Lo scopo degli impianti di climatizzazione dell'aria sui rotabili è quello di mantenere nei locali determinate condizioni di temperatura, purezza, velocità e distribuzione dell'aria con umidità capace di assicurare un benessere sia ai passeggeri che al personale di servizio.
Il dimensionamento deve essere determinato in maniera da poter assicurare le condizioni fisiologiche di comfort rispettando delle precise regole dettate dalle UIC tra cui troviamo:
- l'impianto di climatizzazione deve assicurare 10 metri cubici all'ora per individuo al fine di evitare accumolo di vapore acqueo, CO2 e la proliferazione di microbi.
-Il sistema , in base alla temperatura esterna Te rilevata da sensori, deve garantire i seguenti range di temperatura interna Ti:
Con Te < 19 °C si ha +20C < Ti < +22 °C
Con Te > 19 °C si ha che Ti = 22 + 0,25(Te - 19) °C
In generale l'impianto di climatizzazione è costituito da:
- un impianto di riscaldamento ad aria soffiata
- un impianto frigorifero
La distribuzione dell'aria viene effetuata mediate:
- intercapedine sul cielo della carrozza realizzando così un sistema detto a "pioggia"
- sistema ad induzione dove ad esmpio il diffusore è posto sotto il finestrino.
L'impianto frigorifero, integrato nell' impianto di climatizzazione, toglie calore all'aria esterna da immettere nel veicolo grazie al frigorigeno che viene fatto girare nel circuito frigorifero.
Il gas refrigerante utilizzato è l'R134a ecologico in sostituzione del freon 12.
L'elemento che mette in movimento il frigorigeno è il compressore la cui funzione inoltre è quella di comprimere il gas refrigerante e portarlo ad alta pressione riscaldandolo per poi inviarlo al condensatore dove cede calore e si tramuta in liquido, quindi raggiunge un serbatoio di raccolta per poi giungere in una valvola termostatica di espansione la quale polverizza il liquido nell' evaporatore dove aumenta di volume e ritorna al suo stato gassoso raffreddandosi.
L'evaporatore realizzato con dei tubicini di rame alettati viene lambito dall'aria da raffreddare introdotta nel climatizzatore tramite dei ventoloni.
Dall' evaporatore il frigorigeno raggiunge il compressore per poi ripetere il ciclo.
La sua funzione è quella di comprimere il fluido refrigerante e portarlo ad alta pressione riscaldandolo.
Il grande vantaggio dei compressori rotativi rispetto a quelli tradizionali è la assenza di movimenti alternativi e quindi di vibrazioni; dunque silenziosità ed assenza di vibrazioni sono le caratteristiche vincenti di questi compressori per cui il loro uso si sta diffondendo enormemente.
Vediamo ora cosa succede all'interno del compressore nel suo funzionamento e quali sono le sue particolarità.
-Questo meccanismo è nato per comprimere dei gas e quindi non può assolutamente tollerare che vi sia del liquido che ne causa la rottura essendo incomprimibile.
-E' necessario che vi sia una lubrificazione e quindi dell'olio lubrificante deve essere sempre presente in quantità opportuna.
-Di qualsiasi tipo sia il compressore, rotativo o alternativo, nel suo funzionamento espelle piccole quantità di olio insieme al gas compresso, pertanto si ha un impoverimento continuo della quantità di lubrificante presente; se questo non viene recuperato in qualche modo si arriva presto alla impossibilità di lubrificazione e fatalmente al grippaggio del compressore.
In breve le condizioni del gas all'aspirazione del compressore sono all'incirca: temperatura 7-10° C, Pressione 4-5 bar. Le condizioni allo scarico sono: temperatura 100-110° C, Pressione 15-18 bar.
Si è visto in precedenza che l'olio ha una funzione importantissima per il compressore e le sue particolari caratteristiche che lo rendono adatto al circuito frigorifero sono:
-deve rimanere fluido anche a temperature bassissime (es. -40° C)
-deve resistere fino a temperature di 120-130° C senza alterazioni
-deve essere miscibile con il fluido refrigerante in fase liquida e non deve reagire con esso
-non deve essere aggressivo con i materiali normalmente usati per la costruzione del circuito quali rame, alluminio ecc.
-deve essere elettricamente isolante poiché viene a contatto con gli avvolgimenti elettrici del motore
-non deve essere tossico o nocivo alle persone che casualmente vengano a contatto con esso.
Dunque è richiesta una gamma di prestazioni molto ampia che un normale olio lubrificante da motore o per uso automobilistico non avrà mai; infatti questi olii sono veramente speciali e non devono in alcun modo essere miscelati con lubrificanti di altro tipo.
Il gas surriscaldato ad una pressione elevata, passa dal compressore al condensatore. Il fluido refrigerante inizia a cedere calore all'aria ambiente più fredda che lo attraversa. Dapprima si ha un abbassamento della temperatura per lo smaltimento del calore sensibile, fino a raggiungere lo stato di vapore saturo (P,T cost.). A questa fase, segue la condensazione del fluido, ossia il cambiamento di stato, da vapore a liquido saturo.
VAPORE » LIQUIDO
CESSIONE DI CALORE ALL'AMBIENTE ESTERNO
La presenza di una parte di freon allo stato gassoso alla fine della batteria condensante, può comportare un calo della resa.
Ciò può essere dovuto a:
1) carica di freon eccessiva
2) carica di freon corretta, ma la portata di aria sulla batteria condensante è insufficiente.
Questo componente è concettualmente identico al condensatore e con funzione esattamente simmetrica; qui infatti il liquido compie la trasformazione inversa, cioè passa da liquido a vapore assorbendo calore dall'ambiente.
LIQUIDO » VAPORE
ASSORBIMENTO DI CALORE DALL'AMBIENTE DA CONDIZIONARE
Analogamente a quanto detto per la batteria condensante, si può riscontrare la presenza di liquido al termine della batteria evaporante.
Cause:
1) carica di freon eccessiva
2) carica di freon corretta ma la portata d'aria sulla batteria è insufficiente.
L'aria del locale da condizionare, attraversa l'evaporatore a temperature superiori rispetto a quelle del refrigerante. Come conseguenza di ciò, si realizza un brusco raffreddamento dell'aria, ed una parte del suo contenuto di umidità si condensa e si deposita sotto forma di gocce sulle alette di alluminio dell'evaporatore. Tale acqua di condensa dovrà essere raccolta e convogliata all'ambiente esterno, se necessario mediante l'ausilio di una pompa di scarico condensa.