REFRIGERAZIONE
REFRIGERAZIONE (XXVIII, p. 979)
I recenti progressi della tecnica frigorifera rappresentano il risultato concreto dello sforzo dei costruttori inteso a rendere gl'impianti sempre più aderenti alle molteplici esigenze della vita e dell'industria; sia riducendo al minimo gli oneri dell'esercizio, sia rendendo di normale impiego ed accessibile acquisto apparecchi prima giudicati troppo complessi e costosi.
Gli aspetti principali che caratterizzano l'attuale evoluzione sono individuabili in: 1) regolazione automatica degl'impianti; 2) ricerca di nuovi fluidi frigorigeni; 3) perfezionamenti nella costruzione dei compressori e dei principali elementi costitutivi degli impianti; 4) estensione del campo di applicazione del freddo e impiego di frigoriferi nel campo del riscaldamento.
Regolazione automatica degl'impianti. - La necessità di rendere sicuro e indipendente da una continua sorveglianza il funzionamento di un impianto e, soprattutto, lo scopo di ottenere la termoregolazione mediante avviamento ed arresto automatico, ha portato alla creazione di una serie di apparecchiature di autoregolazione e sicurezza.
Il primo organo dell'impianto al quale è stata dedicata l'attenzione per il funzionamento automatico è il compressore; in conseguenza della poca adattabilità a questo scopo dei compressori orizzontali, la tecnica si è decisamente rivolta ai compressori verticali a moto alternativo. Questi sono ora caraterizzati da: raffreddamento dei cilindri e della testa a mezzo di circolazione d'acqua; valvole a comando automatico che variano lo spazio nocivo dei cilindri, per ottenere produzione frigorifera variabile; valvole di sicurezza contro sovrapressioni e dispositivi per ottenere il ritorno automatico, nel corpo del compressore, dell'olio trascinato dai gas compressi. Negl'impianti frigoriferi, vengono anche applicati dispositivi di sicurezza, che arrestano il macchinario in caso di mancanza d'acqua e di sovrapressioni per errori di manovra, e valvole termostatiche o regolatori a galleggiante che alimentano automaticamente il fluido frigorifero agli evaporatori, eliminando i difetti dell'antiquata regolazione a mano. Altri apparecchi automatici (valvole barostatiche, valvole elettromagnetiche, valvole modulanti, ecc.) permettono qualunque operazione di controllo sul ciclo dell'impianto.
Nuovi fluidi frigorigeni. - Un forte contributo ai moderni progressi è dovuto anche al più approfondito studio dei cicli frigorigeni e dei fluidi, e all'impiego di nuovi gas con speciali caratteristiche fisiche e chimiche in rapporto anche alle particolari esigenze delle singole applicazioni.
L'ammoniaca mantiene tuttora bene, specialmente in Europa, la sua posizione negl'impianti di carattere industriale, per il suo elevato rendimento specifico e la facilità di approvvigionamento. L'anidride carbonica è ancora impiegata, anche per tradizione, negl'impianti per bordo. La necessità di impiegare gas frigorigeni che non siano tossici e possibilmente senza odore ha portato in primo piano i derivati alogenati, specialmente del cloro e del fluoro e degli idrocarburi C H4 e C2 H6, detti Freon, che hanno tutti la particolarità di essere senza colore, senza odore, non tossici, non corrosivi, incombustibili e inesplosivi. Il più conosciuto è il Freon 12 (simbolo: F. 12; formula: CCl2 F2) usato per tutti gl'impianti del commercio di piccola e media potenza, a bordo delle navi e per condizionamento d'aria. Il Freon 11 (CCl3 F) e il Freon 113 (C2 Cl3 F3) sono impiegati nei turbocompressori, il Freon 114 (C2 Cl2 F4) per frigoriferi domestici. Il Genetron 100 (CH3 CHF2) è particolarmente atto a basse temperature.
