Sviluppo e validazione sperimentale di un modello di refrigeratore per l’implementazione di una nuova logica di controllo adattativa

Il presente lavoro di tesi si pone come obiettivo lo sviluppo e la validazione sperimentale di un modello di simulazione di un refrigeratore aria-acqua, in grado di interagire in tempo reale con il controllore della macchina. Il presente studio, sia nella parte numerica che in quella sperimentale, è stato svolto all’interno di Aermec S.p.A. (Bevilacqua, VR). Il principale obiettivo del modello è quello di testare diverse logiche di regolazione del refrigeratore con lo scopo di ridurre la frequenza di accensioni e spegnimenti dei compressori per preservarne il funzionamento. In particolare, si svolge un confronto tra la logica di regolazione tradizionale di tipo proporzionale integrale e una logica alternativa con banda morta e controllo della derivata della temperatura di ritorno all’evaporatore. Le prove sperimentali condotte in camera calorimetrica aziendale hanno permesso la taratura dei modelli di due refrigeratori e la validazione sperimentale, con entrambe le logiche di regolazione, di uno di questi. Inoltre, il modello può essere adattato per simulare diversi refrigeratori e per simulare variazioni istantanee della portata d’acqua all’evaporatore e il funzionamento di più macchine in parallelo. Il presente elaborato è articolato in sette capitoli. Nel primo capitolo sono presentati i due modelli di refrigeratore aria-acqua considerati, con una panoramica sulla regolazione dei refrigeratori. Nei due capitoli successivi è descritto il modello di simulazione: nel secondo capitolo è illustrato dettagliatamente il modello Simulink della macchina e del circuito idronico primario, mentre nel terzo capitolo è descritta la comunicazione che permette l’interazione tra modello e controllore logico programmabile. Nel quarto capitolo sono esposte nel dettaglio le due logiche di regolazione considerate. Nel quinto capitolo sono descritti gli apparati sperimentali allestiti per i due modelli di refrigeratore aria-acqua. Nel sesto capitolo i dati sperimentali sono utilizzati per la taratura e la validazione sperimentale dei modelli. Il settimo capitolo comprende i risultati di tutte le simulazioni effettuate con entrambe le logiche di controllo: singolo refrigeratore con richiesta termica 0-50%, singolo refrigeratore con richiesta termica 50-100%, due refrigeratori in parallelo con portate diverse tra loro, singolo refrigeratore con variazione istantanea della portata d’acqua e due refrigeratori in parallelo con portate diverse e variazione istantanea della portata d’acqua. I risultati delle diverse simulazioni mostrano come la nuova logica di controllo sia in grado di ridurre sensibilmente la frequenza degli spunti dei compressori rispetto alla logica tradizionale. Inoltre, come logica di regolazione adattativa, è in grado di preservare la stabilità della macchina anche con importanti variazioni della portata d’acqua del circuito primario.