Il ciclo frigorifero: le basi per la certificazione F-gas

Comprendere il ciclo frigorifero di base è essenziale per chi si prepara all’esame per il certificato A1 F-gas UE ai sensi del regolamento di esecuzione (UE) 2024/2215. Sia per un tecnico alle prime armi che consegue la sua prima qualifica F-gas, sia per un tecnico esperto che ripassa prima di una nuova valutazione, il ciclo a compressione di vapore è alla base di ogni decisione nella ricerca dei guasti sul campo. La spiegazione seguente illustra il ciclo così come occorre saperlo descrivere durante l’esame.

I due lati di ogni impianto

Ogni impianto di refrigerazione o condizionamento d’aria a espansione diretta è diviso in due lati distinti:

• Lato ad alta pressione e alta temperatura (generalmente rappresentato in rosso negli schemi)
• Lato a bassa pressione e bassa temperatura (generalmente rappresentato in blu)

Due componenti — e soltanto due — separano questi lati:

1. Il compressore — aumenta la pressione del refrigerante, innalzandone di conseguenza la temperatura
2. Il dispositivo di espansione — riduce la pressione del refrigerante, abbassandone di conseguenza la temperatura

“Il compito del compressore è aumentare la pressione del refrigerante per aumentarne la temperatura. Il compito del dispositivo di espansione è abbassare la pressione del refrigerante per abbassarne la temperatura.”

Questa semplice suddivisione è alla base di tutta la diagnostica basata sulla relazione pressione-temperatura ed è una conoscenza fondamentale per la prova teorica del certificato A1 F-gas UE.

Seguire il refrigerante lungo il circuito

Le fasi seguenti seguono il refrigerante attraverso un ciclo completo, a partire dall’ingresso del compressore.

1. Compressore — Dove inizia il ciclo

Il refrigerante allo stato di vapore, a bassa pressione e bassa temperatura, entra nel compressore (spesso di tipo alternativo negli impianti più piccoli). Il compressore comprime il vapore, aumentandone notevolmente la pressione. All’aumentare della pressione aumenta anche la temperatura. Dal compressore esce vapore di scarico ad alta pressione e alta temperatura.

Da ricordare: il compressore è ermeticamente sigillato. Gli avvolgimenti del motore elettrico al suo interno sono esposti al refrigerante. Il refrigerante, quindi, non si limita a trasportare calore nell’impianto, ma raffredda anche il motore. Qualsiasi contaminante presente nel refrigerante (umidità, acidi, detriti) mette a rischio questi avvolgimenti.

2. Condensatore — Cedere calore all’esterno

Il gas caldo di scarico entra nella batteria del condensatore. L’aria esterna viene convogliata attraverso la batteria, sottraendo calore al refrigerante. Cedendo calore, il refrigerante condensa, passando da vapore a liquido. All’uscita del condensatore dovrebbe essere presente liquido sottoraffreddato ad alta pressione e alta temperatura — interamente allo stato liquido, con una temperatura leggermente inferiore alla temperatura di saturazione.

Il sottoraffreddamento è un concetto fondamentale per l’esame F-gas. Un impianto correttamente caricato e dotato di valvola di espansione termostatica prevede generalmente un valore specifico di sottoraffreddamento all’uscita del condensatore. La sua misurazione è uno dei metodi standard per verificare la carica.

3. Linea del liquido — Filtro essiccatore e valvole di servizio

Il liquido sottoraffreddato attraversa:

• La valvola di servizio della linea del liquido — un punto di collegamento per misurare la pressione o intercettare il flusso
• Il filtro essiccatore — assorbe il vapore acqueo e trattiene i detriti

“Il compito del filtro essiccatore è assorbire il vapore acqueo presente nell’impianto… affinché non si mescoli con l’olio frigorifero, cosa che potrebbe danneggiare gli avvolgimenti elettrici del compressore.”

I filtri essiccatori hanno una capacità limitata di trattenere l’umidità. Dopo ogni apertura dell’impianto, brasatura o sostituzione di un componente, occorre sostituire il filtro essiccatore ed eseguire correttamente la messa in vuoto dell’impianto. Queste procedure riguardano gli argomenti dell’edizione UE Controlli prima della messa in servizio, Valvole di espansione e Gestione dei refrigeranti.

4. Dispositivo di espansione — La caduta di pressione

Il liquido sottoraffreddato viene forzato attraverso un piccolo orifizio — in questo caso un dispositivo di espansione a pistone, sebbene siano comuni anche le valvole di espansione termostatica (TXV) e le valvole di espansione elettronica. La pressione cala bruscamente e con essa la temperatura di saturazione. Una parte del liquido vaporizza istantaneamente perché il liquido circostante si trova ora a una temperatura superiore al nuovo punto di ebollizione.

