I modelli (forme)

Delle macchine del freddo artificiale, sia dei frigoriferi che dei climatizzatori, ne esistono di svariate dimensioni, forme, colori, capienze e con sempre più funzionalità all'avanguardia.

Espositore refrigerato per bevande

Frigoriferi Smeg

Frigorifero a due porte

Banco frigorifero in un supermercato

Mini frigo portatile

Frigorifero FIAT anni '60

Condizionatore, ventola esterna e telecomando 

I brevetti

1755: William Cullen inventa il primo macchinario per la creazione di freddo artificiale in laboratorio, in Scozia.

1834: Perkins inventa la prima macchina a compressione di vapore.

1843: Nancy M. Johnson ottiene il brevetto per il freezer artificiale.

1851 (6 maggio): John Gorrie brevetta la prima macchina frigorifera per la conservazione del cibo.

1876: Viene installato il primo impianto frigorifero su un piroscafo, per trasportare carne dall'Argentina alla Francia (105 giorni di viaggio).

1902: Viene installato il primo condizionatore d'aria in una tipografia di Brooklyn, New York.

1906: Willis Haviland Carrier  ottiene il brevetto per un sistema di raffreddamento per controllare il calore e l'umidità degli ambienti.

1914: Carrier installa il primo impianto domestico per aria condizionata a Minneapolis.

1915: Primo frigorifero domestico "moderno".

1939: Prima auto climatizzata.

ABC del freddo artificiale

 

A come Aria condizionata

B come Boom Economico

C come Conservazione

D come Durevole

E come Elsa

F come Frigorifero (FIAT)

G come Green Lantern #54

I come Isobutano

M come Mercato

N come Neviera

O come Ozono

P come Pista da sci (artificiale)

Q come Qualità

R come Refrigerante

S come Siberino

T come Termodinamica

U come Uomo Ghiaccio

V come Ventilatore

Z come Zero gradi centigradi

I modelli (d'ispirazione)

Lo sfruttamento delle basse temperature per la conservazione del cibo è una pratica vigente da millenni. Prima dell'invenzione dei frigoriferi, esistevano le neviere o ghiacciaie (grotte o buche nel terreno poste in luoghi in cui ghiaccio e neve restavano tutto l'anno o quasi), le cantine, e poi armadi domestici in cui tenere il ghiaccio accanto agli alimenti.

Una neviera in Sicilia

Neviera di Buccheri

Alla necessità di rinfrescare l'aria, o di ridurre l'umidità dell'ambiente, si ovviava con i ventagli, con drappi umidi, o, come riferisce un aneddoto sull'imperatore romano Eliogabalo, con cumuli di neve. Un rinfrescante naturale è il vento.

Modella con un ventaglio, anni '20

I rischi del freddo artificiale

La produzione di freddo artificiale, con lo sfruttamento dei cicli termodinamici che richiedono sostanze quali CFC, ammoniaca o isobutano, ha un forte impatto sull'ambiente. (qui è riportata un'inchiesta)

I CFC sono già stati aboliti nel 1990 in quanto causa dell'allargamento del buco nell'ozono, e al loro posto viene usato l'isobutano, che, per quanto sia meno inquinante, è infiammabile. 

Al di là dei processi di produzione del freddo, anche l'aria condizionata in sé porta dei rischi per la salute umana: se se ne fa un abuso, si possono avere riscontri negativi soprattutto sull'apparato respiratorio e scheletrico (patologie faringee, tosse, mal di gola nel primo caso, contratture muscolari o emicrania nel secondo). Ciò è evitabile mantenendo alcuni accorgimenti: pulire i filtri, non restare a lungo esposti (e in modo diretto) all'aria, mantenere una differenza di temperatura di massimo 4°-5° C tra l'interno rinfrescato e l'esterno, per evitare shock termici. 

Le tecnologie e le scienze

In questo blog, si è già ampiamente parlato dei più diffusi apparecchi sfruttati per la creazione di freddo artificiale (frigorifero e condizionatore), dei loro componenti con una breve descrizione della loro funzione e non mancano dei brevi cenni storici. 

- Il processo che il frigorifero sfrutta è il ciclo frigorifero, di natura termodinamica, in grado di trasferire calore da un ambiente a bassa temperatura ad uno a temperatura superiore. 

Il ciclo inizia con un refrigerante allo stato gassoso e procede come descritto qui.

