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I fluidi frigorigeni

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Fluidi Frigorigeni

Come si è detto, vengono definiti frigorigeni i  fluidi utilizzati negli impianti frigoriferi e a pompa di calore.

Un fluido frigorigeno deve avere particolari caratteristiche:

·         Non deve essere pericoloso per le persone,

·         Non deve essere dannoso per l’ambiente,

·         Non deve aggredire chimicamente i componenti del ciclo;

In più

·         Deve poter mantenere all’interno del suo campo di lavoro, una pressione maggiore di quella atmosferica, al fine di impedire entrate di aria umida nell’impianto;

·         Occore che presenti nelle normali condizioni operative, un rapporto non troppo elevato tra e pressioni di condensazione ed evaporazione, per minor consumo di energie per la compressione;

·         Occorre infine, che alla temperatura di evaporazione, sia particolarmente elevato il valore del calore latente di cambiamento di fase, mentre allo stesso tempo deve essere basso il valore del volume specifico, per diminuire la portata volumetrica per unità di flusso termico asportato.

Anche l’acqua presente certe caratteristiche che soddisfano queste condizioni: è infatti assolutamente ecologica e a basso costo, ma purtroppo non consente di scendere a valori inferiori di 0°C. Inoltre il suo volume specifico alle basse temperature è elevato, con pressioni di saturazione piuttosto ridotte. Ciononostante l’acqua si presta a certi compiti, come nelle macchine frigorifere ad assorbimento, utilizzate nel condizionamento ambientale.

Oltre all’acqua, nel corso della storia si sono provati altri fluidi “naturali”, tra i quali anidride carbonica, propano e l’ammoniaca ( l’unica utilizzata ancora ai nostri giorni, con le dovute precauzioni che impone, specie nei grandi magazzini frigoriferi).

Con l’avvento dei fluidi alogenati, ottenuti partendo dal metano o dall’etano, per sostituzione, totale o parziale, degli atomi di idrogeno con atomi di cloro e fluoro (dai quali poi prendono il nome di Cloro-Fluoro-Carburi), si è abbandonato l’utilizzo dei prodotti naturali.

I fluidi alogenati, hanno buone caratteristiche;

·         Non sono tossici

·         Non sono infiammabili

·         Non sono corrosivi

·         E sono caratterizzati da proprietà termodinamiche favorevoli,

·         E infine per ogni campo di applicazione a varie temperature, è possibile scegliere tra uno o più fluidi frigorigeni che possiedano i più adatti requisiti

Si capisce perciò come i fluidi frigorigeni “naturali” siamo stati abbandonati quando la DuPont ha messo sul mercato questi nuovi fluidi specifici, sotto il nome commerciale di “Freons”.

Ora la normativa tende a catalogare questi fluidi sintetizzati, contraddistinguendoli con l’iniziale R della parola inglese “Refrigerant”, seguita da un numero con più cifre che ne identifica la composizione chimica.

Composizione chimica dei fluidi frigorigeni

Poiché gli atomi di idrogeno del metano e dell’etano possono essere sostituiti solo con il cloro o con il fluoro, la formula chimica dei fluidi frigorigeni alogenati può essere espressa mediante la equazione

R m n p = Cm+1 Hn–1 Clx  Fp               (01)

Dove l’unica incognita x è definita dalla relazione

Con x = 0        x = 4 – ( n –1 ) – p = 5 – n – p        (02)

Con x = 1        x = 6 – ( n –1 ) – p = 7 – n – p       (03)

Quando al primo membro della (01) si ha che m=0, solitamente si conviene di omettere la prima cifra, in modo che, ad esempio, R 012 si possa scrivere nella forma abbreviata R12.

   - Per i derivati alogenati del metano [CH4], si ha quindi sempre m = 0 ed una sigla di due cifre derivabile dalla (02), utile anche per determinare il numero di atomi di cloro.

    - Per i derivati alogenati dell’etano [C2H6], si ha invece sempre m = 1 ed una sigla di tre cifre derivabile dalla (03), utile anche per determinare il numero di atomi di cloro.

Esempi:

®       R 11 = R 011 = C1 H0 Cl3 F1 = C Cl3 F

®       R 12 = R 012 = C1 H0 Cl2 F2 = C Cl2 F2

®       R 13 = R 013 = C1 H0 Cl0 F4 = C F4

®       R 22 = R 022 = C1 H1 Cl1 F2 = C H Cl F2

ed

®       R 134 =   C2 H2 Cl0 F4 = C2 H2 F4

I fluidi frigorigeni, in base alla loro differente composizione chimica possono essere raggruppati in 4 differenti categorie:

o         CFC ( Cloro–Fluoro–Carburi), contenenti cloro ma non idrogeno;

o         HCFC ( Idro–Cloro–Fluoro–Carburi), contenenti sia cloro che idrogeno;

o        HFC (Idro–Fluoro–Carburi), contenenti idrogeno ma non cloro;

o        FC (Fluoro–Carburi), non contenenti idrogeno né cloro;

Questa classificazione è divenuta fondamentale ai fini ecologici da quando si è scoperto che i CFC e i HCFC, trascinati dalle correnti a grandi altezze, impediscono, a causa del Cloro, la naturale scissione dell’ossigeno molecolare [O2] in Ozono [O3], effettuata dalle radiazioni ultraviolette provenienti dal sole e dannose per il nostro organismo.

La naturale scissione di molecole di ossigeno “consuma” una buona parte delle radiazioni ultraviolette, producendo Ozono. Con la presenza del cloro a grandi altezze, questa scissione è influenzata negativamente, e l’ossigeno tende a rimanere nella sua stabile situazione iniziale. Non è dunque l’ozono a “filtrare” i raggi del sole, ma è il fatto che sia stato prodotto che lo implica.

Un altro errore comune è associare al “buco dell’ozono”, “l’effetto serra”, ma sono due fenomeni differenti, e solo per alcuni aspetti legati fra loro.

Il cosiddetto “effetto serra”, cioè il graduale aumento della temperatura terrestre, è causato più dallo “smog”, ovvero l’altra percentuale di CO2 nell’atmosfera che impedisce ai raggi del sole riflessi dalla terra di uscire dall’atmosfera, trasformando la terra in un enorme collettore di energia solare.



I raggi solari giungono alla terra con un lunghezza d’onda
µ piccola che passa anche attraverso lo strato di CO2 , ma una volta riflessi aumentano la loro lunghezza d’onda e non riescono più ad attraversare l’atmosfera rimanendo “intrappolati” in essa, e facendo della terra un’enorme collettore di energia solare, positivo dal punto di vista energetico, ma con gli effetti negativi sull’ambiente che ben conosciamo.

 
 
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