Modulo 4 Impianti frigoriferi - diem.ing.unibo.it Meccanici... · 4→1: il fluido, acquistando...

Modulo 4

Impianti frigoriferi

Prof. Ing. Cesare Saccani

Prof. Ing. Augusto Bianchini

Dott. Ing. Marco Pellegrini

Dott. Ing. Michele Gambuti

Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna

Corso di Impianti Meccanici – Laurea Triennale

2/42

Fluidi Frigoriferi

Impianto frigorifero a compressione

Agenda

Impianto frigorifero a compressione multipla

Dimensionamento

3/42

I fluidi frigoriferi vengono anche chiamati Freon: Freon è in realtà un nome commerciale.

Il primo freon fu sintetizzato intorno agli anni ’30. Prima di allora si utilizzavano ghiacciaie e

stecche di ghiaccio prodotte con impianti ad ammoniaca.

La classificazione ASHRAE assegna ad ogni fluido frigorifero una sigla: R - I - II - III - IV - V - VI

I - Si pone una C in caso di derivati ciclici, altrimenti si omette.

II – n° di legami doppi. Se uguale a 0 si omette.

III - n° di atomi di carbonio meno uno

IV - n° di atomi di idrogeno più uno

V - n° di atomi di fluoro

VI - una lettera dell'alfabeto minuscola o maiuscola: dalla serie R10 fino alla serie R300 si

utilizza una lettera minuscola che indica l’isomero della molecola; per le serie R400 e R500

(miscele di altri gas refrigeranti), le lettere maiuscole A,B,C, individuano univocamente le

percentuali in peso dei componenti.

L’impatto sull’ambiente di queste sostanze è molto elevato. Uno dei parametri che quantificano

tale impatto è il Global Warming Potential GWP, che esprime il contributo all’effetto serra di

un gas relativamente all'effetto della CO2 (il cui potenziale di riferimento è pari a 1) in uno

specifico intervallo di tempo. Un altro parametro è il potenziale di eliminazione dell’ozono ODP

(Ozone Depletion Potential) che è riferito all’R 11 (ODP dell’R 11 = 1)

Fluidi frigoriferi

4/42

Fluidi frigoriferi

5/42

Diagramma p-H

Il diagramma di riferimento più utilizzato è il p-H, con la pressione riportata sull’asse delle ordinare in

scala logaritmica e l’entalpia specifica riportata sull’asse delle ascisse in scala lineare. Si utilizza il

diagramma p-H perché è immediato individuare il ciclo frigorifero una volta individuate l’isobara di

condensazione e l’isobara di evaporazione.

Di seguito sono riportati diagrammi p-H di alcuni fluidi frigoriferi.

R134a: le isobare coincidono con le linee isoterme dato che il fluido è monocomponente.

R407C: le isoterme non coincidono con le isobare perché il fluido è multicomponente (è costituito da

fluidi con punti di evaporazione diversi e il più bassobollente evapora/condensa prima lasciando in

fase liquida una miscela diversa rispetto alla composizione iniziale). I coefficienti di scambio sono

comunque molto elevati in fase di evaporazione, ma la temperatura non rimane costante.

R507: è una miscela di R125 e R134a al 50% che però mantiene, con ottima approssimazione, la

costanza della temperatura durante il cambiamento di fase.

R404a: ha uno dei più elevati GWP (GWP=3,9) ma a pressioni relativamente alte evapora a

temperature molto basse; ad esempio, per pressioni di circa 0,8÷0,9 bar si hanno temperature di

evaporazione di -50°C, mentre per l’R134a (GWP=1,4) l’evaporazione avviene a -30°C.

R717: si tratta di ammoniaca. Occorre considerare che l’NH3 è classificato fluido tossico e nocivo e

che per il suo stoccaggio sono previste particolari prescrizioni di sicurezza.

Fluidi frigoriferi

6/42

R134a

Fluidi frigoriferi

GWP 1400

7/42

R407C

Fluidi frigoriferi

GWP 1600

8/42

R507

Fluidi frigoriferi

GWP 3985

9/42

R404A

Fluidi frigoriferi

GWP 3900

10/42

R717 (NH3) GWP 0

11/42

Fluidi frigoriferi

R717 (NH3)

12/42

Fluidi Frigoriferi


Agenda


Dimensionamento

13/42

Ciclo frigorifero - PFD

1→2: il fluido viene compresso dallo stato di vapore saturo secco allo stato di vapore

surriscaldato.

