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Per chiarire questo quesito fondamentale varrà la pena di dilungarci un poco:

Un condizionatore funziona sfruttando alcune leggi della termodinamica e le proprietà di un gas nobile, il Freon. Tutti i gas quando si comprimono si riscaldano e poi, una volta raffreddati, diventano liquidi. In seguito alla compressione, alcuni gas speciali come il Freon aumentano di temperatura in modo eccezionale. Con circa venti atmosfere di pressione (dieci volte quella dei pneumatici della vostra auto), il Freon passa da una temperatura di 12°C alla bellezza di 80°C, dopo raffreddandosi, come abbiamo detto, diventa liquido. Ora se si forza a passare un gas liquefatto attraverso un buchino, questo espandendosi diventa freddo, il Freon freddissimo.

Il condizionatore é per lo più costituito da due parti, una che é posta all'interno dell'ambiente e una che é posta all'esterno all'aria aperta (vedi - come funziona). Queste sono collegate tra loro da tubi di Rame, dove circola il Freon, e cavi elettrici. Gli elementi contenuti nella parte interna sono: uno scambiatore di calore e un ventilatore; quelli presenti nelle parte esterna sono: un compressore, uno scambiatore di calore e un ventilatore. Il compressore é una pompa elettrica che comprime il gas Freon. Per capire invece cos'é uno scambiatore faremo l'esempio del vostro frigorifero dove la cella all'interno, che é il primo scambiatore, cede freddo all'aria e i cibi si raffreddano, e dove la serpentina all'esterno dietro il frigorifero, che é l'altro scambiatore, cede il calore sottratto all'interno all'aria.

Questo sotto é lo schema di funzionamento del condizionatore. Lo scambiatore "A" é all'interno dell'ambiente e si chiama evaporatore, quello "B" é all'esterno e si chiama condensatore, in tutto il circuito circola il gas Freon, ma il suo stato e la sua temperatura sono molto diversi a seconda di dove si trova. Cerchiamo di capire cosa succede partendo dal compressore. Questo compressore comprime il Freon a ben 20 atmosfere e gli fa' raggiungere la temperatura di circa 80°C. A questa temperatura il Freon arriva allo scambiatore esterno "B". Anche se fuori ci fossero 40°C, lo scambiatore aiutato dal suo ventilatore cede parte del calore del Freon all'aria. Questo si raffredda e cambia di stato diventando liquido. A questa temperatura e in questo stato viene costretto a passare attraverso un buchino piccolissimo "Tubo Capillare". Alla sua uscita si dilata diventando in parte gassoso e si raffredda moltissimo scendendo a circa 5°C. Ora il Freon é pronto per arrivare allo scambiatore "A", all'interno dell'ambiente. Qui l'evaporatore aiutato dal suo ventilatore, cederà il freddo all'aria e poi ritornerà al compressore per un nuovo ciclo.

Che il condizionatore funzioni nella maniera descritta é solo l'inizio. Affinché tutto questo si trasformi in benessere per la nostra persona, bisognerà poter regolare la temperatura e quindi occorrerà un termostato, bisognerà pulire l'aria dalle polveri e pollini, quindi verrà inserito un filtro e infine bisognerà ottenere un giusto grado di umidità dell'aria, cosa che attualmente si ottiene dimensionando bene la macchina nei confronti dell'ambiente da servire.

Quali sono le unità di misura usate nel settore per indicare la potenza frigorifera o termica?

BTU/h -> British Termal Unit, unità di misura della potenza termica di origine anglosassone;

W -> Watt (frigoriferi o caloriferi), unità di misura della potenza nel sistema SI (sistema internazionale delle unità di misura);

frig/h (e kcal/h) -> frigorie (e chilocalorie), unità di misura del calore appartenente al Sistema Pratico, una frigoria equivale ad una chilocaloria e indica il calore sottratto ad un corpo, come convenzione si attribuisce alla frigoria un segno negativo: 1 frigoria = - 1 kcal;

Non bisogna mai farlo. Il gas circola in un circuito chiuso, se non c'é una perdita l'impianto non si scarica mai. In ogni caso, prima di ricaricare bisogna cercare ed eliminare il "buco" da cui il gas è fuoriuscito.

Il calcolo qui descritto é generico, ma indicativo del fabbisogno di "freddo" e "caldo" dell'ambiente che avete deciso di climatizzare. Ricordate che ogni camera ha bisogno del suo "punto generico di emissione del freddo", proprio come fanno i termosifoni per il caldo. Inoltre più potenza frigorifera o calorifera vi necessita in totale (se climatizzate più ambienti), più deve essere alta la potenza elettrica disponibile al contatore, che é generalmente 3kW nelle nostre case.

Per procedere al calcolo bisogna introdurre nella tabelle sottostante i seguenti valori:

Come vedete in tabella il termine "k" per il freddo é uguale a 25. Questo é un valore medio teorico, quindi se avete nell'ambiente un solaio o una parete che bolle, oppure una finestra grande o isolata male, o in cucina vi dilettate a preparare sempre manicaretti, con un uso più impegnativo di forno e fornelli, aumentate tale valore di una, due o tre unità, secondo la necessità del caso.
Per il caldo il termine "k" é uguale a 36. Anche questo é un valore medio teorico, quindi se avete nell'ambiente una parete esposta fortemente a tramontana, oppure una finestra grande o isolata male, o siete freddolosi e avete sempre mani e piedi ghiacciati, aumentate anche qui tale valore di una, due o tre unità, secondo la necessità del caso.
Ora Inserite negli spazi vuoti della tabella sottostante, i valori richiesti secondo quanto specificato e procedete con il calcolo, otterrete il risultato nelle varie unità di misura usate nel settore.

