Ciclo frigorifero a compressione di vapore per l’esame F-gas

Chiedendo a un tecnico frigorista esperto da dove iniziare per imparare il mestiere, quasi tutti indicheranno lo stesso punto di partenza: il ciclo a compressione di vapore. Che si tratti di mettere in servizio un sistema di tipo split da 1 tonnellata di refrigerazione o di cercare un guasto in un grande refrigeratore, alla base c’è sempre lo stesso processo in quattro fasi. Una volta compreso bene, anche il resto del programma sui gas fluorurati inizia a diventare più chiaro.

Questa guida descrive il ciclo componente per componente, seguendo il percorso effettivo del refrigerante, per poi collegarlo alle conoscenze richieste dall’esame UE per il certificato A1 sui gas fluorurati.

Il compito del ciclo: trasferire calore, non produrre freddo

Il concetto più importante da tenere a mente è questo:

Secondo la legge della termodinamica, non raffreddiamo alcuna sostanza. Ci limitiamo a sottrarle calore. Man mano che il calore viene sottratto, l’oggetto si raffredda.

Ecco perché questo processo viene chiamato anche ciclo della pompa di calore. Non aggiungiamo «freddo» a una stanza — una cosa del genere non esiste. Preleviamo il calore indesiderato da un luogo, lo trasportiamo altrove e lo cediamo. Il mezzo che lo trasporta è il refrigerante, e l’intera macchina serve a far sì che il refrigerante assorba calore dove vogliamo raffreddare e lo ceda dove non serve raffreddare.

È utile tenere sempre presente questo principio, perché spiega perché ogni componente svolge la propria funzione.

I quattro componenti fondamentali

Ogni impianto a compressione di vapore, grande o piccolo, si basa su quattro componenti:

1. Compressore
2. Condensatore
3. Valvola di espansione
4. Evaporatore

Seguiamo una piccola quantità di refrigerante lungo l’intero circuito.

1. Il compressore — la pompa dell’impianto

Il compressore è il cuore del ciclo. Il suo scopo è aumentare la pressione del refrigerante, affinché possa circolare lungo tutto il circuito.

• Il refrigerante entra nel compressore come vapore a bassa pressione e bassa temperatura.
• Il compressore comprime fortemente questo vapore.
• Il refrigerante esce come vapore ad alta pressione e alta temperatura.

Grazie al compressore, il refrigerante percorre il ciclo.

Occorre ricordare che la compressione aumenta sia la pressione sia la temperatura. Per questo la linea di scarico è la parte più calda dell’impianto — un’informazione utile quando si cerca un guasto al tatto o con un termometro.

2. Il condensatore — cedere calore

Dopo il compressore, il vapore caldo ad alta pressione entra nella batteria del condensatore, che è uno scambiatore di calore.

Il condensatore raffredda il refrigerante proveniente dal compressore. Mentre il calore viene ceduto all’aria circostante (o all’acqua, in un impianto raffreddato ad acqua), il refrigerante cambia stato, passando da vapore a liquido — è la condensazione.

• Il refrigerante entra come vapore ad alta pressione e alta temperatura.
• Il refrigerante esce come liquido ad alta pressione e temperatura più bassa.

È il punto del ciclo in cui il calore raccolto all’interno viene infine ceduto all’esterno.

3. La valvola di espansione — ridurre la pressione

Segue il dispositivo di espansione. Ne esistono diversi tipi:

• Valvole di espansione termostatica (TXV/TEV) — le più comuni nelle apparecchiature in uso.
• Valvole di espansione elettronica (EEV) — le più avanzate, che consentono una regolazione più precisa.
• Tubi capillari e orifizi fissi negli impianti più semplici.

Qualunque sia il tipo, il compito è lo stesso: ricevere il liquido ad alta pressione proveniente dal condensatore e ridurne la pressione. Quando la pressione diminuisce, anche la temperatura scende.

Qualunque sia il tipo di valvola di espansione, il suo compito fondamentale è ridurre la pressione del refrigerante. Riducendo la pressione, diminuisce anche la temperatura del refrigerante.

Il refrigerante esce dalla valvola di espansione come miscela liquido-vapore a bassa pressione e bassa temperatura, ora abbastanza fredda da assorbire calore dall’ambiente che vogliamo raffreddare.

4. L’evaporatore — assorbire calore

Infine, il liquido freddo entra nell’evaporatore, il secondo scambiatore di calore del circuito. Un ventilatore aspira l’aria calda dell’ambiente e la fa passare sulle alette dell’evaporatore.

