esse possono essere sostanzialmente ricondotte alle quantità d’aria e di acqua che vengono impiegate per il raffreddamento del condensatore.

In tal senso non vanno sottovalutate anche le condizioni di funzionamento dell’impianto con bassi carichi termici, che richiedono una ridotta potenza di raffreddamento. Questo non solo per poter ottenere parametri di funzionamento dell’impianto congrui con quanto previsto in fase progettuale, ma anche per ottenere dei risparmi energetici in fase operativa.

Problemi di congelamento dell’acqua
Un ulteriore problema che interessa il bacino di raccolta dell’acqua di un condensatore evaporativo è quello che si verifica in occasione di basse temperature dell’aria esterna. In presenza di climi molto freddi, o in occasione delle fermate dell’impianto, quando l’acqua non viene utilizzata e quindi permane all’interno del bacino, vi e’ il rischio che essa congeli. Tale eventualità, ovviamente, deve essere assolutamente scongiurata. A tale scopo vengono posizionate delle resistenze elettriche nel bacino di raccolta acqua, oppure l’acqua viene stoccata in un serbatoio remoto posto in zona riparata.

Problematiche connesse alla circolazione dell’aria
Anche per quanto riguarda la circolazione dell’aria attraverso la batteria del condensatore è possibile risolvere con opportune tecniche alcune problematiche. Innanzitutto per quanto riguarda la rumorosità, i ventilatori centrifughi garantiscono maggiore silenziosità rispetto i tradizionali e più diffusi ventilatori elicoidali. I ventilatori centrifughi vengono comunemente impiegati per muovere l’aria negli impianti di condizionamento, soprattutto all’interno degli edifici. Nel caso di installazione di un condensatore evaporativo nelle vicinanze di abitazioni, i ventilatori centrifughi permettono di avere basse emissioni sonore. Inoltre, mediante l’opportuna collocazione ed installazione dell’unità evaporativa, è possibile convogliare tali emissioni sonore verso particolari direzioni, in modo da salvaguardare zone abitate dai rumori dovuti al funzionamento. Anche i motori elettrici, utilizzati per il funzionamento dei ventilatori, devono essere a ridotte emissioni sonore. Particolari tipologie di condensatori evaporativi possono essere installati anche all’interno di edifici, proprio per evitare eventuali problemi di rumorosità. I flussi dell’aria entrante, per il raffreddamento della batteria, e dell’aria uscente, che permette di rigettare il calore di condensazione, vengono veicolati attraverso opportune canalizzazioni.
A tale scopo l’impiego di ventilatori centrifughi risulta molto appropriato. Per limitare ulteriormente le emissioni di rumore possibile, infine, utilizzare idonei silenziatori agli ingressi e alle uscite dell’aria.
Ultimamente si sono sviluppati particolari tipologie di giranti assiali, che offrono un duplice vantaggio rispetto ai ventilatori centrifughi:

• Bassa rumorosità
• assorbimento elettrico ridotto

Regolazione della velocità dei ventilatori
Per ottenere diverse portate d’aria da insufflare attraverso il condensatore evaporativo vi e’ la possibilità di poter utilizzare motori a più velocità per il movimento dei ventilatori. Così, in condizioni di carichi termici ridotti o di temperature a bulbo umido dell’aria basse è data facoltà di ridurre la velocità delle ventole in maniera discreta o continua. In caso di carichi ridotti, infatti, la quantità di calore da rigettare al condensatore non  è elevata, mentre in caso di temperature a bulbo umido ridotte significa che le portate d’aria che attraversano il condensatore sono in grado di accettare notevoli quantità di umidità provenienti dall’evaporazione dell’acqua di raffreddamento: l’effetto refrigerante risulta quindi elevato, anche in presenza di basse portate d’aria.

