Un chiller dimensionato male si nota presto. Se è troppo piccolo, d’estate l’acqua si scalda e i cicli si allungano. Se è sovradimensionato, si accende e si spegne di continuo, consuma più del necessario e invecchia prima. Dimensionare bene un chiller industriale non è difficile: servono un calcolo semplice, dati di processo affidabili e un paio di correzioni che si dimenticano quasi sempre. Questa guida le ripercorre con un esempio reale di stampaggio a iniezione di materie plastiche.
Chiller, refrigeratore d’acqua o refrigeratore di processo: di cosa parliamo
È la stessa macchina con nomi diversi. In Spagna si dice enfriadora, refrigeratore d’acqua o, sempre più spesso, chiller. In Messico e in gran parte dell’America Latina si parla di chiller, raffreddatore d’acqua o gruppo ad acqua gelida. In tutti i casi è una macchina frigorifera che raffredda un fluido (acqua o acqua glicolata) e lo invia al processo in circuito chiuso. Da non confondere con un termoregolatore, che mantiene lo stampo stabile a una temperatura impostata, di solito superiore a quella dell’acqua di rete.
La formula: Q = m · cp · ΔT
La potenza frigorifera richiesta dal processo è il calore da asportare nell’unità di tempo:
- Q: potenza frigorifera (kW).
- m: portata massica (kg/s) del prodotto da raffreddare o dell’acqua in circolo.
- cp: calore specifico (kJ/kg·K). Acqua: 4,18. Acqua con 30 % di glicole: circa 3,8.
- ΔT: differenza di temperatura (K o °C).
Nello stampaggio a iniezione è più pratico lavorare con l’entalpia del polimero: il calore che ogni chilo cede passando dalla temperatura del fuso a quella di estrazione. Si evita così di calcolare separatamente il calore sensibile e, nei semicristallini, quello di cristallizzazione.
Entalpia indicativa per polimero
Valori approssimativi tra temperatura del fuso e temperatura di estrazione. Bastano per un primo calcolo; per un progetto specifico conviene verificarli con la scheda tecnica del materiale.
| Polimero | Calore da asportare (kJ/kg) | Equivalente (kWh/kg) |
|---|---|---|
| PS | 250–300 | 0,07–0,08 |
| ABS | 300–380 | 0,08–0,11 |
| PC | 300–380 | 0,08–0,11 |
| POM | 420–500 | 0,12–0,14 |
| PA6 / PA66 | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PP | 550–650 | 0,15–0,18 |
| PE-HD | 600–700 | 0,17–0,19 |
I semicristallini (PP, PE, PA, POM) richiedono quasi il doppio del freddo per chilo rispetto agli amorfi (PS, ABS, PC). Per questo due presse a iniezione identiche possono richiedere chiller molto diversi.
Esempio: pressa a iniezione che trasforma 50 kg/h di PP
- Calore del materiale. 50 kg/h × 600 kJ/kg = 30.000 kJ/h. Diviso per 3.600 s: 8,3 kW.
- Carichi aggiuntivi. Camera calda, apporti nelle tubazioni e pompa: in uno stampo con camera calda è ragionevole aggiungere il 10–20 %. Prendiamo il 15 %: 8,3 × 1,15 = 9,6 kW.
- Margine di sicurezza. Tra il 15 % e il 25 %, a seconda di quanto è stabile la produzione e di quanto è probabile un ampliamento. Con il 20 %: 9,6 × 1,2 = 11,5 kW.
- Correzione per le condizioni reali (temperatura dell’acqua e ambiente, vedi sotto). Se la macchina lavora fuori dalle condizioni nominali, la sua potenza utile cala e bisogna scegliere un modello più grande.
Se lo stesso chiller deve raffreddare anche l’olio idraulico della pressa o la gola della tramoggia, somma questi carichi. Il dato affidabile lo fornisce il costruttore della macchina; stimarlo a occhio porta di solito a un chiller sottodimensionato.
