VALVOLA A 4 VIE PER L'INVERSIONE DI CICLO

Questo post è in risposta alle richieste di due lettori Giovanni e Flavio che chiedevano qualche chiarimento sul funzionamento della valvola a 4 vie.

Queste valvole sono usate maggiormente in condizionamento sulle pompe di calore per permettere di invertire il ciclo passando dal regime estivo (raffreddamento) al regime caldo (riscaldamento). Oggi sempre più spesso vengono usate in refrigerazione come sistema di sbrinamento visto che questo sistema risulta più efficiente e non si ha la necessità di usare grosse resistenze elettriche.

Dal disegno si deduce che essa è composta da : Una valvola principale a 4 vie e da una piccola elettrovalvola pilota a 3 vie la quale viene montata solitamente sul corpo della valvola principale.

Iniziamo parlando della valvola principale a 4 vie:

 Precisiamo che dei 4 collegamenti presenti sulla valvola principale, 3 li troviamo da un lato con al centro sempre l'aspirazione del compressore, e il quarto sull' altro lato che è sempre lo scarico del compressore.

 I passaggi interni sono commutabili grazie ad un gruppo mobile (posizione 3) di questo gruppo mobile fanno parte anche 2 pistoni (posizione 4) Ognuno dei due pistoni è fornito di un orifizio (posizione 5) ed inoltre è presente una valvola a spillo su ognuno dei 2 pistoni (posizione 6), in ultimo 3 capillari (posizione 7) sono saldati al corpo della valvola principale e collegati alla valvola pilota. 

Ora per capirci meglio prendendo una valvola non collegata al circuito, e alimentando semplicemente la bobina sentiremmo solo il ticchettio della pilota 3 vie, ma nella valvola principale non succederebbe assolutamente niente questo perché essa per funzionare ha bisogno per forza che al suo interno siano presenti sia  l' alta pressione e sia la bassa pressione.

  

La mandate HP, e l'aspirazione del compressore sono sempre collegate come sopra rappresentato,ora a titolo di esempio per raffigurare meglio il funzionamento sostituiremo la valvola pilota a 3 vie con 2 rubinetti manuali (riferimento 5-6) Adesso passiamo al funzionamento vero e proprio: Al centro della valvola la HP esercita una forza sui 2 pistoni che spinge il gruppo verso sinistra (riferimento 1) e nello stesso tempo verso destra (riferimento 2) quindi cosa fa questo gruppo ?? Essendo queste due forze identiche si annullano. Ricordiamo pero' che i due pistoni presentano un orifizio, quindi la HP può passare dietro al pistone di sinistra (riferimento 3) e quindi si avrà una spinta del gruppo verso destra. Contemporaneamente la HP passa ugualmente dietro al pistone di destra (riferimento 4) ma siccome la valvola 6 è aperta e il diametro del capillare di collegamento è molto più grande del diametro dell'orifizio sul pistone, questo fa si che la massa di gas HP che attraversa questo orifizio sia subito aspirate dalla BP. La pressione dietro al pistone di destra (riferimento 4) si stabilizza con la BP. Alla fine la forza più grande dovuta alla HP spinge il gruppo verso destra mettendo in comunicazione la mandata del compressore con la tubazione di sinistra (riferimento 7) e l'aspirazione con la tubazione di destra (riferimento 8).

COMMUTAZIONE

Adesso applicando la HP sulla destra (valvola 6 chiusa) e la BP a sinistra (valvola 5 aperta) la forza dominante spinge il gruppo verso sinistra il quale mette in comunicazione la mandata con la tubazione di destra (riferimento 8) e l'aspirazione con la tubazione di sinistra (riferimento 7) 

 (Alcuni costruttori per avere un effetto amplificato usano la pilota tre vie per aziona una piccola valvola quattro vie che a sua volta va a comandare la quattro vie principale) 

Parliamo ora della valvola pilota:

Dalla descrizione si evince che il funzionamento della valvola 4 vie è possibile grazie alla differenza di pressione tra HP e BP. Per questo lavoro si utilizza la valvola pilota a 3 vie. La via centrale è la via in comune la quale è sempre collegata alla BP.

Quando la bobina non è alimentata la via di destra è chiusa e la via di sinistra è in comunicazione con la BP, viceversa quando la bobina è alimentata la via di destra è messa in comunicazione con la BP e la via di sinistra è chiusa.

Circuito frigorifero a blocchi con valvola 4 vie. 

Non essendo alimentata la bobina dell'elettrovalvola pilota la sua via di sinistra cosi come la parte sinistra del gruppo, è messa in comunicazione con la BP (teniamo sempre presente che il diametro del orifizio sul pistone è molto più piccolo del diametro dei capillari di collegamento) Visto che la HP è sulla destra del gruppo la differenza di pressione tende a spingere bruscamente sulla destra della valvola principale. Arrivando in fondo a sinistra lo spillo presente sul pistone (riferimento A) chiude l'orifizio di collegamento del capillare in modo che interrompa il passaggio di gas, diventato a quel punto inutile. A questo punto la pressione va di nuovo ad equilibrarsi con la HP a sinistra del gruppo ma siccome la HP si trova ugualmente a destra , il gruppo non potrà più cambiare posizione. 

 Ora alimentando la bobina si mette in comunicazione la parte destra del gruppo con la BP ed il gruppo si sposta bruscamente verso destra. Arrivando a fine corsa lo spillo del pistone interrompe il passaggio di gas chiudendo il passaggio di collegamento del capillare.

Per ulteriori chiarimenti contattatemi. 

