Chiller (refrigeratore)

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Un chiller (refrigeratore o gruppo frigorifero) è una macchina termica che sfruttando la compressione e l'espansione di gas particolari, detti gas frigorigeni (ammoniaca o freon, composto chimico derivato dal metano e dall'etano e appartenente alla famiglia degli alogenuri alchilici, chiamati impropriamente anche clorofluorocarburi, CFC), consente di sottrarre calore a un fluido, molto spesso acqua.

Vengono comunemente impiegati nell'industria di processo e in applicazioni di termoregolazione industriale, laddove il processo produttivo richieda di raggiungere e mantenere temperature molto basse e livelli di raffreddamento spinto.

Tipologie di Ciclo Frigorifero[modifica | modifica wikitesto]

Un ciclo frigorifero è un ciclo termodinamico che ha per effetto il trasferimento di calore da un fluido o da un ambiente a un altro. È possibile distinguere tre tipi di ciclo frigorifero:

  • Ciclo frigorifero a compressione, o di Kelvin
  • Ciclo frigorifero di Stirling
  • Ciclo frigorifero ad assorbimento

Il ciclo frigorifero a compressione è quello usato nei chiller. In un chiller, un compressore viene impiegato per comprimere il gas frigorigeno, che in conseguenza dell'aumento di pressione passa dallo stato gassoso allo stato liquido. Il gas viene quindi fatto espandere, tornando alla fase gassosa evaporando. Per effetto dell'espansione e della conseguente evaporazione, il gas sottrae la quantità di calore necessaria a compiere il proprio passaggio di stato, generando l'effetto frigorifero desiderato.

Il ciclo frigorifero di Stirling è caratterizzato da un'alternanza ciclica di fasi di espansione e compressione del fluido, non implica cambiamento di stato del fluido e non è pertanto legato a determinate temperature operative.

Il ciclo frigorifero ad assorbimento è caratterizzato da elevata efficienza energetica in quanto non richiede l'impiego di energia elettrica necessaria al funzionamento di un compressore, e se pur di più complessa realizzazione e minor rendimento termico, rappresenta una alternativa green al chiller a compressione in quanto non impiega CFC. Sfrutta il calore di dissoluzione, spesso calore di scarto e recupero termico proveniente da processi industriali o da cogenerazione, applicato a un soluto in un solvente, che viene in tal modo ciclicamente concentrato e nuovamente diluito.

Composizione di un Chiller[modifica | modifica wikitesto]

Un chiller consta generalmente di una serie di macchinari e apparecchiature atti a garantire il funzionamento del ciclo di raffreddamento:

Un chiller è quindi composto da macchinari accostati a scambiatori di calore, impiegati per fornire o sottrarre energia termica in forma di calore nelle diverse fasi di un ciclo termodinamico.

Livelli di Temperatura[modifica | modifica wikitesto]

La massima temperatura in uscita ottenibile mediante l'uso di un chiller è tipicamente di 20 °C. Per raggiungere temperature più elevate, è invece consigliabile l'impiego di una scambiatore intermedio. Laddove il livello di temperatura del fluido in uscita superi i 35°, è infine possibile ricorrere all'impiego di dry cooler.

Le temperature minime ottenibili mediante l'impiego di un chiller arrivano invece fino a -30 °C per impianti standard monocompressore. Per scendere ulteriormente e raggiungere livelli di temperatura ancora più bassi è invece necessario utilizzare più compressori in cascata, nel qual caso si ha a che fare con impianti decisamente speciali.

Tipologie di Chiller[modifica | modifica wikitesto]

A seconda del processo e del fluido impiegati nella fase di condensazione del gas frigorigeno, è possibile individuare due grandi famiglie di chiller (o refrigeratori):

In un chiller raffreddato ad acqua, la condensazione del gas frigorigeno avviene mediante l'impiego di uno scambiatore di calore ad acqua. In un chiller raffreddato ad aria, lo stesso processo di condensazione del gas frigorigeno è invece ottenuto tramite l'impiego di aria: per tale motivo, questo genere di chiller è generalmente più rumoroso ed energivoro, a causa del sistema di ventilazione e movimentazione dell'aria presente. Di contro, un chiller raffreddato ad aria ha il vantaggio di non richiedere alcun consumo di acqua.

Rendimento Termico[modifica | modifica wikitesto]

Un chiller è una macchina termica che consuma notevoli quantità di energia, soprattutto relativamente all'elettricità richiesta per il funzionamento del compressore. Il rendimento di un chiller, ossia la sua resa frigorifera espressa in KW, o in Kcal/h, è inoltre strettamente dipendente da due fattori:

In proporzione al variare di questi due fattori, varia di conseguenza il consumo elettrico del chiller, essendo il suo rendimento strettamente dipendente dalle temperature di evaporazione e di condensazione.

Per fare un esempio, al variare verso il basso della temperatura richiesta del fluido in uscita, il rendimento termico di un chiller diminuisce in maniera direttamente proporzionale. Detto in altri termini, un chiller che debba dissipare una definita quantità di energia termica a una temperatura più alta, consuma meno che nel caso debba dissipare la stessa quantità di energia a una temperatura più bassa. Esempio: costano di più 100.000 Kcal/h di acqua a 5 °C rispetto a 100.000 Kcal/h di acqua a 15 °C. E ancora, un chiller rende di più in condizioni di temperatura ambientale bassa (entro certi limiti) rispetto a una installazione in un ambiente più caldo.

Quando si progetta un chiller, o gruppo frigorifero, per applicazione in un determinato processo produttivo industriale, è pertanto molto importante definire a priori questi limiti, in modo da dimensionare correttamente il sistema di raffreddamento alle condizioni operative effettive, al fine di ottimizzare il rendimento frigorifero del chiller, massimizzando l'efficienza energetica dell'impianto di raffreddamento.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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