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3.3 Impianto frigorifero a compressione a tre livelli di temperatura

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Corso di Impianti Meccanici – Laurea Magistrale
Modulo 3. Impianti frigoriferi
Sezione 3.3 Impianto frigorifero a compressione a tre
livelli di temperatura
Prof. Ing. Cesare Saccani
Prof. Ing. Augusto Bianchini
Dott. Ing. Marco Pellegrini
Ing. Luca Golfera
Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna
Viale Risorgimento 2, 40136, Bologna – Italy
Agenda
Gruppo frigorifero a compressione
Dimensionamento elementi di impianto
2
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Condensazione
Laminazione
Evaporazione
Compressione
3
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
P(Tc=50°C)=13 bar
x=0,55 (isoentalpica)
Rapporto di compressione: 13/0,5=26
P(Tev=-40°C)=0,5 bar
4
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
R507A=50%R125+50%R134A
Pressione (MPa)
P(Tc=50°C)=24 bar
P(Tev=-40°C)=1,4 bar
x=0,65-0,70 (isoentalpica)
Rapporto di compressione: 24/1,4=17,1
Entalpia [kJ/kg]
5
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Lay-out celle
6
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Lay-out celle
7
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Impianto di refrigerazione per derrate alimentari
L'impianto frigorifero è stato realizzato per la refrigerazione di celle a
diverse temperature:
-
1 cella a -30°C;
1 cella a -20°C;
5 celle a 0°C.
8
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
P&I
Condensazione
Compressione
Separazione di liquido Laminazione ‐ Evaporazione
9
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Compressione
dall’evaporatore di media
pressione
ai condensatori
ai compressori di alta
recuperatore
pressione
ai condensatori
dagli evaporatori
di alta pressione
dagli evaporatori
di bassa
pressione
10
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Condensazione
recuperatore
al separatore di liquido
Separazione di liquido agli evaporatori
11
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Laminazione ‐ Evaporazione
ai compressori
di bassa di
pressione
dai condensatori
ai compressori di media
pressione
12
Impianto frigorifero a tre livelli di temperatura
Valvola
manuale
Valvola
Filtro
termostatica
COLLETTORE
Orificio
tarato
Valvola
manuale
Valvola
manuale
Orificio
tarato
Valvola
termostatica Filtro
Valvola
manuale
?
13
Agenda
Gruppo frigorifero a compressione
Dimensionamento elementi di impianto
14
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
15
Dimensionamento elementi di impianto
Il compressore
Compressore alternativo semiermetico ”BITZER Ecoline”
Marca: Bitzer
Modello: 4JE-22Y
16
Dimensionamento elementi di impianto
Il compressore alternativo - tipologie
Compressore ermetico: contiene, all'interno di un unico involucro
metallico sigillato, le parti meccaniche, il motore elettrico ed il
lubrificante.
Compressore semiermetico: blocco motore e blocco compressore sono
direttamente accoppiati e imbullonati tra loro formando un unico
involucro, che però è accessibile al suo interno.
Compressore aperto: gruppo compressore e gruppo motore sono due
unità completamente distinte tra loro.
17
Dimensionamento elementi di impianto
Il compressore – fluido R134a – Motore 1 e 2
Il compressore può essere fornito con tre diverse motorizzazioni:
- Motore 1: per temperature elevate e applicazioni con pompe di
calore per temperature di condensazione fino a 85°C.
- Motore 2: per temperature di condensazione medie, fino a 70°C.
- Motore 3: per temperature di condensazione medie e per utilizzi
con frequenza fino a 70 Hz.
18
Dimensionamento elementi di impianto
Il compressore – fluido R404A – Motore 1 e 2
Il compressore può essere fornito con due diverse motorizzazioni:
- Motore 1: per temperature medie con temperature di condensazione fino a 62°C.
- Motore 2: per temperature di condensazione medio-basse, fino a 62°C.
2.700 €
(Fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
19
Dimensionamento elementi di impianto
R 404 A= R143A + R125 + R134A
P(Tc=50°C)=23 bar
P(Tev=-40°C)=1,3 bar
x=0,70 (isoentalpica)
Rapporto di compressione: 23/1,3=17,7
20
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
21
Dimensionamento elementi di impianto
Separatore olio
Linea di
aspirazione
Riserva
d’olio
Indicatore olio: gli indicatori di liquido permettono di controllare il regolare defluire dell’olio al carter del
compressore stesso.