Rappresentazione di un ciclo frigorifero

- Il refrigerante sfruttato dai primi frigoriferi moderni fino al 1931 era l'ammoniaca, poi sostituita con il freon (nome commerciale di una miscela di clorofluorocarburi (CFC)), che dal 1990 sono però banditi in quanto co-responsabili dell'allargamento del buco dell'ozono. Al loro posto viene sfruttato l'isobutano, che però è altamente infiammabile. 

- Una tecnologia presente nei frigoriferi più moderni è quella No Frost, che è un meccanismo che esegue periodicamente lo sbrinamento dell'evaporatore dentro la macchina frigorifera, servendosi di un sistema di ventilazione, evitando la formazione di ghiaccio, assicurando una vita più lunga alla macchina e al cibo che vi è conservato.

- I condizionatori si basano su un ciclo termodinamico simile a quello sfruttato nei frigoriferi, che parte da un fluido termovettore (varianti di freon, alcuni dei quali resi fuori legge).

- Esistono diversi tipi di condizionatore: solo freddo o a pompa di calore (che in inverno, con un processo inverso a quello estivo, rilasciano calore verso l'esterno); on-off  o inverter.

I simboli

Frigoriferi: 

Simbolo della tecnologia No Frost

Solo alcuni macchinari, soprattutto i più recenti, sono dotati di un impianto No Frost (sbrinamento automatico), indicato da questo simbolo.

Etichetta di un frigorifero

Con il macchinario in vendita viene data un'etichetta che ne indica le caratteristiche.

Settore 1: identifica il frigorifero (nome, ditta, ecc)

Settore 2: sulla sinistra viene presentata la scala delle classi energetiche, da quella dal consumo minore (A+++, in verde) a quella dal consumo maggiore (D, in rosso); sulla destra viene indicata la classe a cui l'apparecchio appartiene.

Settore 3: viene indicato il consumo di energia espresso in kWh/anno

Settore 4: viene indicata la capacità (in litri) dello scomparti, sia del frigo che del freezer, e anche il rumore emesso dall'apparecchio in funzione (in decibel).

Tabella che illustra il significato delle stelle 

Nel settore 4 compare anche un simbolo con un certo numero di stelle, il cui significato è spiegato nella tabella qui presentata.

Condizionatori:

Simboli diffusi tra vari modelli di condizionatore, per indicarne temperatura, velocità, utilizzo o meno di ventole, ecc.

Negli spazi chiusi, che siano edifici o mezzi di trasporto, per indicare la presenza di un impianto climatizzatore viene usato un cartello con il pittogramma di un fiocco di neve:

Due pittogrammi per indicare la presenza di climatizzatore

I numeri

Il freddo è ottimo per conservare il cibo o alcuni medicinali il più a lungo possibile, in quanto le basse temperature limitano o rallentano reazioni chimiche e proliferazioni di batteri che li portano al deterioramento. 

Per la conservazione in frigorifero, la temperatura ideale è tra i 4° e i 5° C, ma all'interno del macchinario la temperatura non è omogenea:

- è tra i 4° e i 5° C sui ripiani centrali;

- è minima (circa 2° C) sul ripiano più in basso; 

- è massima (7°-8° C) nei cassetti per le verdure;

- è di circa 5° C sullo sportello. 

Per gli alimenti surgelati e congelati, invece, la temperatura ideale si attesta sui -18° C (arrivando anche a -30° C nella pratica), come stabilito sia nel 1964 dall'Istituto Internazionale della Refrigerazione, sia nel 1989 dalla Commissione Europea in una Direttiva sugli alimenti surgelati esistente dal 1964. 

Per quanto riguarda il raffreddamento della casa, e quindi l'uso del condizionatore, per evitare ripercussioni sulla nostra salute l'ideale è mantenere la temperatura al massimo di 4° C inferiore rispetto a quella esterna.

In sostituzione del freddo artificiale

Il freddo artificiale è generato da elettrodomestici che richiedono corrente elettrica e che, date le dimensioni e il modo in cui sono installati negli edifici, non sono trasportabili. In tal caso, se necessario, ci sono altri mezzi per questo fine.

I materiali:
- Ghiaccio secco (o sintetico): è anidride carbonica allo stato solido, ottenuta ad una temperatura di -78°C per sublimazione. E' definito "secco" proprio in quanto passa dallo stato gassoso al solido, senza diventare liquido. Ciò avviene in scatole apposite (Dry-Ice Box), in cui la pressione viene portata a 200 bar. E' pratico da trasportare in piccole parti e mantiene basse temperature molto a lungo; per questo viene ampiamente utilizzato in svariati campi: in medicina, per il trasporto alimentare, per raffreddare i dispositivi elettronici, per la pulizia, per la riduzione di attrito, ecc.