Sistemi di avviamento RSIR CSIR PSC CSR

Parliamo un po dei motori ermetici monofase:

Normalmente il rotore è del tipo a gabbia di scoiattolo e lo statore presenta solo due avvolgimenti: uno principale (di marcia) e uno ausiliario (di avviamento).
Ed è proprio l'avvolgimento ausiliario che consente, mediante l'uso di opportuni accorgimenti, l'avviamento di questo tipo di motore; infatti, alimentando il solo avvolgimento principale, non si ottiene un campo rotante necessario per porre in rotazione il rotore, ma un campo magnetico alternato che è la risultante dalla sovrapposizione di due vettori rotanti in senso opposto dimezzato rispetto a quello principale. Il rotore in tali condizioni non può mettersi in rotazione, perché viene sollecitato nei due sensi con una coppia di uguale valore.
Però se con l'intervento di una forza esterna lo si lancia in una direzione o nell'altra, si viene a rompere l'equilibrio delle due coppie opposte a favore di quella che sollecita il rotore nel senso della forza esterna.
In questo caso il motore proseguirà nella sua rotazione anche se viene a mancare la forza esterna che l'ha lanciato in rotazione (circuito di spunto).
Diciamo che un compressore frigorifero alternativo presenta una forte coppia in partenza e in alcune condizioni anche durante la marcia a seguito di elevati rapporti di compressione. Il motore elettrico deve essere capace di rispondere a queste esigenze sia in partenza (spunto cioè momento torcente in avviamento) sia in marcia la dove si creano elevati rapporti di compressione (alta pressione di condensazione e bassa pressione di evaporazione)

Il tipo di motore maggiormente utilizzato e il tipo asincrono monofase e trifase (in questo caso ci concentreremo sui motori monofase) essi prevedono vari sistemi di avviamento atti a rispondere alle varie applicazioni.
Sul mercato troviamo fondamentalmente due grosse famiglie di compressori ermetici monofase, e cioè: HST (Hig Starting Torque) che sarebbero quelli che lavorano su circuito a valvola termostatica   o la dove il riequilibrio delle pressioni risulta relativamente lungo con conseguenti coppie di spunto elevate, oppure LST (Low Starting Torque) che lavorano in circuiti a capillare la dove i tempi di riequilibrio delle pressioni sono relativamente brevi e di conseguenza si hanno basse coppie di spunto. In realtà i compressori si suddividono ulteriormente in HBP- LBP rispettivamente: alta espansione e bassa espansione, ma in questo post ci concentreremo sui sistemi di avviamento.

Tutti i compressori ermetici monofase sono split phase (a fase ausiliaria) strutturati in due distinti avvolgimenti (uno dedicato alla marcia e uno per lo spunto) i quali presentano differenze costruttive di base e cioè: avvolgimento di marcia costruito con filo di elevata sezione quindi con bassa impedenza elettrica, e avvolgimento ausiliario di spunto o avviamento, costruito con filo di piccola sezione e quindi un elevata impedenza elettrica (sapendo questo ci torna utile la dove non sappiamo quale sia il circuito di marcia o quello di spunto, con un comune multimetro misurando l'impedenza

troveremo subito i relativi circuiti)

Ora passiamo alle varie configurazioni.

RSIR (Resistence Start Induction Run)

Queso tipo di motore presenta una bassa coppia di spunto infatti non montano un condensatore, sono principalmente utilizzati in impianti a capillare con ridotti rapporti di compressione, durante la marcia se fermate il compressore e dopo due secondi lo volete riaccendere esso non partirà e ci sarà l'intervento del termico (klixson) questo è normale quindi bisognerà semplicemente attendere che le pressioni si equilibrino.

L' avvolgimento di spunto (S-C) di alta impedenza ohmica risulta temporaneamente collegato in parallelo all'avvolgimento di marcia. Un relè amperometrico con bobina in serie all'avvolgimento di marcia comanda la sua inserzione o disinsezione.

CSIR (Capacition Start Induction Run) 

In questo caso la coppia di spunto è discreta (quindi impianti a valvola), un circuito di tipo RSIR non si puo trasformare in CSIR montando un condensatore in serie all'avvolgimento di spunto questo perchè è vero che presentano lo stesso circuito di marcia ma gli avvolgimenti di spunto sono progettati per le due differenti configurazioni.

Notiamo la presenza di un condensatore di spunto SC (quelli neri) in serie all'avvolgimento di spunto, l'inserzione o lo stacco del circuito di spunto con relativo condensatore è gestita dal relè.
Questi motori assorbono una corrente di marcia di quasi 1/3 in meno rispetto a quelli RSIR a parità di potenza e sono anche meno sensibili ai cali di tensione di rete.

PSC (Permanent Split Capacitor)

Questa configurazione non presenta nessun relè, essa è indicata per impianti a capillare anche se a me non piace.

C'è un condensatore in serie al circuito di spunto il quale resta sempre inserito anche dopo lo spunto quindi si usano condensatori la cui capacità è molto inferiore a quella dei condensatori di spunto usati nei motori CSIR.
Questi motori sono costruiti appositamente per questo tipo di lavoro quindi non è possibile prendere un motore ad esempio CSIR e by-passare il relè.

CSR (Capacition Start Run)

Questo è in assoluto il sistema che preferisco, esso permette di avere elevate coppie sia di spunto che di marcia.
In questi casi si utilizza normalmente un relè di tipo voltometrico la cui bobina è inserita dalla tensione indotta presente ai capi dell' avvolgimento di spunto.

Il condensatore di marcia permette elevati valori di coppia anche durante la marcia e quindi risulta particolarmente adatto la dove si presentano elevati rapporti di compressione.



