UNIVERSITATEA “ DUNĂREA DE JOS ” GALAŢI

FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE, INGINERIE

ELECTRICĂ ŞI ELECTRONICĂ

FRIGIDERE SI CONGELATOARE

Coordonator Student

2011

Cuprins

CUPRINS ............................................................................................................................................................................. 2

CAP 1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE .............................................................................................................................. 2

1.1. ISTORIC .................................................................................................................................................................. 3 1.2. PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE .................................................................................................................................... 4 1.3. CICLURI FRIGORIFICE ................................................................................................................................................ 6

1.3.1 Ciclul Carnot inversat ................................................................................................................................... 6 1.3.2. Ciclul frigorific teoretic ............................................................................................................................... 7

CAP 2. APARATELE COMPONENTE ALE INSTALAŢIILOR FRIGORIFICE ............................................... 11

CAP 3. SCHEMA ELECTRICA SI ELEMENTE COMPONENTE ALE UNUI FRIGIDER ............................... 17

3. 1. TERMOSTATUL ..................................................................................................................................................... 18 Termostatul digital ............................................................................................................................................... 18 3.1.2 Termostat cu carcasa cu capilar ................................................................................................................. 23

3.2.RELEE .................................................................................................................................................................. 25 3.2.1. Relee termobimetalice ................................................................................................................................ 25 3.2.2. Relee electromagnetice maximale de curent ............................................................................................. 31

3.3.MOTORUL ELECTRIC ............................................................................................................................................... 33

CAP. 4. ALTE ECHIPAMENTE ASEMANATOARE ............................................................................................... 35

BIBLIOGRAFIE ............................................................................................................................................................... 38

Cap 1. Noţiuni introductive

2

1.1. Istoric

Frigiderul, sau mai exact, posibilitatea de a pastra la temperaturi scazute gheata necesara

racirii alimentelor, a constituit o preocupare straveche a oamenilor. Inainte de anul 1000 I.C.,

chinezii taiau si stocau gheata ca sa o foloseasca pentru pastrarea alimentelor.500 de ani mai

tarziu, egiptenii si indienii faceau gheata in noptile friguroase lasand apa in vase de ceramica.

Primele camere de pastrare a ghetii erau gauri sapate in pamant captusite cu lemn si

umplute cu gheata sau zapada. Acestea au fost pentru mult timp frigiderele din istorie. In secolul

XVIII, omul de stiinta Michael Faraday a descoperit ca amoniacul lichid produce inghet.

Frigiderul functioneaza si azi pe acest principiu: comprima un gaz intr-un lichid, lichidul devine

apoi din nou gaz si apoi gazul din nou lichid si tot asa. Primul frigider pentru acasa l-a produs

fabrica General Electric, producand un model inventat de un calugar francez. Acest model folosea

un compresor pentru comprimarea gazului in lichid, compresor care se punea la subsolul casei sau

intr-o camera alaturata.

În 1876 Carl von Linde, datorită utilizării amoniacului ca agent frigorific, permite

adevărata dezvoltare a instalaţiilor frigorifice prin comprimare mecanică de vapori.În 1880,

introducerea unui nou agent frigorific, anhidrida carbonică, reprezintă începutul utilizării

instalaţiilor frigorifice pentru îmbarcarea la bordul navelor a produselor alimentare.

In 1918 s-a adaugat la frigider un dispozitiv de control al temperaturii si o rotita prin care

se alegea temperatura de inghetare dorita. La inceput frigiderul arata ca o cabina din lemn, dar

apoi s-a introdus cabina de portelan si din otel.

În 1920, prin utilizarea anhidridei sulfuroase şi a clorurii de metil, apar primele maşini

frigorifice de uz casnic sau comercial.

Începând din 1930, apar primele hidrocarburi fluorurate şi clorurate (CFC). Datorită

caracteristicilor foarte interesante din punct de vedere termodinamic şi datorită marii lor

stabilităţi atât termice cât şi chimice, utilizarea acestora va aduce o ameliorare considerabilă atât a

fiabilităţii cât şi a siguranţei în funcţionare a instalaţiilor frigorifice cu compresie mecanică. Aşa

se explică de ce în comparaţie cu amoniacul şi clorura de metil, aceste substanţe poartă

denumirea de agenţi frigorifici de siguranţă.