Il risultato ottenuto, seppure fortemente verosimile, è da considerarsi generico. E' solo l'installatore esperto che, dopo un sopralluogo tecnico in loco, può determinare l'effettivo fabbisogno frigorifero/termico di un ambiente e il miglior tipo d'impianto da realizzare.

BTU/h -> British Termal Unit, unità di misura della potenza termica di origine anglosassone;

W -> Watt (frigoriferi o caloriferi), unità di misura della potenza nel sistema SI (sistema internazionale delle unità di misura);

frig/h (e kcal/h) -> frigorie (e chilocalorie), unità di misura del calore appartenente al Sistema Pratico, una frigoria equivale ad una chilocaloria e indica il calore sottratto ad un corpo; come convenzione si attribuisce alla frigoria un segno negativo: 1 frigoria = - 1 kcal;

Refrigeranti "tradizionali"

Uno dei più utilizzati fin dal 1931 grazie alle sua ottime caratteristiche chimiche e fisiche. La scarsa resa volumetrica ne ha limitato l'utilizzo negli impianti di grande potenza. E' stato il refrigerante utilizzato in tutti i frigoriferi e congelatori domestici. A causa dell'elevato potere distruttivo nei confronti dell'ozono atmosferico il suo utilizzo è stato vietato già da diversi anni.

Combina ottime caratteristiche chimiche e fisiche ad un'elevata resa volumetrica (+60% rispetto al CFC12) che ne ha permesso l'ampia diffusione negli impianti di climatizzazione per basse e medie potenzialità. Il suo impatto sull'ozono atmosferico è notevolmente più basso rispetto al CFC-12 ma ne è già prevista la messa al bando nei prossimi anni.

Grazie alla sua bassa pressione di condensazione è il refrigerante più utilizzato negli impianti di climatizzazione per grandi potenzialità dotate di compressori centrifughi.

E' una miscela azeotropica che offre interessanti opportunità abbinata a compressori ermetici grazie alla possibilità di raggiungere temperature di evaporazione più basse migliorando così le possibilità di raffreddamento dei motori elettrici dei compressori.

Refrigeranti "di nuova generazione"

E' un refrigerante puro (quindi senza "effetto glide"). Ha un basso impatto sull'ozono e sull'effetto serra. Le sue prestazioni sono similari a quelle del CFC-12 pertanto non è adatto all'utilizzo in impianti di climatizzazione. E' il fluido che ha sostituito il CFC-12 nella refrigerazione civile (frigoriferi e congelatori domestici). Come detto le sue prestazioni lo rendono inadatto a sostituire il HCFC-22 nella climatizzazione (si renderebbe necessario riprogettare tutti gli impianti adottando componenti di maggiori potenzialità) ma può rappresentare una buona soluzione per quegli impianti con compressori a vite centrifuga e centrifughi che attualmente utilizzano R12 o R11.

E' una miscela zeotropa composta di R32, R125 e R134a. E' il fluido che nei prossimi anni sostituirà l'R22 grazie alla scarsa riprogettazione degli impianti e dei macchinari necessaria per convertire la produzione a questo nuovo gas. Presenta però lo svantaggio di un elevato effetto glide (5,4°K) che, unitamente ad una minore efficienza, non lo rendono il fluido ideale. Non può essere utilizzato nemmeno per il retrofit (conversione di impianti esistenti ad un nuovo gas) a causa dell'incompatibilità degli HFC con gli oli minerali utilizzati nei compressori HCFC-22.

E' una miscela composta di R32 e R125 con un comportamento quasi azeotropico e con un'effetto glide quasi trascurabile. Rappresenta un ottimo sostituto del R22 negli impianti di climatizzazione grazie alla sua maggiore resa frigorifera (+50~55% rispetto al R22) dovuta alla maggiore densità e alle maggiori pressioni di lavoro. Queste caratteristiche, se da un lato permettono di utilizzare componenti (compressori, tubi, ecc.) di minori dimensioni, dall'altro richiedono una completa riprogettazione degli impianti cosa che limiterà l'utilizzo del R410a su vasta scala nell'immediato futuro.

Di seguito trovate una piccola tabella comparativa fra il Freon R22 (HCFC-22) e i due suoi più probabili sostituti: l'R407c (HFC 407C) e l'R410a (HFC410a).

Refrigeranti	ODP	GWP	Combinazione	Glide
R22	0,05	1700	puro	0
R407C	0	1520	HFC32(32%) + HFC125(25%) + HFC134A(52%)	5,4
R410A	0	1725	HFC32(50%) + HFC125(50%)	0,11

Sezione Tecnica - Refrigeranti

In conformità con la nuova legislazione europea e con la protezione dell'ambiente, il refrigerante R22 non sarà più distribuito:

per i sistemi di condizionamento al di sopra dei 100kW dal 1° Gennaio 2001;

L'R22 potrà essere ancora utilizzato per la manutenzione nella maggior parte dei paesi europei fino al 1° Gennaio 2015.