Ora giusto per chiarezza definiamo meglio le sostanziali differenze tra relè voltometrico e quello amperometrico:

Relè amperometrici 

Essi sono costituiti da una bobina con poche spire (proporzionate al passaggio della corrente di spunto) e dei contatti mobili (contatti normalmente aperti) gestiti da una molla. Quando il motore deve partire attraverso la bobina passa una corrente relativamente alta, tale da attrarre il nucleo mobile (questo comporta scintille e usura dei contatti) il quale viene rilasciato subito dopo che il rotore abbia raggiunto circa l'80% della sua velocità di lavoro visto che la corrente si abbassa ai valori di marcia.

                                                          Relè voltometrico

Questi relè si utilizzano per potenze che vanno dai 600-700 W in su', questo perché con l'aumento della potenza del motore aumenta pure la corrente quindi con i relè amperometrici bisognerebbe usare per la bobina del filo troppo grande quindi da escludere.
Essi funzionano sulla tensione anziché sulla corrente,i contatti del gruppo mobile sono normalmente chiusi (si evitano pure le scintille). La bobina di questi relè è costruita da un sottile filo con numerose spire, nella fase di partenza mentre aumenta la velocità del rotore aumenta pure la tensione ai capi del circuito di spunto, quando siamo prossimi al 90% della velocità di marcia la tensione è al punto massimo quindi il gruppo mobile viene attratto con conseguente disinserimento del circuito di spunto.

Esistono anche altri sistemi di avviamento ma diciamo che questi sono i più usati.
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Per ulteriori informazioni commentate pure.

COMPRESSORI COPELAND SCROLL

Come funziona?

Nel 1905 fu inventato e brevettato dal francese Lèon Creux.

 Lo Scroll non ha valvole, pistoni, bielle, albero a gomiti, non necessita di separatori di liquido, 

e non è rumoroso.                        

Per un uguale rapporto di compressione lo Scroll è in grado di movimentare una portata di refrigerante superiore del 50% rispetto al compressore alternativo a pistoni di pari potenza.

Due spirali evolventi si accoppiano tra di loro formando tasche di gas a forma crescente. La prima spirale rimane fissa, mentre la seconda compie un movimento orbitale rispetto alla prima. Il movimento orbitale fa sì che il gas venga aspirato all'interno e convogliato verso il centro della spirale, dove si crea una pressione del gas sempre più alta. Il gas viene quindi scaricato dalla luce situata sulla spirale fissa. 

Perché la resa degli scroll è superiore a quella degli alternativi?

I compressori scroll hanno il vantaggio rispetto ai compressori alternativi semiermetici di fornire una capacita' che rimane piu' costante al variare del rapporto di compressione e quindi al variare della temperatura di condensazione o della temperatura ambiente a condizioni di evaporazione fisse: questa caratteristica e' dovuta all’efficienza volumetrica dello scroll che rimane circa costante in quanto non e' influenzata dal volume nocivo che penalizza invece i compressori alternativi, che sarà direttamente proporzionale all'aumento del rapporto di compressione. Quindi una bassa evaporazione con un alta condensazione (alto rapporto di compressione) maggiori quantità di gas che  si riespandono nel cilindro alla discesa del pistone, con conseguente calo di efficienza/resa.

Perché sono quasi immuni dai colpi di liquido?

Il design dei compressori Scroll garantisce una adattabilità assiale e radiale (destra e sinistra, su e giù ) tra le due spirali aumentando la vita utile del compressore. Per "adattabilità" si intende la capacità delle spirali di separarsi in condizioni anomale. Questa funzione elimina il contatto che può causare la rottura. La adattabilità assiale permette alla spirale di rimanere in contatto continuo in tutte le normali condizioni di lavoro, assicurando perdite minime anche senza l'uso di guarnizioni. La adattabilità radiale permette alle due spirali di separarsi lateralmente, in modo che i detriti o il refrigerante liquido possano attraversarle, migliorando significativamente la durata e l'affidabilità. La combinazione di adattabilità assiale e adattabilità radiale permette alle spirali di migliorare le prestazioni con l’aumentare dell’utilizzo. Il contatto continuo sul fianco, mantenuto dalla forza centrifuga, riduce al minimo le perdite di gas e ottimizza l'efficienza del compressore.

Come regolare la capacita di uno scroll?

In molti sistemi di refrigerazione il carico può variare all'interno di un ampio intervallo e ciò richiede l'uso del controllo della capacità del compressore. Le tecnologie di modulazione tradizionali includono azionamenti a velocità variabile (i quali sono costosi e comportano alcuni problemi relativi alla riduzione dei giri con conseguente riduzione della lubrificazione), sistemi di scarico, by-pass di gas caldo (iniettano gas caldo in aspirazione con relativo aumento della temperatura statorica) o architettura in parallelo. Alcune di queste soluzioni comportano diversi problemi, in quanto spesso sono complicate e difficili da progettare in apparecchiature esistenti.
Copeland Compliant Scroll™, la modulazione digitale opera in base a un meccanismo semplice. Il controllo della capacità viene ottenuto separando le due spirali in senso assiale per un breve periodo di tempo. Questa semplice soluzione meccanica permette un preciso controllo della temperatura e garantisce l'efficienza del sistema.

La modulazione viene ottenuta con un tempo di ciclo basato sul controllo PWM (Pulse Width Modulation, modulazione ad ampiezza di impulsi) di un'elettrovalvola, la quale aziona un pistone montato in modo rigido sulla spirale superiore. Questo pistone è azionato dalla pressione del gas. L'elettrovalvola si apre per consentire alla piccola camera di modulazione di comunicare con l'aspirazione attraverso la tubazione esterna.

