Negli ambienti industriali che richiedono temperature sotto lo zero, la compressione convenzionale a stadio singolo spesso si rivela inadeguata. Questo articolo esplora i concetti chiave dell'ingegneria termica, dalla tecnologia fondamentale della compressione a due stadi ai parametri delle proprietà termiche che influenzano il trasferimento di calore, insieme alle misure essenziali di protezione elettrica che garantiscono il funzionamento sicuro delle apparecchiature.

Quando sono richieste temperature di evaporazione estremamente basse, i sistemi a singolo compressore affrontano sfide significative a causa degli eccessivi rapporti di compressione, che portano a una drastica riduzione dell'efficienza. La tecnologia di compressione a due stadi risolve questo problema impiegando due compressori che lavorano in serie. Il primo compressore aumenta la pressione del refrigerante dalla pressione di evaporazione alla pressione intermedia, mentre il secondo la comprime ulteriormente fino alla pressione di condensazione.

Questo approccio a stadi riduce efficacemente il rapporto di compressione in ogni stadio, migliorando significativamente l'efficienza complessiva della refrigerazione. Una configurazione alternativa integra entrambi gli stadi di compressione all'interno di un'unica unità compressore. La compressione a due stadi è diventata essenziale per le applicazioni di surgelazione e altri processi industriali che richiedono temperature ultra-basse.

Una precisa comprensione delle proprietà termiche è fondamentale nell'ingegneria termica, poiché influenzano direttamente l'efficienza del trasferimento di calore. I parametri chiave includono:

• Coefficiente di Trasferimento di Calore Complessivo (Valore K): Questa metrica critica valuta le prestazioni termiche di una superficie, rappresentando il trasferimento di calore per unità di area e differenza di temperatura. Valori K inferiori indicano un migliore isolamento. Calcolato come K = 1/(F × W), dove F è l'area della superficie e W è la resistenza termica.
• Resistenza Termica (W): L'inverso del valore K, che rappresenta la resistenza di un materiale al flusso di calore. Valori più alti indicano un migliore isolamento.
• Coefficiente di Trasferimento di Calore (α): Misura l'efficienza dello scambio di calore tra fluidi e superfici solide, con diversi coefficienti per convezione, condensazione e trasferimento di calore per ebollizione.
• Conducibilità Termica (λ): Quantifica la capacità interna di trasferimento di calore di un materiale, con valori più alti che indicano una migliore conducibilità. Tipicamente misurata in W/m·K.

Il carico termico rappresenta l'energia termica che deve essere rimossa (per il raffreddamento) o aggiunta (per il riscaldamento) per mantenere le temperature desiderate in uno spazio o oggetto. Questo parametro è fondamentale per la progettazione e la selezione di sistemi di condizionamento dell'aria, refrigerazione e congelamento.

I metodi di calcolo variano dall'analisi dettagliata alle stime semplificate. Per gli uffici, i carichi di raffreddamento tipici variano da 0,128–0,174 kW/m² (110–150 kcal/m²h), mentre i requisiti di riscaldamento si avvicinano a 0,058 kW/m³ (50 kcal/m³h) del volume della stanza.

Il calore quantifica l'energia cinetica del moto molecolare. Il joule (J) funge da unità SI, sebbene la caloria (cal) rimanga storicamente significativa, definita come l'energia necessaria per aumentare di 1°C 1 grammo di acqua (1 cal = 4,18605 J).

Una protezione elettrica affidabile è fondamentale per i sistemi termici. Due componenti chiave includono:

• Filtri di Rumore: Nei sistemi a convertitore di frequenza, questi componenti sopprimono le interferenze elettromagnetiche provenienti dagli inverter, prevenendo l'interruzione delle apparecchiature e migliorando l'affidabilità del segnale.
• Interruttori Automatici (NFB): Servendo come interruttori di alimentazione principali, questi dispositivi interrompono i circuiti durante le condizioni di sovracorrente (superiore al 125–200% del valore nominale) o di cortocircuito, prevenendo danni alle apparecchiature.