Quando il refrigerante è essenziale per le proprietà di raffreddamento di un impianto, il relativo olio è cruciale per il corretto funzionamento del compressore. I lubrificanti dei compressori di refrigerazione riducono l’attrito, prevengono l’usura e agiscono da guarnizione tra le parti ad alta e bassa pressione. Come si seleziona però l’olio di refrigerazione ottimale?
Sebbene la funzione principale di un olio di refrigerazione sia la lubrificazione, dovrà anche reggere sbalzi termici estremi ed essere compatibile con il refrigerante.
Come funzione un impianto di refrigerazione?
Il ciclo di refrigerazione più comune si realizza tramite circolazione, evaporazione e condensazione del refrigerante in un impianto chiuso. L’evaporazione avviene a temperatura e pressione bassa, mentre la condensazione si verifica a temperatura e pressione alta. Ciò consente il trasferimento di calore da un’area a bassa temperatura a un’area ad alta temperatura. Figura 1 mostra un riepilogo di questo ciclo di refrigerazione.
- Il vapore compresso caldo penetra nel condensatore dove viene raffreddato e condensato in un liquido, generando calore.
- Il refrigerante penetra nel compressore nella fase di vapore e viene compresso a una pressione maggiore, generando una temperatura più elevata.
- La miscela fredda entra nell’evaporatore. La parte liquido della miscela di refrigerante fredda è evaporata.
- Il refrigerante liquido condensato fluisce attraverso una valvola di espansione a pressione ridotta. La riduzione di pressione provoca l’evaporazione di una parte del refrigerante liquido, che riduce la temperatura della miscela di refrigerante liquido e sotto forma di vapore.
Quali refrigeranti si utilizzano per gli impianti di refrigerazione?
- CFC (Cloro-Fluoro-Carburi): sono i refrigeranti più dannosi per lo strato di ozono. Esempi: R11, R12, R13, R13b1, R14, R113, R114 e R115.
- HCFC (Idro-Cloro-Fluoro-Carburi): sono refrigeranti leggermente dannosi per lo strato di ozono. Esempi: R21, R22 e R123.
- HFC (Idro-Fluoro-Carburi): sono refrigeranti non dannosi per lo strato di ozono. Olio minerale, PAO o alchilbenzeni non sono compatibili con gli HFC. Esempi: R134a (utilizzato negli impianti di condizionamento delle automobili ) e R152a.
- Ammoniaca (R717 (NH3): Sebbene l’ammoniaca sia ecologica e ampiamente utilizzata in impianti industriali di refrigerazione di grandi dimensioni, pura e allo stato gassoso è altamente tossica per le persone.
Sono inoltre disponibili sul mercato miscele di refrigeranti CFC, HCFC e HFC. Esempi di tali miscele sono: R500 (=R12/R152a), R501 (=R22/R12) e R502 (R22/R115).
Come si seleziona un refrigerante idoneo?
Le proprietà più importanti dei refrigeranti sono:
- punto di ebollizione
- calore necessario a vaporizzare il liquido
- densità nella fase liquida e di vapore
La selezione del refrigerante adatto si basa principalmente sul rapporto pressione-temperatura idoneo nel range dell’applicazione specifica. Le temperature del refrigerante nell’evaporatore e nel condensatore sono le temperature della sezione fredda e calda. Ciò determina le pressioni operative nell’evaporatore e nel condensatore.
Requisiti dell'olio di refrigerazione
1. Stabilità termica
Gli oli di refrigerazione funzionano correttamente in un ampio range di temperature. Le temperature di compressione finali nei compressori di refrigerazione possono raggiungere temperature massime di 180°C. L’olio di refrigerazione deve essere quindi stabile termicamente. Se l’olio contiene frazioni di olio volatili, le estremità più leggere penetrano nell’impianto del compressore sotto forma di vapore dove si condensano e riducono l’efficienza del trasferimento termico, aumentando però anche la viscosità dell’olio.
2. Stabilità chimica
Gli oli di refrigerazione dovranno essere stabili chimicamente per evitare la reazione con il refrigerante.
3. Solubilità del refrigerante/dell’olio
Le miscele di refrigerante/olio possono essere (parzialmente) solubili o non solubili. La completa solubilità facilita la lubrificazione, ma può condurre a diminuzioni significative della viscosità nel compressore, con aumento di attrito e usura. La tabella 1 mostra un riepilogo dei diversi refrigeranti disponibili sul mercato e le loro proprietà di solubilità in abbinamento all’olio minerale (Q8 Stravinsky N).
| Completamente solubile | Altasolubilità | Solubilità media | Bassasolubilità | Nonsolubile |
| R11R12
R21 R113 R500 |
R13b1R501 | R22R114
|
R13R14
R115 R152a R502 |
NH3CO2 |
Tabella 1: Solubilità dei refrigeranti in olio minerale (Q8 Stravinsky N)
Per funzionare correttamente, la miscela di olio/refrigerante dovrà avere una viscosità abbastanza alta da fornire tenuta e lubrificazione adeguate nel compressore.