• L’aria calda cede il proprio calore al refrigerante freddo.
• Il refrigerante evapora per ebollizione, passando nuovamente da liquido a vapore.
• L’aria che lascia la batteria è ora ben raffreddata — è l’aria fredda che si avverte dalla griglia di mandata.

Il refrigerante, tornato allo stato di vapore a bassa pressione e bassa temperatura, ritorna al compressore e l’intero ciclo ricomincia.

Collegare tra loro gli stati del refrigerante

Un modo efficace per ripassare il ciclo è seguire le due grandezze che cambiano a ogni fase — pressione e stato:

Fase	Pressione	Temperatura	Stato
Uscita del compressore	Alta	Alta	Vapore
Uscita del condensatore	Alta	Bassa (più bassa)	Liquido
Uscita della valvola di espansione	Bassa	Bassa	Liquido
Uscita dell’evaporatore	Bassa	Bassa	Vapore

Consiglio per l’esame: Il calore viene ceduto nel condensatore e assorbito nell’evaporatore. Condensatore ed evaporatore sono entrambi scambiatori di calore — la differenza è semplicemente la direzione del flusso di calore.

Perché è importante per la conformità alla normativa sui gas fluorurati

Comprendere il ciclo aiuta a svolgere le attività pratiche richieste dal regolamento (UE) 2024/573.

• Controllo delle perdite (art. 5). Gli operatori delle apparecchiature soggette al controllo delle perdite devono garantire che i controlli avvengano a intervalli determinati dal refrigerante e dalla carica. Per i gas elencati nell’allegato I, le soglie sono 5, 50 e 500 tonnellate di CO2 equivalente. Per i gas elencati nell’allegato II, sezione 1, le soglie sono 1, 10 e 100 kg. Sono previste esenzioni, anche per determinate apparecchiature ermeticamente sigillate ed etichettate. Per individuare una perdita con rilevatori elettronici o interpretare le pressioni manometriche, occorre conoscere la pressione e la temperatura che il refrigerante dovrebbe avere in ogni punto del ciclo.
• Prevenzione delle emissioni (art. 4). Sapere dove si trova il vapore ad alta pressione (scarico del compressore, condensatore) permette di capire in quali punti è più probabile che l’impianto emetta refrigerante in caso di cedimento di un giunto o di una guarnizione.
• Recupero (art. 8). Il recupero in sicurezza richiede la comprensione delle fasi liquida e vapore — si recupera il liquido dal lato di alta pressione e il vapore dal lato di bassa pressione, esattamente negli stati descritti sopra.
• Carica. Il sottoraffreddamento nel condensatore e il surriscaldamento nell’evaporatore si misurano facendo riferimento agli stati del ciclo; senza questo quadro di riferimento non è possibile caricare correttamente un impianto.

Per il certificato A1 UE sui gas fluorurati, il ciclo a compressione di vapore è trattato nell’argomento Termodinamica dell’edizione UE. È inoltre alla base degli argomenti Ricerca delle perdite e Gestione dei refrigeranti. L’allegato I del regolamento di esecuzione (UE) 2024/2215 richiede la conoscenza della teoria della refrigerazione, degli stati del refrigerante, dei diagrammi del ciclo e delle funzioni dei componenti principali. I candidati devono saper identificare i quattro componenti, descrivere le variazioni di pressione e temperatura e i cambiamenti di fase, e spiegare quale componente cede calore e quale lo assorbe.

Come F-Gas Exam Prep aiuta nello studio

Il ciclo a compressione di vapore è una base per gli approfondimenti successivi. L’app F-Gas Pro – Preparazione all’esame A1, disponibile su iOS e Android, aiuta a prepararsi all’esame UE per il certificato A1 sui gas fluorurati:

• Oltre 540 domande in stile esame su 15 argomenti, tra cui Termodinamica, Ricerca delle perdite e Gestione dei refrigeranti.
• Simulazioni d’esame a tempo per esercitarsi a rispondere entro un limite di tempo.
• Schede di ripasso e 12 calcolatori per facilitare il ripasso e gli esercizi di calcolo.
• Spiegazioni dettagliate per ogni risposta, per comprendere gli errori nelle domande su pressione, temperatura e fase.

Prima di studiare impianti più complessi, è utile esercitarsi a identificare i quattro componenti e a descrivere gli stati del refrigerante tra un componente e l’altro. 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.