R-407C : APPLICAZIONI E MODALITA' D'USO

ll "phase-out" del refrigerante R22 nei nuovi impianti imposto dalla EU, ha reso il gas R407C il fluido di lavoro preferito nella maggior parte delle applicazioni di condizionamento, essendo molto simile all’R22 nelle proprietà fisiche. L’R407C è una miscela zeotropica di HFC e ciò determina alcune restrizioni d’uso e particolari attenzioni nella manipolazione del prodotto e nel progetto degli impianti.

Questa presentazione discute le applicazioni e le raccomandazioni per l’utilizzo dell' R407C.

Il Regolamento Europeo 2037/2000 ha vietato l’uso delle sostanze che danneggiano l’ozono stratosferico (quindi anche gli HCFC), in tutti gli impianti nuovi di refrigerazione e condizionamento, comprendendo anche, dalla fine di quest’anno (31/12/2003), le applicazioni a pompa di calore.

I refrigeranti HFC, che non danneggiano lo strato d’ozono, sono stati sviluppati proprio per sostituire i fluidi banditi; in particolare l’R407C è proposto per sostituire l’R22 nelle applicazioni di condizionamento dell’aria e pompa di calore ed è attualmente il fluido più usato nei nuovi sistemi per queste applicazioni.

Tutti i maggiori OEM della Comunità Europea ora forniscono apparecchiature e impianti di condizionamento funzionanti con R407C.

Il fluido R407C ha proprietà fisiche molto simili a quelle dell'R22 (che sostituisce nelle applicazioni di condizionamento), in termini di pressioni operative e di prestazioni in sistemi di condizionamento dell’aria ad espansione diretta.

Le proprietà dell’R407C sono simili ma non identiche a quelle dell’R22: ad esempio le pressioni di condensazione sono leggermente più elevate, circa 1 bar in più a 45°C, rispetto all’R22.

Componente	%
R32	23%
R125	25%
R134A	52%

La manutenzione degli impianti caricati con tale miscela non rappresenta un problema, se si seguono le seguenti linee-guida.

I sistemi che utilizzano HFC come fluido di lavoro hanno normalmente compressori caricati con un lubrificante miscibile con tale fluido, come i POE (Polioliolesteri). Ci sono molti produttori di questi lubrificanti, disponibili anche a diversi gradi di viscosità.

L'R407C non è generalmente usato con olio minerale o alchilbenzenico, poiché la miscibilità non adeguata, non assicura un sufficiente ritorno dell’olio al compressore. E’ molto importante che, quando occorre aggiungere olio in manutenzione, sia usato il tipo di lubrificante corretto. Controllare quindi il libretto di istruzione del compressore per individuare il lubrificante consigliato per la manutenzione.

I lubrificanti POE usati con gli HFC hanno un’elevata igroscopicità e se vengono esposti all’aria, assorbono facilmente l’umidità. Perciò è molto importante ridurre al minimo gli ingressi di acqua nel circuito, seguendo queste semplici procedure:

non lasciare mai il circuito o i singoli componenti aperti (tubi, raccordi, ecc.) e mantenere sempre ben chiuso il contenitore dell’olio POE, fino all'utilizzo e dopo l’uso richiudere bene il tappo;

durante le saldobrasature, eliminare l’aria dal sistema facendo fluire azoto, per minimizzare la formazione di incrostazioni;

dopo la brasatura, soffiare nuovamente con azoto per rimuovere eventuali depositi ed essiccare il sistema.

Poiché il POE trattiene l’umidità in soluzione, non è possibile rimuoverla completamente facendo il vuoto. Il solo modo di ridurre l’umidità in eccesso (almeno fino a 50 p.p.m.) dal lubrificante del compressore è quello di usare un filtro essiccante.

La contaminazione del sistema con olio minerale, o con R22, può avere effetti nocivi sull’efficienza del sistema e sulla sua affidabilità. Sistemi che usano scambiatori di calore a fascio tubiero, con tubi piuttosto grandi, sono particolarmente soggetti ad una riduzione dello scambio termico per la presenza di olio minerale con R407C.

Si raccomanda anche di utilizzare una strumentazione dedicata all'R407C per evitare possibili contaminazioni.

L'R407C è una miscela refrigerante zeotropica. Ciò significa che, quando il liquido ed il vapore sono in equilibrio, in qualunque condizione di saturazione liquido-vapore, la composizione del vapore differisce dalla composizione del liquido.

Nel caso dell'R407C, la composizione del vapore saturo è così diversa da quella del liquido, che, se usato, si comporta quasi come un diverso refrigerante.

Ad esempio, la composizione del vapore dell'R407C in equilibrio con il liquido è circa:

Componente	%
R32	33%
R125	32%
R134A	35%

In un contenitore la massa del refrigerante liquido è generalmente molto più grande di quella della fase vapore, così durante il travaso, la percentuale dei componenti del liquido rimane molto vicina alla composizione corretta.