2→3: il vapore viene raffreddato fino a condensare.

3→4: il liquido saturo umido, raccolto in un recipiente, subisce una laminazione fino alla

pressione di evaporazione (si ottiene un fluido bifase).

4→1: il fluido, acquistando calore dall’ambiente da raffreddare, evapora.


14/42

Portata di fluido frigorifero: G

Potenza frigorifera agli evaporatori: QE = G H1 − H4

Potenza meccanica fornita dal compressore: P = G H2 − H1

Potenza dissipata al condensatore: QC = G H2 − H3

Vale la relazione: P + QE = QC

Nel punto (4), per ogni chilogrammo di fluido frigorifero si hanno x4 chilogrammi di vapore e 1–x4

chilogrammi di liquido, dove x4 è il titolo raggiunto dalla miscela dopo la laminazione.

x4 =H4−H4′

H1−H4′

kgv

kg→ la portata di liquido frigorifero è: G𝑙 = 1 − x4 G =

H1−H4

H1−H4′G kg𝑙

QE si può scrivere anche come: QE = G𝑙 H1 − H4′ = G𝑙 r = 1 − x4 G r

con r = calore di vaporizzazione

Si definisce effetto utile dell’impianto ηu =QE

P=

QE

QC−QE


15/42

Pensando, per semplicità, al ciclo ideale di Carnot si ha:

ηu =QE

P=

QE

QC − QE

Più la temperatura di evaporazione è elevata e maggiore è l’effetto utile del ciclo, tuttavia in un

ciclo frigorifero è necessaria una TE bassa per poter raffreddare l’ambiente desiderato.

Un altro modo per aumentare l’effetto utile è avere una piccola differenza di temperatura tra

condensazione ed evaporazione. TE è imposta dalle condizioni che si intendono realizzare nella

cella frigorifera (conservazione di frutta, surgelazione rapida, …). TC dipende dalla qualità della

sorgente fredda disponibile al condensatore: più bassa è la temperatura di tale sorgente è

maggiore sarà l’effetto utile del ciclo.

Se Te=-10°C e Tc=40°C, si ottiene (trasportando tutto in K):

ηu,Carnot =TE

TC − TE=

(−10 + 273,15)

(40 + 273,15) − (−10 + 273,15)≃ 5

→ ηu,Carnot =QE

P=

QE

QC−QE=

TE∆s

TC∆s−TE∆s=

TE

TC−TE

QE = TE ∆sQC = TC ∆𝑠


16/42

Impianto frigorifero a compressione semplice con separatore di liquido - P&I


LEGENDA:

Fd: filtro disidratatore

Fs: flussimetro

Lc: livellostato di massima

Lp : livellostato di minima

LI: Level Indicator

M: motore elettrico trifase

P: pompa

Pd: pressostato differenziale

Pm: pressostato di minima

PM: pressostato di massima

PI: Pressure Indicator

Ra: regolatrice portata d’acqua

RL: ricevitore di liquido

Si: sfiato incondensabili

So: separatore di olio

TI: Temperature Indicator

VI: valvola di intercettazione

VNR: valvola di non ritorno

VS: valvola di sicurezza

VSO: valvola a solenoide

17/42

M: Motore elettrico trifase

Pm, PM, Pd: pressostato (di massima, di minima e

differenziale)

VI: valvola di intercettazione

VNR: valvola di non ritorno

TI: termometro

PI (Pressure Indicator), solitamente manometri di

Bourdon con la scala di pressione e 2 o 3 scale di

temperatura riferite a diversi fluidi frigoriferi.

Una valvola di intercettazione ne permette la

manutenzione in caso di necessità.

So: separatore di olio

L’olio in sospensione viene catturato da una trappola

per gocce.

Una lamella impedisce che il flusso proveniente dal

compressore perturbi il pelo libero dell’olio.

