\nCome regola generale, possiamo affermare che il corretto dimensionamento di una linea per una determinata portata di refrigerante \u00e8 il giusto compromesso tra i costi iniziali, che crescono all\u2019aumentare del diametro dei tubi, e i costi di esercizio che invece diminuiscono al crescere del diametro (perch\u00e9 diminuiscono le perdite di carico). Ci sono anche altre importanti considerazioni che sono direttamente legate al sistema di condotti, questo dovrebbe assicurare il ritorno dell\u2019olio al compressore, evitare che eccessive quantit\u00e0 di olio vengano intrappolate in parti del sistema, prevenire che liquido o olio entrino nel compressore sia durante l\u2019attivit\u00e0 sia durante le soste. Ovviamente, il sistema di condotti dovrebbe assicurare la giusta alimentazione dell\u2019evaporatore, linee pulite e asciutte.
\nConsiderazioni circa: l\u2019economicit\u00e0, le perdite di carico, il rumore e il trascinamento dell\u2019olio stabiliscono le velocit\u00e0 consigliate di dimensionamento dei condotti del refrigerante; queste sono riportate nella seguente tabella.\"\"<\/p>\n

I limiti superiori sono legati a considerazioni di economicit\u00e0, perdita di carico e rumore, mentre quelle inferiori, al trascinamento dell\u2019olio e allo sporcamento. Un criterio energetico pu\u00f2 essere considerato per il dimensionamento delle linee; la perdita di carico nei condotti di aspirazione e mandata riduce l\u2019efficienza del sistema perch\u00e9, al diminuire della pressione di saturazione, anche la temperatura di saturazione diminuisce. Infatti, le perdite di carico sono determinate come quella perdita di pressione associata ad una variazione della temperatura di saturazione del refrigerante. Per chiarire questo punto, appare interessante riportare gli effetti delle perdite di carico (diminuzione della temperatura di saturazione) sulla capacit\u00e0 di un impianto frigorifero ideale che operi tra 5 \u00b0C di evaporazione e 40 \u00b0C di condensazione. Tre fluidi sono confrontati: R134a, propano (R290) e ammoniaca. I confronti sono stati condotti considerando separatamente gli effetti delle linee di aspirazione e mandata, in termini di effetto frigorifero volumetrico e lavoro di compressione.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