Per questa ragione è molto importante che il refrigerante R407C venga trasferito in fase liquida, quando si carica un impianto prelevando da una bombola. Questa operazione è facilitata se la bombola ha un tubo pescante ed un rubinetto per la fase liquida; se così non fosse, come è generalmente il caso delle bombole piccole, è sufficiente prelevare il prodotto con la bombola capovolta (valvola in basso). Solo la fase liquida dovrebbe essere caricata.

Il travaso deve essere discontinuo, prima che tutto il liquido sia stato trasferito. In una situazione ideale, quando l’ultima goccia di liquido è stata estratta dalla bombola, resta circa il 5% in peso del contenuto iniziale, ancora presente nella fase vapore.

In pratica si suggerisce di fermare il trasferimento quando resta poco più del 5% del contenuto residuo (in peso), per essere sicuri di non trasferire la fase vapore. La bombola dovrà restare con una pressione positiva e non dovrebbe essere posta sotto vuoto, ma dovrà essere resa al fornitore con la sua pressione residua. Durante il travaso ad un sistema è del tutto accettabile che il liquido, lasciando il contenitore, vaporizzi rapidamente (flash) entrando nel circuito (ad es. all’aspirazione del compressore).

"TEMPERATURE GLIDE"

Poiché le miscele zeotropiche, come l' R407C, hanno un differente equilibrio di composizione per liquido e vapore, ci sono differenti valori di saturazione P-T per liquido saturo e per vapore saturo.

Per esempio, ad una data pressione, la temperatura del liquido saturo è diversa dalla temperatura del vapore saturo alla stessa composizione (similmente ad una data temperatura ci sono due pressioni di saturazione).

Si osservi la curva P-T dell'R407C sotto riportata. Il valore del "glide" di temperatura per un refrigerante è, per convenzione, la differenza di temperatura tra la temperatura del vapore saturo alla pressione di evaporazione e la temperatura all’ingresso dell’evaporatore.

Il "Glide" di Temperatura è la conseguenza della differenza di composizione tra il liquido ed il vapore saturo, ma il suo valore può variare.

Refrigeranti con una significativa differenza di composizione possono avere un temperature "glide" molto piccolo (l'R410A è un esempio di tali fluidi), mentre il temperature "glide" dell'R407C è di circa 6°K.

Ci sono alcuni progetti che sfruttano le implicazioni e le opportunità che sorgono dell’uso di refrigeranti con un "glide" di temperatura. Si è dimostrato che il trasferimento di calore in una massa di liquido è influenzata dal "glide" di temperatura della miscela. Quando il "glide" di temperatura cresce il coefficiente di trasferimento calore (HTC= Heat Transfer Coefficient) diminuisce. Nel caso dell'R-07C il coeff. HTC si riduce di circa il 50%. Per questa ragione non è generalmente raccomandato usare l'R407C nei "chillers" con evaporatori allagati.

Allo stesso modo, poiché un "glide" significativo provoca una variazione di composizione, l'R407C non può essere utilizzato con buoni risultati nei "chillers" centrifughi.

Il "glide" di temperatura può essere sfruttato per ottenere miglioramenti di prestazione, quando l'R407C è utilizzato in impianti con scambiatori in controcorrente.

Sui refrigeratori d’acqua commerciali si sono rilevati dei significativi miglioramenti di efficienza energetica, riducendo la differenza media di temperatura attraverso l’evaporatore, in una configurazione in controcorrente.

Nei sistemi commercialmente disponibili che utilizzano l' R407C, tali valutazioni saranno state considerate nella progettazione del sistema.

Un’importante considerazione pratica da tenere a mente, quando si usa un refrigerante ad elevato "glide", è che c’è una differente relazione tra le grandezze P – T, per le condizioni di liquido saturo e vapore saturo. Ci sono quindi due tabelle P – T.

Per questi refrigeranti è anche importante ricordare che i cambiamenti di fase, evaporazione e condensazione, non avvengono a temperatura costante, nonostante la pressione, in queste trasformazioni, sia costante.

Nel condensatore, la condensazione comincia alla temperatura del vapore saturo, che è maggiore della temperatura del liquido saturo; quindi la temperatura scende progressivamente lungo il condensatore fino a quando si raggiunge la temperatura del liquido saturo. Questa progressiva variazione di temperatura prende il nome di "glide" (=scorrimento). La temperatura effettiva di condensazione è quindi la media delle temperature del liquido e del vapore saturo.

Nell’evaporatore accade il contrario: all’ingresso dell’evaporatore non c’è liquido saturo, tuttavia, a causa della rapida espansione (flash) del refrigerante generata dalla valvola di espansione, ci si trova a temperatura inferiore a quella del vapore saturo. Quindi la temperatura del liquido evaporante risale lungo l’evaporatore.

L’effettiva temperatura di evaporazione è quindi la media tra la temperature di ingresso dell’evaporatore (flash liquido) e la temperatura del vapore saturo.

La temperatura di ingresso all’evaporatore ha effetto sul sotto-raffreddamento. Un calcolo accurato della temperatura di ingresso all’evaporatore, se necessario, richiede l’uso di un software specifico. Quando si misurano i parametri di resa del sistema, è importante utilizzare la corretta tabella di saturazione per l' R407C.

Il surriscaldamento del gas all’evaporatore (aspirazione del compressore) si ricava dal vap. saturo (Dew Point) dalla tab. P – T.

