Le principali cause del surriscaldamento della temperatura di scarico del compressore sono le seguenti: elevata temperatura dell'aria di ritorno, elevata capacità termica del motore, elevato rapporto di compressione, elevata pressione di condensazione e selezione inadeguata del refrigerante.
1. Temperatura dell'aria di ritorno
La temperatura dell'aria di ritorno è relativa alla temperatura di evaporazione. Per evitare il riflusso del liquido, le tubazioni dell'aria di ritorno richiedono generalmente un surriscaldamento dell'aria di ritorno di 20 °C. Se la tubazione dell'aria di ritorno non è ben isolata, il surriscaldamento supererà di gran lunga i 20 °C.
Maggiore è la temperatura dell'aria di ritorno, maggiori saranno le temperature di aspirazione e di scarico del cilindro. Per ogni aumento di 1 °C della temperatura dell'aria di ritorno, aumenterà anche la temperatura di scarico.
2. Riscaldamento del motore
Nei compressori per il raffreddamento dell'aria di ritorno, il vapore refrigerante viene riscaldato dal motore mentre scorre attraverso la cavità del motore, e la temperatura di aspirazione del cilindro aumenta nuovamente.
Il calore generato dal motore è influenzato dalla potenza e dall'efficienza, mentre il consumo di energia è strettamente correlato alla cilindrata, all'efficienza volumetrica, alle condizioni di lavoro, alla resistenza all'attrito, ecc.
Nei compressori semiermetici con raffreddamento ad aria di ritorno, l'aumento di temperatura del refrigerante nella cavità del motore varia da 15 °C a 45 °C. Nei compressori raffreddati ad aria, il sistema di refrigerazione non passa attraverso gli avvolgimenti, quindi non si presenta il problema del surriscaldamento del motore.
3. Il rapporto di compressione è troppo elevato
La temperatura dei gas di scarico è fortemente influenzata dal rapporto di compressione. Maggiore è il rapporto di compressione, maggiore è la temperatura dei gas di scarico. Riducendo il rapporto di compressione è possibile diminuire significativamente la temperatura dei gas di scarico, aumentando la pressione di aspirazione e diminuendo la pressione di scarico.
La pressione di aspirazione è determinata dalla pressione di evaporazione e dalla resistenza della linea di aspirazione. Aumentando la temperatura di evaporazione è possibile incrementare efficacemente la pressione di aspirazione, riducendo rapidamente il rapporto di compressione e, di conseguenza, la temperatura di scarico.
L'esperienza dimostra che ridurre la temperatura dei gas di scarico aumentando la pressione di aspirazione è più semplice ed efficace rispetto ad altri metodi.
La causa principale dell'eccessiva pressione di scarico è l'alta pressione di condensazione. Una superficie di raffreddamento insufficiente del condensatore, l'accumulo di incrostazioni, un volume insufficiente di aria o acqua di raffreddamento, temperature troppo elevate dell'acqua o dell'aria di raffreddamento, ecc. possono portare a una pressione di condensazione eccessiva. È fondamentale selezionare una superficie di condensazione adeguata e mantenere un flusso sufficiente del fluido di raffreddamento.
I compressori per alte temperature e condizionamento dell'aria sono progettati per funzionare con un basso rapporto di compressione. Dopo essere stati utilizzati per la refrigerazione, il rapporto di compressione aumenta esponenzialmente, la temperatura dei gas di scarico diventa molto elevata e il raffreddamento non riesce a tenere il passo, causando il surriscaldamento. Pertanto, è necessario evitare di utilizzare il compressore oltre il suo intervallo di funzionamento e farlo funzionare al di sotto del rapporto di compressione minimo possibile. In alcuni sistemi criogenici, il surriscaldamento è la causa principale di guasto del compressore.
4. Anti-espansione e miscelazione dei gas
Dopo l'inizio della fase di aspirazione, il gas ad alta pressione intrappolato nella camera del cilindro subisce un processo di de-espansione. Dopo la de-espansione, la pressione del gas ritorna alla pressione di aspirazione e l'energia consumata per comprimere questa parte del gas viene dissipata durante la de-espansione. Minore è la camera, minore è il consumo di energia dovuto alla de-espansione da un lato, e maggiore è il volume di aspirazione dall'altro, aumentando così notevolmente il rapporto di efficienza energetica del compressore.
Durante il processo di deespansione, il gas entra in contatto con le superfici ad alta temperatura della piastra della valvola, della parte superiore del pistone e della parte superiore del cilindro per assorbire calore, quindi la temperatura del gas non scenderà alla temperatura di aspirazione al termine della deespansione.
Una volta completata la fase di de-espansione, inizia il processo di aspirazione. Dopo l'ingresso del gas nella bombola, da un lato si mescola con il gas di de-espansione e la sua temperatura aumenta; dall'altro, il gas miscelato assorbe calore dalle superfici delle pareti e si riscalda. Pertanto, la temperatura del gas all'inizio del processo di compressione è superiore alla temperatura di aspirazione. Tuttavia, poiché i processi di de-espansione e di aspirazione sono molto brevi, l'aumento effettivo di temperatura è molto limitato, generalmente inferiore a 5 °C.
L'espansione inversa è causata dal gioco tra cilindro e pistone ed è un inconveniente inevitabile dei compressori a pistone tradizionali. Se il gas presente nel foro di sfiato della piastra della valvola non può essere scaricato, si verifica un'espansione inversa.
5. Aumento della temperatura di compressione e tipo di refrigerante
I diversi refrigeranti hanno proprietà termofisiche differenti e la temperatura dei gas di scarico aumenterà in modo diverso dopo aver subito lo stesso processo di compressione. Pertanto, per temperature di refrigerazione diverse, è necessario selezionare refrigeranti diversi.
6. Conclusioni e suggerimenti
Quando il compressore funziona normalmente entro i limiti di utilizzo, non dovrebbero verificarsi fenomeni di surriscaldamento come temperature elevate del motore e del vapore di scarico. Il surriscaldamento del compressore è un importante segnale di guasto che indica un grave problema nel sistema di refrigerazione o un utilizzo e una manutenzione impropri del compressore.
Se la causa principale del surriscaldamento del compressore risiede nell'impianto di refrigerazione, il problema può essere risolto solo migliorando la progettazione e la manutenzione dell'impianto stesso. La semplice sostituzione del compressore non elimina in modo definitivo il problema del surriscaldamento.
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Data di pubblicazione: 13 marzo 2024