Perfezionamenti nella costruzione dei compressori e dei principali elementi costitutivi degl'impianti. - La velocità dell'albero dei compressori pluricilindrici per medie e grandi potenze è rimasta al di sotto dei 500 giri, ma è salita a 1000, 1400 e 1700 giri per potenze minori, realizzando l'accoppiamento coassiale coi motori elettrici di comando. Nelle piccole potenze si tende a compressori completamente chiusi (sigillati) accoppiati con motori che formano corpo unico col compressore, mentre nelle grandi potenze si tende a sostituire i compressori a movimento alternativo, con quelli a capsulismo, e dalle 300.000 frigorie/h. in su, con turbocompressori che impiegano come gas frigorigeno l'F. 11, l'F. 113, il cloruro di metile, il propano, ecc. e funzionano a 9-10.000 giri/min. Sono particolarmente adatti per centrali di condizionamento dell'aria, ma anche dove sono richieste basse temperature.
I condensatori a fascio tubolare, sia orizzontali, chiusi, sia verticali, con testate aperte, sono oggi universalmente adottati. Se l'acqua è scarsa si impiegano torri evaporative che, a mezzo di polverizzatori per l'acqua e di circolazione forzata o naturale di aria, consentono un risparmio del 90÷95% di acqua rispetto al normale. I condensatori evaporativi accoppiano in un unico apparecchio il condensatore e la torre evaporativa.
Nel campo degli evaporatori, i vecchi e antiquati serpentini sono ormai generalmente sostituiti da unità refrigeranti inondate per intero di fluido frigorigeno allo stato liquido e munite di apposito separatore, che permette l'aspirazione di vapore saturo secco da parte del compressore. In tal modo si può ottenere un funzionamento dell'impianto a regime surriscaldato, caratteristica precipua dei moderni frigoriferi.
Avendo a disposizione, negli evaporatori, una notevole massa di fluido refrigerante allo stato liquido, questo viene sovente sospinto con apposite pompe rotative in altri evaporatori, dove la circolazione naturale del fluido sarebbe difficile per la distanza o per la forma costruttiva; in tal caso si evita l'impiego di un secondo fluido refrigerante (salamoia) e si ottiene un maggior rendimento termico.
Industria del freddo. - I recenti perfezionamenti della tecnica frigorifera hanno portato ad una enorme diffusione e varietà delle applicazioni del freddo in ogni campo. L'industria del ghiaccio artificiale è tuttora indubbiamente uno dei principali campi d'impiego delle macchine frigorifere, anche nei paesi più progrediti, malgrado l'enorme diffusione raggiunta da apparecchi frigoriferi automatici e autonomi per uso domestico e industriale.
Negli S. U. il ghiaccio viene generalmente fabbricato in blocchi di grandi dimensioni e peso; normalmente 300 libre, corrispondenti a circa 140 kg. contro i blocchi europei di 25-30 kg; i generatori per la produzione di ghiaccio in blocchi di queste dimensioni hanno una particolare fisiomia, al fine di ridurre al minimo i consumi di energia, rendere più facili le manovre ed ottenere il massimo reddito dal capitale impiegato. Nei moderni generatori di ghiaccio si sono adottati evaporatori del tipo intensivo e autoregolabili; si verifica un aumento nella rapidità della congelazione come conseguenza di un incremento nella velocità di circolazione della soluzione incongelabile e della sua razionale distribuzione; gli antiquati agitatori hanno ceduto il campo a vere e proprie eliche, con pale a profilo razionale e forte curvatura, atte ad imprimere forte velocità alla soluzione incongelabile; alle apparecchiature di avanzamento comandate a mano, il razionale impiego di apparecchiature elettro-automatiche ha permesso di sostituire apparecchi di avanzamento con comando automatico dell'inversione del senso di rotazione e comando automatico dell'arresto; è spesso applicato il preraffreddamento dell'acqua da congelare e il riempimento degli stampi è regolato da appositi dosatori automatici.
Nel campo d'impiego del ghiaccio artificiale si è sviluppata anche una grande tendenza all'uso e produzione di ghiaccio in minime dimensioni, in granite o in pezzetti delle dimensioni di una noce o di un cubetto, particolarmente richiesto dall'industria peschereccia, per la conservazione di latte e di prodotti ortofrutticoli, per il trasporto e l'esposizione diretta di tutti i generi alimentari; ciò ha indotto le case costruttrici alla produzione di apparecchi per la fabbricazione di ghiaccio in piccole dimensioni a sistema continuo.
