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Refrigerazione e celle frigo

PROGETTAZIONE

Diversi fattori devono essere presi in considerazione quando si progetta una cella frigorifera. In primo luogo, lo spessore del materiale isolante per le pareti. Se la cella contiene prodotti surgelati, uno strato isolante più spesso è solitamente applicato. Il grado di isolamento delle pareti è un aspetto importante.
Una resistenza per il riscaldamento del telaio della porta deve essere installata in celle frigorifere con temperature inferiori a 0 °C per prevenirne il congelamento. È inoltre necessario installare un sistema di riscaldamento a pavimento nelle celle frigorifere con temperature ambiente inferiori a 0 °C per prevenire la formazione di ghiaccio sul pavimento e sotto di esso. Un certo ricambio d’aria deve essere garantito. Tale ricambio, tuttavia, deve essere adeguato e non eccessivo, per non dover raffreddare nuovamente l’aria, sprecando energia.
Una valvola di ventilazione limitatrice della pressione o una valvola di sovraflusso devono essere installate per la compensazione della pressione tra la cella frigorifera e l’aria circostante (equalizzazione della pressione bidirezionale).
Se la pressione non viene equalizzata nella cella frigorifera, l’aria all’interno si raffredderà, con una riduzione del volume e la creazione di vuoto.
La conseguenza di tutto ciò sarà il crollo delle pareti e del soffitto della cella frigorifera. Quando si entra e si esce da una cella frigorifera, il ricambio d’aria può essere eccessivo. In casi estremi, questo ricambio d’aria può ostacolare il mantenimento della temperatura della cella frigorifera da parte dall’impianto di refrigerazione -senza parlare dei costi energetici aggiuntivi. Nei casi in cui non è possibile evitare un uso frequente della cella frigorifera, una tenda a strisce o una serranda possono essere utilizzate per minimizzare il ricambio d’aria.
Secondo la norma ISO 27000, la legge richiede che un dispositivo di allarme sia installato nelle celle frigorifere di un volume superiore a 10 m3.
L’allarme deve essere visivamente e acusticamente percepibile.
Anche nelle celle più piccole, gli operatori devono poter lasciare l’ambiente di refrigerazione in qualsiasi momento.
Questo significa che la cella frigorifera deve essere dotata di un meccanismo di apertura/chiusura sia interno sia esterno.

TIPOLOGIE DI CELLE FRIGORIFERE

Gli impianti di refrigerazione per celle frigorifere sono disponibili, per esempio, come dispositivi clip-on. Questi dispositivi combinano in genere un compressore, un evaporatore e un condensatore in un unico alloggiamento.

Sono principalmente utilizzati per celle frigorifere con un volume inferiore a 30 me solo una zona di temperatura.

L’unità clip-on può essere installata sulla cella frigorifera o accanto ad essa. Le unità clip-on consistono di 1 compressore, 1 condensatore e 1 evaporatore. Un’altra opzione disponibile per le celle frigorifere è un’unità condensatrice remota.
Questa soluzione consiste di un’unità condensatrice collegata all’evaporatore tramite tubi. L’evaporatore, normalmente installato sul soffitto della cella frigorifera, è dotato di una o più ventole che consentono all’aria di circolare nella cella frigorifera.
Questo tipo di cella frigorifera è idoneo per l’uso sia all’interno che all’esterno degli edifici. Le celle frigorifere con unità condensatrice remota consistono di 1 compressore, 1 condensatore e 1 evaporatore. L’unità condensatrice OPTYMA PLUSTM, per esempio, è idonea per celle frigorifere di questo tipo. I principali utenti, come supermercati e warehouse, utilizzano sistemi di refrigerazione centralizzati con più compressori, installati sotto forma di rete.
Questi impianti possono essere installati separatamente dalle celle frigorifere e sono collegati alle singole celle tramite tubi. Regolatori di refrigerazione possono essere utilizzati per il controllo delle elettrovalvole e per regolare ogni evaporatore singolarmente. I cosiddetti “pack” consistono di diversi compressori, 1 condensatore, diverse celle frigorifere e in genere numerosi armadi frigoriferi o vetrine.

