Sistemi transcritici a CO2 (R744): una guida pratica alla manutenzione

Cosa cambia con la CO2

L'R744 si comporta diversamente dagli HFC alle due estremità del suo campo di applicazione. Il punto critico è 31 °C e 73,8 bar. Nelle giornate calde, lo smaltimento del calore nel gas cooler avviene al di sopra di tale pressione, quindi il refrigerante non condensa ma si raffredda come fluido supercritico. Questo è chiamato funzionamento transcritico ^[1]. Il punto triplo è -56,6 °C e 5,2 bar (assoluti). Al di sotto di tale pressione non c'è liquido, solo solido e gas, quindi la CO2 che viene espansa o sfiatata troppo si trasforma in ghiaccio secco a circa -78 °C ^[1][4].

Un tipico sistema industriale o per supermercati ha un gas cooler sul lato ad alta pressione, un ricevitore (flash tank) a pressione intermedia e compressori per bassa e media temperatura. Il gas di flash formato nell'espansione viene gestito da una valvola di bypass o da un compressore parallelo, che è più efficiente nei climi caldi ^[8]. I calcolatori per tubi in rame e acciaio per CO2 dimensionano le tubazioni per queste pressioni.

Sicurezza prima di iniziare

• Asfissia. La CO2 è inodore e più pesante dell'aria, quindi si accumula in basso nelle sale macchine, nei pozzetti e nelle celle frigorifere. Il limite di esposizione di 8 ore è 5.000 ppm ^[2]. A circa il 10% nell'aria una persona può perdere conoscenza in meno di un minuto ^[4].
• Limite pratico. La CO2 è di classe A1 e il limite pratico EN 378 è 0,1 kg/m3 ^[4][7]. Dove una perdita può superarlo in uno spazio occupato, è richiesta una rilevazione permanente con allarme ^[2]. Montare il rilevatore in basso, non all'altezza del respiro ^[3].
• Valvola di sicurezza. Le valvole di sicurezza sul ricevitore e su altri recipienti possono scaricare in caso di guasto, ad esempio dopo un'interruzione di corrente. L'uscita deve andare all'esterno e lì può formarsi ghiaccio secco ^[2]. Vedere l'articolo sui dispositivi di sicurezza EN 13136.
• Pressione di fermo. Un sistema spento si riscalda e va in pressione. Su alcuni sistemi la pressione di fermo è superiore alla pressione di aspirazione massima nominale. Il raffreddamento ausiliario o una valvola di sicurezza la limitano ^[2][3]. Leggere la pressione prima di aprire qualsiasi cosa.
• DPI. Indossare guanti e occhiali protettivi. Il contatto con CO2 solida o liquida provoca ustioni da freddo ^[2][4]. Utilizzare un rilevatore di CO2 personale quando si lavora in spazi bassi ^[4].

