Temperatura minima acqua fredda UTA

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ingmazzaivan
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Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mar giu 12, 2018 08:59

Buongiorno a tutti,

vorrei porvi una domanda molto specifica sul funzionamento di un UTA di raffrescamento.

Qual è la temperatura minima dell'acqua fredda che alimenta la batteria di raffrescamento/condensazione di un'UTA senza sbrinare? Mi spiego meglio, voglio ridurre al massimo le dimensioni della batteria e soprattutto della portata del ventilatore, ma non voglio prevedere nessun tipo di sbrinamento della batteria.

La mia teoria (supportata da riscontri pratici in cantiere) è che anche se l'acqua fredda in ingresso è minore di 0°C la batteria non brina perché l'acqua "calda" in ingresso la scongela automaticamente.

Cosa ne pensate?

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mar giu 12, 2018 09:37

E' una domanda senza risposta, perchè dipende dalla temperatura di bulbo secco e di bulbo umido dell'aria all'ingresso della batteria.
Poi devi anche farci capire cosa significa "brinare" perchè la temperatura dell'acqua aumenta mano a mano che percorre i tubi, quindi potrebbe formarsi della brina sui primi tubi, ma non sugli ultimi.
Devi fare un calcolo dinamico che rifletta la disposizione dei tubi e dei ranghi... e io modestamente feci un software all'uopo

Immagine

In ogni caso, per temperature così basse, di solito si ricorre all'espansione diretta, per migliorare l'efficienza di scambio, e non essere costretti ad utilizzare fluidi antigelo, e poi perchè sbrinare con acqua sarebbe energeticamente folle (inerzia termica).

ingmazzaivan
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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mar giu 12, 2018 10:29

Grazie per la risposta, ma l'obiettivo della mia domanda è un altro.

La mia batteria del freddo porta a condensazione l'aria (ipotizziamo che l'aria esca dalla batteria a 5°UR:100%), ma la mia teoria è che sulla batteria non si forma la brina, perchè il flusso di aria calda (5° appunto) la scongela e la batteria continua a funzionare, anche senza sistema di sbrinamento.


Qualcuno ha dei riscontri?

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mar giu 12, 2018 10:34

ingmazzaivan ha scritto:
mar giu 12, 2018 10:29
La mia batteria del freddo porta a condensazione l'aria (ipotizziamo che l'aria esca dalla batteria a 5°UR:100%), ma la mia teoria è che sulla batteria non si forma la brina, perchè il flusso di aria calda (5° appunto) la scongela e la batteria continua a funzionare, anche senza sistema di sbrinamento.
Non è così, e ti ho spiegato il perchè, però se ci spieghi qual è il trattamento d'aria a cui punti, magari ti possiamo essere più utili.

Abser
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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da Abser » mar giu 12, 2018 12:42

se l'aria esce a +5°C significa che l'acqua entra in batteria con flusso in controcorrente a temperatura inferiore (il quanto dipende dai ranghi della batteria) se l'acqua entra sotto zero non puoi escludere che ci siano punti in cui essendo lo scambio acqua-metallo molto più efficiente di quello metallo-aria, l'aletta scenda sotto zero e l'acqua condensata depositata geli. Se il DT tra acqua e aria non è elevato lo strato di ghiaccio non cresce eccessivamente perchè lo stesso ghiaccio fa da isolante e quindi la temperatura superficiale dello stesso si porta in equilibrio a zero gradi.

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mar giu 12, 2018 13:02

Grazie Abster,

esatto, la batteria lavora in controcorrente. Il fenomeno che descrivi è quello che mi aspetto che succeda. Ma il mio dubbio è: la lieve patina di ghiaccio sulla batteria fa da isolante e quindi la batteria ha una resa minore? Oppure come giustamente tu dici la superficie esterna del ghiaccio è a zero gradi (si crea equilibrio sul punto di fusione) e quindi è come se la batteria fosse a 0 gradi (e non a -2 come l'acqua in ingresso)? Il che porta comunque la batteria a scambiare di meno perchè il delta termico aria-batteria è minore.

C'è anche da dire che se ne punto più freddo la batteria è a 0° invece che a -2°, la batteria in una sua parte ha uno strato di "isolante", quindi l'acqua arriva alla fine della batteria (all'inizio per il flusso d'aria) più fredda, e quindi lo scambio si sposta..

ESEMPIO:
Condizione senza patina di ghiaccio
Lato A della batteria: Batteria -2° Aria +2°
Lato B della batteria: Batteria +2° Aria +6°
Il delta termico di scambio è +o- costante a +4°

Condizione CON patina di ghiaccio su tutta la batteria
Lato A della batteria: Acqua 0° Aria +2°
Lato B della batteria: Acqua 0° Aria +6°
Il delta termico di scambio è 2° sul lato A e 6° sul lato B, ma grossolanalmente la media è comunque 4° ed il risultato non dovrebbe essere così diverso.


