Idrocarburi: refrigeranti infiammabili

Gli HC nella refrigerazione domestica, commerciale e condizionamento

Alcani - Etano - Pentano - Propano - Isobutano - Ciclopropano - Ciclopentano - Propilene - Refrigeranti naturali - Schiume isolanti - Miscele di idrocarburi - Limiti di carica - Progettazione circuiti

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I refrigeranti idrocarburi (HC) sono composti naturali caratterizzati da soli legami tra carbonio e idrogeno. Essi vengono classificati tra gli alcani.
La formula generale che individua un alcano è del tipo

C_nH_2n+2

Per n=1 si ottiene il metano, n=2 l'etano, n=3 il propano, n=4 il butano, n=5 il pentano (vedi tabella seguente).

Sigla	Nome	Formula chimica
R170	etano	C2H6
R290	propano	C3H8
RC270	ciclopropano	C3H6
R600	(N)butano	C4H10
R600a	(iso)butano	C4H10
R601	pentano	C5H12
R601a	(iso)pentano	C5H12
R1270	propilene	C3H6

Idrocarburi: refrigeranti ecologici

L'interesse verso l'utilizzo dei refrigeranti idrocarburi (HC), così come per tutti gli altri refrigeranti naturali (ammoniaca, anidride carbonica) e di alcuni nuovi refrigeranti di natura chimica (gli HFO), ha avuto origine da quando si è scoperto che i fluidi CFC e HCFC risultano essere dannosi per l'ozono atmosferico mentre quelli HFC contribuiscono in maniera piuttosto considerevole all'effetto serra.
Diversamente, l'utilizzo dei refrigeranti naturali non comporta problemi per l'ambiente.

I refrigeranti HC non contengono né cloro né fluoro, essendo costituiti unicamente da carbonio e idrogeno.

Da qui il loro progressivo affermarsi nel corso degli anni non solo come fluidi di lavoro negli impianti frigoriferi ma anche come gas per la produzione delle schiume isolanti per le macchine frigorifere.

Infiammabilità degli idrocarburi

La tabella sotto-riportata contiene i refrigeranti  HC d'uso più comune, assieme alle rispettive temperature di accensione: l'infiammabilità è, infatti, il grosso scoglio che non ha permesso agli idrocarburi di essere accettati in maniera universale sul mercato.

Nome	NBP (°C)	T di accens. (°C) (p.atm)
Etano	-88,7	515
Propano	-42,0	480
Ciclopropano	-32,9	495
(N)Butano	-0,5	420
(iso)Butano	-11,7	420
Pentano	36,1	285
(iso)Pentano	28	420
Propilene	-47,7	460

Mentre il loro uso è fortemente sostenuto dai Paesi del nord Europa (Germania, Danimarca, Paesi scandinavi) soprattutto negli Stati Uniti vi è forte perplessità verso il loro utilizzo.
Rimane comunque un dato di fatto: nel nord-Europa (ma anche in Italia) si producono ormai da molti anni frigoriferi domestici funzionanti con isobutano (R600a) con isolamenti costituiti da ciclopentano. Anche nella refrigerazione commerciale sono in uso apparecchiature con carica ridotta (inferiore a 150 grammi) di isobutano.

Anche nella refrigerazione industriale esistono già da anni impianti funzionanti con propano (R290), il cui utilizzo avviene ormai da tempo anche nel condizionamento di piccole dimensioni (condizionatori, pompe di calore) ove la carica necessaria per il funzionamento risulta essere di modesta entità, attenuando quindi i pericoli legati all'infiammabilità.

Caratteristiche positive degli HC

A favore dell'utilizzo degli HC, giocano senz'altro le buone proprietà di trasporto del calore (fatto che richiede cariche ridotte di refrigerante) e la possibilità di utilizzo di oli di tipo minerale, che permette di evitare le problematiche connesse all'umidità legate all'utilizzo dei lubrificanti sintetici.

L'impiego di refrigeranti HC nelle miscele (assieme, ad esempio, a HFC) consente l'utilizzo di oli minerali anche in fluidi a prevalente composizione di idrofluorocarburi permettendo, così, una più agevole operazione di retrofit di vecchi impianti caricati con CFC. A titolo d'esempio possiamo citare le miscele R413A, R417A e R419A.

Miscele con idrocarburi

Esistono in commercio numerose altre miscele contenenti idrocarburi come, ad esempio, R439A, R440A, R446A, R453A, R461A, R462A, R465A. Alcune di esse sono impiegate per sostituire i refrigeranti HFC nei circuiti frigoriferi di nuova progettazione.
Altre miscele, invece, come R432A, R433A, R441A e R443A, sono totalmente composte da idrocarburi e quindi risultano esere altamente infiammabili

Progettare circuiti a idrocarburi

La progettazione di circuiti frigoriferi funzionanti con idrocarburi trova un punto di riferimento fondamentale nella norma europea EN 378.

Limiti di carica degli HC

La pericolosità degli impianti frigoriferi caricati con HC risulta molto bassa quando il quantitativo di gas presente nel circuito è ridotto (come ad esempio nei frigoriferi domestici).

I maggiori rischi derivano dall'impiego di fiamme libere durante le operazioni di brasatura o dalla presenza di fonti d'accensione nelle vicinanze dell'apparecchio.

Circuiti frigoriferi a idrocarburi

L'utilizzo degli idrocarburi come refrigeranti è già diffuso: il propano nelle piccole apparecchiature stand-alone per la refrigerazione commerciale, nelle vending-machine e con promettenti prospettive nelle pompe di calore; l'isobutano nella refrigerazione domestica