Il ciclo frigorifero è un motore termico che funziona al contrario, noto come pompa di calore a cambiamento di fase. L’utilizzo di un refrigerante che bolle a bassa temperatura produce una relativa freddezza, abbassando la temperatura del frigorifero ad un livello che impedisce ai batteri di moltiplicarsi e di rovinare il cibo. Un ciclo di refrigerazione funziona essenzialmente sullo stesso principio che fa sentire la tua mano fredda quando l’acqua evapora da essa. Altri liquidi, compresi alcuni noti come refrigeranti, producono temperature ancora più basse quando evaporano.
Il ciclo frigorifero è un circuito chiuso di gas che subisce quattro fasi. Il primo stadio è il compressore, che comprime il refrigerante per aumentarne la temperatura. Il gas viene quindi convogliato attraverso bobine di dissipazione del calore che rilasciano calore all’esterno del frigorifero. Mentre dissipa il calore, il refrigerante si raffredda e si ricondensa in un liquido. Questo liquido passa quindi attraverso una soglia di alta/bassa pressione, chiamata valvola di espansione, che lo fa espandere e cambiare fase in un gas. Il gas freddo circola nuovamente nel frigorifero, assorbendo calore dall’interno, prima di essere nuovamente convogliato nel compressore. Lo scopo del ciclo di refrigerazione è prelevare calore dall’interno del frigorifero e trasferirlo all’esterno.
Per comprendere meglio il ciclo di refrigerazione, è necessario conoscere l’idea di un cambiamento di fase. Un liquido in evaporazione rimane a temperatura costante fino a quando non trasforma la fase in un gas. L’acqua bollente, ad esempio, rimane sempre alla temperatura del suo punto di ebollizione, 212°F (100°C). Se un frigorifero potesse mantenere il cibo fresco assicurandosi che rimanga al di sotto di 300°F (148°C), per esempio, invece di 40°F (4°C), l’acqua potrebbe essere usata come refrigerante perché il punto di ebollizione dell’acqua sarebbe essere freddo rispetto alla soglia di refrigerazione di 300°F.
Il refrigerante tradizionale utilizzato in un ciclo di refrigerazione è l’ammoniaca, ma è tossico per l’uomo. L’ammoniaca è stata sostituita negli anni Trenta dai clorofluorocarburi (CFC), ma è stato scoperto che questo composto danneggia lo strato di ozono ed è stato gradualmente eliminato negli anni Settanta. I composti più recenti, come gli idrofluorocarburi (HFC), refrigerano efficacemente, non sono tossici e non danneggiano lo strato di ozono. L’invenzione della refrigerazione è probabilmente una delle invenzioni più importanti del XX secolo, che consente di trasportare gli alimenti per lunghe distanze o di conservarli per lunghi periodi senza che si rovinino.