Come scegliere il giusto chiller industriale

Tra i motivi più pressanti per l'installazione di un chiller, è la riduzione al minimo dei tempi di fermo macchina grazie alla protezione continua che fornisce rimuovendo il calore che si forma durante il processo e che potrebbe, se eccessivo e incontrollato, danneggiare le da apparecchiature. Allo stesso tempo, un chiller, ricircolando l’acqua di processo, consente importanti rispetto all’utilizzo dell’acqua di rete o di pozzo per il raffreddamento. L’utilizzo di acqua a perdere per il reffreddamento è di anno in anno sempre più costoso e ambientalmente insostenibile, soprattutto se le apparecchiature di processo sono in funzione per diversi turni al giorno.

Quando si indicano le specifiche per l'installazione di un chiller, una conoscenza pratica dei fattori di prestazione del chiller è fondamentale per ottenere il corretto montaggio del prodotto. I fattori da determinare sono: il tipo di fluido di processo che verrà utilizzato, la temperatura di raffreddamento del processo, i requisiti di flusso e pressione, l'ambiente operativo, la temperatura ambiente, le dimensioni del chiller necessarie e i vincoli spaziali della sua posizione.

I principali fattori da tenere in considerazione in relazione ai fluidi di raffreddamento appropriati per un processo sono le loro caratteristiche prestazionali e la loro compatibilità con le apparecchiature. Le prestazioni di un fluido di raffreddamento si basano sulle sue proprietà a una data temperatura. I parametri rilevanti sono calore specifico, viscosità e punti di congelamento/ebollizione. Esiste una relazione diretta tra il calore specifico e la capacità di raffreddamento. Per mantenere l'integrità del sistema e prolungare le prestazioni ottimali, è consigliabile miscelare una percentuale di glicole etilenico o propilenico con acqua (generalmente tra il 10 e il 50%) quando sono richieste temperature del punto di regolazione basse o alte. In termini di compatibilità, la possibilità di corrosione e la degradazione precoce delle guarnizioni sono comuni fattori di guasto per sistemi di dimensioni errate. Ecco perché i materiali di costruzione e la natura dei fluidi devono essere una considerazione importante e perché è consigliabile includere un inibitore di corrosione nel liquido di raffreddamento. Tuttavia, nei più recenti sviluppi della tecnologia dei chiller, il serbatoio di stoccaggio e i componenti idraulici delle pompe centrifughe sono realizzati in acciaio inossidabile per prevenire la contaminazione dell'acqua di processo con particelle di ruggine, oltre a fornire livelli più elevati di affidabilità e controllo della temperatura. Allo stesso modo, i condensatori a microcanale all'avanguardia interamente in alluminio sono progettati per garantire una lunga durata senza corrosione e richiedono il 30% di carica di refrigerante in meno rispetto ad altri tipi di scambiatori di calore.

La temperatura impostata influisce sulla capacità di raffreddamento di un chiller. Diminuendo la temperatura si aumenta il carico sul sistema di refrigerazione e viceversa per aumentarla. Esiste una relazione diretta tra la temperatura alla quale è stato impostato il chiller e la sua capacità di raffreddamento totale. Pertanto, è importante esaminare i dati sulle prestazioni del chiller pubblicati per verificare che siano rilevanti per l'installazione proposta. Allo stesso tempo, se il chiller è destinato a un sito esposto, è altrettanto importante stabilire il livello di protezione antigelo richiesto, ovvero la temperatura più bassa del fluido in uscita del chiller durante il funzionamento.

Sebbene la durata della pompa sia una considerazione primaria nella configurazione di un sistema di raffreddamento industriale, la perdita di pressione nel sistema e la portata necessaria devono essere determinate in base alle dimensioni e alle prestazioni della pompa.
Pressione: una pompa sottodimensionata rispetto alla pressione richiesta, fa circolare una portata ridotta attraverso l'intero circuito di raffreddamento. Se il chiller è dotato di bypass, parte della portata verrà deviata sul chiller senza passare per il circuito e quindi senza produrre raffreddamento. Se non è presente alcuna bypass, la pompa tenterà di fornire la pressione necessaria con il rischio di funzionare a quella che viene definita "dead-head pressure" (pressione a vuoto o limite). Quando si verifica questo stato, la vita utile della pompa può essere drasticamente ridotta: il liquido nella pompa diventa caldo, vaporizzando e interrompendo la capacità della pompa di raffreddarsi, con conseguente usura eccessiva di cuscinetti, guarnizioni e giranti. Per determinare la perdita di pressione in un sistema è necessario disporre dei manometri in corrispondenza dell'ingresso e dell'uscita del processo, quindi verificare sulla curva della pompa la portata corrispondente a quella differenza di pressione e che questa sia sufficiente per il processo che si va a raffreddare.
Portata: un flusso inadeguato attraverso il processo produce un trasferimento di calore inadeguato, pertanto il flusso non elimina il calore necessario per un funzionamento sicuro del processo. Quando la temperatura del fluido supera il punto di regolazione, anche le temperature di superficie/componente continuano ad aumentare fino a quando non viene raggiunta una temperatura stabile superiore al punto di regolazione iniziale. La maggior parte dei sistemi di raffreddamento specifica i requisiti di pressione e flusso. Quando si specifica la rimozione del carico termico necessaria come parte del progetto, è importante tenere conto di tutti i tubi flessibili, i raccordi, i collegamenti e le modifiche di elevazione integrate nel sistema. Queste caratteristiche ausiliarie possono aumentare significativamente il fabbisogno di pressione se non sono dimensionate in modo appropriato.