În numeroase ţări, pe lângă denumirea de freoni, agenţii frigorifici pot fi întâlniţi şi sub

diverse denumiri comerciale, care pentru acelaşi produs diferă de la ţară la ţară şi de la un

producător la altul. R12 de exemplu, este numit Forane 12 (denumirea comercială a Uzinei

Kuhlmann din Franţa), Flugene 12 (denumirea comercială a firmei Pechine Saint-Gobain din

Franţa), sau Genetron 12 (denumirea comercială a societăţii Allied Chemical din S.U.A.). În

3

unele publicaţii ştiinţifice, chiar şi denumirea de freoni, pentru desemnarea agenţilor frigorifici,

este considerată comercială.

Ceea ce a reusit frigiderul a fost inlocuirea cutiei cu gheata, care a fost modalitatea

preferata pentru pastrarea alimentelor in stare propice pentru cat mai mult timp. Mediul de

utilizare cel mai adesea face parte fie din comert sau diverse arii ale industriei si comert.

Temperatura la care se pastreaza alimentele se pare ca se situeaza la -18 grade Celsius.

Initial, frigiderele pentru uz commercial erau pe sistem de gaz toxic, care, uneori, avea

scapari si era instabil si periculos pentru om. Frigiderul de uz casnic au aparut pe piata in jurul

anului 1915 si au fost acceptate la scara larga in Statele Unite prin anii '30 datorita faptului ca a

fost schimbat sistemul cu gaz toxic cu unul mai bun, fara amenintare la adresa sanatatii si vietii

omului. Desi in America frigiderul era utilizat in majoritatea locuintelor inca din 1930, in Anglia

au intrat puternic pe piata abia din anul 1970.

In secolul 11, fizicianul si chimistul Ibn Sina, de origine persana, a inventat prima forma

de frigider primitiv. Inventia sa a revolutionat tehnologia distilarii si a fost folosita in distilarea

vaporilor, care necesita racire prin tub, pentru a produce substante de baza.

Cea mai veche si apropiata varianta a frigiderului a fost create in 1748 de William Cullen

la Universitatea din Glasgow. Variante imbunatatite ale ceea ce avea sa fie numit frigider in

vremea noastra au aparut constant. Oliver Evans, John Gorrie, James Harrison, Ferdinand Carre,

Baltzar von Platen, Calr Munters, Charles Tellier, David Boyle, Raoul Pictet sunt cativa dintre cei

care au adus mari contributii la dezvoltarea acestui aparat. Carl von Linde a fost primul care a

patentat varianta practica si compacta a frigiderului.

1.2. Principiul de funcţionare

Sunt maşini termice care au rolul de a prelua căldură de la un mediu având temperatura

mai scăzută şi de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată. Mediul cu temperatura

4

mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece, iar mediul cu temperatura mai

ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursa caldă. Deoarece au capacitate termică

infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Fig. 1.1 Schema energetică a instalaţiilor frigorifice şi a pompelor de căldură

Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece,

iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursa caldă.

Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante

chiar dacă acestea schimbă căldură

Conform principiului doi al termodinamicii, pentru transportul căldurii, în condiţiile

prezentate, este necesar un consum de energie, notat cu P.

În cazul instalaţiilor frigorifice, sursa rece se găseşte sub temperatura mediului

ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valoare, este denumit răcire

artificială.

Agentul de lucru, care evoluează în aceste instalaţii, este denumit agent frigorific. Pentru a

putea să preia căldură de la sursa rece, agentul frigorific trebuie să aibă temperatura mai mică

decât aceasta.

În timpul preluării de căldură de la sursa rece, agentul frigorific se poate comporta în

două moduri diferite:

- se poate încălzi mărindu-şi temperatura;

- poate să-şi menţină temperatura constantă

Răcirea frigiderelor se poate face:

- cu un rezervor care conține un material cu punct de topire scăzut (gheață, zăpadă carbonică);

- cu o mașină frigorifică, care poate fi cu absorbție sau cu compresor.

5

Cele două posibile variaţii de temperatură (t) a agentului de lucru, de-a lungul

suprafeţelor de schimb de căldură (S), sunt prezentate în figurile 1.2 şi 1 .3. Cu tr a fost

notată temperatura sursei reci, iar săgeţile reprezintă sensul transferului termic (de la sursa rece

la agentul frigorific).

Este evident că menţinerea constantă a temperaturii agentului frigorific în timpul

preluării de căldură, este posibilă numai în condiţiile în care se produce transformarea stării de

agregare şi anume vaporizarea.

