Un condensatore ad aria è un componente utilizzato in molti sistemi di condizionamento. Più in generale, è una fase della pompa di calore e dei cicli di refrigerazione che scambiano calore. In un tipico condizionatore d’aria, un fluido chiamato refrigerante circola tra lo spazio interno e l’aria esterna. Il condensatore ad aria è una parte di questo percorso e serve a trasferire il calore dal refrigerante all’atmosfera esterna. Si chiama condensatore perché il refrigerante condensa, o cambia fase da gas a liquido, durante questa fase.
Tutta la materia, inclusi liquidi e gas, trasporta una certa quantità di energia termica all’interno. Ogni volta che il calore viene utilizzato per aumentare la temperatura di una sostanza, il calore viene immagazzinato all’interno della sostanza. Allo stesso modo, ogni volta che una sostanza cambia fase, ad esempio da gas a liquido, il calore viene rilasciato o assorbito. Pertanto, il calore interno di un refrigerante può essere utilizzato per trasportare calore lontano da uno spazio interno e verso l’ambiente esterno. Far passare il refrigerante da gas a liquido può consentire il trasferimento del calore interno dal refrigerante all’aria esterna.
I condizionatori d’aria sfruttano una differenza di pressione tra le diverse parti del percorso di circolazione del refrigerante per mantenere il fluido in movimento e consentirgli di cambiare fase. Questo differenziale di pressione viene creato utilizzando un compressore d’aria alimentato da elettricità o, in un veicolo, un motore a combustione. Il refrigerante ad alta pressione, che a questo punto del ciclo è principalmente vapore, viene quindi spinto attraverso un tubo a contatto termico con l’ambiente esterno. È possibile utilizzare un ventilatore per garantire che l’aria esterna fresca passi sul tubo pieno di refrigerante.
A questo punto il refrigerante entra nel condensatore ad aria. I fluidi a pressioni più elevate tendono ad avere un punto di ebollizione/condensazione a temperature più basse. I condizionatori d’aria sfruttano questa proprietà per trasferire il calore del refrigerante all’ambiente esterno, anche se l’aria esterna è già molto calda. Il condensatore ad aria, di conseguenza, funziona per condensare il vapore del refrigerante in liquido, rilasciando così calore. Il calore rilasciato durante i cambiamenti di fase gas-liquido è chiamato entalpia di vaporizzazione.
Per completare il ciclo di condizionamento dell’aria, il refrigerante principalmente liquido passa attraverso un punto di strozzatura chiamato valvola di espansione. Questa valvola contiene l’alta pressione del condensatore ad aria e consente una nuova regione di bassa pressione. La regione di bassa pressione ha un componente analogo al condensatore ad aria, tranne per il fatto che il refrigerante evapora invece di condensa. Di conseguenza, questa evaporazione assorbe, piuttosto che rilascia, calore. L’evaporatore che assorbe calore dall’aria è ciò che fa sentire fredda l’aria proveniente da un condizionatore d’aria.