Temperatura ambiente: come già accennato, la capacità di un chiller raffreddato ad aria di dissipare il calore è influenzata dalla temperatura ambiente. Questo perché il sistema di refrigerazione utilizza il gradiente di temperatura aria/refrigerante ambiente per indurre il trasferimento di calore per il processo di condensazione. Un aumento della temperatura dell'aria ambiente riduce il differenziale di temperatura (ΔT) e, di conseguenza, riduce il trasferimento di calore totale.
Vincoli spaziali: al fine di mantenere la corretta temperatura dell'aria ambiente, è importante fornire uno spazio adeguato per la circolazione dell'aria intorno al chiller. Senza un flusso d'aria adeguato, il ricircolo di un volume di aria inadeguato lo riscalda rapidamente. Ciò influisce sulle prestazioni del chiller e può compremettere anche la durata di vita del chiller.

La scelta di un chiller dalle dimensioni corrette è una decisione cruciale. Un chiller sottodimensionato è sempre un problema: non è mai in grado di raffreddare correttamente l'apparecchiatura di processo e la temperatura dell'acqua di processo non è stabile. Al contrario, un chiller sovradimensionato non sarà mai in grado di funzionare al livello più efficiente e si dimostrerà più costoso da utilizzare. Per determinare le dimensioni corrette dell'unità per l'applicazione è necessario conoscere la velocità di flusso e l'energia termica che l'apparecchiatura di processo sta aggiungendo al mezzo di raffreddamento, ovvero la variazione di temperatura tra l'acqua di ingresso e quella di uscita, espressa come ∆T. La formula ai fini del calcolo è: energia termica al secondo (o più comunemente nota come potenza) = portata massa × capacità termica specifica × variazione della temperatura (∆T). La capacità termica specifica dell'acqua è espressa nominalmente come 4,2 kJ / kg K ma se contiene una percentuale di additivi di glicole, il valore viene aumentato a 4,8 kJ / kg K. Nota: 1 K = 1 °C e la densità dell'acqua è 1, cioè 1 l di volume dell'acqua = 1 kg di massa d'acqua. Di seguito è riportato un esempio dell'applicazione della formula per determinare il chiller con dimensioni in kW corrette per gestire una portata d'acqua di 2,36 l/s (8,5 m3/h) con una variazione di temperatura di 5 °C: energia termica al secondo (kJ/s o kW) = 2,36 l/s (portata) X 5 °C (∆T) X 4,2 kJ / kg K (capacità termica specifica dell'acqua pura). Dimensioni del chiller richieste = 49,6 kW. In alternativa, il carico termico da raffreddare può essere già noto, nel qual caso la formula può essere riorganizzata per determinare la differenza di temperatura (∆T) che può essere raggiunta con portate diverse (ottenibile con pompe di dimensioni diverse). Possono esservi altre circostanze che possono influenzare la scelta delle dimensioni. La pianificazione per l'espansione futura dell'impianto, l'esposizione a temperature ambiente elevate o ad altitudini elevate potrebbe portare a specificare dimensioni diverse dell'unità.

Nella più recente generazione avanzata di chiller industriali, la facilità di manutenzione, la sicurezza operativa, il controllo intelligente e la connettività sono caratteristiche di progettazione preminenti. Ad esempio, sono costruiti con cappottature insonorizzate con grado di protezione IP54 che consentono ai chiller di funzionare all'interno o all'esterno, anche a temperature ambiente fino a -45 °C. Sono progettati specificamente per consentire un facile accesso ai componenti installati: i sistemi di refrigerazione nella parte anteriore e l'assieme di circolazione dell'acqua di raffreddamento nella parte posteriore. Gli ampi sportelli della cappottatura e il layout intelligente riducono i tempi di manutenzione e consentono una facile ispezione per evitare guasti. I nuovi modelli innovativi presenti sul mercato sono dotati di un'ampia gamma di dispositivi di sicurezza, quali interruttori di flusso e di livello, sonde termiche, sonde di pressione, riscaldamento del basamento e filtri a rete che consentono al chiller di funzionare in modo sicuro. Inoltre, un sistema di refrigerazione completamente sigillato impedisce la fuoriuscita di gas refrigerante e non richiede alcuna manutenzione. Le normative FGAS del Regno Unito richiedono un'ispezione annuale, mentre sui sistemi di refrigerazione più grandi, ogni due anni da parte di un tecnico FGA certificato. La fornitura di un relè di sequenza di fase garantisce l'assenza di rischi di danni al compressore in caso di cablaggio errato. In questi nuovi design, un controller touch screen funziona con algoritmi a basso consumo energetico, combina tutti i sensori del chiller in un unico sistema e genera avvisi tempestivi in caso di scostamento dai parametri di funzionamento. La connettività completa è garantita dalla funzionalità di monitoraggio remoto intelligente integrata su chiller con dimensioni di 11 kW e superiori. Ciò fornisce i dati macchina dell'utente, in tempo reale, in un formato chiaro per garantire la massima efficienza.