Freddo sotto controllo
EDIZIONI SEMANTICA
PER L'AUTOMOBILE
Aprile 2007
▲ di Gianpaolo Riva per MTE
L’impianto di climatizzazione
non è solo un accessorio
per il confort, ma ben si
un sistema che garantisce
condizioni ottime nell’abitacolo,
ovvero lo stato necessario
per assicurare la massima
attenzione nella guida.
Descriviamo le metodologie
fondamentali per verificare
il corretto funzionamento
di tale impianto.
Quello che impropriamente viene chiamato condimosso tramite cinghia dal propulsore termico. Tale
zionatore e che deve essere invece indicato come
elemento ha il compito di aumentare la pressione
climatizzatore, è ormai presente su tutte le vetture,
di un fluido chiamato r134a (fino a qualche hanno
anche quelle di fascia bassa che un tempo prendefa era l’r12, abbandonato poi per motivi di inquinavano il nome di utilitarie. Poiché questo sistema ha la
mento). A causa dell’aumento di pressione il gas si
funzione di migliorare le condizioni
scalda e dunque viene fatto circodi guida del conducente e dunque
lare in uno scambiatore di calore
di preservare il suo stato di attendetto condensatore. Qui gli viene
Prima di immettere
zione, può essere considerato un
sottratto calore e passa dallo stato
elemento di sicurezza. E’ sostanzialgassoso a quello liquido. Il condenil gas in un impianto che
mente diviso in due parti principali:
satore si trova nella parte frontale
è stato precedentemente
una di controllo e il circuito frigoridella vettura, insieme al radiatore
geno. Il principio di funzionamento
del motore, dunque viene investito
svuotato, occorre fare
della prima parte varia da vettura a
dall’aria ed è sottoposto all’azione
il vuoto nell’impianto stesso
vettura, in funzione degli equipagdella ventola di raffreddamento. Il
giamenti. Può essere ad esempio tramite la pompa integrata fluido refrigerante viene poi spindi tipo elettronico, semiautomatico
to all’interno di un filtro chiamato
nella stazione di ricarica
o completamente manuale e può
essiccatore, che ha la funzione di
interagire con gli altri dispositivi
togliere le eventuali tracce di umidi gestione del veicolo con diverse
dità presenti nel fluido stesso e
strategie. Il circuito frigorigeno è invece, eccetto
svolge anche l’azione di serbatoio. Il gas arriva poi
specifiche varianti, simile su tutte le vetture e funalla valvola di espansione, costituita sostanzialmente
ziona secondo un principio comune, che descriviada una strozzatura attraverso la quale deve passare.
mo brevemente. All’interno del circuito situato nel
Avviene dunque un cambiamento di stato con travano motore della vettura, esiste un compressore
sformazione da fase liquida a quella gassosa. Tale
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PAGINE DI TECNICA
ARIA ESTERNA
ELETTROVENTOLA
CONDENSATORE
FILTRO
ALTA PRESSIONE LIQUIDO
COMPRESSORE
ALTA PRESSIONE VAPORE
ARIA ESTERNA
E/O DI RICIRCOLO
BASSA PRESSIONE LIQUIDO
ELETTROVENTILATORE
VALVOLA DI
ESPANSIONE
BASSA PRESSIONE VAPORE
EVAPORATORE
ARIA TRATTATA (ALL’ABITACOLO)
mutamento continua all’interno dell’evaporatore, un
secondo scambiatore posto nell’abitacolo ed investito sulla sua superficie esterna dall’aria ambiente,
spinta verso l’abitacolo stesso dalla ventola dell’impianto di climatizzazione. L’aria viene perciò raffreddata poiché l’espansione del gas assorbe il calore,
inoltre l’umidità in essa contenuta si condensa e
dunque viene anche deumidificata (le tracce di acqua
condensata vengono trasportate all’esterno del veicolo da uno specifico condotto che le raccoglie).
