Scelta unità motocondensante

La prima scelta dell'unità motocondensante è relativa ad un prodotto Fra- scold equipaggiato con compressore S 7 39 Y. Occorre quindi valutarne la compatibilità con i carichi previsti in sede di test dei compressori subcritici che, in caso negativo, impongono la necessità di scegliere una nuova unità.

Nella Tabella 3.1 è raccolta la gamma dei compressori.

La tabella chiarica anche il modo in cui vengono dichiarati i nomi dei modelli dove il primo numero indica la potenza nominale in cavalli vapore ed il secondo arrotonda il valore dello spostamento volumetrico caratteristico del compressore. Tutti i modelli montano motori asincroni a 4 poli che ruotano alla velocità nominale di 1450 rpm se alimentati alla frequenza di 50 Hz. Le categorie A, D e Q si attribuiscono per la dierente fusione del corpo

n° modello potenza nom. spostam. volum. nom. pistoni [kW] [m3_{/h] [-]} 1 A 1 2,5 - SK2 0,74 2,69 2 2 A 1,5 3 - SK2 1,10 3,35 2 3 A 2 4 - SK2 1,47 3,95 2 4 A 2,5 5 - SK2 1,84 4,93 2 5 D 3 6 - SK2 2,21 6,51 2 6 D 4 8 - SK2 2,94 7,96 2 7 D 4,5 9 - SK2 3,31 9,13 2 8 D 5 11 - SK2 3,68 11,27 2 9 Q 7 15 - SK2 5,15 14,95 4 10 Q 9 20 - SK2 6,62 19,77 4 Tabella 3.1: Gamma SK2

cilindrico; le prime due categorie presentano una sola testa bicilindrica mentre la categoria Q monta due teste bicilindriche.

I carichi frigoriferi previsti per l'unità, secondo il modello di calorime- tro economizzato, eguagliano in termini numerici l'assorbimento elettrico del compressore testato nelle sue varie condizioni di lavoro. Considerando che la gamma attuale SK2 prevede ben 10 modelli, si deduce che la variabilità dei valori di potenza elettrica assorbita riguarderà una regione ancora più ampia.

A questo punto si rende necessario valutare il campo di applicazione del- la gamma SK2, con particolare riferimento all'intervallo di variazione della temperatura di condensazione visto che è abbinata al controllo realizzato dal- l'unità motocondensante. Osservando il campo di applicazione di progetto in Figura 3.4, che racchiude entro un dominio poligonale le condizioni di lavo- ro raggiungibili dai compressori subcritici, questo intervallo muove tra -20 e +15 °C a cui corrisponde una variazione tra -25 e +10 °C della temperatura di evaporazione di R134a se si ipotizza una dierenza di temperature di 5 K per lo scambio termico.

Figura 3.4: Envelope SK2 Poichè questi limiti valgono per

ogni compressore la seconda di- rezione utile a descrivere la va- riabilità degli assorbimenti è sicu- ramente indicata dalla taglia dei compressori stessi che vede co- me estremi i modelli A 1 2,5 e Q 9 20. Queste due coordina- te sono già sucienti per costrui- re un semplice metodo di valuta- zione dell'idoneità dell'unità moto- condensante; in prima istanza si chiede che la potenza frigorifera

sia sempre maggiore dei massimi assorbimenti riscontrabili a catalogo in corrispondenza delle condizioni estreme di condensazione. Questo si traduce nell'individuazione dei quattro punti raccolti in Tabella 3.2. Questi punti corrispondono ragionevolmente con i quattro vertici di un'area rappresentabile su un piano che abbia in ascissa la scala delle condensazioni della CO2, in ordinata la potenza elettrica assorbita e come parametro la

taglia del compressore. Tenendo presente che la scala delle evaporazioni si dierenzia dal precedente asse delle ascisse per un oset di 5 K diventa na- turale confrontare la resa frigorifera dell'unità motocondensante con metodo graco utilizzando lo stesso piano introdotto per gli assorbimenti. Anche la resa frigorifera dell'unità motocondensante è reperita da catalogo e dovrebbe essere cautelativamente ridotta di una frazione arbitraria per ottenere dati di progetto a favore di sicurezza. I dati tabulati di potenza frigorifera po- trebbero facilmente sovrastimare il dato reale no al 10 % (rif. Capitolo 4). Volendo introdurre un ulteriore 5 % di sicurezza, l'andamento di potenza frigorifera considerato sarà scalato per mezzo di un fattore 0,85. Questo an- damento sarà chiaramente presentato in funzione delle proprie temperature di evaporazione ma dovrà essere denito anche in relazione alla temperatura di condensazione per il quale è stato scelto il valore di 35 °C ipotizzando un valore plausibile su una media annuale delle temperature esterne.

