La scelta del chiller giusto è una decisione ingegneristica che incide direttamente sulla bolletta energetica, sulla qualità del prodotto e sulla continuità produttiva di un impianto. Quando si parla di selezione del chiller, la prima domanda che viene in mente è "quanti kW di chiller devo acquistare?"; tuttavia, una decisione corretta non nasce dal segnare un valore di potenza a catalogo, bensì dal calcolare con precisione, in kW, il reale carico di raffreddamento dell'impianto. In questo articolo affrontiamo passo dopo passo la domanda "come si sceglie il chiller giusto?" attraverso i temi del calcolo del carico di raffreddamento, della temperatura dell'acqua/fluido e del ΔT, delle condizioni ambientali, del refrigerante, della precisione di controllo, della ridondanza e della necessità di glicole.
Perché la capacità del chiller si determina in base al reale carico di raffreddamento?
La capacità del chiller deve essere tale da poter smaltire tutto il calore generato dal processo a una determinata temperatura dell'acqua e in date condizioni ambientali. L'errore più comune è considerare solo il calore nominale del processo, trascurando le altre fonti di calore. Il carico reale che arriva all'evaporatore è invece la somma del calore proveniente dal processo, di quello della pompa di circolazione, delle perdite di carico nelle tubazioni e dell'apporto termico dall'ambiente esterno verso il serbatoio e le tubazioni.
Per un calcolo affidabile del carico di raffreddamento occorre determinare e sommare separatamente le seguenti componenti:
- Calore di processo: il carico termico principale da sottrarre allo stampo, alla macchina o al reattore (kW).
- Calore della pompa: l'energia meccanica trasferita all'acqua dalla pompa di circolazione; una voce da non trascurare nei sistemi a funzionamento continuo.
- Apporto ambientale: il calore che serbatoi, tubi e linee non isolati assorbono dall'ambiente caldo.
- Margine di sicurezza: una riserva generalmente compresa tra il 10-20 % per sporcamento, calo di prestazioni di condensatore ed evaporatore e futuri aumenti di capacità.
Temperatura dell'acqua e ΔT: il cuore del calcolo del carico di raffreddamento
Uno stesso valore in kW, a temperature dell'acqua diverse, significa una taglia di chiller diversa e un rendimento diverso. Man mano che la temperatura desiderata dell'acqua refrigerata in uscita si abbassa, le condizioni di lavoro del compressore diventano più gravose e la capacità effettiva diminuisce; per questo la capacità di un chiller va sempre letta in riferimento a una determinata temperatura dell'acqua in uscita. Un confronto effettuato senza riportare il valore di catalogo alla propria temperatura di esercizio risulta fuorviante.
Il ΔT, ovvero la differenza tra la temperatura dell'acqua in ingresso e in uscita dal chiller, determina sia la portata sia la progettazione dell'impianto. Nella maggior parte delle applicazioni di processo si preferisce un ΔT intorno ai 5 °C. Il carico di raffreddamento deriva dal prodotto tra la portata del fluido e il ΔT: un ΔT elevato comporta una portata inferiore e una pompa più piccola, mentre un ΔT basso implica una portata maggiore. La scelta coerente della terna portata-ΔT-capacità è decisiva per definire la corretta capacità del chiller.
Condizioni ambientali e scelta del refrigerante
La capacità nominale di un chiller è riferita a una determinata temperatura ambiente. Nei mesi estivi, l'elevata temperatura dell'aria esterna aumenta la pressione di condensazione nei sistemi ad aria e riduce la capacità effettiva. Per questo il calcolo della capacità deve essere eseguito in base alla condizione di progetto più calda della zona in cui si trova l'impianto; occorre inoltre prevedere di collocare la macchina in una posizione ombreggiata, ben ventilata e in cui sia impedito il ricircolo dell'aria calda.
Anche il refrigerante rientra tra i criteri di scelta. Nei chiller Planer si utilizza prevalentemente R407C e, in alcuni modelli, R134a. La scelta del fluido è legata all'intervallo di temperatura di lavoro, al rendimento e alla facilità di assistenza; per questo la decisione sul fluido va valutata insieme alla temperatura dell'acqua desiderata e al tipo di applicazione.
Precisione di controllo, ridondanza e necessità di glicole
Alcuni processi richiedono una temperatura dell'acqua entro ±1 °C, altri una banda molto più stretta. La stabilità della temperatura influisce direttamente sulla qualità del prodotto, sul tempo di ciclo e sulla ripetibilità. Nelle applicazioni che richiedono una precisione critica entrano in gioco il volume del serbatoio di accumulo, il controllo proporzionale e, se necessario, più gradini di compressore. Negli impianti in cui la produzione non deve mai fermarsi, la ridondanza N+1, ovvero il pianificare una capacità aggiuntiva pari a un'unità in più rispetto al fabbisogno, garantisce la continuità in caso di manutenzione e di guasto.
La decisione sul glicole/antigelo, poi, va presa il più delle volte in fase di selezione e non successivamente. Il glicole è necessario a basse temperature dell'acqua per prevenire il rischio di congelamento oppure nelle linee esposte all'esterno. Tuttavia il glicole modifica il calore specifico, la viscosità e le prestazioni di scambio termico dell'acqua. Ciò comporta la necessità di rivedere la portata e quindi la taglia del chiller per soddisfare lo stesso carico; una selezione effettuata senza tenere conto della percentuale di glicole si traduce sul campo in una carenza di capacità.
Errori più frequenti nella scelta del chiller
Gli errori di dimensionamento derivano generalmente dal partire con dati incompleti. Prestare attenzione ai punti seguenti evita sia una selezione insufficiente sia una sovradimensionata:
- Calcolare solo il calore di processo tralasciando la pompa e l'apporto ambientale.
- Leggere la capacità nella condizione standard di catalogo anziché alla reale temperatura dell'acqua di esercizio dell'impianto.
- Basarsi sulla temperatura media e non sulla condizione di progetto locale più calda.
- Ignorare l'effetto dell'impiego di glicole sulla portata e sulla capacità.
- Effettuare una selezione sovradimensionata con un margine di sicurezza eccessivo, perdendo rendimento e stabilità ai carichi parziali.
- Non pianificare la ridondanza (N+1) nelle produzioni che richiedono continuità.
La scelta del chiller giusto si fonda su un accurato calcolo del carico di raffreddamento eseguito con i dati reali del tuo impianto. Planer produce soluzioni ad aria, ad acqua, dry cooler e ibride da circa 16 kW fino a 1.270 kW. Per definire con precisione la capacità, il ΔT e il fluido più adatti alla tua applicazione, puoi contattare il team di ingegneria Planer e richiedere una valutazione di dimensionamento su misura per il tuo impianto.