Il fluido refrigerante viene poi riaspirato dal compressore e il ciclo inizia nuovamente. Si noti che insieme
al gas si trova miscelato anche uno specifico olio,
indispensabile per lubrificare il compressore.
Tale componente deve essere perfettamente miscelabile con il gas stesso e dunque è assolutamente
necessario usare quello raccomandato dal costruttore del veicolo.
Anche gli O-ring di tenuta che sono presenti sui raccordi dei diversi elementi e tubi, sono specifici. Perciò
in caso di sostituzione (vivamente consigliata quando si svolge un intervento) è obbligatorio utilizzare
quelli espressamente indicati per l’impianto su cui
si sta operando e non altri di equivalente misura ma
realizzati con materiale comune.
Si noti inoltre che se occorre smontare un particolare
del circuito frigorigeno, è quasi sempre necessario
scaricare il circuito stesso (ovvero evacuare il fluido
presente al suo interno).
alta pressione
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5
bassa pressione
Lo schema mostra il circuito
frigorigeno con valvola di
espansione. E’ evidente la
zona di bassa pressione,
quella di alta pressione,
quella in cui il fluido refrigerante è in fase liquida e
quella in cui è in fase gassosa (vapore).
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3
1) compressore 2) condensatore elettroventilato 3) filtro 4) valvola di espansione 5) evaporatore 6) elettroventilatore 7) tubi
Questa operazione deve essere fatta con le moderne
attrezzature che permettono di riaspirare il gas, senza
disperderlo in atmosfera, in modo da non inquinare e
poterlo riutilizzare nuovamente.
Inoltre tali strumentazioni sono in grado all’atto della
ricarica, di aggiungere automaticamente la corretta
quantità d’olio nel fluido refrigerante che, ricordiamo
ancora una volta, deve essere assolutamente presente per preservare la funzionalità del compressore.
Si noti che il lubrificante deve essere aggiunto anche
L’immagine mostra gli elementi che compongono
il circuito frigorigeno.
Eccetto l’evaporatore che
si trova nella cabina del
veicolo, tutti gli altri dispositivi sono posizionati nel
vano motore. Il compressore è
azionato dal motore termico
tramite una cinghia.
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Freddo sotto controllo
Nell’evaporatore entra
il fluido che inizia la sua
trasformazione da fase
liquida a fase gassosa.
Durante questo mutamento
l’aria che lambisce esternamente l’evaporatore cede
il suo calore. Sulla superficie
dell’evaporatore si condensa
perciò l’umidità presente
nell’aria stessa, che oltre a
raffreddarsi viene perciò
anche deumidificata.
(Denso)
Nella scatola del condizionatore, posizionata solitamente
sotto alla plancia della vettura
ovvero nell’abitacolo, si trova
l’evaporatore, il radiatore del
riscaldamento e le palette che
permettono di indirizzare i
flussi d’aria all’interno della
scatola stessa. Fondamentale
è quella della miscelazione tra
aria calda e fredda (3).
in caso di sostituzione di un elemento dell’impianto
frigorigeno, per compensare quello che viene eliminato poiché rimasto all’interno dell’elemento stesso
cambiato con uno nuovo.
Anche in questo caso è comunque buona norma
attenersi alle indicazioni del costruttore del veicolo.
Prima di immettere il gas in un impianto che è stato
precedentemente svuotato, occorre fare il vuoto
nell’impianto stesso tramite la pompa integrata nella
stazione di ricarica. Questa funzione è importantissima poiché permette di creare le condizioni per le
quali il fluido refrigerante possa essere risucchiato
all’interno del circuito, inoltre consente di eliminare
tutte le tracce di impurità e umidità che potrebbero
essersi annidate negli elementi durante le fasi di riparazione (per questo motivo è indispensabile sigillare
sempre tutti i raccordi dei tubi e dei componenti,
quando sono stati smontati).
Infine la fase di generazione del vuoto può svelare una eventuale perdita nell’impianto, se il vuoto
1) elettroventilatore 2) batteria
evaporante 3) portello di termomiscelazione 4) scambiatore di calore
5) involucro >) flusso refrigerante
>) flusso fluido riscaldamento
>) flusso aria
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stesso non è perfettamente mantenuto per un certo
intervallo di tempo (qualche decina di minuti).