I dati riportati in tabella permettono di evidenziare i differenti effetti delle perdite di carico delle linee di aspirazione e mandata; come era prevedibile, l\u2019effetto frigorifero volumetrico \u00e8 molto pi\u00f9 penalizzato dalla perdita di carico in aspirazione perch\u00e9 sia l\u2019effetto frigorifero che la densit\u00e0 del vapore all\u2019ingresso diminuiscono. L\u2019incremento del lavoro di compressione dovuto alle perdite di carico in aspirazione e mandata \u00e8 simile per tutti i fluidi e dipende poco dalla linea coinvolta.
\nLa linea del liquido che connette il condensatore all\u2019organo di espansione necessita di differenti considerazioni; in questo caso, la perdita di carico non influenza l\u2019efficienza energetica dell\u2019impianto dato che lo scopo dell\u2019organo di laminazione \u00e8 quello di ridurre la pressione da quella di condensazione a quella di evaporazione. Il fenomeno che deve essere assolutamente evitato nelle linee del liquido \u00e8 la formazione di vapore (\u201cflashing\u201d) dovuto alla perdita di carico; in altre parole la diminuzione di pressione non dovrebbe essere cos\u00ec elevata da causare la formazione di vapore nella linea.
\nDa questa introduzione, appare chiaramente che il dimensionamento delle linee di aspirazione e mandata \u00e8 diverso da quello delle linee del liquido; il primo \u00e8 guidato da un criterio energetico mentre il secondo da considerazioni tecnologiche.
\nL\u2019ASHRAE Handbook \u2013 Refrigeration (2006) suggerisce una procedura completa per il dimensionamento delle linee del refrigerante per differenti fluidi frigorigeni alogenati e ammoniaca. I prossimi paragrafi descriveranno la procedura suggerita per le linee del liquido.
\nGli impianti frigoriferi sono normalmente dimensionati in modo che la perdita di carico nella linea del liquido non sia superiore a quella che corrisponde a 0.5 K \u2013 1 K in variazione di temperatura di saturazione. Come descritto in ASHRAE Handbook (2006), il sottoraffreddamento del liquido \u00e8 l\u2019unico metodo per superare la perdita di carico nella linea del liquido per garantire che l\u2019organo di laminazione sia alimentato da liquido. Se il sottoraffreddamento non \u00e8 sufficiente, si forma vapore nella linea e l\u2019efficienza del sistema diminuisce. Il sottoraffreddamento pu\u00f2 essere ottenuto utilizzando una parte del condensatore come sottoraffreddatore; questo implica che parte del condensatore sar\u00e0 allagata e operer\u00e0 anche da ricevitore. Se si utilizza un ricevitore per controllare le fluttuazioni di carica durante l\u2019attivit\u00e0, questo componente dovrebbe essere alimentato dal liquido saturo proveniente dal condensatore e, a sua volta, dovrebbe alimentare il sottoraffreddatore per raggiungere il grado di sottoraffreddamento previsto.
\nL\u2019ASHRAE Handbook (2006) riporta diverse tabelle per dimensionare le linee del liquido in funzione della capacit\u00e0 del sistema, del refrigerante e del materiale dei tubi, per una fissata variazione di temperatura per unit\u00e0 di lunghezza pari a 0.02 K m-1 nel caso di linee del liquido o per una velocit\u00e0 di 0.5 m s-1 per i tronchetti di collegamento tra ricevitore e condensatore. La seguente figura illustra un esempio di tabella di\u00a0dimensionamento per R134a, tubi di rame; la terza colonna \u00e8 dedicata alle linee del liquido, le altre si riferiscono alle linee di aspirazione e mandata.<\/p>\n

\"unilab<\/p>\n

Figura 1: Capacit\u00e0 frigorifera [kW] delle linee di aspirazione, mandata e del liquido per R134a (Impianto monostadio o stadio di alta). Dati calcolati alla temperatura di condensazione di 40 \u00b0C. Infine, un\u2019ulteriore considerazione deve essere fatta: le linee ascendenti comportano delle ulteriori perdite di carico che si sommano a quelle dovute all\u2019attrito. La perdita dovuta ad una linea ascendente pu\u00f2 essere quantificata in circa 11.3 kPa per metro. La totale perdita sar\u00e0 data dalla somma delle perdite per attrito e quelle dovute ai tratti ascendenti. La procedura di dimensionamento delle linee del liquido \u00e8 la seguente: utilizzando la capacit\u00e0 dell\u2019impianto e la tabella per il fluido considerato (si veda figura 1), si pu\u00f2 determinare il diametro nominale del condotto. Successivamente, la lunghezza equivalente della linea tra il condensatore e l\u2019organo di laminazione o fra ricevitore e sottoraffreddatore deve essere stimata. Questo valore \u00e8 dato dalla somma della lunghezza delle linee e dalle lunghezze equivalenti dovute ai raccordi (gomiti, valvole, ecc.). Le lunghezze equivalenti dei raccordi sono elencate in tabelle speciali riportate in ASHRAE handbook (2006). La variazione di temperatura \u0394T sar\u00e0:<\/p>\n

