Il condizionatore, macchina termica, circuito

Il condizionatore d’aria è una macchina termica in grado di abbassare o innalzare la temperatura di una stanza o in generale di un ambiente di un edificio in cui si trovi.

Il funzionamento di un condizionatore d’aria si basa sul principio della pompa di calore, lo stesso impiegato in frigoriferi e congelatori: un ciclo termodinamico, che si completa su un fluido refrigerante racchiuso in un circuito, sottrae energia calorifica da un lato del circuito stesso e la cede dal lato opposto.

Gli elementi di un condizionatore sono: il compressore, il condensatore, l’organo di laminazione e l’evaporatore.

Il compressore è un dispositivo che comprime il fluido refrigerante aumentandone la pressione. Il fluido si trova allo stato gassoso. In accordo con le leggi di stato dei gas (aumentando la pressione di un gas aumenta anche la sua temperatura), il gas all’uscita dal compressore ha una temperatura e una pressione maggiore rispetto all’entrata.

Sfruttando l’aumento di pressione impartito al gas dal compressore, il condensatore porta la sostanza dallo stato gassoso allo stato liquido. Il condensatore è un dispositivo scambiatore di calore, cioè un dispositivo che serve per lo scambio termico. Il condensatore è attraversato da un fluido refrigerante che sottrae calore alla sostanza che si vuole condensare. Tale passaggio è esotermico: il gas cede calore. Il calore ceduto viene disperso nell’ambiente tramite una superficie di scambio attraversata da una corrente d’aria che viene riscaldata.

Posto nell’unità esterna, il compressore comprime il gas e lo porta ad alta temperatura e pressione. Quindi il gas arriva al condensatore tramite tubi di rame, si raffredda e assume lo stato liquido. Tutto questo processo produce calore che si libera all’esterno.

Dopo questo, il gas allo stato liquido attraversa l’organo di laminazione che corrisponde ad una strozzatura della condotta. Durante il passaggio in tale strozzatura, il liquido viene sottoposto a perdite di carico localizzate. Di conseguenza la sua pressione diminuisce e conseguentemente diminuisce anche la sua temperatura, ma conserva lo stato liquido.

Il liquido sia a bassa pressione e sia a bassa temperatura esce dalla unità esterna e, tramite i tubi di collegamento, arriva all’unità interna. L’unità interna è provvista di un filtro atto a depurare l’aria emessa dalle particelle solide in sospensione, come le polveri. In questa unità troviamo l’evaporatore dove avviene il fenomeno della evaporazione e quì il gas passando dallo stato liquido a quello di vapore, il liquido bolle assorbendo calore, richiede calore e quindi raffredda l’aria della stanza con la quale è in contatto dinamico grazie alle ventole dell’unità interna. Così il gas ritorna, attraverso altri tubi, all’unità esterna e riprende il ciclo. All’interno dell’unità interna del condizionatore ci sono anche delle ventole che forzano l’aria attraverso un scambiatore termico, successivamente alette mobili deviano il flusso dove richiesto creando un rimescolamento continuo che aiuta ad uniformare la temperatura della stanza.

Alcune macchine, oltre a raffreddare l’aria, possono anche riscaldarla invertendo, tramite una valvola a più vie, il senso del flusso del refrigerante e quindi il ciclo di funzionamento. Esse, attraverso una valvola di inversione a 4 vie invertono la direzione di flusso del refrigerante ottenendo così il riscaldamento o il raffreddamento dell’ambiente.

Quindi esse sottraggono calore all’aria esterna per poi immetterlo nell’ambiente interno (ovviamente più bassa è la temperatura esterna più basso sarà il rendimento, dovendo tra l’altro necessariamente modulare il flusso di refrigerante in modo da evitare il congelamento dell’evaporatore esterno).