Nuovi condensatori ad elevata efficienza
Esistono poi dei condensatori che possono essere classificati come un ibrido tra i tradizionali condensatori ad aria ed il condensatore evaporativo. Come visto in precedenza, durante le normali condizioni di esercizio dell’impianto di condizionamento può rendersi necessario rigettare quantità assai diverse di calore al condensatore. Una soluzione attuabile quella di agire sulle portate d’aria di raffreddamento, con le modalità sopra viste. Una soluzione alternativa è quella di far raffreddare il condensatore solo per mezzo di aria ambiente quando la temperatura di quest’ultima è sufficientemente bassa. La necessita’ di rigettare quantità di calore ridotte viene così interamente soddisfatta utilizzando le capacità refrigeranti dell’aria. Il condensatore funziona, così, asciutto. Quando, invece, la temperatura dell’aria ambiente sale al di sopra di uno specifico valore (che comporterebbe pressioni di condensazione troppo onerose per l’impianto dal punto di vista energetico) entrano in funzione automaticamente gli ugelli spruzzatori dell’acqua che garantiscono il funzionamento bagnato del
condensatore. Il volume d’acqua spruzzato risulta in quantità tale da venire quasi completamente vaporizzato nel passaggio nel condensatore. Si elimina, così, in gran parte il problema di ricircolo dell’acqua. Attraverso un sistema di controllo elettronico è possibile minimizzare il consumo di acqua e di elettricità. Inoltre viene ridotto il rischio di contaminazione dell’ambiente. Il funzionamento secondo due diverse prassi permette a tali apparecchiature di conseguire e di conciliare gli aspetti positivi di entrambe le modalità operative.

Schematizzazione di un condensatore con possibilita’ di funzionamento a secco e bagnato

Le principali problematiche della condensazione ad aria possono venire risolte mediante l’utilizzo di scambiatori ad acqua. La temperatura di condensazione rimane stabile in tutto l’anno, non dipende dalle escursioni termiche stagionali, può sfruttare la maggiore capacità termica di scambio dell’acqua rispetto l’aria.

I problemi di sporcamento del condensatore sono ascrivibili prevalentemente alle proprietà chimico-fisiche dell’acqua di raffreddamento. Tuttavia anche con l’acqua esiste un problema piuttosto importante, connesso alla sua disponibilià non illimitata ed in certi casi contingentata.

Questo specialmente per i grossi impianti di raffreddamento con chiller, che richiedono portate d’acqua di raffreddamento considerevoli. In alcuni casi esiste il divieto di utilizzare acqua di acquedotto per gli impianti di condizionamento. Comunque, anche nel caso di acqua di pozzo o di fiume, la cui disponibilità in linea teorica, risulta essere illimitata, sussistono problemi di  approvvigionamento nel caso in cui l’acqua risulti a perdere e sia necessaria per il funzionamento di impianti di grande potenza frigorifera.

E’ necessario tenere presente che il bisogno di acqua si realizza prevalentemente nel periodo estivo, quando la siccità può farsi sentire in alcune zone.

Uno dei modi per ovviare, almeno in parte, a tale problematica è quello di utilizzare per gli impianti di condizionamento dei condensatori evaporativi, che permettono un risparmio in termini di consumo d’acqua.

Come funziona il condensatore evaporativo

Il condensatore evaporativo è in pratica una torre evaporativa più sofisticata.

Nella batteria di scambio scorre il refrigerante da condensare.

Il serpentino è costituito da un fascio di tubi lisci che in entrata contengono il gas mentre all’uscita contengono il refrigerante condensato. Una serie di ugelli provvede a spruzzare dell’acqua sul condensatore, in modo da mantenerlo costantemente bagnato. Il calore del desurriscaldamento e della condensazione del gas vengono acquistati dall’acqua per evaporare (mediamente 1 kg di acqua assorbe 600 Kcal).

Una parte dell’acqua spruzzata non acquista una quantità di calore sufficiente per evaporare e quindi ricade sul fondo di una bacinella da dove, mediante una pompa, viene reindirizzata agli ugelli per essere nuovamente utilizzata. L’intero processo viene agevolato mediante l’insufflazione di aria in controcorrente rispetto alla caduta dell’acqua.

ALcune goccioline di acqu vengono trascinate. Per evitare una eccessiva dispersione di acqua, prima che l’aria sia espulsa viene fatta fluire attraverso un separatore di gocce. Con tale soluzione si integrano i processi di raffreddamento della batteria propri della condensazione in aria e della condensazione in acqua.
Con tale soluzione, la quantità di calore che è possibile sottrarre al condensatore viene a dipendere dalla temperatura a bulbo umido dell’aria. Nelle zone in cui essa è elevata, la potenza di raffreddamento viene penalizzata e risulta giocoforza necessario accettare temperature di condensazione più elevate.

]]> http://www.tempcoblog.it/956/il-condensatore-evaporativo/feed/ 2 Condensatori evaporativi Condensatori evaporativi http://www.tempcoblog.it/2254/torri-evaporative-e-separatori-di-gocce/ http://www.tempcoblog.it/2254/torri-evaporative-e-separatori-di-gocce/#comments Mon, 12 Apr 2010 07:39:22 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=2254 Relativamente alle perdite di acqua nelle torri evaporative, abbiamo già parlato diffusamente in molti articoli di questo blog.