Q 9 20 SK2 max Wass (@+15 °C) 13,2 kW max Wass (@-20 °C) 5,5 kW A 1 2,5 SK2 max Wass (@+15 °C) 1,8 kW max Wass (@-20 °C) 0,8 kW

Tabella 3.2: Campo assorbimenti L'accoppiamento del-

la curva di resa frigori- fera del circuito top con l'area degli assorbimenti che il ciclo bottom chiede di smaltire trova espres- sione nella Figura 3.5; prestandosi alle seguenti

osservazioni:

Figura 3.5: Valutazione idoneità dell'unità motocondensante

ˆ la capacità frigorifera dell' S 7 39 Y crolla al diminuire della tempera- tura di evaporazione

ˆ l'area degli assorbimenti è campita in azzurro ed è delimitata in alto dalla curva di assorbimento di Q 9 20 ed in basso da quella di A 1 2,5; entrambe le curve sono state approssimate con andamenti lineari ˆ la curva che rappresenta la capacità frigorifera è sempre più alta ri-

spetto all'area campita che rappresenta i valori di assorbimento, con un margine sempre minore nel verso delle evaporazioni decrescenti no al

contatto con l'estremità rappresentata dal punto

5,5 kW @ -20 °C t_cond_CO2

ˆ il punto precedente garantisce di fatto l'idoneità teorica della macchina scelta; può essere opinabile il margine esiguo alla basse evaporazioni ˆ il fascio delle curve caratteristiche dei compressori è stretto nella zo-

na delle basse evaporazioni perciò l'eventualità di una accidentale so- vrastima della potenza frigorifera dell'unità motocondensante, che si ripercuoterebbe come un abbassamento della curva che rappresenta la capacità frigorifera, andrebbe ad escludere la possibilità di raggiungere

i punti di basse condensazioni per numerosi modelli di grossa taglia a partire dal Q 9 20.

A seguito delle suddette considerazioni, è stato valutato positivamente l'im- piego di questa unità anche per via della disponibilità immediata.

Denito il circuito top in tutti i suoi componenti fondamentali, occorre ora considerare che esso è a servizio del calorimetro ove sono condotte le prove sui compressori SK2 in una moltitudine di condizioni di regime stazionario. Pertanto anche il circuito ausiliario sarà interessato dalla stessa moltitudine di situazioni in cui dovrà bilanciare con grande precisione il carico proveniente dal circuito bottom. La essibilità che quindi si chiede all'unità motoconden- sante potrà essere ottenuta per mezzo di una regolazione a parzializzazione continua.

Idealmente si vorrebbe che la regolazione variasse continuamente dal minimo valore di assorbimento del compressore più piccolo (∼=0,8 kW) al massimo assorbimento del compressore più grande (13,2 kW) permettendo alla curva della potenza frigorifera di scalare ogni volta no a raggiunge- re uno qualsiasi dei valori compresi in questo intervallo, per ogni valore di evaporazione/condensazione.

La soluzione più ovvia in ambito di regolazione continua è rappresentata dall'utilizzo dell'inverter. A disposizione del circuito sono presenti diverse taglie di inverter in grado di far variare le frequenze con cui vengono alimen- tati gli avvolgimenti del motore da un minimo di 25 Hz ad un massimo di 87 Hz. Ciò signica che ogni resa frigorifera nominale potrà essere consi- derevolmente ampliata o ridotta entro un range altrettanto esteso a parità di temperatura di evaporazione imposta. Fin da una prima analisi sul no- to graco di Figura 3.5 si può comprendere che il grado di parzializzazione introdotto con l'inverter non è suciente a raggiungere in nostri obiettivi: osservando infatti le estremità laterali del graco notiamo che la curva di potenza frigorifera dovrebbe essere scalata di fattori compresi tra un minimo di circa 7 in corrispondenza dei -25 °C di evaporazione (5,5 kW/0,8 kW) no ad massimo di circa 15 (27 kW/1,8 kW), valori di gran lunga superiori al fattore 2 proposto dall'inverter per mezzo del dimezzamento della frequenza. Il problema però è solo apparente in quanto sarà sempre possibile far lavorare di proposito l'unità ausiliaria con ecacia minore svincolandosi dai 5 K di scambio termico n qui ipotizzati.

In aggiunta all'inverter si è dotato il compressore di ulteriori tecniche di parzializzazione.

Il modello S 7 39 Y per il fatto di avere due teste bicilindriche si pre- sta ad una parzializzazione a 4 gradini utilizzando due diversi tipi di teste speciali. La prima testa, nonchè la soluzione tecnica più semplice, prende

il nome di testa CC e presenta una valvola solenoide normalmente aperta che tappa semplicemente l'aspirazione della testa stessa al momento del suo azionamento. La seconda testa speciale, chiamata testa RSH®_{ e coperta}

da brevetto garantisce lo switch tra portata nominale e portata dimezzata in aspirazione alla testa.

Le possibili combinazioni dello stato delle valvole integrate nelle teste ga- rantiscono dunque i 4 gradini di parzializzazione sopra citati che ora possono essere espressi come il 25, 50, 75 e 100 % della capacità nominale corrispon- dente alla frequenza fornita dall'inverter. La Figura 3.6 mostra chiaramente quanto ampia diventi la capacità di modulazione con l'impiego di tutte le tecniche descritte.

Figura 3.6: Campo di parzializzazione dell'unità motocondensante

Il limite inferiore di modulazione si spinge ora no ad un ottavo della capacità nominale mentre il surplus di potenza garantito dalle frequenze su- periori ai 50 Hz sarà utile a compensare in qualche misura le perdite di carico del circuito le quali non sono state considerate nel dettaglio; si tenga comun- que presente che nella zona critica delle basse evaporazioni anche la portate sono decisamente modeste per via della minore massa volumica imposta dalle condizioni di pressione e, di conseguenza, anche le perdite di carico saranno inferiori e quindi compensabili dal surplus di potenza fornito dall'inverter.

La fotograa di Figura 3.7 ritrae l'unità motocondensante priva di pan- nello frontale ed evidenzia i componenti descritti.