Progetto zero: Descrizione dello stato dell’arte

Da Marinacci Gino & C. riceviamo e pubblichiamo
Da una nostra ricerca effettuata in ambito tecnico, i compressori frigoriferi semi ermetici funzionanti con refrigerante R717, si definiscono attualmente in due sole varianti:

Compressori con involucro, compressori senza involucro

La caratteristica principale del compressore con involucro, è la netta separazione tra la parte meccanica ed il motore elettrico, tramite un involucro in metallo (alluminio o acciaio Inox) che viene raffreddato in modo forzato ed indiretto tramite refrigerante o tramite olio. In alcune specifiche viene dichiarata anche l’acqua.

Fig.1

Questo sistema è certamente ispirato a prodotti già esistenti che utilizzano una separazione meccanica es. compressore semi aperto frigopol (fig.1), oppure la storica Hermetic Pump, entrambi utilizzano una calotta in acciaio inox a protezione meccanica del motore elettrico.

Il compressore con involucro, attualmente è utilizzato dalle seguenti aziende: Mayekawa, Hitachi, SRM tec, Johnson Control Tecnology Company,la cui capostipite risulta essere la SRM tec, anche se Mayekawa ha un suo brevetto.
I limiti di questa soluzione sono diversi: il primo è la costruzione di un compressore progettato ad hoc per questa tecnologia, il secondo e più importante, è l’involucro metallico a protezione del motore elettrico che implica l’interposizione del materiale nel traferro. Il sistema è ottimo per la tenuta gas ed evita fughe potenzialmente pericolose, ma con un pessimo effetto sull’efficienza del motore elettrico, che causa l’aumento di correnti parassite, penalizzando il rendimento elettrico, valore primario, nella scelta del compressore e rendendo la soluzione tecnica svantaggiosa.
In alternativa alla soluzione tecnica sopra descritta, ci sono due varianti, compressore senza involucro, quella proposta da Gea (n°patent DE 102013017147 A1) e quella della Marinacci Gino & C (n°Patent ITA 102018000000473) le quali risolvono, non con la separazione meccanica ma con la compatibilità, che permette ai compressori di avere un miglior raffreddamento con il controllo diretto e puntuale della temperatura, un rendimento elettrico molto più elevato e costi di produzione e manutenzione inferiori. Gea ha deciso di costruire un compressore a vite dedicato, con alte prestazioni che possiede già tutti i requisiti normativi di efficienza e GWP, ODP, fino al 2030 e oltre.

Problemi risolti col Progetto Zero
Il compressore semiermetico o ermetico standard trasformato ad ammoniaca, che utilizza un motore elettrico incorporato costruito con materiali specifici e compatibili chimicamente con l’ammoniaca.
L’impiego di opportuni conduttori, permette di accorpare la parte motrice (motore elettrico) con la parte meccanica senza nessun tipo di separazione meccanica tra le due sezioni. Di fatto un compressore semiermetico o ermetico ad ammoniaca, è raffreddato esattamente come tutti i compressori standard.
Il compressore semiermetico standard, per struttura costruttiva, non permette fughe improvvise (Fig.4-4.1) o trafilamenti di gas e olio continui perché privo di tenuta meccanica. Non soffre di correnti parassite perché nel traferro non ci sono elementi materiali che interferiscono con il campo magnetico.
Non viene pregiudicato il rendimento elettrico.

Fig.4

Vantaggi e posizionamento di mercato
Il vantaggio maggiore lo si ha nell’utilizzo di compressori che, già sono nella linea di produzione, senza dover apportare modifiche di sorta alla parte meccanica, tranne qualche eccezione su parti di parzializzazione in ottone o a seconda del tipo di valvola di scarico lo spessore delle lamelle
I vantaggi portati dal progetto zero, si trasferirebbero nelle grandi centrali frigorifere industriali ad ammoniaca, ove sono installati diversi compressori ad alta capacità frigorifera, e grandi quantitativi di refrigerante.

Fig 4.1

Con l’operazione di sostituzione progressiva dei compressori aperti esistenti, in altri casi la ristrutturazione di impianti, con la possibilità di convertire gli impianti che negli anni novanta sono stati a loro volta convertiti da NH3 a freon.
Con l’avanzamento tecnologico dei compressori è auspicabile un aggiornamento tecnico e normativo dello stato dell’arte attuale, nel riconsiderare i fattori di rischio impiegando l’ammonica nelle grandi centrali.
Il compressore semiermetico ad ammoniaca, applicato ai sistemi di refrigerazione, condizionamento e riscaldamento di nuova generazione sono resi più sicuri rispetto a prima, grazie alla maggiore ermeticità. Questa novità può aprire il mercato a sistemi del settore commerciale di alto consumo. Teniamo conto della maggior efficienza e lo standard di sicurezza ora paragonabile con i sistemi che usano altri tipi di refrigerante quali R32, R600, R290, R1234Y.La maggior parte dei nuovi gas sono infiammabili e per lo più inodori se confrontati con R717 rendendoli difficilmente percepibili e molto pesanti, e relativamente più pericolosi rispetto al R717 che ha una soglia di percepibilità altissima ed è estremamente volatile oltre che solubile in acqua, in oltre la carica di refrigerante R717 è esigua.

Un altro plus per l’NH3 è la classificazione con GWP pari a ZERO e ODP pari a ZERO, dati e valori che attualmente nessun refrigerante sintetico o naturale può vantare. Il campo di applicazione del compressore semiermetico a R717 è definito dal gas che utilizza e l’ammoniaca si presta bene con prestazioni di rilievo per: la produzione di acqua calda sanitaria, la refrigerazione industriale e commerciale, per il condizionamento. Il campo di funzionamento può variare, da-40°C (con glicole o cloruro di calcio) a +75°C con acqua semplice (uso sanitario), questo particolare rende il compressore fruibile per tutte le applicazioni con fluidi intermedi, ma con esclusione totale dell’espansione diretta nei settori commerciali e residenziali. Le caratteristiche termodinamiche dell’ammoniaca sono note, buona entalpia specifica, alta efficienza isoentropica, prevedono cariche di refrigerante minori, quindi piccole tubazioni e pressioni di esercizio basse se paragonata agli attuali gas, gli oli utilizzati sono di tipo minerale, ovvero minor costo e minor impatto ambientale.
In conclusione, questa possibilità di utilizzare il refrigerante R717 nei compressori ermetici e semiermetici, sia di tipo volumetrico o centrifugo, nei sistemi con fluido intermedio, apre uno scenario nuovo e ridefinisce gli standard di efficienza in modo chiaro, dove chi non si doterà di una tecnologia quanto meno simile non potrà competere a livello di efficienza, sicurezza ed impatto ambientale.

Marinacci Giordano

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