Tempo di ciclo: 20 sec Valvola attiva/aperta: 12 sec e valvola inattiva/chiusa: 8 sec Capacità risultante: 40%. (Speriamo che i nostri amici della PEGO o ELIWELL propongano presto qualche controllore dedicato a questa applicazione)

La tecnologia Digital Scroll offre una modulazione continua 10-100% senza alcuna limitazione del campo operativo. Di conseguenza, le pressioni e le temperature del sistema sono strettamente controllate. I test hanno dimostrato una variazione di temperatura di +/-0,5 K negli espositori. Una maggiore stabilità delle temperature di evaporazione assicura una minore deumidificazione degli alimenti, una minore perdita di peso e una migliore conservazione della qualità degli alimenti. L'accensione e lo spegnimento del compressore vengono ridotti al minimo, assicurando un'efficienza del sistema ottimale e una più lunga aspettativa di vita delle apparecchiature. La possibilità di utilizzo a basse temperature di condensazione fino a 10 °C.

Nota:

Pensiamo ad una macchina di condizionamento quando lavora a pompa di calore......cosa succede quando le temperature sulla batteria esterna vanno sotto zero? L' evaporazione è bassa? La condensazione la vogliamo relativamente alta? Il rapporto di compressione diventa alto? Il compressore risulta sovradimensionato quindi si rende necessario regolare questo eccesso di potenza? Ecco poniamoci queste domande....

Iniezione di vapore: 

Grazie all'impiego della tecnologia Digital Scroll che consente di effettuare delle “iniezioni” di vapore a media pressione all'interno delle spirali, questi sistemi sono in grado di ottenere elevati valori di COP con incrementi fino al 20% rispetto alla tecnologia tradizionale.

Il ciclo ad iniezione di vapore con il compressore scroll e' simile a quello di un ciclo a due stadi (normalmente usati in refrigerazione su impianti a bassissima temperatura) con interstadio di raffreddamento, ma in cui il processo viene realizzato utilizzando un unico compressore.

Ciclo:

Circuito:

 Una parte del refrigerante liquido, dal lato di alta pressione, passa attraverso una valvola di espansione e poi in uno scambiatore di calore a piastre che funziona da sottoraffreddatore. Il vapore surriscaldato e' poi iniettato ad una pressione intermedia nella spirale del compressore scroll: il sottoraffreddamento addizionale aumenta l’effetto frigorifero all'evaporatore in quanto l’entalpia al suo ingresso diminuisce.

KW-COP

Prestazioni riportate da: Copeland Europe Emerson Climate Technologies.

L’efficienza del compressore Scroll ad iniezione di vapore è superiore a quella di un compressore tradizionale Scroll perché la capacità addizionale derivante dall'iniezione di vapore è ottenuta con una minore quantità di potenza assorbita. (Il vapore viene compresso solo a partire dalla pressione intermedia che è superiore rispetto alla pressione di aspirazione) La perdita di carico sulla linea di aspirazione risulta inferiore rispetto a quella di un ciclo tradizionale in quanto la portata in aspirazione e' minore. La riduzione di questo valore può  essere significativa, essendo proporzionale al quadrato della portata: per esempio, ad una riduzione della portata del 40% corrisponde una riduzione della perdita di carico in aspirazione del 64%.

Questo sistema può  anche essere sfruttato per modulare la capacita' del compressore nel caso in cui il carico frigorifero sia basso: utilizzando una valvola solenoide e' possibile escludere il circuito di iniezione vapore riducendo cosi' la capacita' frigorifera.(risulta molto più economico di un variatore di frequenza)
Il guadagno di capacita' che si ottiene e' maggiore in percentuale all'aumentare del rapporto di compressione: questo sistema si adatta bene ad essere utilizzato con l’R404A e risulta migliore rispetto all'impiego di uno scambiatore passivo tra linea liquido ed aspirazione.

IMPIANTO A BASSA CONDENSAZIONE

Negli impianti frigoriferi a compressione di vapore si rende necessario controllare la condensazione per alimentare in modo corretto le valvole termostatiche garantendo la giusta portata di refrigerante da iniettare nell' evaporatore. Un condensatore ad aria in fase di progettazione viene dimensionato in modo da essere capace di rispondere a tutte le escursioni termiche che si presentano durante le varie stagioni (non sempre). Come è facile immaginare lo stesso condensatore quando si ritrova con aria in ingresso a 10 C° renderà molto di più di quando l'aria in ingresso sarà a 35 C°, per questo motivo molti impianti vanno in crisi di rendimento nei periodi caldi la dove le condizioni di lavoro diventano tali da avere consumi elettrici molto alti e uno scarso rendimento, tutto ciò  per l’aumento del rapporto di compressione e per la conseguente riduzione della portata di refrigerante.
Gli elevati rapporti di compressione sollecitano enormemente il compressore il quale si ritrova con temperature di fine compressione (variano in base al tipo di gas refrigerante) molto spesso a punti critici tali da alterare anche le caratteristiche chimiche e la capacità lubrificante dell' olio. 
La potenza che una macchina frigorifera produrre dipende fondamentalmente dalla quantità  di refrigerante (portata massica) che riesce a far evaporare. A monte della valvola di espansione termostatica sono cruciali due fattori : La pressione e la temperatura, le quali determinano la qualità' del refrigerante come liquido sotto raffreddato alla giusta pressione di condensazione. 

La quantità' di refrigerante che attraversa la valvola di laminazione (portata ponderale riferita al peso: massa moltiplicata per l'accelerazione gravitazionale) , dipende dalla pressione differenziale esercitata su di essa. 

La necessita' di avere prima della valvola di espansione termostatica, refrigerante allo stato liquido senza bolle di vapore, e' uno dei parametri più importati ai fini della resa, pensate che con l' 1% di flash gas prodotti nella linea del liquido fanno calare del 17% il funzionamento dell’evaporatore. 

Per liquido, si intende liquido sotto raffreddato cioè: Gradi centigradi in meno della temperatura di saturazione. 

Ogni grado centigrado di sotto raffreddamento rende l'impianto più' efficiente dello 1% circa.

