Come funziona un impianto di refrigerazione?
Il ciclo di refrigerazione a compressione di vapore (VCRC) è il ciclo di refrigerazione più diffuso a livello globale. Viene impiegato per raffreddare edifici, veicoli, frigoriferi e congelatori, oltre a fornire raffreddamento per numerosi processi industriali. Ma come funziona?
Il ciclo a compressione di vapore è un processo che utilizza un refrigerante per raffreddare e rimuovere calore da uno spazio. Il refrigerante circola attraverso quattro componenti principali: un compressore, un condensatore, una valvola di espansione (dispositivo di regolazione) e un evaporatore.
Sistema di Refrigerazione Tipico
Nel compressore, il vapore refrigerante viene compresso a una temperatura e pressione più elevate. Il vapore refrigerante ad alta pressione viene quindi convogliato in un condensatore, dove il calore viene trasferito dal refrigerante a un mezzo esterno, causando una diminuzione della temperatura del refrigerante e il suo cambiamento di stato in un liquido ad alta pressione.
Il refrigerante liquido scorre quindi attraverso una valvola di espansione, che ne riduce la pressione, causandone la parziale evaporazione; questo porta a una miscela di refrigerante liquido e vapore che viene rilasciata dalla valvola di espansione.
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Ciclo di Refrigerazione a Compressione di Vapore (VCRC)
La miscela quindi fluisce in un evaporatore ed è riscaldata da un mezzo esterno (solitamente acqua). Il refrigerante assorbe calore dal mezzo esterno, il che causa un aumento della sua temperatura fino a quando evapora e cambia stato da liquido a bassa pressione a vapore a bassa pressione. L'assorbimento di calore da parte del refrigerante causa una diminuzione della temperatura del mezzo esterno, creando così un effetto di raffreddamento. Una volta che il mezzo esterno è stato raffreddato, può essere pompato in un'altra posizione e utilizzato per rimuovere calore da uno spazio.
Dopo l'evaporatore, il vapore refrigerante a bassa pressione ritorna al compressore e il ciclo si ripete.
Quali sono le parti principali di un chiller?
Le parti principali di un chiller sono elencate di seguito.
Circuito dell'Acqua Refrigerata
Il calore viene rifiutato da un processo o edificio e scaricato nell'evaporatore. L'evaporatore utilizza il calore dell'acqua refrigerata per far evaporare il refrigerante liquido contenuto nell'evaporatore. Mentre il refrigerante evapora, l'acqua di raffreddamento viene raffreddata (raffreddamento evaporativo).
Evaporatore
L'evaporatore è uno scambiatore di calore a fascio tubiero. Il refrigerante liquido sommerge i tubi ed è definito come fluido del 'lato guscio'. L'acqua refrigerata scorre attraverso i tubi ed è definita come fluido del 'lato tubo'. Il refrigerante liquido a bassa pressione viene riscaldato dall'acqua refrigerata in ingresso fino a quando bolle e diventa un gas a bassa pressione. L'acqua refrigerata viene raffreddata mentre il refrigerante evapora.
L'acqua refrigerata viene spesso prelevata da aree di riscaldamento comfort (all'interno di un edificio), un processo industriale o sale server, ma le applicazioni sono numerose.
Compressore
Il compressore aumenta la densità del gas refrigerante evaporato. Mentre la densità del gas refrigerante aumenta, aumenta anche la sua temperatura. I compressori di refrigerante per grandi chiller sono solitamente di tipo centrifugo, a pistone alternativo o a ingranaggi; i compressori più piccoli utilizzano i progetti a lobi o a spirale.
Motore
Il motore principale per il compressore è un motore elettrico. I compressori piccoli possono essere azionati da motori monofase, ma i compressori per chiller più grandi sono azionati da motori a corrente alternata (AC) trifase.
Condensatore
Il gas refrigerante ad alta pressione dal compressore viene scaricato nel condensatore. Il condensatore è solitamente di tipo scambiatore di calore a fascio tubiero. Il gas refrigerante è il fluido del lato guscio mentre l'acqua di raffreddamento (acqua del condensatore) è il fluido del lato tubo.
Il gas refrigerante ad alta pressione viene raffreddato dal circuito dell'acqua di raffreddamento, il che causa la condensazione del gas in un liquido ad alta pressione; il refrigerante liquido viene quindi scaricato alla valvola di espansione, quindi all'evaporatore.
Valvola di Espansione
Il refrigerante liquido ad alta pressione viene scaricato nell'evaporatore tramite una valvola di espansione. Le valvole di espansione diminuiscono la pressione, diminuiscono la temperatura e aumentano il volume del refrigerante liquido. A causa della riduzione della pressione, il refrigerante liquido ad alta pressione entra nell'evaporatore in uno stato di vapore.
Scatola di Controllo
L'elettronica (e solitamente i diagrammi di cablaggio) necessari per controllare l'unità chiller sono alloggiati all'interno della scatola di controllo. Sensori di temperatura, pressione, flusso e livello trasmettono informazioni alla scatola di controllo. La scatola di controllo gestisce l'accensione e lo spegnimento del motore del compressore, oltre a fungere da allarme o spegnere l'unità in caso di problema operativo.
I motori moderni utilizzano azionamenti a frequenza variabile (VFD); variando la frequenza varia la velocità del motore e quindi del compressore. I VFD sono utili perché non è necessario ciclicamente accendere e spegnere il compressore così frequentemente, prolungando così la sua vita utile e fornendo un migliore controllo sulla capacità di raffreddamento dell'impianto di refrigerazione.
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Chiller
https://energy-models.com/chiller-plant-design
https://blog.senseware.co/2017/11/16/ultimate-guide-chiller-systems