In pratica possiamo riassumere che le perdite di acqua in una torre evaporativa sono dovute a:

• evaporazione (per fruttare il calore latente di evaporazione)
• trascinamento (goccioline che vengono trascinate dal flusso di acqua all’esterno)

Il valore delle perdite di acqua per evaporazione è intimamente (forse meglio dire “fisicamente”) legato alle caratteristiche termodinamiche della torre…il valore delle perdite per trascinamento è invece un valore “meccanico”, che dipende dalla velocità di espulsione dell’aria e dall’efficienza dei separatori di gocce che si trovano subito a valle (guardando il flusso di aria) il banco ugelli di distribuzione dell’acqua.

L’ultima generazione di questi separatori di gocce ad altissima efficienza, consente di limitare il valore di perdite per trascinamento al di sotto dello 0,05% della portata globale di acqua raffreddata dalla torre evaporativa.

Per fare un esempio pratico, una torre che raffreddi 100 m3/h di acqua, da 40 a 30°C, presenterà i seguenti valori di perdite di acqua:

• potenzialità 1.000.000 Kcal/h
• perdite per evaporazione circa 1700 Kg/h (indicativo)
• perdite per trascinamento 50 Kg/h

Attenzione che a questi valori va aggiunto il valore di spurgo, per evitare la concentrazione dell’acqua.

In più si aggiungono i vantaggi derivanti dall’evaporazione dell’acqua (ovvero il calore latente), fenomeno che porta ad un notevole incremento delle potenzialità frigorifere dello scambiatore.

Infatti dobbiamo considerare che per ogni chilogrammo di acqua evaporata, si asportano circa 600 Kcal/h

A questo proposito è necessario, però, tenere presente alcune considerazioni che riguardano le caratteristiche dell’aria ambiente in cui opera il condensatore, caratteristiche legate alla latitudine del luogo di installazione e che influiscono in maniera determinante sulla sua resa (ovvero la corretta valutazione della TBB temperatura del bulbo umido).

Infine, sempre ai fini della valutazione dell’efficienza dello scambio di calore, occorre tenere presente alcune problematiche connesse alle caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua di raffreddamento.

Proprietà dell’acqua come fluido di raffreddamento

Il raffreddamento del condensatore mediante l’utilizzo del calore latente di evaporazione dell’acqua dipende, ovviamente, dalla quantità di acqua che è possibile far evaporare nell’attraversamento dello scambiatore a serpentino.

L’effetto raffreddante, infatti, si ottiene prevalentemente dall’evaporazione dell’acqua, piuttosto che dal suo riscaldamento.

In sostanza, l’abbassamento di temperatura subito dal condensatore sarebbe ben poca cosa se esso fosse dovuto unicamente al riscaldamento dell’acqua che bagna le sue pareti esterne, ovvero al calore sensibile.

Il maggiore effetto raffreddante si ottiene proprio dall’evaporazione dell’acqua. Infatti risulta necessaria una quantità di calore ben maggiore per far avvenire l’evaporazione di 1 chilogrammo d’acqua piuttosto che il riscaldamento (anche di parecchi gradi centigradi) di una pari quantità in peso.

Un esempio può chiarire meglio: il calore specifico dell’acqua risulta essere di 4,18 kJ/ C kg; ciò significa che per riscaldare di 1 C un chilogrammo di acqua e’ necessario somministrare 4,18 kJ. Supponendo di voler riscaldare, al limite, di 100 C l’acqua, sono necessari 418 kJ. Se volessimo far evaporare il medesimo chilogrammo d’acqua sarebbe necessario somministrargli 2257 kJ. Chiaro vero!!
Su questo principio fisico si basa e trova larga applicazione l’utilizzo del condensatore evaporativo: il raffreddamento del refrigerante che scorre all’interno dello scambiatore avviene in modo più efficace grazie alla grande quantità di calore che l’acqua richiede per evaporare e che essa scambia con il refrigerante che deve condensare.

L’effetto di evaporazione viene forzato tramite i ventilatori.

Problemi di manutenzione del condensatore evaporativo

Come già accennato, anche il funzionamento del condensatore evaporativo può essere interessato da alcune problematiche, soprattutto per quanto riguarda le qualità chimico-fisiche dell’acqua utilizzata per il suo raffreddamento. Particolarmente dannose per quanto riguarda la potenza frigorifera del condensatore risultano essere le incrostazioni. La tabella mostra come la capacita’ di raffreddamento diminuisca in funzione dello spessore delle incrostazioni che interessano la parte esterna delle tubazioni dello scambiatore.

