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CENTRO STUDI GALILEO

 

PERCHE' UTILIZZARE IL RAFFREDDAMENTO AD ASSORBIMENTO?

La refrigerazione convenzionale a compressione meccanica viene utilizzata in molti modi diversi ed e' stata testata svariate volte, e' inoltre supportata da una buona rete di fornitori e di ditte di manutenzione.

E' poco probabile che il raffreddamento ad assorbimento sostituisca gli impianti convenzionali su vasta scala, ma vi sono molte applicazioni in cui e' in grado di offrire un'alternativa interessante sia dal punto di vista ambientale sia economico.

Di regola, il raffreddamento ad assorbimento e' degno di essere preso in considerazione se il raffreddamento e' da prodursi in sito e se si verifica una delle seguenti condizioni:

- avete un impianto a pompa di calore per riscaldamento e raffreddamento e non potete utilizzare tutto il calore che avete a disposizione, o state prendendo in considerazione un nuovo impianto:

- avete a disposizione del calore disperso;

- avete a disposizione una fonte di carburante a basso costo;

- l'efficienza del Vs boiler e' bassa a causa di un fattore di carico esiguo (soprattutto in estate);

- avete un limite di carico elettrico che sarebbe costoso aumentare;

- avete problemi di rumore e vibrazioni;

- necessitate di maggiore raffreddamento ma avete un limite del carico elettrico troppo caro da elevare e avete una fornitura di calore adeguata.

In breve, il raffreddamento ad assorbimento ha la sua applicazione quando si ha a disposizione del calore gratuito o a basso costo, e/o vi sono problemi per l'utilizzo della refrigerazione convenzionale.

Essenzialmente, la fonte di calore a basso costo prender il posto dell'elettricita' a' dal costo molto piu' elevato in un raffreddatore convenzionale.

Vedi figura 1

EFFETTI AMBIENTALI

La maggior parte delle applicazioni potenziali avvengono in una situazione in cui il raffreddamento ad assorbimento e' meno dannoso dal punto di vista ambientale rispetto alle altre alternative: in genere quando la fonte di calore verrebbe sprecata.

I miglioramenti ambientali a disposizione vengono spesso utilizzati per pubblicizzare la tecnologia dando luogo ad una maggiore vendita.

L'assenza di CFC e di altri refrigeranti potenzialmente dannosi non rappresenta un sicuro vantaggio dal punto di vista ambientale in quanto l'impatto ambientale di ogni impianto di raffreddamento e' influenzato soprattutto dal consumo energetico della fonte di calore (per il raffreddamento ad assorbimento) o della centrale energetica (per i raffreddatori azionati elettricamente).  

LE BASI DELLA TECNOLOGIA AD ASSORBIMENTO

Funzionamento di un chiller ad assorbimento  (Vedi figura 2)

Tutti gli impianti di refrigerazione operano sulla base di due ben conosciuti fenomeni fisici:

- Quando un liquido evapora (o bolle) assorbe calore, per poi cederlo quando condensa.

Qualsiasi liquido bollir (e condenser) ad una bassa temperatura con una certa pressione, e ad una piu' alta temperatura con una piu' alta pressione.

Un refrigerante e' semplicemente un liquido che evapora e condensa a temperature che sono nel campo della normale impiantistica.

Come solitamente accade, nel ciclo meccanico di compressione del vapore, il refrigerante evapora ad una bassa pressione, producendo freddo. Esso e' quindi compresso in un compressore meccanico ad una piu' alta pressione e condensa.

In un'unita' a compressione di vapore meccanica, il compressore, normalmente, e' fatto funzionare da un motore elettrico.

Nel refrigeratore ad assorbimento, l'evaporatore e il condensatore sono essenzialmente gli stessi, ma un assorbitore e un rigeneratore chimico rimpiazzano il compressore, con una pompa per garantire il cambiamento di pressione.

Siccome una pompa richiede meno potenza di un compressore, il consumo di potenza elettrica e' molto minore (la sorgente di calore fornisce la maggior parte dell'energia).

Il refrigeratore ad assorbimento lavora poiche' alcune coppie di sostanze chimiche hanno una grande affinita' a dissolversi l'una nell'altra.

Per esempio una soluzione forte di bromuro di litio in acqua far evaporare il vapore d'acqua attorno ad essi per diluire la soluzione.

Questa affinita' e' sfruttata nella refrigerazione ad assorbimento per trasferire l'acqua (che e' il refrigerante) da un evaporatone convenzionale nell'assorbitore. Da qui la soluzione diluita viene pompata ad un'alta pressione al generatore.

Qui viene applicato il calore e l'acqua viene guidata fino al condensatore comune. La soluzione rinforzata puo' quindi essere riportata nell'assorbitore.

Il calore e' espulso dall'assorbitore (questo accade quando viene assorbito il refrigerante) e dal normale condensatore.

Il bromuro di litio (in soluzione) e l'acqua sono una coppia di prodotti chimici usati nella refrigerazione ad assorbimento.

Un'altra coppia ben collaudata e' quella ammoniaca/acqua.

In questo caso l'ammoniaca e' il refrigerante e l'acqua e' il liquido assorbente.

IL COP E IL RENDIMENTO DEI CHILLER AD ASSORBIMENTO

Per tutti i sistemi di refrigerazione, e' utile conoscere il concetto di COP. Il COP viene definito come l'effetto di refrigerazione prodotto diviso l'energia richiesta dal sistema (espressi entrambi nella stessa unita' di misura - KW o Btu/h ecc.).

