Configurazione circuito: capillare 1.5 m

Si evidenzia che per tutte le prove sul circuito che adotta il capillare di 1.5 m, sono state mantenute le seguenti condizioni:

• inserimento nel motore del compressore di un condensatore elettrico della capacità di 5 μF, che consente la riduzione tra il 3 % e il 5% della potenza assorbita;

• attivazione di due ventilatori di raffreddamento delle pareti del compressore, per prevenire un eventuale eccessivo riscaldamento della macchina.

La prima carica di frigorigeno introdotta, nel circuito così configurato, è di 190 g. Durante l’osservazione delle prestazioni è stato aggiunto più volte R134a per cariche complessive di: 239 g, 289 g, 336 g, 313.5 g.

Il grafico seguente mostra i COP determinati per tre diverse cariche (289 g, 313.5 g, 336 g), a parità di temperatura dell’acqua da riscaldare di circa 44°C. Il coefficiente di prestazione COP è stato calcolato come rapporto tra la potenza termica ceduta all’acqua e la potenza elettrica assorbita dal compressore. Il COP R è determinato considerando la potenza termica ceduta dal frigorigeno. Il COP R suggerisce che la carica migliore, per questo circuito (capillare 1.5 m), è 313.5 g.

Si procede quindi all’osservazione sperimentale del funzionamento continuo del circuito da quando l’acqua entra nella PDC alla temperatura della rete idrica sino al riscaldamento dell’accumulo alla temperatura di circa 55°C

Si riportano i grafici tracciati per la prova del funzionamento continuo della PDC dotata del capillare di 1.5 m e caricata con 313.5 g di R134a.

Come si può osservare in Figura 31, all’inizio della prova il serbatoio è pieno di acqua alla temperatura di circa 22°C e la valvola utenza è chiusa (circuito chiuso). L’acqua che entra al condensatore è quindi, progressivamente più calda.

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Figura 30 Coefficiente di prestazione ottenute per diverse prove di carica alla stessa temperatura dell'acqua in ingresso al condensatore

Figura 31 Andamento delle temperature del circuito frigorifero durante la prova di funzionamento continuo per il capillare di 1.5 m e carica di 313.5 g 0,500 1,000 1,500 2,000 280 290 300 310 320 330 340 Carica [g]

COP

Temperatura acqua ingresso = 44°C

COP COP R

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Si nota che la temperatura di scarico è apprezzabilmente minore di quella di ingresso al condensatore, a causa dell’influenza dei ventilatori di raffreddamento dell’involucro del compressore; in altre parole è un errore di misura perché la sonda è influenzata dalle condizioni esterne.

Dal grafico successivo (Figura 32) si osserva un riscaldamento di circa 30°C dell’accumulo di ACS in circa 20 ore. La potenza di riscaldamento media per l’intero periodo è quindi circa 175 W.

Figura 32 Evoluzione temporale delle temperature misurate all'interno ed in prossimità del serbatoio d'accumulo di ACS, per la prova di funzionamento continuo per il capillare di 1.5 m e carica di 313.5 g

In Figura 33 si può osservare l’andamento temporale delle temperature del frigorigeno a confronto con quello delle temperature dell’acqua in ingresso e uscita condensatore. Si nota un’elevata differenza tra quest’ultime e le temperature di condensazione e ingresso del frigorigeno. Ciò può essere dovuto a uno scambiatore sottodimensionato o non correttamente realizzato. Si nota anche che non è mai presente sottoraffreddamento. Questo può comportare, almeno in qualche fase, una

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sottoalimentazione del capillare, che si dimostrerebbe quindi troppo corto. Infatti, se si aumentasse la carica si allagherebbe eccessivamente l’evaporatore.

I grafici in Figura 35 e in Figura 34 mostrano la variazione, durante la prova, del COP, della potenza termica e di quella elettrica assorbita dal compressore. In ascissa è riportata la temperatura dell’acqua in ingresso al condensatore.

Figura 33 Andamento delle temperature del frigorigeno nel circuito frigorifero e dell’acqua al condensatore durante la prova di funzionamento continuo per il capillare di 1.5 m e carica di 313.5 g

La potenza Pcond è calcolata dal bilancio energetico lato acqua, la Pcond R da quello lato R134a. Le due sono praticamente coincidenti fino alla temperatura dell’acqua di 45°C. Per temperature maggiori, i valori sono sensibilmente diversi. Ciò può essere spiegato considerando l’errore sul calcolo della potenza lato acqua, percentualmente più grande per salti di temperatura minore (che potrebbero verificarsi verso fine prova), e dall’ipotesi non verificata di assumere che il fluido esca dal condensatore in condizioni di saturazione, sovrastimando la potenza ceduta dal frigorigeno.

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Il COP e il COP R sono, si ricorda, calcolati rispettivamente dalle due potenze sopraccitate. Il COP’ è determinato considerando utile tutto il desurriscaldamento del frigorigeno.

Figura 34 Potenza scambiata al condensatore e potenza elettrica assorbita dal compressore, in funzione della temperatura dell'acqua in ingresso al condensatore, per il circuito con capillare di 1.5 m e carica di 313.5 g

Figura 35 Coefficiente di prestazione in funzione della temperatura dell'acqua in ingresso al condensatore, per il circuito con capillare di 1.5 m e carica di 313.5 g

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 10 20 30 40 50 60 P o te n za [ W ]

Temperatura acqua ingresso condensatore [°C]

Potenza termica e elettrica

Capillare 1,5 m - Carica 313,5 g

Temperatura acqua ingresso condensatore [°C]

COP

Capillare 1,5 m - Carica 313,5 g

COP COP R COP'

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Si può osservare una maggiore dispersione della potenza Pcond e del relativo COP, rispetto ai rispettivi parametri calcolati dal bilancio energetico del frigorigeno. Ciò è compatibile con l’incertezza teorica della Pcond, come spiegato nel paragrafo precedente.

Le potenze termiche, comunque calcolate, non sono tuttavia in accordo con la potenza media stimata. Lo sbilanciamento è tale da non essere attribuibile esclusivamente alle dispersioni termiche. Infatti, per il serbatoio queste sono valutate inferiori ai 100 W, mentre per l’intera estensione del circuito idraulico, considerando la lunghezza delle tubazioni isolate e i brevi tratti non isolati dovuti alla presenza delle valvole e del misuratore di portata, si può stimare una dispersione inferiore ai 50 W.

Si può concludere, pertanto, come già evidenziato, che il capillare non è alimentato correttamente, specialmente per le alte temperature di condensazione. Infatti, calcolando la potenza media di riscaldamento dell’ACS durante il primo periodo della prova, quando la temperatura dell’acqua in ingresso allo scambiatore e la temperatura di condensazione sono minori, si ottiene un valore (circa 350 W) quasi doppio rispetto alla potenza media di tutta la prova. Questo, considerando quanto osservato sugli errori della procedura di calcolo, può essere ritenuto coerente con il bilancio energetico del sistema frigorifero.

Si procede, dopo quanto evidenziato, all’analisi sperimentale del circuito configurato con il capillare intermedio (3.5 m).