Filtro a rete: all’interno i filtri sono dotati di un cestello di rete di acciaio inossidabile austenitico, AISI
304, con un’ampia superficie filtrante. I filtri a rete non sono pulibili.
Separatore olio: vedi slide «separatore»
Indicatore
olio
Linea di
mandata
Separatore
d’olio
Filtro a
rete olio
Compressore
Indicatore
olio
Regolatore
d’olio
22
Dimensionamento elementi di impianto
Separatore olio
FUNZIONE
• Intercetta l’olio trascinato dal gas
compresso e, restituendolo con
regolarità al carter della macchina,
concorre ad assicurare l’efficace
lubrificazione degli organi in
movimento del compressore.
• Eliminando o riducendo il film
d’olio sulle superfici di scambio del
condensatore e dell’evaporatore,
mantiene elevato il coefficiente di
trasmissione termica di tali
apparecchi.
• Il separatore d’olio, smorzando le
pulsazioni delle valvole, riduce la
rumorosità degli impianti con
compressore aperto o ermetico
accessibile.
23
Dimensionamento elementi di impianto
Separatore olio
1. Galleggiante 2. Contenitore dell’olio 3. Otturatore 7. Orificio 8. Attacco ritorno olio
(1/4in./6mm cartella/brasare) 10. Raccordo 12. Raccordo ingresso refrigerante
13. Raccordo uscita refrigerante 15. Separatore olio 17. Fascia di fissaggio
24
Dimensionamento elementi di impianto
Separatore olio – dettaglio costruttivo
Otturatore
Orificio
Attacco ritorno olio
(1/4in./6mm
cartella/brasare)
25
Dimensionamento elementi di impianto
Separatore olio
(galleggiante ritorno olio
al compressore)
(ritorno olio al
compressore)
(Raccolta impurità
ferrrose)
26
Dimensionamento elementi di impianto
Separatore olio
(Portata volumetrica del compressore)
144 €
(fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
27
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
28
Dimensionamento elementi di impianto
Condensatore ad aria
5396 €
(Fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
29
Dimensionamento elementi di impianto
Condensatore ad aria
(Differenza tra T condensatore e T ambiente)
30
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
31
Dimensionamento elementi di impianto
Ricevitore orizzontale
520 €
(Fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
Peso
45,5 kg
Filetto di connessione/ ‐flangia
Larghezza totale
1664 mm
Uscita connessione FL
Profondità totale
272 mm
Filetto di connessione/ ‐flangia
Altezza totale
Capacità serbatoio
Max carica di refrigerante 90% a 20°C.
R22
R134a
R407C
R404A/R507A
Ingresso connessione KL
303mm
54,0 l
20°C
58,8 kg
59,6 kg
56,3 kg
51,9 kg
28mm ‐ 1 1/8''
Manometro
Connessione per valvola riduttrice di pressione
Adattatore per valvola riduttrice di pressione
Controllo di minimo livello
Controllo di massimo livello
Collaudo conforme a PED 97/23/EG
Omologazioni speciali (su richiesta)
1 3/4'' ‐ 12 UNF
28mm ‐ 1 1/8''
1 3/4'' ‐ 12 UNF
7/16'' 20UNF
1 1/4''‐12UNF
Option
Option
Option
Standard
Option
32
Dimensionamento elementi di impianto
Caratteristiche fluido frigorifero condensato
T=50°C
R134a (pc=13,2 bar)
Densità: 1.102 kg/m3
Viscosità dinamica: 0,14 mPa*s (acqua @20°C a 1 mPa*s)
R507a (pc= circa 24 bar)
Densità: 917 kg/m3
Viscosità dinamica: 8,8 mPa*s
R404a (pc= circa 23,1 bar)
Densità: 891 kg/m3
Viscosità dinamica: 0,09 mPa*s
Viscosità cinematica = Viscosità dinamica/Densità [m2/s] Stokes=10-4 m2/s
33
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
34
Dimensionamento elementi di impianto
Filtro
Il filtro meccanico FA con inserto intercambiabile, si usa per refrigeranti
fluorinati, ammoniaca, acqua, salamoia, olio e gas.