( il grafico è a titolo dimostrativo con paint non è facile tracciare le linee sulle politropiche)

La portata in massa (o massica espressa in Kg/s che è differente da quella volumetrica riportata in targa dai compressori) di refrigerante dipende dal rapporto di compressione, minore e' il rapporto di compressione e maggiore sara' il volume di refrigerante spostato dal compressore. 

Quando riusciamo ad avere un basso rapporto di compressione si ha anche un basso assorbimento elettrico( constatabile da un qualunque catalogo di compressori frigoriferi) e quindi consumi più ridotti, mentre tanto più' il rapporto di compressione e' elevato tanto più  elevato sara' l’assorbimento elettrico da parte del compressore con maggiori consumi. 

Un sistema ideale che ci permettesse di lavorare a bassa pressione di condensazione, con un refrigerante ben sotto raffreddato, privo di flash gas ( e con un basso rapporto di compressione, basso assorbimento elettrico ed elevata portata di refrigerante sarebbe bellissimo non credete?  

In tutti gli impianti reali ci ritroviamo con tutta una serie di problemi che vanno dalla pendolazioni della valvola di espansione termostatica, ai problemi legati ai ritorni di olio, alle inevitabili perdite di carico e cadute di pressione dovute alla tubazione ecc..  Per ovviare a questi problemi siamo costretti ad aumentare la pressione di condensazione con proporzionale aumento della corrente assorbita da parte del compressore/i. Un sistema per risolvere questo problema e sfruttare le basse temperature di condensazione (quindi un aumento della resa frigorifera grazie ad un guadagno entalpico aggiunto) è quello riportato nello schema seguente.

Questo sistema consente di abbassare la pressione di condensazione con l’iniezione di refrigerante liquido nella linea di scarico tra il compressore ed il condensatore e compensare le perdite di carico e la caduta di pressione della tubazione del liquido, questo grazie ad una pompa  capace di innalzare la pressione (a determinati valori) del liquido in uscita dal ricevitore e' quindi rende possibile iniettare una certa quantità di liquido nella linea di scarico, tra compressore e condensatore (senza l'ausilio di una pompa sarebbe impossibile visto che a valle dal condensatore abbiamo sia una temperatura che una pressione più basse rispetto all'ingresso). 

Il refrigerante liquido, a contatto con il vapore surriscaldato espande, anticipando la fase di de surriscaldamento e condensazione, liberando spazio e superficie di scambio nel condensatore, con una notevole riduzione sia della pressione di condensazione, che dell’energia elettrica assorbita. 

Inoltre, l’aumento della superficie disponibile nel condensatore, consente un aumento del sottoraffreddamento con un salto entalpico maggiore questo torna molto utile nei periodi estivi quando i condensatori risultano quasi tutti leggermente sottodimensionati. In questa configurazione si riescono ad ottenere risparmi energetici de 25/30%.

Questo sistema lo consiglio come modifica da proporre su impianti già esistenti, per quelli nuovi si possono concepire con soluzioni diverse.

Per ulteriori informazioni contattatemi.

IMPIANTO CON VALVOLA STE (System-Three-Electronic)

Impianto classico

Questa è una configurazione classica di un impianto a temperatura ed umidità controllata con il recupero totale del calore (gas caldo)

In questa configurazione abbiamo la necessità di utilizzare i seguenti componenti:

N°1 Valvola tre vie (alcuni utilizzano due solenoidi ma io lo sconsiglio)

N°1 Valvola CPCE + LG.

N°2 Valvole di ritegno.

N°1 Valvola solenoide.

N°1 Valvola termostatica.

N°1 Ricevitore di liquido.

N°1 Separatore di liquido.

N°x Resistenze di sbrinamento.

Kg 10 gas frigorigeno.

Oggi tutti i componenti sopra descritti non sono più necessari grazie a questa valvola:

 

IMPIANTO CON VALVOLA STE (System-Three-Electronic)

 Per ulteriori informazioni contattatemi pure. 

MANUALE IMPIANTI FRIGORIFERI

Introduzione

Esistono centinaia di manuali che descrivono i vari componenti di un impianto frigorifero,i quali risultano molto spesso scritti in chiave  troppo teorica,troppo generici,troppo accademici. Oggi ci ritroviamo in un epoca la dove la tecnologia fa passi da giganti (fortunatamente anche in refrigerazione). Negli ultimi 15 anni il mondo della refrigerazione ha subito delle drastiche innovazioni sia di carattere elettronico sia di carattere impiantistico, di conseguenza i frigoristi della vecchia guardia (e non solo) si ritrovano catapultati in un contesto difficoltoso.

Uno degli scopi principali di questo manuale è quello di affinare il modo di porsi ai problemi che si incontrano durante il lavoro di tutti i giorni del frigorista, quindi: ragionamento tecnico, effetto causa rimedio, schema mentale da seguire, e soprattutto come evitare incidenti.

 Questo manuale fornisce le conoscenze fondamentali relative ai componenti di un impianto frigorifero con un indirizzo specifico e mirato a molte applicazioni, l’opera comprende molte tabelle di consultazione rapida per la scelta dei vari componenti dell’ impianto con relativi schemi di circuitazione frigorifera e schemi elettrici (il manuale prevede una guida a come leggere uno schema elettrico) La lunga esperienza degli Autori, ricavata da anni di attività pratica nel settore del freddo, assicura la più completa aderenza del testo agli scopi prefissi.

