La F-Gas II invece ha la vocazione di ridurre progressivamente l’uso degli HFC e dei fluidi ad alto potenziale di riscaldamento globale (GWP). Queste evoluzioni della legislazione incoraggiano l’utilizzo dell’ammoniaca (NH3) e dell’anidride carbonica (CO2).
I sistemi che utilizzano questi fluidi frigoriferi devono rispettare numerosi vincoli tecnici e di sicurezza. È per questa ragione che una manutenzione regolare, affiancata dall’utilizzo di un olio adatto, è fondamentale per la durata e il rendimento energetico dell’impianto.
Quali sono i ruoli principali dell’olio in un sistema frigorifero?
L’olio ha 3 funzioni principali:
- lubrificazione dei componenti meccanici in movimento,
- tenuta,
- fluido motore per alcuni dispositivi di regolazione e fluido di raffreddamento nel caso di compressori a vite per esempio.
Quali sono le proprietà essenziali?
- Il potere lubrificante: legato allo spessore del film di olio.
- La solubilità con il fluido refrigerante allo stato gassoso.
- La miscibilità con il fluido refrigerante allo stato liquido.
- La viscosità: resistenza alle variazioni di temperatura.
Nonostante i sistemi di separazione dell’olio, l’olio è diffuso nell’insieme del sistema e avrà la tendenza ad accumularsi negli elementi in cui la velocità di circolazione è bassa. Si depositerà sulle pareti degli scambiatori (in particolare gli evaporatori) e ridurrà la loro efficienza. Se l’olio non torna correttamente al compressore, la pompa dell’olio potrà disinnescarsi e provocare l’arresto della macchina.
L’olio dovrà quindi essere selezionato in funzione del fluido refrigerante, della sua miscibilità e della sua solubilità con il fluido refrigerante, delle temperature di funzionamento, del tipo e della tecnologia del compressore.
La scelta di un olio per ammoniaca
I compressori che funzionano con NH3 esigono un olio di alta qualità con precisi criteri da rispettare.
L’ammoniaca si scalda molto alla compressione. L’olio dovrà quindi avere caratteristiche compatibili con le particolarità dell’ammoniaca:
- Alta resistenza del film lubrificante per la tenuta tra i rotori maschio e femmina dei compressori a vite
- Eliminazione del calore (ruolo di raffreddamento)
- Riduzione della frizione e dell’usura dei compressori con il mantenimento di un’adeguata viscosità a bassa temperatura (restare fluido) ma anche alla temperatura di mandata
- Protezione contro la corrosione
- Compatibile con le guarnizioni
- Resistenza dell’olio alle alte temperature per evitare i depositi ad alta temperatura
Non c’è miscibilità tra l’olio utilizzato e l’ammoniaca, l’olio trascinato nel circuito deve quindi essere reintegrato. L’olio è più pesante dell’ammoniaca e si deposita sul fondo delle cavità. In passato erano utilizzati sistemi di spurgo di NH3, mentre oggi lo spurgo viene fatto usando un serbatoio di spurgo sugli impianti di tipo sommerso. Dato che l’olio non è miscibile con l’ammoniaca che possiede una bassa pressione di vapore, la sua migrazione nel circuito sarà inevitabile. È quindi necessario l’utilizzo di un separatore di olio.
L’ammoniaca è comunemente utilizzata con gli oli minerali paraffinici e naftenici, i sintetici PAO e AB. Generalmente è utilizzato un grado ISO 68 in applicazione industriale per il calo della viscosità quasi inesistente.
Dato che l’ammoniaca è considerata tossica e a bassa infiammabilità e viste le sue condizioni di funzionamento, l’olio in servizio dovrà permettere da una parte di lubrificare il sistema, di raffreddarlo, ma dall’altra anche di assicurarne la tenuta.
Per le applicazioni dell’industria agroalimentare, può essere richiesto dal gestore l’utilizzo di un olio registrato nella categoria H1 o H2 dalla NSF.
Oltre ai vincoli di funzionamento dell’ammoniaca, possono comparire altri vincoli legati all’usura dei sistemi nel corso della vita dell’impianto (es: inquinamento e deterioramento dell’olio, errato ritorno dell’olio, usura dei componenti, formazione di depositi, usura delle guarnizioni…).
Climalife vi propone oli efficienti e servizi di monitoraggio tramite analisi che vi permetteranno di seguire l’usura dei vostri sistemi, distanziare gli intervalli di svuotamento, controllare lo stato dell’olio e mantenere duraturo il vostro impianto.
