Come funziona un frigorifero?

In questo articolo andremo ad analizzare il funzionamento di un frigorifero, sia dal punto di vista del ciclo termodinamico che da punto di vista meccanico. Buona lettura!

Quale principio sta alla base del funzionamento di un frigorifero?

Come tutti già sappiamo, un frigorifero è un elettrodomestico atto a mantenere una temperatura al suo interno prossima allo zero: nel caso di frigorifero siamo intorno ai 4°C, mentre per un congelatore parliamo di -18°C/-19°C.

Di base, un frigorifero riesce a raggiungere il suo obiettivo per mezzo di un ciclo frigorifero, ovvero un ciclo termodinamico in grado di attuare un trasferimento di calore dalla cella frigorifera ad un fluido di lavoro, abbassando quindi la temperatura della cella stessa.

Il ciclo solitamente più utilizzato a livello domestico è detto ciclo di Kelvin o ciclo a compressione.

Funzionamento di un ciclo a compressione

Si immagini di avere un circuito chiuso contenente un fluido di lavoro in condizione di vapore saturo, ovvero vapore al 100%. Andiamo ora comprimere, per mezzo quindi di un compressore, il fluido di lavoro stesso, arrivando quindi in una condizione di vapore surriscaldato: pressione e temperatura saranno aumentati rispetto alla condizione iniziale. La terza fase consiste nella condensazione del fluido di lavoro, ovvero nel passaggio da vapore surriscaldato a liquido saturo, mantenendo sempre il livello di pressione maggiore rispetto al punto di partenza del ciclo. Il calore liberato in questa fase viene solitamente rilasciato in aria aperta: sul retro di un frigorifero troviamo una serpentina avente questo scopo.

Il fluido di lavoro, a questo punto, si trova in condizione di liquido saturo (ovvero liquido al 100%), in compressione. Tramite una valvola di espansione, il fluido verrà riportato alla pressione di partenza, alla stessa temperatura che aveva in origine, ma in uno stato ibrido tra liquido e vapore: avrà pertanto bisogno di acquisire calore per evaporare totalmente e tornare alla condizione iniziale di vapore saturo. Resta pertanto l’ultima fase, in cui il fluido stesso acquisirà appunto calore per tornare allo stato di vapore saturo. In questo caso, ciò che riscalderà il fluido sarà la cella frigorifera stessa: avendo il fluido di lavoro temperatura inferiore a quest’ultima, essa potrà “cedere” calore al fluido. Dunque, è proprio quest’ultima fase a generare la refrigerazione.

Quale fluido viene utilizzato in un ciclo frigorifero?

Un buon fluido refrigerante deve avere alta entalpia di vaporizzazione, ovvero deve richiedere un valore alto di energia per kg nella fase di evaporazione (maggiore è tale valore, maggiore sarà a capacità refrigerante del ciclo), ed alta densità (a parità di volume avrò più massa di refrigerante, quindi aumenterà l’energia assoluta di refrigerazione). Dovrà essere inoltre stabile nelle condizioni di pressione e temperatura di esercizio.

Solitamente i refrigeranti utilizzati sono di tipo artificiale, anche se in alcune applicazioni (solitamente industriali) vengono utilizzati fluidi come l’ammoniaca. Per anni si è utilizzato nei frigoriferi un fluido a base di metano ed etano di nome Freon, ora reso illegale in quanto largamente responsabile dell’allargamento del buco nell’ozono.

Conclusioni

L’articolo di oggi aveva come scopo il mostrare brevemente il funzionamento di un frigorifero. Spero che l’articolo sia stato chiaro e di vostro gradimento: fatemelo sapere nei commenti.

Noi ci risentiamo nel prossimo articolo

Un saluto

Luca

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