Fig. 1.2 Încălzirea agentului de lucru în Fig. 1.3 Absorbţia de căldură de la sursa

timpul preluării de căldură rece, cumenţinerea constant a

temperaturii

1.3. Cicluri frigorifice

1.3.1 Ciclul Carnot inversat

6

Transportul căldurii de la sursa rece la sursa caldă, se realizează cu consumul minim

posibil de energie, printr-un ciclu Carnot inversat reversibil, denumit şi ciclu frigorific

ideal, care se va realiza în domeniul de vapori umezi, aşa cum se observă în figura 1.4.

Procesul de lucru se desfăşoară între temperatura de vaporizare T0, teoretic egală cu

temperatura sursei reci Tr, temperatura de condensare Tk, teoretic egală cu temperatura sursei

calde Ta, a mediului ambiant şi cele două adiabate reversibile (s = constant): de comprimare,

respectiv de destindere, sensul de parcurgere a ciclului fiind antiorar.

Fig.1.4 Ciclul Carnot inversat reversibil, în domeniul de vapori umezi

Agentul frigorific preia căldură în vaporizatorul instalaţiei, prin procesul izobar-izoterm 4-1.

Vaporii obţinuţi sunt comprimaţi adiabatic reversibil de compresor, prin procesul 1-2. După ce este

refulat de compresor, agentul de lucru ajunge în condensator, unde cedează căldură în procesul de

asemenea izobar-izoterm 2-3. Lichidul rezultat se destinde în detentor, procesul de lucru 3-4 din acest

aparat fiind tot adiabatic reversibil şi în continuare ciclul se repetă.

1.3.2. Ciclul frigorific teoretic

Detentorul în care se realizează destinderea adiabatică a ciclului ideal, este o maşină foarte

complexă din punct de vedere constructiv, indiferent dacă prezintă cilindri în care pistoanele sub

acţiunea agentului de lucru furnizează energie mecanică sistemului bielă-manivelă, sau dacă este

7

o turbomaşină cu palete montate în rotor. În plus, lucrul mecanic obţinut în detentor are o valoare

destul de scăzută, deoarece titlul vaporilor care se destind, este foarte redus, deci agentul de lucru

se găseşte preponderent în stare de lichid, iar acesta fiind incompresibil, furnizează puţină energie

mecanică prin destindere.

În consecinţă, complexitatea constructivă a detentorului nu este justificată de lucrul

mecanic obţinut, redus ca valoare, iar acest aparat a fost înlocuit în instalaţiile frigorifice

comerciale, de un dispozitiv mult mai simplu din punct de vedere constructiv, denumit ventil

de laminare, sau ventil de reglaj.

În ventilul de laminare, notat cu VL pe figura 1.5, asemănător din punct de vedere constructiv

cu un robinet, sau cu o diafragmă, care prezintă o secţiune de curgere îngustată, reglabilă sau nu,

se realizează un proces de laminare adiabatică. Presiunea scade de la presiunea de condensare

pk, în amonte de ventilul de laminare, până la presiunea de vaporizare p0, în aval de acest

aparat. Procesul este adiabatic, pentru că se desfăşoară fără schimb de căldură cu mediul ambiant

şi deoarece nici nu se produc interacţiuni cu exteriorul sub formă de lucru mecanic tehnic. În

aceste condiţii este evident că laminarea se desfăşoară cu menţinerea constantă a entalpiei.

Fig.1.5 Schema unei instalaţii frigorifice

Ireversibilităţile interne ale procesului de laminare adiabatică: frecări, turbionări,

omogenizări şi altele, determină creşterea entropiei agentului de lucru. Creşterea entropiei poate fi

explicată şi prin faptul că lucrul mecanic de destindere se transformă prin frecare în căldură, iar

aceasta este înglobată de agentul frigorific, determinând creşterea entropiei.În unele maşini

frigorifice, în special cele de puteri frigorifice reduse, destinderea se realizează într-un dispozitiv

chiar mai simplu şi anume un tub capilar lung şi de secţiune redusă. Aici scăderea presiunii se

8

realizează tot datorită particularităţii curgerii. Aceasta este foarte complexă şi de regulă se studiază

experimental, modelarea matematică fiind dificilă. Din punct de vedere termodinamic,

transformarea din tubul capilar este considerată tot o laminare adiabatică.

