Chi inventò l’aria condizionata? Come funziona?

In molti lo staranno ringraziando in queste roventi giornate di gran caldo, a tratti anche abusando della sua invenzione. Stiamo parlando dell’inventore dell‘aria condizionata, che grazie ai sui studi e al suo brevetto ha permesso negli anni di creare condizionatori sempre più efficienti, sia per uso domestico che industriale. Ma sapete chi l’ha inventata?

Il padre dell’aria condizionata, o ancor meglio “condizionamento ad aria”, è l’ingegnere americano Willis Haviland Carrier, che nel lontano 1901, all’età di 25 anni, da poco conclusi gli studi di ingegneria meccanica, ideò una macchina per la riduzione dell’umidità e della temperatura nell’aria. Il suo sistema fu poi brevettato nel 1906, basandosi sul principio teorizzato dal chimico-fisico inglese Michael Faraday. Quest’ultimo circa un secolo prima aveva scoperto come la compressione e la successiva espansione di un gas avevano come conseguenza il raffreddamento del gas stesso.

Un condizionatore quindi sfrutta un ciclo termodinamico – ovvero una successione finita di trasformazioni termodinamiche al termine delle quali il sistema torna al suo stato iniziale – che viene svolto da un fluido termovettore ( liquido o gas che accumula e trasporta calore).

Generalmente un condizionatore è composto da:

a ) compressore: ha lo scopo di comprimere il fluido, cioè aumentarne la pressione che si trova allo stato gassoso. In accordo con le equazioni di stato dei aumentando la pressione di un gas aumenta anche la sua temperatura, per cui il gas all’uscita dal compressore ha una temperatura e una pressione maggiore rispetto all’entrata;

b ) condensatore: ha lo scopo di condensare il gas, cioè portarlo allo stato liquido; tale passaggio di stato avviene sottraendo calore al gas; tale calore viene disperso nell’ambiente. Il condensatore è attraversato da un fluido refrigerante che sottrae calore alla sostanza che si vuole condensare.

c ) organo di laminazione: corrisponde ad una strozzatura della condotta; durante il passaggio da tale strozzatura, il liquido viene sottoposto a perdite di carico localizzate, per cui diminuisce la sua pressione e di conseguenza la sua temperatura.

d ) evaporatore: ha lo scopo di vaporizzare il liquido, assorbendo calore dall’esterno.

I gas che oggi si utilizzano sia per condizionatori civili che industriali sono due: R407c e R410a.

In genere e soprattutto negli impieghi civili è comune la configurazione che presenta due unità separate. L’unita esterna, composta dal motore del condizionatore e dalla ventola radiale, e l’unità interna, detta anche “split”, che provvede a distribuire l’aria condizionata.

IL FUNZIONAMENTO

ESTERNO – Il compressore (A), posto nell’unità esterna, comprime il gas e lo porta ad alta temperatura (80°C) e pressione (20bar). Quindi viene portato al condensatore (B) tramite tubi di rame viene raffreddato ed il gas assume lo stato liquido. Tutto questo processo produce calore, che viene liberata nell’aria esterna. Dopo questo, il gas allo stato liquido attraversa l’organo di laminazione (C) che gli induce la bassa pressione pur conservando lo stato liquido (5°C).

INTERNO -Il liquido sia a bassa pressione e sia a bassa temperatura esce dalla unità esterna e viene portato, tramite i tubi di collegamento alla unità interna. In questa unità troviamo l’evaporatore dove avviene il fenomeno della evaporazione e qui il gas passando dallo stato liquido a quello di vapore. Durante questo processo il liquido bolle assorbendo calore e quindi raffredda l’aria della stanza con la quale è in contatto dinamico grazie alle ventole dell’unità interna. Così il gas ritorna, attraverso altri tubi viene riportato all’unità esterna per riprendere il ciclo.
Attraverso una valvola di inversione a 4 vie si ottiene l’inversione della direzione di flusso del refrigerante ottenendo così il riscaldamento od il raffreddamento dell’ambiente.