L’aumento dello spessore attraverso cui avviene la trasmissione per conduzione del calore porta ad una maggiore resistenza termica ed a un minor flusso termico nell’unita’ di tempo, in pratica diminuisce la resa di scambio termico.

Condensatore

Diagramma dell’acqua che illustra la quantità di calore necessaria per la
vaporizzazione di 1 Kg di liquido e per il suo riscaldamento di 100 C (da letteratura).

nb.: alcuni testi tratti liberamente ed integrati con manuale del perito termotecnico

In questo brevissimo video si può vedere chiaramento lo stato di un pacco di riempimento nuovo.

Provate a guardare i pacchi che avete dentro le vostre torri…e magari a sollevarli.

Come già detto in precedenti post è un problema importante, che ormai è stato affrontato in modo definitivo dai costruttori di apparecchiature dedicate al condizionamento.

Questo problema investe anche gli impianti industriali anche se in misura minore.

Dal punto di vista delle torri evaporative, il problema è limitato all’area di installazione, in quanto in pratica l’acqua di torre, non transita mai nelle tubazioni degli impianti di condizionamento interni allo stabile e tantomeno nelle tubazioni dell’acqua sanitaria.

Nonostante questo è evidente che trovandosi comunque in zone tecniche, in copertura, magari in prossimità degli impianti di aspirazione dell’aria primaria, anche le torri vanno monitorate e realizzate nel rispetto della normativa.

Esistono particolari sistemi costruttivi che già di base scongiurano i rischi di formazioni batteriche, in quanto prevengono ristagni di acqua all’interno delle strutture o delle vasche, soprattutto durante i periodi di fermo impianto:

• vasche con inclinazioni autodrenanti
  
• gruppi ventilanti in zona asciutta
  
• sistemi antiristagno

Un controllo anti legionella all’avviamento dell’impianto è comunque una buona norma di sicurezza, in base ai risultati del quale, far seguire una sanificazione dell’impianto, con prodotti adeguati.

Serpentino per condensatore evaporativo

Le batterie di scambio
Il componente nevralgico di un condensatore evaporativo, dal punto di vista dello scambio di calore, è senza dubbio la batteria di raffreddamento. Per ottenere un ottimo scambio del calore da parte del refrigerante utilizzando scambiatori di dimensioni il più possibile contenute, è necessario porre particolare attenzione ad ogni aspetto che interviene nel fenomeno. Il successo nel trasferimento del calore e’ legato all’efficiente progettazione dei flussi dell’aria ed al passaggio dell’acqua. Per quanto riguarda il flusso dell’aria, viene preferita la soluzione in controcorrente rispetto al flusso del refrigerante che deve essere raffreddato. Questo permette l’ottenimento di un buon scambio termico, che deve essere conciliato anche, però, con l’esigenza di avere le minor perdite di carico possibili lato aria. Sullo stesso piano va posta la necessità che la batteria consenta di essere attraversata dalla maggior portata d’acqua possibile, dato che è proprio l’acqua l’elemento che è in grado di produrre il maggior raffreddamento della batteria. Inoltre deve essere assicurato un buon drenaggio dell’acqua, in modo da non avere ristagni. Per conciliare queste diverse esigenze, sono state sviluppate batterie di scambio con geometrie particolari. Ad esempio, nella figura 1, viene mostrata una batteria a tubi ellittici, che permette di migliorare le prestazioni dello scambiatore. I tubi ellittici permettono di ridurre lo spazio esistente tra i singoli tubi, consentendo un aumento della superficie di scambio complessiva. Inoltre la loro disposizione sfalsata permette un incremento del coefficiente di scambio termico, in quanto impedisce ai filetti fluidi e liquidi di transitare all’interno della batteria senza venire a contatto dei tubi stessi. Contemporaneamente vengono soddisfatte le esigenze di avere ridotte perdite di carico sul lato aria ed una massimizzazione delle portate d’acqua che attraversano la batteria di raffreddamento.
Per evitare un cattivo drenaggio dell’acqua, i tubi vengono montati in maniera leggermente inclinata, in modo da favorire il suo
scorrimento. Per garantire la protezione da fenomeni di corrosione, che minacciano particolarmente tali tipi di scambiatori, vengono predisposti opportuni processi di trattamento dei materiali impiegati.

