Come funziona un frigorifero: struttura e principio di funzionamento dei principali tipi di frigoriferi

Una chiara comprensione della struttura e dei processi che avvengono all'interno del gruppo frigorifero aiuta a prolungare la durata dell'apparecchiatura. Capire il principio di funzionamento di un frigorifero non è difficile. In qualsiasi modello, esso consiste nella creazione di un ambiente freddo assorbendo il calore all'interno dell'oggetto e successivamente espellendolo all'esterno dell'apparecchio.

Tutto su come funzionano i frigoriferi con diversi principi di funzionamento lo si scopre nell'articolo che presentiamo. Spiegheremo le peculiarità della struttura e le relative regole di utilizzo. I nostri consigli aiuteranno a proteggere i frigoriferi da guasti prematuri e a evitare la necessità di ripararli.

Principio di funzionamento dei principali tipi di frigoriferi

Le apparecchiature di refrigerazione sono utilizzate in molti settori. Non se ne può fare a meno in ambito domestico ed è impossibile immaginare il funzionamento completo dei reparti produttivi nelle imprese, delle aree commerciali, degli esercizi di ristorazione.

In base allo scopo e al campo di applicazione, si distinguono diversi tipi principali di apparecchi: ad assorbimento, a vortice, termoelettrici e a compressore.

Il tipo a compressore è il più diffuso, pertanto lo esamineremo in dettaglio nella prossima sezione. Per ora, indichiamo le principali differenze tra tutte e 4 le strutture.

Funzionamento della tecnica ad assorbimento

Nel sistema degli impianti a tipo ad assorbimento circolano due sostanze: il refrigerante e l'assorbente. Le funzioni di refrigerante sono solitamente svolte dall'ammoniaca, più raramente da acetilene, metanolo, freon, soluzione di bromuro di litio.

L'assorbente è un liquido che possiede una sufficiente capacità di assorbimento. Può essere acido solforico, acqua, ecc.

L'intero funzionamento dell'apparecchiatura si basa sul principio di assorbimento, che implica l'assorbimento di una sostanza da parte di un'altra. La struttura è composta da diversi elementi principali: evaporatore, assorbitore, condensatore, valvole di regolazione, generatore, pompa.

Gli elementi del sistema sono collegati da tubi, grazie ai quali si forma unico circuito chiuso. Il raffreddamento delle camere avviene tramite l'energia termica.

Il processo si svolge nel seguente modo:

• l'agente refrigerante, disciolto in un liquido, penetra nell'evaporatore;
• dalla soluzione concentrata si liberano vapori di ammoniaca che bollono a 33 gradi, raffreddando l'oggetto;
• la sostanza passa nell'assorbitore, dove viene nuovamente assorbita dall'assorbente;
• la pompa trasferisce la soluzione nel generatore, riscaldato da una specifica fonte di calore;
• la sostanza bolle e i vapori di ammoniaca rilasciati vanno nel condensatore;
• il refrigerante si raffredda e si trasforma in liquido;
• il fluido di lavoro passa attraverso la valvola di regolazione, si comprime e viene inviato all'evaporatore.

Di conseguenza, l'ammoniaca che circola nel circuito chiuso assorbe calore dalla camera refrigerata entrando nell'evaporatore e lo cede all'ambiente esterno mentre si trova nel condensatore. I cicli si ripetono ininterrottamente.

Poiché l'unità non può essere spenta, non è molto economica e presenta un consumo energetico elevato. Se tale apparecchiatura si guasta, molto probabilmente non sarà possibile ripararla.

La dipendenza dei dispositivi ad assorbimento da fluttuazioni di tensione, corrente e altri parametri della rete elettrica è minima. Le dimensioni compatte consentono di installarli facilmente in qualsiasi punto comodo.

Nella struttura di questi dispositivi non ci sono elementi mobili e di attrito ingombranti, quindi hanno un basso livello di rumore. Questi dispositivi sono adatti per edifici la cui rete elettrica è soggetta a carichi di punta costanti e per luoghi dove non è presente un'alimentazione elettrica continua.