Quando l’olio raccolto raggiunge un certo livello, un

galleggiante apre lo scarico e l’olio, alla pressione di

mandata del compressore, torna nel carter.


18/42

Pressostati

I pressostati garantiscono che il ciclo rimanga vicino al ciclo di

progetto e l’integrità dei componenti. Scattano solo in caso di

emergenza e sono a riarmo manuale.

Pressostato di massima PM

Il pressostato di massima impedisce di superare una

pressione troppo elevata fermando il motore elettrico al

superamento del set point. Il pressostato di massima scatta,

ad esempio, in caso di insufficiente raffreddamento al

condensatore.

Pressostato di minima Pm

Se la pressione minima scendesse sotto un certo valore, il volume specifico del fluido frigorifero

aumenterebbe e, a parità di portata volumetrica, i kg di fluido frigorifero circolanti sarebbero meno.

Il pressostato di minima scatta, ad esempio, quando il livellostato di massima non è intervenuto: ipotizziamo

che le utenze non richiedano potenza frigorifera e si accumuli liquido nel separatore. Il compressore

continua ad aspirare vapore e la pressione si abbassa perché il liquido non sta più evaporando. La

temperatura di evaporazione si abbassa progressivamente, allontanandosi dalla temperatura di progetto.


19/42

Pressostato differenziale Pd

La pompa di circolazione dell’olio (solitamente a ingranaggi) del compressore alternativo, fornisce

una prevalenza che dipende dalle resistenze del circuito e dalla densità del fluido. Se la pompa

aspira olio e gas, la densità del fluido elaborato è inferiore, la prevalenza fornita dalla pompa cala e il

pressostato differenziale lancia allarme.

La pressione all’interno del carter non è nota: sarà una pressione intermedia tra la pressione di

aspirazione e quella di mandata a seconda del grado dello stato delle tenute, del grado di usura,…

Pertanto non si misura la pressione data dalla prevalenza della pompa più la pressione ambiente,

poiché quest’ultima è sconosciuta. Si misura invece la differenza tra la pressione a valle della pompa

e la pressione nel carter.

Il pressostato differenziale serve per verificare che non manchi olio e dovendo intervenire solo in

caso di emergenza, il riarmo è manuale.

Alla partenza, con la pompa ferma, la pressione differenziale è zero è il motore non partirebbe. Si

utilizza quindi un pressostato differenziale collegato ad un relay ritardato.

La taratura del pressostato è molto delicata perché in caso di rilevamento di una differenza di

pressione troppo bassa, lo strumento deve distinguere se si stia lavorando con olio in temperatura

(meno viscoso) o si stia iniziando ad aspirare gas e quindi manchi il lubrificante.


20/42

Valvola di sicurezza

(se entra in funzione

determina la fuoriuscita

di freon in atmosfera)

Sfiato degli incondensabili

(ad esempio aria)

Ricevitore di liquido con

colonnina trasparente per

l’ispezione visiva del livello

Flussimetro per il controllo

dell’acqua al condensatore

Scarico

Sistema di regolazione della portata

d’acqua (realizzata tramite pressostato o

termostato, essendo pressione e

temperatura di condensazione legate tra

loro)

Condensatore

Indicatore di livello


21/42

La VSO è una valvola comandata elettricamente dalla centralina: l’eccitamento di una bobina, apre o

chiude l’otturatore.

La chiusura di questa valvola, isola la parte di circuito ad alta pressione (pressione di condensazione)

dalla parte di circuito a bassa pressione (pressione di evaporazione).

In assenza della VSO, quando il compressore si ferma, la pressione della parte di circuito a più alta

pressione si scaricherebbe attraverso il gruppo di laminazione.

È bene che la VSO sia una valvola normalmente chiusa, in maniera tale che in assenza di

alimentazione (e quindi a compressore fermo) la valvola sia chiusa.

La VSO va posta prima della VL perché dopo la laminazione ci si trova a lavorare a basse

temperature (es: -10°C). Se la VSO si trovasse in tali condizioni, la condensazione di vapor d’acqua

intorno alla valvola e successiva formazione di ghiaccio, ne comprometterebbe l’uso.

