Come funziona il ciclo termodinamico

Il condizionatore è ormai un apparecchio piuttosto diffuso nelle nostre case, prezioso alleato durante gli afosi mesi estivi e, nel caso di climatizzatori con pompa di calore, utile anche a combattere il freddo della stagione invernale. Il suo funzionamento si basa sullo sfruttamento di un ciclo termodinamico, che viene sviluppato su un fluido che fa da termovettore.

Si tratta di un fenomeno che in fisica viene definito come "una successione finita di trasformazioni termodinamiche"; quando queste trasformazioni sono finite, il sistema torna al suo stato iniziale. Per spiegarla senza esagerare con i tecnicismi, un climatizzatore può svolgere il suo compito grazie al ciclo termodinamico di un fluido refrigerante contenuto all'interno di un circuito chiuso. Fluido che viene poi raffreddato o riscaldato attraverso una pompa di calore. Cerchiamo allora di capire più nel dettaglio i cicli termici, e come questi si applicano a molte soluzioni per la climatizzazione.

Che cos'è un ciclo termodinamico

Come già detto, la termodinamica riconosce come ciclo termodinamico una successione di trasformazioni termodinamiche che compone un ciclo chiuso, e che una volta conclusa porta il sistema al suo stato termodinamico di partenza. La natura ciclica di questo processo consente una modalità continua, con un rendimento che dipende solo dalla temperatura della sorgente e del refrigerante.

Il primo a notare il fenomeno, poi sfruttato anche nella climatizzazione, fu il fisico francese Nicolas Léonard Sadi Carnot. A lui si deve il cosiddetto Ciclo di Canot, un ciclo speciale particolarmente adatto per le macchine termiche proprio dal punto di vista del rendimento. Proprio per questo, viene utilizzato come riferimento per applicazioni reali come pompe di calore e cicli frigoriferi.

Condizionatori: come sono fatti

Prima ancora di esaminare un ciclo termodinamico applicato ad un condizionatore, è bene conoscere tutti i componenti che caratterizzano la macchina. Si tratta di:

• Compressore: trasforma il liquido in gas e lo va a comprimere per innalzare la temperatura;
• Condensatore: una volta ricevuto il gas ad alta pressione e temperatura inizia a raffreddarlo trasformandolo in stato liquido;
• Evaporatore: evapora all'esterno il liquido ormai refrigerato;
• Strozzatura del condotto: un restringimento del circuito posizionato tra il condensatore e l'evaporatore che riduce la pressione del gas prima che venga riversato nell'evaporatore;
• Componenti elettrici: per il funzionamento di ogni altra componente del condizionatore;
• Ventilazione interna: preleva l'aria indoor per reimmetterla refrigerata;
• Ventilazione esterna: le si deve la circolazione dell'aria per raffreddare il condensatore;
• Filtri: utili al filtraggio e alla depurazione dell'aria.

Tutti insieme contribuiscono, con il ciclo termodinamico, al nostro comfort termico sia in estate che in inverno.

Ciclo termodinamico dei condizionatori

Avrete capito allora che, senza un ciclo termodinamico, non potremmo beneficiare delle "coccole" termiche dei condizionatori. All'interno di queste macchine si trova il gas refrigerante chiamato a percorrere un circuito chiuso; sono poi gli organi della macchina a forzare una serie di trasformazioni termodinamiche continue, per tornare infine alla condizione iniziale.

Il condizionatore può quindi funzionare grazie alla ripetizione ciclica di queste trasformazioni, che vanno a ripetersi praticamente all'infinito. Se potessimo guardare all'interno della macchina, potremmo vedere il liquido refrigerante cambiare stato durante il suo percorso all'interno del compressore, passando da liquido a gassoso. A questo punto si riscalderà, poiché la temperatura di un gas aumenta all'aumentare della pressione. Sarà poi il condensatore a riportare il gas allo stato liquido, emettendo contemporaneamente calore.

Successivamente, il calore si riversa nell'ambiente esterno, e il fluido si raffredda. A questo punto, raggiunta una temperatura costante, il fluido può passare attraverso una fessura, utile a ridurre ulteriormente la pressione – e, di conseguenza, la temperatura.

Infine, il liquido scorre nell'evaporatore per vaporizzare con le ventole il fluido refrigerato in tutto l'ambiente. I condizionatori dotati di tecnologia inverter come quelli disponibili nel negozio online di Climamarket invertono invece il ciclo quando devono riscaldare l'aria. Ciò significa che l'apparecchio emette all'esterno l'aria fredda, mentre il calore prodotto viene spinto all'interno per alzare la temperatura indoor.