Il principio di assorbimento viene realizzato in impianti di refrigerazione industriali, piccoli frigoriferi per automobili e uffici. Talvolta è presente in alcuni modelli domestici che funzionano a gas naturale.

Principio di funzionamento dei modelli termoelettrici

La riduzione della temperatura nella camera del frigorifero termoelettrico si ottiene mediante un sistema speciale che estrae il calore secondo l'effetto Peltier. Esso prevede l'assorbimento di calore nella giunzione di due diversi conduttori quando la corrente elettrica la attraversa.

La struttura dei frigoriferi è composta da elementi termoelettrici a forma di cubo, realizzati in metalli. Sono collegati in un unico circuito elettrico. Insieme al movimento della corrente da un elemento all'altro si sposta anche il calore.

La piastra di alluminio lo assorbe dal vano interno, e poi lo trasmette ai componenti di lavoro cubici, che a loro volta lo reindirizzano allo stabilizzatore. Lì, grazie a un ventilatore, viene espulso all'esterno. Secondo questo principio funzionano i mini-frigoriferi portatili e le borse con effetto refrigerante.

Nella maggior parte dei modelli di elettrodomestici di refrigerazione termoelettrica, invertendo la polarità dell'alimentazione si può ottenere non solo freddo, ma anche calore fino a 60 gradi Celsius. Questa funzione viene utilizzata per riscaldare gli alimenti.

Questa apparecchiatura viene utilizzata in campeggio, nell'allestimento di automobili, yacht e barche a motore, spesso viene installata in case di campagna e in altri luoghi dove è possibile alimentare il dispositivo con una tensione di 12 V.

Nei dispositivi termoelettrici è previsto un meccanismo di emergenza speciale che li spegne in caso di surriscaldamento delle parti operative o di guasto del sistema di ventilazione.

Tra i vantaggi di questo metodo di funzionamento vi sono l'elevata affidabilità e il livello di rumore piuttosto basso durante l'utilizzo degli apparecchi. Tra gli svantaggi: il costo elevato e la sensibilità alle temperature esterne.

Caratteristiche delle apparecchiature con refrigeratori a vortice

Negli apparecchi di questa categoria è presente un compressore. Comprime l'aria, che successivamente si espande nei blocchi dei raffreddatori a vortice installati. L'oggetto viene raffreddato a causa della rapida espansione dell'aria compressa.

I dispositivi a vortice sono durevoli e sicuri: non necessitano di elettricità, non hanno parti mobili e non contengono sostanze chimiche pericolose nel sistema interno della struttura.

Il metodo dei raffreddatori a vortice non ha ottenuto una diffusione capillare, limitandosi a esemplari di prova. Ciò è dovuto all'elevato consumo d'aria, al funzionamento molto rumoroso e alla capacità di raffreddamento relativamente bassa. Talvolta i dispositivi vengono utilizzati in impianti industriali.

Panoramica della tecnica a compressore

I frigoriferi a compressore sono il tipo di apparecchiatura più comune in ambito domestico. Si trovano in quasi tutte le case: consumano una quantità non eccessiva di energia e sono sicuri da usare. I modelli migliori di produttori affidabili durano ai loro proprietari più di 10 anni. Esaminiamo la loro struttura e i principi di funzionamento.

Caratteristiche della struttura interna

Un frigorifero domestico classico è un armadio orientato verticalmente, dotato di una o due ante. Il suo corpo è realizzato in lamiera d'acciaio rigida di circa 0,6 mm di spessore oppure in plastica resistente, che alleggerisce il peso della struttura portante.

Per una tenuta ermetica di qualità si utilizza una pasta con alto contenuto di resina cloruro di vinile. La superficie viene primerizzata e rivestita con smalto di qualità applicato con pistole a spruzzo. Per la produzione dei vani interni metallici si utilizza il cosiddetto metodo di stampaggio, mentre gli armadi in plastica sono realizzati con il metodo dello stampaggio sotto vuoto.

