La trasformazione di un compressore NH3 aperto in semiermetico

unnamedA cura di Giordano Marinacci – Ad oggi i compressori di tipo aperto sono destinati in maggior parte agli impianti industriali funzionanti con NH3, tecnologicamente avanzati soprattutto con l’impiego di inverter, quindi macchine eccezionali.
Il loro limite è nella taglia, medio-grande, confinati in sale macchine edificate con regolamentazioni molto precise e restrittive poiché, visto il trafilamento della tenuta meccanica è frequente la perdita di refrigerante.
Naturalmente le manutenzioni ordinarie e i dispositivi di sicurezza previsti limitano moltissimo questa eventualità.
A fronte di questa fobia per l’impiego della NH3 mi sono chiesto se nella storia della refrigerazione, qualcuno avesse pensato di realizzare compressori per NH3 semiermetici. Già negli anni ‘30 la FREUNDLICH, poi la MAFRA, ma anche la GEA, si sono applicati in questo senso, tuttavia i risultati sono sconosciuti.
Se guardiamo bene l’attuale mercato della refrigerazione di piccola taglia, con l’impiego dei nuovi gas che ogni anno cambiano, con le restrizioni giuste per il loro utilizzo, l’aumentato onere per gli utenti, mi sono domandato se non fosse il caso di rivedere la posizione dell’NH3.
A suo vantaggio ci sono: buco OZONO zero, GWP 0, cariche di refrigerante esigue.
Non vorrei aprire un dibattito sul perché si insista nel proseguire su questa strada quanto raccontare un esperienza che ho affrontato con interesse utilizzando l’NH3 con un compressore semiermetico standard di una nota casa costruttrice.
COMPRESSORE SEMIERMETICO AD NH3
Premetto che per ovviare il limite tecnico della compatibilità dell’NH3 con il rame si può utilizzare l’alluminio L’esperimento è stato effettuato prendendo un compressore semiermetico standard, estraendo lo statore ed impregnandolo di resina epossidica speciale priva di ammine nel reagente.
Il compressore è stato fatto girare con R134a su banco prova della casa madre superando i test che eseguono a tutti i loro compressori, smontato dal banco senza alcuna verifica, è stato installato in un impianto ad NH3 artigianale acqua-acqua.
Ha funzionato in modo alternato (volutamente) con cicli da 2-4 ore per 4 giorni a carico costante, alla fine è avvenuta l’interruzione della linea.
Aperto il compressore lato motore elettrico ci siamo accorti subito, delle lesioni alla copertura di resina, soprattutto vicino ai fili di inserimento alla piastra elettrica.
Questi limiti erano in parte previsti:

  • lo statore è stato inserito a caldo e questo ha lesionato la struttura della resina già indurita.
    A mio giudizio, è indispensabile l’inserimento a freddo dello statore bloccandolo con spine e chiavette come avviene per taglie superiori. Questa applicazione evita l’alterazione della resina;
  • la resina è stata applicata artigianalmente in modo non ottimale. Per l’impregnazione servivano temperature ambiente di 20°C, anziché a +5°C di Dicembre. Sono convinto però che l’anomalia principale sia stata quella di non aver eseguito sotto vuoto lo statore mentre si versava la resina nel corpo. Ciò ha comportato, e me ne sono accorto poi, che le bollicine d’aria rimaste imprigionate nella resina si sono espanse con le variazioni di temperatura lesionando irrimediabilmente la resina.
    Però la strada è quella giusta e questo sistema permetterebbe alle case costruttrici di utilizzare i propri compressori per HFC con piccole modifiche, sostituendo i raccordi e le parti interne in ottone;
  • sul compressore non ho svolto alcuna modifica strutturale, proprio perché l’intento era quello di partire dall’esistente, però c’è un particolare delicato che è la giunzione tra i capicorda e la piastra elettrica. Se i fili si possono colare con lo statore in un’unica soluzione, la protezione della resina ha efficacia, altrimenti c’è il rischio come ho riscontrato, che pur avendo resinato i fili, dopo quei 4 giorni di lavoro, si arriva alla distruzione del filo nei punti di attacco.

Se da parte dei costruttori ci fosse interesse per questa applicazione, con pochi particolari da sistemare, poco rilevanti dal punto di vista industriale avrebbero già la macchina pronta in casa.
Lo scopo della ricerca, abbiamo detto, sono i compressori aperti trasformati in semi-ermetici NH3 di piccola e media potenza.
Lo spunto per capirne l’essenza, si ritrova nei motori automobilistici ibridi, ai quali mi sono ispirato: si tratta di utilizzare un compressore aperto tradizionale, sostituire il solo supporto di banco lato tenuta con uno modificato ad hoc.
Nel disegno soprastante è raffigurato a flange contrapposte per schematizzare, capace di contenere un motore elettrico a flusso assiale con doppio statore, il tradizionale volano sostituito da un rotore progettato apposta con inglobati dei potenti magneti permanenti. Questo crea la base per risolvere il problema NH3 rame, che si affronta interponendo una custodia in teflon, con la forma di corona circolare.
Questo sistema dal punto di vista elettrotecnico è un compromesso, visto che stiamo agendo su un elemento fondamentale e molto delicato, il traferro.
Posso confermare che al simulatore il sistema funziona, perché prevedendo un traferro “non ideale”, la progettazione è partita compensando il valore “anomalo”.
Dallo schema non si può notare,ma gli statori a pacchi lamellari con avvolgimenti in rame contenuti nella loro custodia a forma di corona circolare, sono immersi in liquido isolante per trasformatori, in leggera sovrappressione, per avere uniformità strutturali nelle parti dello stampo in teflon con meno spessore, lo statore si trova in equilibrio con la bassa pressione, il raffreddamento sarà garantito tramite il liquido isolante (Olio lubrificante), quindi tra le pecche di questo compressore c’è quella di tutti i compressori semi-ermetici ovvero, perdite dovute al raffreddamento del motore elettrico.
Il rotore / volano sarebbe di tipo flottante, andrebbe fissato all’albero, in modo da permettere il gioco assiale dell’albero durante il suo funzionamento, o costruito come il freno a disco di una moto, prevedendo la caratteristica di questo motore elettrico, che immobilizzerebbe con forze pari a tonnellate, il rotore/albero motore sull’asse orizzontale e non permetterebbe il normale gioco assiale che deve avere qualsiasi albero, ripeto qualsiasi albero perché questo kit motore elettrico potrebbe essere applicabile a compressori a vite, scroll, swing, funzionando in orizzontale o verticale.

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