Il sottoraffreddamento del liquido condensato è ricavabile dalla tabella del liquido saturo (Bubble Point).:

MANUTENZIONE DEI SISTEMI CON R407C

Cosa dovrebbe fare un manutentore quando un impianto ha perso parte della carica (fuga)?

In caso di fughe di refrigerante, la prima cosa da fare è localizzare la perdita ed eliminarla. Una volta eliminata la fuga, per sistemi normali (non a carica critica), è corretto rabboccare l’impianto per tornare al livello iniziale (standard) di carica; se si tratta di R407C, la carica dovrà essere effettuata trasferendo il refrigerante in fase liquida. Le prestazioni dell’impianto ritorneranno normali.

In caso di sistemi a carica "critica", ad esempio negli "split", come nel caso dei sistemi ad R22, la carica residua dovrà essere rimossa dal sistema e recuperata, e si dovrà caricare la quantità esatta di refrigerante precisata da costruttore. In questo caso la procedura per l'R407C è simile a quella per l'R22.

- Può cambiare la composizione del R-407C in un sistema ? Con quali conseguenze ?
R407C è una miscela "Zeotropica". Le sue composizioni di equilibrio vapore e liquido sono differenti. Quali sono le conseguenze?

Se la perdita è solo in fase vapore in un punto nel quale coesistono le fasi liquida e vapore in un equilibrio termodinamico, come conseguenza della fuga, si ha un cambio di composizione della miscela.

In un sistema reale questo non è però un caso comune. In pratica un fuga in solo fase vapore è più facile che si verifichi al ricevitore di liquido.

Le fughe che avvengono nell’evaporatore o nel condensatore, dove le fasi liquido e vapore sono in equilibrio termodinamico durante l’operazione, in pratica non danno luogo ad un cambio di composizione, poiché la fuga è di entrambe le fasi liquido e vapore, che non sono separate nella regione della fuga.

Una fuga in fase vapore può generare un cambio di composizione se si verifica nella carica residua durante una fermata dell’impianto (ad es. durante la fermata invernale di un impianto di condizionamento).

Complesse simulazioni al computer, confermate da test su impianti, hanno dimostrato che rabboccando la carica persa con R407C (aggiungendo cioè R407C ad un sistema, per ripristinare la carica corretta), si tenderà sempre a riportare la composizione ad un valore molto prossimo a quello originario.

Il refrigerante, dopo il rabbocco, presenterà parametri di rendimento molto simili a quelli della composizione standard.

Quindi le prestazioni di un impianto che, dopo aver ha subito una perdita di gas, è stato ricaricato con R407C, non saranno significativamente differenti da quelle di un impianto caricato con una miscela standard.

Dopo una serie di cicli di perdite e ricariche in un sistema sperimentale, nel quale sono misurati i parametri di funzionamento, la capacità frigorifera diminuisce al massimo del 5%, con un effetto anche inferiore sull’efficienza energetica.

Questi test e le successive esperienze "sul campo" hanno mostrato che i sistemi ad R407C possono essere rabboccati dopo una fuga, tornando a funzionare normalmente.

Non c’è quindi necessità, eccetto i casi di sistemi a "carica critica" (come detto gli split), di sostituire l’intera carica dopo un fuga.

Una delle principali ragioni per le quali l'R407C non è usato nei "chillers" con "evaporatori allagati" è che il liquido che si trova nell’evaporatore ha una composizione del refrigerante circolante variabile e differente dallo standard. Per questo motivo, una perdita di gas, rende difficile il controllo della composizione.

Ci sono stati pochi casi isolati di funzionamento anomalo riportati in impianti aria-aria, che dimostrano che può avvenire la separazione, con modifica della composizione della miscela. I sintomi si manifestano con alte pressioni di condensazione e talvolta con alte temperature allo scarico del compressore. Tale separazione si verifica solo se c’è la possibilità per un significativo volume di liquido di ristagnare sul fondo, rimanendo statico al contatto fisico con la massa di refrigerante circolante. Si deve comunque sottolineare che ciò avviene solo in casi limitati ed eccezionali. Una soluzione a questo problema può essere quella di modificare il circuito, o eliminare un’ostruzione, per assicurare che l’intera massa di refrigerante circoli attraverso il sistema.

Con alcune restrizioni nelle applicazioni d’uso (come gli impianti con compressori centrifughi ed i "chillers" con evaporatori allagati), l'R407C è attualmente usato con successo nella maggior parte delle apparecchiature ed impianti per aria condizionata e pompe di calore. La manutenzione dei sistemi ad R407C può essere eseguita come si faceva con l'R22, tenendo presente una maggior cura per evitare l’ingresso di umidità nel circuito e l’uso di due tabelle di saturazione P – T.

Referenze: Bivens D.B., Patron D.M., Yokozeki A., ASHRAE Trans. 1997, Vol 103

Sezione Tecnica – Refrigeranti

L'R410A è una miscela binaria di HFC, di colore rosa, la cui composizione è descritta in tabella:

Componente	Nome Chimico	Formula Chimica	%
HFC-32	Difluorometano	CF₂H₂	50
HFC-125	Pentafluoroetano	CF₃CHF₂	50

L'R410A presenta caratteristiche operative (temperature e pressioni) molto diverse rispetto a quelle dell'R22, pertanto trova impiego nei nuovi impianti, ma non può essere utilizzato come fluido adatto a convertire gli impianti esistenti ad R22.