Le porte dell'apparecchio sono costituite da lamiere d'acciaio. Ai bordi viene inserita una guarnizione in gomma spessa che impedisce il passaggio dell'aria esterna. In alcune modifiche vengono installate chiusure magnetiche.

Tra la parete interna e quella esterna del prodotto viene necessariamente interposto uno strato di isolamento termico, che protegge la camera dal calore che cerca di penetrare dall'ambiente esterno e impedisce la perdita del freddo generato all'interno. A questo scopo sono adatti feltro minerale o di vetro, polistirene espanso, poliuretano espanso.

Lo spazio interno è tradizionalmente suddiviso in due zone funzionali: quella frigorifera e quella di congelamento.

Per forma di configurazione si distinguono:

• monocamera;
• bicamera;
• apparecchi multicamera.

In una categoria a parte sono inclusi i modelli Side-by-Side, che comprendono due, tre o quattro scomparti.

Gli apparecchi monocamera sono dotati di una singola porta. Nella parte superiore dell'unità si trova il vano congelatore con una propria porticina a ribalta o a apertura, mentre in quella inferiore si trova il vano frigorifero con ripiani regolabili in altezza.

All'interno delle camere è installata un'apparecchiatura di illuminazione con LED o normale lampada a incandescenza per vedere cosa c'è effettivamente nel frigorifero.

Gli apparecchi realizzati secondo il tipo 'side by side' sono molto più voluminosi e larghi dei loro 'fratelli'. Entrambi i vani occupano lo spazio per tutta l'altezza dell'apparecchiatura. Sono disposti parallelamente l'uno all'altro.

Negli apparecchi a due camere i vani interni sono isolati e separati ciascuno con la propria porta. La disposizione dei reparti può essere europea o asiatica. La prima opzione prevede una configurazione inferiore del congelatore, la seconda superiore.

Elementi costitutivi della struttura

Gli impianti di refrigerazione a compressore non producono freddo. Raffreddano l'oggetto assorbendo il calore interno e trasferendolo all'esterno.

La procedura di generazione del freddo avviene con la partecipazione dei seguenti componenti:

• agente refrigerante;
• condensatore;
• evaporatore;
• compressore;
• valvola termoregolatrice.

Il ruolo di refrigerante, con cui viene riempito il sistema del frigorifero, è svolto da diverse marche di freon – miscele di gas con un alto livello di fluidità e valori piuttosto bassi di temperatura di ebollizione/evaporazione. La miscela si muove lungo un circuito chiuso, trasportando il calore attraverso diverse fasi del ciclo.

Nella maggior parte dei casi, come elemento di lavoro per i frigoriferi domestici, i produttori utilizzano Freon 12. Questo gas incolore, con un odore specifico appena percettibile, non è tossico per l'uomo e non altera il gusto e le proprietà degli alimenti conservati nelle camere.

Compressore – la parte centrale della struttura di qualsiasi frigorifero. È un'unità inverter o lineare che provoca la circolazione forzata del gas nel sistema, aumentando la pressione. In parole povere, il compressore del frigorifero comprime i vapori di freon e li fa muovere nella direzione desiderata.

L'apparecchio può essere dotato di uno o due compressori. Le vibrazioni generate durante il funzionamento vengono assorbite da una sospensione esterna o interna. Nei modelli con due compressori, ciascuna camera è gestita da un dispositivo separato.

La classificazione dei compressori prevede due sottotipi:

1. Dinamico. Costringe il refrigerante a muoversi grazie alla forza delle pale di una ventola centrifuga o assiale. Ha una struttura semplice, ma a causa del basso rendimento e del rapido usura sotto l'azione del momento torcente, viene utilizzato raramente nelle apparecchiature domestiche.
2. Volumetrico. Comprime il fluido di lavoro mediante un apposito dispositivo meccanico azionato da un motore elettrico. Può essere a pistone o rotativo. Nella maggior parte dei casi, nei frigoriferi vengono installati proprio questi compressori.

Dispositivo a pistone si presenta come un motore elettrico con albero verticale, racchiuso in un involucro metallico monoblocco. Quando il relè di avviamento collega l'alimentazione, attiva l'albero a gomiti e il pistone, fissato su di esso, inizia a muoversi.

