Sede Amministrativa: Universit Studi volumetrico ... Figura 5.1.6.4 Rendimento volumetrico compressore Hitachi. Figura 5.1.6.5 Rendimento volumetrico compressore Hitachi.

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    30-Apr-2018

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    SedeAmministrativa:UniversitdegliStudidiPadova

    Dipartimento di Fisica Tecnica

    SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN : INGEGNERIA INDUSTRIALE

    INDIRIZZO: FISICA TECNICA

    CICLO XXII

    ANALISISPERIMENTALEEMODELLIZZAZIONEDICIRCUITIFRIGORIFERICONCOMPRESSOREADINVERTERIMPIEGATINELLAREFRIGERAZIONECOMMERCIALE

    Direttore della Scuola : Ch.mo Prof. Paolo Bariani Coordinatore dindirizzo: Ch.mo Prof. Luisa Rossetto Supervisore :Ch.mo Prof. Renato Lazzarin

    Dottorando: Daniele Nardotto

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    ABSTRACT

    Thisreportexplainsacomparisonbetweentwopossiblecommercialrefrigerationsystems.Thefirstsystemconsidersadisplay cabinet floodedand refrigeratedbya traditional centralizedplantwitha remoteaircooled roof top condenser and a refrigerant distribution pipe network (high pressure liquid lines, lowpressurevapor lines).TheplantutilizesR404A refrigerant.The second system is composedbyadisplaycabinetequippedwithanonboardinverterDCcompressorforR404A.Thissystemiswatercondensedbyacentralizedhydraulicsystemwitharooftopwaterairheatexchanger.

    AdoptinginverterDCcompressorenablesanappreciableenergysaving,becausethesystemisdesignedforallowing a floating refrigerant evaporation temperature, in function of some parameters as: air curtaintemperature,compressorspeedandrefrigerantcondensationtemperature.Moreover,thesystemusesanelectronic expansion valve, too.The vapor superheating in the compressor suction line is theminimumvalueforthesystemstabilityinordertominimizetherefrigerantsidedryareaintheevaporatorcoil.

    ThisstudyissupportedbyanexperimentalworkwithtwodisplaycabinetstestedinCarelThermodynamicsLaboratory. This data acquisition campaign has permitted a comparison with a finite elementmodel,developedinordertoreproducetherefrigerantsystembehaviorunderfrostingconditionandforstudyingthecompressorfrequencyeffectsintherefrigerationcycle.

    Theconclusionsdefinesomeguideline forcontrollingthecompressor, inordertominimizetheelectricalpowerconsumption.

    SOMMARIO

    Inquestolavorosiesponeunconfrontofraduetipologiedimpiantidirefrigerazionedestinatiallesuperficicommerciali.Ilprimosistemariguardaunimpiantocentralizzatoconcondensatoreremotoraffreddatoadariaecon leclassiche lineedirefrigerante(linea inaltapressionedel liquido, linea inbassapressionedelvapore surriscaldato) sviluppate in lunghezza nellarea di vendita dei prodotti. Limpianto a R404A. Ilsecondo sistema un banco frigorifero con un compressore a bordo dotato di motore brushless eutilizzanteR404A.Questosistemaraffreddatoadacquaconungruppoidraulicocentralizzato.

    Tale tipologiadicircuitopermetteun interessante risparmioenergetico,poichadotta la temperaturadievaporazione flottante,determinata invaloredalsetpointdella lamadaria,della frequenzadi rotazionedelcompressoreedallatemperaturadicondensazione.Ilsistemadotatodiunavalvoladiespansionedelrefrigerante a retroazione elettronica. Il compressore in tal modo in grado di lavorare con unsurriscaldamentominimoestabile,utileaottimizzarelusodellevaporatore.

    Questo lavoro basato sudati sperimentali,ottenuti grazie alleprove eseguitepresso il LaboratoriodiTermodinamicadiCarelS.p.A..Questacampagnadidatihapermessoilconfrontoconunmodelloaivolumifiniti, sviluppato per riprodurre in comportamento del sistema sotto leffetto del brinamento e utile astudiareancheleffettosulcircuitodellafrequenzadelcompressore.

    Nellaparte finalediquesto report sonodatealcunedirettiveper controllare il ciclo frigorifero inmodoottimaledalpuntodivistaenergetico.

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    SOMMARIOABSTRACT..................................................................................................................................................................iii

    SOMMARIO................................................................................................................................................................iii

    LISTAFIGURE............................................................................................................................................................vii

    LISTATABELLE............................................................................................................................................................ix

    SIMBOLOGIA..............................................................................................................................................................ix

    1. INTRODUZIONE.................................................................................................................................................1

    1.1. Obiettividellavoro........................................................................................................................................1

    2. APPARATOSPERIMENTALE...............................................................................................................................4

    2.1. Introduzione..................................................................................................................................................4

    2.2. Cameraclimaticadiprova.............................................................................................................................4

    2.3. Banchifrigoriferi............................................................................................................................................5

    2.4. Circuitifrigoriferi.........................................................................................................................................12

    2.5. CompressoreHitachiDCInverter...............................................................................................................16

    2.6. Inviluppodelcompressoreelimitiditemperatura....................................................................................18

    2.7. ParticolaricostruttividelcompressoreHitachiDCInverter.......................................................................20

    2.8. Circuitiidraulici...........................................................................................................................................21

    2.9. Strumentidimisura.....................................................................................................................................23

    2.10. Strumentidicontrollo.............................................................................................................................25

    2.11. Strumentisoftwarediacquisizionedati.................................................................................................25

