Cosa si intende per perdita di carico
In un circuito frigorifero, il refrigerante percorre tubazioni e componenti che collegano le diverse parti dell’impianto. Durante il suo movimento incontra inevitabilmente delle resistenze al flusso, dovute principalmente all’attrito con le pareti interne delle tubazioni e alla presenza di curve, raccordi, valvole e altri componenti.
Queste resistenze determinano una diminuzione della pressione del refrigerante lungo il percorso, definita perdita di carico. In altre parole, la pressione misurata in un punto del circuito può essere diversa da quella rilevata più a valle, anche quando tra i due punti non avviene una trasformazione specificamente destinata a ridurre la pressione, come quella prodotta dall’organo di espansione.
L’entità della perdita di carico dipende da diversi fattori, tra cui la lunghezza e il diametro delle tubazioni, la velocità del refrigerante, le caratteristiche del fluido e il numero di curve, raccordi e componenti attraversati.
Le perdite di carico sono quindi un fenomeno normale nel funzionamento di un impianto frigorifero. Se diventano eccessive, tuttavia, possono modificare le condizioni di lavoro del circuito e influire sulle pressioni e sulle temperature rilevate nei diversi punti dell’impianto, con conseguenze anche sulle prestazioni complessive del sistema.
Perché la pressione diminuisce lungo una tubazione
L’attrito con le pareti interne del tubo e le resistenze presenti lungo la tubazione nella quale scorre il refrigerante causano una parziale perdita di energia associata al suo movimento. Per mantenere il fluido in movimento è quindi necessaria una differenza di pressione tra due punti del circuito.
Di conseguenza, procedendo nella direzione del flusso, la pressione tende progressivamente a diminuire. Questa riduzione non avviene soltanto nei tratti rettilinei del percorso; può diventare più significativa in corrispondenza di curve, raccordi, valvole, filtri e altri componenti che introducono ulteriori resistenze al passaggio del refrigerante.
Anche la velocità del fluido ha un ruolo importante. A parità di altre condizioni, una maggiore velocità di scorrimento comporta generalmente perdite di carico più elevate. Per questo motivo il corretto dimensionamento delle tubazioni è fondamentale: un diametro troppo ridotto aumenta la velocità del refrigerante e può determinare una caduta di pressione eccessiva.
La pressione del refrigerante, quindi, non deve essere considerata necessariamente uniforme lungo una stessa linea del circuito. Il valore rilevato dipende anche dal punto in cui viene effettuata la misura e dalle perdite di carico presenti tra quel punto e il componente dell’impianto preso come riferimento.
Perdite di carico sulla linea di aspirazione
La linea di aspirazione collega l’uscita dell’evaporatore all’ingresso del compressore e viene attraversata dal refrigerante prevalentemente allo stato di vapore. Anche in questo tratto del circuito sono presenti perdite di carico che determinano una progressiva diminuzione della pressione nella direzione del flusso.
Di conseguenza, la pressione presente all’ingresso del compressore risulta inferiore rispetto a quella presente all’uscita dell’evaporatore. Se questa differenza diventa eccessiva, il compressore deve lavorare con una pressione di aspirazione più bassa, aumentando il rapporto di compressione e penalizzando l’efficienza complessiva dell’impianto.
La caduta di pressione sulla linea di aspirazione influisce anche sulla corretta interpretazione delle temperature. Poiché alla pressione del refrigerante corrisponde una determinata temperatura di saturazione, una variazione della pressione lungo la tubazione comporta anche una variazione della temperatura di saturazione utilizzata come riferimento.
Per questo motivo, quando si valuta il funzionamento dell’evaporatore o si determina il surriscaldamento, è importante considerare il punto nel quale vengono rilevate pressione e temperatura. Misure effettuate in punti differenti della linea possono infatti risentire delle perdite di carico presenti tra l’evaporatore e il compressore.
Un corretto dimensionamento della linea di aspirazione deve quindi limitare le perdite di pressione senza ridurre eccessivamente la velocità del refrigerante, che deve rimanere adeguata anche per favorire il corretto ritorno dell’olio verso il compressore.
Perdite di carico sulla linea di mandata
La linea di mandata collega l’uscita del compressore all’ingresso del condensatore ed è attraversata dal refrigerante allo stato di vapore ad alta pressione e ad alta temperatura. Anche lungo questo tratto il refrigerante incontra resistenze al proprio movimento, che determinano una progressiva perdita di pressione nella direzione del flusso.