L'R410A è una miscela di HFC, ciò significa che le sue caratteristiche di miscibilità e di solubilità, comparate con lo standard idrocarburo basato su oli lubrificanti usati per R22 (olio minerale), non sono adeguate. Il lubrificante da utilizzare con L'R410A è olio estere di poliolo o similare (POE).

La condizione "quasi azeo-tropica" si riferisce ad uno stato nel quale la curva del punto di rugiada e la curva del punto di ebollizione, curve dell'equilibrio gas e liquido (a pressione costante), quasi si sovrappongono (glide 0,11°C).

Una miscela di refrigerante, avente questa caratteristica chimica, incorre in cambi trascurabili di composizione anche quando accade un cambio di fase (evaporazione o condensazione). Conseguentemente, anche quando vi è una perdita di refrigerante in fase gassosa da una qualsiasi parte delle tubazioni installate, la composizione del refrigerante è soggetta a cambi trascurabili.

Perciò, l'R410A può essere trattato quasi nel medesimo modo del refrigerante puro R22. Durante la carica dell'R410A, tuttavia, occorre agire in modo che venga prelevato dalla bombola in fase liquida, tenendo in considerazione il fenomeno per il quale, quando contenuto in una bombola, la composizione cambia leggermente tra le fasi gas e liquido.

Come mostrato nella tabella seguente, poiché la pressione del vapore dell'R410A è circa 1,6 volte più alta dell'R22 alla medesima temperatura, l'installazione e la manutenzione devono essere eseguite con speciali attrezzi che sono idonei a resistere a tali livelli di pressione.

Refrigerante Temperatura °C	R410A MPa	R22 MPa
-20	0,30	0,14
0	0,70	0,40
20	1,35	0,81
40	2,32	1,43
60	3,73	2,33
65	4,15	2,60

L'olio usato con questo gas deve essere olio Poliestere (POE), in quanto l'olio minerale comunemente usato con l'R22 non è compatibile con questo refrigerante.

Gli olio estere non amano l'olio minerale; il problema principale è che gli oli estere perdono molto rapidamente la loro miscibilità con gli HFC in presenza di un'altra famiglia di oli (ad esempio minerali).

Questa perdita di miscibilità è particolarmente rapida e quindi pericolosa quando l'olio estere è inquinato da un olio minerale, in quanto preclude il ritorno corretto dell'olio al compressore.

La quantità massima ammissibile di olio minerale in un circuito con HFC in una macchina nuova deve essere inferiore all'1%.

Il gruppo manometrico e i flessibili utilizzati con i fluidi correnti (es.R22) dovranno essere differenti da quelli usati sui circuiti contenenti HFC, in modo da evitare una miscela accidentale (dalle conseguenza temibili) con l'olio minerale intrappolato in un flessibile.

Il grado di miscibilità dell'olio poliestere con l'R410A è all'incirca uguale a quello dell'olio minerale con l'R22.

I POE sono 100 volte più igroscopici degli oli minerali; si tratta di umidità difficile da eliminare anche scaldando i componenti e nel contempo facendo il vuoto.

In caso di sostituzione di componenti del circuito frigorifero bisogna prestare molta attenzione affinché non entri umidità nel sistema.

L'olio poliestere a contatto con l'acqua forma acido citrico fluoridrico estremamente aggressivo e pericoloso. In caso ci sia il sospetto che dell'umidità sia entrata nel circuito e se si viene a contatto con dell'olio inquinato, è necessario fare particolare attenzione alla sicurezza di occhi, mani, ecc.... Accertare inoltre, tramite un rivelatore di acidità dell'olio, che i parametri siano entro i limiti consentiti, onde evitare fenomeni di corrosione all'interno del circuito.

Non bisogna lasciare all'aria né il sistema, né tanto meno il compressore per più di 15 minuti: in particolare; il compressore deve essere consegnato perfettamente deidratato. Il metodo di assemblaggio migliore è quello di rimuovere i tappi dei componenti appena prima della brasatura. Questa deve essere fatta utilizzando bacchette di leghe forti ad alto contenuto di Argento (>25%), in quanto le pressioni del circuito sono molto superiori rispetto ad una macchina funzionante con ad R22.

Le molecole che compongono l'R410A sono molto più volatili (sono molto più piccole) di quelle dell'R22; nella ricerca delle fughe è preferibile verificare l'eventuale perdita con il cercafughe elettronico o con l'ausilio di schiume da spruzzare sulle parti interessate, mettendo il circuito in pressione (rottura del vuoto).

E' da escludersi il metodo della verifica del mantenimento del vuoto, in quanto l'esigua differenza di pressione che si instaura tra ambiente e circuito non dà risultati d'affidabilità della prova.

Una prova da escludersi è la ricerca di perdite tramite cercafughe a fiamma, sia perché la prova non dà nessun esito (il colore della fiamma vira in presenza di cloro e l'R410A è un idrofluorocarburo), sia perché questo gas refrigerante, a contatto con fiamme libere si decompone ed il fluoro e l'idrogeno della molecola formano gas irritanti per gli occhi e la gola.