Laminazione

Il gruppo di laminazione è formato da valvole di intercettazione

VI11 e VI12, valvola a solenoide VSO, valvola di laminazione VL

e ramo di bypass con valvola di laminazione VL’.


22/42

Separatore di liquido

Dopo la laminazione, il fluido frigorifero arriva al separatore di

liquido. Da qui, il liquido va agli evaporatori spinto da una

pompa di circolazione, mentre il vapore va al collettore di

aspirazione del compressore.

Sono presenti due controlli di livello.

1) È necessario garantire un livello minimo per evitare problemi

di cavitazione alla pompa. Poiché il liquido nel separatore di

liquido è in condizioni sature è necessario garantire alla pompa

un battente h che determina una sovrapressione ρgh tale da

impedire al fluido di bollire.

2) Se l’utenza non necessita di potenza frigorifera, il liquido

non evapora e il livello nel separatore di liquido sale. Un

controllo di livello massimo agisce sul motore elettrico

facendolo fermare.

Nel separatore di liquido si hanno condizioni di saturazione ma le perdite di carico sulla linea di

aspirazione del compressore fanno sì che non entrino goccioline di liquido nel compressore.


23/42

Sistema di immissione e reintegro del fluido frigorifero

Qualora necessario, il freon viene reintegrato collegando la

bombola di freon ad un raccordo di innesto e agendo su un

gruppo di valvole ermetiche.

Per poter introdurre la prima carica di fluido frigorifero, occorre

realizzare il vuoto per impedire all’aria di mescolarsi con il fluido

frigorifero.

In fase di carica, una volta realizzato il vuoto, viene collegata la bombola di freon al raccordo di

innesto e attraverso le valvole VI8 e VI9 aperte, ed il filtro disidratatore Fd, si riempie il circuito.

VI7 e VI10 restano chiuse. Il compressore viene fatto funzionare e nel ricevitore di liquido del

condensatore e nel separatore di liquido dell’evaporatore si inizia a raccogliere del liquido.

Arrivati alla carica giusta si chiudono tutte le valvole e si scollega la bombola.

Se necessario svuotare il circuito per motivi di manutenzione, si collega una bombola vuota e, a

compressore acceso, si svuota l’impianto tramite le valvole VI10 e VI9.


24/42

Evaporatori

Sulla linea dell’evaporatore troviamo valvole di intercettazione, filtro, valvola di drenaggio dell’olio, valvola

termostatica, valvola di bilanciamento necessaria per bilanciare il carico idraulico delle varie celle (possono

essere numerose e differentemente distanti dalla centrale frigorifera).

Lo sbrinatore temporizzato, rilascia un getto d’acqua per sciogliere il ghiaccio formatosi (che agirebbe da

isolante sull’evaporatore).

Per garantire una buona distribuzione del freddo prodotto, si utilizzano ventilatori.

Nella architettura a), quando l’impianto frigorifero è fermo, il serpentino è allagato di liquido che continua ad

evaporare sottraendo calore alla cella. Nell’architettura b) a impianto fermo, per gravità il liquido cade e

viene richiamato al separatore.


25/42

Impianto frigorifero con scambiatore surriscaldatore

a) Impianto munito di aerorefrigeranti

b) Raffreddamento di acqua con scambiatori a fascio tubiero (water-chiller)


26/42

L’impianto con separatore di liquido non sempre può risultare economicamente giustificabile. In alternativa

ad esso si può utilizzare un impianto con generatore di vapore ad attraversamento e non più a circolazione.

Per garantire che il compressore non aspiri liquido si utilizza uno scambiatore intermedio che surriscaldare il

vapore diretto al compressore, e sottoraffredda il liquido da laminare.

Cos’ facendo inoltre, si ottiene più liquido a seguito della laminazione del fluido frigorifero, ma aumenta il

lavoro che il compressore deve compiere, dovendo comprimere un vapore surriscaldato.