35
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
36
Dimensionamento elementi di impianto
Valvola solenoide con orificio tarato
1.
2.
3.
5.
7.
8.
Corpo valvola (Valve body)
Coperchio (Cover)
Condotto (Armature tube)
Guarnizione (Gasket)
Tubo da saldare (Solder tube)
Viti (Screws)
50 €
(Fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
Fonte Danfoss
37
Dimensionamento elementi di impianto
Valvola di espansione termostatica con orificio tarato
L’elemento termostatico è il motore della valvola; un bulbo sensibile è collegato al
gruppo diaframma mediante un tubo capillare lungo 1,5 metri che trasmette la pressione
presente all’interno del bulbo alla camera superiore del gruppo diaframma. La pressione
presente all’interno del bulbo è direttamente correlata alla temperatura. Quando
aumenta la pressione della carica termostatica il diaframma si deforma, trasferendo
questo spostamento all’otturatore che si allontana dalla sua sede e permette al liquido di
passare. Una molla di contrasto agisce sotto il diaframma ed il suo carico può essere
variato con una vite di regolazione laterale (asta di regolazione).
38
Dimensionamento elementi di impianto
Valvola di espansione termostatica con orificio tarato
Il gruppo orificio intercambiabile assicura un’ampia gamma di potenzialità. La molla
tiene l’otturatore stabilmente a contatto con la sede per minimizzare il trafilamento
attraverso la valvola; per garantire una chiusura totale è però richiesta l’installazione di
una valvola solenoide a monte della valvola d’espansione termostatica.
39
Dimensionamento elementi di impianto
Valvola di espansione termostatica con orificio tarato
40
Dimensionamento elementi di impianto
Valvola di espansione termostatica con orificio tarato
120 €
(Fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
41
Dimensionamento elementi di impianto
Valvola di espansione termostatica TR: Ton of Refrigeration
It is defined as the heat of fusion absorbed by
con orificio tarato
melting 1 short ton (i.e. 2000 pounds) of pure ice
at 0°C in 24 hours. 1 TR = circa 3,5 kW.
42
Dimensionamento elementi di impianto
P&I semplificato
43
Dimensionamento elementi di impianto
Evaporatore
3.000€
(Fornitura)
[dato aggiornato al 2013]
44
Dimensionamento elementi di impianto
Evaporatore
Batteria alettata
45
Dimensionamento elementi di impianto
Aeroventilatore
(1) Impiegare valvola
termostatica con
equalizzatore di
pressione esterno
(2) Capacità nominali alle
condizioni pratiche di
utilizzo in atmosfera
umida. Refrigerante
R404A; T aria in
ingresso 0°C, Tevap 8°C
(3) Capacità standard in
atmosfera secca,
classe di test SC2,
refrigerante R22; T aria
in ingresso 0°C,
Tevap -8°C.
46
Dimensionamento elementi di impianto
Aeroventilatore
47
Dimensionamento elementi di impianto
Aeroventilatore
48
Dimensionamento elementi di impianto
Componente
Separatore olio
Componente
Dessuriscaldatore a piastre € 2.664 (20%)
50kW
€ 144
Ricevitore liquido
€ 521 (4%)
Serbatoio olio
€ 161
Filtro deidratore
€ 74
Rubinetto olio
€8
Filtro rete olio
€ 30
Valvola a pressione
differenziale
€ 21
Valvola sicurezza
€ 16
Valvola NR
€ 20
Filtro olio
€ 30
Valvola bypass
€ 49
per intercettazione
Pressostato per refrigerazione € 39
Controllo livello olio con allarme
€ 204
Pressostato differenziale
€ 156
Rubinetto olio
€ 12
Manometro olio
€ 12
Valvola solenoide
€ 50
Aeroevaporatore
€ 3.000 (22%)
Valvola termostatica
€ 120
Condensatore ad aria
€ 5.397 (40%)
Compressore
Prezzo *
* unitario (€ netto dell’IVA)
Prezzo *
€ 857 (6%)
TOT: 13.585€
49
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