Un buon impianto di ventilazione e di deumidificazione dell’aria è fondamentale per avere un comfort di marcia elevato e, di conseguenza, una maggiore sicurezza attiva. Gli impianti moderni hanno raggiunto un livello di sofisticazione eccezionale. Vediamo come funzionano.
 

La sensazione vissuta a bordo di un veicolo da parte di tutti gli occupanti, conducente compreso, è spesso vincolata al corretto funzionamento dell’impianto di climatizzazione. Oggi giorno i sistemi progettati per le auto in circolazione sono estremamente raffinati, anche quando si considerino vetture di gamma bassa come le city-car. Sebbene l’impianto di climatizzazione venga da molti identificato come il sistema in grado di raffreddare l’abitacolo durante i giorni più caldi dell’estate, il concetto di climatizzazione è ben più ampio e articolato. Il clima di un’auto deve raffreddare, ma anche riscaldare, deve riuscire a manetenere la temperatura impostata anche in condizioni metereologiche particolarmente avverse, deve essere in grado di fornire la giusta ventilazione ad ogni passeggero, deve proteggere tutti gli occupanti da eventuale inquinamento esterno, non deve essere eccessivsmente rumoroso e deve potersi gestire con particolare facilità. Come vedete, quel sistema che molti identificano come un semplice produttore di aria fredda deve svolgere funzioni strategiche al fine di mantenere alto il comfort di marcia, ancora di più se il passeggero in questione è colui che conduce il veicolo (in questo caso si parla di sicurezza attiva). Da un punto di vista più generale, e forse più schematico, possiamo senz’altro riassumere i compiti del sistema di climatizzazione in tre grandi filoni: il ricambio dell’aria, la variazione della sua temperatura e la gestione dell’umidità. Quindi, sostituire l’aria sporca con altra pulita, riscaldarla o raffreddarla e umidificarla o deumidificarla sono i tre grandi settori all’interno del quale si muovono i sistemi di climatizzazione moderni.
 
La tipologia dei climatizzatori
L’abbiamo anticipato ad inizio articolo, ma in questo caso entriamo maggiormente nel dettaglio. I sistemi di climatizzazione utilizzati sulle auto di oggi sono tutti di tipo avanzato. Malgrado ciò, a seconda degli allestimenti, è possibile trovare ancora oggi tre diverse tipologie di climatizzatori: quelli totalmente manuali, quelli semiautomatici e, infine, quelli totalmente automatici. Vedremo più avanti quali sono i componenti che vengono sfruttati dal climatizzatore per poter raggiungere il proprio obiettivo. Qui vale la pena distinguere bene i tre tipi appena elencati. Nel primo caso, l’utente gestisce praticamente tutto: valore della temperatura, modo di distribuire l’aria e velocità del ventilatore. Con i sistemi semiautomatici, si imposta la temperatura su un valore deciso a priori, ma questa non sarà la temperatura che realmente verrà mantenuta all’interno dell’abitacolo, ma bensì quella dell’aria in uscita dalle bocchette. Questo significa che una volta in abitacolo, quest’aria si mescolerà con quella esistente e verrà raggiunta una temperatura che sarà funzione di moltissimi parametri: temperatura esterna, eventuali infiltrazioni di aria fredda dalle guarnizioni, temperatura esistente in abitacolo, quantità di persone a bordo e così via. Il climatizzatore completamente automatico, invece, si occupa di mantenere all’interno dell’abitacolo la temperatura impostata dall’utente sul display del sistema di controllo. Questo è reso possibile grazie all’utilizzo di una serie di sensori, che monitorano costantemente la temperatura dell’abitacolo e correggono il flusso e la temperatura dell’aria in uscita dalle bocchette per ottenere una distribuzione e dei valori di temperatura ottimali. Nei casi più sofisticati, ma stiamo parlando in questo caso di vetture di segmento premium, anche la movimentazione delle bocchette può essere affidata ad un computer che pilota opportuni motorini passo-passo.
 
I componenti di un sistema A/C
L’impianto di climatizzazione è in realtà costituito da un insieme di sottosistemi che lavorano in armonia per garantire le prestazioni di cui abbiamo detto sopra. Queste tre parti sono costituite dal circuito del refrigerante vero e proprio, dall’impianto di ventilazione e distribuzione dell’aria e, infine, dai sistemi di comando a disposizione dell’utente. Senza entrare nel merito degli ultimi due, dal punto strettamente tecnico e quindi operativo, è bene concentrarsi sul circuito del refrigerante, perché è proprio grazie a questo tipo di ciclo termodinamico che si ottiene la refrigerazione, anche quando l’aria esterna è molto calda.
 