Fasi di manutenzione

1. Valutare la situazione. Leggere le pressioni, verificare che il rilevatore funzioni e che il locale sia ventilato. Eseguire un'analisi dei rischi del lavoro prima di iniziare; fa parte di ciò che un tecnico certificato deve essere in grado di fare ^[6].
2. Utilizzare attrezzature idonee. Tubi, manometri, gruppi manometrici e attrezzature di recupero devono essere idonei per la pressione della parte a cui ci si collega. Utilizzare tubi ad alta pressione con cavo di sicurezza anti-colpo ^[2][4].
3. Isolare e recuperare. Chiudere la sezione, con un percorso di scarico per qualsiasi liquido che possa essere intrappolato. Recuperare la CO2 in una bombola adatta. Se lo sfiato non può essere evitato, sfiatare all'esterno, lontano dalle persone, e monitorare la pressione. Copeland consiglia di sfiatare in forma liquida per evitare il ghiaccio secco ^[2].
4. Collaudare. Eseguire la prova di pressione con azoto secco, prima la resistenza e poi la tenuta. La guida Danfoss indica 1,43 × PS come pressione di prova ^[1]; i dettagli sono nella guida alla prova di pressione. Quindi eseguire un controllo delle perdite con un rilevatore di CO2, poiché la CO2 è già presente nell'aria ^[3]. Vedere la guida al controllo delle perdite.
5. Evacuare. La CO2 tollera pochissima acqua: circa 10 ppm è un massimo adatto, e l'acqua libera dà cristalli di ghiaccio e acidi. Evacuare accuratamente; un filtro deidratatore a setacci molecolari aiuta ^[1]. Vedere la guida all'evacuazione.
6. Rompere il vuoto con vapore. Dopo l'evacuazione il sistema è al di sotto del punto triplo. Caricare liquido allora crea ghiaccio secco. Caricare vapore finché la pressione non è superiore al punto triplo e come indicato dal produttore, e solo allora passare al liquido ^[2][3].
7. Caricare lentamente. La pressione massima di alcuni sistemi, come i sistemi a cascata e parti di sistemi booster, è inferiore alla pressione della bombola. Caricare lentamente in modo che le valvole di sicurezza non si aprano ^[2].
8. Controllare e documentare. Avviare il sistema e controllare le pressioni, il setpoint del gas cooler e la pressione del ricevitore rispetto al manuale. Scrivere il rapporto di manutenzione.

Regole nell'UE

• L'R744 non è un gas fluorurato. Il Regolamento F-gas copre le sostanze elencate nei suoi Allegati I e II, e la CO2 non è una di queste ^[5]. L'obbligo di controllo delle perdite nell'Articolo 5 si applica alle apparecchiature con tali gas ^[5], quindi non si applica a un sistema a sola CO2.
• La competenza è comunque richiesta. L'Articolo 10 del (UE) 2024/573 richiede la certificazione per installazione, manutenzione, riparazione e smantellamento, e copre le alternative rilevanti ai gas fluorurati, inclusi i refrigeranti naturali ^[5]. Il Regolamento di esecuzione (UE) 2024/2215 stabilisce i tipi: A1 e A2 per gas fluorurati e idrocarburi, B per la CO2, C per l'ammoniaca (Articolo 3(2)). Salvo esenzioni, il titolare deve possedere il certificato per l'attività ^[6].
• Cosa copre l'esame B. Il test include prove di pressione e vuoto, rimozione e carica sicura di R744, analisi dei rischi, rilevamento gas e DPI, e il ghiaccio secco formato al punto triplo (Allegato I, intestazione 13) ^[6]. La brasatura può essere eseguita da una persona che ha la qualifica nazionale sotto supervisione (Articolo 3(3)(a)) ^[6].
• Attrezzature a pressione e sicurezza. La Direttiva sulle attrezzature a pressione 2014/68/UE e la EN 378 si applicano al sistema indipendentemente dal refrigerante, e le regole di ispezione nazionali possono aggiungere requisiti. Vedere gli articoli sulla PED e sulla EN 378. Se e come sia richiesto il certificato B è deciso da ogni Stato membro, quindi controllare l'articolo nazionale.

Guasti tipici e dove cercare

I guasti si trovano meglio confrontando le letture di pressione e temperatura con i setpoint del controllore di centrale, ad esempio i controllori Danfoss AK-PC 782 o Carel. I nomi dei parametri e i codici di allarme differiscono tra i produttori. Consultarli nell'app di risoluzione dei problemi e nel manuale del controllore invece di tirare a indovinare.

Checklist

• Certificato valido per CO2 (tipo B nell'UE) e analisi dei rischi eseguita.
• Rilevatore funzionante, locale ventilato, guanti, occhiali e rilevatore personale in uso.
• Pressioni lette prima dell'apertura; pressione di fermo considerata.
• Tubi, gruppo manometrico e attrezzatura di recupero idonei per la pressione.
• Nessun liquido intrappolato tra valvole chiuse.
• Vapore prima durante la carica di un sistema evacuato, poi liquido.
• Prova di pressione, controllo perdite ed evacuazione eseguiti e registrati.
• Uscite delle valvole di sicurezza libere e portate all'esterno.