Problematiche di funzionamento
Per garantire il regolare funzionamento della batteria di scambio risulta necessario assicurarsi sempre che vengano garantiti i flussi opportuni di acqua e di aria su di essa.
Per quanto riguarda i flussi di aria va posta attenzione al corretto funzionamento dei ventilatori ed al posizionamento dell’unita’ in loco. Infatti, risulta sempre indispensabile posizionare il condensatore evaporativo in luoghi ove viene garantita una adeguata portata di aria fresca ai ventilatori. Nei casi in cui il condensatore deve essere installato per cause di forza maggiore nelle vicinanze di muri di altezza considerevole, è necessario controllare che non si verifichino fenomeni di ricircolo dell’aria calda e satura di umidità che viene espulsa dall’unità stessa.

Il verificarsi di tali evenienze comprometterebbe il regolare funzionamento dell’unità evaporativa. L’attenzione va posta anche nel fatto che l’aria in uscita dal condensatore non possa venire aspirata dai dispositivi dell’impianto di condizionamento, cui l’unità stessa è asservita, predisposti per prelevare l’aria necessaria per garantire il necessario ricambio ai locali interni.
Per quanto riguarda i flussi di acqua, occorre sincerarsi che la batteria di raffreddamento venga mantenuta costantemente bagnata lungo tutta la sua superficie durante il funzionamento, in modo da massimizzare l’effetto raffreddante causato proprio dall’ evaporazione del liquido. Inoltre assicurare il continuo spruzzamento della batteria permette di diminuire la probabilità che si formino incrostazioni o corrosioni della batteria stessa. Allo scopo va posta costante attenzione al corretto funzionamento degli ugelli spruzzatori, specialmente a quelli dotati di fori di diffusione
molto piccoli, che possono intasarsi con più facilita’ nel tempo.

Bacino di raccolta dell’acqua
Il funzionamento del condensatore evaporativo non può prescindere dalla possibilità di avere sempre a disposizione una determinata quantità di acqua da irrorare sulla batteria di raffreddamento. Come già visto, l’acqua che non
evapora durante il passaggio attraverso il condensatore viene raccolta in un bacino posto nella parte inferiore dell’unità .
L’acqua che qui viene accumulata può venire ricircolata, tramite una pompa, per essere utilizzata nuovamente, dopo opportuno reintegro. Presupposto fondamentale affinchè l’acqua possa essere reimpiegata con ciclicità è che essa si mantenga sempre pura e priva di particelle inquinanti. Quindi il bacino di raccolta deve essere sempre mantenuto pulito, privo di depositi sedimentari o sostanze che si possono formare in presenza di acqua che può ristagnare per lungo tempo. Al fine di evitare tali inconvenienti, il bacino di raccolta dell’acqua viene predisposto in modo inclinato, in modo da permettere un naturale deflusso dell’acqua verso la parte bassa del bacino, dove così si accumulano tutte le sostanze che possono opportunamente essere rimosse all’occorrenza.

Il bacino di raccolta dell’acqua, posto sul fondo dell’unita’ evaporativa, risulta inclinato per favorire la raccolta e l’eventuale fuoriuscita dell’acqua quando si desidera procedere alla sua pulizia.

Per regolare il livello dell’acqua all’interno del bacino è previsto l’impiego di una valvola a galleggiante, che ha il compito di assicurare una quantità di acqua costante al suo interno.
Alcune volte, al posto della valvola possono essere previsti dei controlli elettrici del livello dell’acqua, in modo da non avere possibili eccessive fluttuazioni della quantità di acqua disponibile. Per il controllo di tale livello si può anche ricorrere all’impiego di un indicatore che permette di apprezzare costantemente la quantità di acqua presente.
Ovviamente, non è solo necessario che il bacino sia sempre rifornito di acqua, ma anche che l’acqua in esso presente non risulta ghiacciata, cosa che si può verificare, ad esempio, in presenza di basse temperature ambiente e nei periodi di fermo dell’impianto.

Proprio nei giorni scorsi, abbiamo visitato un cliente che lamenta parecchi problemi di incrostazioni e formazioni biologiche.

Abbiamo controllato l’impianto e la cosa che immediatamente è balzata agli occhi è risultata l’assenza di un sistema di spurgo.

In pratica, l’acqua che evapora viene reintegrata, senza effettuare alcuno spurgo. Risultato acqua concentrata di carbonati e sali, impossibilità di dosaggio antialghe e formazione di schiume persistenti…torre con performance inaccettabili.

La cura:

• lavaggio e sanificazione della torre evaporativa
• verifica antilegionella (con analisi dalle acque in laboratorio)
• applicazione di un sistema di dosaggio e spurgo automatico.

