Ultra Congelatori: Come Funzionano?

Che cos’è un Ultra congelatore?

L’Ultra congelatore è uno degli strumenti principali utilizzato nei laboratori di ricerca. Il congelatore ULT ha la funzione di salvaguardare, mantenendo a temperature bassissime, campioni biologici importanti per lo studio di ricerca in esecuzione nei laboratori.

La temperatura di esercizio può variare dai -45°C fino a -89°C. Tante sono le caratteristiche che rendono un Ultra Congelatore una macchina estremamente affidabile per la ricerca scientifica.

Le riassumiamo qui sotto, grazie ai nostri anni di esperienza nel campo e alla continua collaborazione con alcuni dei più importanti ricercatori scientifici nel mondo.

Tipologie

Generalmente è disponibile in due versioni: verticale ad armadio e orizzontale a pozzo con accesso dall'alto. Il più diffuso è la versione verticale, in quanto nei laboratori si cerca sempre più di risparmiare spazio per agevolare la mobilità.

Volumi

Il congelatore a bassa temperatura può differenziarsi per volume di stoccaggio interno. Può infatti partire da una capacità interna di 200 litri fino ad arrivare ad una capacità massima di 800 litri. Alcuni produttori, come FDM, forniscono anche versioni customizzate su richiesta.

Struttura

L’Ultra congelatore è dotato internamente di ripiani, dove vengono allocati i campioni di ricerca. Ogni ripiano è chiuso da uno sportellino interno in modo da mantenere la temperatura quanto più uniforme nei ripiani in cui non viene prelevato o inserito un campione.

Isolamento

L’isolamento è una parte fondamentale di Ultra freezer. Per mantenere il freddo immagazzinato all'interno dell’armadio, tra la parete esterna e quella interna è presente l’isolamento in poliuretano ad alta resistenza termica, privo di elementi nocivi, che consente appunto di raggiungere e mantenere la temperatura desiderata.

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Guarnizione

Un altro elemento fondamentale per garantire il raggiungimento della temperatura è la guarnizione, che è collocata lungo tutto il perimetro della porta di accesso principale. Le più efficienti sono quelle a quadruplo scalino siliconico.

Porta di accesso

La porta di accesso principale, anch'essa coibentata con poliuretano, garantisce la massima tenuta del freddo ed è bloccata da una chiusura esterna generalmente munita con chiave di sicurezza.

Ruote pivottanti

I congelatori da laboratorio più pratici sono attrezzati di ruote pivottanti alla loro base, in modo da rendere maggiormente pratico lo spostamento all'interno del laboratorio.

Controllori

I congelatori sono equipaggiati con controllori elettronici PLC e con un display che indica i parametri di congelamento. L’intero sistema di controllo generalmente è munito di una batteria a tampone, che permette il funzionamento del display digitale di temperatura e degli allarmi anche in caso di mancanza di corrente elettrica. 

Come funziona il circuito frigo di un Ultra congelatore?

I sistemi di refrigerazione possono essere a singolo compressore oppure a doppio compressore in cascata (sistemi a doppio stadio). In questo secondo caso i circuiti di refrigerazione sono due, collegati in modo che l’evaporatore di uno raffreddi il condensatore dell’altro, facilitando la condensazione del gas compresso nel primo circuito.

Generalmente, nei sistemi di refrigerazione da laboratorio sono impiegati i condensatori raffreddati ad aria, costituiti da batterie di tubi (in rame o rame-alluminio) disposti in modo da offrire la massima superficie di scambio termico. Negli Ultra congelatori la circolazione dell’aria di raffreddamento è forzata da una ventola azionata da un motore e l’espansione dei fluidi frigorigeni è ottenuta mediante tubi capillari.

L’evaporazione avviene attraverso scambiatori a piastra in acciaio, posti all'interno della camera, o mediante serpentina. L’evaporatore a serpentina di rame o rame-alluminio nei congelatori orizzontali è disposto lungo le pareti e il fondo, mentre nei congelatori verticali corre lungo le pareti e nella parte superiore. La serpentina nella camera elimina i problemi di efficienza nello scambio di calore propri dei congelatori con la serpentina nell'intercapedine di isolamento.

Fluidi refrigeranti utilizzati negli ULT congelatori

I fluidi refrigeranti sono scelti tra i composti chimici allo stato gassoso che possono essere facilmente liquefatti e caratterizzati da alcune proprietà, quali alta temperatura critica e bassa pressione critica, bassa pericolosità e tossicità. 

Sono indicati con la lettera R seguita da un numero che fa riferimento agli atomi della molecola.

Ogni impianto refrigerante deve essere ermeticamente sigillato e contenere gas refrigeranti ecologici di tipo HFC esenti da CFC e HCFC, atossici non esplosivi e non infiammabili. 

I fluidi refrigeranti più efficienti, ecologici ed utilizzati negli ultra congelatori sono tipicamente R170 e R449A.

Con la nuova Normativa Europea UE 517/2014, i produttori degli Ultracongelatori devono seguire le linee guida per consentirne l’utilizzo anche dopo il 2030. Quindi devono utilizzare refrigeranti ecologici:

R717 (ammoniaca)

R744 (anidride carbonica)

R170 (etano)

R290 (CARE 40) Propano

R600a (CARE 10) Isobutano

R1150 (etilene)

R1270 (CARE 45) Propilene

R449A (zeotropico HFO)

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Di quali accessori può disporre un Ultra congelatore?

Solitamente, tra gli accessori vengono forniti: 

un impianto di emergenza a CO2 e/o LN2 (entrambi con alimentazione indipendente, sonda e batteria). 

Inoltre, per la tracciabilità della temperatura della camera, i congelatori possono essere muniti di un registratore di temperatura settimanale a dischi diagrammati, che ad oggi sono quasi del tutto sostituiti da quelli digitali. 

Secondo le norme internazionali in vigore, il registratore è obbligatorio per i congelatori a -45°C e -86°C destinati alla conservazione di emoderivati. 

Altri accessori sono: contenitori, cassettiere e racks di vario tipo in acciaio per lo stoccaggio di cryoboxes, di micropiastre, di sacche di sangue e provette studiate per lo stoccaggio a bassa e bassissime temperature. 

Per maneggiare all’interno degli ultra congelatori, è necessario usare adeguati indumenti protettivi per la protezione del capo, utilizzando guanti di cuoio per la protezione delle mani, tute e camici per proteggere il corpo.