E' importante pertanto usare le precauzioni necessarie affinché questo non avvenga anche durante eventuali operazioni di saldatura (si deve insufflare azoto all'interno del circuito durante l'operazione di saldatura).

per prima cosa, i componenti della macchina sono più piccoli, (superficie evaporatore, diametro tubi, grandezza compressore);

inoltre la capacità frigorifera è del 50% superiore rispetto a quella dell'R22; ciò significa, minor carica di refrigerante (circa il 20% in meno) e minor potenza assorbita a parità di potenza frigorifera.

Dato che la pressione dell'R410A è circa 1,6 volte più alta rispetto ad quella dell'R22, una scorretta installazione o manutenzione può causare seri problemi. E' necessario provvedere alla installazione/manutenzione in sicurezza, utilizzando attrezzi e materiali specifici per l'R410A tenendo conto delle seguenti precauzioni:

non utilizzare mai un refrigerante diverso dall'R410A in un climatizzatore progettato per funzionare con R410A;

se si verifica una perdita parziale di gas refrigerante durante o dopo l'installazione oppure durante la manutenzione, assicurare una completa ventilazione del locale;

se il gas refrigerante si disperde nell'ambiente venendo a contatto con il fuoco di riscaldatori ventilati o stufette, ecc..., si può produrre gas tossico;

quando si installa o si sposa un climatizzatore, assicurarsi che l'aria o l'umidità non restino nel circuito frigorifero;

quando una unità di un sistema di climatizzazione caricato con un grosso volume di qualsiasi refrigerante (ad esempio un multisplit), viene installata in un piccolo locale, è necessario fare attenzione che in caso di perdita di refrigerante, la sua concentrazione non superi il limite di sicurezza;

assicurarsi di eseguire l'installazione o la rimozione secondo il manuale di installazione.

Tubi di Rame

Poiché un climatizzatore che utilizza l'R410A ha una pressione più alta rispetto all'R22, è necessario scegliere materiali adeguati. Gli spessori dei tubi di Rame ricotti utilizzati con l'R410A sono illustrati nella tabella seguente. Non utilizzare mai tubi di Rame con spessore inferiore a 0,8mm anche se disponibili sul mercato.

Diametro Nominale	Diametro Esterno (mm)	Spessore (mm)
Diametro Nominale	Diametro Esterno (mm)	R410A	R22
1/4"	6,35	0,80	0,80
3/8"	9,52	0,80	0,80
1/2"	12,70	0,80	0,80
5/8"	15,88	1,00	1,00

Giunti

Per i tubi di Rame sono utilizzati giunti a cartella o giunti per brasatura capillare. Prima dell'uso assicurarsi di rimuovere tutti i contaminanti.

I giunti a cartella utilizzati per unire tubi di Rame non possono essere utilizzati per i tubi il cui diametro esterno superi i 20mm. In tale caso si utilizzino giunti per brasatura capillare.

I giunti per brasatura capillare sono brasati per connessioni e sono utilizzati principalmente per tubi spessi il cui diametro è superiore ai 20mm.

Gli spessori dei giunti per brasatura capillare sono illustrati nella tabella seguente. Le forme generalmente utilizzate per la brasatura capillare sono a gomito o di tipo T.

Diametro Nominale	Diametro Esterno (mm)	Spessore min. del Giunto (mm)
1/4"	6,35	0,50
3/8"	9,52	0,60
1/2"	12,70	0,70
5/8"	15,88	0,80

Nei climatizzatori con R410A è stato cambiato il diametro della presa di servizio a spillo della valvola a tre vie dell'unità esterna, in modo da evitare che sia caricato accidentalmente un altro tipo di refrigerante. Inoltre, per aumentare la resistenza alla pressione, sono state cambiate le dimensioni della lavorazione a cartella e la misura dei bocchettoni a cartella di lato opposto (per tubi di diametro nominale 1/2 e 5/8). Di seguito sono descritti gli strumenti esclusivi per l'uso con l'R410A.

IL GRUPPO MANOMETRICO

Dato che l'R410A si caratterizza per l'alta pressione, gli attrezzi convenzionali non possono essere utilizzati. Allo scopo di evitare che si carichi accidentalmente refrigerante di altro tipo, entrambe le prese del gruppo manometro sono state quindi modificate nella forma.
Le differenze tra il manometro di alta/bassa pressione convenzionale e quello per l'R410A sono descritta nella tabella seguente:

Manometro

Convenzionale

Manometro

R410A

Manometro ad alta pressione (rosso)

-0,1 ÷ 3,5 MPa

-1 ÷ 35 bar

-0,1 ÷ 5,3 MPa

-1 ÷ 53 bar

Manometro a bassa pressione (blu)

-0,1 ÷ 1,7 MPa

-1 ÷ 17 bar

-0,1 ÷ 3,8 MPa

-1 ÷ 38 bar

Le differenze nelle dimensioni delle prese tra il manometro di alta/bassa pressione convenzionale e quello per l'R410A sono descritta nella tabella seguente:

