Come funziona un frigorifero

Un frigorifero funziona utilizzando il ciclo di refrigerazione a compressione di vapore per rimuovere il calore dall'interno dell'elettrodomestico e trasferirlo all'ambiente circostante. Spostando efficacemente l'energia termica verso l'esterno, questo trasferimento raffredda lo spazio interno. Il processo si basa sui principi della termodinamica e sulle proprietà dei refrigeranti per trasferire in modo efficiente il calore all'interno del sistema.

Per aiutarti a passare dai diagrammi teorici che vedrai al frigorifero di casa tua, ecco tre schemi delle configurazioni comuni. Clicca su ogni diagramma per visualizzarlo ingrandito.

Il classico di sempre, il frigorifero con congelatore superiore

L'evoluzione successiva: il frigorifero side-by-side. Alcuni modelli possono avere due evaporatori.

Il frigorifero French Door, molto comune nei modelli di fascia alta; spesso dotato di due evaporatori. Potresti trovare altre configurazioni con doppio evaporatore, specialmente nei modelli side-by-side.

Il ciclo di refrigerazione comprende quattro componenti principali: il compressore, il condensatore, la valvola di espansione o capillare e l'evaporatore; tutti manipolano la pressione e lo stato (liquido o gassoso) del refrigerante per assorbire calore all'interno dello scomparto e rilasciarlo all'esterno. Puoi vedere questi componenti nei diagrammi sopra, dove sono situati in tre frigoriferi diversi. Tutti utilizzano gli stessi principi di funzionamento spiegati di seguito.

• Il ciclo inizia con il compressore, che è essenzialmente una pompa azionata da un motore elettrico.
• La funzione principale del compressore è comprimere il gas refrigerante, aumentandone temperatura e pressione.

• Il gas refrigerante caldo ad alta pressione esce dal compressore ed entra nel condensatore, una serie di bobine o tubi situati sul retro o sotto il frigorifero.
• Il gas rilascia calore nell'ambiente circostante (aria), mentre la ventola del condensatore soffia aria sui tubi del condensatore stesso.
• Mentre il gas refrigerante si raffredda nel condensatore, condensa, rilasciando ulteriore calore e trasformandosi in un liquido caldo, ancora ad alta pressione.

• Il liquido refrigerante caldo ad alta pressione scorre attraverso un tubo di piccolo diametro chiamato tubo capillare, che ne limita il flusso.
• Questo capillare fa perdere pressione al liquido refrigerante mentre vi scorre attraverso.
• Alla fine del capillare, dove si unisce all'evaporatore, la pressione ora più bassa nell'evaporatore permette al liquido refrigerante di espandersi, e una piccola quantità torna allo stato di vapore.
• Per diventare vapore, questa piccola porzione di liquido assorbe calore dal refrigerante liquido caldo, raffreddando il liquido rimanente e diventando una miscela a bassa temperatura di liquido freddo a bassa pressione con una piccola parte di gas.
• Il nostro diagramma mostra una valvola, ma il capillare svolge sostanzialmente la stessa funzione.

• La miscela di liquido e gas refrigerante freddo a bassa pressione scorre attraverso l'evaporatore, una serie di bobine o tubi situati all'interno del frigorifero o del congelatore.
• Il liquido refrigerante nella miscela vaporizza e, per farlo, assorbe calore dall'aria all'interno del frigorifero, causandone il raffreddamento.
• La ventola dell'evaporatore fa circolare l'aria all'interno del frigorifero per permetterle di passare vicino al freddo evaporatore e raffreddare l'interno.
• Questo processo di raffreddamento dell'aria continua finché non viene raggiunta la temperatura desiderata. Quando il compressore si spegne, il flusso di refrigerante si interrompe e il raffreddamento si ferma.

• Il refrigerante, ora riscaldato e trasformato completamente in un gas freddo a bassa pressione, ritorna al compressore, dove il ciclo ricomincia da capo.

• La temperatura del frigorifero è mantenuta tramite un sistema di controllo a feedback che coinvolge sensori della temperatura e termostati.
• Quando la temperatura all'interno degli scomparti sale sopra un valore impostato, il termostato segnala al compressore di avviare il ciclo di refrigerazione.
• Una volta raggiunta la temperatura desiderata, il termostato segnala al compressore di fermarsi. Quando il compressore si ferma, il raffreddamento si interrompe.

Puoi immaginare il refrigerante come una spugna per il calore. Una spugna stretta con forza (ovvero compressa) viene immersa in una bacinella piena d'acqua (l'interno del frigorifero). Rilasciare la spugna (riducendo la pressione/espansione) le permette di assorbire acqua (calore) dalla bacinella. La spugna imbevuta viene rimossa dalla bacinella e strizzata (compressione), facendo uscire l'acqua nella cucina. Ripeti questo processo molte volte e riuscirai a rimuovere gran parte dell'acqua dalla bacinella originale.

Un altro paragone è il meccanismo di raffreddamento del corpo umano: il sudore. Il tuo corpo utilizza un cambiamento di stato (evaporazione dell'acqua) per rinfrescarti. Il tuo corpo fornisce il calore necessario affinché ciò accada, raffreddandoti. Quando l'aria è secca, l'evaporazione avviene rapidamente e l'effetto rinfrescante è elevato. Quando l'aria è umida, il sudore non evapora altrettanto bene e ti senti caldo e sudato.

I buoni refrigeranti hanno un basso punto di ebollizione per essere in grado di assorbire calore evaporando anche in condizioni fresche come l'interno di un frigorifero o un congelatore. Hanno anche un punto critico elevato, che determina la temperatura massima alla quale possono esistere come liquido e gas, e un calore latente elevato, il che significa che possono assorbire (o rilasciare) più calore durante i cambiamenti di stato (come da liquido a gas). Infine, si basano su una bassa viscosità per poter scorrere attraverso tutto il sistema con una perdita di flusso minima (tranne che nel tubo capillare), in modo che la pressione possa essere manipolata per facilitare il trasferimento di calore, e su un'alta densità (per massimizzare la quantità di energia immagazzinata nel composto, aumentandone ulteriormente l'efficacia). I refrigeranti vengono scelti per le loro strutture chimiche che possiedono queste proprietà, oltre ad altre come la bassa tossicità e l'economicità.

Un frigorifero funziona basandosi sui principi della termodinamica, pompando un refrigerante attraverso un ciclo di tubi che assorbe calore all'interno del frigorifero e lo dissipa all'esterno.