La portata d’acqua
Calcolata la potenza, la portata si ricava dalla stessa formula. Con 11,5 kW e un salto di 5 °C tra mandata e ritorno: m = 11,5 / (4,18 × 5) = 0,55 kg/s, circa 2 m³/h. La pompa del chiller deve garantire questa portata con la perdita di carico reale del circuito: stampo, tubi flessibili, raccordi e distributori. Con un salto maggiore la portata diminuisce, ma lo stampo lavora con più differenza tra ingresso e uscita. Per lo stampo, leggi la nostra guida su come calcolare la portata di raffreddamento di uno stampo.
Temperatura dell’acqua: ogni grado conta
I cataloghi indicano la potenza in condizioni nominali, spesso acqua 12/7 °C e 35 °C ambiente. Al di fuori di queste la potenza cambia:
- Acqua più fredda: ogni grado sotto il punto nominale riduce la capacità, nell’ordine del 3 % per grado. Chiedere 5 °C quando il processo funziona bene a 12 °C costa caro.
- Sotto i 5 °C circa serve il glicole, che riduce lo scambio termico e obbliga a sovradimensionare.
- Condensa: se l’acqua entra nello stampo sotto il punto di rugiada dell’aria del capannone, lo stampo trasuda e compaiono difetti e corrosione. D’estate, con umidità alta, può succedere già a 12–14 °C.
Imposta la temperatura dell’acqua più alta che il processo ammette, non la più bassa che la macchina può fornire. Come riferimento, consulta la tabella delle temperature dello stampo per polimero.
Condensazione ad aria o ad acqua
| Criterio | Condensazione ad aria | Condensazione ad acqua |
|---|---|---|
| Installazione | Semplice, solo elettricità | Richiede torre evaporativa o acqua di pozzo |
| Calore smaltito | In aria: nel capannone o all’esterno | Nel circuito dell’acqua di torre |
| Effetto dell’estate | Perde potenza con temperatura ambiente alta | Più stabile se la torre è ben dimensionata |
| Efficienza | Minore con il caldo | Di solito maggiore |
| Manutenzione | Pulire le batterie | Trattare l’acqua di torre contro calcare e legionella |
Un chiller ad aria installato nel capannone gli restituisce tutto il calore che estrae, più quello del compressore. In un piccolo stabilimento può andare bene; in un capannone chiuso ad agosto, no. Se è ad aria, calcola con la temperatura ambiente massima reale del luogo di installazione, non con quella nominale.
Errori tipici di dimensionamento
- Calcolare con la produzione media invece che con quella massima.
- Dimenticare la camera calda, l’olio idraulico o i carichi che si aggiungeranno entro un anno.
- Scegliere in base alla potenza nominale senza correggere per temperatura dell’acqua e ambiente.
- Non verificare che la pompa vinca la perdita di carico dell’intero circuito.
- Installare un chiller ad aria in un locale senza ventilazione.
- Sovradimensionare del doppio «per sicurezza»: la macchina lavora a basso carico e regola peggio.
Domande frequenti
Quanti kW di chiller servono per una pressa a iniezione?
Dipende dal materiale e dai chili all’ora, non dalla forza di chiusura. Moltiplica i kg/h per l’entalpia del polimero, dividi per 3.600 e aggiungi carichi aggiuntivi e margine.
Quale margine di sicurezza è ragionevole?
Tra il 15 % e il 25 % in più rispetto al carico calcolato. Oltre, la macchina lavora quasi sempre a carico parziale.
Posso usare un solo chiller per più macchine?
Sì, è comune con un circuito centralizzato. Somma i carichi di tutte, applica un fattore di contemporaneità realistico e assicurati che ogni macchina riceva la sua portata.
Mi serve anche un termoregolatore?
Se lo stampo lavora sopra la temperatura dell’acqua refrigerata, di solito sì. Lo spieghiamo in termoregolatore o chiller: differenze e quando usare ciascuno.
Ti aiutiamo a dimensionarlo
Inviaci il materiale, i kg/h, la temperatura dell’acqua che ti serve e dove verrà installata la macchina, e rivediamo il calcolo con te. Puoi vedere la nostra gamma di refrigeratori industriali, provare il selettore di apparecchiature o parlare con un tecnico.