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Come funziona l'acqua Fredda e Frizzante ?
La refrigerazione
Visto l’argomento abbastanza complesso cercherò di riassumere in poche righe il concetto di refrigerazione, questa scienza andrebbe approfondita nei vari punti. Cominciamo dai fondamentali, nei processi di refrigerazione, finalizzati all’abbassamento della temperatura di un corpo (un liquido nel nostro caso), tale abbassamento viene sempre per cessione di calore da un elemento verso l’altro. Non si produce freddo, ma bensì, si cede calore.
Tale trasferimento di calore in questi circuiti è affidato a dei fluidi refrigeranti (chiamati freon) questi possono essere di origine naturale o artificiale tutti con caratteristiche termodinamiche.
La caratteristica più importante di questi fluidi che li rende utili allo scopo è la quantità di calore richiesto/ceduto da essi ad una determinata pressione e temperatura per cambiare di stato. Questo ciclico passaggio di stato, nei circuiti frigoriferi viene favorito variando la pressione a cui il fluido refrigerante è sottoposto, e tale principio è alla base del funzionamento. Vedi figura sotto.
Lo schema sopraelencato è subito identificabile una netta distinzione tra l’area di alta pressione (rossa) e l’area di bassa pressione(azzurra), separate tra loro dal moto compressore e dall’organo di espansione.
La separazione di queste due aree è fondamentale per avere due pressioni diverse, perché, come abbiamo già detto è proprio la differenza di pressione che favorisce il cambio di stato del fluido da gassoso a liquido.
Ciclo processo frigo termico
Il motocompressore comprime il fluido refrigerante allo stato gassoso aumentandone la sua pressione e di conseguenza anche la temperatura.
Il fluido allo stato gassoso raggiunge ed attraversa il condensatore (elemento di scambio termico), dove grazie alla possibilità di cedere calore, il fluido condensa passando cosi allo stato liquido.
In questo stadio il fluido allo stato liquido attraversando l’organo di espansione (un piccolissimo orificio capillare) passa da una zona di alta ad una di bassa pressione.
Il fluido allo stato liquido a bassa pressione raggiunge quindi l’evaporatore (altro componente di scambio termico), dove attraversandolo e assorbendo calore da un altro elemento (vedremo in seguito come), evapora tornando allo stato gassoso.
A questo punto il fluido allo stato gassoso a bassa pressione torna al motocompressore pronto per il prossimo ciclo.
Due parole sull’organo di espansione, in realtà è una riduzione di portata in riferimento all’equazione di Bernoulli (o più semplicemente per l’Equazione di continuità) ad una diminuzione della sezione dove scorre il liquido (in questo caso il freon) corrisponde un aumento di velocità del fluido stesso all’interno della sezione capillare creando una deriva di quest’ultimo il quale provoca un abbassamento della pressione interna in quel specifico punto
Un altro elemento che va evidenziato è Il filtro essiccatore, viene solitamente installato in sistemi frigo termici residenziali leggeri. Serve principalmente a rimuovere l’umidità e prevenire la corrosione interna del metallo e l’isolamento del motore del compressore. L’essiccatore impedisce la formazione di composti chimici, rimuove il rame dalle tubazioni e li mette sulle parti mobili del compressore.
È posizionato direttamente nella linea del liquido ad alta pressione, subito dopo l’uscita del condensatore e prima dell’organo di espansione. Come mostrato nella foto sopra
Come si evince nella fase finale D che tramite il passaggio del fluido all’interno dell’evaporatore, questo assorbe calore da un altro elemento, solitamente acqua di scambio termico, abbassandone la sua temperatura, volendo sino a farla congelare.
Tralasciando gli altri componenti del circuito, comuni alla gran parte dei sistemi di refrigerazione, ci concentriamo sul più caratteristico del nostro settore, l’evaporatore.
L'Evaporatore
Condensatore
Essiccatore
L'Evaporatore è l’elemento del circuito che sottrarre calore all’acqua, vediamo come funziona
Solitamente si utilizza un mezzo di scambio termico, che a sua volta possa trasferire il calore della serpentina in cui scorre la bevanda che vogliamo raffreddare all’evaporatore immerso nella stessa vasca.
Nella seguente figura sotto (fase D) è visibile la vasca di scambio termico di un tipico refrigeratore, si notano al centro delle serpentine circolari dove scorre l’acqua o la bevanda che si vuole raffreddare, mentre all’esterno vi sono le serpentine dell’evaporatore a forma rettangolare.
