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I
TERMOSTATI COME DISPOSITIVI DI REGOLAZIONE E SICUREZZA:
COME SCEGLIERLI E INSTALLARLI
I TERMOSTATI CROSS-AMBIENT
(Art. 130)
Pierfrancesco Fantoni
La scelta della tipologia di termostato più adatta alle proprie esigenze impiantistiche dipende, tra le altre cose, anche dal tipo di carica di cui è dotato l’elemento sensibile.Una particolare tipologia di termostati è rappresentata dai termostati cross-ambient, che hanno la caratteristica di funzionare solo in base alla temperatura cui è soggetto l’elemento sensibile indipendentemente da altre temperature che possono insistere sul corpo del termostato o sull’elemento di trasmissione del segnale (capillare).
In questo sistema l’elemento sensibile viene caricato con una certa quantità di liquido. Tale liquido ha la caratteristica che, all’interno del campo delle temperature di lavoro del termostato, è in grado di evaporare e condensare. Quindi, all’interno del sistema costituito dal bulbo e dal capillare, esso risulta essere sempre in equilibrio con il proprio vapore. Tale principio di funzionamento è simile a quello che si verifica per il refrigerante quando si trova all’interno dell’evaporatore o del condensatore di un impianto frigorifero: la coesistenza della fase di vapore e della fase di liquido in uno stato di reciproco scambio di particelle. All’aumentare della temperatura la fase liquida cede particelle alla fase di vapore (evaporazione) mentre al diminuire della temperatura la fase di vapore cede particelle alla fase liquida (condensazione).
Quando il bulbo del termostato è soggetto ad un aumento della temperatura, il calore provoca l’evaporazione del liquido in esso contenuto. L’aumento della quantità di vapore contenuto nel sistema bulbo+capillare causa un aumento della pressione al suo interno con la conseguenza che sul soffietto del termostato va ad agire una forza maggiore. Quando tale forza supera una determinata intensità è in grado, attraverso la serie di leverismi che caratterizzano il termostato, di far scattare i contatti elettrici, che così si chiudono e permettono l’avvio del compressore. Al contrario, il progressivo abbassamento della temperatura percepita dal bulbo porta ad una diminuzione della quantità di vapore contenuta al suo interno, con un consequenziale aumento della quantità di liquido ed una diminuzione della pressione. Sul soffietto del termostato, quindi, viene progressivamente a diminuire la forza in grado di mantenerlo dilatato, fatto che provoca, superato un certo valore di taratura, l’impossibilità a mantenere chiusi i contatti elettrici, che quindi scattano ed arrestano il compressore.
In tale sistema il complesso bulbo+ capillare risulta essere sempre riempito di liquido saturo, ossia di un liquido e del suo vapore (vedi figura 1). Il sistema viene appositamente concepito in modo tale che la quantità di liquido in esso presente non possa mai esaurirsi, ossia in modo tale che al suo interno non possa mai essere presente solo vapore. Il punto di “controllo” dell’intero meccanismo di funzionamento risiede nella superficie di separazione tra liquido e vapore: è quest’ultimo che determina la pressione alla quale si trova l’intera carica. Poiché il sistema viene studiato in modo tale che il liquido non evapori mai completamente e poiché il liquido risiede normalmente all’interno del bulbo ecco che quest’ultimo diventa automaticamente il punto di controllo della temperatura.
Nell’installare un termostato a carica liquida è necessario tenere sempre in conto che il bulbo non si svuoti mai del liquido contenuto. Se il bulbo ha un volume elevato rispetto a quello complessivo del capillare, tale evenienza non si può verificare, anche quando il bulbo viene installato in posizione verticale con il capillare uscente dal basso (figura 2). Diverso è, invece, il caso in cui il bulbo sia di ridotte dimensioni in confronto alla lunghezza del capillare. Nel caso in cui, per un motivo accidentale, il liquido esca completamente dal bulbo quest’ultimo perde la sua funzione di elemento sensibile ed il controllo del funzionamento del termostato viene delegato a qualche altro imprecisato punto del sistema.