FUNZIONE DI REGOLAZIONE DELLA TEMPERATURA

La funzione di regolazione della temperatura è in genere gestita da un regolatore di refrigerazione nella cella frigorifera.
Un regolatore di refrigerazione in versione standard ha sempre bisogno come minimo di un sensore di controllo.
Questo sensore misura la temperatura ambiente in una normale cella frigorifera. Per questo motivo, il sensore è generalmente posizionato in modo da monitorare la temperatura del flusso dell’aria di ritorno verso l’evaporatore. Il risultato viene quindi visualizzato ed elaborato dal regolatore di refrigerazione come valore effettivo.
Questo valore effettivo viene continuamente confrontato con il set-point del regolatore di refrigerazione. Il set-point può essere determinato nel regolatore. Oltre al set-point, è possibile impostare anche una differenza (isteresi). La somma del setpoint e della differenza determina il valore di attivazione superiore, mentre il set-point rappresenta il valore di attivazione inferiore del controllo della temperatura. Quando il valore di attivazione superiore viene raggiunto, il raffreddamento (il compressore o l’elettrovalvola) viene attivato e quando la temperatura di set-point viene raggiunta, viene nuovamente disattivato. In questo modo, la temperatura ambiente viene mantenuta sempre nello stesso intervallo.
Questa funzione di controllo della temperatura è probabilmente la funzione di base più importante del regolatore di refrigerazione.

ZONE DI UNA CELLA FRIGORIFERA

Il tipo di prodotto magazzinato determina le condizioni di stoccaggio nella cella frigorifera. La temperatura richiesta nelle singole celle frigorifere può anche dipendere dal periodo di stoccaggio previsto, e se il prodotto fresco deve essere magazzinato nella cella e successivamente congelato.
Le due tipologie principali di cella sono le celle di congelamento e le celle frigorifere.
La temperatura di evaporazione in queste celle è in genere fra -10 °C e 0 °C. Il tipo di regolazione utilizzato dipende dal tipo di prodotto magazzinato, nonché dalla qualità desiderata.
La tipologia di utilizzo (MBP/LBP) e il volume della cella frigorifera sono spesso usati come regola generale per calcolare l’ingresso di calore dalle pareti e quindi la capacità frigorifera. Questo calcolo è sufficiente nella maggior parte dei casi.
L’ingresso di calore è spesso associato alla temperatura ambiente, alla superficie delle pareti e al ricambio d’aria.
Un calcolo più preciso può essere ottenuto prendendo in considerazione le proprietà degli alimenti e analizzando tutti i carichi termici. Questi fattori devono essere individualmente incorporati nel calcolo per le celle frigorifere.

VALVOLE DI ESPANSIONE TERMOSTATICHE O ELETTRONICHE

Semplici circuiti di refrigerazione possono essere utilizzati per le celle frigorifere. Questi circuiti sono efficienti dal punto di vista dei costi e non sono complessi, ma presentano alcuni svantaggi, per esempio, il rischio di una eccessiva evaporazione nei prodotti magazzinati non adeguatamente imballati o coperti.
Le valvole di espansione termostatiche rivestono la funzione di valvole di iniezione nella maggior parte delle celle frigorifere.
Un regolatore del surriscaldamento elettronico offre diversi benefici se si sta cercando una soluzione più efficiente. L’evaporatore deve essere costantemente pieno di refrigerante per un uso ottimale. Anche nel caso di forti variazioni di capacità (cioè carichi parziali), la quantità di refrigerante da iniettare può essere dosata con precisione. Basta trasmettere il surriscaldamento corrente nell’evaporatore al regolatore elettronico, utilizzando un trasmettitore di pressione e un sensore di temperatura molto sensibile.
Il regolatore può ora adottare le misure necessarie per ottenere il piccolo surriscaldamento desiderato.
Questa regolazione adattativa dell’iniezione del refrigerante consente un uso ottimale dell’evaporatore alle pressioni di evaporazione più elevate possibili e realizzabili nell’impianto specifico. Questo, tuttavia, non significa solo un minore consumo energetico per l’utente. Grazie alle minori differenze di temperatura tra l’evaporazione e la temperatura ambiente, la deumidificazione dell’aria viene limitata nella cella, prevenendo un eccessivo essiccamento delle merci refrigerate.
La stessa configurazione significa anche che, per esempio, le verdure stoccate in una cella con un evaporatore dotato  di regolazione tramite una valvola di espansione elettronica restano esteticamente presentabili e idonee per la vendita per un periodo di tempo più lungo che con una valvola di espansione termostatica. Le merci refrigerate perdono meno umidità. Se la capacità dell’evaporatore è insufficiente, un evaporatore più grande consentirà di migliorare ulteriormente le condizioni, con una temperatura di evaporazione più elevata e una minore deumidificazione.