Dopo aver caricato il circuito con il fluido refrigerante, o in caso sia necessario verificare la funzionalità
del circuito stesso, occorre controllare sempre le
pressioni presenti nelle sue diverse parti.
Si definiscono due sezioni fondamentali dell’impianto, quella che va dall’uscita del compressore all’ingresso della valvola di espansione detta di alta pressione, la restante chiamata di bassa pressione.
L’analisi di queste due pressioni è fondamentale per
verificare lo stato operativo del sistema e può essere
effettuata con due manometri o con una strumentazione specificatamente progettata per fare questo
controllo. Nell’impianto sono generalmente presenti
(ma non sempre perché a volte sostituiti con altri
dispositivi che funzionano con diverse strategie), due
importanti elementi: il primo è il pressostato a tre
funzioni, mentre il secondo è il misuratore di temperatura dell’evaporatore.
Il pressostato aziona la ventola del condensatore
quando l’alta pressione assume valori elevati. In questo modo togliendo più calore al fluido la pressione
stessa diminuisce. Interrompe il funzionamento del
compressore se la pressione nel circuito è troppo
bassa (questa condizione non permettere infatti di
far circolare il lubrificante e il compressore stesso si
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LEGENDA: 1) albero 2) rotore a camma (disco inclinato) 3) flangia
comando bielle 4) pistone con anello di tenuta 5) ingranaggio
di guida 6) cuscinetti a rullini 7) valvola combinata di aspirazione/scarico 8) piatto valvole 9) guarnizione testa cilindri 10) testa
cilindri 11) copererchio anteriore con mozzo guida frizione elettomagnetica 12) guarnizione O-Ring a sezione quadra per tenuta fra
coperchio e corpo 13) corpo compressore 14) tappo immissionescarico olio 15) raccordo attacco tubi 16) valvola di servizio.
Lo spaccato mette in evidenza i componenti fondamentali del compressore con pistoni assiali e cilindrata fissa. L’attivazione di questo
elemento avviene tramite la frizione elettromagnetica, che permette di innestare la puleggia trascinata dalla cinghia con il suo albero.
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Freddo sotto controllo
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danneggerebbe). Infine se l’alta pressione diventa
troppo elevata, interrompe ancora il funzionamento
del compressore, evitando lo scoppio dei tubi in
gomma. Nel caso in cui la temperatura dell’evaporatore diventi troppo bassa, accade che l’umidità presente nell’aria che lo attraversa esternamente, formi
uno strato di brina sulla sua superficie, riducendo di
fatto il passaggio dell’aria stessa.
In questo caso il sensore di temperatura dell’evaporatore è in grado di rilevare l’anomala condizione
di funzionamento e tramite una specifica centralina
che riceve l’informazione dal sensore stesso, viene
interrotta la funzionalità del compressore, fino a
quando la temperatura non ha raggiunto il valore
coretto. Quelli fino ad ora descritti sono gli elementi
fondamentali presenti in un sistema di climatizzazione tipico, nel quale indipendentemente dalle sue
specificità, rimane comunque sempre indispensabile
verificare lo stato delle pressioni, alta e bassa, già citate, per verificare il suo perfetto funzionamento.
Se il compressore è a cilindrata fissa, il sistema di controllo tramite la frizione elettromagnetica presente
sulla sua puleggia, definisce i suoi cicli di lavoro (attivazione e disattivazione provocate dalla temperatura
del evaporatore ed evidenziate dalle variazioni delle
pressioni oltre che dal rumore provocato dall’inserimento della frizione stessa).
Quando il circuito funziona correttamente e il compressore è attivo, si devono avere valori di alta e
bassa pressione specifici, dipendenti dalla temperatura ambiente.