Entra in funzione un sistema di valvole che si aprono e si chiudono. Di conseguenza, i vapori del freon vengono aspirati dall'evaporatore e spinti nel condensatore.

In caso di guasti del compressore a pistone, la riparazione è possibile solo utilizzando attrezzature professionali specializzate. Qualsiasi smontaggio in ambiente domestico comporta la perdita di tenuta e l'impossibilità di un ulteriore utilizzo.

Nei meccanismi rotativi, la pressione necessaria è mantenuta da due rotori che si muovono uno verso l'altro. Il freon entra nella tasca superiore, situata all'inizio degli alberi, viene compresso ed esce attraverso il foro inferiore di piccolo diametro. Per ridurre l'attrito, viene introdotto olio nello spazio tra gli alberi.

Condensatori sono realizzati a forma di serpentina a griglia, che viene fissata sulla parete posteriore o laterale dell'apparecchiatura.

Hanno diverse strutture, ma svolgono sempre lo stesso compito: raffreddare i vapori gassosi caldi fino a determinati valori di temperatura mediante condensazione della sostanza e dissipazione del calore nell'ambiente. Possono essere a piastra o a tubi alettati.

L'evaporatore è costituito da un sottile tubo in alluminio e da lamelle in acciaio saldate. È a contatto con i compartimenti interni del frigorifero, elimina efficacemente il calore assorbito dall'apparecchio e abbassa notevolmente la temperatura negli scomparti.

La valvola termoregolatrice serve a mantenere la pressione del fluido di lavoro a un livello determinato. I principali componenti dell'unità sono collegati tra loro da un sistema di tubi che formano un anello ermetico chiuso.

Sequenza del ciclo di lavoro

La temperatura ottimale per la conservazione a lungo termine delle provviste negli apparecchi a compressione viene creata nel corso di cicli di lavoro che si susseguono uno dopo l'altro.

Si svolgono nel modo seguente:

• quando l'apparecchio viene collegato alla rete elettrica, si avvia il compressore che comprime i vapori di freon, aumentando contemporaneamente la loro pressione e temperatura;
• sotto l'azione della pressione eccessiva, il fluido di lavoro caldo, che si trova allo stato gassoso, entra nel serbatoio del condensatore;
• muovendosi lungo un lungo tubo metallico, il vapore cede il calore accumulato all'ambiente esterno, si raffredda gradualmente fino a raggiungere la temperatura ambiente e si trasforma in liquido;
• il fluido di lavoro liquido passa attraverso un filtro essiccatore che assorbe l'umidità in eccesso;
• il refrigerante penetra attraverso uno stretto tubo capillare, all'uscita del quale la sua pressione diminuisce;
• la sostanza si raffredda e si trasforma in gas;
• il vapore raffreddato raggiunge l'evaporatore e, passando attraverso i suoi canali, assorbe il calore dai vani interni dell'unità frigorifera;
• la temperatura del freon aumenta e questo viene rimandato al compressore.

In parole semplici, il funzionamento di un frigorifero a compressore si presenta così: il compressore fa circolare il refrigerante in un circuito chiuso. Il freon, a sua volta, cambia stato grazie a dispositivi speciali, raccoglie il calore all'interno e lo trasporta all'esterno.

Il ciclo di lavoro nel sistema si ripete fino al raggiungimento dei valori di temperatura impostati dai programmi di sistema e riprende quando viene rilevato un loro aumento.

Dopo il raffreddamento ai parametri desiderati, il termoregolatore ferma il motore aprendo il circuito elettrico.

Quando la temperatura negli scomparti inizia ad aumentare, i contatti si richiudono e il motore elettrico del compressore viene azionato da un relè di protezione e avviamento. È proprio per questo motivo che durante il funzionamento del frigorifero il rumore del motore appare e scompare continuamente.