Una delle macchine più diffuse è quella rotativa ad asse orizzontale che produce del ghiaccio in nastri della larghezza di qualche centimetro e con spessore da 2 a 3 mm. (flake ice); il nastro di ghiaccio viene spezzato automaticamente in piccoli frammenti.
Altro apparecchio che va acquistando notevole diffusione negli Stati Uniti è quello per la produzione di ghiaccio tubolare (tube ice) dove l'acqua da congelare viene introdotta nella parte superiore di un apparecchio a fascio tubolare ed esce ghiacciata dalla parte inferiore in forma di anelli o cilindretti aventi qualche centimetro di diametro e pari altezza; uno speciale dispositivo provoca, quando necessario, la rottura degli anelli in diversi frammenti.
Un altro tipo è costituito da un cilindro verticale con una camicia anulare che forma un evaporatore inondato di ammoniaca. La parete interna è costantemente spruzzata con acqua ed è pulita da raschiatori giranti che asportano i ghiacciuoli appena formatisi con aspetto simile a neve dura. Il prodotto ottenuto da tale macchina viene poi compresso in pezzi a forma di ovuli per mezzo di stampi multipli a corona rotante.
Nel campo del trattamento dei prodotti alimentari, grande sviluppo hanno raggiunto pure gl'impianti per la congelazione rapida (tachipessi) a temperature molto basse, nell'intervallo fra −25° C e −35° C, di prodotti alimentari ed in particolare della carne, del pesce del pollame e prodotti ortofrutticoli allo scopo di sostituire ai normali preparati in scatola, altri prodotti che conservino inalterati, a distanza di tempo, il sapore fresco dal momento della raccolta ed il contenuto vitaminico. La congelazione rapida permette particolarmente di manteriere integro e sodo il prodotto durante la fase della scongelazione. Questa nuova applicazione della tecnica ha portato di conseguenza anche alla creazione di una catena frigorifera e cioè di una serie di apparecchi che mantengono a bassa temperatura, fra −15° C e −18° C, il prodotto conservato, dal momento che segue alla congelazione fino al domicilio del consumatore; in questa catena frigorifera i due anelli più importanti ed interessanti sono indubbiamente il primo, che riguarda i procedimenti per ottenere la congelazione rapida e quello intermedio, relativo ai trasporti frigoriferi.
Per il primo procedimento esistono molti sistemi secondo varî principî, e che possono essere classificati in tre grandi categorie: 1) congelamento rapido per contatto a piastra (Birdseye); ottimo per congelare dei prodotti aventi piccole dimensioni ed a forma ben definita: ad esempio prodotti contenuti in scatola di cartone; 2) congelamento rapido a circolazione forzata di aria in tunnel su apparecchi trasportatori (quali nastri trasportatori, paternoster, carrelli) che realizzano tutti un ciclo continuo e permettono il congelamento anche di prodotti di grosse e varie dimensioni; 3) congelamento per contatto diretto ed indiretto con soluzioni liquide; salamoia o succhi zuccherini.
Relativamente ai trasporti terrestri il raffreddamento dei carri ferroviarî o dei furgoni isotermici, precedentemente ottenuto con anidride carbonica solida, è attualmente di frequente realizzato da gruppi frigoriferi, talvolta azionati anche da motore a scoppio, con regolazione automatica della temperatura, che viene tenuta nel campo da O° C. a −15° C.
Per brevi percorsi è uso anche dotare gli autocarri per i trasporti frigoriferi di semplici accumulatori di freddo, costituiti da serbatoi a forma piatta, contenenti liquidi "eutectici" che congelano e scongelano ad una prestabilita temperatura; nel liquido eutectico è immerso un serpentino refrigerante che, quando l'autocarro è fermo, viene collegato col macchinario frigorifero che costituisce un impianto fisso installato nell'autorimessa. Sovente i serbatoi contenenti liquidi eutectici non sono dotati di serpentine, ma vengono introdotti in camere frigorifere a contatto diretto con serpentine refrigeranti oppure in bagno freddo, cosicché il liquido eutectico congela e tali scatole fredde vengono sostituite alternativamente nei cassoni da refrigerare. Questi sistemi permettono di ottenere durante le soste dell'automezzo il congelamento dell'eutectico che successivamente si scioglie e cede il freddo durante le ore successive, quando l'autocarro è in viaggio; si evita così di trasportare un peso morto del gruppo frigorifero e si realizzano economie di esercizio e d'impianto.