Pentru ventilul de laminare, sau tubul capilar se utilizează uneori în practica exploatării

instalaţiilor frigorifice, în mod abuziv şi incorect tot denumirea de detentor, impusă de firmele

producătoare, care le numesc astfel.

Procesul de comprimare al ciclului Carnot inversat are loc în domeniul vaporilor umezi,

iar reglajul maşinii frigorifice, astfel încât comprimarea să se termine exact pe curba vaporilor

saturaţi, este practic imposibil. Prezenţa picăturilor de lichid în cilindrul compresorului C este

nedorită, deoarece dacă acesta nu vaporizează complet şi rămâne în spaţiul mort la sfârşitul

cursei de comprimare, poate să provoace aşa numitele lovituri hidraulice, iar acestea pot

deteriora unele părţi componente ale compresorului, în special supapele, care prezintă cea mai

redusă rezistenţă mecanică. Din acest motiv, în maşinile şi instalaţiile frigorifice, procesul de

comprimare se desfăşoară în domeniul vaporilor supraîncălziţi, ceea ce are ca efect creşterea

siguranţei în funcţionare, a compresorului.

În figura 1.5 este prezentată schema instalaţiei frigorifice funcţionând după ciclul teoretic, în

domeniul de vapori umezi, iar în figurile 1.6 este redat în diagramele T-s, respectiv lgp-h, ciclul

teoretic în domeniul de vapori umezi.

Fig. 1.6 Ciclul instalatiei frigorifice cu compresie mecanica de vapori in diagramele T-s si

p-h.

Analizând diagramele în care a fost reprezentat ciclul frigorific teoretic, se constată uşor,

că la ieşirea din compresor, agentul frigorific are o temperatură mai mare decât cea de

9

condensare, considerată egală cu a mediului ambiant. Deoarece această temperatură este

înregistrată la ieşirea din compresor, poartă şi denumirea de temperatură de refulare W = h ;

Tref = T2.

10

Cap 2. Aparatele componente ale instalaţiilor frigorifice

Cele mai simple maşini frigorifice, ca cea prezentată în figura 1.9, funcţionează după ciclul

teoretic prezentat anterior, cu precizarea că există anumite diferenţe între temperaturile surselor de

căldură şi temperaturile agentului frigorific din vaporizator şi condensator. În continuare se vor

prezenta mai detaliat cele patru aparate componente care nu pot să lipsească din maşinile

frigorifice.

Fig. 1.9 Schema unei maşini frigorifice simple, de putere frigorifică redusă

În figura 1.10 este reprezentat în secţiune un compresor frigorific. Se poate observa motorul electric 1, al cărui rotor 2 se continua cu arborele cotit. Este reprezentat şi sistemul bielă-manivelă cu bielele 3 şi pistoanele 4. Aspiraţia vaporilor se realizează prin supapele de aspiraţie 5 la coborârea pistoanelor, iar refularea prin supapele de refulare 6 la urcarea pistoanelor.

Fig. 1.10 Compresor frigorific

11

Vaporii calzi refulaţi din compresor ajung în condensator (reprezentat în culoarea roşie),

acesta fiind poziţionat în schema instalaţiei ca în figura 1.11. Pe diagramele din figurile 1.3 şi 1.4 se

observă cum în acest aparat, se produce întâi desupraîncălzirea vaporilor şi apoi condensarea

propriu-zisă.

Fig 1.11 Locul condensatorului în schema instalaţiei

Din punct de vedere constructiv, figura 1.11 prezintă un condensator ale cărui serpentine

schimbătoare de căldură sunt răcite cu aer. Se observă că există şi nervuri pentru extinderea

suprafeţei şi intensificarea transferului termic. Aerul este circulat forţat cu ajutorul unui

ventilator. Există şi construcţii de condensatoare răcite cu apă, de tip multitubular, ca cel din figura

1.12 sau mixt, cu apă şi aer, ca în figura 1.13.

Fig. 1.12 Condensator multitubular

orizontal racit cu apa Fig. 1.13 Condensator cu răcire mixtă (apă şi aer)

12

Dispozitivul de destindere este ventilul de laminare, având rolul de a reduce presiunea

lichidului până la valoarea presiunii de vaporizare, aşa cum se observă şi în figura 1.14. În

instalaţiile de putere frigorifică mică, acest dispozitiv este înlocuit adesea de tuburile capilare

Fig. 1.14 Reducerea presiunii în ventilul de laminare

Fig. 1.15 Dispozitivul de laminare in schema instalatiei

Poziţia dispozitivului de laminare (reprezentat colorat) în schema instalaţiei este indicată

în figura 1.15.