Come opera di riferimento, rivolta sia alla formazione professionale dei tecnici frigoristi sia all'aggiornamento sulle tecnologie più recenti, essa esprime lo stato dell’arte dell’attuale tecnica degli impianti frigoriferi commerciali.
La caratteristica peculiare di questo volume è lo stretto collegamento tra l’aspetto teorico e quello pratico, mediante testi semplici e chiari rivolto a tutti coloro che hanno voglia di approfondire o perfezionare le proprie conoscenze, essi potranno trovare un valido aiuto per risolvere i problemi che si possono incontrare nel lavoro di tutti i giorni, in particolare nel dimensionamento dettagliato dei vari componenti dell’impianto frigorifero,elettrico ed elettronico. Inoltre vista l’innegabile efficienza delle indicazioni visive abbiamo realizzato una lunga serie di video (in allegato un DVD), i quali illustrano in modo nuovo, chiaro e semplice molti aspetti trattati in questo manuale.

Tutti i diritto sono riservati. Nessuna parte del libro può essere riprodotta o diffusa con un mezzo qualsiasi, fotocopie, microfilm o altro, senza il permesso scritto dell’editore.

Realizzare un libro è un operazione complessa, che richiede numerosi controlli: sul testo, sulle immagini e sulle relazioni che si stabiliscono tra essi.

L’ esperienza suggerisce che è praticamente impossibile pubblicare un libro privo di errori.

Saremo quindi grati  ai lettori che vorranno segnalarceli.

