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CONSULENZE e INIZIATIVE | 01 aprile 2020, 11:48

I Gas naturali si fanno strada nella frigoconservazione

I pioneristici impianti di refrigerazione, a compressione di vapori, presero vita circa un secolo e mezzo fa ed utilizzavano, come fluidi frigorigeni: anidride carbonica, eteri, ammoniaca, anidride solforosa e cloruro di metile.

I Gas naturali si fanno strada nella frigoconservazione

 

 Sin dall’inizio, i primi impianti sperimentali constatarono che l'anidride carbonica non si prestava ad essere adoperata nei piccoli impianti, mentre le rimanenti sostanze risultavano chimicamente pericolose o infiammabili. Solo a partire dal 1930, il problema fu superato con l'avvento dei gas CFC: i clorofluorocarburi. Questi gas, grazie alla loro formula chimica contenente cloro, fluoro e carbonio, se impiegati come fluidi refrigeranti, offrivano buona resa energetica, stabilità e sicurezza per gli operatori.

Il loro impiego fornì un notevole impulso alla tecnologia della refrigerazione e del condizionamento dell'aria, sia in ambito domestico che pubblico.

Dagli anni ‘60 i CFC furono impiegati anche negli aerosol e nel settore della solvenza, il che portò a un loro abuso e l’immissione in atmosfera di una indefinita quantità. Negli anni ‘70 si iniziò ad ipotizzare che i CFC potessero contribuire all'assottigliamento e alla conseguente distruzione dell'ozono stratosferico, determinando il noto "buco dell'ozono". Il problema si rese drammaticamente evidente solo a metà degli anni ‘80 e, dieci anni dopo, i clorofluorocarburi furono proibiti.

Le industrie della frigoconservazione non si fermarono e, grazie alla ricerca in campo chimico, adottarono per primi gli idroclorofluorocarburi HCFC, come refrigeranti di transizione, derivati direttamente dai CFC, e successivamente gli idrofluorocarburi (HFC), che utilizziamo tuttora.

Se gli attuali fluidi sono sicuri per lo strato di ozono, non sono innocui per l’ambiente, perché contribuiscono fortemente al surriscaldamento globale del pianeta. Il cospicuo effetto serra causato dai refrigeranti ha costretto la Comunità Europea a limitarne l’utilizzo, attraverso la normativa UE 517/2014.

L’alternativa concreta ai refrigeranti sintetici è rappresentata dai gas naturali: Ammoniaca, Propano e Anidride Carbonica.

Nonostante il successo dei refrigeranti chimici, l’ammoniaca ha sempre mantenuto una propria posizione nel mercato nella frigoconservazione alimentare e nei processi industriali ad elevata potenza. L’ammoniaca offre prestazioni migliori rispetto ai refrigeranti sintetici, ha un costo conveniente, è abbondante in natura e non rappresenta una minaccia per la stratosfera. Le eccellenti doti dell’ammoniaca hanno, però, tre svantaggi: la tossicità, l’infiammabilità e l’incompatibilità con alcuni materiali. L’ammoniaca è tossica per l’uomo e, questo, complica non poco la progettazione e la messa in sicurezza degli impianti; poi è nemica del rame e dell’ottone, che sono i materiali più comuni nella componentistica ed impiantistica frigorifera. Gli impianti ad ammoniaca sono quindi realizzati in acciaio e, nella maggior parte delle applicazioni, l’ammoniaca non raffredda in modo diretto le celle di stoccaggio, ma, per evitare contaminazioni, refrigera una miscela di acqua e anticongelante, che raggiungerà successivamente le celle frigorifere. Le minime temperature raggiungibili, con questi impianti, sono, pertanto, vincolate alla quantità di antigelo addizionata all’acqua.

Ora veniamo al propano, il gas più chiacchierato di questo decennio, che ha subito un problema, non può raggiungere direttamente gli evaporatori nelle celle di stoccaggio, ma se non fosse infiammabile, sarebbe il refrigerante ideale: ha limitate pressioni di esercizio, alta efficienza, basse quantità di carica nei circuiti. I refrigeratori a propano utilizzano componenti identici ai refrigeranti sintetici e coprono un’ampia fascia di applicazioni, di civile climatizzazione, industriale e logistica. Il propano è un gas pesante e si stratifica nel pavimento in caso di fughe accidentali. Grazie a questa proprietà, i quadri elettrici dei refrigeratori non necessitano della certificazione anti-esplosiva, abbattendo così i costi costruttivi. Nonostante l’infiammabilità, gli impianti a propano non hanno alcuna particolare limitazione alla loro diffusione. Le normative in materia di propano sono chiare ed i produttori sono obbligati a rispettare seri criteri progettali e di controllo. L’unica limitazione tecnica all’utilizzo del propano è dovuta alla tipologia di macchina, che deve essere a “monoblocco” e i componenti, condensatori e evaporatori, non possono essere dislocati a distanza, così da limitare il più possibile la quantità di propano negli impianti. Inoltre, le macchine devono essere installate all’esterno, in piazzole dedicate e ben areate.

Ultimo refrigerante naturale utilizzato negli impianti frigoriferi è l’anidride carbonica, il cui utilizzo sta aumentando rapidamente grazie ai progressi nel campo della componentistica, che hanno reso questo refrigerante innovativo, sicuro e affidabile. Non a caso, le derrate alimentari dei recenti centri commerciali e degli impianti logistici sono raffreddate da impianti ad anidride carbonica. A differenza dell’ammoniaca e del propano, l’anidride carbonica può essere convogliata a distanza, raggiungendo così le celle di frigoconservazione ed i banchi alimentari. Questa particolarità ha permesso all’anidride carbonica di aumentare notevolmente le installazioni e gli utilizzi nella surgelazione a -40°C. Gli svantaggi dell’anidride carbonica come refrigerante sono due: il primo è la pressione di esercizio e il secondo è la complessità d’impianto. Le pressioni di esercizio sono elevate, possono superare le 100 atmosfere, in alcune parti d’impianto, e le tubazioni, pertanto, necessitano di spessori più elevati e materiali resistenti, come l’acciaio o le leghe di rame e ferro. Gli impianti ad anidride carbonica hanno, inoltre, un’architettura diversa rispetto ai tradizionali refrigeranti sintetici e, anche per questo, vi è un numero limitato di aziende che hanno un know-how adeguato. Certamente un impianto ad anidride carbonica non subirà mai restrizioni da normative ambientali, perché ecologico per definizione, e il costo non sarà soggetto a rincari, poiché il gas è abbondante in natura.

Una riflessione, l’effetto serra è ormai evidente ed i nuovi refrigeranti naturali sono una valida soluzione al problema. La tossicità dell’ammoniaca, l’infiammabilità del propano e le pressioni dell’anidride carbonica, sono tutt’oggi superati dalla tecnologia. Sensori elettronici di rilevazione ammoniaca e propano hanno costi sempre più contenuti. Corsi di formazione e conduzione d’impianto sono di facile individuazione grazie ad internet. Scegliamo quindi refrigeratori e pompe di calore a propano per climatizzare gli edifici, ammoniaca e propano per processi industriali, l’anidride carbonica per la frigoconservazione e la logistica del settore alimentare.

 

Ing. Alessandro Gambin

A. Gambin

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