Il vantaggio dei termostati aventi carica liquida è la loro elevata sensibilità e la prontezza di risposta alle variazioni di temperatura. Ciò deriva proprio dal fatto che quest’ultime vengono trasmesse con immediatezza e precisione al soffietto del termostato grazie alle continue e repentine variazioni della pressione della carica che si verificano in seguito ai cambiamenti di stato che interessano la fase di vapore e liquida. L’impiego di termostati a carica liquida risulta idoneo quando si intende regolare con prontezza e continuità la temperatura di un fluido. Particolare attenzione va posta però, sul fatto che in tale modo potrebbe esserci il rischio di andare incontro a continui attacchi/stacchi del termostato qualora il differenziale impostato fosse troppo piccolo, con le conseguenze negative ben note per quanto riguarda il funzionamento del compressore.
Può capitare, in certi tipi di impianti, che il corpo del termostato debba giocoforza essere posizionato in un luogo che può trovarsi, sempre o solo in qualche periodo dell’anno, a temperature inferiori di quelle a cui è soggetto il bulbo. Uno di questi casi potrebbe essere, ad esempio, quello che si ha quando il corpo del termostato viene installato in una sala macchine soggetta alle temperature dell’aria esterna (figura 3). Supponendo di avere una cella a temperatura positiva (ad esempio +5 °C) durante la stagione estiva non si hanno particolari problemi per quanto riguarda il buon funzionamento del termostato, in quanto la temperatura della cella (e quindi del bulbo) risulta essere inferiore a quella del corpo del termostato. Durante la stagione invernale, invece, è possibile che la testa del termostato ed un tratto di capillare si trovino ad una temperatura inferiore a quella del bulbo. Questo succede ogni volta che la temperatura dell’aria esterna scende al di sotto di + 5 °C. In tale situazione, si verifica la migrazione del liquido contenuto nel bulbo verso i punti più freddi, nella fattispecie il tratto di capillare esterno alla cella e la testa del soffietto. In un termostato normale questo potrebbe comportare il completo svuotamento di liquido dal bulbo fatto che, come visto, toglie al bulbo stesso la capacità di comandare correttamente l’apertura e la chiusura dei contatti del termostato. In tale situazione la funzione viene assunta dal punto in cui il liquido va ad accumularsi, cioè quello più freddo. Per evitare tale inconveniente, in situazioni come queste, occorre fare ricorso all’utilizzo di un termostato cross-ambient, in grado di controllare correttamente la temperatura indipendentemente da quale risulta essere il suo punto che si trova a temperatura più bassa.
I termostati cross-ambient vengono concepiti in modo tale che il bulbo non si svuoti mai di liquido, anche quando questo può migrare a seguito di temperature del bulbo più elevate di quelle delle restanti componenti del termostato. La permanenza di liquido all’interno del bulbo assicura, come già evidenziato nelle righe precedenti, che quest’ultimo permanga come elemento di controllo del funzionamento del termostato in qualsiasi condizione di lavoro. Oltre al tradizionale impiego come dispositivo di regolazione della temperatura del luogo refrigerato, i termostati cross-ambient trovano utilizzo quando lavorano a diretto contatto con la superficie dell’evaporatore. Infatti, quando si esegue lo sbrinamento della batteria, al termine della fase di riscaldamento (finalizzata allo scioglimento dello spessore di brina formatasi durante il periodo di lavoro), la temperatura della batteria stessa risulta essere positiva (circa +5/+6 °C). Tale valore potrebbe anche superare quello della temperatura del corpo del termostato con il risultato di avere il bulbo (installato a contatto della superficie dell’evaporatore e quindi ad una temperatura molto prossima a +5/+6 °C) più caldo della testa del soffietto.
