Frigorifero ad assorbimento

Un frigorifero ad assorbimento produce freddo con il calore. L’ammoniaca liquida bolle dentro il vano freddo e toglie calore ai cibi; l’acqua assorbe poi il vapore, e una fiamma o una resistenza elettrica scaccia di nuovo l’ammoniaca dall’acqua perché il ciclo ricominci. Ferdinand Carré brevettò in Francia nel 1859 una macchina che funzionava ad ammoniaca e acqua. Una versione continua senza parti mobili, inventata a Stoccolma nel 1922, raffredda ancora roulotte e barche.

Che cos’è

Un frigorifero ad assorbimento raffredda un vano con il calore invece che con un motore. Come ogni macchina frigorifera, fa bollire un liquido dentro lo spazio freddo perché tolga calore ai cibi, poi riporta il vapore allo stato liquido all’esterno. Una macchina a compressione lo fa con una pompa. Una macchina ad assorbimento usa un secondo liquido che assorbe il vapore, e una fiamma o una resistenza elettrica che poi lo scaccia. Nei frigoriferi la coppia è formata dall’ammoniaca, che bolle, e dall’acqua, che la assorbe; gli impianti di climatizzazione usano più spesso acqua con una soluzione di bromuro di litio.

La forma più semplice è un apparecchio intermittente fatto di due recipienti d’acciaio uniti da un tubo, del tipo che la Crosley vendette negli Stati Uniti dalla fine degli anni Venti con il nome di Icy Ball. Si scalda per caricarlo, poi raffredda un armadio finché non va ricaricato. I frigoriferi ad assorbimento continui, scaldati senza sosta da una piccola fiamma o da una resistenza elettrica, si costruiscono ancora per roulotte e barche, dove funzionano a gas o a elettricità senza alcun rumore.

Il circuito di un frigorifero ad assorbimento è un recipiente d’acciaio sigillato che contiene ammoniaca sotto pressione. L’ammoniaca è tossica e infiammabile: ad alte concentrazioni ustiona occhi, pelle e polmoni e può uccidere. Non aprite, forate, scaldate, ricaricate né riparate mai un circuito del genere, che si tratti di un vecchio frigorifero o di un apparecchio da collezione; lasciatelo a tecnici specializzati del freddo. Un frigorifero con fiamma a gas o a cherosene può emettere monossido di carbonio, un gas senza colore né odore. Usatelo solo dove è installato per questo scopo, con il retro separato dallo spazio abitato e la canna fumaria e le prese d’aria libere, e non usate mai un frigorifero portatile a gas in una tenda, in un veicolo chiuso o in una stanza senza ventilazione.

Come funziona

L’acqua assorbe molto facilmente il gas ammoniaca, una proprietà che Joseph Priestley notò quando isolò l’ammoniaca nel 1774. L’acqua fredda ne trattiene molta; se si scalda la soluzione, il gas torna a uscire. Un frigorifero ad assorbimento sfrutta questa differenza due volte per ciclo, una per scacciare l’ammoniaca dall’acqua e una per restituirgliela.

Un apparecchio intermittente lavora in due fasi. Prima il calore scaccia l’ammoniaca dalla soluzione concentrata di un recipiente, e il vapore passa in un secondo recipiente, dove il raffreddamento lo rende liquido. Poi, quando il primo recipiente è di nuovo freddo, la sua soluzione povera riassorbe il vapore d’ammoniaca. La pressione scende, così l’ammoniaca liquida del secondo recipiente bolle a bassa temperatura e sottrae calore a ciò che la circonda. Quando tutta l’ammoniaca è tornata nell’acqua, l’apparecchio va scaldato di nuovo.

Sul retro di un frigorifero ad assorbimento a gas, una piccola fiamma sotto il bollitore fa funzionare tutto il circuito.

Un frigorifero continuo svolge le stesse fasi nello stesso momento, ciascuna nella sua parte di un unico circuito sigillato. Una piccola fiamma o una resistenza elettrica scalda il bollitore, dove l’ammoniaca lascia la soluzione; le bolle che salgono sollevano il liquido lungo un tubo stretto, così la soluzione circola senza pompa meccanica. Il vapore d’ammoniaca si condensa in tubi sul retro dell’armadio, scorre nell’evaporatore all’interno e lì bolle. La soluzione povera che gocciola nell’assorbitore riprende il vapore e torna al bollitore. Il circuito contiene anche idrogeno. La pressione totale è pressappoco la stessa ovunque, ma nell’evaporatore l’idrogeno abbassa la pressione parziale dell’ammoniaca, così l’ammoniaca liquida vi evapora a bassa temperatura. Nell’assorbitore l’acqua toglie l’ammoniaca dal gas, e l’idrogeno, che non viene assorbito, torna all’evaporatore. Senza valvola né pompa, il frigorifero non ha nessuna parte mobile.

Storia ed evoluzione

L’esperimento di Leslie: sotto la campana, un piatto di acido solforico assorbe il vapore di una tazza d’acqua finché l’acqua non gela.

Nel 1810 John Leslie fece gelare l’acqua con una pompa pneumatica, usando un’ampia superficie di acido solforico concentrato per assorbire il vapore acqueo man mano che si formava. Nel 1813 William Hyde Wollaston osservò che l’acido risparmiava a Leslie la pompa molto grande che il solo vuoto avrebbe richiesto. Edmond Carré, fratello di Ferdinand, costruì in seguito un apparecchio che rinfrescava caraffe d’acqua o di vino con acqua e acido solforico.

L’ingegnere francese Ferdinand Carré (1824-1900) ottenne nel 1859 un brevetto francese per una macchina ad assorbimento che produceva ghiaccio con ammoniaca sciolta in acqua; lo storico R. P. Multhauf data la macchina al 1858. Collegava due recipienti con un tubo, ne scaldava uno per scacciare l’ammoniaca e raffreddava l’altro per condensarla, e fu prodotta in serie dall’anno seguente. Il suo brevetto statunitense del 1860 elenca diverse coppie di lavoro, fra cui ammoniaca e acqua, e descrive il serbatoio scaldato, il secondo recipiente tenuto nell’acqua fredda e il «freddo intenso» che compare non appena l’assorbimento comincia. Le macchine di Carré rimasero in uso fino all’inizio del Novecento, quando le sostituirono le macchine a compressione.

I riflettori solari di Augustin Mouchot concentravano la luce del sole su una caldaia posta al loro centro.

All’Esposizione universale di Parigi del 1878 Augustin Mouchot produsse ghiaccio con una macchina ad ammoniaca di Carré scaldata dalla luce solare concentrata.

Nel 1922 due studenti di ingegneria dell’Istituto reale di tecnologia di Stoccolma, Baltzar von Platen e Carl Munters, presentarono un frigorifero ad assorbimento continuo che poteva funzionare a elettricità, a gas o a cherosene. Dometic data il suo brevetto al 1923. L’azienda svedese Arctic acquistò i diritti di fabbricazione, poi la Electrolux acquistò la Arctic. La Electrolux data al 1925 il suo primo frigorifero ad assorbimento in commercio, l’ASHRAE data al 1926 il modello domestico a gas, e la Servel, nell’Indiana, lo vendette in Nord America prima di produrlo su licenza.

Nel giugno 1927 David Forbes Keith, di Toronto, chiese il brevetto per l’apparecchio intermittente a due recipienti che la Crosley di Cincinnati vendette come Icy Ball alle fattorie senza elettricità. Frigoriferi ad assorbimento silenziosi si costruiscono ancora per roulotte e barche.