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Raffreddamento: confronto fra i compressori raffreddati ad acqua e quelli raffreddati ad aria

Dimensioning Compressor Installations Compressed Air Wiki Compressors

Proprio come nel caso dei computer, esistono vari modi per raffreddare un compressore. Occorre anzitutto scegliere fra un compressore raffreddato ad aria o uno raffreddato ad acqua. Se si sceglie il secondo, è bene sapere che vi sono tre metodi di raffreddamento ad acqua. Esaminiamo le diverse opzioni di raffreddamento per determinare quella che è opportuno adottare nella rete dell'aria compressa in questione.

I diversi metodi di raffreddamento ad acqua di un'installazione di compressori

raffreddamento di un'installazione di compressori

Quanto più l'aria compressa viene raffreddata all'interno dell'intercooler e del refrigeratore finale di un compressore, tanto maggiore è l'efficienza del medesimo e tanto più vapore acqueo si condensa. Un'installazione con compressori raffreddati ad acqua pone requisiti modesti sul sistema di ventilazione della sala compressori, in quanto l'acqua di raffreddamento contiene, sotto forma di calore, circa il 90% dell'energia assorbita dai motori elettrici. I sistemi di raffreddamento ad acqua dei compressori possono essere basati sui seguenti tre principi fondamentali:

  • Sistemi aperti senza circolazione di acqua (collegato a un'alimentazione esterna dell'acqua) 
  • Sistemi aperti con circolazione di acqua (torre di raffreddamento) 
  • Sistemi chiusi con circolazione di acqua (comprendenti un radiatore / scambiatore di calore esterno)

Sistema aperto senza circolazione di acqua

In un sistema aperto senza circolazione di acqua, quest'ultima viene fornita da una fonte esterna, come una rete idrica urbana, un lago, un fiume o un pozzo, e dopo il passaggio attraverso il compressore viene scaricata come acqua reflua. Il sistema deve essere controllato mediante un termostato, per mantenere la temperatura desiderata dell'aria e regolare il consumo di acqua.

Un sistema aperto è in genere economico e facile da installare, ma costoso a livello di spese di esercizio, specialmente se l'acqua di raffreddamento proviene da una rete idrica municipale. L'acqua di laghi o fiumi è di solito gratuita, ma deve essere filtrata e depurata per limitare il rischio di intasamento del sistema di raffreddamento. L'acqua ricca di calcare può inoltre dare origine a incrostazioni da caldaia all'interno dei refrigeratori, causando un graduale deterioramento del raffreddamento. Lo stesso vale per l'acqua salata, che può tuttavia essere utilizzata se il sistema è progettato correttamente e dimensionato di conseguenza.

Sistema aperto con circolazione di acqua

In un sistema aperto con circolazione dell'acqua, l'acqua di raffreddamento dal compressore viene nuovamente raffreddata in una torre di raffreddamento aperta facendola gocciolare per caduta in una camera attraverso la quale viene soffiata l'aria. In tali condizioni parte dell'acqua evapora e quella rimanente viene raffreddata fino a 2 °C al di sotto della temperatura ambiente (tale valore può variare a seconda della temperatura e dell'umidità relativa).

I sistemi aperti con circolazione dell'acqua trovano impiego principalmente quando la disponibilità di acqua proveniente da una sorgente esterna è limitata. Lo svantaggio di questo sistema consiste nel fatto che l'acqua viene gradualmente contaminata dall'aria circostante. Il sistema richiede inoltre una costante diluizione con acqua esterna a causa dell'evaporazione. Sulle superfici metalliche calde si depositano sali solubili che riducono la capacità di trasferimento termico della torre di raffreddamento. L'acqua deve essere sottoposta con regolarità ad analisi e trattamenti con sostanze chimiche per evitare la crescita di alghe al suo interno. Durante l'inverno, quando il compressore non è in funzione, occorre svuotare la torre di raffreddamento o riscaldare l'acqua per evitarne il congelamento.

Sistema chiuso con circolazione di acqua

In un sistema di raffreddamento chiuso, la stessa acqua circola continuamente fra il compressore e qualche forma di scambiatore di calore esterno, a sua volta raffreddato per mezzo di un circuito dell'acqua esterno o mediante l'aria circostante. Quando l'acqua viene raffreddata tramite un altro circuito dell'acqua, si utilizza uno scambiatore di calore a piastre piane. Quando l'acqua viene raffreddata servendosi dell'aria circostante, si utilizza una matrice di raffreddamento formata da tubi e alette di raffreddamento. L'aria circostante viene fatta circolare in modo forzato attraverso i tubi e le alette mediante una o più ventole. Questo metodo è adatto se la disponibilità di acqua di raffreddamento è limitata.

I circuiti aperti o chiusi hanno una capacità di raffreddamento paragonabile, nel senso che l'acqua del compressore viene raffreddata fino a una temperatura superiore di 5 °C rispetto a quella del refrigerante. Se l'acqua di raffreddamento viene raffreddata dall'aria circostante, è richiesta l'aggiunta di un antigelo (ad esempio glicole). Gli impianti dell'acqua di raffreddamento chiusi sono riempiti con acqua pura addolcita.

Quando viene aggiunto il glicole, occorre ricalcolare il flusso d'acqua del sistema di compressione, in quanto il tipo e la concentrazione del glicole influiscono sulla capacità termica e sulla viscosità dell'acqua. È inoltre importante che l'intero sistema venga pulito a fondo prima di essere riempito per la prima volta. Un impianto dell'acqua chiuso realizzato correttamente richiede una supervisione molto limitata e presenta bassi costi di manutenzione. Per le installazioni in cui l'acqua di raffreddamento disponibile è potenzialmente corrosiva, il progetto del refrigeratore deve basarsi su un materiale resistente alla corrosione, come l'Incoloy.

Compressori raffreddati ad aria

La maggior parte degli attuali gruppi compressore sono disponibili anche in una versione raffreddata ad aria, in cui la ventilazione forzata all'interno del gruppo compressore dell'aria contiene quasi il 100% dell'energia consumata dal motore elettrico.

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