Indice

Capitolo 1- Considerazioni/ osservazioni su di un impianto frigorifero

1.1 Identificazione dell’ applicazione ………………………………………………………………………………..…….1

1.2 Considerazioni generali stato macchina………………………………………………………………………....…2

1.3 Ragionamento tecnico………………………………………………………………………………………………………3

1.4 Indicazioni da tocco con mano…………………………………………………………………………………………..4

1.5 Indicazioni da rumori…………………………………………………………………………………………………….…..5

1.6 Indicazioni visive……………………………………………………………………………………………………………….6

1.7 Tabella ricerca guasti………………………………………………………………………………………………………...6

1.8 Attrezzatura per il tecnico frigorista…………………………………………………………………………………..7

1.9 Descrizione d’uso delle varie attrezzature………………………………………………………………………….8

1.10 Operare in sicurezza…………………………………………………………………………………………………………12

1.11 Rischi durante gli interventi di installazione e/o riparazione……………………………………………14

1.12 Bibliografia…………………………………………………………………………….. ………………………………………….



Capitolo 2- Criterio di scelta della componentistica

2

2.1 Scelta tipo di refrigerante………………………………………………………………………………..………………15

2.2 Scelta compressore ermetico o semiermetico …………………………………………………………………19

2.3 Scelta evaporatore consigli pratici……………………………………………………………………..……………25

2.4 Scelta condensatore ad aria consigli pratici…………………………………………..…………………………28

2.5 Scelta condensatore ad acqua consigli pratici……………………………………….…………………………32

2.6 Scelte tipo di controllo elettronico…………………………………………………………………..……………..36

2.7 Rumorosità impianti consigli pratici………………………………………………………………………………..38

2.8 Bibliografia………………………………………………………………………………………………………………..………..



Capitolo 3- scelta pannellatura,porte,rivestimenti,materiali

3

3.1 Pannelli commerciali e relative porte………………………………………………………………………………39

3.2 Pannelli industriali e relative porte………………………………………………………………………………….43

3.3 Rivestimenti interno esterno cella…………………………………………………………………………………..47

3.4 Celle bassa temperatura con pannelli industriali……………………………………………………………..49

3.5 Trattamento pavimento celle bassa temperatura…………………………………………………………….54

3.6 Consigli pratici di installazione e messa a regime……………………………………………………………..59

3.7 Bibliografia……………………………………………………………………………………………………………………..…..



1

2

3













Capitolo 4- impianti condensati ad aria

4

4.1 Il condensatore ad aria……………………………………………………………………………………………….……61

4.2 Valutazione relativa al posizionamento in ambienti chiusi……………………………………………….66

4.3 I ventilatori………………………………………………………………………………………………………………….….69

4.4 Controllo della velocità di rotazione………………………………………………………………………………..72

4.5 Rumori del condensatore………………………………………………………………………………….…………….74

4.6 Schemi elettrici e spiegazioni………………………………………………………………………………….……….76

4.7 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………..81

4.8 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………..86

4.9 Bibliografia……………………………………………………………………………………………….……………………..



Capitolo 5- impianti condensati ad acqua

5

5.1 Il condensatore ad acqua…………………………………………………………………………………………………88

5.2 Ie pompe e la portata………………………………………………………………………………..…………………….92

5.3 Le correnti galvaniche……………………………………………………………………………….…………………..102

5.4 Controllo della velocità di rotazione………………………………………………………………………………104

5.5 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………107

5.6 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………112

5.7 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………117

5.8 Bibliografia…………………………………………………………………………………………………..……………………..



Capitolo 6- compressori alternativi e scroll

6

6.1 Il compressore scroll……………………………………………………………………………………..………………120

6.2 Il compressore alternativo semiermetico……………………………………………………………………….128

6.3 Applicazioni consigliate………………………………………………………………..…………………………….…138

6.4 Digital scroll…………………………………………………………………………………………………………………..140

6.5 Semiermetici per inverter…………………………………………………………………….………………………..146

6.6 Confronto scroll semiermetico……………………………………………………………….………………………151

6.7 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………155

6.8 Schemi frigoriferi e spiegazioni……………………………………………………………………………………...160

6.9 Scelta pratica del compressore………………………………………………………..………………………….…165

6.10 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………171

6.11 Bibliografia………………………………………………………………………………………………..………………………..

6.12











Capitolo 7- inverter per compressori frigoriferi

7

7.1 l’inverter…………………………………………………………………………………………………………………….…174

7.2 Interruttori differenziali per inverter…………………………………………………………………………..…181

7.3 Ripercursioni sulla lubrificazione del compressore………………………………………….…………..…186

7.4 Tubazioni e accorgimenti ………………………………………………………………………………….…………..190

7.5 Schemi elettrici e spiegazioni………………………………………………………………………………………...198

7.6 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………204

7.7 Calcolo prestazioni e consumi…………………………………………………………………….…………………209

7.8 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………..……216

7.9 Bibliografia………………………………………………………………………………………………………………..………..



Capitolo 8- valvole termostatiche pulsanti

8

8.1 Le valvole pulsanti…………………………………………………………………………………………………………219

8.2 Confronto tra valvola pulsante e termostatica classica…………………………………………………..223

8.3 I drive per le valvole pulsanti……………………………………………………………………….……………..…225

8.4 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………231

8.5 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………237

8.6 Calcolo prestazioni e consumi……………………………………………….……………………………………….241

8.7 Consigli pratici di installazione ……………………………………………………………..…………………….…246

8.8 Bibliografia……………………………………………………………………………………..…………………………………..



Capitolo 9- valvole termostatiche passo passo

9

9.1 Le valvole passo passo…………………………………………………………….………………………………….…249

9.2 Confronto tra valvola passo passo e termostatica classica…………………………………………..…254

9.3 I drive per le valvole passo passo………………………………………………………..………………………...256

9.4 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………262

9.5 Schemi frigoriferi e spiegazioni…………………………………………………………….………………………..268

9.6 Calcolo prestazioni e consumi…………………………………………………….……………………………….…272

9.7 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………..…………….277

9.8 Bibliografia…………………………………………………………………………………………………..……………………..

9.9

Capitolo 10- recupero di calore

10

10.1 Il recupero di calore…………………………………………………………………………………………………….…280

10.2 Scambiatori per il recupero di calore…………………………………………………………………………..…285

10.3 Ripercussioni sull’ impianto………………………………………………………..…………………………………290

10.4 Schemi di installazione………………………………………………………………………………..…………………294

10.5 Calcolo prestazioni e consumi……………………………………………….…………………………………….…299

10.6 Consigli pratici di installazione …………………………………………………………………..……………….…304

10.7 Bibliografia……………………………………………………………………………………………..…………………………..









Capitolo 11- celle per carni

11

11.1 Cella per carne ventilata……………………………………………………………………………….…………….…307

11.2 Scelta compressore/evaporatore……………………………………………………..……………………………312

11.3 Cella per carne statica……………………………………………………………………………………………….…..316

11.4 Scelta compressore/evaporatore……………………………………..…………………………………………...320

11.5 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………327

11.6 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………332

11.7 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………………………..………………335

11.8 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………..……………………338

11.9 Bibliografia……………………………………………………………………………………………..…………………………..



Capitolo 12- celle per pesce

12

12.1 Cella per pesce statica………………………………………………………………………..………………………….341

12.2 Scelta compressore/evaporatore…………………………………………………………………………………..342

12.3 Cella per pesce ventilata……………………………………………………………..…………………………………346

12.4 Scelta compressore/evaporatore……………………………………………………..……………………………349

12.5 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………350

12.6 Schemi elettrici e spiegazioni……………………………………………………..………………………………….351

12.7 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………………………..………………352

12.8 Consigli pratici di installazione ……………………………………………………………..………………………353

12.9 Bibliografia……………………………………………………………………………………..…………………………………..





Capitolo 13- celle per pane (rallentamento e/o fermolievitazione)

13

13.1 La cella per il pane…………………………………………………………………………………………………………356

13.2 Il processo di rallentamento e fermolievitazione…………………………………….……………..…..…358

13.3 Controlli elettronici…………………………………………………………………………………………………….…361

13.4 L’umidificatore ……………………………………………………………………………………………………..………365

13.5 La circolazione dell’ aria………………………………………………………………………………..……………….370

13.6 Schemi elettrici e spiegazioni………………………………………………………..…………………………….…373

13.7 Schemi frigoriferi e spiegazioni……………………………………………………………………………………...378

13.8 Calcolo impianto………………………………………………………………………..……………………………….…381

13.9 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………………………..………………385

13.10 Consigli pratici di installazione …………………………………………………………………..…………………388

13.11 Bibliografia…………………………………………………………………………………………………………..……………..











Capitolo 14- celle per conservazione -20°C

14

14.1 La cella di conservazione B.T. …………………………………………………………………….………………….391

14.2 Scelta della pannellatura e porte……………………………………………………………………….……….…393

14.3 Sbrinamento…………………………………………………………………………..…………………………………….399

14.4 Calcolo impianto……………………………………………………………………………………………………………343

14.5 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………349

14.6 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………….…………………………….353

14.7 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………….………………………………..…356

14.8 Consigli pratici di installazione ……………………………………………………..………………………………360

14.9 Bibliografia……………………………………………………………………………………..…………………………………..



Capitolo 15- celle surgelazione (abbattitori rapidi di temperatura)

15

15.1 La cella di surgelazione………………………………………………………………….………………………………363

15.2 Scelta della pannellatura e porte………………………………………………………………………….……….366

15.3 Calcolo impianto………………………………………………………………………….………………………………..370

15.4 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………………………377

15.5 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………………………………………..381

15.6 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………384

15.7 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………389

15.8 Bibliografia……………………………………………………………………………………………..…………………………..

Capitolo 16- celle asciugatura e stagionatura salumi/formaggi

16

16.1 La cella di asciugatura salumi…………………………………………………………………………………………392

16.2 La cella di stagionatura salumi……………………………………………………………….………………………398

16.3 Cella formaggi……………………………………………………………………………………………………….………402

16.4 La circolazione dell’ aria………………………………………………………………………………………..……….403

16.5 Evaporatori biflusso doppio circuito………………………………………………………..…………………….406

16.6 Canalizzazione aria……………………………………………………………………………….……………………….408

16.7 Freddo statico o ventilato................................................................................................414

