Il funzionamento dei condensatori evaporativi riunisce in sè le peculiarità del raffreddamento ad aria e del raffreddamento ad acqua.

In più si aggiungono i vantaggi derivanti dall’evaporazione dell’acqua (ovvero il calore latente), fenomeno che porta ad un notevole incremento delle potenzialità frigorifere dello scambiatore.

Infatti dobbiamo considerare che per ogni chilogrammo di acqua evaporata, si asportano circa 600 Kcal/h

A questo proposito è necessario, però, tenere presente alcune considerazioni che riguardano le caratteristiche dell’aria ambiente in cui opera il condensatore, caratteristiche legate alla latitudine del luogo di installazione e che influiscono in maniera determinante sulla sua resa (ovvero la corretta valutazione della TBB temperatura del bulbo umido).

Infine, sempre ai fini della valutazione dell’efficienza dello scambio di calore, occorre tenere presente alcune problematiche connesse alle caratteristiche chimico-fisiche dell’acqua di raffreddamento.

Proprietà dell’acqua come fluido di raffreddamento

Il raffreddamento del condensatore mediante l’utilizzo del calore latente di evaporazione dell’acqua dipende, ovviamente, dalla quantità di acqua che è possibile far evaporare nell’attraversamento dello scambiatore a serpentino.

L’effetto raffreddante, infatti, si ottiene prevalentemente dall’evaporazione dell’acqua, piuttosto che dal suo riscaldamento.

In sostanza, l’abbassamento di temperatura subito dal condensatore sarebbe ben poca cosa se esso fosse dovuto unicamente al riscaldamento dell’acqua che bagna le sue pareti esterne. Il maggiore effetto raffreddante si ottiene proprio dall’evaporazione dell’acqua. Questo fatto è riconducibile alle caratteristiche fisiche proprie della maggior parte dei fluidi, compresa l’acqua; infatti risulta necessaria una quantità di calore ben maggiore per far avvenire l’evaporazione di 1 chilogrammo d’acqua piuttosto che il riscaldamento (anche di parecchi gradi centigradi) di una pari quantità in peso.

Un esempio può chiarire meglio: il calore specifico dell’acqua risulta essere di 4,18 kJ/ C kg; ciò significa che per riscaldare di 1 C un chilogrammo di acqua e’ necessario somministrare 4,18 kJ. Supponendo di voler riscaldare, al limite, di 100 C l’acqua, sono necessari 418 kJ. Se volessimo far evaporare il medesimo chilogrammo d’acqua sarebbe necessario somministrargli 2257 kJ.
Appare chiaro, quindi, che l’evaporazione dell’acqua richiede una quantità di calore maggiore di oltre 5 volte la quantità di calore necessaria per riscaldarne di 100 C una pari quantità. Il diagramma riportato sintetizza tale conclusione.

Su questo principio fisico trova successo l’utilizzo del condensatore evaporativo: il raffreddamento del refrigerante che scorre all’interno dello scambiatore può avvenire in maniera agevole proprio grazie alla grande quantità di calore che l’acqua richiede per evaporare e che essa scambia con il refrigerante che deve condensare. L’evaporazione dell’acqua viene agevolata dall’azione dei ventilatori, che muovono grandi quantità d’aria, favorendo l’evaporazione dell’acqua e la dispersione del vapor acqueo che si forma in seguito al cambiamento di stato dell’acqua stessa.

Problemi di smaltimento del calore
Affinchè nel condensatore evaporativo il refrigerante possa condensare in maniera ottimale e’ importante fare in modo che il calore che esso deve cedere venga utilizzato dall’acqua per evaporare.
L’effetto refrigerante che se ne trae risulta così maggiore che nel caso che l’acqua subisca solo un riscaldamento. Tuttavia la quantità d’acqua che può evaporare durante il transito all’interno del condensatore evaporativo non è un parametro indipendente dalle condizioni ambientali in cui il condensatore lavora. L’acqua che passa alla fase di vapore, infatti, deve essere accettata dall’aria ambiente sottoforma di umidità. Ma l’aria non può contenere una quantità di umidità indefinita. Senza entrare nei dettagli, si può affermare che il quantitativo di umidità che può essere contenuto nell’aria secca dipende dalla temperatura a bulbo umido dell’aria stessa. Se il differenziale tra temperatura a bulbo umido e la temperatura a bulbo secco dell’aria è elevato, l’aria risulta essere secca, ossia avere un basso grado di umidità percentuale. Questo significa che nell’aria è presente un ridotto quantitativo di vapor d’acqua, e che essa è quindi potenzialmente in grado di riceverne ulteriormente. Questa e’ una condizione igrometrica favorevole per il condensatore evaporativo, in quanto la bassa percentuale di umidità presente nell’aria consente una consistente evaporazione dell’ acqua che bagna l’esterno del condensatore, permettendo di ottenere un buon effetto di raffreddamento dello stesso.
Lo smaltimento del calore, in definitiva, risulta dipendere significativamente dalla temperatura e dal grado di umidità dell’aria ambiente in cui il condensatore evaporativo e’ collocato. La situazione ottimale per il suo funzionamento e’ quella che prevede aria secca ed a bassa temperatura.
Ogni qualvolta tali condizioni non si verificano, il condensatore trova difficoltà nel rigettare il calore all’esterno, con il conseguente rialzo della pressione di condensazione e tutte le conseguenze che da essa derivano per il funzionamento dell’impianto di condizionamento.

Problemi di manutenzione del condensatore evaporativo
Come già accennato, anche il funzionamento del condensatore evaporativo può essere interessato da alcune problematiche, soprattutto per quanto riguarda le qualità chimico-fisiche dell’acqua utilizzata per il suo raffreddamento. Particolarmente dannose per quanto riguarda la potenza frigorifera del condensatore risultano essere le incrostazioni. La tabella mostra come la capacita’ di raffreddamento diminuisca in funzione dello spessore delle incrostazioni che interessano la parte esterna delle tubazioni dello scambiatore.

L’aumento dello spessore attraverso cui avviene la trasmissione per conduzione del calore porta ad una maggiore resistenza termica ed a un minor flusso termico nell’unita’ di tempo. Analizzando i dati si può notare come l’entità delle incrostazioni penalizzi fortemente la resa frigorifera dello scambiatore. Spessori di 1 mm riducono di oltre il 30% la sua capacità frigorifera, mentre uno spessore doppio, 2 mm, fanno precipitare tale valore alla metà del suo valore di progetto. Appare di conseguenza evidente l’importanza della valutazione delle qualità dell’acqua utilizzata per la condensazione.

Diagramma dell’acqua che illustra la quantità di calore necessaria per la
vaporizzazione di 1 Kg di liquido e per il suo riscaldamento di 100 C.