Per permettere al refrigerante di raggiungere il condensatore alla pressione richiesta, il compressore deve quindi generare alla propria uscita una pressione leggermente superiore a quella presente all’ingresso del condensatore. La differenza tra questi due valori rappresenta la perdita di carico presente sulla linea di mandata.
Se la caduta di pressione diventa eccessiva, il compressore è costretto a lavorare con una pressione di mandata più elevata. Questo comporta un aumento del rapporto di compressione e può determinare un maggiore assorbimento di energia, oltre a temperature di scarico più elevate e a una riduzione dell’efficienza complessiva dell’impianto.
Come per la linea di aspirazione, anche sulla mandata il dimensionamento delle tubazioni assume quindi un ruolo importante. Diametro, lunghezza, numero di curve e raccordi devono consentire di mantenere le perdite di carico entro valori accettabili, garantendo allo stesso tempo una velocità del refrigerante adeguata al corretto funzionamento del circuito e al trasporto dell’olio.
Perdite di carico sulla linea del liquido
La linea del liquido collega l’uscita del condensatore all’organo di espansione e viene attraversata dal refrigerante prevalentemente allo stato liquido ad alta pressione. Anche lungo questo tratto sono presenti perdite di carico dovute all’attrito nelle tubazioni e alle resistenze introdotte da curve, raccordi, filtri, valvole e altri componenti.
La diminuzione della pressione lungo la linea del liquido assume particolare importanza perché il refrigerante deve raggiungere l’organo di espansione mantenendosi allo stato liquido. Se la pressione diminuisce eccessivamente, la temperatura di saturazione corrispondente si abbassa e il margine di sottoraffreddamento disponibile può ridursi.
Quando la perdita di pressione è sufficientemente elevata, una parte del refrigerante può iniziare a evaporare prima di raggiungere l’organo di espansione, generando la cosiddetta formazione di flash gas. In queste condizioni l’organo di espansione non viene più alimentato esclusivamente con refrigerante liquido e la sua capacità di alimentare correttamente l’evaporatore può essere compromessa.
Per questo motivo, sulla linea del liquido è importante limitare le perdite di carico attraverso un corretto dimensionamento delle tubazioni e considerando anche le resistenze introdotte dai diversi componenti presenti nel circuito. Particolare attenzione deve essere posta anche ai dislivelli verticali, poiché una risalita del refrigerante comporta un’ulteriore diminuzione della pressione disponibile all’ingresso dell’organo di espansione.
Effetti sulla temperatura di saturazione
La pressione e la temperatura di saturazione di un refrigerante sono strettamente correlate. A ogni valore di pressione corrisponde infatti una determinata temperatura alla quale, in condizioni di saturazione, avviene il cambiamento di stato tra liquido e vapore.
Quando lungo una tubazione si verifica una perdita di carico, la pressione del refrigerante diminuisce nella direzione del flusso. Di conseguenza diminuisce anche la temperatura di saturazione corrispondente a quella pressione. Due punti diversi dello stesso circuito possono quindi presentare valori differenti di pressione e, di conseguenza, differenti temperature di saturazione.
Questo aspetto assume particolare importanza durante le misurazioni effettuate sull’impianto. Se, ad esempio, la pressione viene rilevata in prossimità del compressore mentre la temperatura viene misurata all’uscita dell’evaporatore, la perdita di carico presente nella linea di aspirazione può rendere i due valori non perfettamente riferibili alle stesse condizioni del refrigerante.
Lo stesso principio deve essere considerato anche negli altri tratti del circuito. Sulla linea del liquido, ad esempio, una diminuzione della pressione comporta una riduzione della temperatura di saturazione e quindi del margine che mantiene il refrigerante completamente allo stato liquido.
Considerare le perdite di carico è quindi importante non soltanto per valutare l’efficienza del circuito, ma anche per interpretare correttamente pressioni e temperature rilevate durante le operazioni di controllo e diagnosi dell’impianto.
Come diametro, lunghezza, curve e valvole influenzano le perdite
L’entità delle perdite di carico dipende dalle caratteristiche del circuito e dalle condizioni con cui il refrigerante scorre al suo interno. Tra gli elementi più importanti rientrano il diametro e la lunghezza delle tubazioni, insieme a curve, raccordi, valvole e altri componenti.
Il diametro della tubazione influenza direttamente la velocità del refrigerante. A parità di portata, una tubazione di diametro ridotto determina una maggiore velocità del fluido e, generalmente, perdite di carico più elevate. Un diametro maggiore permette invece di ridurre la velocità e le perdite di pressione, ma deve comunque essere scelto considerando le esigenze di funzionamento dell’impianto, compreso il corretto ritorno dell’olio al compressore.
