I refrigeratori a ricircolo sono sistemi di raffreddamento a liquido "commerciali" che offrono un controllo accurato della temperatura e/o un raffreddamento al di sotto della temperatura ambiente.
Aumento della durata e dell'affidabilità del sistema
I refrigeratori a ricircolo vengono utilizzati per raffreddare vari tipi di apparecchiature, tra cui apparecchiature mediche, laser, microscopi, strumentazione analitica, apparecchiature per la lavorazione dei semiconduttori, alimentatori, elettronica e molte altre applicazioni. I refrigeratori presentano diverse opzioni per configurare il sistema per un'applicazione specifica; ad esempio, opzioni relative a protezione, praticità, applicazioni speciali e compatibilità dei fluidi.
Le opzioni relative a protezione e praticità, indicate di seguito, includono valvole di flusso esterne, valvole di scarico della pressione esterne, sistemi anti-sifone, filtri dell'aria, filtri dell'acqua e funzione di avvio a distanza. La selezione delle opzioni appropriate può ottimizzare il funzionamento e facilitare le operazioni di manutenzione del refrigeratore, contribuire a minimizzare il rischio di guasti prematuri del sistema e garantire prestazioni ottimali.
Valvole e filtri sono considerati opzioni di protezione. Le valvole contribuiscono a gestire il flusso e la pressione nell'applicazione.
Opzioni per la protezione dei refrigeratori a ricircolo Boyd
Valvola di flusso esterna
Un'opzione vivamente raccomandata è la valvola di flusso esterna. Una valvola di flusso esterna è una valvola a globo regolabile manualmente utilizzata per controllare la portata del flusso del refrigerante verso l'applicazione. Quando la valvola viene aperta, aumenta la quantità del flusso che dall'applicazione viene deviato verso la linea di ritorno del refrigeratore.
La valvola di flusso esterna viene installata sul retro del refrigeratore in parallelo alla linea di alimentazione/ritorno del refrigerante.
Questa opzione è utile nelle applicazioni in cui il calo di pressione durante il processo non è noto o per cui è necessario un flusso specifico. Inoltre offre la massima flessibilità di utilizzo del refrigeratore con diverse portate del flusso.
Valvola di scarico della pressione esterna
Un'altra opzione è la valvola di scarico della pressione esterna. Questa valvola consente al refrigeratore a ricircolo di continuare a funzionare e di mantenere temperatura e pressione anche in caso di interruzione temporanea del flusso verso l'applicazione. Può essere utile in caso di applicazioni che si accendono e spengono ciclicamente. La valvola di scarico della pressione esterna può anche essere utilizzata per evitare che l'alimentazione del refrigeratore superi un'impostazione di pressione predeterminata. Le opzioni relative alla valvola di scarico della pressione esterna e alla valvola di flusso esterna non devono essere selezionate insieme perché la loro interazione può essere difficile da controllare.
La valvola di scarico della pressione esterna è una valvola di ritegno regolabile manualmente che può essere impostata su 50-100 psig. Quando il flusso si interrompe, la valvola si apre deviando il flusso al ritorno del refrigeratore. Questa valvola viene generalmente installata esternamente sul retro del refrigeratore in parallelo alla linea di alimentazione/ritorno del refrigerante. Quando si utilizza una pompa volumetrica insieme a una pompa di scarico della pressione esterna, l'impostazione della valvola di bypass integrata della pompa di norma viene aumentata a 90 psi. Questo serve a prevenire che la pompa devii il flusso e crei una condizione di bassa portata sulla linea di ritorno, causando lo spegnimento del refrigeratore. Per evitare la condizione di bassa portata sono necessarie portate minime di 0,5 gpm per i refrigeratori Boyd da RC006 a RC022 e di 1,5 gpm per i refrigeratori Boyd RC030 e RC045.
