3.1.
Introduzione
Poiché lo scopo è quello di ottimizzare l’efficienza dello scambio termico al condensatore è necessario effettuare delle “prove di consumo” come previsto dalla norma UNI EN ISO 5155. Si vuole quindi valutare e confrontare l’efficienza dello scambio termico di diversi prototipi di condensatori installati sul solito congelatore di prova, sulla base del consumo giornaliero determinato per ciascun prototipo mediante prove sperimentali.
Per tale ragione è stata realizzata un’ opportuna camera di prova termostata, come da normativa, dove installare il congelatore per effettuare le cosiddette prove di consumo e messo a punto un sistema di acquisizione dei dati.
3.2.
Congelatore di prova
Il congelatore sul quale vengono effettuate le prove sperimentali è un’apparecchiatura di prova fornitaci dal laboratorio della “Whirlpool Elettrodomestici” di Siena. Si tratta di un congelatore di classe energetica A+ che impiega come fluido refrigerante l’isobutano, R600a secondo la sigla ASHRAE, (avente alla pressione atmosferica punto di ebollizione a -11,7°C). Tale fluido, nonostante sia infiammabile (punto di accensione a 420°C) come altri refrigeranti naturali, sostituisce oggi quei fluidi proibiti dai vari protocolli internazionali per i loro effetti dannosi all’ambiente (buco dell’ozono ed effetto serra).
Tabella 1 Alcune proprietà dell’isobutano (C4H10) alla temperatura di 39°C (prossima alla
temperatura di saturazione nel condensatore).
Refrigerant Psat (kPa) ρf (kg/m3) ρg (kg/m3) hfg (kJ/kg) kf (W/mK) μf (μPa s) Isobutano 517 533 13,3 313,3 0,0896 130
Fig. 3. 1 Vista frontale del condensatore a fili.
Il congelatore ha una capienza di 106 dm3 ed è alimentato da un compressore alternativo HSH 65 AA da 60 W.
Il condensatore a filo su di esso installato, rappresentato a lato, è costituito principalmente da un tubo sagomato a serpentina a meno di un primo tratto (A-B), generalmente di lunghezza inferiore ad 1 m che viene modellato in fase di montaggio. Nella regione successiva (tratto B-C), il condensatore presenta, su ambo i lati, una serie di fili elettrosaldati in direzione normale ai tubi orizzontali costituenti la serpentina.
3.3.
Messa a punto dell’apparato sperimentale
3.3.1. Camera di prova
Per le specifiche richieste dalla suddetta normativa riguardo le modalità della prova di consumo è stato necessario sistemare il congelatore in una opportuna camera, termostatata. Per l’installazione del congelatore nella camera di prova è stata costruita una struttura in legno, completamente verniciata in nero opaco.
L’apparecchio infatti deve essere posizionato su una pedana in legno, verniciata in nero opaco, aperta per la libera circolazione dell’aria sotto la pedana stessa. Il piano superiore della pedana deve essere alto 0,3 m rispetto al pavimento della camera di prova e deve sporgere da tutti i lati dell’apparecchio di una distanza compresa tra 0,3 m e 0,6 m, ad eccezione della parte superiore dove si estende fino alla parete verticale.
Come previsto dalla norma la circolazione d’aria intorno all’apparecchio deve essere limitata da tre pareti verticali che circondano il congelatore stesso, verniciate in nero opaco e disposte come segue:
¾ una di queste parallela al retro dell’apparecchio contro i distanziali e quindi alla
distanza indicata dal costruttore in relazione all’ingombro di servizio (0,07 m);
¾ le altre due pareti parallele alle superfici laterali dell’apparecchio di 0,3 m di
larghezza.
L’insieme della struttura ha la forma e le dimensioni indicate in Fig. 3. 3.
Le pareti verticali non devono presentare discontinuità e devono superare di almeno 0,3 m l’altezza massima dell’apparecchio.
L’apparecchio deve inoltre essere posto o protetto in modo da evitare l’irraggiamento diretto dalle o delle apparecchiature destinate a riscaldare o raffreddare la camera di prova e deve essere posto sufficientemente a distanza da ogni altro oggetto esistente nella camera di prova in modo da eliminare la possibilità che un punto qualunque dello spazio nel quale è sistemato si trovi ad una temperatura diversa da quella ambiente.
3.3.2. Sistema per l’acquisizione dei dati
La necessità inoltre di un monitoraggio delle temperatura all’interno della cella frigorifera e di quella ambiente durante le prove ha richiesto la messa a punto di un sistema di acquisizione e di memorizzazione dati. Le misurazioni delle temperature sono state possibili grazie ad un multimetro Keithley al quale sono state collegate delle termocoppie di tipo T. Per quanto riguarda l’acquisizione e la memorizzazione dei dati nel tempo è stato necessario sviluppare, su un personal computer interfacciato al multimetro, un software in linguaggio visual basic che pilotasse le scansioni secondo intervalli di tempo prestabiliti.
Fig. 3. 4 Multimetro Keithley Fig. 3. 5 Termocoppie di tipo T
3.4.
Modalità della prova di consumo
Le caratteristiche ed i metodi di prova sui congelatori e conservatori di cibi congelati è regolamentata dalla norma UNI EN ISO 5155, norma italiana del dicembre 1999 relativa agli Apparecchi di refrigerazione per uso domestico. La presente norma è la versione ufficiale in lingua italiana della norma europea EN ISO 5155 (edizione novembre 1995).
Attenendosi a tale norma le prove vengono effettuate in condizioni di regime permanente alla temperatura ambiente di +25°C. Tale temperatura viene valutata nello spazio attorno all’apparecchio durante la prova e ottenuta come media aritmetica tra i valori di temperatura misurati in due punti situati a 350 mm dall’asse centrale verticale delle pareti laterali dell’apparecchio e ad 1 m di altezza dal suolo. L’apparecchio viene inoltre sistemato opportunamente nella cosiddetta camera di prova nel rispetto delle specifiche di installazione.
Per quanto riguarda, invece, il raggiungimento del regime permanente, questo è definito nel momento in cui all’interno della cella non vi è alcuna tendenza marcata di deviazione della temperatura media (valutata mediante opportune termocoppie disposte all’interno del congelatore), in un periodo di 24 h nel caso di funzionamento ciclico del refrigerante, mentre di 18 h nel caso di funzionamento continuo. E’ definito ciclo di funzionamento quel periodo i tempo tra due successivi avviamenti o due successivi arresti del sistema refrigerante funzionante a regime permanente.
Le prove vengono effettuate sul medesimo apparecchio e a determinate condizioni di regolazione del termostato le quali devono essere precisate per ciascuna prova.
