Progetta frigoriferi più Efficienti, grazie alla simulazione 0D/1D

Lug 1, 2019 | Simcenter Amesim, Simulation Software

L’accordo di Parigi sui cambiamenti climatici, il mondo si impegna a invertire la tendenza di crescita delle emissioni GHG.

La ricerca nel settore della refrigerazione investe i suoi sforzi nell’individuare soluzioni sempre più efficienti, che minimizzino le emissioni di C02, senza compromettere sicurezza e comfort per il cliente.

Tra le strategie utilizzate quella di intervenire sulla scelta dei componenti, di modificare la strategia di controllo, o variare il fluido refrigerante.

 

Vediamo oggi, come la simulazione model-based di Simcenter Amesim può essere impiegata per supportare lo sviluppo di un design frigorifero sempre più green

Step 1: Modellazione

Lo schema riportato qui rappresenta un frigorifero con sistema no-frost e controllo on-off.

Andiamo a rappresentarlo in Simcenter Amesim, partendo dal gruppo compressore-condensatore-evaporatore-scambiatore del ciclo frigorifero.

Lo sketch Amesim è un assemblato di elementi di modellazione che l’utente preleva dalle librerie del software, definito per l’appunto “model-based” e che poi connette l’uno con l’altro per rappresentare lo schema che più si avvicina alla fisica del prodotto reale… 

Questo primo sketch di Amesim ci permetterà di simulare il cooling power generato dal ciclo termodinamico, che sarà influenzato dalle caratteristiche dei componenti inseriti nel ciclo, e dalle rispettive prestazioni.  

Passiamo ora a rappresentare i volumi del frigorifero, del freezer e i materiali delle pareti (si veda il dettaglio delle capacità termiche dei materiali nella parte destra dell’immagine). Questa parte dello sketch, con dei “sensori “virtuali, permetterà di individuare le temperature nei due volumi, e quella del cibo, durante un ciclo di lavoro simulato.

 

Step 2: Simulazione

Impostiamo ora le condizioni al contorno:

– la temperatura dell’ambiente esterno

– le caratteristiche del controllo termico del comparto frigo e frigorifero, dove un sensore regola l’attivazione del compressore per ridurre la temperatura quando supera rispettivamente i 3 gradi e i -18 gradi.

Sia per una pressa elettro-meccanica che per le più tradizionali presse idrauliche o meccaniche, l’ufficio tecnico dovrà trovare delle soluzioni per controllare le masse in gioco durante la movimentazione, evitare vibrazioni, urti o accelerazioni indesiderate.

A verifica della bontà del controllo on/off impostato nel modello, simuliamo il comportamento del compressore. Notiamo dal grafico gli interventi del compressore per mantenere le temperature al di sotto dei livelli prestabiliti

Vediamo più in basso:

– il calore scambiato in Watt dall’evaporatore, in blu, che ci informa dell’effetto utile del ciclo frigorifero, valutato durante un periodo di 24 ore.

– il ciclo termodinamico in un istante della simulazione.

Step 3: Efficientamento con sistema controllo inverter

Supponiamo una modifica dell’impianto, introducendo un sistema a inverter.

Valutiamo l’effetto della variazione operata sul lavoro del compressore, e ci assicuriamo con Simcenter Amesim che nel periodo di 24 ore studiato la temperatura nel comparto frigo e freezer, rimanga sempre entro le soglie prestabilite.

Vediamo che il compressore funziona alla massima velocità solo all’inizio della simulazione, raggiunta la temperatura pre-stabilita, il lavoro del compressore viene ridotto al minimo, solo allo scopo di mantenere la temperatura desiderata. Questo si traduce in un risparmio energetico rispetto alla soluzione tradizionale on/off.

Le simulazioni di Simcenter Amesim supportano l’ingegnere nel validare la bontà delle scelte progettuali, verificando immediatamente e a costo zero, la resa di variazioni a livello di componente, architettura e/o sulla strategia di controllo.

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