La grande diffusione dei frigoriferi domestici, dei conservatori e dei congelatori, dei condizionatori dovuta in massima parte alla realizzazione del compressore ermetico. Per poter distribuire ogni anno milioni di esemplari di elettrodomestici, raggiungendo anche le localita' piu' isolate, era indispensabile annullare la necessita' di manutenzione del compressore e del motore elettrico, isolandoli dalla polvere e prevedendone un raffreddamento e una lubrificazione efficaci in ogni condizione di funzionamento.

Era necessario inoltre eliminare il punto debole costituito dal premistoppa la cui presenza determina di per se stessa una necessita' di assistenza periodica per prevenire il rischio di fughe del fluido refrigerante e di perdite di lubrificante.

Per ottenere questi risultati, la grande industria ha dovuto fare una scelta decisiva: quella di costruire una macchina cos ben progettata e cos ben eseguita da poter durare per l'intera vita dell'apparecchio che la impiega (in pratica, oltre dieci anni, cioe' un tempo superiore a quello che determina di per se' la sostituzione dell'elettrodomestico, per motivi di moda o a causa del deperimento del mobile.).

Una macchina che potesse essere sigillata in un involucro e affidata a se stessa, con una carica di partenza di fluido refrigerante e una provvista di lubrificante destinate a durare indefinitivamente.

Questa macchina il compressore ermetico.

Nella presente trattazione vengono esaminate le caratteristiche dei compressori ermetici alternativi, cos chiamati dal moto alternativo dei loro pistoni, mentre non ci si occupa dei compressori ermetici rotativi, notevolmente meno diffusi dei precedenti.

Come chiaro, quella stessa in'accessibilit che preclude ogni manutenzione anche il fattore determinante per renderla superflua: ed qui che le particolarita' di progettazione dei compressori ermetici alternativi giocano il loro ruolo piu' brillante.

Eliminato il premistoppa, non vi rischio di fughe del fluido refrigerante n del suo deterioramento per infiltrazione di umidit.

Posto il lubrificante in un contenitore stagno, se ne stabilizzano le qualita': non puo' ossidarsi, ne' inquinarsi, ne' disperdersi per perdite. Il motore elettrico, posto anche'esso al riparo dalla polvere, gode di un secondo privilegio: essendo attraversato dal fluido refrigerante durante la fase di aspirazione, continuamente tenuto in condizioni ottimali di temperatura, che consentono persino di risparmiare sul dimensionamento degli avvolgimenti, rispetto a un motore di pari potenza che dovesse lavorare in atmosfera.

L'ingegnosita' della circuitazione del gas a flusso totale attraverso il rotore e lo statore del motore elettrico ha un altro risvolto positivo: eventuali residui di refrigerante allo stato liquido, sempre possibili in macchine che lavorano con carichi non costanti, al contatto con le parti calde del motore evaporano completamente, evitando cos il rischio di essere aspirati in fase liquida dal compressore.

La costruzione in grande serie consente di realizzare i componenti base del compressore ermetico e i suoi fondamentali accessori (come i silenziatori di aspirazione e di scarico) per stampaggio, pressofusione, tranciatura e, in generale, mediante lavorazione su macchine altamente automatizzate.

Gli alti standard qualitativi ottenibili con queste lavorazioni garantiscono un notevole grado d'affidabilita' e permettono di raggiungere in funzionamento elevate velocita' di rotazione. Il compressore ermetico, pur essendo una macchina assai complessa, risulta quindi relativamente poco costosa in rapporto alle proprie caratteristiche e ha la particolarita' di recare incorporati alcuni dispositivi che ai compressori aperti devono essere aggiunti in sede di installazione.

Le obiezioni che si fanno al compressore ermetico sono essenzialmente due: quella di essere una macchina molto sollecitata, a causa dell'elevato regime di rotazione, e quella di offrire una scarsa versatilita'.

E vero infatti che l'impiego dei motori a induzione a due poli e il loro montaggio coassiale all'albero del compressore obbligano questo a ruotare a un regime apparentemente elevato (2.900 giri/1 per alimentazione a 50 Hz, secondo lo standard europeo, e 3.500 giri/1 per alimentazione a 60 Hz, secondo lo standard statunitense).

D'altra parte questa caratteristica, che anche quella che rende l'ermetico il compressore piu' leggero a parita' di volume di refrigerante spostato nell'unita' di tempo, va valutata in rapporto alla velocita' media lineare dei pistoni.

poiche' i compressori aperti hanno in genere regimi di rotazione inferiori, si potrebbe immaginare che le velocita' lineari dei loro pistoni siano minori: in generale il contrario, perche' i compressori ermetici fanno ricorso a un maggiore frazionamento della cilindrata a parita' di capacita'  (fino a sei cilindri) e alla costruzione superquadra, cioe'  a corsa corta.