Come si legge il diagramma di viscosità-temperatura?
Figura 2 mostra il diagramma di viscosità-temperatura delle diverse miscele di Q8 Stravinsky 68 e R22. La figura mostra una diminuzione significativa della viscosità, persino con bassi livelli di refrigerante nella miscela. Una viscosità troppo bassa provoca un incremento di attrito e usura. Solitamente, gli additivi anti-usura non si utilizzano negli oli di refrigerazione in quanto esiste un rischio di reazione tra additivi e refrigerante.
Come si legge il diagramma di solubilità?
La solubilità di Q8 Stravinsky 68 e R22 dipende dalla temperatura e dalla concentrazione dell’olio. Ciò significa che Q8 Stravinsky 68 e R22 non si miscelano nell’intero range di pressione e temperatura. Quando una miscela completamente disciolta di refrigerante/olio è raffreddata, si raggiungerà un punto in cui la miscela completamente disciolta si separerà in due fasi liquide, come mostrato nel diagramma di solubilità (Figura 3). A temperature superiori a un determinato punto sulla linea, le due sostanze sono solubili, la separazione avviene sotto la linea.
4. Pressione del vapore
Quando un liquido bolle, l’incremento termico consente di aumentare l’energia cinetica delle molecole finché non possono più restare nella fase liquida e si spostano per formare un vapore (o gas). Ciò avviene a una determinata pressione, tuttavia se la pressione aumenta, salirà anche la temperatura di ebollizione.
Il rapporto tra pressione e temperatura di ebollizione in condizioni di saturazione (liquido e vapore) è definito dal diagramma della pressione del vapore.
Come si legge a curva vapore pressione?
Figura 4 riporta il diagramma di pressione-temperatura delle diverse miscele sature di Q8 Stravinsky 68 e R22. La fase liquida è a sinistra della curva e la fase del vapore (gas) a destra. Il liquido può essere vaporizzato aumentando la temperatura o riducendo la pressione. Le curve di pressione del vapore sono importanti in quanto definiscono in parte le condizioni dell’impianto di refrigerazione previsto.
La curva di pressione del vapore di cui sopra consente di determinare la pressione prevista per il processo di evaporazione o condensazione, cioè il principio base del ciclo di compressione del vapore. Quando un liquido bolle, estrae calore dalla parte circostante. Se il vapore così prodotto è trasportato in una nuova posizione e compresso a pressione maggiore, può essere condensato a una temperatura maggiore corrispondente, rilasciando il proprio calore di condensazione alla nuova parte circostante.
Quali tipi di olio si utilizzano per gli impianti di refrigerazione?
- Alchilbenzeni (AB): sono oli di refrigerazione con una buona stabilità termica e chimica ed elevata miscibilità con il refrigerante. Gli alchilbenzeni sono completamente solubili in oli minerali e PAO, consentendo la produzione di miscele per migliorare le proprietà lubrificanti.
- Polialfaolefine (PAO): sono oli di refrigerazione con una buona stabilità termica e chimica e presentano inoltre ottime caratteristiche di viscosità e temperatura. La miscibilità con il refrigerante è bassa, per cui le PAO sono utilizzate in prevalenza nelle applicazioni di refrigerazione in cui tale caratteristica non sia rilevante. Le PAO possono causare la contrazione delle guarnizioni, risolvibile miscelandole con AB.
- Polioliestere (POE): quest’olio di refrigerazione è il tipo più comune di lubrificante sintetico utilizzato con refrigeranti HFC, come R134a.
- Polialchileneglicoli (PAG): sono oli di refrigerazione con stabilità termica e indice di viscosità elevato. Tuttavia il PAG è igroscopico, quindi può attirare l’acqua, ed è solubile in ammoniaca.
- Olio minerale: gli oli naftenici hanno un punto di scorrimento basso, che li rende più adatti a temperature inferiori.
Gamma Q8Oils di oli di refrigerazione
Q8Oils dispone di un portafoglio completo di prodotti. La gamma comprende oli naftenici, alchilbenzeni, miscele di PAO e alchilbenzeni e polioliesteri sintetici.
Conclusione: selezionare attentamente l’olio di refrigerazione
La selezione dell’olio di refrigerazione adatto dipende dalle specifiche del compressore e del refrigerante in uso.
L’olio di refrigerazione dovrà essere stabile chimicamente e termicamente e non reagire con il refrigerante. È molto importante anche il modo in cui l’olio refrigerante interagisce con il refrigerante (per es. proprietà di solubilità) e il comportamento della miscela nel compressore. Quando la viscosità del lubrificante diventa troppo bassa o in assenza di olio possono verificarsi problemi di lubrificazione in un compressore di refrigerazione .
