Come funziona un congelatore?

Nel corso della storia, le persone hanno cercato modi per mantenere fresco il cibo per prevenire il deterioramento e proteggere la propria salute. Una delle prime strategie, utilizzata per la prima volta in India diverse centinaia di anni fa, era quella di sfruttare il potere di raffreddamento dell'acqua di evaporazione. Già nell'XI secolo, erano state sviluppate tecniche per condensare il vapore acqueo nelle bobine, pressurizzarlo e inviarlo attraverso un'apertura per farlo evaporare. L'acqua non è un ottimo refrigerante, tuttavia, e questi sistemi di raffreddamento precoce non erano molto efficienti.

Avanzando rapidamente verso il 18 ° secolo, quando gli inventori iniziarono a costruire sistemi di refrigerazione comprimendo l'aria, ammoniaca e altri gas e quindi costringendoli ad assorbire il calore riducendo la pressione e permettendo loro di farlo espandere. La refrigerazione non divenne praticabile su larga scala, tuttavia, fino al 1876, quando l'ingegnere tedesco Carl von Linde costruì un sistema di condensazione in grado di liquefare questi gas. Circa 50 anni dopo, General Electric pose fine all'era della ghiacciaia commercializzando il primo sistema di refrigerazione ampiamente disponibile, che utilizzava un gas proprietario noto come Freon come refrigerante.

Frigoriferi e congelatori sono ormai all'ordine del giorno e ogni famiglia ne ha uno, sebbene Freon sia ormai obsoleto. La maggior parte delle unità ha sia un vano frigorifero che un congelatore, ma il raffreddamento si verifica effettivamente nel congelatore e una ventola fa circolare l'aria fresca nel vano frigorifero. Che si tratti di un piccolo elettrodomestico o di una grande area walk-in commerciale, il sistema di raffreddamento funziona secondo lo stesso principio di base di un congelatore.

Il sistema di refrigerazione che vedi su un tipico congelatore ha due set di batterie, le batterie del condensatore e le batterie evaporative, e sono separate da una piccola apertura nota come valvola di espansione. Se il congelatore funziona a elettricità, cosa che non tutti i congelatori fanno, una pompa del compressore del congelatore elettrico pressurizza il refrigerante nella prima batteria e che lo costringe a spruzzare attraverso la valvola di espansione nella seconda batteria. Poiché la pressione nella seconda batteria è molto più bassa, il refrigerante evapora e questo è ciò che fornisce il raffreddamento.

Nel linguaggio della chimica, l'evaporazione è un processo endotermico, il che significa che assorbe il calore. Il calore proviene dall'aria circostante e fornisce l'energia di cui le molecole di refrigerante hanno bisogno per entrare nello stato gassoso. Un congelatore non aggiunge tanto refrigerio all'aria quanto sottrae calore da esso, e quel calore deve andare da qualche parte.

Dopo essere stato trasformato in gas, il refrigerante ritorna ciclicamente nelle serpentine del condensatore dove viene pressurizzato dalla pompa del condensatore e si trasforma di nuovo in un liquido. La pressurizzazione genera calore, che completa il ciclo termico, e il calore deve essere dissipato lontano dal vano congelatore per mantenere la bassa temperatura nel congelatore. Molte unità hanno un ventilatore per facilitare questo. Il ciclo termico può continuare indefinitamente, a condizione che le bobine siano sigillate e nessuno dei refrigeranti possa fuoriuscire.

La temperatura del congelatore può scendere fino a 0 gradi Fahrenheit (-18 C) e persino inferiore, ma affinché ciò avvenga, il compartimento deve essere ben sigillato. Le bobine evaporative si trovano solitamente dietro la parete posteriore del congelatore. Finché il compartimento è sigillato, le bobine continuano ad assorbire il calore dal congelatore compartimento e dissiparlo attraverso le bobine del condensatore e la temperatura nel congelatore continua a cadere.

