Turboalgor mette a punto una nuova tecnologia per aumentare l’efficienza degli impianti a CO₂
Una delle possibilità per rendere più efficiente una centrale frigorifera è recuperare tutte le energie residue altrimenti non utilizzate - ad esempio l’alta pressione del gas in uscita dal condensatore – e, con diversi stratagemmi, utilizzarle per diminuire il lavoro del compressore, ad esempio precomprimendo il gas che viene dall’evaporatore. Questo è esattamente quello che fa la soluzione proposta dall’azienda Turboalgor, spin off di Angelantoni Industries, il cui turbocompressore applicato alle centrali ad HFC, recupera energia del gas in alta pressione in uscita dal condensatore e la usa per precomprimere una parte del refrigerante che dall’evaporatore va al compressore. Si tratta di energia a costo zero che permette un risparmio di elettricità nell’impianto quindi di abbassare la bolletta. Questa soluzione, ormai ampiamente affermata sul mercato, permette di raggiungere risparmi energetici fino al 20% (per le basse temperature) rispetto ad un impianto senza turbocompressore
Oggi Turboalgor sta lavorando ad una soluzione che applichi lo stesso concetto – il recupero di energie inutilizzate per aumentare l’efficienza complessiva dell’impianto diminuendo il lavoro del compressore – che sia adeguata agli impianti di refrigerazione a CO₂. Perché questo interesse? Spiega l’ing. Maurizio Ascani, Innovation Technology Manager dell’azienda Turboalgor Srl: «Oggi grazie al Regolamento F-gas la maggior parte delle nuove installazioni, soprattutto nella refrigerazione commerciale, sono a CO₂, perché questo refrigerante offre indubbi vantaggi ambientali e soprattutto è al sicuro da qualunque legislazione futura. Ma gli impianti a CO₂, nella loro configurazione base, non dovunque sono efficienti, cosa che giustifica le varie soluzioni nate per poter aumentarne l’efficienza, quali ad esempio la compressione parallela o l’uso di eiettori. Per questo, ogni soluzione che possa aumentare l’efficienza della configurazione base, mantenendo al contempo una certa semplicità nella configurazione e costi contenuti è benvenuta. Poiché l’efficienza raggiunta dalla nostra soluzione a turbocompressore su impianti ad HFC è un’efficienza interessante, pensiamo che usare lo stesso principio possa offrire anche per gli impianti a CO₂ un interessante risparmio energetico».
Stesso concetto, tecnologia differente
La soluzione per CO₂ deve però basarsi su una tecnologia nuova, perché il turbocompressore non è idoneo per un uso con questo refrigerante che lavora a pressioni troppo elevate e richiede meno fluido in circolazione rispetto a un impianto ad HFC. Così Turboalgor si è messa alla ricerca di soluzioni tecnologiche alternative e le ha trovate nel Free Piston Expander, una soluzione composta da un cilindro all’interno del quale si muove un pistone in modo alternato, da una estremità all’altra del cilindro. Questo movimento permette una precompressione del gas immesso nel cilindro stesso. Anche nel Free Piston Expander, come nel turbocompressore, il gas che viene parzialmente precompresso deriva direttamente dall’evaporatore e va al compressore. Ma cosa mette in moto il Free Piston Expander, permettendogli di svolgere questo lavoro a costo energetico zero? L’energia per movimentare il pistone nel cilindro deriva dal gas di alta pressione (circa 50 bar) che, attraverso una apposita valvola - detta valvola rotante o control valve – viene portato dal separatore di fase al cilindro del Free Piston Expander mettendo in movimento il pistone senza consumare energia. La precompressione del gas dall’evaporatore, dunque, avviene senza un consumo attivo di energia ma sfruttando l’energia di alta pressione dei gas presenti nell’impianto: un recupero di energia a tutti gli effetti che si manifesta come minor lavoro del compressore e minor consumo energetico dell’impianto.
