Il compressore rappresenta uno degli elementi fondamentali di un impianto frigorifero. Il suo compito è quello di aspirare il refrigerante allo stato gassoso proveniente dall’evaporatore (scambiatore di calore), comprimerlo e inviarlo verso il condensatore, rendendo possibile la continua circolazione del fluido all’interno del circuito frigorifero.
I compressori per la refrigerazione sono il risultato della nascita e sviluppo a sua volta della refrigerazione meccanica. Dalle prime macchine costruite nella seconda metà dell’Ottocento fino ai moderni compressori a gestione elettronica, la tecnologia ha attraversato una lunga evoluzione, determinata dal bisogno di ottenere una maggiore affidabilità, efficienza e capacità di adattamento alle caratteristiche dei diversi refrigeranti e relative applicazioni.
Le prime macchine frigorifere
I primi sviluppi della refrigerazione a compressione di vapore risalgono alla prima metà dell’Ottocento (1834, macchina a compressione di Perkins), mentre la tecnologia iniziò ad affermarsi concretamente nella seconda metà del secolo. Le prime macchine erano molto diverse dai compressori attuali: si trattava di apparecchiature di grandi dimensioni, meccanicamente complesse e caratterizzate da consumi energetici e costi di esercizio elevati.
Nel 1869 venne realizzato un compressore ad ammoniaca a doppio effetto; l’ammoniaca, infatti, ebbe un ruolo importante in questa prima fase di costruxione dei compressori. Negli anni a seguire la tecnologia della compressione del vapore si diffuse nelle prime applicazioni industriali per la produzione del ghiaccio e per la conservazione degli alimenti.
La progressiva diffusione dell’energia elettrica, quindi il conseguente sviluppo dei motori elettrici, contribuirono a rendere i sistemi frigoriferi sempre più compatti e facilmente integrabili nelle diverse applicazioni. Si affermò così il compressore alternativo, basato sul movimento di uno o più pistoni all’interno dei cilindri. Per molti decenni questa tecnologia rappresentò una delle principali soluzioni per la refrigerazione, trovando applicazione sia negli impianti di piccola potenza sia negli impianti industriali.
Dai compressori alternativi alle nuove tecnologie
L’evoluzione della refrigerazione portò successivamente alla ricerca di soluzioni in grado di offrire maggiore efficienza e affidabilità, minori vibrazioni, e una migliore adattabilità alle diverse condizioni di funzionamento. Nella seconda metà del Novecento si affermarono inoltre nuove tecnologie, tra cui i compressori a vite e, successivamente, gli scroll, ampliando le possibilità di applicazione della compressione meccanica.
I compressori a vite ebbero un diffuso impiego nelle applicazioni di maggiore potenza, grazie alla possibilità di ottenere elevate portate di refrigerante con un funzionamento continuo e regolare.
I compressori con tecnologia scroll, invece, si affermarono pian piano nelle applicazioni in cui i criteri fondamentali erano compattezza, affidabilità, efficienza e silenziosità.
Questa diversificazione non ha comunque causato la scomparsa delle tecnologie precedenti, oggi compressori alternativi, a vite e scroll vengono utilizzati in funzione delle caratteristiche dell’impianto, della potenza richiesta, delle condizioni operative e del refrigerante impiegato.
L’efficienza diventa un fattore determinante
Nel corso degli ultimi decenni il motivo principale che ha portato all’evoluzione dei compressori si è identificato con l’obbligo di ridurre i consumi energetici.
Non è più sufficiente che un compressore sia in grado di fornire la potenza frigorifera richiesta senza considerare un impiego efficiente dell’energia mantenendo prestazioni adeguate anche quando il carico dell’impianto varia.
Per questo motivo hanno preso forma diverse tecniche di regolazione della capacità frigorifera. Tra queste spicca l’utilizzo dell’elettronica per l’implementazione di sistemi a inverter che permettono di regolare la velocità di rotazione del compressore.
Con questa regolazione è possibile adeguare la capacità del compressore alle effettive esigenze dell’impianto evitando, quando possibile, continui avviamenti e arresti così da garantire un funzionamento più vicino alle condizioni richieste dal carico reale dell’impianto.
La chiave di lettura con cui viene concepito ogni compressore moderno, quindi, è tale da renderlo sempre meno un componente meccanico e sempre più un’integrazione nel sistema che controlla l’impianto.
Compressori e nuovi refrigeranti
L’evoluzione dei compressori è stata inoltre influenzata dall’evoluzione dei refrigeranti.
L’evoluzione dei refrigeranti ha inoltre influenzato profondamente la progettazione dei compressori, richiedendo soluzioni compatibili con differenti pressioni, temperature di scarico, proprietà termodinamiche e caratteristiche di lubrificazione.
L’utilizzo di refrigeranti naturali come ammoniaca (R717), anidride carbonica (R744) e propano (R290) comporta infatti caratteristiche differenti in termini di pressioni di esercizio, temperature di scarico, proprietà termodinamiche, lubrificazione e requisiti di sicurezza.
Il caso della CO₂ è particolarmente significativo: infatti le elevate pressioni caratteristiche dei sistemi ad anidride carbonica hanno richiesto lo sviluppo di tecnologie specifiche e di compressori progettati per operare in condizioni diverse rispetto a quelle di molte applicazioni tradizionali.
Anche il crescente utilizzo del propano, classificato A3, ha favorito lo sviluppo di soluzioni specifiche nelle quali il compressore deve essere progettato tenendo conto non solo delle prestazioni termodinamiche del refrigerante, ma anche delle sue caratteristiche di infiammabilità.
Il compressore frigorifero moderno
Oggi l’evoluzione dei compressori non riguarda soltanto la loro struttura meccanica. Elettronica, sistemi di regolazione e sensoristica hanno assunto un ruolo sempre più importante.
Come già sopra citato, i compressori moderni possono essere progettati per funzionare a velocità variabile, modulare la propria capacità e comunicare con i sistemi di controllo dell’impianto. Il monitoraggio delle condizioni di funzionamento permette inoltre di raccogliere informazioni utili per ottimizzare le prestazioni e individuare tempestivamente eventuali anomalie.
Il percorso iniziato con le grandi macchine frigorifere dell’Ottocento oggi è arrivato a un punto in cui ogni sua componente risulta essere molto più compatta, efficiente, sofisticata e con importanti livelli di adattabilità.
Una tecnologia ancora in evoluzione
L’evoluzione dei compressori frigoriferi non è comunque arrivata al suo epilogo finale. La crescente attenzione verso l’efficienza energetica, la riduzione dell’impatto ambientale e l’utilizzo dei refrigeranti naturali, condizioni queste ultime obbligate dalle normative per la riduzione della GWP, continueranno a condizionare la progettazione delle macchine frigorifere.
Il compressore rimane il cuore del ciclo frigorifero; tuttavia la sua funzione sta convergendo verso quella di un componente intelligente e integrato, progettato sia per comprimere il refrigerante così come per contribuire all’efficienza, all’affidabilità e alla gestione dell’intero impianto.
