Codice di progettazione di piccoli compressori frigoriferi

Sviluppo di un codice di simulazione utile alla progettazione di piccoli compressori volumetrici.

Su richiesta di una nota azienda in campo internazionale è stato sviluppato un codice monodimensionale in grado di fornire la previsione delle prestazioni e delle specifiche di funzionamento al variare delle caratteristiche dei principali parametri dei compressori.

Il codice oltre a fornire ottimi risultati ha caratteristiche di facile utilizzo e elevata versatilità.

L’attività ha portato allo sviluppo di un tool di simulazione numerica di compressori volumetrici per frigoriferi di piccola portata. Il tool è costituito da tre software appositamente sviluppati:

  • A. una interfaccia grafica per generare il file di input necessario al simulatore del compressore,
  • B. il codice di simulazione numerica del compressore,
  • C. una interfaccia grafica di visualizzazione ed elaborazione dei risultati ottenuti dal simulatore.

Le parti riguardanti le interfacce grafiche di generazione dei file di input ed output sono strutturati ad hoc per la tipologia di macchina che è in progettazione.
La prima permette la costruzione e la modifica dello schema del compressore in questione, la definizione delle grandezze fondamentali dei vari componenti, e quindi la generazione finale del file di input-data con un elevato dettaglio riguardo sui singoli componenti e sui fluidi utilizzati. Prima di generare il file, il software effettua una serie di verifiche sull’esattezza formale dei valori inseriti nei vari componenti del compressore, e sullo schema, in modo da ridurre al minimo le possibilità di errore e dunque di simulazioni che non vanno a buon fine.

La seconda permette di visualizzare i file contenenti i risultati prodotti dalle simulazioni per ciascun elemento, potendo quindi combinare diverse grandezze e diversi oggetti. Oltre alla rilevazione delle funzioni di variazione ciclica delle principali grandezze si ricavano automaticamente anche le prestazioni globali della macchina (potenze, efficienza, COP, la cooling capacity, ecc.) oltre a poter anche effettuare un’analisi FFT delle principali grandezze dei vari componenti del compressore.

Il software di simulazione vero e proprio è dotato di una propria interfaccia grafica che permette di caricare un file di input, e verificare lo stato della simulazione. In particolare vengono visualizzati l’iterazione, la potenza, la coppia e il flusso di refrigerante che attraversa il cilindro, ma anche gli errori di calcolo relativi a ciascun elemento che forma il compressore.

Il codice di simulazione ha un approccio monodimensionale per i condotti, e zero dimensionale per i volumi. Permette inoltre di risolvere le equazioni di scambio termico per conduzione e convezione. Per ogni componente vengono quindi calcolate pressione, temperatura, flusso di massa, e altre grandezze specifiche dei singoli componenti, che permettono di definire le prestazioni del sistema. Il codice è in grado di lavorare con aria, R600A, R404A, R290, e R134A.

I risultati delle simulazioni sono prodotti su file con estensione .csv, quindi apribili ed elaborabili dai fogli di calcolo più diffusi.