Datorită secţiunii interioare mici şi lungimii mari a capilarului, respectiv datorită secţiunii

îngustate prezente în ventilul de laminare, în timpul curgerii se produce căderea de presiune de la pk la

p0, sugerată de manometrele montate la intrarea şi ieşirea ventilului de laminare. Odată cu reducerea

presiunii, agentul frigorific ajunge în domeniul vaporilor umezi, iar la ieşirea dispozitivului de

laminare, se obţine un amestec de lichid şi vapori saturaţi la presiunea de vaporizare, în care

predomină lichidul, titlul acestor vapori fiind în jur de 15…25%.

În figura 1.16 este prezentat locul de amplasare a vaporizatorului (reprezentat în culoarea

albastră), în care se realizează efectul util al instalaţiei. Lichidul aflat la temperatură redusă, sub cea a

mediului ambiant, în timp ce îşi schimbă starea de agregare răceşte în acest caz aer, dar este posibil să

se răcească şi apă sau alte lichide, respectiv gaze sau chiar substanţe solide. Din punct de vedere

constructiv vaporizatoarele răcitoare de aer se aseamănă cu condensatoarele răcite cu aer, fiind

realizate dintr-o serpentină pe care se montează nervuri.

Dacă vaporizatorul funcţionează sub 0°C atunci pasul dintre nervuri va fi mult mai mare decât

la condensator, pentru a permite şi depunerea de brumă sau gheaţă, fără a obtura spaţiul de curgere a

aerului circulat forţat de către ventilator. Evident, în acemenea cazuri, este necesară decongelarea

periodică a vaporizatorului, proces denumit şi degivrare.

Fig. 1.16 Locul vaporizatorului în schema instalaţiei

14

Vaporizatoarele pot avea diverse construcţii, în funcţie de tipul procesului de răcire pe care

îl realizează. În figura 1.17 este prezentat un vaporizator pentru răcirea aerului, iar în figura 1.18 unul

imersat într-un bazin pentru răcirea apei.

Fig. 1.17 Vaporizator pentru răcirea aerului Fig. 1.18 Vaporizator pentru răcirea apei

Fig. 1.19 Localizarea instalaţie frigorifice într-un frigider

15

Fi

g .

1.20 Vedere laterală Fig. 1.21

Fenomenul din interiorul unui

frigider

Fig. 1.22 Compresorul si condesatorul

16

Cap 3. Schema electrica si elemente componente ale unui frigider

Fig. 1.23 Schema electrică a frigiderului

17

3. 1. Termostatul

Termostatul digital

Sa se proiecteze un sistem de masurare a temperaturii comandat de un microcontroler tip

Atmega128. Sistemul va comanda un agregat de racire in cazul in care temperatura ambianta este mai

mare decat o temperatura presetata + 0.5 °C, sau un agregat de incalzire atunci cand temperatura

scade sub Tset – 0.5.

Sistemul are urmatoarele caracteristici:

• gama de temperaturi masurate si reglate intre 0 – 100 °C

• temperatura afisata pe un afisaj cu leduri pe 3 digiti

• 2 butoane de reglare a temperaturii cu posibilitatea modificarii temperaturii setate: la apasarea

unuia dintre butoane aparatul intra in modul de setare. Daca timp de 5 secunde nu se apasa

nici un buton se revine la temperatura reala.

Afisajul contine de asemenea 2 leduri ce indica modul de afisare(real sau setare).

Se vor folosi :

1. afisaje cu leduri cu anod sau catod comun.

2. microcontroler Atmega128

3. traductori de temperatura LM335

Temperaturile se vor afisa in grade C.

Caracteristici generale Atmega128:

1. microcontroler pe 8 biti cu arhitectura RISC

2. Tensiuni de operare in gama 4.5-5.5 V

3. Convertor analog-digital

4. 32x8 registre de uz general

5. 128 kb memorie flash reprogramabila

6. 4k EEPROM

7. 4k SRAM intern

8. 2 timere pe 8 biti si 2 timere extinse pe 16 biti

9. 133 instructiuni cu durata intre 1-3 cicli.