 

SBRINAMENTO

Brina si formerà sulla superficie di un raffreddatore ad aria se la sua temperatura è pari o inferiore a 0 °C. La brina che si accumula sull’evaporatore può assumere diverse forme: granulare (polvere o fiocchi), ghiaccio o qualsiasi altra forma intermedia. La brina è causata dall’assorbimento di acqua dalle merci e dall’umidità atmosferica (aria che attraversa il raffreddatore). Lo sbrinamento è il processo di rimozione della brina accumulatasi sulla superficie dell’evaporatore. Lo sbrinamento può essere effettuato alimentando calore generato elettricamente, gas freddo/caldo sul lato alta pressione, aria calda dalla cella frigorifera o acqua calda.
Lo sbrinamento può aiutare a prevenire un eccessivo accumulo di brina sulle superfici delle apparecchiature di refrigerazione, con un conseguente buon trasferimento di calore e un funzionamento ottimale dell’impianto. Inoltre, uno sbrinamento regolare consente all’aria di circolare liberamente, con migliori prestazioni del raffreddatore ad aria.
La frequenza e la durata dello sbrinamento dipenderà, tra le altre cose, dai prodotti magazzinati, il loro contenuto di umidità e il ricambio d’aria e di umidità. Il numero di aperture e chiusure della porta e degli ingressi nella cella riveste anche un ruolo importante.
La cella frigorifera deve essere sbrinata secondo le necessità e soprattutto in modo tempestivo. Se il periodo di sbrinamento non è sufficientemente lungo e parte del ghiaccio permane, nel tempo si accumulerà una quantità di ghiaccio ancora superiore.
Il tipo di sbrinamento è altrettanto importante quanto il tempo/frequenza di sbrinamento. Tre metodi di sbrinamento sono in genere utilizzati. Sbrinamento tramite circolazione d’aria (scongelamento nella cella frigorifera), elettrico e a gas caldo.
Lo sbrinamento naturale (circolazione dell’aria) è possibile se la temperatura nella cella frigorifera è superiore a +4 °C. La refrigerazione viene sospesa, ma il ventilatore continua a funzionare.
Questo processo può richiedere più tempo rispetto agli altri metodi di sbrinamento; tuttavia, lo sbrinamento può essere accelerato aumentando la temperatura. Questo processo è energeticamente vantaggioso, in quanto nessun calore supplementare viene prodotto e deve essere poi nuovamente rimosso dalla cella frigorifera.
Lo sbrinamento elettrico è il metodo più comune e allo stesso. tempo il più semplice. Basta installare il raffreddatore ad aria con resistenze elettriche e collegarlo con cavi elettrici. Questo metodo di sbrinamento tende a essere più costoso dal punto di vista energetico in quanto utilizza molta energia.
D’altra parte, lo sbrinamento elettrico può essere ben controllato e rappresenta forse l’unica opzione di sbrinamento attuabile. Lo sbrinamento può essere effettuato utilizzando un orologio in tempo reale, intervalli di tempo o manualmente, e disattivato in base a una temperatura preimpostata o dopo un certo periodo di tempo.
Nel terzo metodo, lo sbrinamento a gas caldo, il gas viene deviato dal lato alta pressione dell’impianto di refrigerazione e viene utilizzato per lo sbrinamento. In linea di principio, questo metodo consente di risparmiare energia.
Tuttavia, quello del gas caldo è un metodo di sbrinamento relativamente complicato ed è utilizzato principalmente nei grandi impianti con diversi evaporatori.Gli evaporatori possono funzionare contemporaneamente al raffreddatore ad aria che deve essere sbrinato, con uno sbrinamento alternato. Più valvole sono necessarie per lo sbrinamento a gas caldo e il sistema di controllo è anche più complicato rispetto agli altri metodi di sbrinamento. Se si utilizza lo sbrinamento a gas caldo, si raccomanda di incorporare un separatore del liquido per proteggere il compressore. Un regolatore della pressione può inoltre proteggere il compressore da un’alta pressione di aspirazione.
Lo sbrinamento a gas freddo può essere un’alternativa allo sbrinamento a gas caldo. Questo tipo di sbrinamento comporta l’estrazione del refrigerante ad alta pressione dalla cupola di aspirazione anziché direttamente dalla linea del gas caldo.
Tuttavia, non è solo il metodo di sbrinamento ad essere importante; i costi energetici possono essere ridotti saltando una fase dello sbrinamento, soprattutto se non è necessaria. Saltare ogni quinto processo di sbrinamento è già un enorme vantaggio energetico. È molto importante che l’impianto sia sbrinato solo agli orari programmati.
In caso contrario, lo sbrinamento potrebbe essere avviato in orari indesiderati (per esempio, quando si attende la consegna delle merci). Utilizzare un regolatore di refrigerazione con sbrinamento su richiesta può anche comportare risparmi energetici.

CONCLUSIONE

Diversi aspetti devono essere presi in considerazione durante la progettazione, l’assemblaggio e l’utilizzo di una cella frigorifera, così come avrete potuto apprendere in questi due articoli della nostra serie “Tutto quello che c’è da sapere sulla refrigerazione”. Una messa in servizio attenta e una manutenzione regolare assicurano un funzionamento corretto dell’impianto, senza inutili sprechi di energia. Miglioramenti energetici sono inoltre possibili per gli impianti esistenti montando valvole di espansione elettroniche e regolatori di refrigerazione per lo sbrinamento su richiesta.