Chiller (refrigeratore): differenze tra le versioni

Un '''chiller''' (refrigeratore o gruppo frigorifero) è una [[macchina termica]] che sfruttando la [[Compressione (fisica)|compressione]] e l’[[Espansione_(motore)|espansione]] di [[Gas|gas]] particolari, detti gas frigorigeni (ammoniaca o [[Freon|freon]], composto chimico derivato dal [[Metano|metano]] e dall’[[Etano|etano]] e appartenente alla famiglia degli [[Alogenuri_alchilici|alogenuri alchilici]], chiamati impropriamente anche [[Freon|clorofluorocarburi]], CFC), consente di sottrarre [[Calore|calore]] a un [[Fluido|fluido]], molto spesso [[Acqua|acqua]].

Vengono comunemente impiegati nell’[[Industria|industria]] di processo e in applicazioni di [[Termoregolazione_industriale|termoregolazione industriale]], laddove il [[Processo_di_produzione_industriale|processo produttivo]] richieda di raggiungere e mantenere [[Temperatura|temperature]] molto basse e livelli di raffreddamento spinto.

Un [[Ciclo_frigorifero|ciclo frigorifero]] è un [[Ciclo_termodinamico|ciclo termodinamico]] che ha per effetto il trasferimento di [[Calore|calore]] da un [[Fluido|fluido]] o da un ambiente a un altro. È possibile distinguere tre tipi di ciclo frigorifero:

Il [[Ciclo_frigorifero|ciclo frigorifero]] a [[Compressione (fisica)|compressione]] è quello usato nei chiller. In un chiller, un [[Compressore|compressore]] viene impiegato per comprimere il [[Gas|gas]] frigorigeno, che in conseguenza dell’aumento di [[Pressione|pressione]] passa dallo [[Gas|stato gassoso]] allo [[Liquido|stato liquido]]. Il gas viene quindi fatto espandere, tornando alla fase gassosa evaporando. Per effetto dell’espansione e della conseguente evaporazione, il [[Gas|gas]] sottrae la quantità di [[Calore|calore]] necessaria a compiere il proprio [[Transizione_di_fase|passaggio di stato]], generando l’effetto frigorifero desiderato.

Il ciclo frigorifero di Stirling è caratterizzato da un’alternanza ciclica di fasi di [[Espansione_(motore)|espansione]] e [[Compressione (fisica)|compressione]] del [[Fluido|fluido]], non implica cambiamento di stato del fluido e non è pertanto legato a determinate temperature operative.

Il ciclo frigorifero ad [[Assorbimento_gas-liquido|assorbimento]] è caratterizzato da elevata [[Efficienza_energetica|efficienza energetica]] in quanto non richiede l’impiego di [[Energia_potenziale_elettrica|energia elettrica]] necessaria al funzionamento di un [[Compressore|compressore]], e se pur di più complessa realizzazione e minor [[Rendimento_termico|rendimento termico]], rappresenta una alternativa green al chiller a compressione in quanto non impiega [[Freon|CFC]]. Sfrutta il [[Calore|calore]] di dissoluzione, spesso calore di scarto e [[Rigenerazione_(termodinamica)|recupero termico]] proveniente da processi industriali o da [[Cogenerazione|cogenerazione]], applicato a un [[Soluto|soluto]] in un [[Solvente|solvente]], che viene in tal modo ciclicamente concentrato e nuovamente diluito.

Un chiller è quindi composto da [[Macchina|macchinari]] accostati a [[Scambiatore_di_calore|scambiatori di calore]], impiegati per fornire o sottrarre [[Energia_termica|energia termica]] in forma di calore nelle diverse fasi di un [[Ciclo_termodinamico|ciclo termodinamico]].

La massima [[Temperatura|temperatura]] in uscita ottenibile mediante l’uso di un chiller è tipicamente di 20° C. Per raggiungere temperature più elevate, è invece consigliabile l’impiego di una [[Scambiatore_di_calore|scambiatore]] intermedio. Laddove il livello di temperatura del [[Fluido|fluido]] in uscita superi i 35°, è infine possibile ricorrere all’impiego di dry cooler.

A seconda del [[Processo_di_produzione_industriale|processo]] e del [[Fluido|fluido]] impiegati nella fase di condensazione del gas frigorigeno, è possibile individuare due grandi famiglie di chiller (o refrigeratori):

In un chiller raffreddato ad acqua, la [[Condensazione|condensazione]] del gas frigorigeno avviene mediante l’impiego di uno scambiatore di calore ad acqua.

In un chiller raffreddato ad aria, lo stesso processo di [[Condensazione|condensazione]] del gas frigorigeno è invece ottenuto tramite l’impiego di aria: per tale motivo, questo genere di chiller è generalmente più rumoroso ed energivoro, a causa del sistema di [[Ventilazione|ventilazione]] e movimentazione dell’aria presente. Di contro, un chiller raffreddato ad aria ha il vantaggio di non richiedere alcun consumo di acqua.

Un chiller è una [[Macchina_termica|macchina termica]] che consuma notevoli quantità di [[Energia|energia]], soprattutto relativamente all’elettricità richiesta per il funzionamento del [[Compressore|compressore]].

* [[Temperatura_ambiente|Temperatura ambiente]]

In proporzione al variare di questi due fattori, varia di conseguenza il consumo elettrico del chiller, essendo il suo rendimento strettamente dipendente dalle temperature di [[Evaporazione|evaporazione]] e di [[Condensazione|condensazione]].

Per fare un esempio, al variare verso il basso della [[Temperatura|temperatura]] richiesta del fluido in uscita, il [[Rendimento_termico|rendimento termico]] di un chiller diminuisce in maniera direttamente proporzionale. Detto in altri termini, un chiller che debba [[Dissipazione|dissipare]] una definita quantità di [[Energia_termica|energia termica]] a una [[Temperatura|temperatura]] più alta, consuma meno che nel caso debba [[Dissipazione|dissipare]] la stessa quantità di [[Energia_termica|energia]] a una [[Temperatura|temperatura]] più bassa. Esempio: costano di più 100.000 [[Caloria|Kcal/h]] di acqua a 5° C rispetto a 100.000 [[Caloria|Kcal/h]] di acqua a 15° C.

Quando si progetta un chiller, o gruppo frigorifero, per applicazione in un determinato [[Processo_di_produzione_industriale|processo produttivo industriale]], è pertanto molto importante definire a priori questi limiti, in modo da dimensionare correttamente il [[Impianto_di_raffreddamento|sistema di raffreddamento]] alle condizioni operative effettive, al fine di ottimizzare il [[Rendimento_(termodinamica)|rendimento]] frigorifero del chiller, massimizzando l’[[Efficienza_energetica|efficienza energetica]] dell’[[Impianto_di_raffreddamento|impianto di raffreddamento]].