Raccomandazioni per l'uso e la manutenzione

Non c'è nulla di complicato nell'utilizzo dell'apparecchiatura: funziona automaticamente 24 ore su 24. L'unica cosa da fare al primo avvio e da regolare periodicamente durante il funzionamento è impostare la temperatura ottimale in base alle circostanze specifiche.

La temperatura desiderata viene impostata tramite un termostato. Nel sistema elettromeccanico i valori vengono regolati a occhio o seguendo le raccomandazioni indicate nel manuale del produttore. Inoltre, è necessario tenere conto del tipo e della quantità di alimenti conservati nel frigorifero.

La manopola del regolatore, di norma, è un meccanismo rotondo con diverse tacche; oppure, nei modelli più moderni e costosi, il controllo può essere effettuato tramite un pannello touch.

Per valutare il grado di congelamento, gli esperti consigliano inizialmente di impostare il regolatore in posizione centrale e, dopo un po' di tempo, se necessario, ruotarlo a destra o a sinistra.

Ogni tacca su tale manopola corrisponde a una specifica modalità di temperatura: più grande è la tacca, più bassa è la temperatura. Il blocco elettronico, invece, consente di impostare la temperatura con la massima precisione fino a 1 grado tramite un regolatore rotante o pulsanti.

Ad esempio, impostare nel vano congelatore un valore di -14 gradi. Tutti i parametri inseriti verranno visualizzati sul display digitale.

Per prolungare al massimo la vita del frigorifero domestico, non è sufficiente conoscerne il funzionamento, ma è necessario anche prendersene cura adeguatamente. La mancanza di una corretta manutenzione e un utilizzo improprio possono portare a un rapido logoramento dei componenti importanti e a un funzionamento inadeguato.

Si possono evitare conseguenze indesiderate seguendo una serie di regole:

1. Pulire regolarmente il condensatore da sporco, polvere e ragnatele nei modelli con griglia metallica aperta sulla parete posteriore. A tale scopo, utilizzare un normale panno leggermente umido o un aspirapolvere con un piccolo accessorio.
2. Installare correttamente l'apparecchio. Assicurarsi che la distanza tra il condensatore e la parete della stanza sia di almeno 10 cm. Questa misura contribuirà a garantire una circolazione libera delle masse d'aria.
3. Sbrinare tempestivamente, evitando la formazione di uno strato eccessivo di ghiaccio sulle pareti dei vani. Per rimuovere le croste di ghiaccio è vietato utilizzare coltelli o altri oggetti appuntiti, che potrebbero facilmente danneggiare e compromettere l'evaporatore.

È inoltre necessario considerare che il frigorifero non deve essere posizionato vicino a dispositivi di riscaldamento o in luoghi esposti alla luce solare diretta. L'eccessiva influenza del calore esterno influisce negativamente sul funzionamento dei componenti principali e sulle prestazioni generali dell'apparecchio.

Per la pulizia delle parti in acciaio inossidabile, sono adatti solo prodotti specifici raccomandati dal produttore nel manuale di istruzioni dell'apparecchio.

Se si prevede di trasportare l'apparecchio da un luogo all'altro, è meglio trasportarlo su un autocarro con un furgone alto, fissandolo in posizione rigorosamente verticale.

In questo modo si possono prevenire guasti, perdite d'olio dal compressore che entra direttamente nel circuito di circolazione del refrigerante.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Video #1. Come funziona il gruppo frigorifero:

Video #2. Spiegazione dettagliata del funzionamento dei frigoriferi a compressione:

Video #3. Informazioni sul funzionamento delle macchine ad assorbimento:

Finché l'attrezzatura di refrigerazione funziona correttamente, i consumatori raramente si interessano al suo funzionamento. Tuttavia, non bisogna trascurare queste conoscenze. Sono molto preziose, perché permettono di identificare rapidamente la causa di un guasto e individuare il punto problematico, prevenendo gravi danni.

Lasciate, per favore, commenti, pubblicate foto a tema, fate domande sull'argomento dell'articolo nel blocco sottostante. Raccontate come avete approfondito il funzionamento del vostro frigorifero. Condividete come avete applicato nella pratica le conoscenze sulla struttura della macchina di refrigerazione.