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dove (\u0394T\/L)Table la variazione di temperatura per unit\u00e0 di lunghezza, P0 \u00e8 la capacit\u00e0 frigorifera dell\u2019impianto e P0,Table \u00e8 la capacit\u00e0 frigorifera elencata nelle tabelle. Le tabelle si riferiscono alla temperatura di condensazione di 40\u00b0C, per altre temperature dei coefficienti di correzione devono essere considerati. Se ci sono dei tratti ascendenti, delle addizionali perdite di carico devono essere considerate e la totale perdita di carico deve essere calcolata. Considerando la pressione di condensazione, \u00e8 possibile quindi determinare la pressione all\u2019ingresso dell\u2019organo di laminazione e verificare se il sottoraffreddamento \u00e8 sufficiente per evitare la formazione di vapore. Il seguente esempio spiega l\u2019utilizzo delle tabelle per il dimensionamento delle linee del liquido. Un impianto frigorifero a R134a che utilizza tubi in rame opera tra la temperatura di evaporazione di 5 \u00b0C e la temperatura di condensazione di 40 \u00b0C. La sua capacit\u00e0 frigorifera \u00e8 20 kW e le linee del liquido hanno una lunghezza equivalente di 50 m senza tratti ascendenti. Dimensionare i condotti del liquido. Considerando la tabella riportata in Figura 1, ultima colonna, dato che la capacit\u00e0 frigorifera \u00e8 20 kW, i diametri nominali 15 mm (P0,Table= 16.30 kW) o 18 mm (P0,Table= 28.40 kW) possono essere consideranti. Le variazioni di temperatura possono essere calcolate con l\u2019equazione precedente:<\/p>\n

\"unilab<\/p>\n

con una tubazione da 15 mm, la variazione di temperatura \u00e8 superiore a 1 K, quindi non accettabile; il giusto dimensionamento della linea del liquido si ha con un tubo di diametro nominale pari a 18 mm.\u00a0Se lo stesso sistema includesse anche un tratto ascendente di 4 m, la procedura di dimensionamento dovrebbe considerare la perdita di carico addizionale pari a:<\/p>\n

\u0394pr= 11,3 \u30fbL = 11.3\u00a0\u30fb4= 45.2 kPa=45200 Pa<\/p>\n

La perdita di carico per attrito \u00e8:<\/p>\n

\u0394pf= (\u0394p\/L)Table\u30fb\u00a0L= 538\u30fb50 = 26900Pa=26.90 kPa<\/p>\n

La totale perdita data dalla somma dei due contributi \u00e8:<\/p>\n

\u0394ptot=\u0394pr+\u0394pf=45.2+26.90=72.10 kPa = 72100Pa.<\/p>\n

La pressione di saturazione del R134a a 40 \u00b0C \u00e8 1016.6 kPa, quindi la pressione all\u2019ingresso dell\u2019organo di laminazione \u00e8:<\/p>\n

P=Psat-\u0394ptot=1016.6-72.10=944.5kPa=944500Pa. Questa pressione corrisponde ad una pressione di saturazione di 37.28 \u00b0C, questo significa che il refrigerante dovrebbe essere sottoraffreddato di almeno 2.72 K perch\u00e9 raggiunga la valvola di laminazione in condizioni di liquido saturo; comunque, 3-4 K di sotoraffreddamento sono preferibili e raccomandati.<\/p>\n

Bibliografia
\nASHRAE Handbook, Refrigeration, 2006.<\/p>\n\n

\n <\/div>\n\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Un impianto frigorifero di successo dipende anche da un dimensionamento corretto delle linee del liquido. Vediamo di pi\u00f9 in questo articolo!<\/p>\n","protected":false},"author":11,"featured_media":12647,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","_seopress_titles_title":"","_seopress_titles_desc":"Un impianto frigorifero di successo dipende anche da un dimensionamento corretto delle linee del liquido. Vediamo di pi\u00f9 in questo articolo!","_seopress_robots_index":"","footnotes":""},"categories":[36,46,45],"tags":[],"class_list":["post-6059","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-articoli","category-coffee-break-it","category-termodinamica-ingegneria-it","has-post-title","has-post-date","has-post-category","has-post-tag","has-post-comment","has-post-author",""],"builder_content":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6059","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/11"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=6059"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/6059\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12647"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=6059"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=6059"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=6059"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}