Cos’è la refrigerazione? Come funziona e quali sono le principali applicazioni?
Si definisce refrigerazione il processo che sottrae in modo continuo calore a una sostanza, a un corpo o a un ambiente portandolo ad una più bassa temperatura.
L’invenzione della macchina frigorifera risale al 1805 ed è opera dello statunitense Oliver Evans. Fu però nel 1876 che comparvero le prime macchine che producono freddo sfruttando il processo della liquefazione di un gas.
Gli impianti frigoriferi oggi più diffusi sono quelli “a compressione”, costituiti da una macchina frigorifera in cui un fluido refrigerante passa dallo stato liquido allo stato gassoso in una serpentina, sottraendo la quantità di calore necessaria per l’evaporazione all’ambiente (celle frigorifere) nel quale è posta la serpentina stessa; il vapore, una volta riscaldato mediante compressione in un compressore a stantuffo, si condensa in un condensatore nel quale viene ceduto calore al mezzo refrigerante (aria o acqua).
Anche il condizionamento dell’aria si basa su questo principio, nonostante vi siano alcune differenze sostanziali (nei componenti, nei metodi di progettazione, nei luoghi di installazione etc.).
La refrigerazione svolge un ruolo fondamentale per l’umanità, basti pensare alla catena del freddo alimentare: dal processo produttivo, ai centri di lavorazione e confezionamento, al trasporto fino alla distribuzione, essa permette di conservare carni fresche, frutta e verdura e altri alimenti rendendoli sicuri per i consumatori (la temperatura di refrigerazione, che varia mediamente da -1 a +8°C, rallenta infatti le reazioni biochimiche); si parla di refrigerazione in atmosfera controllata se al trattamento refrigerante si accompagna una modifica qualitativa dell’atmosfera che circonda gli alimenti. Nel settore della sanità la refrigerazione può essere utilizzata per la conservazione di cellule, embrioni, tessuti, organi, per il trasporto di medicinali e vaccini, per la criochirurgia e la crioterapia; è necessaria anche in molti processi industriali (nel settore chimico, delle materie plastiche etc.), così come nei laboratori di ricerca (per esperimenti sulla superconduttività, sui sistemi di vuoto etc.) e in astronomia (per il raffreddamento dei sensori CCD e CID dei telescopi).
Tecnologie sempre più efficienti e attente all’ambiente
Viste le numerose applicazioni e la rilevanza del settore della refrigerazione, è facile comprendere come esso si confronti continuamente con nuove sfide legate alla sostenibilità ambientale e all’efficienza energetica.
Per quanto riguarda il primo aspetto, la refrigerazione e il condizionamento hanno un forte impatto sul riscaldamento globale. L’impiego dei cloro fluoro carburi – CFC e degli idro cloro fluoro carburi – HCFC è stato vietato perché questi gas contribuiscono all’esaurimento dell’ozono stratosferico. Essi sono stati in gran parte sostituiti dagli HFC che sono però potenti gas ad effetto serra.
Si assiste oggi all’utilizzo nel ciclo frigorifero di nuovi gas di sintesi, ma soprattutto ad un ritorno ai refrigeranti naturali tra cui l’anidride carbonica. Negli ultimi anni le aziende hanno investito molto nella refrigerazione a CO2 transcritica (impianti che utilizzano la CO2 sia per la bassa che per la media temperatura).
L’impiego di refrigeranti a minore impatto ambientale deve però andare di pari passo con una migliorata efficienza energetica: il consumo di energia contribuisce infatti generalmente per il 60-80% all’impatto climatico provocato da un impianto di refrigerazione nella sua vita utile. Le restrizioni sull’uso dei gas hanno dato una nuova spinta alla ricerca e alla sperimentazione volta a rendere i sistemi più efficienti. I miglioramenti di prestazioni hanno coinvolto tutti i componenti: scambiatori, valvole, sonde, misuratori di portata, sistemi di controllo, etc.
Misurare, per controllare, per risparmiare
La sostenibilità dei gruppi frigoriferi deve essere garantita anche sul piano economico. I costi di refrigerazione costituiscono spesso una percentuale elevata dei costi energetici totali e una piccola riduzione dei consumi di energia può comportare notevoli risparmi.
Per valutare l’efficienza dell’impianto occorre quantificare il contributo di tutti i componenti: è necessario misurare esattamente il consumo di energia frigorifera per unità produttiva, per m³ o per anno.
Ciò è possibile grazie all’avvento di Industria 4.0, che ha completamente trasformato l’industria della refrigerazione tramite l’interconnessione tra i vari componenti attraverso sistemi di controllo (PLC). I PLC sono costituiti da diversi dispositivi elettronici ed elettromeccanici che, tramite i sensori, ricevono dai circuiti frigoriferi le informazioni che in seguito elaborano, e regolano così l’attivazione dei diversi componenti. In questo modo, possono essere risparmiate notevoli quantità di energia.
Il misuratore di portata CS3900 ISOMAG
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