L'impiego dell'ammoniaca come refrigerante trova notevoli impieghi soprattutto nel settore dell'industria delle bevande, della produzione di alimenti, dell'industria chimica, negli impianti di condizionamento degli edifici e delle navi.

L'ammoniaca presenta molteplici aspetti applicativi:

• Bassi costi energetici

• Basso costo del refrigerante

Possono essere impiegati oli lubrificanti non miscibili con l'ammoniaca, classificati secondo la norma DIN 51503 gruppo KAA. In questi sistemi l'olio lubrificante ritorna nel compressore, scaricato nell'evaporatore.

In alternativa possono essere impiegati oli miscibili con l'ammoniaca, classificati secondo la norma DIN 51503 gruppo KAB. Per esempio i polialchilenglicoli (PAG). L'impiego di tali prodotti, comporta però alcune problematiche:

Per quanto concerne i compressori alternativi le viscosità maggiormente impiegate sono le gradazioni ISO VG 32 – 68; per i compressori a vite le gradazioni ISO VG 46 – 68. In linea di principio la gradazione ISO VG 68 è quella più diffusa.

Si tratta soprattutto di idrocarburi naftenici (es. cicloalcani), di derivazione petrolifera, ottenuti attraverso processi di raffinazione che prevedono estrazione convenzionale con solvente e successiva raffinazione al fine di rimuovere le catene lunghe paraffiniche.

Lubrificanti base Oli Minerali Idrotrattati

Si tratta soprattutto di idrocarburi isoparaffinici, di derivazione petrolifera, ottenuti attraverso processi di hydrocracking che prevedono la saturazione dei legami insaturi, la desolforazione, l'isomerizzazione delle catene paraffiniche, passando da idrocarburi lineari ad idrocarburi ramificati.

Si tratta di lubrificanti derivanti da processi di sintesi chimica a partire da derivati del petrolio, hanno una composizione più omogenea rispetto agli oli minerali tradizionali e soprattutto non contengono impurità a base di zolfo o azoto.

Tra i vari prodotti si ricordano:

Lubrificanti per ammoniaca:

Requisiti

In generale, i lubrificanti per compressori frigoriferi operanti con ammoniaca, sia che siano formulati con i tradizionali oli minerali che di derivazione sintetica o semisintetica, devono avere i seguenti requisiti:

• Eccellente fluidità alle basse temperature

La figura 3 evidenzia i risultati alla fine del test secondo la DIN 51538.

La figura 4 evidenzia i risultati alla fine del test secondo la norma DIN 51538.

Gli oli minerali selezionati mostrano buoni risultati circa la stabilità chimica con l'ammoniaca. Gli oli sintetici mostrano risultati eccellenti.

Compatibilità degli oli lubrificanti per ammoniaca con gli elastomeri

Molto importante è l'aspetto della compatibilità degli oli lubrificanti impiegati nei compressori frigoriferi nei confronti delle guarnizioni presenti e con le quali vengono a contatto. Attraverso appositi test di laboratorio dove le guarnizioni vengono immerse nell'olio da testare per 7 giorni ad una temperatura di 100 °C, si evidenzia tale compatibilità. Un moderato gonfiore delle guarnizioni, valutabile con un incremento in volume del 5-20%, garantisce una sicura tenuta dell'olio.

Per quanto riguarda i lubrificanti base PAO, la compatibilità è da verificare nei confronti di guarnizioni in CR (clorobutadiene – caoutchouk).

In figura 5 alcuni risultati sperimentali.

Solubilità dell’ammoniaca in differenti oli lubrificanti

Anche la solubilità del fluido refrigerante ammoniaca nei confronti del lubrificante impiegato nel compressore ha un notevole importanza per la funzionalità del sistema.

In figura 6 esempi di solubilità olio/ammoniaca.

I lubrificanti base Idrocarburi Sintetici e base PAO mostrano valori più bassi di ammoniaca disciolta, quindi presentano un minor effetto diluizione che si traduce in una minore riduzione della viscosità dell'olio stesso.

Conseguentemente l'olio impiegato garantisce una miglior stabilità del film lubrificante sulle superfici in movimento e soggette ad usura.

Comportamento Viscosità/Temperatura (VI)

I lubrificanti base Idrocarburi Sintetici e base PAO mostrano un elevato Indice di Viscosità (IV) naturale, questo comporta una minor riduzione della viscosità alle alte temperature con conseguente miglior protezione contro l'usura (Figura 7).

Fluidità alle basse temperature - senza refrigerante

Rispetto agli Oli minerali e gli Oli Minerali Idrotrattati, gli Idrocarburi Sintetici e i lubrificanti base PAO presentano un minor aumento della viscosità al diminuire della temperatura, questo comporta una miglior fluidità alle basse temperature (Figura 8).

Gli Idrocarburi Sintetici ed i fluidi base PAO risultano pertanto ideali per temperature di evaporazione estremamente basse (< -45°C).

Inoltre si possono impiegare scambiatori di calore con piastre di piccolo diametro senza il rischio di ostruzione dei canali da parte dell'olio.

Perdita di olio nel compressore - Presenza di olio nel sistema di refrigerazione

Analisi Gas-cromatografica - perdita per evaporazione: confronto tra Oli Minerali e PAO.

Olio Minerale ISO VG 68 In presenza di un elevato stress termico le componenti altamente volatili (quelle a più bassa viscosità) tendono ad evaporare ed entrano nel sistema con conseguente perdita di olio dal compressore e aumento della viscosità del fluido rimanente Oli base PAO.

In questi formulati non sono presenti componenti altamente volatili, pertanto non si ha nessuna perdita di olio nel compressore e la sua viscosità rimane stabile nel tempo anche in presenza di elevate temperature di esercizio.

Il diagramma di figura 9, mostra le % di olio evaporato in funzione delle temperature applicate. Si può notare come le basi PAO sono spostate tutte verso la destra del grafico dove si trovano le temperature più elevate.

Gli Idrocarburi Sintetici ed i fluidi base PAO, mostrano una minor perdita per evaporazione rispetto agli Oli Minerali Naftenici con conseguenti minori rabbocchi di olio nel compressore e una vita delle cariche maggiore.

In generale, si può affermare che i più comuni oli lubrificanti per compressori formulai con oli base Minerali Naftenici e Minerali Idrotrattati sono idonei per applicazioni in sistemi di refrigerazione operanti con ammoniaca.

Gli oli lubrificanti base PAO o base Idrocarburi Sintetici offrono svariati benefici in confronto agli Oli Minerali e agli Oli Minerali Idrotrattati: