Post on 20-Feb-2016
description
Instalaţii frigorifice cu compresie mecanică de gaze
(IFCMG)
Agenţi de lucru: aerul sau alte gaze necondensabile (N, H, He, etc.)
După caracterul proceselor care se desfăşoară în aceste instalaţii:
1. Instalaţii cu procese în curgere continuă şi în regim staţionar,
bazate pe ciclul clasic propus de Joule (Brayton) ce se
desfăşoară între două adiabate şi două izobare, utilizându-se
pentru compresie şi destindere turbomaşini;
2. Instalaţii cu procese periodice în regim nestaţionar bazate pe
ciclul propus de Stirling compus din două izoterme şi două
izocore. Acest ciclu necesită un regenerator de căldură ce
lucrează în regim nestaţionar.
Schema şi ciclul teoretic al IFCMG fără regenerare cu
funcţionare în regim staţionar
TC
RG
CF
TD ~ M
1
2 3
4
lc
q0
qr
ld
1
2
3
4
p1 = p4
s3 = s4 s1 = s2
T3=Ta
T4<T0
T
s
∆∆∆∆s
p2 = p3
T1=T0
T2>Ta
Procese:
(1-2) = compresie adiabată reversibilă în turbocompresor (TC) de la p1
la p2, ce determină o creştere de temperatură de la T1 la T2 → consum
de lucru mecanic;
(2-3) răcire izobară în răcitorul de gaz (RG) cu scăderea temperaturii
de la T2 la T3;
(3-4) = destindere adiabată – izentropă de la p2 la p1, ce determină
scăderea de temperatură de la T3 la T4 cu producerea de lucru mecanic;
(4-1) = încălzirea izobară a agentului de lucru în camera frigorifică
(CF) cu preluarea cantităţii de căldură q0.
Lucrul mecanic total al ciclului:
−=
kg
kJlll dct
Raportul de compresie al ciclului: 4
3
1
2
p
p
p
p==β
( ) ( )
−⋅=−⋅=
kg
kJTTcTTcl pmpmc 0212
( ) ( )
−⋅=−⋅=
kg
kJTTcTTcq apmpmr 232
( ) ( )
−⋅=−⋅=
kg
kJTTcTTcl apmpmd 443
( ) ( )
−⋅=−⋅=
kg
kJTTcTTcq pmpm 40410
Ecuaţia de bilanţ:
−=⇔+=+
kg
kJqqllqlq rtdrc 00
Eficienţa frigorifică teoretică:
( )
( )1
1
1
1
1
1
40
2
40
2
0
0
00
−−
−=
−−⋅
−⋅=
−
=−
==
TT
TT
TTc
TTc
q
qqq
q
l
q
a
pm
apmrrt
ftε
Ecuaţia adiabatei: .ctvp =⋅ γ sau .1
ctvT =⋅ −γ
⇔=⋅⇒⋅=⇒=⋅⇒
−−−
...
111
ctpTpctvctvp γ
γ
γγ .
1
ctpT =⋅
−
γ
γ
(1-2) γ
γγ
γ
γ
γ
γ
γ
β
1
02
1
2
102
1
22
1
11
01−
−=
−−
⋅=⇔
⋅=⇒⋅=⋅⇒ TT
p
pTTpTpT
TT
(3-4) γ
γγ
γ
γ
γ
γ
γ
β
−−
=−−
⋅=⇔
⋅=⇒⋅=⋅⇒
1
4
1
4
34
1
44
1
33
3
aa
TT
TTp
pTTpTpT
a
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
γ
ββ
β
β
β
β
1
0
1
0
0
001
0
1
0
01
0
1
0
40
2
1
1
11
1
1
1
−−
−
−
−
−
=⋅⋅=⋅=
=−
−⋅=
−
−⋅=
⋅−
−⋅
⋅=
⋅−
−⋅=
−
−
T
T
T
T
T
Tx
x
x
x
T
T
x
x
T
T
T
T
T
T
T
T
TT
TT
TT
TT
a
a
a
aa
a
aa
a
aa
1
11
−
=−
γ
γ
β
ε ft
ftfr εε <
1
2
3
4
p1 = p4
s3 = s4 s1 = s2
T3=Ta
T4<T0
T
s
∆∆∆∆s
p2 = p3
T1=T0
T2>Ta
2r
4r
Ciclul teoretic al IFCMG cu regenerare internă în regim
nestaţionar (Ciclul Stirling)
p2 v2
T2
p1, v1, T1
lc
qr
q0
ld Regenerator
Compresor Detentor
p3 v3
T3
p4, v4, T4
1
3
2
4
p
v v2 = v3 v1 = v4
p1
p2
p3
p4 q0
ld
qr
lc lt
Ta = ct.
T0 = ct.
1
3
2
4
T
s s3
Ta
q0
v1 = v4
T0
s2 s4 s1
v2 = v3
� Puterea frigorifică specifică a gazului obţinută în procesul de
destindere izotermic (3-4) la T0:
43
4
30
2
10
3
400
43
lnlnln0
ssaria
p
pTR
V
VTR
V
VTRlq T
−−−=
=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅== ννν
� Lucrul mecanic în compresia izotermă (1-2) la Ta:
212
1 21ln ssariaV
VTRql arTa
−−−=⋅⋅⋅== ν
� Căldura cedată de gaz în procesul izocor (2-3) este preluată de
umplutura regeneratorului în procesul izocor (4-1):
( ) 41320 4132 ssariassariaTTcq avrg −−−=−−−=−⋅=
� Lucrul mecanic al ciclului:
( ) ( )
( ) 14321ln2
10
000
−−−−=⋅−⋅⋅=
=−=+−+=−=
ariaV
VTTR
qqqqqqlll
a
argrgaTTt a
ν
� Eficienţa frigorifică a ciclului Stirling:
( )C
aaa
t
S
T
TTT
T
V
VTTR
V
VTR
l
qε
ν
ν
ε =
−
=−
=
⋅−⋅⋅
⋅⋅⋅
==
1
1
ln
ln
0
0
0
2
10
2
10
0
Ciclul Carnot : 2 adiabate + 2 izoterme