Quando si vuole capire come funziona un sistema di raffreddamento basato su un compressore, è necessario ricordare tre fenomeni fisici:
Principi fisici fondamentali
Quando un gas viene compresso la sua temperatura aumenta. Al contrario, quando viene espanso la sua temperatura diminuisce. Questa è una delle conseguenze del Primo principio della Termodinamica.
La temperatura di un liquido puro rimane costante mentre bolle o si condensa. Se si misura la temperatura dell'acqua mentre bolle, questa rimane costante a 212°F o 100°C finché è presente acqua liquida. Quando i gas si condensano la temperatura del sistema rimane costante fino a quando tutti i gas si convertono in un liquido.
È necessaria una quantità significativa di energia affinché un fluido subisca un cambiamento di fase. È necessaria più energia per far bollire completamente una determinata quantità d'acqua rispetto a portarla da 32°F a 211°F. Ciò significa che una quantità significativa di energia può essere immagazzinata e poi rilasciata solo durante un cambio di fase.
Il ciclo di refrigerazione
Il ciclo di refrigerazione è un processo continuo. Il refrigerante passa dal compressore al condensatore, attraverso un dispositivo di misurazione, a un evaporatore, e poi il ciclo si ripete (v. fig. 1).
Come indica il nome stesso, il compressore riceve gas a bassa pressione dall'evaporatore e lo converte in gas ad alta pressione attraverso la compressione. Mentre il gas viene compresso, la temperatura aumenta.
Il gas refrigerante caldo convoglia poi nel condensatore. Il condensatore è uno scambiatore di calore che utilizza un fluido più freddo, generalmente aria dell'ambiente, per raffreddare il refrigerante. Quando il refrigerante scorre attraverso lo scambiatore di calore si condensa in un liquido caldo. Il refrigerante liquido esce dal condensatore e fluisce nel dispositivo di misurazione del sistema.
Questo può essere una valvola di espansione o un tubo capillare, che viene usato per creare un calo di pressione. Come detto in precedenza, la temperatura e il punto di ebollizione dei liquidi diminuiscono quando la pressione cala. Alcuni liquidi refrigeranti si vaporizzano facendo scendere la temperatura della miscela liquido-gas. Il refrigerante fluisce in seguito nell'evaporatore.
L'evaporatore è un altro scambiatore di calore che permette lo spostamento tra la fonte di calore e il refrigerante. In un refrigeratore la fonte di calore è il fluido di raffreddamento che fluisce nell'impianto. Il refrigerante entra nell'evaporatore come miscela gas-liquido a bassa temperatura. Secondo i parametri di progettazione, la temperatura della fonte di calore è sempre superiore al punto di ebollizione del refrigerante. All'interno dell'evaporatore il refrigerante vaporizza mentre assorbe il calore dalla fonte di calore. La temperatura del refrigerante rimane costante durante la vaporizzazione. Il refrigerante esce poi dall'evaporatore sotto forma di gas, entra nel compressore e il ciclo ricomincia.