Dato che la velocita' lineare media dei pistoni direttamente proporzionale alla corsa secondo la formula:V = 2 C x n          60

dove:

V = velocita' lineare media (m/s)

C = corsa (m)

n = numero di giri al minuto

60 = fattore di conversione dai minuti ai secondi

risulta evidente che diminuendo la corsa possibile ridurre anche la velocita' lineare media dei pistoni, a parita' di numero di giri al minuto.Il regime di rotazione obbligato dei compressori ermetici li rende indubbiamente meno versatili dei compressori aperti, dove esso puo' essere variato agendo sul rapporto della trasmissione a cinghie (praticamente giocando sul diametro della puleggia motrice) che collega esternamente il motore di trazione al compressore.

Tuttavia i costruttori di compressori ermetici rispondono con una crescente varieta' di tipi che sono oggi disponibili, in una gamma di capacita'  molto articolata per impieghi nella refrigerazione domestica e commerciale (basse, medie e alte temperature di evaporazione), nel condizionamento d'aria e nelle pompe di calore.

Nei compressori ermetici sono impiegati motori asincroni, monofase fino a circa 8.000 W assorbiti per condizionamento e fino a 2.500 W per refrigerazione, e trifase per potenze superiori a 5000 W.

Il motore elettrico parte integrale del compressore, in quanto intimamente collegato alla sua parte meccanica.Il rotore viene calettato sull'albero motore e lo statore fissato sul supporto della parte meccanica.

L'inaccessibilita' dei motori elettrici usati nei compressori ermetici implica innanzitutto un funzionamento sicuro e una lunga durata.

Essi si distinguono nettamente dai motori di normale impiego in quanto lavorano in presenza del fluido refrigerante e dell'olio, per cui devono presentare:- resistenza agli agenti chimici presenti nel mezzo al quale sono permanentemente esposti;- alta tenuta dielettrica e meccanica degli isolanti;- materiali con proprieta' tali da evitare qualsiasi tipo di deposito che possa, a lungo andare, originare ostruzioni piu' o meno importanti;- assoluta assenza di grassi e d'umidita'.Il motore viene specificatamente studiato in funzione del gruppo meccanico cui va accoppiato e delle condizioni del refrigerante in aspirazione. In particolare al motore monofase richiesto di fornire, in fase di primo avviamento o in fase di riavviamento dell'impianto dopo lo sbrinamento dell'evaporatore (evaporatore caldo), una potenza superiore a quella normale.

Deve essere inoltre in grado di avviarsi e di funzionare con tensioni di rete oscillanti tra 0,85 e 1,1 volte la sua tensione di targa, alla massima temperatura ambiente ammessa.

Un'alta temperatura ambiente causa un'alta temperatura di condensazione e un sovraccarico al motore; una bassa tensione di alimentazione causa una bassa coppia di spunto, per cui il motore puo' non avviarsi o non sopportare il sovraccarico.

Come soluzione a tutto questo si puo' pensare di ricorrere a un motore largamente dimensionato, con un'alta coppia di spunto (HST)*, che per richiede un'elevata corrente di avviamento (tranne che nei motori CSIR); pertanto le linee devono essere opportunamente dimensionate in modo da non provocare cadute di tensione superiori alle tolleranze ammesse (-15%, +10%).

Le difficolta' di avviamento dei motori monofase a bassa coppia (LST)* si superano agevolmente adottando opportuni accorgimenti che, per compressori funzionanti a R134a, e cioe'  i piu' diffusi nelle basse potenze, si riducono ai tre sottoelencati:

- Avviamento con pressioni equilibrate del valore piu' basso possibile. In particolare per la refrigerazione non ci sono problemi di partenza se le pressioni equilibrate sono mantenute al di sotto di 3,5 bar con cadute di tensione fino a -15% v.n., oppure di 5 bar con cadute di tensione fino al -10% v.n. Il valore delle pressioni equilibrate puo' essere ridotto riducendo il volume interno dell'evaporatore e di conseguenza la necessaria quantita' di refrigerante.

- Capillare scelto in modo tale da consentire un rapido equilibramento; questo si puo' ottenere usando un capillare piu' lungo con diametro maggiore piuttosto che un capillare piu' corto con diametro minore.

- Tempo di fermata di almeno 510 minuti, onde permettere alle pressioni di equilibrarsi, usando per esempio un termostato con differenziale adeguato, in modo da non superare i 46 cicli/ora. Le caratteristiche salienti dei motori elettrici impiegati nei compressori ermetici sono riportate in tabella. Gli schemi di collegamento piu' ricorrenti e le relative varianti sono qui illustrati. Per tutti i compressori d'obbligo la messa a terra.