18

Fig. 2.1 schema Atmega128

Schema bloc

19

21

7

6

54

3 8

Fig 2.2 schema bloc a termostatului digital

1. Senzor de temperatura LM335

2. Amplificator

3. Taste

4. Convertor analog-digital cu conversii succesive

5. Microcontroler Atmega128

6. Afisaj cu leduri cu 3 digiti + indicatori de comanda si modul de afisare(Tset/Treal)

7. Agregat de racire

8. Agregat de incalzire

Senzorul de temperatura

Fig 2.3 sezorul de temperatura

20

Acest senzor functioneaza intre temperaturile -40ºC si 100ºC pastrandu-si liniaritatea si

impedanta scazuta. Din cele 3 forme disponibile s-a ales SO-8 cu montare pe suprafata, avand o

rezistenta termica scazuta fata de celelalte variante. Circuitul are o impedanta dinamica mai mica de

1Ω si functioneaza intre 0.45mA si 5mA fara degradari ale perfomantelor. Calibrat la 25˚C LM335

are o eroare mai mica de 1˚C la o variatie a temperaturii de 100˚C (tipic 0.5˚C). Are o iesire liniara in

tensiune care variaza in functie de tempeatura cu 10mV/˚K.

Rezistenta R7 este folosita pentru calibrarea la 25ºC trebuind sa asigure la iesiere tensiunea de

2.982V pentru aceasta temperatura.

Legea de variatie:

K

TVV OUTOUT °+

⋅= °− )27325(298 , unde T este temperatura in grade Kelvin.

Rezulta

• Tensiune de iesire la +100C: 3.732V

• Tensiune de iesire la -40C: 2.332V

Adaptorul de semnal

Fig 2.4 adaptorul de semnal

21

L T 1 0 1 3

+3

-2

V +

V -

O U T1

+5

-6

+

-

O U T7

+ 5 V

+ 5 V

R 3

3 3 k

R 21 0 k

R 6

3 6 k

R 52 k

R 4

2 k 4

+ 5 V

R v 2

1 kR v 3

0 k 5

Ai (i=1..3)

Amplificatorul LT1013 este primul AO dual de precizie cu 8 pini. Poate fi alimentat de la o singură sursă de 5V. Gama intrării de mod comun poate include si masa. Ieşirea poate oscila in limita a câţiva mV de la masa.

Deoarece traductorul de temperatura LM335 are o panta de 10mV/ºK rezulta ca, la capetele de scala ale termometrului (-40ºC si 100ºC) tensiunile de iesire vor avea valorile +2.332V (pt -40ºC) si 3.732V (pt100ºC) asadar excursia de tensiune va fi de 1.400V.

Acest adaptor are rolul de a mari excursia tensiunii de la iesire de la 1.4V la 5V deoarece intrarea analogica a convertorului este cuprinsa intre valorile 0...5V.

Amplificarea acestui adaptor trebuie sa fie A=ΔUf/ΔUi=5/1.4=3.5714 pe fiecare grad Celsius.

Amplificarea este: A=(R3+Rv2)/R2

R6≈R3+Rv2. Pentru R2=10kΩ avem:

R3+Rv2=35.714k rezulta ca R3=33K, iar Rv2=5K

Se alege R6=36k.

Convertorul analog-digital

Convertorul analog-digital oferit de Atmega128 are urmatoarele caracteristici:

• rezolutie de 10 biti

• precizie de ±2 LSB

• timp de conversie intre 13-260μs

• 8 canale de intrare multiplexate

• posibilitatea de ajustare stanga a rezultatului din registrul ADC

• excursia de tensiune 0-VCC

• moduri "Free-Running" sau conversie unica

• intrerupere la terminarea unei conversii

Acesta primeste pe intrarea ADC0 o tensiune Vin∈(0..5V) si este alimentat la Vref=5V.

Rezultatul conversiei pentru un nivel de tensiune de 0V este ADC = 0x00 iar pentru 5V 0xFF.

22

Pentru a activa ADC-ul se seteaza bitul ADEN din registrul ADCSRA. Implicit rezultatul va fi

aliniat la dreapta (ADCL apoi ADCH). Pentru a incepe o conversie se seteaza ADSC. Acesta va fi

resetat automat la finalizare cand ADIF = 1.

Circuitul prezinta un multiplexor de selectie a canalului de intrare ce va fi setat in registrul

ADMUX.