All’interno di questa vasca entrambe le serpentine vengono coperte dall’acqua che funge da elemento di scambio termico tra le due serpentine, una in cui scorre la bevanda e nell’altra il fluido refrigerante.
L’acqua utilizzata per mettere le due serpentine in comunicazione termica viene a volte appositamente congelata tecnica che da il nome al processo chiamato Banco di ghiaccio.
Una delle tante tecniche sulla refrigerazione, altre varianti sistemi di processo a secco, direct cooil con una serpentina di grosso diametro destinata alla linea acqua avvolta su un’altra serpentina di diametro più piccolo per il fluido refrigerante, altra tecnica è quella chiamata ad immersione con glicole, ecc, ecc. Come dicevo nella apertura questa scienza andrebbe approfondita nelle tante tecniche.
Ricordiamoci però che ognuno di queste tecniche porta con sé diverse caratteristiche, vantaggi ma anche aspetti da non sottovalutare, per tanto non ne esiste sempre una meglio di un’altra, ma varia tutto a seconda della funzione che dovrà svolgere la macchina.
Scambio Termico
Processo di Gasatura
Le acque minerali frizzanti e le bibite gasate devono la loro effervescenza all’aggiunta intenzionale di diossido di carbonio, commercialmente identificato come anidride carbonica alimentare E290.
Si sceglie la CO2 perché è estremamente solubile in acqua, molto più ad esempio dell’ossigeno L’anidride carbonica, disciolta in acqua, crea acido carbonico (H2CO3).
A causa di ciò, l’acqua frizzante assume una leggera acidità, con un pH compreso tra 3 e 5.
Qualche accenno di storia
I primi metodi per ottenere acqua gassata fatta in casa in Italia risalgono ai primi del novecento, con la bolognese “Idrolitina del Cavalier Gazzoni”, ovvero una miscela di bicarbonato di sodio, acido malico e acido tartarico, tutti in forma di polvere. Tale miscela, stabile in assenza di acqua, una volta disciolta in acqua, liberava anidride carbonica gassosa, conferendo all’acqua l’effervescenza desiderata, ma anche percettibile retro gusto salino, assolutamente inesistente nelle acque frizzanti industriali.
Gasatore da tavolo
Negli ultimi anni si sono diffusi in commercio i cosiddetti “gasatori da tavolo”, ovvero dispositivi di dimensioni contenute e un utilizzo molto semplice, che permettono di produrre acqua frizzante per uso domestico, addizionando anidride carbonica alimentare (da cartucce o bombolette) all’acqua contenuta in una bottiglia appositamente costruita.
Il frigo-gasatore
Ma il vero passo in avanti è costituito dal “frigo-gasatore”, un apparecchio allacciato alla rete idrica, con apposita filtrazione che raffredda e addiziona in tempo reale l’anidride carbonica con l’acqua.
Rispetto ai gasatori da tavolo, presenta numerosi vantaggi:
Disponibilità di una scorta < infinita> di acqua da gasare.
Acqua già fredda, per cui l’effervescenza è più gradevole e duratura nel tempo.
Possibilità di utilizzare Bombole ricaricabili di CO2 di capacità anche elevate.
Per ottenere una buona gasatura oltre alla bassa temperatura, è necessaria una pompa buster che spinga l’acqua ad una pressione superiore della CO2 all’interno di una camera di saturazione, detta saturatore, con un controllo elettronico dei livelli che gestisce la pompa buster. Una volta prodotta, l’acqua gassata potrà essere erogata, in uscita dal saturatore stesso, a patto di controllarne opportunamente la portata ed il flusso, mediante passaggi conici ed aeratori di flusso in uscita.
Per una ottimale gasatura si consiglia di regolare la CO2 un po’ sopra la pressione di rete idrica (esempio: 4 bar la CO2 e 3bar H2O) il saturatore deve essere privo di bolle di aria, che compromettono l’effervescenza dell’acqua gassata, conferendole un aspetto torbido/lattiginoso, ma possono essere evacuate mediante apposite procedure, sia manuali che da remoto.
Uno strumento indispensabile per la corretta taratura e il “tester di carbonazione” con la relativa scala in volumi/gas o g/l, studiato appositamente per il settore dei soft-drinks, dove la gasatura è ancora più critica per la presenza di zuccheri, dove la frizzantezza della bevanda servita deve sottostare a parametri precisi e insindacabili per il consumatore, questo strumento permette di stabilire la corretta quantità di anidride carbonica alimentare in una bibita gassata, incluso l’acqua, in maniera scientifica e non soggettiva.
