Refrigerante Saturo

 

Comprendere cosa sia un refrigerante saturo è essenziale nei processi di refrigerazione. Il fenomeno della saturazione è infatti uno dei più importanti quando si tratta di liquidi e gas; è quindi necessario iniziare spiegando alcuni concetti di base che aiuteranno a comprendere il comportamento fondamentale all’interno di un sistema di raffreddamento. 

Cos’è un refrigerante saturo?

L’operatività e il tipo di progettazione che un sistema di raffreddamento può avere dipendono in gran parte dal liquido utilizzato all’interno del circuito di raffreddamento. Un liquido di questo tipo infatti svolge diverse funzioni: assorbire, rimuovere e trasportare calore, tra le altre. Pertanto, è necessario capire come si comporta un refrigerante per conoscere il funzionamento generale di un sistema di refrigerazione. 

In primo luogo, si può affermare che, durante la circolazione, un refrigerante non subisce alcun tipo di cambiamento a livello chimico. Tuttavia, subisce cambiamenti a livello fisico. Questo significa specificamente che può comportarsi come un gas, un liquido o come una miscela di entrambi. Tutto ciò dipenderà in gran parte da dove si trova all’interno del suo ciclo. Un refrigerante saturo può quindi essere definito come uno in cui vapore e liquido sono in contatto diretto e la cui pressione e temperatura sono quindi direttamente correlate. Nel caso in cui uno dei due cambi, l’altro deve cambiare proporzionalmente. Con questa base, si può parlare della sua relazione con un circuito e della sua disposizione. 

Il percorso del refrigerante saturo in un circuito

All’interno di un circuito, si può identificare un primo punto: l’uscita di controllo del refrigerante. A questo punto il refrigerante si trova saturo a bassa pressione e a bassa temperatura. Quando il refrigerante fluisce nell’evaporatore, assorbe gradualmente calore e si trasforma in gas surriscaldato. In questo momento si trova nella sezione di aspirazione del compressore. Il compressore è responsabile dell’aumento della pressione e della temperatura del gas refrigerante. Quando si trova contemporaneamente ad alta temperatura e ad alta pressione, viene inviato al condensatore. 

Il gas refrigerante in questo punto, ad alta temperatura e alta pressione, perde il suo calore in eccesso e parte del suo liquido e vapore. Infatti, continuerà a perdere calore fino a diventare completamente liquido. 

Successivamente, avviene l’eliminazione del calore dal refrigerante all’interno del circuito, che lo porta al controllo del flusso proveniente dal condensatore. A questo punto è costretto a passare attraverso un filtro a bassa pressione. Questo passaggio genera un improvviso cambiamento di pressione, facendo sì che il refrigerante si espanda e una miscela di liquido freddo e vapore fluisca verso l’evaporatore. Passando attraverso l’evaporatore, ritorna a essere vapore surriscaldato. Da questo punto il ciclo si ripete. 

Altri stati fisici di un refrigerante

Per completare le informazioni dettagliate sopra, è opportuno parlare degli altri stati fisici che un refrigerante può avere, oltre a quello di refrigerante saturo. 

Il primo di questi è il refrigerante sottoraffreddato. Questo è uno stato in cui un refrigerante completamente liquido si raffredda al di sotto della sua temperatura di saturazione, che può avvenire solo quando non c’è vapore e quando la temperatura di un liquido sottoraffreddato può variare indipendentemente dalla sua pressione. 

Il secondo stato possibile per i refrigeranti è quello di refrigerante surriscaldato. In questo stato, si trova sotto forma di vapore la cui temperatura è superiore alla temperatura di saturazione. Questo può avvenire solo quando un liquido refrigerante è completamente evaporato. In condizioni di surriscaldamento, la temperatura alla quale si trova il vapore può variare indipendentemente dalla pressione del vapore. 

Proprietà dei refrigeranti saturi

La temperatura di saturazione di un refrigerante può essere definita come quella che ha raggiunto un certo livello tale da passare dallo stato liquido a quello gassoso. Questa temperatura di saturazione è determinata da misurazioni. Le proprietà generali che i refrigeranti saturi condividono con tutti i refrigeranti includono il punto di ebollizione (la temperatura alla quale un liquido inizia a bollire) o il punto di rugiada (la temperatura alla quale un liquido saturo evapora l’ultima goccia). Nel caso di composti puri, i punti di ebollizione e rugiada coincidono alla stessa temperatura. Tuttavia, se si tratta di una miscela, il punto di ebollizione si verifica a una temperatura inferiore rispetto al punto di rugiada sotto pressione costante. 

Qual è la temperatura di saturazione del refrigerante?

La temperatura di saturazione di un refrigerante è quindi un concetto chiave nella refrigerazione. Questa è la temperatura alla quale un refrigerante passa dallo stato liquido a quello di vapore. Si può affermare che il suo punto di ebollizione ha un valore pari a quello della temperatura di saturazione. Pertanto, quando il surriscaldamento è troppo basso, l’uscita del vapore è vicina al punto in cui l’intero composto refrigerante tende a evaporare. 

Va aggiunto che nel caso in cui ciò accada, un refrigerante liquido può ritornare al compressore e causare danni significativi in questo processo. Questo avviene perché il refrigerante evapora completamente prima di raggiungere il punto di uscita dell’evaporatore, anche quando il surriscaldamento è molto elevato. Con l’aumento della pressione su un composto, aumenta anche la temperatura di saturazione di tale sostanza. 

Diagramma di fase e punto di saturazione

Il termine fase si riferisce a ciascuna delle parti omogenee che possono essere fisicamente separabili all’interno di un sistema che contiene uno o più composti. Ciò si applica a due liquidi immiscibili, che per questa stessa ragione si trovano in due fasi diverse. Lo stesso vale per i corpi solidi, che possono essere costituiti da due fasi. Questa variazione è rappresentata da un diagramma noto come diagramma di saturazione. 

Un diagramma di fase può quindi essere definito come una rappresentazione grafica in cui compaiono le diverse fasi stabili in base a due variabili, solitamente temperatura e composizione. Questi diagrammi sono comunemente usati per raffreddamenti molto lenti e, di conseguenza, indicano le fasi di equilibrio al momento in cui si verifica un raffreddamento lento. Per i casi in cui tale raffreddamento è rapido, vengono generalmente utilizzati altri diagrammi. Questi mostrano fasi che non sono di equilibrio; cioè, sono fasi note come metastabili. 

Le curve presenti nel diagramma identificano generalmente tre regioni. La prima è la regione stabile. Essa contiene la zona insatura, dove si verificano fenomeni come la crescita di cristalli o la nucleazione. Questa regione si trova al di sotto della curva di saturazione o solubilità. 

Inoltre, c’è la regione metastabile, che è la zona sovrasatura. Qui c’è una bassa probabilità di nucleazione spontanea, ma possono verificarsi altri fenomeni come la nucleazione secondaria o la crescita dei cristalli stessi. Questa regione si trova tra le altre due. Infine, c’è la regione instabile, che è una zona sovrasatura con un’alta probabilità di nucleazione. Questa è la regione più lontana dalla curva di sovrasaturazione.