Per i trasporti frigoriferi, una cura particolare è da dedicarsi alla scelta degli isolanti termici che occorre siano molto leggeri; e si impiegano vantaggiosamente numerose qualità d'isolanti sintetici che non sorpassano il peso specifico di 15 ÷ 20 kg/mc., oltre il ben noto "Alfol" di sottilissima foglia di alluminio.
Correlativa all'industria dei prodotti alimentari congelati è quella dei frigoriferi collettivi (lockers) o "banche alimentari" che ha preso grandissimo sviluppo negli Stati Uniti. I lockers sono magazzini frigoriferi, situati prevalentemente nei centri agricoli, dotati di una serie di cellette metalliche simili alle cassette di sicurezza, mantenute in ambiente a temperatura tra i −15° C e −18° C, dove i singoli abbonati depositano i generi alimentari acquistati nelle stagioni più opportune e da consumare parecchi mesi dopo.
La facilità di ottenere del freddo anche a temperature molto basse con macchine piccole, semplici, automatiche e con minimo consumo di energia ha permesso il vasto sviluppo degli apparecchi frigoriferi per uso domestico e per il commercio al dettaglio. Il gas frigorigeno per questi gruppi automatici è generalmente il cloruro di metile od uno della serie dei Freon.
Nel campo degli apparecchi domestici non solo si sono avuti notevoli perfezionamenti agli armadî, i cui tipi più recenti sono con almeno due reparti mantenuti automaticamente a temperature diverse per poter conservare prodotti allo stato naturale o congelato; ma stanno introducendosi anche home freezers a forma di piccolo cassone frigorifero, per uso domestico, per congelare e conservare allo stato congelato in ambiente fra −12° C. e −15° C. dei prodotti alimentari.
I piccoli gruppi frigoriferi automatici trovano pure larga applicazione nelle vetrine frigorifere per esposizione; produttori e conservatori di gelati, banchi per bar e raffreddamento birra, refrigeranti di acqua potabile per uffici, stabilimenti, vagoni ferroviarî ecc.
In questi apparecchi l'unità refrigerante ha generalmente perduto la caratteristica di serpentino o radiatore alettato; negli home freezers e nei conservatori di gelato l'evaporatore è costituito da un serpentino saldato sulle pareti interne metalliche, perché queste cooperano per intero alla trasmissione del freddo soprattutto per radiazione.
In altri apparecchi l'unità refrigerante è costituita da doppia parete di lamiera nella cui intercapedini, foggiate a canali, si espande il gas frigorigeno; queste sono le piastre radianti che hanno permesso di raggiungere, nell'interno degli apparecchi, temperature molto basse con sorprendente rapidità e minimi consumi di energia. Il progresso raggiunto in queste costruzioni è veramente interessante, per quanto la produzione di queste piastre richieda mezzi imponenti ed una costosa attrezzatura giustificabile solamente da produzioni in grande serie.
Condizionamento dell'aria. (v. ventilazione, in questa App.). - Il progresso nelle costruzioni frigorifere ha permesso di considerare e di sfruttare i benefici dati dall'impiego di aria debitamente regolata secondo le condizioni richieste da determinate necessità e cioè temperatura, grado igrometrico, velocità (aria condizionata). L'impiego di questi impianti è oggi esteso, oltre che per ambienti civili e industriali, anche a bordo di treni, navi e sommergibili.
Sono state recentemente introdotte, negli impianti di refrigerazione, le termopompe (o pompe di calore), che consentono di ridurre il costo d'esercizio dell'impianto, con l'utilizzazione del calore sottratto dal fluido refrigerante all'ambiente. V. termopompa in questa App.