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Compressori

E’ l’elemento più importante dell’impianto frigorifero perché fornisce il lavoro necessario al fluido frigorigeno per realizzare il ciclo termodinamico. La sua funzione è quella di innalzare la pressione del fluido frigorigeno (e di conseguenza la sua temperatura) da quella dell’evaporatore fino a quella necessaria al condensatore.  Attualmente si producono diversi tipi di compressori, che possiamo catalogare in due macro categorie , distinte sulla base di funzionamento: i compressori volumetrici, nei quali la compressione del fluido frigorigeno avviene costringendolo in un volume che diventa via più piccolo, e i compressori centrifughi, nei quali la compressione è eseguita  sfruttando l’energia cinetica impressa ai fluidi da opportuni meccanismi . I compressori volumetrici  possono essere a loro volta classificati in funzione del tipo di moto  dell’elemento mobile che comprime il fluido: si distinguono compressori alternativi (a pistoni) e compressori rotativi (che possono avere uno o due assi di rotazione). I compressori alternativi, a causa dell’alternanza delle fasi di lavoro nel cilindro, sono caratterizzati da una compressione del fluido pulsante. Ciò non avviene nei compressori volumetrici rotativi, i quali forniscono un flusso continuo di fluido compresso. Esempi di compressori rotativi ad asse sono i compressori a pistone  rotante, a paletta, a spirale orbitante (scroll) e monovite, mentre i compressori a a due assi sono tipicamente quelli a vite.
Le caratteristiche prestazionali che influenzano la scelta del progettista  dell’impianto frigorifero di una tipologia di compressore rispetto ad una altra sono essenzialmente riconducibili alla capacità frigorifera e all’assorbimento di potenza elettrica.
Per quanto concerne la prima caratteristica, naturalmente la refrigerazione ha luogo nell’evaporatore e non nel compressore: l’indicazione che il compressore abbia una certa capacità frigorifera stabilita all’evaporatore. E’ altresì evidente che la temperatura di evaporazione e di condensazione  influenzino la capacità frigorifera e la potenza frigorifera assorbita dal compressore.
Nei supermercati, nella maggior parte dei casi, vengono istallati uno o più gruppi di compressione ognuno da un certo numero di compressori (in genere da 3 a 5), anche di taglia differente.
La regolazione della pressione del refrigerante inviato al condensatore avviene nella maggior parte dei casi  mediante l’accensione e lo spegnimento di uno o più compressori (parzializzazione on/off), mentre è poca diffusa la pratica di installare compressori dotati di possibilità di parzializzazione del carico; quest’ultima modalità trova applicazione negli impianti di taglia elevata.
In particolare il compressore alternativo e quello a vite sono macchine volumetriche e quindi riescono meglio ad adeguarsi alle modifiche dei livelli termici che comportano conseguentemente una variazione delle pressioni di evaporazione e condensazione nelle varie condizioni di funzionamento.
Compressore alternativo
Il compressore alternativo è la tipologia più diffusa negli impianti frigoriferi installati nei supermercati. Il principio di funzionamento si basa su uno o più pistoni che nel loro moto alternativo aspirano e comprimono il fluido refrigerante all’interno del cilindro; mediante un meccanismo biella-manovella, il moto rotatorio del motore (in genere il motore è di tipo elettrico) viene trasformato in un moto alternativo a pistone.
La presenza della valvola di mandata permette al fluido compresso di fluire verso il condensatore nella fase di compressione  e impedisce ritorni di fluido nel cilindro dal condotto di mandata durante la fase di aspirazione; la valvola di aspirazione permette l’ingresso del fluido nel cilindro nella fase di aspirazione e impedisce al fluido di fluire nel condotto di ingresso durante la fase di compressione.
Quando si attua l’accoppiamento diretto fra il compressore e il motore elettrico, è possibile racchiudere in un unico involucro entrambi gli elementi. Se l’involucro è diviso in due parti, imbullonate fra loro in modo da poter aprire l’involucro in caso di necessità, il gruppo è di tipo semiermetico. Invece, se l’involucro è realizzato in modo tale da racchiudere tutti i componenti in un contenitore sigillato, la cui apertura porta la sua distruzione, il gruppo di tipo ermetico.
I compressori ermetici e semiermetici presentano il  vantaggio di avere il motore raffreddato costantemente dal fluido frigorigeno aspirato.
Compressore a vite
Il mercato attuale si sta orientando verso l’utilizzo dei compressori a rotativi di tipo screw (a vite) e scroll, che a differenza di quelli alternativi presentano un movimento circolare caratterizzato dalla rotazione di rotori montati eccentricamente.
Il principio di funzionamento dei motori a vite è semplice e comprende essenzialmente una coppia di rotori ingranati contenuti in una camera opportunamente adattata intorno ad essi; sui rotori sono realizzate delle scanalature elicoidali. Lo spazio tra il rotore e la camera è veramente minimo ed è realizzato in modo che vada man mano riducendosi al girare dei rotori. Inizialmente il gas entra tra i lobi attraverso una sezione di entrata, e man mano che la rotazione procede si realizza la sua compressione, fino al raggiungimento della pressione desiderata nella sezione di uscita (dove il gas viene scaricato).
Oltre alla maggiore capacità frigorifera rispetto ad un compressore alternativo, il compressore a vite offre costi di manutenzione minori, in quanto può funzionare per un periodo di 30.000 a 60.000 ore prima di essere revisionato di nuovo.
Compressore a spirale orbitante
I compressori a spirale orbitante (scroll) impiegano invece due spirali, una fissa e l’altra mobile, contenute in un involucro. Le spirali sono sistemate l’una dentro l’altra in modo da essere in contatto fra loro in diversi punti e formare durante il moto una serie di sacche a forma di falce. Il profilo delle due spirali è as evolvente; cioè consente alla spirale mobile di orbitare senza attrito sulla spirale fissa.
Durante la compressione la spirale mobile, mossa dall’albero a gomito, orbita attorno alla spirale fissa; le sacche vengono spinte verso il centro delle due spirali e nel contempo il volume si va riducendo. Quando una sacca raggiunge il centro della spirale, il fluido costretto all’interno del suo piccolo volume ha acquistato la pressione necessaria e può essere scaricato attraverso la luce centrale. Il processo di compressione avviene simultaneamente per il fluido contenuto in diverse sacche, dando così luogo ad un processo abbastanza uniforme.