Sistema anti-sifone
Un sistema anti-sifone è una valvola che offre sia protezione che praticità. Questo sistema consente di installare un refrigeratore a un'altezza inferiore a quella dell'applicazione. Il serbatoio del refrigeratore è ventilato quindi, quando il refrigeratore è spento, il refrigerante all'interno dei tubi che collegano il refrigeratore all'applicazione ritorna nel serbatoio se l'applicazione è posizionata più in alto rispetto al refrigeratore. In una situazione di questo tipo, il fluido potrebbe fuoriuscire dal serbatoio se non fosse installato un sistema anti-sifone. Questa opzione è particolarmente vantaggiosa quando lo spazio è ridotto e l'unica posizione disponibile per l'installazione del refrigeratore è sotto l'applicazione o in un'applicazione in camera controllata.
Questo sistema anti-sifone è composto da una valvola di ritegno e da un'elettrovalvola interne installate rispettivamente sulle linee di alimentazione e di ritorno. La valvola di ritegno consente il flusso di refrigerante all'applicazione, ma ne impedisce anche il ritorno al refrigeratore. L'elettrovalvola è aperta per consentire il flusso di refrigerante quando l'alimentazione è accesa ed è chiusa per impedire al refrigerante di tornare al serbatoio ventilato del refrigeratore in assenza di alimentazione.
Come le valvole, anche i filtri aiutano a proteggere il refrigeratore e l'applicazione.
Filtro dell'aria
In ambienti polverosi e/o sporchi, è altamente raccomandato l'utilizzo di un filtro dell'aria. Un filtro dell'aria aiuta a prevenire l'accumulo di polvere che potrebbe portare a una riduzione della capacità di raffreddamento del refrigeratore. Inoltre riduce la necessità di effettuare la pulizia della batteria condensante e di altri componenti interni di refrigerazione. Il filtro dell'aria è anche facilmente accessibile perché viene montato all' interno del refrigeratore dietro la griglia anteriore. Boyd consiglia di sostituire periodicamente il filtro dell'aria a seconda del livello di polvere nell'aria. Ad esempio, in un ambiente pulito, come un laboratorio climatizzato, è possibile sostituire il filtro dell'aria solo ogni 6 mesi. Tuttavia, in un ambiente molto polveroso o sporco, come un'officina meccanica, può essere necessario sostituire i filtri anche ogni mese.
Filtro refrigerante da 5 micron
Altrettanto importante è il filtro dell'acqua o del refrigerante. Come indicato dal nome, un filtro da 5 micron rimuove le particelle di dimensioni fino a 5µ (0,2 mil) dal refrigerante fornito all'applicazione, proteggendo l'apparecchiatura da blocchi o danni causati dall'accumulo di particolato. Questo filtro viene posizionato sulla linea di alimentazione del refrigeratore. Tutto il flusso del refrigerante passa attraverso il filtro. Se un refrigeratore è dotato sia di filtro del refrigerante sia di valvola limitatrice di pressione o di valvola di flusso, il filtro sarà installato dopo la valvola. In questo caso, il 100% del refrigerante diretto all'applicazione passerà attraverso il filtro. Boyd raccomanda di ispezionare il filtro il giorno dopo la configurazione iniziale e successivamente su base settimanale. La mancata sostituzione delle cartucce del filtro può portare a una riduzione del flusso e, di conseguenza, a una riduzione della capacità di raffreddamento del refrigeratore o allo spegnimento del sistema.
Questi filtri possono essere utilizzati con pompe a turbina e pompe volumetriche. Sono particolarmente utili quando si usano le pompe volumetriche perché queste sono sensibili alle particelle. Non è consigliato utilizzare filtri del refrigerante con le pompe centrifughe perché il calo di pressione attraverso il filtro è troppo elevato.
La funzione di avvio a distanza è considerata un'opzione che favorisce praticità:
Avvio a distanza
L'opzione di avvio a distanza consente a un circuito esterno di controllare la funzione di accensione/spegnimento del refrigeratore attraverso dei contatti puliti posti sul retro del refrigeratore. La funzione di riavvio automatico è inclusa nel pacchetto controller standard del refrigeratore, tuttavia l'avvio a distanza è utile per coloro che desiderano avviare contemporaneamente la loro apparecchiatura e il refrigeratore a ricircolo da un computer o da un relè in modo più semplice. L'avvio a distanza può inoltre impedire l'azionamento accidentale delle applicazioni senza il refrigeratore e viceversa, eventualità che potrebbe causare danni, inutile consumo energetico e così via.