La maggior parte dei congelatori ha un termostato che controlla la temperatura. Quando viene raggiunta la temperatura nominale, il termostato segnala lo spegnimento del compressore del congelatore. Se il compartimento è ben sigillato e isolato, ci vuole molto tempo prima che la temperatura aumenti e che il compressore si attivi. Cattive guarnizioni delle porte che permettono all'aria calda di entrare nel vano congelatore fanno sì che il compressore si accenda più spesso e questo spreca energia.

Uno dei motivi per cui hai un congelatore è fare e conservare il ghiaccio, ma il ghiaccio dovrebbe trovarsi in vassoi o sacchetti, non sulle pareti del congelatore. Quando il ghiaccio si raccoglie sulla parete del congelatore vicino alle bobine di evaporazione o alle bobine stesse, interferisce con il flusso d'aria e riduce l'efficienza di raffreddamento. Di conseguenza, il condensatore deve lavorare di più e questo spreca energia.

Il principio di funzionamento di un congelatore è che le bobine assorbono il calore dall'aria circostante, ma non possono farlo se sono coperte di ghiaccio o gelo. Ecco perché lo sbrinamento periodico è così importante e perché molti congelatori hanno una funzione di sbrinamento automatico. Se un congelatore non ha una funzione di scongelamento, deve essere scongelato manualmente spegnendolo abbastanza a lungo perché il ghiaccio si sciolga.

Quando un congelatore ha un meccanismo di sbrinamento, di solito assume la forma di un elemento riscaldante attaccato alla serpentina di evaporazione. Lo sbrinatore potrebbe accendersi automaticamente o potrebbe essere necessario accenderlo manualmente. Ad ogni modo, scioglie il ghiaccio sulle bobine e l'acqua passa attraverso un sistema di tubi di drenaggio in una padella da dove può evaporare.

La maggior parte dei frigoriferi sono dotati di un congelatore collegato e si trovano in scomparti separati. La temperatura ideale del congelatore è di circa 0 ° F (-18 ° C), ma nel vano frigorifero è più simile a 40 ° F (4 ° C). Per mantenere questa differenza di temperatura, gli scomparti sono separati da un'apertura di sfiato e una ventola soffia aria fresca dal congelatore nel frigorifero solo quando è necessario.

È possibile regolare la temperatura nel vano frigorifero regolando il funzionamento della ventola. Se le guarnizioni della porta e l'isolamento sono intatti e il congelatore è alla temperatura corretta ma il frigorifero è troppo caldo o troppo freddo, il motivo è di solito un malfunzionamento della ventola. Se la temperatura del congelatore è superiore a quella che dovrebbe essere, tuttavia, di solito è il condensatore ad essere difettoso, e questo è un problema più serio.

Quando le cose vanno male in un frigorifero, puoi spesso riparare tu stesso la ventola o i controlli se sai cosa stai facendo. È una storia diversa quando non è possibile mantenere la temperatura del congelatore, perché di solito significa che c'è un problema con il sistema di refrigerazione. La legge federale vieta alle persone senza licenza di eseguire la manutenzione dei sistemi di refrigerazione.

Uno dei motivi principali del divieto ha a che fare con la volatilità del refrigerante. Sebbene Freon (noto anche come refrigerante R22) non sia più utilizzato perché è un clorofluorocarburo che danneggia lo strato di ozono terrestre, alcuni sistemi meno recenti potrebbero ancora utilizzarlo. Inoltre, alcuni refrigeranti attuali, come gli idrofluorocarburi (HFC), possono anche danneggiare l'ambiente contribuendo al riscaldamento globale.

Alcuni sistemi di congelamento, in particolare quelli a propano, usano l'ammoniaca come refrigerante, che è un ritorno ai primi tempi dei sistemi di refrigerazione. L'ammoniaca è altamente corrosiva e provoca bruciore agli occhi e all'apparato respiratorio e può essere fatale in grandi quantità. Occorrono tecnici qualificati e protocolli procedurali rigorosi per lavorare sui sistemi di refrigerazione senza rilasciare nessuno di questi gas pericolosi.