condizionatore

Il condizionatore è una macchina termica: ci permette di regolare la temperatura dell’ambiente in cui è installato, rinfrescandone l’aria. Questo è possibile grazie al fluido refrigerante che scorre al suo interno, protagonista degli scambi di calore necessari per ottenere il getto d’aria rinfrescante dallo split. Per capire meglio come funziona ci vengono in aiuto i principi della termodinamica, quel campo della fisica che descrive tutte quelle trasformazioni e processi indotti dal calore.

Da dove nasce l'aria condizionata?

La tecnologia dietro al funzionamento del condizionatore risale al 1902, quando all’ingegner Willis Carrier venne chiesto di trovare una soluzione all’eccessiva umidità dell’aria di una tipografia di Brooklyn, dove la carta raggrinziva e risultava inutilizzabile. Il 17 luglio del 1902 Carrier completò il primo progetto di un impianto di condizionamento, il cui principio di funzionamento era molto simile a quelli di oggi e per questo si è guadagnato il titolo di padre dell’aria condizionata.

Come produciamo il freddo?

Il concetto di freddo in fisica non è particolarmente diffuso: a chi studia fisica piace incentrare tutto sul calore. Il freddo quindi viene definito come una sottrazione di calore: per raffreddare un ambiente non immetto “freddo”, ma tolgo calore. Ciò è quello che ci dice, tra le altre cose, il secondo principio della termodinamica, per cui il calore può fluire solo da un corpo più caldo a uno più freddo e non viceversa. Questo è un punto chiave nel funzionamento del condizionatore: abbiamo bisogno di un mezzo che sia più freddo dell’aria calda nella nostra stanza, e che sia quindi in grado di assorbire il calore che rende le temperature insopportabili. Nei condizionatori si utilizza un fluido refrigerante, che passando all’interno degli elementi principali del macchinario, raggiunge temperature sufficientemente basse da rinfrescare l’aria.

Come è fatto un condizionatore

Il condizionatore è costituito da due unità fondamentali, una esterna e una interna, che prendono il nome da dove sono solitamente collocate rispetto alla stanza da rinfrescare. Sono collegate tra loro attraverso un sistema chiuso di tubature.
L’unità esterna è essenzialmente il motore da cui parte tutto il processo e funziona in modo molto simile ad un frigorifero, dato che il suo compito principale è quello di abbassare le temperature del fluido refrigerante che rinfrescherà l’aria della stanza.

unita esterna condizionatore

Anche se può variare leggermente a seconda delle dimensioni, del modello e del marchio, in generale si riconosce perché è una sorta di scatola con all’interno un ventilatore. Contiene inoltre un compressore e un condensatore.
L’unità interna è lo split che viene installato nella stanza che vogliamo rinfrescare, dove troviamo l’evaporatore, ossia il punto in cui effettivamente viene assorbito calore dall’aria calda della stanza.

Come funziona il condizionatore

Accendiamo il condizionatore. Nell’unità esterna si mette in moto il compressore, che come suggerisce il nome, ha il compito di mettere in pressione il fluido refrigerante che in questo momento si trova sotto forma di gas. È importante sottolineare un punto importante: il volume del gas refrigerante nel condizionatore è predefinito e costante, come se fosse chiuso in un barattolo. Se lo vado a scaldare, le molecole del gas aumentano la loro energia e movimento, ma non potendosi espandere perché il barattolo è chiuso (il volume del gas è costante), la pressione aumenterà. Questo processo fisico, per cui se aumenta la pressione aumenta la temperatura e viceversa, a volume costante, viene descritto dalla legge di Gay-Lussac. Ed è proprio grazie a questo che se il compressore mette in pressione il gas, esso aumenterà anche la propria temperatura.

funzionamento condizionatore

Il gas ad alta pressione e temperatura entra ora nel condensatore, che ha lo scopo di favorire la condensazione, ossia il passaggio allo stato liquido del fluido refrigerante. Si tratta di un processo esotermico, ossia che rilascia calore che viene disperso nell’ambiente attraverso una superficie di scambio attraversata da aria. Il liquido refrigerante è stato quindi raffreddato ma la pressione rimane invariata e alta. È ora pronto per passare alla valvola di espansione, attraverso la quale si riesce a diminuirne la pressione e quindi, sempre per la legge di Gay-Lussac, anche drasticamente la temperatura. Ecco ottenuto un fluido a temperature basse abbastanza da essere refrigerante: è ora di farlo passare attraverso il sistema di tubature per raggiungere l’unità interna.

Qui è contenuto l’evaporatore dove avviene l'incontro tra il gas refrigerante e l’aria della stanza, più calda: la condizione perfetta per far assorbire il calore “in eccesso” al liquido freddo, abbassando la temperatura della stanza. Adesso il fluido refrigerante scaldato è pronto per tornare al punto di partenza nell’unità esterna e ricominciare il ciclo.

Articolo a cura di
Lucia Mascotelli