Free Piston Expander, una strada tutta da percorrere
Entrambe le soluzioni di Turboalgor, il turbocompressore per gli impianti ad HFC e il Free Piston Expander per gli impianti a CO₂, sono soluzioni tecnologiche nuove per il mondo della refrigerazione, importate da altri settori. Ad esempio, il turbocompressore ha una lunga tradizione applicativa nel mondo automotive dove se ne conoscono “vita morte e miracoli”. Diverso invece il caso del Free Piston Expander che non ha una storia industriale e tecnologica così collaudata. Afferma Ascani: «Su questa tecnologia esistono solo studi accademici ma nessuna applicazione industriale. Questo per noi significa dover sperimentare di più perché stiamo aprendo una strada completamente nuova, non solo per la refrigerazione». Di per sé il Free Piston Expander non è complesso da realizzare, anzi. Afferma Ascani: «Si tratta di un componente relativamente semplice sia da disegnare che da realizzare e installare. È facile da costruire, ha una elevata efficienza termodinamica e una ampia frequenza di oscillazione, non necessita di lubrificanti, è relativamente compatto; quindi, nell’impianto occupa poco spazio e presenta elevata affidabilità».
I primi risultati
Secondo calcoli teorici, il Free Piston Expander applicato a una configurazione base di un impianto transcritico da 15kW e temperatura di evaporazione -20°C permette risparmi del 18,5% con temperatura al gas cooler di 40°C e del 13.1% con temperature al gas cooler di 30°C. «I primi prototipi hanno raggiunto circa il 70% dei valori teorici. Non male, ma stiamo lavorando per avvicinarci ai risultati ottimali». Raggiungendoli, il Free Piston Expander permetterà efficienze superiori a quello di altre tecnologie, quali ad esempio l’eiettore.
Free Piston Expander: i vantaggi
Il Free Piston Expander è applicabile alla configurazione base dell’impianto transcritico. È, cioè, alternativo all’eiettore o alla doppia compressione. La sua installazione non richiede una modifica strutturale dell’impianto base ma soprattutto è un sistema che, qualora dovesse guastarsi, non pregiudica il funzionamento dell’impianto. Sottolinea Ascani: «Qualora dovesse subentrare un problema nel funzionamento del Free Piston Expander, la produzione del freddo viene comunque assicurata. Semplicemente, fino a che non si ripara il guasto, il sistema lavora alla sua efficienza standard. Anche per questo noi crediamo che sia una soluzione superiore a quella di altre soluzioni, non solo per le prestazioni che potrebbe raggiungere ma anche per la sicurezza insita nel sistema».
Infine: i test condotti e i prototipi realizzati sono per un impianto da 15kW. È possibile scalare il Free Piston Expander? «Qui abbiamo indagato due possibili vie: o l’aumento della dimensione del componente o l’utilizzo di due pistoni in serie. Entrambe le soluzioni sono possibili. Le stiamo testando entrambe».
Un breve “ripasso”: il turbocompressore Turboalgor per impianti ad HFC
Frutto del pensiero trasversale, il turbocompressore di Turboalgor nasce dall’adattamento di un componente del mondo automotive all’impianto di refrigerazione. Il principio di funzionamento è lo stesso: come nel gruppo automotive l’energia derivante dai gas di scarico caldi muove la turbina e aziona il compressore, senza consumo elettrico, ma trasformando energia cinetica in energia meccanica, così nel gruppo frigorifero una parte del liquido refrigerante in uscita dal condensatore viene deviato al turbocompressore che da esso recupera l’energia di alta pressione e la trasforma in energia meccanica di compressione. Con questa si precomprime parte del refrigerante che viene poi mandato al compressore principale, richiedendogli un minor lavoro e quindi un minor consumo elettrico. Da questa riduzione deriva l’efficienza dell’aggiunta del Kit Turboalgor al circuito frigorifero di un impianto ad HFC.
La sfida dell’UE è anche la nostra. Turboalgor è l’azienda coordinatrice del Progetto LIFE, finanziato dalla Comunità Europea, il cui obiettivo è quello di ridurre consumi ed emissioni e migliorare l’efficienza degli impianti frigoriferi.
Turboalgor contribuisce ad aumentare la competitività delle aziende europee dell'industria della refrigerazione.
Grazie a una tecnologia innovativa, Turboalgor riduce le emissioni di CO₂, in linea con le direttive comunitarie.
Grazie alle diverse tecnologie, Turboalgor può essere applicato agli impianti frigoriferi industriali operanti con qualsiasi tipo di refrigerante.