27/42

Fluidi Frigoriferi


Agenda


Dimensionamento

28/42

Impianto frigorifero con compressione multipla

Per raggiungere temperature di evaporazione molto basse si utilizzano impianti con

compressione multipla e il condensatore del circuito del circuito di bassa pressione è

l’evaporatore del circuito di alta pressione. La sorgente fredda del condensatore proviene cioè

da un altro circuito frigorifero, permettendo di abbassare la temperatura di evaporazione in cella

senza avere effetti utili non giustificabili economicamente.


29/42

Il vapore all’uscita dal separatore S è saturo secco alla pressione di

evaporazione pv, rappresentato dal punto 1.

Seguendo l’isoentropica s1 fino all’intersezione con la pressione

intermedia pi, si ottiene il punto di fine compressione ideale ത2. In

realtà il punto reale 2 all’uscita del compressore di bassa pressione

si troverà spostato sulla destra.

Uscito dal compressore di bassa il fluido viene raffreddato nello

scambiatore intermedio. Da questo esce vapore saturo alla

pressione intermedia, rappresentato dal punto 3. Ha inizio la fase di

compressione fino al punto 4 alla pressione di condensazione pc.

Il vapore va al condensatore, dove cede calore e condensa fino al

punto 5. Subisce quindi una laminazione fino al punto 6 alla

pressione pi.

Dalla parte inferiore del separatore intermedio viene estratto liquido

allo stato 7; questo viene laminato fino a pv (stato 8) e raccolto in

un separatore di liquido. Il liquido allo stato 9 alimenta gli

evaporatori delle celle frigorifere.


Generalmente, la pressione intermedia viene calcolata come media geometrica della pressione di

evaporazione del circuito di bassa pressione e della pressione di condensazione del circuito di alta

pressione, poiché a questa corrisponde il minimo lavoro di compressione:

pi = pc ∙ pv (Es: pi = pc ∙ pv = 15 ∙ 0,5 = 2,7 bar)

30/42

La potenza termica sottratta alle celle frigorifere dagli evaporatori è:

QV = Gb H1 − H8 η = Gv H1′ − H9 η

Gb=portata nel circuito di bassa

Gv=portata circolante negli evaporatori

Sono note la potenza Q (dato di progetto), l’entalpia H1 (vapore saturo

secco alla pressione pv), l’entalpia H8 (H8= H7), dove 7 identifica liquido

saturo umido alla pressione pi). La portata Gb è quindi determinata.

Scrivendo un bilancio termico al separatore intermedio, si ottiene la

portata del circuito di alta Ga:

Gb H2 − H7 = Ga H3 − H6

Il secondo membro rappresenta la potenza termica che il circuito di

alta deve asportare dal circuito di bassa. Si ricava quindi Ga.

Il condensatore del circuito di alta dovrà asportare una potenza

termica pari a:

QC = Ga H4 − H5


31/42

La valvola di laminazione non lavora in maniera soddisfacente quando deve provocare cadute

di pressione modeste con elevate portate. Ad esempio se pc=20bar, pi=4bar e pV=0,8bar, a

parità di rapporto tra le pressioni, la valvola di laminazione del circuito di bassa deve realizzare

una caduta di pressione più piccola rispetto alla valvola di laminazione del circuito di alta.

Si adotta allora lo schema riportato in figura.

Architettura con portata laminata frazionata


32/42

Solo la portata Ga–Gb viene laminata nel circuito di alta pressione. La

portata Gb attraversa uno scambiatore a superficie interno al

separatore intermedio, si sottoraffredda e arriva alla valvola

laminatrice del circuito di bassa. In tal modo la valvola laminatrice

lavora provocando una caduta di pressione maggiore.

Si scrivono le relazioni:

QV = Gb H1 − H7 η

Gb H2 − H3 + Gb H5 − H7 = Ga − Gb H3 − H6

Si ottiene: Gb H2 − H7 = Ga H3 − H5

Il punto di fine compressione 2 è noto (tecnologicamente è noto a

che pressione si vuole arrivare);

H7 viene determinato in funzione della potenza scambiata nello

scambiatore a superficie e del salto minimo di temperatura (t5’ – t6’)

tra la portata di liquido sottoraffreddato che abbandona lo

scambiatore intermedio e il liquido in esso contenuto.

H3 è l’entalpia del vapore saturo secco alla pressione pi.