L'alta densita' di corrente che si ha nei motori elettrici dei compressori ermetici comporta il rischio di un rapido raggiungimento di temperature critiche, nel caso venga a mancare il raffreddamento del compressore.

E percio' indispensabile l'impiego di un adeguato protettore.

Esso dovra'  impedire che la temperatura degli avvolgimenti raggiunga il valore massimo ammesso dal tipo di isolamento.

La temperatura puo' innalzarsi lentamente o rapidamente: il protettore dovra'  percio' seguire con minimo ritardo le variazioni e intervenire, interrompendo l'alimentazione, non appena si raggiunto il limite massimo.

La protezione puo' essere interna o esterna.

Nel primo caso si attua una protezione ottimale, in quanto l'elemento sensibile, essendo in intimo contatto con gli avvolgenti da proteggere, in grado di seguire con la massima celerita' e fedelt le vicende termiche.

La protezione esterna soprattutto usata per i piccoli compressori, dove piu' semplice il controllo della temperatura.

La scelta del protettore uno dei punti piu' delicati dello studio del compressore.

Praticamente ogni compressore ha un suo specifico protettore che va tassativamente impiegato.

L'uso di un diverso protettore provocher o interventi intempestivi dell'avviamento o la bruciatura degli avvolgimenti.

Le condizioni in cui puo' essere richiesto l'intervento del protettore sono:

- Carico eccessivamente alto causato dal condensatore sporco, rottura del ventilatore, alta temperatura ambiente, sistema sovraccarico, ecc.

- scarsitdi refrigerante per mancanza o perdita.

- Tensione al di fuori dei limiti di tolleranza.

- Mancato spunto (ad es. con un PSC, con pressioni non equilibrate).

- Avaria del condensatore di avviamento (se presente).

- Inconvenienti nel circuito elettrico di avviamento.

- Inconvenienti meccanici nel compressore.In quest'ultimo caso, pur dovendo sostituire il compressore, l'intervento del protettore eviter la bruciatura del motore e l'inquinamento del sistema. La soglia d'intervento del protettore rappresenta un compromesso tra la sensibilit necessaria per intervenire nelle condizioni di emergenza sopra elencate e l'elasticit necessaria per garantire lo spunto e il superamento di normali sovraccarichi.

Esistono per alcune particolari situazioni in cui un protettore, anche se ottimamente dimensionato, non in grado di intervenire.

Occorre pertanto sia in fase di progetto, sia in fase d'installazione dell'impianto, evitare accuratamente il verificarsi di queste condizioni.

Esse sono:

Funzionamento con pressione di evaporazione eccessivamente bassa in compressori ermetici con protettore esterno.

In questo caso la quantita' del refrigerante aspirato insufficiente per raffreddare gli avvolgimenti, la cui temperatura tende a salire.

La temperatura della scatola (su cui sistemato il protettore) tarda a salire, causa la scarsa connettivit del refrigerante rarefatto.

Inoltre le correnti assorbite sono inferiori a quelle normali, per cui il protettore non ha modo di sentire l'aumento di temperatura degli avvolgimenti che puo' raggiungere valori tali da danneggiare gli isolamenti o carbonizzare l'olio prima che il protettore possa intervenire.

Alimentazione a tensione eccessivamente bassa.  Non infrequente trovare tensioni che in certi casi scendono a valori inferiori a 180 volt.

A rotore bloccato possono portarsi a 170 o 160 volt e anche meno. In caso di motori dotati di relais d'avviamento di tipo amperometrico la corrente che circola nell'avvolgimento di marcia non sufficiente a far chiudere il relais stesso: la corrente circola solo nell'avvolgimento di marcia e ha un valore tale da provocarne la bruciatura ma non da far intervenire in tempo utile il protettore. In caso di motori dotati di relais d'avviamento di tipo voltmetrico, quali i motori CSR, il valore eccessivamente basso della tensione presente ai capi dell'avvolgimento d'avviamento, non consente l'eccitazione del relais che dovrebbe escludere il condensatore d'avviamento che pertanto continua ad essere inserito. Il perdurare di questa situazione puo' portare al deterioramento irreparabile del condensatore, senza che il protettore abbia modo d'intervenire.

Eccessivo raffreddamento del protettore. Quando sia presente un ventilatore per il raffreddamento del compressore, occorre evitare che il flusso d'aria investa direttamente il protettore rendendolo cos insensibile a un eventuale sovraccarico. Inoltre, in caso di intervento, il tempo di richiusura eccessivamente breve non consente all'avvolgimento di dissipare il calore accumulato, per cui, con ripetuti cicli, si arriva facilmente alla bruciatura degli isolamenti.*HST: dall'inglese High Starting Torque (alta coppia di spunto).*LST: dall'inglese Low Starting Torque (bassa coppia di spunto).