Il circuito del refrigerante
Sebbene costituito da pochi elementi, il circuito di refrigerazione di un impianto di aria climatizzato per auto mostra una sua complessità intrinseca. Se non altro perché per molti diventa difficile capire come sia possibile raffreddare un ambiente caldo partendo da un ambiente altrettanto caldo. La spiegazione la troviamo proprio analizzando il funzionamento di questo circuito.
I componenti in gioco sono i seguenti: un compressore, un condensatore, un serbatoio, una valvola di espansione, un evaporatore e tutta una serie di dispositivi di comando e di sicurezza, oltre naturalmente alle tubazioni che si occupano di veicolare il gas. Per illustrare il funzionamento di un circuito refrigerante si può partire da qualsiasi punto del circuito stesso, ma per comodità e per logica, partiamo dal compressore, l’elemento che si occupa di far circolare il refrigerante prelevandolo a sua volta dall’evaporatore. Il gas che viene prelevato si trova ad una temperatura molto bassa e allo stato gassoso. Quando il gas attraversa il compressore, e viene portato ad una pressione più alta, la sua temperatura cresce. Il gas viene spinto nel condensatore ad una pressione superiore ai 15 bar. A questo proposito è bene ricordare che il compressore deve poter lavorare sempre e solo del gas. Se infatti si trovasse a gestire del liquido andrebbe incontro a rottura sicura, a causa degli sforzi che si genererebbero per l’elevata incomprimibilità dei liquidi. Esistono tantissimi tipi di compressori e quelli più moderni presentano delle efficienze elevatissime. Anche i compressori hanno bisogno di essere lubrificati, tanto che un apposito olio viene aggiunto direttamente nel refrigerante. Non è questa la sede per approfondire il discorso sui compressori. Abbiamo detto che il gas viene spinto nel condensatore, sebbene ve ne siano di moltisimi tipi. Una volta qui, il liquido refrigerante che si trova allo stato gassoso, ma ad una temperatura elevata, anche fino a 100 °C, viene raffreddato e durante questo processo di raffreddamento subisce un cambiamento di fase passando allo stato liquido. Lo scambio di calore è reso possibile attraverso le tubazioni del condensatore. Il fluido refrigerante cede il proprio calore e si porta allo stato liquido grazie allo scambio termico che si ottiene attraverso la ventilazione naturale dell’aria che entra dalla calandra dell’auto e grazie anche al ventilatore aggiuntivo di cui sono dotati ormai tutti i radiatori moderni. L’essicatore si occupa di assorbire eventuali residui di acqua. Attraverso la valvola di espansione, il refrigerante liquido viene fatto laminare, questo è il termine tecnico corretto, attraverso l’evaporatore. Quando il liquido refrigerante entra nell’evaporatore assorbe quella quantità di calore che gli consente di tornare allo stato gassoso. Ed è proprio in questa fase che il calore viene asportato dall’abitacolo. In altre parole, il ciclo frigorifero è un ciclo termodinamico che sfrutta le proprietà fisiche dei fluidi refrigeranti, per assorbire calore da una parte e cederla dall’altra. Nel caso dell’automobile, il calore viene assorbito dall’abitacolo e viene scaricato nell’ambiente esterno. Ciò è possibile perché il gas refrigerante arriva liquido nel condensatore ad una temperatura più alta dell’ambiente esterno e, successivamente, arriva liquido, ma ad una temperatura più bassa di quella presente a bordo dell’auto, quando trasita attraverso la valvola di laminazione e quindi attraverso l’evaporatore. Tra l’altro, nell’evaporatore il fluido refrigerante raggiunge una condizione di bassa pressione. È proprio su questo principio termodinamico che si ottiene il raffreddamento anche nelle afose giornate estive. Per concludere il discorso, soprattutto dal punto strettamente termodinamico, è bene focalizzare l’attenzione su un principio base che sta alla base della fisica di questi fenomeni e quindi anche del funzionamento degli impianti di aria climatizzata: il calore passa sempre e solo da un corpo caldo ad uno più freddo, e mai vieceversa. Con questo concetto ben fisso in mente, analizzando l’impianto di aria climatizzata di un’auto, capiamo bene che il raffreddamento avviene sempre per assorbimento di calore da una zona più calda.
 
Il fluido refrigerante
Proprio l’anno scorso, su questo stesso giornale, abbiamo parlato dell’evoluzione dei fluidi refrigeranti e degli indirizzi attuali di questo genere di gas: R12, R22, R134a e Hfo 1234yf. Anche quello dei refrigeranti è un settore che merita di essere seguito con attenzione, perché i cambiamenti in atto e le imposizioni della normativa vigente sono sempre più restringenti. Anche le voci sul raffrescamento a CO2 continuano a circolare. Tra qualche anno saremo in grado di valutare anche l’indirizzo intrapreso dai produttori di gas frigorigeni.