Perché è si utilizza l'azoto per il flussaggio e per i test di tenuta?
Tutto quel che bisogna sapere per gestire in sicurezza l'uso dell'azoto e le sue caratteristiche
09 ottobre 2023
Ogni volta che si installa un’apparecchiatura (sia essa per la refrigerazione o la climatizzazione) il tecnico e’ tenuto a portare con sé una bombola di azoto anidro con i necessari riduttori di pressione e fruste adeguate allo scopo.
L'azoto viene utilizzato in prima battuta per eliminare l'ossigeno dalle tubazioni di rame al fine di prevenire la formazione di incrostazioni sulla superficie interna a causa dell'ossidazione che potrebbe causare danni all’apparecchiatura durante il funzionamento.
Oltre a ciò, l'azoto viene utilizzato anche per il test di pressione (di tenuta) del cosiddetto “insieme in pressione”, ovvero l’impianto frigorifero.
Vediamone nel dettaglio qualche aspetto.
Cos'è l'azoto?
L'azoto è un elemento presente nell'aria. La nostra atmosfera contiene il 78% di azoto, il 21% di ossigeno e l'1% di altri gas. E’, quindi, il gas piu’ abbondante in natura. L'azoto è incolore, inodore e insapore, non tossico, non corrosivo e non infiammabile. Ha un punto di ebollizione di 195,795 ℃ e quindi è normalmente sotto forma di gas.
L'azoto è inerte tranne quando riscaldato a temperature molto elevate, dove si combina con alcuni dei metalli più attivi, come il litio e il magnesio, per formare nitruri. Si combinerà anche con l'ossigeno per formare ossidi di azoto e, se combinato con l'idrogeno in presenza di catalizzatori, formerà ammoniaca.
Quindi, viene compresso a circa 140 bar e conservato in bombola per uso successivo. L’azoto è un gas non infiammabile e quindi è sicuro da utilizzare per le nostre attivita’ di installazione e manutenzione.
Come si produce l’azoto?
Poiché l’azoto è ampiamente disponibile, è anche economico da produrre sotto forma di gas tecnico in bombola.
L'azoto viene prodotto in impianti di separazione dell'aria, sia mediante liquefazione dell'aria atmosferica e separazione dell'azoto mediante distillazione, sia mediante processi di adsorbimento. In quest’ultimo caso l'azoto viene separato dall'aria che respiriamo da un generatore di azoto. Un generatore di azoto è in grado di produrre un flusso continuo e ininterrotto di azoto gassoso da aria compressa secca e pulita. Utilizza un letto di setaccio molecolare al carbonio (denominato CMS) in cui l'ossigeno e altri gas in tracce vengono adsorbiti in modo preferenziale e l'azoto viene lasciato passare.
Come viene utilizzato l'azoto in refrigerazione?
L'azoto viene utilizzato per spurgare le tubazioni durante la brasatura.
Viene utilizzato anche per la prova di tenuta, come anzidetto.
Anche altri gas hanno caratteristiche simili, ma l’azoto è – come indicato nelle norme – il nostro gas d’elezione per queste attività.
1. Spurgare il tubo di rame durante la brasatura
Quando si brasa un tubo di rame, il rame reagisce con l'ossigeno circostante formando scaglie di ossido di rame sulla superficie del tubo. Sulla superficie esterna del tubo, le scaglie non fanno altro che renderlo brutto esteticamente. Ma se le incrostazioni si trovano sulla superficie interna, la storia è diversa.
Le incrostazioni formate sulla superficie interna del tubo di rame si romperanno distaccandosi gradualmente quando vengono “lavate” dal refrigerante che scorre all'interno quando l’apparecchiatura è in funzione. Le scaglie si uniranno al refrigerante e viaggeranno verso il compressore e la valvola di espansione.
Dopo un po', con una quantità sufficiente di questo “calcare”, il compressore può guastarsi e la valvola di espansione può incepparsi.
La maggior parte degli impianti si guasta a causa della formazione di incrostazioni che lentamente provocano danni. All’inizio è difficile individuare questo tipo di problema perché non possiamo vedere nulla di ciò che accade all’interno del tubo di rame, a meno che non si proceda nelle operazioni di manutenzione programmata all’analisi dell’olio, dalla quale e’ possibile rilevare la grandezza ed il tipo di fuliggine che ne definisce il problema.