Opzioni di refrigeratori per requisiti avanzati e applicazioni specializzate
I refrigeratori a ricircolo sono sistemi di raffreddamento a liquido che offrono un controllo preciso della temperatura e/o un raffreddamento al di sotto delle temperature ambiente (figura 1). Le molte opzioni di refrigeratori ne consentono una facile integrazione in un'ampia gamma di applicazioni. Ad esempio vi sono opzioni relative ad applicazioni speciali, compatibilità dei fluidi, protezione e praticità.
Le applicazioni speciali e le opzioni di raffreddamento per la compatibilità dei fluidi, descritte di seguito, includono un riscaldatore, un pacchetto di isolamento interno, funzionamento a bassa temperatura, condensatore raffreddato ad acqua e set point di 0,1 °C.
Riscaldatore
Quando la temperatura ambiente è inferiore al set point di temperatura richiesto per il refrigeratore, può essere necessario utilizzare un riscaldatore. Questa opzione è particolarmente utile quando l'apparecchiatura è spenta durante la notte o viene accesa e spenta in un ambiente freddo. L'opzione è costituita da un riscaldatore con resistenza elettrica da 2000 W, 230V a immersione che consente di raggiungere più rapidamente il set point di temperatura durante l'avviamento a freddo o durante la variazione ciclica frequente del set point del refrigerante. Presenta la funzione integrata di spegnimento (non regolabile) in caso di surriscaldamento. Quando la temperatura del refrigerante è entro 3°C dalla temperatura predefinita, il riscaldatore si spegne e viene avviato il ciclo di refrigerazione finché non viene raggiunta la temperatura predefinita. Questa opzione è disponibile sui modelli Boyd da RC011 a RC045. Non aumenta l'intervallo di temperatura del refrigerante.
Pacchetto per isolamento interno
Un pacchetto per isolamento interno riduce notevolmente la formazione di condensa su serbatoio, testa della pompa e linee del refrigerante quando la temperatura predefinita del refrigerante del refrigeratore è inferiore al punto rugiada ambiente. Inoltre contribuisce a prevenire la corrosione all'interno del refrigeratore nonché eventuali danni a carico dell'elettronica dovuti al gocciolamento. Si consiglia l'utilizzo di un pacchetto per isolamento interno nelle applicazioni in cui la temperatura predefinita è pari o inferiore a 10°C e quando la temperatura ambiente è superiore a 25°C.
Funzionamento a basse temperature
Per i set point di temperatura ridotti (da -5°C a 25°C), l'opzione di funzionamento a basse temperature massimizza le prestazioni e offre una capacità di raffreddamento a bassa temperatura superiore rispetto a quella di un refrigeratore standard. Questa opzione richiede un pacchetto per isolamento interno. Il funzionamento a basse temperature è utilizzato in laser, raffreddamento di dispositivi a raggi X, strumentazione analitica e altre applicazioni.
Condensatore raffreddato ad acqua
Un condensatore raffreddato ad acqua rappresenta un'altra delle opzioni disponibili. Consente di respingere il calore verso una fonte di refrigerante liquido esterna attraverso un condensatore liquido-a-liquido a piastre brasate invece di respingerlo verso l'aria ambiente con un condensatore liquido-ad-aria. Questa opzione impedisce il riscaldamento della stanza e il possibile sovraccarico del sistema di climatizzazione. Inoltre i refrigeratori raffreddati ad acqua sono più silenziosi perché non sono dotati di ventola del condensatore. La fonte di refrigerante liquido è generalmente l'acqua dell'impianto, ma può anche essere un altro refrigeratore posizionato in una stanza diversa. La capacità di raffreddamento del refrigeratore si basa su una temperatura dell'acqua dell'impianto di 75°F (24°C) a una pressione inferiore a 100 psi. Nella figura 2 sono indicate le portate del flusso dell'acqua dell'impianto raccomandate per ciascun refrigeratore a ricircolo Boyd. Contatta gli ingegneri applicativi di Boyd per conoscere le portate del flusso dell'impianto richieste per le diverse temperature.