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La scelta di un olio per CO2
La CO2 ha p
ressioni e temperature di servizio molto più elevate dei fluidi frigoriferi alogeni a media pressione e comporta così dei vincoli meccanici estremi sui componenti in movimento e i cuscinetti.
Presenta anche la particolarità di essere estremamente solubile in olio, caratteristica che provoca notevoli cali della viscosità e può provocare la rottura del film d’olio. La CO2 utilizzata dovrà essere di qualità frigorifera con un tenore di acqua inferiore a 5 ppm per evitare un’acidificazione dell’olio al suo contatto.
Di conseguenza, in caso di utilizzo di un olio non adatto, si potrà verificare un’usura prematura del sistema in seguito a una lubrificazione insufficiente e un difetto di tenuta con una perdita di compressione.
Quando è previsto che l’unità di refrigerazione funzioni con lubrificanti miscibili, nel caso della CO2, i lubrificanti di tipo minerale o sintetici PAO e AB non saranno adatti.
Molecole di base POE addizionate o PAG saranno più adatte all’R-744 e potranno essere adatte in applicazione subcritica e transcritica.
Gli oli POE:
Le particolarità degli oli POE hanno tendenza a permettere un alto grado di solubilità con la CO2 e contribuiscono a una significativa riduzione della viscosità.
Più la pressione è elevata, più la quantità di gas nel lubrificante è importante. Questo comportamento è generale per tutte le coppie lubrificanti miscibili al gas, ma l’ampiezza varia a seconda del fluido refrigerante e del tipo di lubrificante.
Nel caso dei POE, la riduzione della viscosità con la CO2 alle pressioni di lavoro tipiche dei sistemi di refrigerazione può condurre a una mancanza di lubrificazione in alcuni componenti del compressore, principalmente al momento dell’avviamento o a condizioni di carico elevato.
Laddove sia opportuno utilizzare un grado ISO 68 per la maggior parte dei fluidi frigoriferi alogenati, l’utilizzo degli oli POE con la CO2 richiederà un più alto grado ISO che permetterà di ovviare al notevole calo di viscosità che subisce l’olio a contatto con l’R-744. Sarà quindi più adatto un grado ISO superiore a 80 e il lubrificante potrà così conservare una viscosità sufficiente per proteggere i componenti del compressore.
Dato che gli oli POE sono miscibili con la CO2, il sistema di lubrificazione sarà semplice da adottare. Dovrà essere gestito solo il tenore di acqua e il sistema dovrà essere pulito e perfettamente stagno sin dalla sua messa in servizio.
Gli oli POE formulati per funzionare con la CO2 saranno anche appositamente addizionati per ridurre il fenomeno di formazione di schiuma osservato all’avviamento del compressore.
Si raccomanda di sorvegliare regolarmente l’acidità dell’olio con test in-situ come l’Acitest Unipro, compatibile con tutti i tipi di oli e di procedere a un’analisi annuale (DPH A).
Gli oli PAG:
Nel caso di oli PAG (polialchilenglicoli), la riduzione della viscosità non è tanto importante come per gli oli POE. Questo permette l’utilizzo di un lubrificante di grado ISO VG 68 che, con l’R-744 in condizioni di lavoro standard, possiede una viscosità sufficiente per proteggere il compressore.
La miscibilità degli oli PAG con l’R-744 è sufficiente per garantire un adeguato ritorno dell’olio, nonostante il surriscaldamento di alcuni gradi all’uscita dell’evaporatore.
Tuttavia a causa della presenza di due fasi nell’evaporatore, l’apparecchiatura richiederà un adeguato dimensionamento della tubatura.
Gli oli PAG formulati per la CO2 hanno un’ottima stabilità termica e permettono di lavorare nelle condizioni di mandata elevate che si incontrano nelle pompe di calore transcritiche.
In confronto agli oli POE, la zona di miscibilità con i PAG è più bassa. A concentrazioni superiori al 50% di olio, si osserverà la separazione di fase e la formazione di due strati, uno ricco di olio e l’altro di fluido refrigerante.
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Ricordiamo che visto che gli oli POE e PAG sono molto igroscopici, se un bidone aperto e iniziato non è utilizzato immediatamente, non dovrà essere conservato e l’olio restante dovrà essere depositato nella rete autorizzata di ritrattamento.
Il vostro rappresentante Climalife vi accompagna nella selezione del lubrificante adatto.