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Troubleshooting series: Refrigerant refill and vacuum

Ing. Alessandro Carrubba
Friday, June 28, 2013 - 09:25
English

Evacuation and filling of refrigeration circuit

When the refrigerating circuit has been completed, it is necessary to effect its evacuation and filling with the refrigerant gas suggested by the OEM of the condensing unit or of the pack system.

During these important operations, which are essential for satisfactory operation of the system, two leaks tests are to be performed. Such tests are to check any leaks that may occur in vacuum or under pressure conditions.

Refrigerating circuit evacuation

The evacuation operation is to remove from the refrigerating circuit the gas residuals used for pressure testing, the water vapor and eventual water fractions internally condensed during circuit assembly. The vacuum pump, possibly a two-stage vacuum pump, is the only means that grants to reach the desired residual low pressures valued.

A vacuometer connected to the pump suction side, will allow to verify the obtained vacuum level (or residual pressure) and then to perform the check of circuit vacuum sealing.

There are essentially two vacuum operations:

  • one-sided
  • two-sided

The one-sided evacuation involves the continuous evacuation until a sufficiently low pressure has been reached in the condenser; In this case it is necessary to effect one or more short vacuum cycles with pressure equalization in between of suction and discharge side of the circuit.

The two-sided evacuation involves the continuous evacuation until a sufficiently low pressure has been obtained both on the discharge side and on the suction side of the circuit. In this case the wished vacuum level will be reached reasonably shortly.

The above drawing shows a typical course of one-sided evacuation from the process tube of the compressor. It also shows a pressure difference measured in the condenser. This can be remedied by increasing the numbers of pressure equalizations.

The dotted line shows a procedure where two sides are evacuated simultaneously.

When the time is limited, the final vacuum to be obtained is only dependent on the capacity of the vacuum pump and on the content of non-condensable elements or refrigerant residues in the oil charge.

The advantage of two-sided evacuation is that it is possible to obtain a considerably lower pressure in the system within a reasonable process time.

This implies that it will be possible to build a leak check into the process in order to sort out leaks before charging the refrigerant.

The below drawing is an example of pre-evacuation process with built-in leaks test. The level of vacuum obtained depends on the chosen process.

When the wished vacuum degree is obtained, the recommended one is equal to 0,1mbar and never below 0,2mbar; the vacuum pump must be on for a time commiserated with the volume of the system.

At the end of the evacuating procedure it is possible to check the circuit leaks supervising the pressure for at least 5 minutes, it is also necessary to check if there are any pressure increases due to air infiltration.

Refrigerant fill procedure

It is very important to fill the appliance with type and amount of refrigerant recommended by the manufacturer. In most cases the refrigerant charge is indicated on the type label of the appliance.

Maximum refrigerant charge

The refrigerant charge has to be executed introducing liquid refrigerant in the circuit high pressure side and using flexible hoses previously evacuated in order to avoid incondensable gas introduction.

If the refrigerant cylinder does not have a liquid tube, it is highly recommended to use a suitable dryer filter installed between the cylinder and the refrigerant inlet connection in the refrigerating circuit.

The introduced liquid refrigerant causes the compressor discharge valve to close (which acts as check valves), it expands through the thermal valve, and reaches the compressor suction valve as vapor. Charge operations will be faster with higher refrigerant temperatures (and therefore the pressure) inside the cylinder; for safety problems, the cylinder temperature must never be higher than +40°C.

To maintain constant temperature during charge, it is suggested to immerge the cylinder in one vessel with warm water or use a suitable band thermostat resistance. The cylinder must never be heated with welding torch or other instruments with flames.

Italiano

Processo di vuoto e carica del circuito frigorifero

Una volta ultimato l’assemblaggio del circuito frigorifero, è necessario procedere dapprima alla sua evacuazione e successivamente alla successiva carica con il refrigerante indicato dal costruttore dell’unità motocondensante o della centrale che alimentano lo stesso.

In queste due fasi, necessarie alla messa in esercizio dell’impianto, vanno effettuate, contestualmente, le due prove di tenuta per individuare eventuali perdite che si manifestano rispettivamente in condizioni di vuoto e quando il circuito è in pressione.

Procedura di vuoto del circuito frigorifero

L’operazione di vuoto serve ad estrarre dal circuito frigorifero i residui dei gas tecnici utilizzati per la pressatura, l’aria atmosferica, il vapore d’acqua ed eventuali frazioni d’acqua condensate all’interno durante il montaggio del circuito. Grazie alle basse pressioni residue ottenibili, l’unico mezzo che garantisce una efficace vuotatura è la pompa per vuoto possibilmente del tipo a doppio stadio.

