Sistema per la misura delle dispersioni termiche su apparecchiature frigorifere

Author(s):
S. Giordan - IRS
O. Toscano - ELECTROLUX

Industry:
Electronics

Products:
DIAdem, LabVIEW, FieldPoint, Real-Time Module

The Challenge:
Realizzare un sistema per l’esecuzione automatica della verifica sperimentale delle dispersioni termiche sui vani di apparecchiature frigorifere domestiche.

The Solution:
È stato realizzato un sistema completo (hardware e software) basato su un controllore real-time FP-RT, che esegue sia la parte di controllo che la parte di acquisizione dati e misura. Sono state pertanto integrate le diverse tipologie di misure ed attuazioni. I risultati ottenuti hanno consentito l’esecuzione di prove con alta precisione nel controllo e nella misura, riducendo i tempi classici di svolgimento della campagna di test e senza richiedere la presenza continua dell’operatore.

Il calcolo della dispersione termica su vani per frigoriferi si realizza attraverso la misurazione della quantità di calore dispersa attraverso le pareti del vano.
Il metodo pratico consiste nel verificare quanta energia è necessario immettere all’interno del vano, per mantenere costante la differenza tra temperature interna ed esterna allo stesso. Per comodità, si impone una temperatura esterna costante ad un valore più basso.

Il sistema FieldPoint RT esegue due compiti principali.
Il primo consiste nel controllare nel tempo la differenza termica richiesta tra la parte interna ed esterna del vano, agendo di conseguenza (controllore PID) su una sorgente di calore (elementi riscaldanti) inserita all’interno del vano.
Il secondo, è relativo alla misura della potenza erogata alla sorgente di calore, per mantenere costante il delta temperatura richiesto.

La verifica si esegue sul mobile con le pareti, interne ed esterne, opportunamente attrezzate con sonde di misura di temperatura.

Si utilizza una camera climatica, con controllo della temperatura, al fine di impostare e mantenere costante la temperatura esterna al vano.

Il controllo, basato su un sistema real-time FieldPoint di National Instruments, e sviluppato utilizzando LabVIEW. Esso utilizza dei cicli PID in grado di regolare il delta temperature in modo preciso. La misura accurata della potenza erogata consente la stima, in tempo reale, dell’energia immessa nel sistema per mantenere la differenza di temperatura interno/esterno costante.

Lo sviluppo della prova richiede due fasi distinte:

• Regimazione: è la fase nella quale il sistema arriva a regime, raggiungendo una stabilità sia della temperatura esterna che di quella interna.

• Misura: è la fase successiva al raggiungimento del regime. A partire da questo momento, il sistema si considera in equilibrio e quindi tutta l’energia immessa da qui in poi, si utilizza per compensare il flusso di calore perso verso l’esterno.

Le formule utilizzate per il calcolo delle dispersioni tramite la misura eseguita sono facilmente reperibili in letteratura.

Hardware

Per realizzare il sistema si è utilizzato hardware FieldPoint real-time, composto da un controllore FieldPoint RealTime, dei moduli per la misura di temperatura TC-120, un modulo FP-AO per il controllo degli alimentatori programmabili ed infine un modulo FP-AI per la misura delle grandezze elettriche, utilizzate per il calcolo dell’energia immessa nel sistema nella fase di misura. Nello specifico, le misure elettriche sono realizzate utilizzando dei sistemi Meetbox di IRS in grado di eseguire delle misure volt-amperometriche di precisione sul sistema.
L’hardware di misura e di controllo è stato alloggiato all’interno di un armadio collegato alla sala climatica. Il sistema FieldPoint, con interfaccia Ethernet, ha reso l’intero sistema visibile e quindi controllabile in rete LAN.

Software

Il software real-time, installato sul controllore FieldPoint, è stato sviluppato utilizzando LabVIEW RT e tramite protocollo “Logos” scambia i dati calcolati con il gestore di prova. Il software di gestione del sistema e di post-analisi dei dati di prova è stato realizzato anch’esso utilizzando l’ambiente di sviluppo LabVIEW.
Il sistema è composto da un applicativo che permette di configurare e gestire una prova. Grazie alla connessione in rete del sistema, esso può essere eseguito su un qualsiasi PC purché connesso in rete.
Questo applicativo può essere eseguito in modalità “MASTER” se la postazione di prova è libera oppure in modalità “SLAVE” se la postazione di prova è occupata.
In modalità “MASTER” si ha il controllo totale della postazione di prova potendo configurare, avviare, e terminare una prova.
Nella modalità “SLAVE” viene invece permesso solamente di osservare lo svolgimento di una prova in corso, senza accesso di controllo alcuno sulla stessa; ovviamente ci possono essere più di uno “SLAVE” simultaneamente presenti sulla stessa prova e questi possono essere avviati su diversi PC, mentre il “MASTER” può essere uno solo.

La prova, una volta configurata ed avviata, viene svolta in maniera completamente automatica ed essendo normalmente di durata rilevante, svincola l’operatore dalla presenza continua sul sistema.

Il sistema mette a disposizione inoltre un secondo applicativo di post-analisi che serve per la gestione di prove precedentemente eseguite. Esso permette quindi, di ricercare delle prove, precedentemente eseguite, all’interno dell’archivio, di rivederle ed eventualmente rielaborarle. I risultati di prova possono essere anche esportati verso applicativi commerciali come per esempio Microsoft Excel o Diadem di National Instruments per la creazione di rapporti di prova personalizzati.
Esistono inoltre, delle procedure SW per verificare il grado di attendibilità delle misure termiche ed elettriche, tramite un confronto con calibratori specifici.

Conclusioni

Il sistema di prova è stato validato tramite il confronto con i dati storici in possesso del cliente, certificandone quindi il corretto funzionamento.
Esso, come detto in precedenza, grazie al sistema di controllo real-time utilizzato, ha inoltre permesso di velocizzare l’esecuzione della serie di prove necessarie per la verifica e di rendere le stesse indipendenti dalla presenza dell’operatore.

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S. Giordan
IRS
Tel: 0498705156
giordan@irsweb.it

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