Frigo pieno, frigo vuoto
A parità di tutte le altre caratteristiche, consuma più elettricità un frigorifero pieno di cibo o uno vuoto? Il mio dubbi, da un punto di vista fisico, è questo: se è vero che è più facile (ovvero, richiede meno energia) abbassare la temperatura dell'aria all'interno di un frigorifero vuoto rispetto ad un solido con la stessa temperatura iniziale, è però anche vero che un solido ha una sorta di "inerzia termica" per cui è necessario più tempo perché si scaldi di nuovo, rispetto all'aria, e ci sia quindi la necessità di avviare il motore del frigorifero. Partendo quindi da una situazione iniziale frigorifero vuoto a 4 °C, e frigorifero pieno di cibo già a 4 °C (e quindi escludendo l'eventuale energia in più per portare tutto il cibo a 4 °C), da quel momento in poi, si consuma più energia a mantenere la temperatura costante quando il frigorifero è vuoto o quando è pieno? E, considerando questa volta anche l'energia necessaria a raffreddare il cibo, come varia il consumo di energia? Esiste forse un punto di break-even in cui dopo un certo tempo la possibile inerzia termica del cibo aiuta a compensare l'energia spesa all'inizio e, alla lunga, convenga tenere il frigorifero pieno? Non mi interessa tanto il caso teorico di un motore con rendimento 100%, quando quello del caso pratico, in cui una parte dell'energia si perde. Conosco le basi del secondo principio di termodinamica, ma questo mi sembra più un problema di "comparazione" tra due esperimenti differenti.
9 luglio 2005
È vero, infatti in questo caso conviene distinguere tra teoria e pratica.
In pratica, un frigorifero pieno consuma leggermente meno di uno vuoto, e un freezer pieno consuma decisamente meno di uno vuoto, come sanno bene le casalinghe che quando hanno il freezer quasi vuoto aggiungono qualche bottiglia d'acqua.
In teoria, i parametri che entrano in gioco sono diversi e ci si può sbizzarrire con i ragionamenti. Un primo aspetto è quello che hai già suggerito nella domanda: i cibi solidi, e ancora di più quelli liquidi, hanno un'inerzia termica (si chiama davvero così) maggiore di quella dell'aria e di conseguenza si scaldano e si raffreddano più lentamente. Tuttavia, se la temperatura del frigorifero fosse perfettamente costante (realizzando quelle che in fisica si chiamano condizioni stazionarie) l'inerzia termica non conterebbe più nulla e non ci sarebbe alcuna differenza di consumo tra un frigo pieno e uno vuoto.
Il motivo per cui la differenza c'è è che le temperature all'interno di un frigorifero non sono mai perfettamente costanti, ma oscillano, perché il suo motore elettrico si accende e si spegne periodicamente. Un frigorifero pieno ci mette più tempo a raffreddare il suo contenuto, ma lo mantiene freddo più a lungo, perciò i cicli di accensione e spegnimento sono più lunghi. Dato che l'accensione del motore consuma leggermente più energia di quella che si spreca tenendolo acceso più a lungo, nel complesso si consuma di meno se i cicli sono più lunghi (cioè se il frigorifero è pieno).
Comunque per i frigoriferi la differenza è piccola, mentre è più significativa per i freezer, perché le potenze in gioco sono più grandi: il vantaggio principale di avere un frigorifero pieno non è tanto quello di consumare meno quanto quello di avere temperature più stabili (beh, oltre a quello di avere un sacco di roba da mangiare, naturalmente).
Passando alla seconda domanda, è vero che ci vuole più energia per raffreddare i cibi che per raffreddare l'aria, di conseguenza nella fase iniziale consuma di meno un frigorifero vuoto. Tuttavia, la massa ottimale che rende minimo il consumo totale del raffreddamento iniziale e del successivo mantenimento a bassa temperatura non è costante, ma dipende dalla durata della conservazione: è intuitivo, infatti, che più a lungo si mantiene il cibo nel frigorifero e più il risparmio di energia all'equilibrio “ammortizza” il maggior consumo iniziale e rende conveniente avere il frigorifero pieno.
D'altra parte nessuna persona sana di mente tiene un frigorifero pieno di cibo senza mai prelevare nulla: nella realtà, quello che fa la differenza tra un frigo pieno e uno vuoto è il fatto di aprire lo sportello. Ogni volta che si apre la porta del frigorifero si aumenta il consumo di energia, perché si sostituisce aria già fredda con altra aria a temperatura ambiente, che richiederà energia supplementare per essere raffreddata. Quando il frigorifero è vuoto, aprendo la porta si spostano grosse quantità di aria e si spreca molta energia, mentre quando il frigorifero è pieno il calore che può uscire in questo modo è poco, pertanto il consumo aggiuntivo di energia è minore.
D'ora in poi, quindi, se ti riempi il frigorifero di birra, potrai giustificarti dicendo che lo fai solo per risparmiare energia…
Andrea Ferrero
Alenia Spazio
