Come funziona una pompa di calore e principali applicazioni

3 maggio 2018 Termoidraulico
La pompa di calore è una macchina termica in grado di trasferire energia termica; esaminiamo il suo funzionamento e le sue applicazioni industriali.La pompa di calore, tecnicamente definita anche tecno pompa è una macchina che ha la funzione di trasferire l'energia termica da una sorgente a temperatura più bassa, a una sorgente a temperatura più alta. Per questa operazione, la pompa di calore utilizza diverse forme di energia (generalmente utilizza l'energia meccanica).Le più comuni pompe di calore, sono ad esempio i condizionatori d'aria, i refrigeratori, la pompa di calore a compressione di gas, la pompa di calore ad assorbimento, la pompa di calore a cambiamento di fase, la pompa di calore termoelettrica, la pompa di calore a scambio geotermico e infine il vortex, definito anche tubo di Ranque Hilsch.Per quanto riguarda l'applicazione industriale delle pompe di calore in riferimento ai condizionatori, il termine che definisce gli stessi, viene in particolare riferito ad un tipo di elettrodomestico dotato di valvola reversibile; detta valvola è in grado di cambiare la direzione di scorrimento del fluido refrigerante; essa permetterà in questo modo di apportare e allo stesso modo di estrarre il calore, da un locale di un edificio o di uno stabile.Andiamo ad esaminare nello specifico il funzionamento delle pompe di calore, le loro caratteristiche e applicazioni da un punto di vista industriale.

Pompa di calore cosa è

La pompa di calore o tecno pompa è una macchina in grado di effettuare il trasferimento di energia termica. Nella fase di riscaldamento, il calore viene prelevato dall'aria esterna e portato all'interno dell'edificio. Nella stagione calda il procedimento viene invertito.Per quanto riguarda invece la fase di sbrinamento, quando il radiatore esterno opererà come sbrinatore, la sua superficie risulterà a bassa temperatura, quando anche l'aria esterna sarà fredda (fase di riscaldamento nel corso della stagione invernale). Ciò comporterà inevitabilmente la formazione di ghiaccio, per via della presenza di umidità nell'aria esterna. Vi sarà di conseguenza una riduzione del rendimento dello scambio termico; il ghiaccio ha infatti la caratteristica di essere isolante. Per riuscire a disciogliere lo strato di ghiaccio formatosi, la valvola reversibile invertirà il ciclo e la valvola dell'evaporatore esterno si fermerà; in questo modo si ridurrà l'energia termica necessaria per lo sbrinamento.Quando la macchina si troverà in questa fase, il radiatore interno raffredderà l'aria dell'edificio e vi sarà quindi la necessità di riscaldare la stessa, prima di immetterla in circolo.

Pompa di calore come funziona

Il funzionamento delle pompe di calore è caratterizzato da diversi principi di natura fisica; le pompe di calore vengono pertanto classificate in base alle loro applicazioni industriali; esse saranno la trasmissione del calore, la fonte di calore, la dispersione di calore e le macchine refrigeratrici. Per comprendere il funzionamento di una pompa di calore o tecno pompa, dovremo considerare 100 unità di energia termica, confinate all'interno di un pallone; quest'ultimo subirà una compressione, fino a che raggiungerà le dimensioni di una piccola pallina da ping pong.La temperatura dell'aria all'interno del contenitore, aumenterà, grazie al lavoro compiuto dalla compressione; per fare un esempio concreto, 100 unità di energia termica, produrranno un incremento della stessa. Nella tipica fattispecie di compressione adiabatica, ovvero che avviene senza scambi di calore con l'ambiente esterno, l'energia che si troverà all'interno del contenitore, sarà in seguito alla compressione pari a 200 unità. In caso invece di compressione con perdita di calore all'esterno del contenitore, le unità saranno invece inferiori e comprese tra le 100 e le 200 unità.Le pareti della pallina o contenitore, si riscalderanno, ed il calore inizierà quindi a trasferirsi all'esterno. Per riuscire a trasferire il calore in un altro luogo, si può ad esempio pensare di trasferire la pallina in una zona fredda; la pallina varierà in modo graduale la propria temperatura, fino ad eguagliare quella dell'ambiente. In un processo di questo tipo, si può ipotizzare un trasferimento di energia termica da parte della pallina di 50 unità. Dopo che la pallina avrà completato il proprio raffreddamento, sarà possibile portare la stessa nella zona iniziale, e lasciarla nuovamente espandere.

Applicazioni industriali

Per quanto riguarda le applicazioni industriali, abbiamo citato nel primo paragrafo tutti gli strumenti ed elettrodomestici che si servono di questo sistema. Possiamo affermare che in industria esistono principalmente due tipologie di pompe di calore ad aria. La pompa di calore più comune è quella ad aria-aria. Questo strumento lavora estraendo il calore dell'aria, e riversando lo stesso, all'interno o all'esterno di un edificio, a seconda di quella che sarà la stagione dell'anno.Esiste inoltre la pompa di calore aria-acqua; si tratta di uno strumento in grado di ottimizzare la distribuzione idrica del calore; è senza dubbio uno strumento e un'applicazione industriale più rari. Le pompe di calore ad aria potranno essere progettate per lavorare in unione con fonti supplementari di riscaldamento, come ad esempio una caldaia elettrica, una caldaia a gas o una caldaia a gasolio. Vi sono poi pompe di calore già dotate di resistenza elettrica in funzione di riscaldatore di tipo supplementare. Infine esistono pompe di calore bivalenti, dotate in questo caso di un riscaldatore a propano, in grado di innalzare la temperatura, dell'aria in ingresso dall'esterno.Il calore viene prelevato dalla pompa dall'esterno, e portata all'interno dell'edificio. Il fluido refrigerante, attraverserà la valvola di laminazione, diventando una miscela di liquido vapore, a bassa pressione, Il fluido entrerà poi nell'evaporatore, posizionato all'esterno, dove assorbirà il calore fino a che diventerà vapore a bassa temperatura. Il vapore attraverserà l'accumulatore, dove verrà inoltre raccolto ogni residuo allo stato liquido. Poi verrà compresso, con un conseguente innalzamento della temperatura. Il vapore caldo giungerà poi nel condensatore e avverrà il cambio di fase con il rilascio di calore di liquefazione. Il liquido ottenuto tornerà infine alla valvola di laminazione, affinché il ciclo possa ripetersi.

Pompa di calore e refrigerazione

Per quanto riguarda la pompa di calore a refrigerazione, nella fase di raffreddamento, con l'inversione del ciclo, viene cambiata la direzione del flusso di calore. In questa circostanza il liquido refrigerante evapora all'interno del radiatore, condensando nel radiatore esterno. L'aria interna verrà inoltre deumidificata.Apprendi il funzionamento dei tuoi elettrodomestici, consultando Fixool.
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