La macchina frigorifera è una macchina termica in grado di prelevare del calore da una sorgente a bassa temperatura e di riversarlo in un ambiente a temperatura più elevata. Grazie all’ausilio di una certa quantità di energiaW fornita dall’esterno è possibile sottrarre il calore Q2 secondo lo schema riportato in figura 1.

L’energia W può essere meccanica o termica. Nel primo caso si hanno le macchine frigorifere a compressione di vapori saturi, nel secondo caso si hanno le macchine frigorifere ad assorbimento. Le leggi fondamentali sulle quali si basa il funzionamento delle macchine frigorifere a compressione di vapori saturi sono:

1 - Nel passaggio dallo stato liquido allo stato aeriforme, tutti i fluidi assorbono calore (calore latente di vaporizzazione). Questo calore viene interamente restituito allorché il fluido passa dallo stato aeriforme allo stato liquido (calore latente di condensazione).

2 - La temperatura alla quale avviene il cambiamento di stato (o di fase) di una sostanza è influenzata dalla pressione. Più bassa è la pressione alla quale è sottoposto il fluido, più bassa è la temperatura alla quale avviene il cambiamento di stato. La temperatura resta costante durante il cambiamento di stato.

3 - Il calore fluisce spontaneamente dai corpi a temperatura più elevata a quelli a temperatura più bassa.

4 - Il volume di un fluido allo stato aeriforme varia al variare della pressione alla quale esso è sottoposto.Ad una determinata temperatura, il volume varia in funzione inversa della pressione: all’aumentare della pressione diminuisce il volume e viceversa.

Applicando le leggi sopra riportate il raffreddamento di una sostanza o di un ambiente può realizzarsi mediante la trasformazione ciclica di un fluido, il quale percorrendo un circuito chiuso assorbe calore dall’ambiente da raffreddare. Il continuo cambiamento delle proprietà fisiche del fluido avviene mediante le trasformazioni termodinamiche del ciclo riportato sul diagramma pressione, entalpia (fig. 2).Tale ciclo si realizza nel sistema riportato in figura 3.

Il fluido frigorigeno a bassa pressione e bassa temperatura passa dallo stato liquido allo stato di vapore sottraendo calore (Q2) all’ambiente che si vuole raffreddare. Tale trasformazione si svolge a pressione e temperatura costanti nell’evaporatore (trasformazione A-B di fig. 2). Affinché lo scambio termico sia  possibile, la temperatura di evaporazione del fluido, alla pressione che si ha nell’evaporatore, deve essere inferiore a quella dell’ambiente da raffreddare. Il fluido allo stato di vapore viene aspirato dal compressore e quindi portato dalla pressione iniziale ad una pressione (trasformazione B-C) alla quale corrisponde una temperatura compatibile con quella del fluido raffreddante (aria o acqua) utilizzato per ricondurre il fluido frigorigeno allo stato liquido. Il cambiamento di stato (trasformazione C-D) avviene nel condensatore ove il fluido ritorna allo stato liquido. Nasce quindi l’esigenza di riportare nelI’evaporatore il condensato che si trova ad alta pressione e ad alta temperatura. Ciò si ottiene facendo espandere il fluido attraverso la valvola di espansione (trasformazione D-A) che consente di abbassare la pressione e riportarlo nelle condizioni iniziali. Gli organi fondamentali di una macchina frigorifera a compressione di vapori saturi sono pertanto:

– il compressore;

– il condensatore;

– la valvola di espansione;

– I’evaporatore.

Il bilancio energetico del sistema è: Q1 = Q2+W

In figura 4 è riportata la sezione di un frigorifero domestico in cui è evidenziato il bilancio energetico.

In figura 5 è riportata la disposizione e le linee di collegamento dei componenti principali di unamacchina frigorifera a compressione di vapori saturi.

In figura 6 è riportato invece lo schema completo di un impianto frigorifero in cui, oltre a rappresentare i componenti principali, sono riportati anche i componenti secondari necessari per il buon funzionamento dell’impianto.