Dal laboratorio al mercato: la storia del turbocompressore frigorifero

Il turbocompressore da vicino

L’efficienza energetica è una delle colonne portanti delle politiche climatiche mondiali. Anche la refrigerazione, come tutti i settori dell’economia, è chiamata a dare il suo contributo. Diverse le possibilità per rendere più efficiente il freddo e tra di esse si contano tutte quelle che cercano di ottimizzare il ciclo frigorifero laddove esso presenti delle inefficienze energetiche costitutive. Uno di questi punti è la valvola di laminazione. Come spiega l’ing.  Maurizio Ascani, Innovation Technology Manager dell’azienda Turbolagor Srl, una start up del gruppo Angelantoni Industrie: «Dal punto di vista energetico l’impianto frigorifero classico presenta alcune inefficienze. Una di esse è data dalla valvola di laminazione che, portando il liquido refrigerante da una pressione alta ad una bassa senza utilizzarne l’energia potenzialmente disponibile, determina un punto di inefficienza nel sistema. La valvola è un dispositivo sicuro, affidabile, economico ed è per questo che si è mantenuta nel tempo. Ma non è efficiente. Riuscire a utilizzare questa energia, significherebbe quindi aumentare l’efficienza di tutto il processo». Sono stati fatti in passato tentativi per eliminarla ma nessuna delle soluzioni raggiunte si è dimostrata sicura ed affidabile.

Se la montagna non va da Maometto…

Nel 2007 l’ing. Maurizio Ascani e l’ing. Agnese Manni hanno fatto di necessità virtù: «Se è necessario mantenere la valvola, allora si cerchi almeno di utilizzare quell’energia che altrimenti andrebbe persa, ovviando alla sua inefficienza». Prendendo in prestito un componente dal mondo automotivee adeguandolo al circuito frigorifero, i due ingegneri hanno messo a punto un sistema in grado di recuperare una parte di energia e utilizzarla per pre-comprimere il gas uscente dall’evaporatore prima di mandarlo al compressore principale. In questo modo si alleggerisce il compressore principale che lavora più efficientemente.

Dall’automotive all’impianto frigorifero

Il componente preso in prestito dal mondo automotiveè il turbocompressore dei motori

Il rendering in 3D del kit completo Turboalgor

per autotrazione, noto anche come turbo o turbogruppo. Esso deriva dall’integrazione tra una turbina e un compressore. La sua funzione è sostanzialmente quella di aumentare la prestazione del motore sfruttando l’energia derivante dai gas di scarico che muovono la turbina e azionano il compressore. Il principio del turbocompressore – dispositivo fino ad oggi estraneo alla refrigerazione – è che un’energia di scarto (nel motore, il gas di scarico) trascina una turbina e muove un compressore. Altrimenti detto: un’energia di scarto viene trasformata in energia utile per potenziare la funzione principale. Non solo: il funzionamento del turbocompressore non consuma energia elettrica, ma sfrutta l’energia di trascinamento del gas nella turbina.

Turboalgor, il turbo nel frigorifero

Come è stato trasposto questo componente dal motore per autotrazione all’impianto frigorifero? In un impianto frigorifero convenzionale il liquido all’uscita del condensatore, a temperatura in genere intorno ai 30-40°C e ad alta pressione, viene mandato attraverso la valvola di laminazione all’evaporatore e quindi al compressore elettrico a cui però arriva a bassa pressione e da cui viene portato ad alta pressione. Questo richiede un lavoro da parte del compressore e il suo consumo energetico è proporzionale non solo alla quantità di gas da comprimere ma anche alla differenza di pressione da colmare.

Nel sistema Turboalgor– dal nome della start up che lo ha brevettato – uno scambiatore di calore viene inserito a valle del condensatore e prima della valvola termostatica. Ad esso viene convogliata una parte del fluido uscente dal condensatore (30%) da cui si recupera calore che fa funzionare la turbina del turbocompressore. Questo turbocompressore svolge una prima compressione del refrigerante uscente dall’evaporatore tradizionale che poi viene convogliato, già parzialmente compresso, al compressore elettrico, diminuendone dunque il lavoro e quindi il consumo energetico. Il principio di Turboalgorconsiste dunque nell’introdurre nell’impianto frigorifero un by-pass a valle del condensatore e a monte della valvola di laminazione che svolge del lavoro di compressione, ma senza consumo di energia primaria.

L’intervista completa sul numero di giugno di ZeroSottoZero

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