Progettazione del banco prova per la qualifica di un prototipo di refrigeratore magnetico rotante

Abstract

La refrigerazione magnetica rappresenta una possibile alternativa, per via dell’assenza di fluidi refrigeranti e di maggiori efficienze, ai refrigeratori a compressione di vapore e a gas e alle macchine ad assorbimento. Il refrigeratore magnetico può funzionare anche come una pompa di calore oppure, invertendo il ciclo, può essere utilizzato per ottenere lavoro meccanico. La refrigerazione magnetica si basa sull’effetto magnetocalorico di alcuni materiali, per esempio il Gadolinio che, se sottoposti a un campo magnetico variabile, cambiano la loro temperatura. La variazione di temperatura è minima per cui è necessario utilizzare un ciclo rigenerativo per ottenere gradienti di temperatura significativi. L’obbiettivo del seguente elaborato consiste nella progettazione di un banco prova per testare un prototipo di refrigeratore magnetico rotazionale che verrà successivamente realizzato. Il sistema sarà sottoposto a sperimentazione al fine di caratterizzarne le prestazioni in diverse configurazioni e condizioni operative. La progettazione del banco prova ha richiesto le seguenti fasi: • Determinazione delle prestazioni dell’AMR e delle caratteristiche del circuito primario e secondario attraverso il software MAGROT, un simulatore numerico alle differenze finite. • Disegno del diagramma P&ID (disegno, segnali di acquisizione dei dati e lista dei componenti) del banco prova attraverso CAD. • Ricerca dei componenti commerciali tramite cataloghi e siti di vendita. Si descrive il banco prova precedentemente costruito per testare il funzionamento di un altro prototipo e lo si confronta con il banco prova che verrà progettato. Si effettua inoltre una descrizione dei banchi prova costruiti fino al giorno d’oggi.

Magnetic refrigeration represents a possible alternative, due to the absence of refrigerant fluids and greater efficiencies, to vapor and gas compression chillers and absorption machines. The magnetic chiller can also work as a heat pump or, by reversing the cycle, it can be used to obtain mechanical work. Magnetic refrigeration is based on the magnetocaloric effect of some materials, for example Gadolinium which, when subjected to a variable magnetic field, change their temperature. The temperature variation is minimal so it is necessary to use a regenerative cycle to obtain significant temperature gradients. The goal of the following paper is to design a test bench to test a prototype of a rotational magnetic chiller that will be subsequently built. The system will be tested in order to characterize its performance in different configurations and operating conditions. The design of the test bench required the following steps: • Determination of the performance of the AMR and the characteristics of the primary and secondary circuit through the MAGROT software, a finite difference numerical simulator. • Drawing of the P&ID diagram (drawing of the test bench, data acquisition signals and list of components) of the test bench through CAD. • Search for commercial components through catalogs and sales sites. The test bench previously built to test the operation of another prototype is described and compared with the test bench that will be designed. A description of the test benches built up to the present day is also made.