Quando confrontiamo COP per sistemi differenti, e' prudente includere tutti i consumi di energia, non solo quelli dei chiller stessi.

Il COP di un chiller ad assorbimento e' generalmente circa l'80% di un COP ideale (calcolato teoricamente). Il COP ideale di un chiller a singolo effetto e' definito da una delle due coppie di variabili, che mostrano quali sono i fattori che influenzano il rendimento dei chiller:

COP ideale =  Te /  Ta =  Tc / Tg

Dove tutte le temperature sono in Kelvin (K) e:

Te le' a temperatura all'interno dell'evaporatore, controllata dalla temperatura dell'acqua prodotta dal chiller.

Ta le' a temperatura all'interno dell'assorbitore, controllata dalla temperatura in uscita dell'acqua refrigerata.

Tc e' la temperatura del condensatore, anch'essa controllata dalla temperatura in uscita dell'acqua refrigerata.

Tg e' la temperatura all'interno del generatore, controllata dalla temperatura in uscita della fonte di calore.

Queste relazioni mostrano come le temperature relative alla sorgente di calore, acqua raffreddata e acqua refrigerata incidano sul rendimento.

Generalmente l'aumento di uno dei due rapporti provoca l'aumento di resa:

- Un'elevata temperatura d'acqua refrigerata (Te) provoca un alto COP e capacita' di raffreddamento.

- Una bassa temperatura di acqua raffreddata (Ta) provoca un alto COP e capacita' di raffreddamento.

- Un'elevata temperatura della sorgente di calore (Tg) provoca un COP simile, ma aumenta la capacita' di raffreddamento.

In ogni caso, e' la temperatura in uscita che ha il maggior effetto.

L'ASSORBIMENTO IN PRATICA   (Vedi Figura 3)

Il diagramma mostra come l'assorbitore, la pompa ed il generatore sono sistemati in chiller ad assorbimento bromuro di litio/acqua a singolo effetto (spiegato sotto).

Il vapore refrigerante nell'evaporatore e' assorbito nell'assorbitore, e la miscela e' pompata al generatore. Nel generatore il calore e' utilizzato e il refrigerante passa in un condensatore normale. Il liquido assorbente torna all'assorbitore.

Nella soluzione chiller ad assorbimento a bromuro di litio/acqua, tutti i componenti mostrati, eccetto la pompa, saranno inclusi in uno o piu' contenitori d'acciaio, con un evaporatore e un condensatore comuni.

Nel diagramma si possono osservare due caratteristiche che non sono ancora state spiegate.

Primo, c'e' uno scambiatore di calore tra l'assorbitore e il generatore. Questo serve ad aumentare l'efficienza dell'impianto.

Secondo, l'assorbitore include uno scambiatore di calore.

Questo e' necessario perche', quando il refrigerante viene assorbito, viene generato calore che deve essere eliminato.

Il diagramma indica un chiller ad assorbimento a singolo effetto. Negli impianti a doppio e triplo effetto, gran parte del calore e' riciclato internamente al fine di incrementare l'efficienza, ma questi impianti richiedono un'elevata temperatura della sorgente di calore (vedere il numero degli effetti indicati in seguito).

TIPI DI IMPIANTI AD ASSORBIMENTO

E' uso comune suddividere gli impianti ad assorbimento a seconda di:

  1. tipo di sorgente di calore;
  2. numero di effetti;
  3. prodotti chimici impiegati nei processi ad assorbimento.

In questo modo, un impianto puo' essere definito come una sorgente d'acqua calda, a singolo effetto, bromuro di litio/acqua. l termini possono cosi' essere spiegati:

1. Tipo a sorgente di calore Il calore deve essere generalmente fornito a un impianto ad assorbimento (acqua calda, vapore o direttamente tramite gas naturale). Altre sorgenti come gas caldi sono possibili teoricamente ma richiedono un progetto speciale, piuttosto che l'applicazione di uno dei progetti gia' sul mercato.

2. Numero di effetti Come spiegato sopra, e' possibile avere impianti a singolo e doppio effetto.

Gli impianti a triplo effetto non sono ancora sviluppati.

Gli impianti a doppio effetto sono piu' efficienti di quelli a singolo effetto ma sono molto costosi.

Il fattore determinante e' la temperatura alla quale il calore e' disponibile; con impianti a doppio effetto viene richiesto solitamente calore a 140C o pi.

Questo e' normalmente ottenibile solo tramite fiamma di gas naturali direttamente nell'impianto ad assorbimento, da vapore a 7-9 bar o da acqua calda pressurizzata a circa 160C.

3. Sostanze chimiche usate nei processi ad assorbimento Un impianto ad assorbimento necessita di due sostanze chimiche con legami reciproci forti per poter lavorare insieme. Sebbene altre coppie siano possibili, bromuro di litio/acqua e ammoniaca/acqua, sono le due coppie commercialmente impiegate.

Nei tipi bromuro di litio/acqua, l'acqua e' il refrigerante ed e' assorbita da una forte soluzione di bromuro di litio. Nel tipo ammoniaca/acqua, l'ammoniaca e' il refrigerante ed e' assorbita dall'acqua.

Negli impianti bromuro di litio/acqua, l'acqua refrigerante (che raffredda a 0C) e' la ragione per cui non possono essere ottenute temperature al di sotto di circa 5C.