Problema risolto.

In più si aggiungono i vantaggi derivanti dall’evaporazione dell’acqua (ovvero il calore latente), fenomeno che porta ad un notevole incremento delle potenzialità frigorifere dello scambiatore.

Infatti dobbiamo considerare che per ogni chilogrammo di acqua evaporata, si asportano circa 600 Kcal/h

A questo proposito è necessario, però, tenere presente alcune considerazioni che riguardano le caratteristiche dell’aria ambiente in cui opera il condensatore, caratteristiche legate alla latitudine del luogo di installazione e che influiscono in maniera determinante sulla sua resa (ovvero la corretta valutazione della TBB temperatura del bulbo umido).

Infine, sempre ai fini della valutazione dell’efficienza dello scambio di calore, occorre tenere presente alcune problematiche connesse alle caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua di raffreddamento.

Proprietà dell’acqua come fluido di raffreddamento

Il raffreddamento del condensatore mediante l’utilizzo del calore latente di evaporazione dell’acqua dipende, ovviamente, dalla quantità di acqua che è possibile far evaporare nell’attraversamento dello scambiatore a serpentino.

L’effetto raffreddante, infatti, si ottiene prevalentemente dall’evaporazione dell’acqua, piuttosto che dal suo riscaldamento.

In sostanza, l’abbassamento di temperatura subito dal condensatore sarebbe ben poca cosa se esso fosse dovuto unicamente al riscaldamento dell’acqua che bagna le sue pareti esterne. Il maggiore effetto raffreddante si ottiene proprio dall’evaporazione dell’acqua. Questo fatto è riconducibile alle caratteristiche fisiche proprie della maggior parte dei fluidi, compresa l’acqua; infatti risulta necessaria una quantità di calore ben maggiore per far avvenire l’evaporazione di 1 chilogrammo d’acqua piuttosto che il riscaldamento (anche di parecchi gradi centigradi) di una pari quantità in peso.

Un esempio può chiarire meglio: il calore specifico dell’acqua risulta essere di 4,18 kJ/ C kg; ciò significa che per riscaldare di 1 C un chilogrammo di acqua e’ necessario somministrare 4,18 kJ. Supponendo di voler riscaldare, al limite, di 100 C l’acqua, sono necessari 418 kJ. Se volessimo far evaporare il medesimo chilogrammo d’acqua sarebbe necessario somministrargli 2257 kJ.
Appare chiaro, quindi, che l’evaporazione dell’acqua richiede una quantità di calore maggiore di oltre 5 volte la quantità di calore necessaria per riscaldarne di 100 C una pari quantità. Il diagramma riportato sintetizza tale conclusione.

Su questo principio fisico trova successo l’utilizzo del condensatore evaporativo: il raffreddamento del refrigerante che scorre all’interno dello scambiatore può avvenire in maniera agevole proprio grazie alla grande quantità di calore che l’acqua richiede per evaporare e che essa scambia con il refrigerante che deve condensare. L’evaporazione dell’acqua viene agevolata dall’azione dei ventilatori, che muovono grandi quantità d’aria, favorendo l’evaporazione dell’acqua e la dispersione del vapor acqueo che si forma in seguito al cambiamento di stato dell’acqua stessa.

Problemi di smaltimento del calore
Affinchè nel condensatore evaporativo il refrigerante possa condensare in maniera ottimale e’ importante fare in modo che il calore che esso deve cedere venga utilizzato dall’acqua per evaporare.
L’effetto refrigerante che se ne trae risulta così maggiore che nel caso che l’acqua subisca solo un riscaldamento. Tuttavia la quantità d’acqua che può evaporare durante il transito all’interno del condensatore evaporativo non è un parametro indipendente dalle condizioni ambientali in cui il condensatore lavora. L’acqua che passa alla fase di vapore, infatti, deve essere accettata dall’aria ambiente sottoforma di umidità. Ma l’aria non può contenere una quantità di umidità indefinita. Senza entrare nei dettagli, si può affermare che il quantitativo di umidità che può essere contenuto nell’aria secca dipende dalla temperatura a bulbo umido dell’aria stessa. Se il differenziale tra temperatura a bulbo umido e la temperatura a bulbo secco dell’aria è elevato, l’aria risulta essere secca, ossia avere un basso grado di umidità percentuale. Questo significa che nell’aria è presente un ridotto quantitativo di vapor d’acqua, e che essa è quindi potenzialmente in grado di riceverne ulteriormente. Questa e’ una condizione igrometrica favorevole per il condensatore evaporativo, in quanto la bassa percentuale di umidità presente nell’aria consente una consistente evaporazione dell’ acqua che bagna l’esterno del condensatore, permettendo di ottenere un buon effetto di raffreddamento dello stesso.
Lo smaltimento del calore, in definitiva, risulta dipendere significativamente dalla temperatura e dal grado di umidità dell’aria ambiente in cui il condensatore evaporativo e’ collocato. La situazione ottimale per il suo funzionamento e’ quella che prevede aria secca ed a bassa temperatura.
Ogni qualvolta tali condizioni non si verificano, il condensatore trova difficoltà nel rigettare il calore all’esterno, con il conseguente rialzo della pressione di condensazione e tutte le conseguenze che da essa derivano per il funzionamento dell’impianto di condizionamento.

