Impatto economico dei sistemi personalizzati di raffreddamento a liquido


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Impatto delle opzioni personalizzate sul costo complessivo di un sistema di raffreddamento a liquido

I sistemi di raffreddamento, compresi i refrigeratori con compressore, i sistemi di raffreddamento da liquido a liquido e i sistemi di raffreddamento ambiente, possono essere acquistati nelle versioni commerciali standard, modificati partendo dai sistemi standard attuali o progettati interamente su misura per rispondere a esigenze particolari. Collaborando con un produttore dotato di una vasta gamma di tecnologie standard, oltre che di una notevole esperienza in termini di progettazione di sistemi personalizzati, è possibile adattare un sistema di raffreddamento standard o idearne uno completamente su misura con una proposta di valore migliore. Se un sistema di raffreddamento standard o leggermente modificato è in grado di rispondere alle esigenze, in genere è una soluzione più economica rispetto alla progettazione di un sistema totalmente personalizzato. Tuttavia, se è necessario un sistema di raffreddamento modificato o su misura, è importante coinvolgere il produttore sin dalle prime fasi della progettazione e valutare i fattori di costo, poiché i costi possono risultare alquanto variabili.



Nel caso dei sistemi di raffreddamento personalizzati, i costi iniziali di progettazione non ricorrenti necessari per rispettare le specifiche in termini di design possono essere molto elevati. Tra le specifiche che possono contribuire a innalzare i costi dei materiali ingegneristici e del montaggio vi sono la tipologia di sistema di raffreddamento, l'uso di componenti interni personalizzati o standard, la posizione e la distanza tra i componenti interni, i regolatori di numerosi sensori e strumenti, esigenze particolari in termini di potenza, la compatibilità con alcuni refrigeranti e l'autorizzazione degli enti preposti.




Sistemi di raffreddamento ambiente, sistemi di raffreddamento da liquido a liquido o refrigeratori a ricircolo

I sistemi di raffreddamento ambiente come, ad esempio, i sistemi modulari a liquido, garantiscono prestazioni affidabili in termini di raffreddamento per applicazioni che non prevedono una regolazione precisa della temperatura e una temperatura inferiore a quella ambiente. I sistemi di raffreddamento modificati sono costituiti da uno scambiatore di calore ad alte prestazioni con ventola, pompa e serbatoio integrati in un resistente chassis in metallo (figura 1). I sistemi di raffreddamento modificati solitamente sono in grado di gestire fino a 3,5 kW. Anche i sistemi di raffreddamento da liquido a liquido dispongono di scambiatore di calore, pompa e serbatoio inseriti in un chassis. Tuttavia, i sistemi di raffreddamento a liquido possono offrire una regolazione precisa della temperatura dell'acqua di processo e trasferiscono il calore di scarto all'acqua dell'impianto tramite uno scambiatore di calore da liquido a liquido (figura 2). Se l'acqua dell'impianto non è disponibile ed è necessario regolare con precisione la temperatura o portarla al di sotto di quella ambiente, la soluzione migliore sono i refrigeratori a ricircolo.



Gli LCS standard e i refrigeratori a ricircolo comportano costi simili, in base alle dimensioni e alle opzioni selezionate. Tuttavia, gli LCS standard hanno una capacità di raffreddamento massima di 20 kW, mentre quella dei refrigeratori a ricircolo standard è di 825-95 kW. Indipendentemente dal tipo di sistema di raffreddamento, se sono necessari sistemi di raffreddamento standard modificati o personalizzati è importante sottolineare che probabilmente l'azienda produttrice richiederà un ordine minimo.




Componenti interni personalizzati

Anche nei sistemi di raffreddamento personalizzati, tutti i componenti interni sono virtualmente prodotti standard. Considerata la vasta gamma di scambiatori di calore, pompe, serbatoi e ventole disponibili sul mercato, è raro che non vi sia un componente già progettato e realizzato adatto a un determinato sistema di raffreddamento. Se è necessario reperire un componente interno personalizzato, il processo comporta ulteriori fasi di progettazione tecnica e produzione, quindi costi aggiuntivi (per maggiori informazioni sugli scambiatori di calore personalizzati, consulta "Fattori di costo della produzione di scambiatori di calore").

Posizione e distanza tra i componenti interni

A differenza della necessità di reperire componenti interni personalizzati, uno dei requisiti comuni dei sistemi di raffreddamento su misura è garantire una capacità di raffreddamento molto elevata in spazi estremamente ridotti. Per ottenere questo risultato diminuendo la distanza tra i componenti e/o scegliendo componenti più piccoli ed efficienti. Tuttavia, minore è la distanza tra i componenti all'interno del chassis del sistema di raffreddamento, più sarà complesso il processo di progettazione e produzione. A volte, inoltre, un sistema più compatto comporta maggiori difficoltà durante la manutenzione. Nel caso di componenti meno distanti tra loro, il flusso d'aria è ridotto e pertanto le prestazioni sono inferiori. È quindi necessario utilizzare una ventola più potente o uno scambiatore di calore più efficace. Inoltre, modificando la posizione o la distanza tra i componenti, bisognerà verificare la presenza di eventuali cali di pressione, oltre che controllare i collegamenti e altri aspetti della progettazione, per ottenere un prodotto affidabile in grado di rispettare o superare le aspettative.




