3B SCIENTIFIC PHYSICS D Instructions D'utilisation page 29

Fig. 5 Rappresentazione del ciclo idealizzato della
pompa di calore nel diagramma di Mollier (ved.
paragrafo 8.2)
Il ciclo della pompa di calore è suddiviso in ma-
niera idealizzata in quattro fasi: compressione
(1→2), condensazione (2→3), espansione con
strozzamento (3→4) ed evaporazione (4→1).
Compressione:
Il mezzo di lavoro allo stato gassoso viene aspi-
rato dal compressore lasciando l'entropia inva-
riata (s = s ), compresso da p
1 2
dato. La temperatura sale da T
meccanico di compressione per unità di massa è
Δw = h – h
.
2 1
Condensazione:
Nel condensatore, il mezzo di lavoro si raffredda e
condensa. Il calore liberato (calore di surriscalda-
mento e calore di condensazione) riscalda il serba-
toio circostante alla temperatura T
Δq – h
= h per unità di massa.
2 2 3
Espansione con strozzamento:
Il mezzo condensato giunge alla valvola di espan-
sione dove, con strozzamento (cioè senza lavoro
meccanico), si ritrova in un ambiente con pressione
inferiore e si espande. Anche la temperatura dimi-
nuisce poiché è necessario compiere un certo la-
voro contro le forze molecolari di attrazione presenti
nel mezzo (effetto Joule-Thomson). L'entalpia ri-
mane costante (h = h
4 3
Evaporazione:
Nell'evaporatore, con l'assorbimento di calore, il
mezzo di lavoro evapora completamente. Ciò
causa il raffreddamento del serbatoio circostante
alla temperatura T . Il calore assorbito per unità
1
di massa è Δq – h
= h
1 1
Il mezzo evaporato viene riaspirato dal compres-
sore per una nuova compressione.
a p e surriscal-
1 2
a T . Il lavoro
1 2
. Si ha quindi
2
).
.
4
Nota:
Il refrigerante espanso evapora e sottrae calore
dal serbatoio sinistro.
In condizioni ideali, il sistema di tubazioni tra-
sporta il refrigerante gassoso puro dall'evapora-
tore al compressore attraverso il vetro spia.
Con il diminuire della temperatura dell'acqua,
l'assorbimento di calore attraverso la batteria
dell'evaporatore diminuisce e di conseguenza le
gocce di refrigerante possono diventare visibili
nel vetro spia sinistro.
Ciò non ha praticamente alcuna influenza sul fun-
zionamento della pompa di calore, ma dovrebbe
essere ridotto al minimo grazie alla costante cir-
colazione dell'acqua.
Per la determinazione del coefficiente di presta-
zione si deve utilizzare una finestra di tempera-
tura limitata:
Temperatura d'inizio 20°C - 25°C, temperatura di
termine nel serbatoio di sinistra 10°C - 12°C.
8. Esempi di esperimento:
8.1 Rendimento del compressore
Il rendimento η
del compressore è ricavato dal
co
rapporto fra la quantità di calore ΔQ
al serbatoio di acqua per intervallo di tempo Δt, e
potenza P del compressore. Diminuisce all'au-
mentare della differenza di temperatura fra con-
densatore ed evaporatore.
Per determinare il rendimento:

Collegare la pompa di calore alla rete.

Riempire il contenitore dell'acqua con 2 l di
acqua ciascuno e inserirlo nella piastra di fis-
saggio (vedi punto 6.1). Per la seguente mi-
surazione, tenere inoltre pronti almeno 4 l di
acqua a 20°C.

Accendere il compressore e lasciarlo funzio-
nare per circa 10 minuti in modo che rag-
giunga la temperatura di esercizio (il com-
pressore non deve riscaldarsi durante la mi-
surazione)

Svuotare il contenitore dell'acqua e riempirlo
con acqua ad una temperatura di 20°C. Az-
zerare il contatore di energia (punto 9)

Accendere il compressore e avviare il crono-
metraggio (cronometro, smartphone, ecc.).

Durante tutto l'esperimento, mescolate sem-
pre bene l'acqua nei contenitori.

A intervalli di tempo uguali, annotare il tempo
di funzionamento, il consumo di energia e le
temperature dell'acqua.

Interrompere la misurazione, a circa 10°C nel
serbatoio di sinistra
5
, alimentata
2