Ultimii 3 biti din ADCSRA sunt destinati setarii frecventei de esantionare(pre-scale). Circuitul

de aproximatii succesive necesita o frecventa intre 50 kHz si 200 kHz iar introducerea unei frecvente

mai mari duce la scaderea preciziei. In acest caz s-a ales un factor de pre-scale de 32 (ck/32 = 125

kHz).

Afisajul

Se vor folosi 3 afisaje cu leduri de 7 segmente pentru afisarea temperaturii in gama 0 - 100°C. Acestea vor fi alimentate prin 3 tranzistoare npn care au rolul de intrerupatoare polarizate in baza de pinii portului A al microcontrolerului. De asemenea la portul A vor fi conectate 4 leduri ce vor semnala modul de afisare real/setare si comanda de racire/incalzire.

Selectia segmentelor celor 3 digiti se va face prin portul B conectand cele 3 afisaje la o magistrale, aceasta avand avantajul economiei de curent.

Pentru a aprinde un segment pinul corespunzator al portului B va trece pe nivelul 0. Punctul din coltul dreapta jos va fi conectat la pinul cel mai semnificativ al portului, el nefiind folosit.

Fig 2.5 afisajul

3.1.2 Termostat cu carcasa cu capilar

23

gf

e

d

c

b

a

Fig 2.6 termostate cu capilar

Termostatul este componenta care face ca frigiderul dumneavoastra sa nu consume o cantitate

enorma de energie electrica si care pastreaza durata de viata a compresorului oferindu-i acestuia

pauze.

In general un frigider este in parametrii normali de functionare daca merge intre cel putin 5

minute si cel mult 20 de minute si ia pauza pentru 7-15 minute. Aceste valori depind de mai multi

factori cum ar fi ventilatia camerei, temperatura camerei, masa pe care trebuie sa o raceasca frigiderul,

etc.

La frigidere tremostatul este situat, in general in interior, pe partea dreapta (cum privim

frigiderul din fata) ,imediat sub congelator(vaporizator). Acesta se poate distinge prin rotita de reglare

a nivelului de inghet pe care trebuie sa-l creeze frigiderul.

Termostatul este format dintr-un mecanism cu parghie care intrerupe curentul electric, asadar este

legat la instalatia electrica a frigiderului.

Termostatul are o ansa (conducta metalica) invelita intr-un strat de cauciuc pe o anumita

portiune. Pe aceasta conducta subtire se afla un gaz termosensibil (care se dilata si se contracta foarte

mult la schimbarile de temperatura). Ansa are contact direct cu vaporizatorul pentru ca transferul de

temperatura sa fie foarte rapid.

Ansa incepe dintr-o pernita din metal inoxidabil care contine acelasi tip de gaz. La

contractarea gazului din ansa si din pernita este schimbat un comutator, in acest caz pe "oprit".

Asta inseamna ca temperatura din interior a ajuns la pragul minim si termostatul opreste

compresorul.

La cresterea temperaturii in interiorul frigiderului gazul din conducta termostatului se dilata

(creste presiunea acestuia) si comutatorul este schimbat de o parghie pe modul "pornit". In aceasta

24

situatie motorul porneste pentru a pune freonul in miscare si a elimina caldura din interior. Astfel,

ciclul se repeta.

Pragurile de temperatura intre care actioneaza termostatul pot fi alterate prin schimbarea

pozitiei rotitei acestuia catre un numar mai mare sau mai mic.

3.2.Relee

3.2.1. Relee termobimetalice

Releele sunt aparate de protectie, care actionând asupra unui aparat de comutatie, produc

întreruperea alimentrii unui consumator, la o anumita temperatura a elementului sensibil al

releului. Elementul sensibil sau senzorul este o lamela din bimetal.

Releele termobimetalice sunt relee de curent si se utilizeaza mai ales pentru protectia masinilor

electrice, împotriva încalzirilor excesive ca urmare a functionarii masinilor la suprasarcini de lunga

durata .

Curentul de suprasarcina al motorului, încalzeste mecanismul bimetalic al releului si când

temperatura atinge valoarea maxima admisa, releul termobimetalic trebuie sa actioneze

asupra unor contacte care provoaca deconectarea motorului de la retea.

Releele termobimetalice nu asigura protectia împotriva curentilor de scurtcircuit, deoarece

rezistenta de încalzire a acestor relee se poate arde înainte ca aceste relee sa actioneze. De aceea

la protectia motoarelor electrice aceste relee termobimetalice se asociaza cu relee electromagnetice

cu actiune instantanee sau sigurante fuzibile cu rol de protect ie împotriva curen ilor de

scurtcircuit.