Regolatori dei sensori e strumentazione

I regolatori consentono di monitorare i sistemi di raffreddamento con vari metodi, mediante visualizzazione o trasferimento di dati su un computer in remoto. I refrigeratori a ricircolo standard sono dotati di display della temperatura, offset di calibrazione, spegnimento in caso di bassa portata, riavvio automatico, pulsante °C/°F, allarme sonoro, allarme silenzioso, rilevamento della pressione digitale, indicatore di livello basso e di temperatura alta/bassa, display della pressione, spegnimento in caso di guasto (interruttore on/off) e contatti di relè. I regolatori dei sistemi LCS offrono un display della temperatura, un pulsante °C/°F, un indicatore di sovratemperatura, di livello basso e di bassa portata, l'offset di calibrazione e un'uscita analogica. Se sono necessari ulteriori sensori e strumentazione, il costo del regolatore può aumentare notevolmente. Nei sistemi di raffreddamento personalizzati, un regolatore non standard può essere uno dei componenti più costosi. È vivamente consigliato valutare i costi e i benefici di ogni requisito dei sensori e della strumentazione. Ad esempio, nel caso della deionizzazione è necessario rilevare il valore esatto o basta impostare un allarme in caso di raggiungimento della soglia? Un allarme è meno costoso di un lettore digitale di precisione. Lo stesso vale per il flusso, la pressione e la temperatura. Per alcune applicazioni vale invece la pena investire su sensori e strumenti aggiuntivi in grado di garantire una maggiore protezione del sistema di raffreddamento e delle attrezzature raffreddate, che possono valere migliaia o anche milioni di dollari.




Esigenze particolari in termini di potenza

Come per il regolatore, è importante stabilire se le esigenze particolari in termini di potenza per l'applicazione desiderata giustificano i costi aggiuntivi. Le configurazioni elettriche disponibili con i sistemi di raffreddamento standard sono adatte alla maggior parte delle applicazioni. Le opzioni di configurazione della potenza più versatili, ad esempio per il funzionamento a due frequenze, sono più costose. Potrebbe essere più conveniente produrre due o più tipologie di sistemi di raffreddamento personalizzati da usare in posizioni diverse, piuttosto che un solo sistema universale.




Compatibilità con alcuni refrigeranti

I sistemi di raffreddamento modulari standard sono compatibili con una vasta gamma di refrigeranti, tra cui acqua, acqua deionizzata, oli e soluzioni a base di glicol etilenico. Gli LCS standard sono compatibili con acqua, acqua deionizzata e soluzioni a base di glicol etilenico. I refrigeratori a ricircolo standard sono compatibili con acqua, acqua deionizzata, polialfaolefine (PAO) e soluzioni a base di glicol etilenico, i refrigeratori XT standard sono compatibili con vari fluidi, in base alla temperatura operativa, tra cui HFE-7100, HFE-7500, Baysilone® Fluid M 20 e soluzioni a base di acqua pulita e glicol etilenico o glicol propilenico, mentre i refrigeratori a ricircolo XL e RM standard sono compatibili con soluzioni a base di acqua pulita e glicol etilenico o glicol propilenico. Se è necessario utilizzare altri refrigeranti, è bene valutare tutti i materiali a contatto con il liquido per ridurre al minimo la corrosione e garantire prestazioni di sistema ottimali. Il design di un sistema di raffreddamento che sia compatibile con altri refrigeranti potrebbe richiedere ulteriori fasi di progettazione tecnica e componenti non standard, come tubazioni o pompe speciali. Le soluzioni a base di glicol etilenico e l'acqua hanno una compatibilità elevata e sono le più semplici dal punto di vista della progettazione, mentre PAO e Fluorinert™ comportano maggiori difficoltà e costi.




Autorizzazione degli enti preposti

Un'altra specifica piuttosto costosa è la progettazione di un sistema di raffreddamento personalizzato per cui è necessaria l'autorizzazione degli enti preposti. La maggior parte dei sistemi di raffreddamento standard è certificata CE e testata ITSNA per UL 61010-1 o testata MET per UL 1995. Tuttavia, per verificare che un nuovo modello sia autorizzato dagli enti competenti sono necessarie ulteriori fasi di progettazione e controllo della qualità, tra cui nuovi test dei sistemi personalizzati.

Più complessi o insoliti sono i requisiti del sistema di raffreddamento, maggiori saranno le fasi di progettazione tecnica e, probabilmente, anche i costi. Nel caso dei sistemi personalizzati, i tempi di progettazione necessari per rispettare le specifiche solitamente comportano un costo iniziale notevole e, in particolare, i regolatori non standard rappresentano il costo ricorrente più elevato. Il costo di un sistema di raffreddamento modificato o personalizzato può variare di migliaia di dollari, quindi è fondamentale essere consapevoli delle specifiche di progettazione che influiscono su di esso. Capire quali sono le tipologie di sistemi di raffreddamento disponibili, in che modo i componenti standard velocizzano la progettazione e la produzione, quando non conviene spendere di più per risparmiare spazio e quali sensori e strumenti sono elementi essenziali o accessori può fare la differenza. Inoltre, è importante considerare la scelta del refrigerante, i requisiti in termini di potenza e l'autorizzazione degli enti preposti.


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