16.8 La valvola di evaporazione costante (cpce)…………………………………………………………….………416

16.9 La deumidificazione……………………………………………………………………………………….……………..418

16.10 Impianto a recupero di calore…………………………………………………………………………………..…..420

16.11 Riscaldamento a resistenze elettriche…………………………………………………………………..……….425

16.12 Riscaldamento ad acqua………………………………………………………………………………………………..427

16.13 Varie tipologie di elettronica………………………………………………………………………………….……..428

16.14 Schemi elettrici e spiegazioni…………………………………………………………………………………………438

16.15 Schemi frigoriferi e spiegazioni………………………………………………………………………..…………….443

16.16 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………………………………………..448

16.17 Calcolo prestazioni e consumi………………………………………………………..………………………………451

16.18 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………455

16.19 Programmazione cicli automatici…………………………………………………………………….…………….460

16.20 Bibliografia……………………………………………………………………………………………………………..…………..









Capitolo 17- serbatoi refrigerati per il latte

17

17.1 Serbatoi 2 o 4 munte…….…………………………………………………………………………………….…………463

17.2 Controllo della potenza………………………………………………………………………………………………….465

17.3 Schemi frigoriferi e spiegazioni…………………………………………………………………….………………..468

17.4 Tabella scelta rapida……………………………………………………………………………………………….…….472

17.5 Schemi elettrici e spiegazioni………………………………………………………………………………….……..474

17.6 Calcolo prestazioni e consumi……………………………………………………………………..…………………478

17.7 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………482

17.8 Bibliografia…………………………………………………………………………………………………..……………………..



Capitolo 20- vasche acqua gelida



18

18.1 La vasca di accumulo ghiaccio…………………………………………………………………………………..……485

18.2 La soffiante o agitatore………………………………………………………………………………………………….490

18.3 Il ghiacciostato…………………………………………………………………………………………….………………..491

18.4 Il ritorno dell’ olio…………………………………………………………..……………………………………………..493

18.5 Vasche multicompressore………………………………………………………………………………………………497

18.6 Controllo della potenza………………………………………………………………………………………………….500

18.7 Schemi frigoriferi e spiegazioni…………………………………………………………….………………………..503

18.8 Tabella scelta rapida………………………………………………………………………………….………………….508

18.9 Schemi elettrici e spiegazioni……………………………………………………………………………….………..512

18.10 Calcolo prestazioni e consumi………………………………………………………………………..………………517

18.11 Consigli pratici di installazione ………………………………………………………………………………………521

18.12 Bibliografia………………………………………………………………………………………………………………..………..



Capitolo 21- grafici e tabelle

19

19.1 Diagrammi entalpici………………………………………………………………………………………………………515

19.2 Come leggere il diagramma entalpico …………………………………………………………………………..525

19.3 Diagramma aria umida……………………………………………………………………………………………….….535

19.4 Come leggere il diagramma dell’ aria umida ……………………………………….………………………..536

19.5 Siglatura refrigeranti……………………………………………………………………………………………..………546

19.6 Formule di conversione …………………………………………………………………………………………………548

















Note



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Impianto frigorifero a carica ridotta

Impianto frigorifero a carica ridotta

Impianto classico

Questa è una configurazione classica di un impianto di refrigerazione a compressione di vapore con relativo compressore,ricevitore di liquido,valvola solenoide, valvola termostatica meccanica o elettronica ed in fine l’evaporatore. Ora apportando delle modifiche a questo impianto possiamo passare da una carica di refrigerante di 10 Kg a soli 2 Kg.

                                Impianto carica ridotta

Notate che non necessitiamo più  del ricevitore di liquido e della valvola termostatica. Questo grazie ad un algoritmo capace di far pulsare una semplice valvola solenoide questo grazie ad un prodotto della Pego facilmente reperibile e nemmeno costoso.

                               Drastica riduzione della carica di refrigerante (-75/80%)

Questo è l’ ECP 200 EXPERT PULSE

Applicazioni
• Gestione completa di impianti frigoriferi
monofase fino a 2HP statici o ventilati, con sbrinamento a sosta o elettrico, con fermata compressore diretta o in pump-down.
• Indicato per impianti con evaporatore gestito dalla valvola di espansione elettronica ON/OFF a 230 Vac.
• Utenza per la gestione della sola unità evaporante monofase con valvola di espansione elettronica ON/OFF a 230 Vac.

Questo controllore nasce per gestire una valvola di espansione elettronica, ma con delle opportune modifiche può essere configurato in modo da gestire una semplice solenoide con dei risultati notevoli.

Inoltre per ridurre ancora la quantità di refrigerante si possono usare i condensatori a microcanale.

I condensatori a microcanale presentano molti  vantaggi tecnici:

- Più leggero e sottile: il condensatore in alluminio saldobrasato è molto più leggero dei condensatori meccanici costruiti con tubi di rame. Il peso e lo spessore si possono ridurre fino al 50% a parità di performance.
- Maggiore durata: mediante l’utilizzo di leghe appositamente sviluppate per questa tecnologia, e tramite la brasatura in un forno ad atmosfera inerte, si ottiene un prodotto privo di difetti e con una migliore resistenza alla corrosione.
- Ecologico: lo scambiatore è realizzato interamente in alluminio, e può essere riciclato senza costi aggiuntivi.
- Minore carica di refrigerante nel condensatore: la combinazione dei tubi piatti in alluminio con il design dei microcanali rende possibile una riduzione del volume interno del condensatore fino al 30%.
- Minori perdite di carico lato aria: le perdite di carico lato aria sono inferiori in media del 30%. E’ così possibile utilizzare ventilatori di minore portata e quindi avere meno rumorosità.