Che dici?

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mar giu 12, 2018 13:38

Per provare o confutare la tua tesi si dovrebbe modellare il problema dal punto di vista fisico-matematico, altrimenti sono opinioni. E le opinioni sono un semplice punto di vista. Per esempio, se lo affrontassimo dal punto di vista energetico, al calare del deltaT logaritmico, cala anche la resa della batteria. L'obiettivo di solito è mantenere la prestazione... non regolare la temperatura per minimizzare il film di brina, che al limite è un'ottimizzazione di un processo di scambio termico.
Ma perchè invece non ci dici cosa vuoi fare in realtà... qual è il tuo obiettivo.

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mar giu 12, 2018 15:06

La mia UTA climatizza un locale in cui passa un flusso di prodotto che deve essere raffreddato (quindi la potenza di raffreddamento è nota: (TprodottoIN - TprodottoOUT)*Cp*massa oraria.

La portata d'aria è proporzionale al delta termico tra TariaIN - TariaOUT, quindi minore è la temperatura dell'aria, minore sarà la portata dell'aria.

Il mio obiettivo è minimizzare l'UTA (quindi ridurre la portata), abbassando il più possibile la temperatura di immissione dell'aria. Chiaramente la temperatura di immissione dell'aria dipende dalla temperatura dell'acqua fredda (ipotizziamo che la differenza minima tra acqua fredda ed aria fredda debba essere non inferiore a 3°).

Da qui nasce la mia domanda, voglio minimizzare la mia UTA in questo modo:

acqua + fredda ---> aria + fredda ---> portata più bassa

Allo stesso tempo non voglio prevedere un sistema di sbrinamento (doppia batteria), quindi vorrei capire qual è la temperatura minima dell'acqua, da cui tutta la discussione sopra.

Grazie, saluti

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mar giu 12, 2018 16:08

Ok, ma ci sono altri aspetti da tenere in considerazione:
1) aria così fredda può causare condensa sulle superfici interne dei locali
2) l'eventuale personale presente non può essere esposto a temperature così basse
3) con temperature dell'aria così basse avrai una forte rimozione di calore latente, ma se ho capito tu devi rimuovere solo calore sensibile
4) basse portate d'aria potrebbero non essere sufficienti a rimescolare l'aria nel locale, causandone stratificazione
5) un risparmio in conto capitale dell'UTA, potrebbe causare un maggiore costo capitale del chiller
6) il consumo energetico del chiller a parità di potenza installata aumenta con il diminuire della temperatura dell'acqua, in ragione del 10% circa per ogni °C, quindi acqua prodotta a 2-3°C costa energeticamente fino al 40% in più di acqua prodotta a 7°C
7) la presenza di glicole antigelo in ragione del 20-30% in massa può causare un aumento della portata di circa il 6-8%, aumentando il costo energetico del pompaggio

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mar giu 12, 2018 16:34

Le tue osservazioni sono tutte corrette, ma considera che le mie condizioni sono molto vicine alla situazione descritta, voglio solo capire qual è il limite. Infatti la temperatura all'interno del locale deve essere 10° (in realtà impongo che la temperatura sul canale, in ingresso nell'UTA, quindi la media della temperatura all'interno del locale, sia 10°), e vista la massa del prodotto da raffreddare immetto nel locale aria a 3°C avendo una portata di circa 45000 m3/h, ed utilizzando acqua fredda 0°+4°, senza utilizzare sistemi di sbrinamento.

Per ridurre un poco le dimensioni dell'UTA, dei canali ed anche ridurre il costo vorrei appunto ricadere nella seguente situazione:
- immettere aria a 1-1.5°, ridurre la portata a 35000 m3/h, ed utilizzare acqua fredda -2°+2, il tutto senza prevedere sbrinamento.

Ma mi sembra di capire che siamo proprio sul filo del rasoio del funzionamento dell'UTA.

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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mar giu 12, 2018 16:43

Il mio consiglio è di rivolgersi ad un produttore di aeroevaporatori o aeroventilanti, non ad un costruttore di UTA.
Io ho lavorato con successo con Refrion e Luvata, ma ce ne sono tanti altri.

arkanoid
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Re: Temperatura minima acqua fredda UTA

Messaggio da arkanoid » mer giu 13, 2018 08:51

discussione interessante, mi piacerebbe conoscere qualche dettaglio in più. Tieni presente che far lavorare un frigo a -2°C con acqua glicolata invece che a 5°C senza glicole "solo" per risparmiare sulla portata potrebbe essere energeticamente ed economicamente non giustificato.
Non conoscendo il processo però, mi viene da pensare come mai non dividere la fase di abbattimento (che puoi fare in un tunnel a bassa temperatura) da quella di mantenimento
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