Tabella: Portate d'acqua consigliate per Boyd refrigeratori a ricircolo
| Modello | Portata del flusso (min) |
| RC011 | 1,4 gpm |
| RC022 | 1,4 gpm |
| RC030 | 1,9 gpm |
| RC045 | 3,4 gpm |
Setpoint di 0,1°C
Con un refrigeratore standard, l'utente può impostare la temperatura arrotondandola al grado più vicino. Con l'opzione set point di 0,1°C, è possibile impostare la temperatura con un arrotondamento al decimo di grado più vicino, consentendo un controllo più preciso della temperatura di fornitura del refrigerante. È disponibile solo in gradi Celsius. Questa funzione è raccomandata nei casi in cui la stabilità della temperatura è fondamentale. Il raffreddamento di laser e il raffreddamento della strumentazione analitica sono due applicazioni per cui potrebbe essere selezionata questa opzione.
Le opzioni di compatibilità dei fluidi includono un filtro di deionizzazione dell'acqua, condutture per acqua a elevata purezza e compatibilità PAO.
Filtro di deionizzazione dell'acqua
Un filtro di deionizzazione dell'acqua rimuove gli ioni dal refrigerante mantenendo un livello di resistività del fluido compreso tra 1 e 3 Megaohm/cm mediante flusso parziale attraverso il letto di resina. Il filtro è montato esternamente sul ritorno del refrigeratore. Con questa opzione consigliamo di selezionare condutture per acqua a elevata purezza a causa della corrosività dell'acqua deionizzata. Il filtro deve essere sostituito ogni 3-6 mesi in caso di funzionamento normale. È possibile testare la resistività per stabilire se è necessario sostituire il filtro prima di questo periodo. (Questa opzione non include una spia luminosa di resistività e non è disponibile con le pompe centrifughe.)
Condutture per acqua a elevata purezza.
Con l'opzione di condutture per acqua a elevata purezza, tutti i componenti a contatto con il liquido sono completamente compatibili con l'acqua deionizzata. Tra i componenti a elevata purezza vi sono un evaporatore brasato al nichel, una pompa volumetrica in acciaio inossidabile e raccorderia nichelata o in nylon. L'opzione di condutture per acqua a elevata purezza è vivamente raccomandata quando si seleziona un filtro di deionizzazione dell'acqua.
Compatibilità PAO
I refrigeratori standard utilizzano generalmente acqua filtrata e soluzioni acquose di glicole etilenico inibito e glicole propilenico. Tuttavia, anche la polialfaolefina può essere utilizzata come refrigerante. La polialfaolefina (PAO) è un liquido di trasferimento di calore spesso utilizzato nel settore militare e aerospaziale per le sue proprietà dielettriche e l'ampia gamma di temperature di esercizio. Quando si utilizza questo fluido, è necessario selezionare i materiali a contatto con il liquido appropriati. L'opzione di compatibilità PAO include una pompa centrifuga ½ HP, raccorderia in ottone, manicotto con chiusura push-lock, filtro dell'olio da 5 micron, sistema anti-sifone e pacchetto per isolamento interno. L'opzione di compatibilità PAO è disponibile solo per i refrigeratori a ricircolo RC011, RC022, RC030, e RC045.
Le opzioni disponibili per i refrigeratori a ricircolo sono molte. Le opzioni di compatibilità del refrigerante e di controllo della temperatura sono solo alcune di queste. Comprendere le opzioni disponibili per un refrigeratore è importante per determinare il modo in cui un refrigeratore soddisferà le specifiche esigenze di raffreddamento a liquido della tua applicazione.
Conclusioni
Le opzioni disponibili per i refrigeratori a ricircolo sono molte. Valvole, filtri e avvio a distanza sono solo alcune delle caratteristiche disponibili per i sistemi di raffreddamento standard. La scelta delle opzioni corrette consente di facilitare il funzionamento e la manutenzione del proprio sistema, nonché di ridurre i costi. È inoltre possibile progettare sistemi di raffreddamento modificati per soddisfare altri requisiti aggiuntivi. Ad esempio, è possibile disegnare refrigeratori a ricircolo personalizzati con livelli acustici ridotti, caratterizzati da una maggiore capacità di raffreddamento o da una potenza elettrica superiore, di forma o dimensioni diverse, con o senza rivestimento, e tanto altro.
