Hai mai vissuto una situazione in cui un sistema di refrigerazione non riusciva più a raggiungere la sua temperatura precedente dopo aver cambiato il refrigerante, anche se il compressore rimaneva lo stesso?
Oppure hai notato che due compressori con la stessa potenza o cilindrata possono avere capacità di raffreddamento diverse?
Perché succede questo?
La risposta è strettamente legata alla capacità di raffreddamento, alle proprietà del refrigerante e alle condizioni operative del compressore. Per comprendere queste differenze, dobbiamo prima distinguere tre importanti specifiche del compressore: potenza, cilindrata e capacità di raffreddamento.
Queste tre specifiche descrivono caratteristiche diverse di un compressore frigorifero.
| Parametro | Significato |
|---|---|
| Potenza (HP) | Indica la potenza nominale del motore del compressore |
| Cilindrata (m³/h) | Il volume teorico di vapore refrigerante spostato dal compressore all'ora |
| Capacità di raffreddamento (kW) | La quantità di calore rimossa dal sistema di refrigerazione per unità di tempo in condizioni specificate |
Tra questi tre parametri, la capacità di raffreddamento è l'indicatore più importante quando si valuta se un compressore può soddisfare i requisiti di raffreddamento di un sistema di refrigerazione.
La capacità di raffreddamento dipende dalla quantità di refrigerante che circola nel sistema e dalla quantità di calore che ogni chilogrammo di refrigerante assorbe nell'evaporatore.
Ciò significa che anche quando la potenza e la cilindrata rimangono invariate, la capacità di raffreddamento può variare a seconda del refrigerante e delle condizioni operative.
Diversi fattori influenzano direttamente la capacità di raffreddamento di un compressore frigorifero.
Temperatura di evaporazione
Quando la temperatura di evaporazione diminuisce, la pressione di aspirazione e la densità del vapore refrigerante generalmente diminuiscono. Ciò riduce la portata massica del refrigerante e, di conseguenza, la capacità di raffreddamento del compressore.
Temperatura di condensazione
Una temperatura di condensazione più elevata aumenta il rapporto di compressione. Ciò generalmente riduce la capacità di raffreddamento aumentando la potenza richiesta per la compressione.
Tipo di refrigerante
Refrigeranti diversi hanno diverse densità di vapore e proprietà termodinamiche. Di conseguenza, lo stesso compressore può fornire diverse capacità di raffreddamento quando opera con diversi refrigeranti approvati.
Progettazione ed efficienza del compressore
Il design interno, l'efficienza volumetrica, le perdite valvole e le perdite interne influenzano anche la portata massica effettiva del refrigerante. Pertanto, compressori con valori di cilindrata simili possono ancora avere capacità di raffreddamento diverse.
I seguenti esempi illustrano come le condizioni operative e la scelta del refrigerante influenzano le prestazioni del compressore.
Prendiamo come esempio il compressore scroll Danfoss SZ090-4VI.
Secondo i dati di prestazione pubblicati da Danfoss, questo compressore fornisce le seguenti capacità di raffreddamento con R407C a diverse temperature operative.
| Temperatura di evaporazione | Temperatura di condensazione | Capacità di raffreddamento |
|---|---|---|
| 0°C | 35°C | 19.30 kW |
| 0°C | 55°C | 15.00 kW |
| -5°C | 35°C | 15.60 kW |
Condizioni: R407C, 50 Hz, 11,1 K di surriscaldamento del gas di aspirazione e 8,3 K di sottoraffreddamento del liquido.
Quando la temperatura di condensazione aumenta da 35°C a 55°C, la capacità di raffreddamento scende da 19,30 kW a 15,00 kW, una riduzione di circa il 22%.
Allo stesso modo, quando la temperatura di evaporazione diminuisce da 0°C a -5°C a una temperatura di condensazione costante di 35°C, la capacità di raffreddamento diminuisce a 15,60 kW.