H5 è l’entalpia del liquido saturo umido alla pressione pC.


Si ricava Ga è nota la portata Ga–Gb da laminare direttamente nel circuito di alta pressione.

33/42

Architettura a due livelli di vaporizzazione

Molti impianti debbono operare con celle in condizioni nettamente diverse. Si potrà soddisfare l’utenza a

temperatura più bassa (es: prodotti surgelati) vaporizzando il fluido frigorifero alla pressione pv e l’utenza a

più alta temperatura (es: conservazione frutta) vaporizzando il fluido ad una pressione maggiore pi.

Lo scambiatore intermedio presenta un proprio circuito di vaporizzazione per raffreddare l’utenza a più alta

temperatura.

Per il calcolo delle portate si utilizzano i bilanci:

Q′ = Gb H1 − H7 η′

𝑄

η+ Gb H2 − H7 = Ga H3 − H6


34/42

Fluidi Frigoriferi


Agenda


Dimensionamento

35/42

1) Necessità del committente

Occorre conoscere la potenza frigorifera richiesta e la temperatura da raggiungere in cella (surgelamento o

conservazione, condizionamento?).

Note le esigenze dell’utenza, è nota la temperatura di evaporazione e, individuato il fluido frigorifero da

utilizzare, è nota la pressione di evaporazione.

2) Fonte fredda

Occorre individuare la sorgente fredda disponibile al servizio del condensatore: potrebbe trattarsi di aria a

40°C, ovvero acqua proveniente da una torre di raffreddamento (a 30°C) o di acqua proveniente da falda

(15°C).

Sono quindi note temperatura e pressione di condensazione del fluido frigorifero.

3) Compressione

Bisogna scegliere che tipi di compressore utilizzare: per impianti di grande potenza con rapporti di

compressione anche elevati posso pensare di utilizzare compressori a vite dato che elaborano portate

elevate e realizzano trasformazioni più efficienti grazie alla lubrificazione in linea. I compressori alternativi

rivestono comunque una notevole importanza.

4) Eseguire bilanci per calcolare la portata di fluido frigorifero da comprimere e la portata di liquido

frigorifero da far circolare agli evaporatori.

5) Calcolare le potenze effettive e l’effetto utile tenendo conto della presenza di ausiliari e dei rendimenti

effettivi dei componenti.

Dimensionamento

36/42

Calcolo della potenza necessaria ad un magazzino frigorifero

La potenza frigorifera necessaria a portare la cella in temperatura, dipende dal prodotto

stoccato.

La frutta, ad esempio, si raccoglie nei mesi estivi prima che si abbiano temperature troppo alte.

Quando la derrata viene inserita all’interno della cella, si trova a 30°C di temperatura.

Occorre conoscere le portate di punta (tonnellate/ora) da stoccare che devono passare da 30°C

a 5°C.

Le derrate devono arrivare in temperatura in tempi brevi (3–5 ore) per bloccare immediatamente

la maturazione.

È inoltre necessaria una adeguata ventilazione del magazzino per permettere all’aria

raffreddata di lambire tutte le derrate accatastate. Occorre quindi scegliere evaporatori con

opportune ventole di circolazione.

Note le condizioni interne di progetto (es: umidità 85%, temperatura minima=0°C), si identifica

l’orientamento geografico del magazzino, si identificano le varie tipologie di pareti, soffitto e

pavimento e si effettua il calcolo delle dispersioni del magazzino.