    3. PROVESPERIMENTALI.....................................................................................................................................27

    3.1. Introduzione................................................................................................................................................27

    3.2. Metodologiadiconfronto...........................................................................................................................27

    3.3. Confrontienergetici....................................................................................................................................31

    3.4. Osservazionisulladinamicadiregolazionedellevalvolediespansionedelrefrigerante..........................40

    3.5. OsservazionisulladinamicadiregolazionedelliniezionediliquidoinspiraledelcompressorescrollDCInverter....................................................................................................................................................................40

    4. ILSOFTWAREDICONTROLLODELCOMPRESSORE.........................................................................................41

    4.1. Introduzione................................................................................................................................................41

    4.2. Lapplicativo................................................................................................................................................41

    4.3. Ipotesiepossibilirelazionifralafrequenzaeilritornodellolio................................................................44

    5. MODELLAZIONEFISICA/NUMERICADEICOMPONENTIFRIGORIFERIDELCIRCUITOABORDODELLESPOSITORE....................................................................................................................................................46

    5.1. Compressore...............................................................................................................................................46

    5.1.1. Introduzione............................................................................................................................................46

    5.1.2. Coefficienteisentropico..........................................................................................................................47

    5.1.3. Coefficientedellapolitropicadicompressione......................................................................................47

  • vi

    5.1.4. Rendimentoglobaledelsistemacompressore/inverter........................................................................48

    5.1.5. Rendimentovolumetrico........................................................................................................................48

    5.1.6. Modellodelcompressore.......................................................................................................................52

    5.2. Evaporatore.................................................................................................................................................61

    5.2.1. Introduzione............................................................................................................................................61

    5.2.2. Modellizzazionedellaconformazionefluidodinamicadelflussodirefrigerante...................................61

    5.2.3. Modellizzazionedeicoefficientidiscambiodelrefrigerante.................................................................68

    5.2.4. Perditedicaricolatorefrigerante...........................................................................................................70

    5.2.5. Modellizzazionedeicoefficientidiscambiodellaria.............................................................................72

    5.2.6. Perditedicaricolatoaria........................................................................................................................75

    5.2.7. Sistemaventilatorebatteriaalettata......................................................................................................77

    5.2.8. Accrescimentodellabrina.......................................................................................................................77

    5.2.9. Efficienzadellealette..............................................................................................................................83

    5.3. Condensatore..............................................................................................................................................84

    5.3.1. Generalit...............................................................................................................................................84

    5.3.2. Coefficientidiscambiolatoacqua..........................................................................................................85

    5.3.3. Coefficientidiscambiolatorefrigerante................................................................................................85

    5.4. Metododicalcoloperlasoluzionedegliscambiatori.................................................................................86

    5.4.1. Generalit...............................................................................................................................................86

    6. VALIDAZIONEDEIMODELLI.............................................................................................................................88

    6.1. Introduzione................................................................................................................................................88

    6.2. Formazionedellabrina:osservazionedaWebcam....................................................................................88

    6.3. Formazionedellabrina:simulazionisoftware............................................................................................91

    6.4. Andamentodellacrescitadibrina:simulazionisoftware...........................................................................91

    6.5. Andamentodelletemperature:simulazionisoftware................................................................................94

    6.6. AndamentodellePotenze:simulazionisoftware.......................................................................................94

    6.7. Rispostadelventilatore:simulazionisoftware...........................................................................................96

    7. RISULTATIDELLASIMULAZIONENUMERICA...................................................................................................98

    7.1. Introduzione................................................................................................................................................98

    7.2. Ilmetodoeirisultati...................................................................................................................................98

    8. CONCLUSIONI................................................................................................................................................103

    8.1. Principaliaspetticonclusivi.......................................................................................................................103

    BIBLIOGRAFIA........................................................................................................................................................104

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    LISTAFIGUREFigura2.2.1 Cameraditest.

    Figura2.2.2 Cameraditestesistemadicondizionamento.

    Figura2.2.3 Sistemadicondizionamento.

    Figura2.3.1 Bancofrigorifero.

    Figura2.3.2 Curvecaratteristichedeiventilatori.

    Figura2.3.3 Profilodivelocitdellariadelbanco1.

    Figura2.3.4 Profilodivelocitdellariadelbanco2.

    Figura2.3.5 Caratteristichedeinuoviventilatori.

    Figura2.3.6 Profilodivelocitdellariadelbanco1.

    Figura2.3.7 Profilodivelocitdellariadelbanco2.

    Figura2.3.8 Evaporatoreconventilatorioriginali.

    Figura2.3.9 ValvolameccanicaTXV.

    Figura2.3.10 Posizioniperpacchitest.

    Figura2.4.1 Sinotticocircuitorefrigerazioneperbanco1.

    Figura2.4.2 CompressoreHitachi.

    Figura2.4.3 InverterHitachi.

    Figura2.4.4 Sinotticocircuitorefrigerazionebanco2.

    Figura2.4.5 Sinotticocircuitostandardbanco2.

    Figura2.4.6 Centraleesternaperbanco2.

    Figura2.5.1 Sezionediseparazionedellolio.

    Figura2.5.2 Separatoredigocce.

    Figura2.6.1 InviluppocompressoreHitachi.

    Figura2.7.1 SezionecompressoriscrollLowPressureeHighPressure.

    Figura2.7.2 Spiralealgebricascroll.

    Figura2.7.3 Confrontospiraliscroll.

    Figura2.8.1 Circuitoidraulicodecentralizzato(lineedimandataeripresadellacqua).

    Figura2.8.2 Circuitoidraulicodellimpiantodiprova(conde...

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