Il modello del compressore, il motore e il refrigerante non sono cambiati. Solo le temperature operative sono diverse.
Ciò spiega perché lo stesso compressore può avere prestazioni diverse in sistemi che operano in condizioni di temperatura diverse.
Cambiare il refrigerante può anche cambiare la capacità di raffreddamento, anche quando il compressore e le temperature operative rimangono le stesse.
Prendiamo come esempio il compressore scroll Copeland ZR72KCE-TFD-522.
I dati di prestazione pubblicati da Copeland forniscono le seguenti capacità di raffreddamento per questo modello di compressore con diversi refrigeranti:
| Modello compressore | Refrigerante | Capacità di raffreddamento |
|---|---|---|
| ZR72KCE-TFD-522 | R22 | 17.60 kW |
| ZR72KCE-TFD-522 | R407C | 14.75 kW |
| ZR72KCE-TFD-522 | R134a | 11.80 kW |
Condizioni: temperatura di evaporazione 5°C, temperatura di condensazione 50°C, surriscaldamento del gas di aspirazione 10 K, sottoraffreddamento del liquido 0 K e 50 Hz.
In queste condizioni di valutazione identiche:
R407C fornisce circa il 16% in meno di capacità di raffreddamento rispetto a R22.
R134a fornisce circa il 33% in meno di capacità di raffreddamento rispetto a R22.
La differenza deriva dalle proprietà termodinamiche dei refrigeranti, che influenzano la portata massica del refrigerante e la quantità di calore assorbito durante l'evaporazione.
Questi confronti aiutano a spiegare perché un sistema di refrigerazione potrebbe non raggiungere più le sue precedenti prestazioni di raffreddamento dopo un cambio di refrigerante.
Tuttavia, un cambio di refrigerante deve anche tenere conto dei refrigeranti approvati dal compressore, della compatibilità del lubrificante e della configurazione del sistema. I confronti delle prestazioni pubblicati non significano che i refrigeranti possano essere scambiati direttamente in un sistema esistente.
Sia che si sostituisca un compressore o si cambi il refrigerante in un sistema esistente, la capacità di raffreddamento deve essere valutata nelle condizioni operative previste.
I seguenti fattori sono particolarmente importanti:
Compatibilità del refrigerante: Confermare che il compressore e il suo olio lubrificante siano adatti al refrigerante previsto.
Capacità di raffreddamento richiesta: Confrontare le prestazioni del compressore alle temperature di evaporazione e condensazione effettive del sistema, piuttosto che fare affidamento solo sulla potenza nominale.
Componenti del sistema: Verificare se il dispositivo di espansione, l'evaporatore e il condensatore sono adatti al refrigerante e alla capacità richiesta.
Condizioni operative: Verificare la carica del refrigerante, il surriscaldamento, il sottoraffreddamento, la frequenza operativa e altri parametri pertinenti del sistema.
Un refrigerante con una minore capacità di raffreddamento nelle stesse condizioni potrebbe richiedere modifiche al design del sistema o alla selezione del compressore per mantenere le prestazioni originali.
Se un sistema di refrigerazione non riesce a raggiungere la sua temperatura precedente dopo un cambio di refrigerante, il primo passo è verificare se il nuovo refrigerante fornisce una capacità di raffreddamento sufficiente nelle condizioni operative effettive del sistema.
Se la capacità di raffreddamento è insufficiente, potrebbe essere necessario un compressore con una capacità nominale adeguata o modifiche appropriate al sistema.
Se la capacità di raffreddamento prevista è adeguata, controllare la carica del refrigerante, il dispositivo di espansione, gli scambiatori di calore e le pressioni operative per identificare potenziali problemi del sistema.
La chiave è abbinare il refrigerante, la capacità di raffreddamento del compressore e le condizioni operative del sistema, piuttosto che fare affidamento solo sulla potenza o sulla cilindrata.
