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CENTRO STUDI GALILEO

 

Regolazione della capacitA' con compressori alternativi

Pietro Trevisan - Bitzer Italia

  1. Generalita'
    La regolazione di capacita' viene frequentemente utilizzata per adattare la potenza di un impianto di refrigerazione, condizionamento o pompa di calore alle reali richieste termiche dell’utenza. In questo modo si evita una elevata frequenza di avviamento dei compressori riducendo lo stress per la meccanica ed il motore elettrico. Inoltre l’efficienza energetica dell’impianto viene complessivamente migliorata.

    Spesso vengono impiegate regolazioni che introducono by-pass del gas di scarico oppure il controllo della pressione di aspirazione con particolari valvole regolatrici. Tuttavia questi sistemi risultano poco funzionali ed efficienti in particolare per impianti dotati di resa elevata.

    Un consolidato sistema di regolazione, detto "parzializzazione delle testate" e' quello che segue il principio dell’intercettazione dell’aspirazione di alcuni cilindri del compressore. Questo dispositivo lavora in modo efficiente ed affidabile in tutte le condizioni di carico.

    Molti costruttori possono fornire compressori a 4, 6 oppure 8 cilindri dotati di questo particolare dispositivo, in questo modo e' possibile realizzare con facilita' i seguenti gradini di potenza:

    Tipo di compressore Gradini di potenza possibili Numero di teste parzializz.
    4 cilindri 50% 1
    6 cilindri 66%

    66% - 33%

    		 1

    2
    8 cilindri 75%

    75% - 50%

    		 1

    2

  2. Principio di funzionamento

    Il principio di funzionamento e' molto semplice. In sostanza il flusso di gas in aspirazione nei cilindri viene intercettato da un pistoncino pilotato da un particolare tipo di elettrovalvola (fig.1).

    Funzionamento a pieno carico

    Durante il funzionamento a pieno carico il compressore lavora con tutti i cilindri. La bobina (1) non e' alimentata. I canali di deflusso nella piastra valvole e nella testata dei cilindri sono aperti.

    Funzionamento a carico parziale

    Nel funzionamento a carico parziale i pistoni corrispondenti alle testate parzializzate lavorano in assenza di deflusso di gas. La bobina (1) e' eccitata. Il canale di aspirazione al cilindro viene chiuso per mezzo del cilindro servopilotato.

    Fig. 1

    Legenda:
    1 Bobina
    2 Elemento mobile dell’elettrovalvola
    3 Pistone di controllo
    4 Camera del gas di aspirazione
    5 Camera del gas di mandata
    6 Canale con gas di mandata
    7 Foro di equalizzazione della pressione.

    Fig. 2: Esploso di testate dotate di dispositivo di parzializzazione

  3. Limiti di applicazione nel funzionamento in parzializzazione

     Nel funzionamento in parzializzazione si riscontra normalmente un aumento delle temperature del compressore, principalmente a causa di:

    • ridotta portata di massa del refrigerante;
    • riduzione del raffreddamento del motore elettrico;
    • perdite elettriche e meccaniche.

    Per questo motivo i limiti di applicazione del compressore possono risultare parzialmente ridotti rispetto al caso di compressore utilizzato al 100% della potenza. Talvolta e' possibile limitare la riduzione dei limiti di impiego in parzializzazione, tramite l’adozione di un ventilatore ausiliario che ha la funzione di contrastare l’aumento delle temperature del compressore precedentemente descritto.

    1. Determinazione della potenza elettrica e frigorifera

       La determinazione della potenza frigorifera erogata dal compressore parzializzato puo' essere determinata in modo immediato considerando che la resa del compressore e' direttamente proporzionale al numero di cilindri attivi.

      La potenza elettrica ha andamento non molto dissimile da quello della potenza frigorifera resa, occorre tuttavia considerare l’effetto delle perdite elettriche e meccaniche citate in precedenza per stimare con buona precisione l’assorbimento elettrico. Di solito i costruttori di compressori semiermetici alternativi mettono a disposizione dei progettisti diagrammi come quello in fig. 3, che consentono di individuare i fattori correttivi per la potenza assorbita in condizioni di parzializzazione.

      Fig. 3: Curve per la determinazione della potenza assorbita dal compressore in condizioni di parzializzazione

    2. Avviamento a vuoto per mezzo della parzializzazione

    E’ possibile realizzare una sorta di avviamento a vuoto utilizzando il dispositivo di parzializzazione descritto. Le condizioni per ottenere una riduzione della coppia resistente allo spunto del compressore possono essere le seguenti: 1 testa parzializzata per compressori a 4 cilindri (50% di potenza residua) – 2 teste parzializzate per compressori a 6 cilindri (33% di potenza residua).

    Nel funzionamento di compressori di media – grossa potenzialita' e' spesso opportuno introdurre alcune misure volte alla riduzione della corrente di spunto (per esempio avviamento part winding o stella triangolo).

    Per completare il sistema occorre inoltre applicare una valvola di non ritorno sulla mandata e realizzare una linea di by-pass tra la mandata e l’aspirazione controllata da una elettrovalvola che apre il by-pass qualche secondo prima che il compressore venga avviato. Con l’utilizzo della partenza a vuoto viene ridotta la coppia resistente all’avviamento consentendo al compressore di avviarsi con maggiore facilita' riducendo la corrente di spunto.