Un vacuometro collegato alla bocca di aspirazione della pompa, permetterà di verificare il grado di vuoto raggiunto (o pressione residua) ed in seguito, lo stesso, servirà per eseguire il controllo della tenuta in vuoto del circuito.

Le operazioni di vuoto possono essere essenzialmente di due tipi:

  • unilaterale
  • bilaterale

Lo svuotamento unilaterale prevede che venga effettuato lo svuotamento continuo fino al raggiungimento di una pressione sufficientemente bassa nel condensatore; in questo caso è necessario eseguire uno o più cicli brevi di svuotamento con equalizzazione della pressione tra il lato premente ed aspirante del circuito.

Lo svuotamento bilaterale, invece, prevede lo svuotamento continuo fino al raggiungimento di una pressione sufficientemente bassa sia sul lato premente sia su quello aspirante del circuito, in questo caso il grado di vuoto desiderato sarà ottenuto in tempi ragionevolmente brevi.

Il disegno seguente mostra un andamento tipico di uno svuotamento unilaterale dal tubo di processo del compressore. Evidenzia anche una differenza di pressione rilevata nel condensatore. A questo si può porre rimedio aumentando il numero delle equalizzazioni della pressione.

La linea tratteggiata mostra l’andamento delle pressioni nel caso di svuotamento effettuato dai due lati.

In presenza di tempo limitato, il vuoto finale che si otterrà dipende soltanto dalla capacità della pompa a vuoto e dal contenuto di elementi non condensabili o residui di refrigerante nella carica d’olio.

Il vantaggio di uno svuotamento bilaterale consiste nel fatto che è possibile ottenere una pressione considerevolmente inferiore nell’impianto entro un tempo di processo ragionevole.

Questo implica che sarà possibile integrare nel processo un controllo perdite al fine di riparare le stesse prima di procedere al caricamento del refrigerante.

Il disegno seguente mostra un esempio di processo di presvuotamento con prova di tenuta integrata. Il livello di vuoto ottenuto dipende dal processo scelto.

Una volta ottenuto il grado di vuoto desiderato, consigliato pari a circa 0,1mbar ma comunque generalmente non inferiore a 0,2mbar, la pompa del vuoto deve restare accesa per un tempo commisurato al volume dell’impianto in oggetto.

Terminata la procedura di vuoto è possibile verificare la tenuta del circuito monitorando la pressione per almeno 5min verificando dunque che non si verifichino aumenti di pressione dovuti ad infiltrazioni d’aria.

Procedura di carica del refrigerante

E’ molto importante caricare sempre l’impianto con il tipo ed il quantitativo di refrigerante consigliati dal fabbricante. Nella maggior parte dei casi la carica di refrigerante è indicata sulla targhetta con il tipo dell’apparecchiatura.

Carica massima di refrigerante

Se si supera la carica massima di refrigerante, si potrebbe avere la schiumatura dell’olio del compressore dopo un avviamento a freddo ed il danneggiamento delle valvole, in ogni caso questo comporta un cattivo funzionamento dell’impianto.

La carica dev’essere effettuata immettendo refrigerante in forma liquida nel lato di alta pressione del circuito e utilizzando tubi flessibili preventivamente evacuati così da evitare l’introduzione di gas incondensabili. Nel caso in cui la bombola utilizzata per la carica fosse priva di pescante, è altamente raccomandabile l’uso di un idoneo filtro deidratore installato tra la bombola e l’attacco di ingresso del refrigerante nel circuito frigorifero, tale precauzione eviterà che eventuali impurità contenute nella bombola o nei tubi flessibili, vengano trascinate all’interno del circuito stesso.

Si consiglia  di alimentare la resistenza di riscaldamento del carter prima di iniziare le operazioni di carica, così da impedire la condensazione del refrigerante nel lubrificante. La carica dal lato di alta pressione, evita che il refrigerante allo stato liquido raggiunga il carter del compressore diluendone il lubrificante contenuto al suo interno.

Il refrigerante liquido immesso, provoca la chiusura delle valvole di scarico del compressore (isolando così il lato premente da quello aspirante del circuito) e si espande attraverso la valvola di laminazione raggiungendo il lato di aspirazione del compressore in forma di vapore. Le operazioni di carica saranno tanto più rapide quanto maggiore sarà la temperatura (e quindi la pressione) del refrigerante contenuto nella bombola; per problemi di sicurezza, la temperatura della bombola non deve mai essere superiore a 40°C. Per mantenerne costante la temperatura durante la carica, si consiglia di immergere la bombola in un recipiente contenente acqua calda oppure utilizzare una apposita resistenza riscaldante termostatata a fascia. Per nessuna ragione la bombola deve essere riscaldata con il cannello di saldatura o altri mezzi a fiamma.