Come funziona un frigorifero e quali sono i suoi componenti

Sebbene la pratica di conservare gli alimenti facendo ricorso al freddo risalga ormai a diversi secoli fa, il frigorifero (letteralmente dal latino portatore di freddo), come elettrodomestico si diffuse solamente nel 1915 grazie allo statunitense Alfred Mellows. Tre anni dopo, la General Motors ne acquistò i diritti e i frigidaire ebbero diffusione su scala mondiale. Grazie alla termodinamica, il campo della fisica che studia i processi legati al calore, vedremo come si può creare un ambiente freddo e adatto alla conservazione dei cibi.

Il freddo in fisica

Il principio fisico per cui dentro al frigo riusciamo a ottenere un ambiente fresco è molto simile a quello alla base del funzionamento del condizionatore ad aria che rinfresca le nostre case, con ovviamente qualche differenza.

Anche nel caso del frigorifero gioca un ruolo chiave il fluido refrigerante: un fluido che attraverso alcuni processi fisici raggiunge temperature tali da riuscire a raffreddare la cavità del frigo. Ricordiamo infatti che in fisica il concetto di freddo (e raffreddamento) è sempre definito in termini di sottrazione del calore. Ossia: raffreddare significa togliere calore, per cui il compito del fluido refrigerante sarà proprio questo. Il calore, poi, non può fluire liberamente da un corpo ad un altro, ma come ci dice il secondo principio della termodinamica, si può spostare solo da un corpo più caldo ad uno più freddo e mai viceversa.
Da questi due presupposti capiamo che il raffreddamento dentro al frigo avviene perché il suo interno è più caldo del fluido refrigerante e gli cede calore.

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I componenti del frigorifero

I componenti chiave per il ciclo di raffreddamento di un frigo sono essenzialmente quattro. Innanzitutto la serpentina facilmente visibile nel retro del frigorifero, chiamata condensatore, serve a rinfrescare il fluido refrigerante (il vero operatore del freddo del frigorifero). Esiste poi una seconda serpentina, detta evaporatore, che invece si trova all’interno del frigorifero: qui è dove il fluido refrigerante raffredda effettivamente la cavità. Vicino all’evaporatore, proprio al suo ingresso, si trova la valvola di espansione, responsabile del drastico raffreddamento del fluido refrigerante.
Infine, alla base del frigo troviamo un piccolo compressore, che invece ha il compito di preparare le condizioni iniziali del fluido, in modo che possa essere poi effettivamente refrigerante.

Principio di funzionamento

All’accensione del frigo si mette in moto il piccolo compressore, che aumenta la pressione del fluido refrigerante e quindi, per la legge di Gay Lussac, aumenterà anche la sua temperatura. Avendo una quantità finita e costante di fluido, esso si comporterà come se fosse chiuso in un barattolo: aumentando la pressione, le molecole aumenteranno la loro energia e il loro movimento. Urtandosi e muovendosi più velocemente si alza la temperatura.

In uscita dal compressore il fluido passa attraverso il condensatore. Qui a contatto con l’aria esterna (quella della stanza in cui è installato il frigo), più fresca, cede calore: una sorta di pre-raffreddamento che fa rimanere inalterata la pressione alta del fluido. Ora, a circa temperatura ambiente, il fluido è pronto per la valvola ad espansione, dove avviene il processo contrario a quello che si verifica dentro al compressore: il fluido si espande, e diminuendo la pressione diminuirà sensibilmente anche la temperatura che può passare da 30°C a -25°C.

Le condizioni per essere un fluido veramente refrigerante sono state ora raggiunte, per cui il si passa dentro l’evaporatore. Come suggerisce il nome, qui il fluido evapora assorbendo calore dal sistema da raffreddare, ovvero la cavità del frigo.

Come si regola la temperatura del frigo?

Come nei forni, anche il frigo ha un termostato: lo strumento che ci assicura che nel frigo ci sia la temperatura giusta. Se infatti la temperatura aumenta rispetto al livello impostato, il termostato lo rileva e il compressore entra in funzione e comincia il ciclo frigorifero. Ossia: il compressore pompa il fluido refrigerante solo se il termostato sente che la temperatura dentro il frigo è in aumento. Ecco perchè quando apriamo spesso la porta del frigo o inseriamo un alimento ancora caldo parte un ronzio: è il compressore che inizia a lavorare!

Accorgimenti per limitare i consumi

Il frigorifero spenderà tanta più energia quanto più sforzo deve fare per abbassare la temperatura. Pertanto azioni come aprire spesso la porta del frigo, lasciarla aperta a lungo o posizionare cibi ancora piuttosto caldi, sono tutte energeticamente molto dispendiose. Se possibile poi, meglio scegliere frigoriferi a libera installazione e non quelli a incasso: costretti nel vano ricavato nei mobili, infatti, si surriscaldano maggiormente.