Chiller industriali: risparmio energetico del 45% con la tecnologia inverter per chiller

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Funzionamento dei chiller industriali: guida, normative e vantaggi della tecnologia inverter

 

Cos'è un chiller e perché è essenziale per l'industria

 

Il settore industriale, e in particolar modo quello delle macchine utensili, richiede ai progettisti meccanici ed elettronici un continuo sforzo tecnico per ridurre sia i tempi di produzione che il consumo energetico dei macchinari, tenendo come punto fermo il miglioramento della qualità del prodotto finito.

Sono richieste che Duplomatic MS può contribuire a sviluppare in modo significativo in collaborazione con gli uffici tecnici, proponendo una serie di prodotti disponibili sul mercato dopo l’acquisizione del gruppo da parte di Daikin nel 2022. Oltre alle servopompe e alle centrali ibride per la movimentazione controllata degli assi in un’ottica green, l’esperienza di Daikin nel settore della refrigerazione ha contribuito allo sviluppo di una serie di chillers industriali che offrono caratteristiche decisamente indirizzate al miglioramento delle prestazioni dei macchinari e al contenimento delle emissioni di gas in atmosfera.

Proviamo a dare alcune informazioni su cos’è un chiller e come funziona.

Il chiller è comunemente impiegato per raffreddare alcune parti di macchinari utilizzati in molteplici applicazioni industriali, tra cui le macchine per lo stampaggio a iniezione, le macchine utensili, le macchine laser, e altre ancora.

In ambito industriale, la funzione del chiller è di asportare, per mezzo di un fluido refrigerante, il calore generato dal movimento di organi rotanti o in movimento relativo tra loro. Come ben sappiamo, tutti i macchinari industriali hanno un rendimento inferiore al 100%. La differenza nel rendimento, o inefficienza, è tutta potenza che si trasforma in calore. In altri casi, occorre asportare il calore che si genera durante il processo meccanico o di trasformazione come, ad esempio, nel settore siderurgico o nel settore alimentare.

Un chiller veicola il calore da un fluido all’altro per mezzo del gas refrigerante, sfruttando la sua capacità di acquistare e cedere calore grazie ai passaggi di stato.

Nei  chillers  si utilizza un apposito gas, chiamato fluido refrigerante che lavora sul principio di base della compressione/espansione e del cambiamento di stato del fluido refrigerante da liquido a gas e di nuovo a liquido. Il processo che permette di sottrarre calore ad un fluido, basato sul ciclo di compressione ed espansione del refrigerante, è denominato ciclo frigorifero.

Ecco la prima cosa importante da sapere: che tipo di fluido refrigerante (gas) posso utilizzare nel rispetto delle normative vigenti?

In tema di fluidi refrigeranti le normative europee impongono una particolare attenzione per contenere le dispersioni in atmosfera dei gas. L’obiettivo è di arrivare gradualmente alla neutralità climatica (emissioni zero) entro il 2050. In questa fase di transizione i produttori di chillers sono sempre più alla ricerca di soluzioni che a parità di potenza frigorifera utilizzino una minor quantità di gas e quindi producano minori emissioni. È quindi importante conoscere le limitazioni definite almeno a livello europeo.

Per quanto riguarda il chiller industriale, sono state definite le seguenti limitazioni, riassunte di seguito:

• Chiller con potenze fino a 12 kW, GWP dovrà essere <150 a partire dal 1° gennaio 2027
• Chiller con potenze oltre i 12 kW, GWP dovrà essere <750 a partire dal 1° gennaio 2027

A questo punto bisogna spiegare cosa è il GWP di un gas per capire quali gas possono essere utilizzati.