Piastra eutettica

Le forme:
- Piastra eutettica (o siberino, ghiaccino): è un contenitore in plastica contenente una miscela liquida a temperatura ambiente, che resta a lungo a basse temperature dopo essere stata congelata;
- Borsa frigo: una borsa termica isolata che mantiene il suo contenuto ad una temperatura costante; spesso è utilizzata con i siberini posti al suo interno. E' molto leggera e pratica per il trasporto, presente sul mercato in diverse dimensioni.


Le funzioni:
- Ventilatore: l'equivalente elettrico del ventaglio, nonché sostituto del condizionatore per il raffreddamento degli ambienti. La corrente elettrica aziona le pale, che spostano aria;
- Borsa frigo, già citata.

Ventilatore a soffitto

Le "macchine del freddo" e i loro elementi

I macchinari sfruttati per generare il freddo artificiale sono elettrodomestici ormai diffusi in tutte le nostre case e negli ambienti di lavoro: il frigorifero, il congelatore e il condizionatore.

Il frigorifero (dal latino frigus, "freddo" e fero (fers, tuli, latum, ferre), "portare") viene brevettato nel 1851, per entrare nelle case dei più e diventare l'elettrodomestico che oggi conosciamo solo a partire dal 1915.

Esso è costituito dagli elementi che permettono il ciclo termodinamico che è alla base del funzionamento della macchina:

- refrigerante, un fluido inizialmente allo stato gassoso (solitamente freon, ammoniaca o isobutano);

- compressore, un macchinario che comprime il refrigerante, che, aumentata la sua pressione, si surriscalda;

- serpentina di raffreddamento (condensatore), dove la temperatura del refrigerante viene raffreddata: durante questo processo, si passa dallo stato gassoso a quello liquido;

- ventilatore assiale (non sempre presente), che indirizza verso l'esterno il calore ceduto dalla serpentina;

- filtro essiccatore (non sempre presente) per filtrare il liquido in uscita dalla serpentina;

- evaporatore, che mette in contatto il refrigerante con il vano interno del frigorifero, dove viene conservato il cibo.

- termostato, che spegne il compressore quando viene raggiunta la temperatura ideale, impedendo il ripetersi del ciclo.

Il condizionatore d'aria, brevettato nel 1886, ma migliorato e reso simile alla struttura odierna nel 1902, si basa su un principio termodinamico simile a quello del frigorifero. Di conseguenza, anche gli elementi che lo compongono sono simili alla macchina sopracitata:

- compressore;

- condensatore;

- organo di laminazione, una strozzatura della condotta in cui il liquido, quando passa, subisce perdite di carico, riducendo pressione e temperatura;

- evaporatore.

Prima dell'invenzione e della diffusione di questi macchinari, la conservazione avveniva in vani naturali (grotte, caverne, neviere) o artificiali (armadi) con neve o ghiaccio prodotti altrove.

Mappa concettuale

"World set to use more energy for cooling than heating"

"Il mondo è costretto ad usare più energia per raffreddare che per riscaldare".

Condizionatori visibili su un palazzo residenziale

E' il titolo di un articolo pubblicato dal The Guardian nel 2015, con cui la testata si fa portavoce delle conseguenze che il freddo artificiale ha sull'ambiente.

"Il freddo artificiale è un fenomeno recente: il primo impianto di aria condizionata domestico è apparso nel 1914, i primi frigoriferi domestici nel 1930. [...] Ma è lentamente diventato parte integrante della vita del 21esimo secolo, almeno nei paesi più sviluppati. L'aria condizionata rende più accoglienti case, uffici e autoveicoli. [...] Privati del freddo, alimenti e medicinali si deteriorerebbero in pochi minuti. [...]

La richiesta del freddo sta crescendo esponenzialmente, a causa del riscaldamento globale e di una rapida espansione della classe media nelle economie in via di sviluppo del Sud-Est Asiatico. [...]

Ma c'è un problema. Quasi tutto il freddo è ancora prodotto da una tecnica conosciuta come refrigerazione a compressione del vapore, una tecnologia di 100 anni fa che prevede l'uso di refrigeranti liquidi (ora, solitamente, idroflurocarburi -HFC) che assorbono e rilasciano calore, richiedendo grandi quantità di elettricità.

[...]

Le perdite di liquido refrigerante e i consumi energetici legati al raffreddamento rappresentano attualmente circa il 10% delle emissioni globali di CO2."

[Testo liberamente tradotto dall'articolo completo in lingua originale.]

Qui il riadattamento in lingua italiana