Refrigerators
Una macchina frigorifera è un dispositivo che opera in modo ciclico, in grado di sottrarre calore al suo interno, in modo da mantenere una temperatura inferiore a quella ambiente. Durante un ciclo di refrigerazione, sul sistema viene compiuto lavoro, che permette alla macchina di assorbire il calore qc alla temperatura Tc (l'interno del frigorifero) e di trasferire la quantità qh alla sorgente a temperatura Th (l'ambiente).
In a cycle ΔU = 0, thus because the system absorbs w e qc, the energetic balance is
|w| + |qc| = |qh|
La grandezza che esprime l'efficienza del ciclo di refrigerazione è nota come coefficiente di prestazione, definito come
Nella pratica, la sostanza motrice viene pompata all'interno del dispositivo ripetendo cicli di vaporizzazione e condensazione. Il principio è che le molecole di gas condensadosi cedono energia all'ambiente, il processo di condensazione è esotermico, quindi ad entalpia negativa. Mentre per portare un liquido allo stato gasso è necesarrio fornire energia, entalpia positiva. La scelta del fluido è basata sulla capacità di evaporare a basse temperature e pressioni. Un refrigerante comune pè l' 1,1,1,2-tetrafluoroetano, il quale bolle a T = -26.1 °C. In passato si utilizzavano refrigeranti contenti cloro, che reagivano con l'ozono presente nell'atmosfera
Fig. 1 1,1,1,2-tetrafluoroetano è un moderno refrigenrante.Opera sostenendo cicli ripetuti di evaporazione e condensazione.
La macchina frigorigera estra quindi la quantità di calore Qc da una sorgente a bassa temperatura (l'interno del frigorifero) e tende così a ridurne la tempratura e smaltisce la quantità il calore Qh all'esterno, nell'ambiente. Il calore per così dire è "pompato" da regioni fredde verso regioni calde. Per ottenere questo risultato il condensatore è posto nell'ambiente, mentre l'evaporatore all'interno (Fig.2).
Fig. 2 Funzionamento di un frigorifero. Il condensatore è a contatto con l'ambiente
La pompa di calore che è essenzialmente una macchina frigorifera viene utilizzata invece per riscaldare gli ambienti. In una pompa di calore il condensatore è posto nell'ambiente, mentre l'evaporatore all'esterno. Lo scambiatore di calore del condensatore si trova all'interno della struttura, e cede la quantità di calore Qh all'aria interna Fig. 3.
Fig. 3 Funzionamento di una pompa di calore. L'evaporatore è a contatto con l'ambiente