4. Impianti frigoriferi

Corso di Impianti Meccanici – Laurea Triennale
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
Agenda
Fluidi Frigoriferi
Impianto frigorifero a compressione
Impianto frigorifero a compressione multipla
Dimensionamento
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Fluidi frigoriferi
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)
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Fluidi frigoriferi
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Fluidi frigoriferi
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.
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Fluidi frigoriferi
R134a
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Fluidi frigoriferi
R407C
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Fluidi frigoriferi
R507
8/42
Fluidi frigoriferi
R404A
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R717 (NH3)
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Fluidi frigoriferi
R717 (NH3)
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Agenda
Fluidi Frigoriferi
Impianto frigorifero a compressione
Impianto frigorifero a compressione multipla
Dimensionamento
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
Portata di fluido frigorifero: G
Potenza frigorifera agli evaporatori: Q E = G H1 − H4
Potenza meccanica fornita dal compressore: P = G H2 − H1
Potenza dissipata al condensatore: Q C = G H2 − H3
Vale la relazione: P + Q E = Q C
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.
H4 −H4′
x4 = H
1 −H4′
kgv
kg
→
la portata di liquido frigorifero è:
H −H
G𝑙 = 1 − x4 G = H 1−H 4 G kg 𝑙
1
4′
Q E si può scrivere anche come: Q E = G𝑙 H1 − H4′ = G𝑙 r = 1 − x4 G r
con r = calore di vaporizzazione
Si definisce effetto utile dell’impianto ηu =
QE
P
QE
C −QE
=Q
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Impianto frigorifero a compressione
Pensando, per semplicità, al ciclo ideale di Carnot si ha:
QE
QE
ηu =
=
P
QC − QE
Q E = TE ∆s
→
Q C = TC ∆𝑠
ηu,Carnot =
QE
P
QE
C −QE
=Q
TE ∆s
C ∆s−TE ∆s
=T
TE
C −TE
=T
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
(−10 + 273,15)
=
≃5
TC − TE (40 + 273,15) − (−10 + 273,15)
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Impianto frigorifero a compressione
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
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
Condensatore
Valvola di sicurezza
(se entra in funzione
determina la fuoriuscita
di freon in atmosfera)
Sfiato degli incondensabili
(ad esempio aria)
Sistema di regolazione della portata
d’acqua (realizzata tramite pressostato o
termostato, essendo pressione e
temperatura di condensazione legate tra
loro)
Flussimetro per il controllo
dell’acqua al condensatore
Ricevitore di liquido con
colonnina trasparente per
l’ispezione visiva del livello
Scarico
Indicatore di livello
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Impianto frigorifero a compressione
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’.
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.
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Impianto frigorifero a compressione
Impianto frigorifero con scambiatore surriscaldatore
a) Impianto munito di aerorefrigeranti
b) Raffreddamento di acqua con scambiatori a fascio tubiero (water-chiller)
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Impianto frigorifero a compressione
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.
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Agenda
Fluidi Frigoriferi
Impianto frigorifero a compressione
Impianto frigorifero a compressione multipla
Dimensionamento
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Impianto frigorifero a compressione multipla
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.
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Impianto frigorifero a compressione multipla
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 2. 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 ∙ p v
(Es: pi = pc ∙ pv =
15 ∙ 0,5 = 2,7 bar)
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Impianto frigorifero a compressione multipla
La potenza termica sottratta alle celle frigorifere dagli evaporatori è:
Q V = 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:
Q C = Ga H4 − H5
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Impianto frigorifero a compressione multipla
Architettura con portata laminata frazionata
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.
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Impianto frigorifero a compressione multipla
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:
Q V = 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.
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Impianto frigorifero a compressione multipla
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
+ Gb H2 − H7 = Ga H3 − H6
η
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Agenda
Fluidi Frigoriferi
Impianto frigorifero a compressione
Impianto frigorifero a compressione multipla
Dimensionamento
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Dimensionamento
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 35°C) o di acqua proveniente da falda
(20°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.
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Dimensionamento
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.
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Dimensionamento
Planimetria del magazzino
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
corridoi = 30°C
lavorazione
e
Temperatura media esterna = 35°C
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Dimensionamento
PARETI CONSIDERATE
A
B
C
D
E
F
Soffitto
Pavimento
Superficie [m2]
60
90
60
90
90
60
150
150
Nord
Ovest
Interna 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
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
638
1038
647
1023
970
674
1583
915
Esposizione
Conduttività termica λ [W/(mK)]
Q effettivo [W]
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Dimensionamento
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).
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Dimensionamento
Bilanci
Detta q la quantità di calore 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
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 t s − t i 1 + a
La potenza assorbita dal compressore vale:
P = G H2 − H1 + g c𝑙 t s − t i 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
1
cos φ =
G H2 − H1 + g c𝑙 t s − t i 1 + a
1000
ηe
[kW]
Qualora i dati sul raffreddamento del compressore non fossero esaurienti si può fare riferimento ad un
rendimento globale del compressore:
G H2 − H1
Pe =
[kW]
ηc ηe
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Dimensionamento
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:
Ga c𝑙 t u − t e = G H2 − H3
L’effetto utile ideale del ciclo vale: ηu =
H1 −H4
H2 −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
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Corso di Impianti Meccanici – Laurea Triennale
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