2. Testare la tenuta nelle tubazioni
Ogni gas si espande quando viene riscaldato e si contrae quando raffreddato: anche l'azoto. Tuttavia, l’aria che respiriamo si espande più dell’azoto perché contiene umidità.
Per una corretta installazione di un insieme PED, che comprende le apparecchiature (ad esempio semi macchine) e le tubazioni, è obbligatorio (vedi link dedicato) eseguire un test di pressione – il test di tenuta - per rilevare eventuali perdite.
Per condurre un test di pressione, riempiamo tutto il circuito o parte di esso con azoto ad una pressione 1,1 volte la PS dell’impianto. Quindi lo lasciamo per 24 ore e torniamo per controllare se la lettura della pressione sui manometri diminuisce. Questo ci permette di verificare se c'è una perdita o meno.
Se utilizziamo l'aria ambiente anziché l’azoto per eseguire il test di pressione, i cambiamenti nella temperatura intorno al tubo di rame influenzeranno significativamente la lettura della pressione. Pertanto, non saremo sicuri della presenza di una perdita o se sia semplicemente più freddo l’ambiente.
Inoltre, più lungo è il tubo di rame, maggiore è l'impatto sulla lettura della pressione. Pertanto, quando conduciamo test di pressione, ad esempio, per sistemi di condizionamento VRF di grandi dimensioni o per un supermercato, cerchiamo anche di determinare la durata adeguata per eseguire il test di pressione con azoto per ridurre al minimo l'impatto della temperatura circostante sulla lettura della pressione, oppure aspettiamo che la temperaturta ambiente torni alle condizioni di inizio test.
Questo e’ il motivo per il quale e’ bene indicare nel verbale di collaudo le condizioni ambientali all’inizio ed alla fine del test stesso.
3. Eliminare la contaminazione dal tubo di rame
Per lo spurgo (il flussaggio) del tubo di rame, utilizziamo l'azoto per "espellere" qualsiasi contaminazione all'interno. Ancora una volta, non utilizziamo l’aria ambiente perché contiene umidità.
L'umidità è dannatamente perfida per le apparecchiature.
L'acqua non è comprimibile e quindi un compressore non può funzionare con l'acqua. Occorre eliminare ogni possibilità che il vapore acqueo possa restare o penetrare all'interno del tubo di rame, riducendo così le prestazioni dell’apparecchiatura.
Negli scenari peggiori, il compressore si guasta e deve essere sostituito. Ecco perché procediamo poi facendo il vuoto nelle tubazioni: si deve rimuove l'aria e l'umidità.
L'azoto assorbe l'umidità?
L'azoto certamente non assorbe umidità. Come abbiamo visto viene utilizzato per eliminarla (insieme alle procedure di vuoto) con il flussaggio.
Applicazioni dell’azoto nella refrigerazione
L'azoto ha molte applicazioni commerciali e tecniche. Le proprietà di raffreddamento dell'azoto liquido vengono utilizzate per:
•Congelare alimenti, sangue e altri materiali
•Modificare le proprietà dei metalli
•Controllare le temperature di reazione
•Raffreddare il calcestruzzo e simulare condizioni operative a freddo.
Nel caso del trasporto refrigerato, ad esempio nei container, l'azoto liquido viene spruzzato nel contenitore tramite un tubo spruzzatore con l'ausilio di un regolatore di temperatura a variazione continua (TIC). L'azoto liquido evapora e sostituisce l'ossigeno nella stiva (atmosfera inerte).
Considerazioni sulla sicurezza
I pericoli associati all'azoto sono l'asfissia e l'elevata pressione del gas nei contenitori e negli impianti.
Per quanto riguarda le attività che possono essere messe in opera per la mitigazione del rischio, sono, nel primo caso (asfissia), la ventilazione della zona in cui si svolgono le operazioni, che, se in spazi chiusi, secondo la EN 378-3, richiedono almeno 4 volumi ora. Nel secondo caso (pressione), occorre l’uso di mezzi di protezione individuale e di mitigazione del rischio, come dispositivi barriere, protezioni, posizione isolata/remota, etc. Ma sicuramente un’adeguata formazione.
In particolare, su quest’ultimo punto, torneremo in futuro.
