Come si calcola e a cosa serve il volano termico, ossia i serbatoi di accumulo o serbatoi inerziali nelle applicazioni di raffreddamento con chiller asserviti a centraline di termoregolazione. Molto spesso i nostri chiller sono infatti asserviti a centraline di termoregolazione o di termostatazione che servono delle utenze, quali reattori farmaceutici o processi industriali in generale. In questi ambiti vi sono differenze di temperatura notevoli, che implicano all’interno dello stesso processo necessità di raffreddamento, di riscaldamento e di mantenimento di alte temperature.

Prendiamo l’esempio di un reattore farmaceutico, dove un prodotto deve essere portato a una temperatura elevata, poniamo 90° C, per ottenere una data reazione chimica. Una volta ottenuta la reazione chimica, il prodotto va mantenuto a una certa temperatura per un periodo di tempo definito, e poi deve essere raffreddato. Abbiamo allora una massa notevole di prodotto ad alta temperatura, una camicia del reattore in cui circola un fluido a elevata temperatura, e tutto questo va raffreddato. A questo punto la centralina di termoregolazione chiude la sezione di riscaldamento e apre il circuito di raffreddamento, mediante una valvola a due vie, a tre vie, modulante o on/off sullo scambiatore.

Il gruppo frigorifero è dimensionato per eseguire il raffreddamento di questa massa in un certo tempo. Ma all’inizio del processo di raffreddamento, avremo una enorme massa di fluido ad alta temperatura che entra in uno scambiatore, dove sul secondario vi è acqua fredda. Lo scambiatore andrà quindi a scambiare una potenza termica molto elevata, perché abbiamo un Delta T medio logaritmico elevatissimo che aumenta l’efficienza dello scambiatore. Tutta la potenza viene così scaricata sull’acqua di raffreddamento, e se non abbiamo un volano termico con un volume importante il rischio è di mettere in crisi il gruppo frigorifero.

Questo è dovuto al fatto che, se abbiamo poco volume, tutta questa energia viene scaricata nel serbatoio freddo, e l’acqua invece di tornare ad esempio 15° al chiller per essere raffreddata a 10° C arriva magari a 40-45° C o anche 50° C per un transitorio. Ciò basta a portare le pressioni di evaporazione del chiller fuori dal suo range di funzionamento. Con il risultato di mandare in blocco il gruppo frigorifero e interrompere il processo di raffreddamento necessario alla produzione.

Pertanto, è molto importante calcolare il volume di questo volano termico, o buffer, per avere un serbatoio in grado di attenuare questi picchi. Permettendo di mandare l’acqua al chiller a una temperatura che non lo metta in crisi. Il calcolo viene fatto in funzione dei volumi di prodotto in gioco, e quindi dell’energia, mantenendo un margine sul volume di questo serbatoio in modo che durante i picchi di lavoro le temperature rimangano nel range di lavoro del chiller, 20-25° C, 30° C al massimo.

A tal fine è importante che il cliente dia una mano, fornendo tutte le informazioni base relative al suo impianto, quali ad esempio i volumi di acqua che circolano, le lunghezze delle tubazioni, il volume del reattore nella fattispecie presa ad esempio, e la velocità a cui necessita che avvenga il raffreddamento. Il tutto per impostare correttamente la dimensione del chiller. Aiuta infine avere sulla sezione di raffreddamento della centralina una valvola modulante a tre vie, che permette di impostare una rampa di raffreddamento che rispetta le temperature e i tempi del cliente, e che consente al gruppo frigorifero di lavorare in maniera adeguata senza entrare in crisi.

 

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