Il ciclo frigorifero

Un ciclo frigorifero è un ciclo termodinamico in grado di trasferire calore da un ambiente a bassa temperatura ad uno a temperatura superiore. La spiegazione scientifica implica il secondo principio della termodinamica secondo il quale per trasferire calore tra due corpi è necessaria una differenza positiva di temperatura tra la sorgente ed il ricevente. Il ciclo frigorifero a compressione semplifica la realizzazione del trasferimento di temperatura grazie ad un compressore e ad un fluido intermedio (gas refrigerante) inserito in un circuito che sfrutta la sua proprietà di cambiare temperatura a seconda del suo stato (liquido o gassoso).

Oltre al ciclo frigorifero a compressione ha impiego relativamente diffuso il ciclo frigorifero ad assorbimento in cui si sfrutta il calore di dissoluzione di un soluto in un solvente (generalmente acqua) che viene ciclicamente concentrato e diluito. Il ciclo ad assorbimento non consente il raggiungimento di temperature particolarmente basse; è molto impiegato nei casi in cui si disponga di calore di esubero (cogenerazione) o in mancanza di energia elettrica necessaria all’azionamento del compressore. Il soluto di norma è il bromuro di litio o ammoniaca. Malgrado la relativa complicazione, il ciclo frigorifero ad assorbimento è stato ideato prima di quello a compressione, e si deve a Ferdinand Carrè. Il funzionamento del frigorifero si basa sul principio secondo il quale un gas, quando viene compresso (diminuzione di volume), si riscalda e quando si espande (aumento di volume) si raffredda; ciò che avviene nel circuito refrigerante è proprio un ciclo continuo di compressione e successiva espansione a cui viene sottoposto il fluido refrigerante.

Più specificatamente il compressore provvede a far circolare il fluido refrigerante aspirandolo dall’evaporatore, ove si trova alla stato gassoso e a comprimerlo nel condensatore; questi è costituito da una lunga serpentina, visibile nella parte posteriore del frigorifero. Nel condensatore il fluido refrigerante viene compresso (e quindi subisce un riscaldamento) e raffreddato naturalmente dall’aria che circola intorno alla serpentina; questo raffreddamento provoca la condensazione del fluido che passa così dallo stato gassoso a quello liquido. Alla fine del condensatore è posto un tubo capillare che immette il liquido nell’evaporatore; questi consiste in una serpentina di diametro molto maggiore rispetto a quella del condensatore e si trova sottoposto alla depressione creata dal compressore.

Nei circuiti più sofisticati il tubo capillare è sostituito da una vera e propria valvola di espansione che regola in modo più puntuale la quantità di liquido necessario nell’evaporatore oltre a generare il differenziale di pressione. Non appena il fluido entra nell’evaporatore si trova sottoposto ad una pressione molto più bassa e pertanto si espande rapidamente ed evapora passando allo stato di gas, così facendo si raffredda ed assorbe calore dall’esterno provocando l’abbassamento di temperatura nel frigorifero; questo gas viene poi aspirato dal compressore ed il ciclo può così ricominciare.