Evaporatori

Panoramica

L’evaporatore assorbe calore dall’aria, dall’acqua o dai prodotti mentre il refrigerante liquido a bassa pressione evapora. Il vapore ritorna al compressore attraverso la linea di aspirazione. Il corretto funzionamento preserva la potenza frigorifera, l’efficienza e lo stato dei prodotti. La certificazione UE A1 segue il regolamento di esecuzione (UE) 2024/2215 nel quadro del regolamento (UE) 2024/573.

Tipi di evaporatori

Gli evaporatori possono essere classificati in base al fluido raffreddato: aria oppure un liquido, come acqua, salamoia o glicole.

• Espansione diretta (DX): un dispositivo di espansione dosa il refrigerante che entra nell’evaporatore, dove evapora progressivamente. Le principali configurazioni costruttive sono a tubi nudi, a piastre e a tubi alettati.
• Evaporatori allagati: il refrigerante liquido bagna le superfici di scambio termico. Il controllo del livello del liquido e un separatore impediscono il trascinamento di liquido verso il compressore.
• Evaporatori a piastre: scambiatori di calore compatti comunemente utilizzati per il raffreddamento di liquidi.
• Evaporatori a ventilazione forzata: i ventilatori fanno passare l’aria attraverso tubi alettati nelle celle frigorifere, negli armadi refrigerati e negli impianti di condizionamento dell’aria.
• Evaporatori a convezione naturale: l’aria circola senza ventilatori. Richiedono una differenza di temperatura maggiore per ottenere uno scambio termico comparabile.

Funzionamento dell’evaporatore

La differenza di temperatura (TD) è la temperatura dell’aria in ingresso meno la temperatura di evaporazione del refrigerante. Un frigorifero a convezione naturale che mantiene 4 °C potrebbe avere una temperatura di evaporazione di −16 °C: una TD di 20 K. Nei sistemi a ventilazione forzata si utilizzano comunemente valori di 7–15 K.

A parità di condizioni dell’aria in ingresso, una batteria più fredda aumenta la TD e generalmente rimuove più umidità, riducendo l’umidità dell’aria.

Un regolatore della pressione di evaporazione (EPR) mantiene una pressione minima di evaporazione limitando il flusso in aspirazione a valle dell’evaporatore. Negli impianti con compressore condiviso, i regolatori EPR consentono agli evaporatori più caldi di funzionare a una pressione superiore a quella dell’evaporatore più freddo, evitando un raffreddamento eccessivo.

Surriscaldamento

Il surriscaldamento è pari alla temperatura misurata sulla tubazione in uscita meno la temperatura di saturazione alla stessa pressione. Utilizzare i dati pressione–temperatura del refrigerante; per le miscele con scorrimento di temperatura, utilizzare la temperatura del punto di rugiada.

• Surriscaldamento tipico nei sistemi DX: circa 5–10 K, secondo le prescrizioni del fabbricante. Una temperatura in uscita di 6 °C e una temperatura di saturazione di −2 °C danno un surriscaldamento di 8 K.
• Surriscaldamento basso: aumenta il rischio di ritorno di liquido e di danni al compressore.
• Surriscaldamento alto: può indicare un’alimentazione insufficiente di refrigerante e un utilizzo ridotto dell’evaporatore.

La linea di aspirazione trasporta normalmente vapore surriscaldato a bassa pressione.

Metodi di sbrinamento

La brina isola la batteria e limita il flusso d’aria. La potenza frigorifera e la pressione di aspirazione possono diminuire, mentre il tempo di funzionamento del compressore e il consumo energetico aumentano.

• Sbrinamento per fermata: il raffreddamento si arresta e l’aria più calda del locale scioglie la brina. I ventilatori possono continuare a funzionare. La temperatura dell’aria deve essere sufficientemente superiore al punto di congelamento.
• Sbrinamento elettrico: resistenze elettriche riscaldano la batteria.
• Sbrinamento a gas caldo: il gas di scarico del compressore riscalda l’evaporatore e condensa al suo interno. L’acqua di fusione viene scaricata separatamente.
• Sbrinamento a gas temperato: il vapore saturo proveniente dal ricevitore di liquido riduce lo shock termico, ma sbrina più lentamente rispetto al gas caldo.
• Sbrinamento a inversione di ciclo: la batteria esterna della pompa di calore diventa temporaneamente un condensatore.
• Sbrinamento alternato della doppia batteria esterna: una metà condensa mentre l’altra continua a evaporare, mantenendo un riscaldamento ridotto degli ambienti interni negli impianti a flusso di refrigerante variabile predisposti per questa funzione.

Lo sbrinamento a spruzzo d’acqua ha applicazioni specifiche, ma non è un metodo standard previsto da questo programma d’esame.

Durante lo sbrinamento elettrico o a gas caldo, i ventilatori si arrestano. Un termostato di fine sbrinamento termina lo sbrinamento quando la batteria raggiunge la temperatura impostata. Un ritardo dei ventilatori consente alla batteria di raffreddarsi prima del loro riavvio. Uno sbrinamento eccessivo spreca energia e riscalda i prodotti.

Refrigeratori d’acqua

I refrigeratori trasferiscono calore dall’acqua, dalla salamoia o dal glicole in circolazione al refrigerante.

• A fascio tubiero: nelle configurazioni con refrigerante all’interno dei tubi, i diaframmi sul lato mantello sostengono il fascio e deviano ripetutamente l’acqua attraverso di esso, migliorando la miscelazione e lo scambio termico.
• Coassiali: tubi concentrici creano passaggi separati per il liquido e il refrigerante.
• A piastre saldobrasate: piastre corrugate formano passaggi adiacenti. I canali L sono adatti a portate massiche elevate con minori esigenze di scambio termico; i canali H sono adatti a portate massiche inferiori con elevate esigenze di scambio termico, inclusa l’evaporazione. I canali M hanno caratteristiche intermedie. Combinare canali M e H può causare una distribuzione non uniforme del refrigerante durante il cambiamento di fase. Il raffreddamento dell’aria ambiente è generalmente impraticabile in questi scambiatori.

Ispezione dell’evaporatore

• Flusso d’aria: controllare la pulizia della batteria, i filtri, le griglie, il senso di rotazione dei ventilatori, la velocità e lo stato delle pale prima di regolare i dispositivi di controllo del refrigerante.
• Distribuzione della brina: una formazione parziale di brina con sezioni calde suggerisce restrizioni nei tubi del distributore, un’ostruzione del circuito o un funzionamento difettoso della valvola di espansione.
• Drenaggio: controllare le vaschette, gli scarichi e le resistenze. Le ostruzioni causano accumulo d’acqua, ricongelamento e problemi igienici.
• Perdite: verificare la presenza di corrosione e tracce d’olio e ispezionare le curve di ritorno a U, soprattutto nei punti in cui i cicli termici sollecitano i tubi.
• Dispositivi di controllo: verificare la fine dello sbrinamento e il riavvio ritardato dei ventilatori.

Consiglio per l’esame: Una bassa pressione di aspirazione, da sola, non dimostra una carica insufficiente. Controllare il flusso d’aria, la formazione di ghiaccio e le restrizioni, quindi interpretare la pressione insieme al surriscaldamento e alla distribuzione della brina.