Se il compressore è a cilindrata variabile, la frizione
elettromagnetica verrà attivata solo in condizioni di
emergenza (pressione troppo bassa o troppo alta),
ma nel normale funzionamento del sistema le pressioni e dunque la resa dell’impianto di climatizzatore,
verrà regolata modificando la cilindrata stessa e
cioè in definitiva l’azione del compressore (elevata
cilindrata = grande capacità di compressione, bassa
cilindrata = limitata capacità di compressione).
In questo caso non si potranno osservare delle oscillazioni nette delle pressioni, evidenti quando la frizione
elettromagnetica viene attivata o disattivata nel caso
di cilindrata fissa, ma ben si delle variazioni continue
delle grandezze fisiche. Ovviamente queste grandezze dipendono anche dal fluido refrigerante utilizzato,
che come detto è ormai unicamente l’r134a.
Durante le verifiche dell’operatività dell’impianto
frigorigeno, occorre ovviamente accendere il climatizzatore e regolarlo sul freddo intenso, portare alla
massima velocità il ventilatore abitacolo, mantenere
porte e vetri chiusi e verificare in queste condizioni
la temperatura dell’aria all’uscita delle bocchette di
aerazione. Il motore deve inoltre ruotare ad un regime stabilizzato di circa 2000 giri/min., condizione alla
quale devono essere verificate le pressioni.
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LEGENDA: 1) collettore di aspirazione 2) testata posteriore 3) Collettore di mandata 4) pistone 5)
biella 6) piastra oscillante non rotante 7) cuscinetto reggispinta 8) piastra oscillante rotante 9) colonnetta di trascinamento 10) perno 11) terminale elettrico della frizione 12) gruppo di trascinamento
della frizione 13) anello di tenuta 14) cuscinetto della puleggia 15) gruppo puleggia 16) bobina 17)
perno di guida 18) cuscinetto reggispinta 19) manicotto scorrevole 20) albero 21) molla 22) cuscinetto
posteriore 23) gruppo valvola di regolazione.
Nel compressore con pistoni assiali e a cilindrata variabile, il piatto che mette in movimento i pistoni
stessi ha l’inclinazione che può essere modificata, modulando perciò conseguentemente la corsa e
dunque la cilindrata. L’inclinazione di questo elemento viene comandata dalla valvola di regolazione
(23), sensibile alla pressione presente nell’impianto.
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1) gruppo disco di trascinamento 2) puleggia 3) bobina
4) cuscinetto 5) mozzo supporto puleggia 6) testata compressore 7) corpo compressore
8) albero compressore
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1) bullone fissaggio disco
frontale 2) rosetta piana
3) gruppo di trascinamento
4) puleggia completa 5) puleggia 6) parapolvere 7) cuscinetto 8) anello di arresto 9) anello
di arresto 10) vite fissaggio
bobina magnetica 11) bobina
magnetica
La frizione elettromagnetica permette di scollegare l’albero del compressore dalla puleggia trascinata in continuo dalla cinghia, a sua volta azionata dal motore termico.
Il condensatore trova posto nella
parte anteriore del veicolo, è investito dalla corrente d’aria generata
dal movimento del veicolo stesso
o dalla rotazione della ventola.
Questo scambiatore permette di
trasformare la fase del fluido
refrigerante da gassosa a liquida.
(Denso)
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4
2
Y
1
X
3
1) valvola di espansione
2) tubo dal condensatore
3) evaporatore
4) tubo al compressore
X) raccordo ingresso evaporatore
Y) raccordo uscita evaporatore
>) flusso refrigerante
Il filtro essiccatore ha la fondamentale funzione di trattenere
l’inevitabile umidità presente nel circuito frigorigeno, che altrimenti bloccherebbe le funzionalità della valvola di espansione.
La valvola di espansione da inizio alla trasformazione di fase del fluido refrigerante da liquida a gassosa.
Questa trasformazione continua poi nel evaporatore e permette di assorbire il calore dell’aria che lambisce la parte esterna dell’evaporatore stesso.