Manipolazione e stoccaggio
Le bombole devono essere conservate in posizione verticale in un'area ben ventilata, asciutta, fresca e sicura, protetta dalle intemperie e preferibilmente resistente al fuoco. Nessuna parte della bombola deve mai superare la temperatura di 52 °C e le aree devono essere prive di materiali combustibili.
Le bombole devono essere conservate lontano da aree molto trafficate e uscite di emergenza. Evitare aree in cui sono presenti sale e altri materiali corrosivi.
Non conservare insieme i contenitori pieni e vuoti.
La guarnizione di uscita della valvola e il cappuccio protettivo della valvola devono essere lasciati in posizione finché la bombola non è stata fissata contro una parete o un banco oppure posizionata su un supporto per bombola ed è pronta per l'uso.
Quando si restituiscono le bombole vuote, assicurarsi che la valvola sia chiusa e che nella bombola rimanga una certa pressione positiva.
Sostituire eventuali uscite delle valvole e cappucci protettivi originariamente spediti con il contenitore ed etichettare la bombola come "Vuota". Non manomettere mai i dispositivi di sicurezza su valvole o bombole.
Non far cadere, trascinare, far rotolare o far scorrere i cilindri.
Utilizzare un carrello manuale appositamente progettato per lo spostamento della bombola.
Non utilizzare mai chiavi per aprire o chiudere una valvola dotata di volantino. Se si riscontrano difficoltà nell'azionare la valvola della bombola o nell'utilizzare i collegamenti della bombola, interrompere l'uso e contattare il fornitore del gas. Utilizzare solo i collegamenti corretti sul contenitore.
NON UTILIZZARE ADATTATORI!
Non tentare mai di sollevare una bombola dal tappo.
Non inserire MAI un oggetto (ad esempio una chiave inglese, un cacciavite, una leva, ecc.) nell'apertura del coperchio del cilindro. Ciò potrebbe danneggiare o aprire inavvertitamente la valvola. Utilizzare solo una chiave appositamente progettata per rimuovere i cappucci eccessivamente serrati o arrugginiti.
Aprire sempre lentamente la valvola della bombola del gas compresso per evitare una rapida pressurizzazione del sistema.
Utilizzare tubazioni e attrezzature progettate per resistere alle massime pressioni incontrate. Utilizzare un regolatore di riduzione della pressione o una valvola di controllo separata insieme a dispositivi di limitazione della pressione adeguatamente progettati per scaricare in sicurezza il gas nei sistemi funzionanti.
Utilizzare una valvola di ritegno per impedire il flusso inverso del gas nei contenitori.
Non surriscaldare mai deliberatamente una bombola per aumentare la pressione o la velocità di scarico.
Si consiglia che tutte le prese d'aria siano convogliate verso l'esterno dell'edificio e siano conformi alle normative locali.
È vietato riempire o spedire una bombola di gas compresso senza il consenso del proprietario.
Dispositivi di protezione individuale (DPI)
Il personale deve essere addestrato sulle proprietà e sulle considerazioni sulla sicurezza
prima di poter maneggiare l'azoto e/o le apparecchiature ad esso associate.
Si consiglia l'uso di occhiali di sicurezza, scarpe antinfortunistiche e guanti da lavoro in pelle durante la movimentazione delle bombole. In situazioni di emergenza è necessario indossare un autorespiratore.
Norma di riferimento per i gas industriali: UNI EN ISO 14175
La norma vigente per l’azoto e altri gas è la norma UNI EN ISO 14175 “Gas e miscele di gas per la saldatura per fusione e per i processi connessi”. La norma definisce:
- I livelli massimi di impurità di alcune specie gassose contenute nei gas puri e nelle miscele, eventualmente un livello di purezza
- La composizione delle miscele e la loro precisione
Per l’azoto questo significa una molecola di purezza pari a N2: ≥ 99,95%, detto comunemente azoto anidro (cioè privo di ossigeno).
Insomma, l’azoto e’ uno dei pilastri per la realizzazione di impianti di refrigerazione a “regola d’arte”!
CSIM puo’ accompagnare le imprese a predisporre le adeguate procedure operative, modulistica e manuali per l’utilizzo in sicurezza delle apparecchiature in pressione, mantenendo il massimo della tutela per i datori di lavoro, installatori/manutentori e Operatori delle apparecchiature in pressione.
La Redazione