Anche la lunghezza della tubazione ha un effetto importante. Più lungo è il percorso compiuto dal refrigerante, maggiore è l’attrito complessivo con le pareti interne e quindi la perdita di pressione che si verifica tra l’inizio e la fine della linea.
Alle perdite distribuite lungo i tratti rettilinei si aggiungono quelle generate da curve e raccordi. Ogni variazione della direzione o della sezione del flusso introduce infatti un’ulteriore resistenza. Un circuito caratterizzato da numerose curve può quindi presentare perdite di carico maggiori rispetto a un circuito più lineare, anche a parità di lunghezza delle tubazioni.
Infine, anche valvole, filtri e altri componenti attraversati dal refrigerante provocano una caduta di pressione. La loro influenza dipende dalle caratteristiche costruttive, dalle dimensioni e dalle condizioni di funzionamento. Un filtro parzialmente ostruito o una valvola che introduce una resistenza anomala, ad esempio, possono determinare una perdita di pressione superiore a quella prevista.
Per limitare le perdite di carico è quindi necessario considerare il circuito nel suo insieme, scegliendo correttamente il diametro delle tubazioni e valutando non soltanto la loro lunghezza, ma anche tutti gli elementi che possono opporre resistenza al passaggio del refrigerante.
Perché pressione misurata e punto di misura sono importanti
Quando si controlla il funzionamento di un impianto frigorifero, conoscere il valore della pressione non è sufficiente: è importante sapere anche in quale punto del circuito è stata effettuata la misura. A causa delle perdite di carico, infatti, la pressione può variare lungo una stessa linea e due punti apparentemente vicini possono presentare valori differenti.
Sulla linea di aspirazione, ad esempio, la pressione rilevata in prossimità dell’ingresso del compressore può essere inferiore rispetto a quella presente all’uscita dell’evaporatore. Allo stesso modo, sulla linea di mandata la pressione misurata all’uscita del compressore può risultare superiore a quella presente all’ingresso del condensatore.
La posizione del punto di misura diventa particolarmente importante quando il valore della pressione viene utilizzato per ricavare la temperatura di saturazione del refrigerante. Se pressione e temperatura vengono rilevate in punti diversi del circuito, le perdite di carico presenti tra i due punti possono influenzare l’interpretazione dei valori ottenuti.
Confrontare le pressioni rilevate in punti differenti può inoltre essere utile durante la diagnosi dell’impianto. Una caduta di pressione superiore a quella prevista può indicare una resistenza anomala al passaggio del refrigerante, dovuta ad esempio a un filtro ostruito, a una valvola che non lavora correttamente o a una tubazione non adeguatamente dimensionata.
Per ottenere misure attendibili è quindi fondamentale considerare sempre il punto nel quale vengono effettuate e interpretare i valori tenendo conto del percorso compiuto dal refrigerante e delle eventuali perdite di carico presenti tra i diversi componenti del circuito.
Conclusioni
Le perdite di carico sono un fenomeno inevitabile all’interno di un circuito frigorifero e derivano dalle resistenze che il refrigerante incontra durante il proprio percorso. I componenti che caratterizzano la linea nella quale si muove il refrigerante contribuiscono, in misura diversa, alla diminuzione della pressione nella direzione del flusso.
Una perdita di pressione contenuta rientra nel normale funzionamento dell’impianto. Quando diventa eccessiva, invece, può modificare le condizioni di lavoro dei diversi componenti, aumentare il lavoro richiesto al compressore e influire sull’efficienza complessiva del sistema. Inoltre può ridurre il margine di sottoraffreddamento disponibile sulla linea del liquido e favorire la formazione di vapore prima dell’organo di espansione.
Per questo motivo, un corretto dimensionamento delle tubazioni e la valutazione delle resistenze presenti nel circuito sono aspetti importanti già in fase di progettazione e installazione. Allo stesso tempo, conoscere gli effetti delle perdite di carico permette di interpretare con maggiore precisione le misure effettuate durante il controllo dell’impianto.
Pressione e temperatura devono quindi essere sempre valutate considerando il loro punto di misurazione. Comprendere come la pressione varia lungo il circuito consente di distinguere il normale comportamento del refrigerante da eventuali condizioni anomale e rappresenta un elemento importante per una corretta diagnosi dell’impianto frigorifero.