ARIA ESTERNA
ELETTROVENTOLA
CONDENSATORE
ALTA PRESSIONE
LIQUIDO
COMPRESSORE
ALTA PRESSIONE
VAPORE
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BASSA PRESSIONE
LIQUIDO
ARIA ESTERNA
E/O DI RICIRCOLO
ELETTROVENTOLA
BASSA PRESSIONE
VAPORE
EVAPORATORE
TUBO DI
ESPANSIONE (OT)
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3
ACCUMULATORE/
DISIDRATATORE (A/D)
ARIA TRATTATA
(ALL’ABITACOLO)
In particolari impianti frigorigeni, la valvola di espansione non è esterna ma è posizionata all’interno
dei condotti e dunque non visibile. Il principio di funzionamento dell’impianto però non cambia.
LEGENDA: 1) tubo di espansione 2) filtro ingresso 3) filtro uscita 4)
O-Ring 5) ingresso (dal condensatore) 6) uscita (all’evaporatore).
Il disegno mostra la struttura della valvola di espansione detta
anche tubo di espansione, inserita all’interno del condotto del
circuito frigorigeno, che precede immediatamente l’evaporatore.
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Freddo sotto controllo
TABELLA A
TEMPERATURA AMBIENTE (°C)
ALTA PRESSIONE
(kg/cm2)
BASSA PRESSIONE
(kg/cm2)
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circa 11
circa 1.5
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circa 15
circa 1.5
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circa 17
circa 1.5
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circa 1.5
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circa 22
circa 2
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circa 25
circa 2.5
ANOMALIA
SINTOMI
CAUSE E RIMEDI
Poco gas nell’impianto
Pressioni basse.
Raffreddamento non sufficiente
Possibile perdita,
riparare e ricaricare
Aria nell’impianto
Pressioni troppo elevate.
Raffreddamento insufficiente
Scaricare l’impianto ed
effettuare correttamente il vuoto.
Ricaricare l’impianto
TABELLA B
La bassa pressione ha valori
Presenza di umidità nell’impianto
Scaricare l’impianto, sostituire
troppo bassi, dopo pochi minuti
(formazione di ghiaccio sulla
il filtro essiccatore, effettuare
di funzionamento il climatizzatore
valvola di espansione)
correttamente il vuoto e la ricarica
non genera più aria fredda
Per poter utilizzare lo strumento A/C DIAG della Tecnomotor è
sufficiente collegare i trasduttori di pressione alla sezione di alta
e bassa pressione del circuito frigorigeno, nei punti dove normalmente si effettua la ricarica. Va inoltre messa una sonda
di temperatura all’uscita di una bocchetta di aerazione.
Condensatore inefficiente
Pressioni elevate.
Raffreddamento insufficiente
Verificare il corretto funzionamento
del ventilatore, il suo senso di rotazione, la pulizia della massa radiante
Valvola di espansione bloccata o
funzionante non correttamente
Pressioni non corrette, resa
dell’impianto insufficiente
Sostituire la valvola
di espansione
Sensore temperatura evaporatore
non funzionante correttamente
I cicli di funzionamento del
compressore con cilindrata fissa
non sono corretti. La portata
dell’aria nell’abitacolo è molto bassa
(ghiaccia l’evaporatore)
Sostituire il sensore
di temperatura evaporatore
La cinghia di comando
del compressore slitta
Le pressioni non sono regolari. La
resa dell’impianto è non sufficiente
Tendere o sostituire
la cinghia
Il compressore è rumoroso
Cuscinetto puleggia rovinato.
Impianto eccessivamente carico.
Compressore rovinato
Controllare le pressioni nel
circuito e procedere ad una
verifica del compressore
Non esce aria fredda
dalle bocchette
Verificare le strategie di funzionamento del sistema di controllo.
Verificare i meccanisimi di azionamento dello sportello e il movimento dello sportello stesso
Non funziona lo sportello
miscelatore del climatizzatore
La tabella A mostra i valori medi della pressione nella sezione di alta e bassa pressione del circuito frigorigeno, in funzione della temperatura ambiente. La tabella B mostra, invece, le possibili cause (non
tutte ovviamente), che possono provocare malfunzionamenti comuni negli impianti di climatizzazione.