L’indice GWP (Global Warming Potential) è espresso come rapporto tra l’impatto prodotto da 1 kg. di gas e quello prodotto da 1 kg di CO2

                                                       

misurato in un determinato intervallo di tempo:

GWP20 = 20 anni

GWP100 = 100 anni

Il GWP concorre a determinare il periodo di manutenzione di un chiller tramite le tonnellate equivalenti di CO2

                                     tCO2-eq = Quantità in peso di gas x GWP

Per quanto riguarda la Comunità Europea, tra le più attive a livello mondiale per la neutralità climatica, dobbiamo considerare sia le restrizioni imposte dal Regolamento per gli Fgas (gas Fluorati) che quelle determinate dall’utilizzo di PFAS (PerFluorinated Alkylated Substances) nei sistemi di refrigerazione. I PFAS sono sostanze definite “inquinanti eterni”: una volta dispersi nell’ambiente si degradano in tempi lunghissimi e possono contaminare fonti di acqua e coltivazioni. Alcuni degli Fgas attualmente utilizzati nei chillers contengono sostanze PFAS e quindi è in atto una discussione tra i Paesi Europei per arrivare ad una definizione univoca dei tipi di gas utilizzabili e a partire da quando.

Nel settore industriale è utilizzato il chiller a compressione. Per poter attuare il ciclo frigorifero il refrigerante circola attraverso un evaporatore, un compressore, un condensatore e un elemento di espansione del refrigerante stesso. L’elemento cardine del chiller è il compressore, che ha la funzione di portare il fluido refrigerante ad un valore di pressione elevato con conseguente innalzamento della temperatura, per poi sfruttare la rapida decompressione e l’abbassamento di temperatura che verrà utilizzata per refrigerare il fluido di processo. Esistono chillers con compressore a funzionamento on-off e chillers con compressore gestito da inverter. La differenza è notevole per quanto concerne la precisione di regolazione; si passa da un controllo di ±1°C nei migliori compressori on-off per arrivare ad una termoregolazione di ±0.1°C con i compressori gestiti da inverter. Risulta evidente che più si mantiene costante la temperatura dei componenti di macchina, migliore sarà la precisone della produzione, a tutto vantaggio della qualità. Inoltre, si possono incrementare le velocità di lavoro sapendo che tutto il calore prodotto sarà asportato dal chiller. Fattore non secondario, il chiller azionato da inverter ha un consumo energetico ridotto rispetto al chiller on-off. A parità di potenza frigorifera si stima una riduzione della potenza utilizzata superiore al 45%! In tempi di caro energia è un fattore da non trascurare.

Il chiller azionato da inverter risponde perfettamente a tutte le prestazioni che vengono richieste ad un chiller ideale:

• Risposta immediata alle variazioni del carico termico
• Capacità di modulare la propria capacità frigorifera in funzione del carico termico
• Elevata precisione di regolazione e controllo della temperatura del fluido di processo
• Affidabilità in tutto il range operativo

Per ridurre la possibilità di inquinamento atmosferico dovuto alla dispersione del gas, nei chillers Daikin il compressore è sigillato ermeticamente. Quindi non ci sono fughe verso l’atmosfera.

Quali sono i fattori da considerare per scegliere il giusto chiller?

Molto spesso il chiller viene dimensionato per eccesso, non conoscendo a fondo i fattori che determinano la potenza frigorifera necessaria al buon funzionamento. Si avrà quindi una potenza installata e un consumo decisamente superiori a quanto effettivamente necessario. Per dimensionare correttamente il chiller è necessario avvalersi della professionalità dei tecnici che valutano la tipologia di applicazione e le principali caratteristiche della macchina.

Per selezionare il chiller più idoneo è necessario conoscere la temperatura del fluido in uscita e la temperatura del fluido di ritorno, oltre alla temperatura ambiente nel caso di raffreddamento ad aria. Minime variazioni di temperatura portano a sensibili variazioni nella potenza elettrica assorbita dal chiller.

Duplomatic mette a disposizione del mercato un team di tecnici altamente qualificati, con esperienza pluridecennale nel settore, in grado di consigliare la migliore applicazione nel rispetto della politica della sostenibilità che ci contraddistingue.

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