Nell’evaporatore entra una miscela composta all’incirca da 80% di liquido e 20% di gas flash — una miscela satura. Questa è la condizione prevista.

5. Evaporatore — Assorbire calore dall’ambiente climatizzato

All’interno dell’evaporatore, il cambiamento di fase permette al refrigerante di assorbire calore. Poiché il refrigerante è saturo, liquido e vapore coesistono e tutto il calore assorbito viene utilizzato come calore latente di vaporizzazione:

• Il refrigerante bolle a una temperatura bassa e costante
• L’aria interna convogliata attraverso la batteria cede calore al refrigerante in ebollizione
• Alla fine della batteria, tutto il liquido è evaporato
• Il vapore quindi si surriscalda leggermente al di sopra della temperatura di saturazione

Il refrigerante esce dall’evaporatore come vapore a bassa pressione e bassa temperatura — pronto a rientrare nel compressore e ricominciare il ciclo.

Perché il refrigerante saturo non deve mai raggiungere il compressore

Si tratta di un concetto importante nella teoria sui gas fluorurati e di una delle cause più comuni di guasto del compressore nella pratica.

“Questo compressore è un compressore di vapore. Non deve entrarvi refrigerante saturo — saturo significa che nel refrigerante sarà presente una piccola quantità di liquido. Questo danneggerebbe il compressore.”

Il liquido è incomprimibile. Se raggiunge i cilindri del compressore, si rischiano:

• Colpi di liquido — rottura di valvole, lamelle o bielle
• Diluizione dell’olio — il refrigerante si mescola con l’olio del carter, compromettendo la lubrificazione
• Guasto dei cuscinetti — quando il film d’olio perde la propria resistenza

Un guasto al motore del ventilatore interno o un filtro ostruito sono cause frequenti: il refrigerante non riesce ad assorbire calore nell’evaporatore, quindi non evapora completamente. Il refrigerante saturo raggiunge così il compressore attraverso la linea di aspirazione, provocando colpi di liquido.

Collegare il ciclo agli obblighi sui gas fluorurati

Sebbene la normativa sui gas fluorurati si concentri sugli obblighi ambientali anziché sulla termodinamica, la capacità di gestire i refrigeranti in sicurezza dipende comunque dalla comprensione di ciò che avviene all’interno dell’impianto. Tra i collegamenti principali con il regolamento (UE) 2024/573 figurano:

• Art. 5 (controlli delle perdite) — quando sono richiesti controlli periodici, la frequenza dipende dalla carica espressa in CO2 equivalente per i gas dell’allegato I o dalla carica in chilogrammi per i gas dell’allegato II, sezione 1. La presenza di un sistema di rilevamento delle perdite installato prolunga gli intervalli. Comprendere il circuito aiuta a individuare i possibili punti di perdita
• Art. 8 (recupero) — gli operatori devono garantire che i gas fluorurati siano recuperati dai circuiti di refrigerazione, condizionamento d’aria e pompe di calore da persone in possesso della certificazione appropriata. Comprendere gli stati liquido e di vapore contribuisce a eseguire il recupero in sicurezza
• Allegato I — elenca i gas fluorurati e i rispettivi GWP; un tecnico competente deve saperli mettere in relazione con le quantità di carica degli impianti reali. L’allegato II, sezione 1, elenca ulteriori gas, compresi gli HFO, e i rispettivi GWP

Il ruolo di F-Gas Exam Prep nella preparazione

Il ciclo frigorifero di base è fondamentale per l’argomento Termodinamica dell’edizione UE e sostiene gli argomenti pratici come Controlli prima della messa in servizio, Ricerca delle perdite e Gestione dei refrigeranti. Saper seguire il refrigerante lungo il circuito e spiegare i cambiamenti di fase aiuta a comprendere il resto del programma.

L’app F-Gas Pro – Preparazione all’esame A1 supporta questa preparazione su iOS e Android:

• Oltre 540 domande sul modello dell’esame suddivise in 15 argomenti, con una spiegazione dettagliata per ogni risposta
• Simulazioni d’esame a tempo ed esercitazioni per argomento
• Schede di ripasso e monitoraggio dei progressi
• 12 calcolatori, un registro dell’apparecchiatura e un registro esperienze

L’app è uno strumento di studio indipendente. Non è affiliata ad alcun organismo di certificazione e non sostituisce un corso di formazione approvato né un esame.

Esercitarsi sul ciclo fino a saperlo disegnare e spiegare chiaramente ogni cambiamento di fase. Questa conoscenza è utile sia per la preparazione al certificato A1 F-gas UE sia per il lavoro pratico.