Un flusso a due fasi è un processo in cui un fluido cambia da una fase all’altra, solitamente da gas a liquido o da liquido a gas. Questo processo è comunemente usato come meccanismo di trasferimento del calore. Si trova comunemente in unità di refrigerazione, sistemi di condizionamento dell’aria, pompe di calore o altri sistemi a clima controllato.
Una fase è un cambiamento nello stato fisico di un materiale. Ad esempio, l’acqua ha tre stati fisici: solido, liquido e gas. Ad esempio, quando un materiale si trasforma da solido in liquido o da gas in liquido, questo cambiamento è chiamato fase. Durante un cambiamento di fase, l’energia viene trasferita. Questa energia aiuta ad avviare il cambiamento di fase o viene rilasciata durante la fase di cambiamento.
Per un flusso a due fasi, vengono considerate solo due di queste fasi, solitamente un liquido e un gas. Ad esempio, un tipico liquido refrigerante di solito si trasformerà in un gas da liquido quando compresso e da liquido di nuovo in un gas quando espanso. Il metodo principale di trasferimento di energia durante questo flusso bifase è solitamente con l’energia termica.
Questo fluido di flusso bifase, o refrigerante, viene scelto in modo specifico in base alle condizioni operative di un dato sistema. La chiave per selezionare un fluido a due fasi è considerare la comprimibilità del fluido come gas e la capacità di assorbimento del calore come fluido. Inoltre, questo fluido dovrebbe avere la capacità di cambiare fase a pressioni di esercizio specifiche all’interno di un sistema chiuso.
Una tipica unità di condizionamento dell’aria, ad esempio, contiene una pompa del compressore, una valvola di espansione e due serie di serpentine di trasferimento del calore. Tutti questi componenti lavorano insieme spostando un fluido che cambia fase attraverso il sistema. Il tipico flusso a due fasi per un sistema liquido/gas consiste in un processo in quattro fasi.
Un gas refrigerante viene prima compresso da una pompa, durante la quale il gas viene trasformato in un liquido. Il liquido scorre quindi nella prima serpentina di scambio termico e rilascia la sua energia termica. Il fluido in pressione viene quindi espulso attraverso la valvola di espansione e nelle batterie di raffreddamento a bassa pressione. Quando il fluido esce dalla valvola, cambia nuovamente fase, da liquido a gas, per assorbimento di energia termica.
Alcuni sistemi bifase, se dotati di valvole e interruttori speciali, possono essere azionati in senso inverso. Un noto sistema reversibile è una pompa di calore. Nei mesi più caldi, il sistema raffredda l’interno di un’abitazione e nei mesi più freddi il sistema è invertito e fornisce calore.