	Manometro Convenzionale	Manometro R410A
Dimensione della presa	7/16 UNF 20 filetti per pollice 1/4" SAE	1/2 UNF 20 filetti per pollice 5/16" SAE
UNF: Filettatura unificata cilindrica a passo fine
SAE: Filettatura SAE conica corta stagna a secco per tubi (specifiche USA)

IL TUBO DI CARICA

L'R410A si caratterizza per l'alta pressione, quindi anche la resistenza alla pressione del tubo di carica deve essere maggiore. Anche il materiale dei flessibili è stato modificato perché deve resistere agli HFC. Come nel caso dell'attacco del manometro, la dimensione dell'attacco del tubo è diversa ed è riportata nella tabelle seguente:

		Tubo Convenzionale	Tubo per R410A
Resistenza alla Pressione	Pressione Normale	3,4 MPa (34bar)	5,1 MPa (51bar)
Resistenza alla Pressione	Pressione Rottura	17,22 MPa (172bar)	27,4 MPa (274bar)
Materiale		NBR gomma	HNBR gomma rivestito intern. con Nylon
Dimensione dell'attacco		7/16 UNF 20 filetti per pollice	1/2 UNF 20 filetti per pollice

L'R410A è un HFC con caratteristiche di alta pressione e alta velocità di evaporazione. Se si cerca di caricare l'R410A attraverso un cilindro dosatore di carica, non potendo permanere in questo contenitore allo stato liquido, si formano bolle di refrigerante gassoso, pertanto diventa difficile leggere i valori. Per questo motivo quando si procede ad una carica è necessario utilizzare una bilancia elettronica.

Sono disponibili vari tipi di bilance elettroniche per la carica di refrigerante in funzione della carica possibile. Il tubo di carica che collega le parti ha due attacchi: uno per l'R22 e l'altro per l'R410A, quindi la bilancia può essere utilizzata anche per caricare refrigerante convenzionale. Il refrigerante viene caricato a mano aprendo/chiudendo la valvola oppure in maniera automatica se la bilancia lo consente.

L'attrezzo per effettuare le cartelle per l'R410A, deve essere fornito di una larga barra di fissaggio che riceve il tubo, in modo che la proiezione del tubo di Rame dalla barra di fissaggio possa essere posta a (0÷0,5)mm nella lavorazione a cartella. Questo attrezzo consente anche una maggior forza di fissaggio del tubo e quindi è possibile aumentare la coppia per una più larga espansione del tubo. Naturalmente questo attrezzo può anche essere usato per le cartelle per l'R22.

ADATTATORE DELLA POMPA DEL VUOTO

E' necessario usare un adattatore per evitare che l'olio della pompa del vuoto scorra indietro verso il tubo di carica. Il tubo di carica che collega la parte ha due attacchi: uno per l'R22 e l'altro per l'R410A. Se l'olio minerale della pompa di aspirazione si miscela con l'R410A, può verificarsi un residuo con danni al climatizzatore.

BOMBOLA DI REFRIGERANTE

La bombola di refrigerante esclusiva per l'R410A viene identificata con il nome del gas ed è verniciata di rosa come designato da ARI, USA.

A seconda della misura dell'attacco del tubo di carica, è necessario un attacco di carica con 1/2 UNF 20 filetti per pollice e guarnizione corrispondente.

CERCAFUGHE

Si utilizza un cercafughe ad alta sensibilità esclusivo per i refrigeranti HFC. Nel caso dell'R410A, la sensibilità di rilevazione deve essere di circa 23g per anno.

La procedura qui sotto è da considerare a titolo puramente di esempio. Le operazioni di manutenzione o gli interventi tecnici su un apparato di condizionamento dell'aria, devono essere effettuate da personale tecnico qualificato e non da pseudo-installatori alle prime armi. Seppure AriaBox desidera fornirvi delle informazioni tecniche, assolutamente osteggia e sconsiglia ogni forma di "fai da te" o di improvvisazione.

svitare i tappi presenti sulle valvole di controllo (3)(4) e sulla presa di servizio (7);

collegare il tubo di carica (1) dal gruppo manometro alla presa di servizio (7) dell'unità esterna;

collegare il tubo di carica (2) dal gruppo manometro all'adattatore della pompa del vuoto; in questo momento, tenere le valvole di controllo dell'unità esterna in posizione completamente chiusa (3)(4);

porre la manopola Lo (5) in posizione completamente aperta e portare su ON l'interruttore della pompa del vuoto; durante questa fase eseguire il vuoto (circa 10-15 minuti); per la durata del vuoto riferirsi al manuale di manutenzione del climatizzatore;

quando la lancetta del manovuotometro (6) indica 0,1 MPa (-76 cm Hg), porre la manopola Lo (5) in posizione completamente chiusa e spegnere la pompa del vuoto portando l'interruttore in posizione OFF;

mantenere questo stato per 1-2 minuti e accertarsi che la lancetta del manovuotometro non ritorni;

avvitare a tenuta i tappi sulla presa di servizio (7) e sulle valvole di controllo (3)(4);

accertarsi del perfetto serraggio dei tappi e controllarne la periferia per verificare se vi sono state perdite di refrigerante (3)(4)(7).

TUTTI GLI APPUNTI SONO STATI REPERITI SUL WEB E SONO DI PROPRIETA' DEI MARCHI SOTTO RIPORTATI