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Il funzionamento di un sistema di climatizzazione domestica è sconcertante per molti di noi. I forni sono facili da capire: riscaldano l'aria e la soffiano in casa attraverso le condotte. Le caldaie producono acqua calda o vapore e la spostano in casa in tubature. Ma come fanno i sistemi di condizionamento a rendere piacevole l'aria fredda e deumidificata durante le giornate estive dei cani? Per capirlo, devi tornare a un principio che potresti aver appreso in una classe di fisica al liceo o al college: la legge scientifica che ogni gas si raffredda man mano che si espande di volume.
I componenti
Sebbene sia una leggera semplificazione, puoi pensare a un condizionatore d'aria come a una macchina che preleva il calore da casa tua e lo scarica all'esterno utilizzando cinque parti correlate:
- Refrigerante Compressore Condensatore Valvola di espansione Serpentina evaporatore
Esistono molti tipi di sistemi di condizionamento che possono essere utilizzati in casa, tra cui unità finestra, condizionatori portatili, condizionatori senza condotto e sistemi di condizionamento centralizzati. Nonostante le loro differenze, tuttavia, la fisica di come funzionano è la stessa e tutti usano il processo di refrigerazione ad espansione diretta. In linea di principio, funziona allo stesso modo del frigorifero della cucina di casa tua.
Refrigerante
Il refrigerante è il "sangue" che pompa attraverso i tubi di raffreddamento nel sistema del condizionatore d'aria. Cambia stato da vapore di gas a liquido mentre raccoglie il calore da casa tua ed espelle quel calore verso l'esterno. Un refrigerante è una sostanza unica in quanto ha un punto di ebollizione molto basso. Ciò significa che passa da un liquido a un vapore a basse temperature. Questa è la chiave per far funzionare in sicurezza un sistema di climatizzazione senza generare un pericoloso livello di calore. Il refrigerante, tuttavia, non si muove da solo attraverso il sistema; richiede un compressore per pomparlo.
Compressore
Pensa al compressore come al "cuore" del sistema, il componente che pompa il refrigerante attraverso tutti i componenti di refrigerazione in un grande circuito di rame. Il refrigerante entra nel compressore come vapore caldo a bassa pressione e lo lascia come vapore caldo ad alta pressione. Questa trasformazione sarà resa possibile dal condensatore .
Condensatore
Dal compressore, il vapore di refrigerante caldo si sposta sul condensatore. Qui, il vapore refrigerante caldo ad alta pressione viene raffreddato mentre passa attraverso le bobine di condensazione. Le bobine hanno sottili alette metalliche (simili alla struttura sulla parte anteriore di un radiatore per auto) che conducono calore dalle bobine. Una ventola del condensatore soffia aria sulle alette per accelerare il raffreddamento del vapore all'interno delle bobine. (L'uso di un pettine per pinne durante la manutenzione ordinaria aiuta a mantenere in forma queste pinne.) Man mano che il refrigerante si raffredda, cambia stato da un vapore caldo ad un liquido caldo ad alta pressione e si sposta sulla valvola di espansione. Il compressore, la serpentina del condensatore e la ventola del condensatore sono tutti situati in quella grande scatola rumorosa nel tuo cortile, che viene spesso chiamata unità di condensazione.
Valvola di espansione
La valvola di espansione è ciò che fa veramente il lavoro di raffreddamento. Mentre il refrigerante liquido caldo passa attraverso una minuscola apertura ad alta pressione nella valvola su un lato, emerge come una nebbia fredda a bassa pressione sull'altro lato. Questo è il risultato di una proprietà naturale dei gas: man mano che un gas si espande, si raffredda. Il condizionatore d'aria non è altro che un dispositivo progettato per forzare l'espansione del gas refrigerante, ed è ciò che crea la sua capacità di raffreddare l'aria espellendo il suo calore.
Batteria evaporante
Il prossimo passo è dove la tua casa viene effettivamente raffreddata. Il liquido freddo a bassa pressione che ora sta lasciando la valvola di espansione esterna scorre all'interno della serpentina dell'evaporatore situata nel plenum del forno. (Il plenum è la grande scatola di metallo tra il forno e le condotte.) Qui, l'aria più calda all'interno della tua casa soffia attraverso la serpentina dell'evaporatore e la riscalda, mentre allo stesso tempo la serpentina che trasporta freddo, il gas refrigerante espanso raffredda il aria che soffia attraverso l'evaporatore. Questa aria raffreddata viene quindi fatta circolare attraverso le condotte. Mentre il refrigerante ora inizia a riscaldarsi, inizia a bollire e passa da un liquido freddo a un vapore caldo (un processo di evaporazione). Il vapore di refrigerante caldo torna quindi al compressore e all'unità di condensazione esterna, quando si espande e si raffredda ancora una volta, continuando il ciclo di raffreddamento.
Mettendolo insieme
Nella tipica unità centrale di condizionamento d'aria, il ciclo di raffreddamento è un processo continuo di refrigerante freddo che assorbe il calore dall'aria interna e si espande in un gas caldo, viaggiando verso un'unità esterna dove espelle quel calore e ritorna a un liquido freddo, quindi torna indietro all'interno per assorbire più calore e continuare il ciclo. Nonostante l'apparente complessità dei componenti, la fisica in questione è abbastanza semplice: il principio con cui un gas si raffredda sempre mentre si espande. Qualsiasi sistema di condizionamento o refrigerazione è semplicemente un sistema attraverso il quale l'espansione e la condensazione del gas refrigerante sono attentamente controllate per sfruttare quella proprietà fisica.