Un’interfaccia alla quale sono collegati i trasduttori, comunica con
lo strumento di diagnosi polivalente SOCIO, che con i dati ricevuti
eseguirà la diagnosi dell’impianto.
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GLI STRUMENTI DI DIAGNOSI
Per poter verificare le pressioni nel circuito del climatizzatore è sufficiente utilizzare due manometri, dotati di opportuni attacchi per essere collegati alle canalizzazioni della sezione di alta e bassa pressione.
Questi manometri sono sempre presenti sulle stazioni di ricarica. E’ ovvio che i dati
letti devono poi essere interpretati con esperienza, per poter risalire alle cause
che provocano valori non corretti e un funzionamento inefficiente dell’impianto.
Può dunque essere utile usufruire di strumentazione caratterizzata da maggior
flessibilità d’uso.
Un esempio di tale strumentazione è dato dal A/C DIAG prodotto dalla Tecnomotor
Freddo sotto controllo
Sulla diagnosi occorre selezionare il tipo di gas usato nel
circuito, se la valvola di espansione è esterna (tradizionale)
o annegata nel tubo in ingresso all’evaporatore. Bisogna
poi immettere manualmente
la temperatura ambiente,
poiché quella misurata dall’interfaccia che si trova in prossimità del propulsore caldo,
potrebbe non essere reale.
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Con i sensori di pressione scollegati occorre tarare lo strumento,
che si posizionerà perciò al valore di pressione relativa paria a
0 bar.
Collegando i trasduttori di pressione all’impianto frigorigeno, ma
mantenendo il climatizzatore spento, ovviamente le pressioni
nella sezione di bassa e di alta si equivalgono.
ed integrato nel strumento di diagnosi multimarca SOCIO, già da tempo commercializzato. Questo
dispositivo è dotato fondamentalmente da due trasduttori di pressione che vengono collegati alle già
citate sezioni di alta e bassa pressione.
Tali elementi generano perciò un segnale elettrico
che viene inviato alla diagnosi tramite un’interfaccia
con trasmettitore Bluetooth. Oltre alle informazioni
delle pressioni, viene rilevata anche la temperatura
dell’aria all’uscita delle bocchette, tramite uno specifico trasduttore opportunamente posizionato davanti ad una di esse.
Questi parametri confrontati con la temperatura
ambiente che l’operatore deve inserire come dato
PAGINE DI TECNICA
Con il climatizzatore in funzione si può notare la differenza
tra alta pressione (in uscita
dal compressore) e bassa
pressione (in ingresso al compressore).
L’andamento delle pressioni
e della temperatura in uscita
dalla bocchetta di aerazione,
può essere visualizzato dal
SOCIO anche graficamente.
Dopo aver attivato la procedura di diagnosi automatica, lo strumento monitorizza le pressioni e la temperatura all’uscita della
bocchetta di aerazione per un breve periodo ti tempo. In questo
periodo mostra i valori attuali delle grandezze analizzate.
nello strumento, permettono allo strumento stesso
di elaborare in modo autonomo una diagnosi dell’impianto di climatizzazione, suggerendo una serie
di anomalie possibili. Dunque l’A/C DIAG non è solo
un rilevatore di grandezze fisiche (pressioni e temperature nel caso specifico) e cioè non fa semplicemente ciò che normalmente esegue un manometro
Terminata la diagnosi vengono forniti gli esiti che possono
essere ovviamente positivi
o negativi. In questo ultimo
caso vengono indicati anche i
possibili malfunzionamenti.
o un termometro, ma ben si è in grado di elaborare
le informazioni ricevute, indicando poi una serie di
possibili malfunzionamenti che l’operatore deve verificare con cura e se presenti, riparare.
L’uso di questo strumento è molto semplice ed intuitivo inoltre le dimensioni ridotte garantiscono una
elevata praticità.
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