Problemi di manutenzione del condensatore evaporativo
Come già accennato, anche il funzionamento del condensatore evaporativo può essere interessato da alcune problematiche, soprattutto per quanto riguarda le qualità chimico-fisiche dell’acqua utilizzata per il suo raffreddamento. Particolarmente dannose per quanto riguarda la potenza frigorifera del condensatore risultano essere le incrostazioni. La tabella mostra come la capacita’ di raffreddamento diminuisca in funzione dello spessore delle incrostazioni che interessano la parte esterna delle tubazioni dello scambiatore.

L’aumento dello spessore attraverso cui avviene la trasmissione per conduzione del calore porta ad una maggiore resistenza termica ed a un minor flusso termico nell’unita’ di tempo. Analizzando i dati si può notare come l’entità delle incrostazioni penalizzi fortemente la resa frigorifera dello scambiatore. Spessori di 1 mm riducono di oltre il 30% la sua capacità frigorifera, mentre uno spessore doppio, 2 mm, fanno precipitare tale valore alla metà del suo valore di progetto. Appare di conseguenza evidente l’importanza della valutazione delle qualità dell’acqua utilizzata per la condensazione.

Condensatore evaporativo assiale

Diagramma dell’acqua che illustra la quantità di calore necessaria per la
vaporizzazione di 1 Kg di liquido e per il suo riscaldamento di 100 C.

In più si aggiungono i vantaggi derivanti dall’evaporazione dell’acqua (ovvero il calore latente), fenomeno che porta ad un notevole incremento delle potenzialità frigorifere dello scambiatore.

Infatti dobbiamo considerare che per ogni chilogrammo di acqua evaporata, si asportano circa 600 Kcal/h

A questo proposito è necessario, però, tenere presente alcune considerazioni che riguardano le caratteristiche dell’aria ambiente in cui opera il condensatore, caratteristiche legate alla latitudine del luogo di installazione e che influiscono in maniera determinante sulla sua resa (ovvero la corretta valutazione della TBB temperatura del bulbo umido).

Infine, sempre ai fini della valutazione dell’efficienza dello scambio di calore, occorre tenere presente alcune problematiche connesse alle caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua di raffreddamento.

Proprietà dell’acqua come fluido di raffreddamento

Il raffreddamento del condensatore mediante l’utilizzo del calore latente di evaporazione dell’acqua dipende, ovviamente, dalla quantità di acqua che è possibile far evaporare nell’attraversamento dello scambiatore a serpentino.

L’effetto raffreddante, infatti, si ottiene prevalentemente dall’evaporazione dell’acqua, piuttosto che dal suo riscaldamento.

In sostanza, l’abbassamento di temperatura subito dal condensatore sarebbe ben poca cosa se esso fosse dovuto unicamente al riscaldamento dell’acqua che bagna le sue pareti esterne. Il maggiore effetto raffreddante si ottiene proprio dall’evaporazione dell’acqua. Questo fatto è riconducibile alle caratteristiche fisiche proprie della maggior parte dei fluidi, compresa l’acqua; infatti risulta necessaria una quantità di calore ben maggiore per far avvenire l’evaporazione di 1 chilogrammo d’acqua piuttosto che il riscaldamento (anche di parecchi gradi centigradi) di una pari quantità in peso.

Un esempio può chiarire meglio: il calore specifico dell’acqua risulta essere di 4,18 kJ/ C kg; ciò significa che per riscaldare di 1 C un chilogrammo di acqua e’ necessario somministrare 4,18 kJ. Supponendo di voler riscaldare, al limite, di 100 C l’acqua, sono necessari 418 kJ. Se volessimo far evaporare il medesimo chilogrammo d’acqua sarebbe necessario somministrargli 2257 kJ.
Appare chiaro, quindi, che l’evaporazione dell’acqua richiede una quantità di calore maggiore di oltre 5 volte la quantità di calore necessaria per riscaldarne di 100 C una pari quantità. Il diagramma riportato sintetizza tale conclusione.