Dimensionamento

37/42

Planimetria del magazzino

Dimensionamento

N° celle frigorifere = 12

Altezza cella = 6 m

Dimensioni cella in pianta = 15x10 m

Volume cella = 15x10x6=900 m3

Larghezza corridoi di servizio = 6 m

Temperatura cella = 0°C

Temperatura sala lavorazione e

corridoi = 30°C

Temperatura media esterna = 35°C

38/42

Dimensionamento

PARETI CONSIDERATE A B C D E F Soffitto Pavimento

Superficie [m2] 60 90 60 90 90 60 150 150

Esposizione Nord OvestInterna su

corridoio

Interna su

cella

Interna su

sala lavoraz.Sud - -

Δt [°C] 35 35 30 25 30 35 35 12

Maggiorazione Δt [°C] 0 3 - - - 2 8 -

Δt totale [°C] 35 38 30 25 30 37 43 12

Conduttività termica λ [W/(mK)] 0.024 0.024 0.024 0.024 0.024 0.024 0.024 0,0349

Spessore di tentativo [mm] 77 83,6 66 55 66 81,4 94,6 -

Spessore commerciale scelto [mm] 80 80 65 50 65 80 100 60

Coefficiente di scambio esterno αe

[W/(m2K)]23,26 23,26 8,14 8,14 8,14 23,26 23,26 8,14

Coefficiente di scambio effettivo K

[W/(m2K)]0,304 0,304 0,359 0,455 0,359 0,304 0,245 0,508

Q effettivo [W] 638 1038 647 1023 970 674 1583 915

39/42

Un ulteriore elemento da considerare è la presenza di operatori e carrelli elevatori: un muletto in

fase di sollevamento introduce all’interno della cella una potenza di 30 kW. Occorre conoscere

le ore di manovra previste per la cella frigorifera.

È da considerare anche la potenza introdotta dall’illuminazione, e dai ventilatori per la

distribuzione dell’aria.

Si noti che un ventilatore da 1 kW di potenza e rendimento 0,7 introduce all’interno della cella

l’intero kW di potenza sviluppata (non solo gli 0,3 kW dovuti alle dispersioni).

Dimensionamento

40/42

Bilanci

Detta q la quantità di calore, per kg di fluido elaborato dal

compressore, ceduta dal compressore in conseguenza del

raffreddamento ad acqua, con il raffreddamento dell’olio e con le

dispersioni, trascurando variazioni di quota e di energia cinetica, la

potenza assorbita dal compressore vale:

P = G H2 − H1 + Gq

Dimensionamento

Indicando con g la portata di acqua di raffreddamento, con ti e ts le temperature di ingresso e scarico della

stessa, con a il coefficiente che tiene conto dei contributi al raffreddamento delle dispersioni e del

raffreddamento dell’olio, si può porre:

Gq = g c𝑙 ts − ti 1 + a

La potenza assorbita dal compressore vale: P = G H2 − H1 + g c𝑙 ts − ti 1 + a

La potenza assorbita dal motore elettrico è maggiore a causa delle perdite elettriche e meccaniche dello

stesso, sicché la potenza assorbita dalla rete è espressa da:

Pe =3VI

1000cosφ =

1

ηeG H2 − H1 + g c𝑙 ts − ti 1 + a [kW]

Qualora i dati sul raffreddamento del compressore non fossero disponibili si può fare riferimento ad un

rendimento globale del compressore:

Pe =G H2 − H1

ηc ηe[kW]

41/42

La quantità di calore sottratta dal fluido frigorifero nel

circuito di evaporazione vale:

Q = G H1 − H3 η

η tiene conto della quantità di calore che proviene

dall’ambiente estero direttamente al circuito di

vaporizzazione.

Indicando con Ga la portata di acqua da inviare al condensatore, con te e tu le temperature dell’acqua

all’entrata e all’uscita del condensatore, si può porre:

Gac𝑙 tu − te = G H2 − H3

L’effetto utile ideale del ciclo vale: ηu =H1−H4

Hഥ2 −H1

Tenendo conto della potenza introdotta all’interno della cella da ventilatori, carrelli elevatori, operatori e

ausiliari in generale, l’effetto utile reale diviene:

ηu,r =G H1 − H4 − Paus

Pe + Paus

Dimensionamento

Modulo 4

Impianti frigoriferi

Prof. Ing. Cesare Saccani

Prof. Ing. Augusto Bianchini

Dott. Ing. Marco Pellegrini

Dott. Ing. Michele Gambuti

Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna

Corso di Impianti Meccanici – Laurea Triennale

Modulo 4 Impianti frigoriferi - diem.ing.unibo.it Meccanici... · 4→1: il fluido, acquistando...

Documents

Transcript of Modulo 4 Impianti frigoriferi - diem.ing.unibo.it Meccanici... · 4→1: il fluido, acquistando...