Su questo principio fisico trova successo l’utilizzo del condensatore evaporativo: il raffreddamento del refrigerante che scorre all’interno dello scambiatore può avvenire in maniera agevole proprio grazie alla grande quantità di calore che l’acqua richiede per evaporare e che essa scambia con il refrigerante che deve condensare. L’evaporazione dell’acqua viene agevolata dall’azione dei ventilatori, che muovono grandi quantità d’aria, favorendo l’evaporazione dell’acqua e la dispersione del vapor acqueo che si forma in seguito al cambiamento di stato dell’acqua stessa.

Problemi di smaltimento del calore
Affinchè nel condensatore evaporativo il refrigerante possa condensare in maniera ottimale e’ importante fare in modo che il calore che esso deve cedere venga utilizzato dall’acqua per evaporare.
L’effetto refrigerante che se ne trae risulta così maggiore che nel caso che l’acqua subisca solo un riscaldamento. Tuttavia la quantità d’acqua che può evaporare durante il transito all’interno del condensatore evaporativo non è un parametro indipendente dalle condizioni ambientali in cui il condensatore lavora. L’acqua che passa alla fase di vapore, infatti, deve essere accettata dall’aria ambiente sottoforma di umidità. Ma l’aria non può contenere una quantità di umidità indefinita. Senza entrare nei dettagli, si può affermare che il quantitativo di umidità che può essere contenuto nell’aria secca dipende dalla temperatura a bulbo umido dell’aria stessa. Se il differenziale tra temperatura a bulbo umido e la temperatura a bulbo secco dell’aria è elevato, l’aria risulta essere secca, ossia avere un basso grado di umidità percentuale. Questo significa che nell’aria è presente un ridotto quantitativo di vapor d’acqua, e che essa è quindi potenzialmente in grado di riceverne ulteriormente. Questa e’ una condizione igrometrica favorevole per il condensatore evaporativo, in quanto la bassa percentuale di umidità presente nell’aria consente una consistente evaporazione dell’ acqua che bagna l’esterno del condensatore, permettendo di ottenere un buon effetto di raffreddamento dello stesso.
Lo smaltimento del calore, in definitiva, risulta dipendere significativamente dalla temperatura e dal grado di umidità dell’aria ambiente in cui il condensatore evaporativo e’ collocato. La situazione ottimale per il suo funzionamento e’ quella che prevede aria secca ed a bassa temperatura.
Ogni qualvolta tali condizioni non si verificano, il condensatore trova difficoltà nel rigettare il calore all’esterno, con il conseguente rialzo della pressione di condensazione e tutte le conseguenze che da essa derivano per il funzionamento dell’impianto di condizionamento.

Problemi di manutenzione del condensatore evaporativo
Come già accennato, anche il funzionamento del condensatore evaporativo può essere interessato da alcune problematiche, soprattutto per quanto riguarda le qualità chimico-fisiche dell’acqua utilizzata per il suo raffreddamento. Particolarmente dannose per quanto riguarda la potenza frigorifera del condensatore risultano essere le incrostazioni. La tabella mostra come la capacita’ di raffreddamento diminuisca in funzione dello spessore delle incrostazioni che interessano la parte esterna delle tubazioni dello scambiatore.

L’aumento dello spessore attraverso cui avviene la trasmissione per conduzione del calore porta ad una maggiore resistenza termica ed a un minor flusso termico nell’unita’ di tempo. Analizzando i dati si può notare come l’entità delle incrostazioni penalizzi fortemente la resa frigorifera dello scambiatore. Spessori di 1 mm riducono di oltre il 30% la sua capacità frigorifera, mentre uno spessore doppio, 2 mm, fanno precipitare tale valore alla metà del suo valore di progetto. Appare di conseguenza evidente l’importanza della valutazione delle qualità dell’acqua utilizzata per la condensazione.

Condensatore

Diagramma dell’acqua che illustra la quantità di calore necessaria per la
vaporizzazione di 1 Kg di liquido e per il suo riscaldamento di 100 C.

…a proposito, dopo aver guardato la tabella con i decadimenti di resa in base alle incrostazioni…da quanto tempo non date un occhio al serpentino del vostro raffreddatore a circuito chiuso?

Più pulizia=più efficienza=meno energia consumata

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