Principiul de functionare al releelor termobimetalice

Lamela bimetalica este formata din doua straturi de metal intim unite pe toata suprafa ta

de contact, prin sudura sau lipire. Cele doua metale au coeficienti de dilatare diferiti. Cum

la încalzire una din componente se dilata mai puternic ca cealalta , termobimetalul se curbeaza la

încalzire s i anume cu atât mai mult, cu cât mai mare este diferenta dintre coeficientii de dilatare

ai ambelor componente.

25

Componenta cu coeficient de dilatare mai mic constituie componenta pasiva, iar cea cu

coeficient de dilatare mai mare reprezinta componenta activa .Aliajele din fier-nichel, cu

proprieta t ile lor specifice, stau la baza realizarii termobimetalelor. Invarul (aliaj Fe-Ni cu

36% Ni), având coeficientul de dilatare minim se foloseste în calitate de componenta

pasiva, iar aliajele cuprului cu zinc, staniu sau nichel, care au coeficienti de dilatare mari se

folosesc drept componente active.

Prin urmare, lamela bimetalica are proprietatea de a-s i schimba forma în mod automat, functie

de valoarea temperaturii materialului lamelei; parametrul de intrare este temperatura si

parametrul de ies ire curbarea lamelei. Fata de alte dispozitive bazate pe dilatare, bimetalul are

avantajul ca sageata care se obtine la capatul liber al lamelei este cu mult mai mare decât cea

obtinut prin simpla dilatare termica. În esenta la nivelul bimetalului se obtine cea mai simpla

transformare de energie termica în energie mecanica , cu multiple aplicatii în tehnica .

Caracteristica de protectie a releului termobimetalic

Aceasta caracteristica exprima dependenta dintre timpul de actionare al releului si

valoarea curentului care parcurge bimetalul. Este o caracteristica de protectie dependenta ,

constatându-se ca o data cu cresterea curentului ce parcurge bimetalul timpul de actionare al

releului scade.

În figura 3.1 s-a reprezentat prin curba 2 caracteristica de protectie a bimetalului în stare

rece, prin curba 3 caracteristica de protec tie a bimetalului preîncalzit s i prin curba 1 caracteristica

tehnica a obiectului de protejat (reprezentarea timpului este fa cuta la scara logaritmica ).

Fig. 3.1 Caracteristicile temporale de protectie a unui releu termobimetalic.

26

O protectie buna se realizeaza atunci când caracteristicile 2 s i 3 se afla sub

caracteristica 1, pentru toata gama curentilor posibili. Datorita alurii dependente a

caracteristicii de protectie, releele termobimetalice sunt indicate pentru protectia motoarelor

electrice. Aceasta deoarece supracurentii de scurta durata , de exemplu la pornirea

motoarelor, nu sunt suficienti ca prin încalzirea termobimetalului sa produca declansarea

motorului de la retea.

În schimb, la supracurenti de durata , (de exemplu la ramânerea în doua faze) se obtine

o declansare dupa un anumit timp, functie de valoarea curentului.

Caracteristica de protectie poate fi obtinut prin calcul, sau se poate determina experimental

pentru releele construite.

Fig 3.2 Modul de reprezentare în schemele electrice

Din punct de vedere al reprezenta rii releelor termobimetalice în schemele electrice, se pot folosi modalitatile prezentate în figura 3.2. În toate cazurile se constata existenta a doua circuite: unul parcurs de curentul de protejat (contactele 1-2) si un contact aflat în alt circuit (de exemplu în circuitul bobinei de comanda a contactorului), ce poate fi normal închis (contactul 11-13) sau normal deschis (contactul 12-14).

Variante constructive de relee termobimetalice

Termobimetalele, au proprietatea transformarii unei variatii de temperatura într-o mis care

27

datorita deformarii. La realizarea releelor termobimetalice se foloseste atât aceasta proprietate

cât s i proprietatea de elasticitate a termo-bimetalelor.

Prin aplicarea unei forte de sens contrar deformarii se pot obtine tensiuni interne,

proportionale cu variatiile de temperatura.

Din punct de vedere tehnic se pot utiliza urmatoarele functii ale termo-bimetalelor:

• efectul de deformare (curbare);efectul de forta datorita tensiunilor interne;

• efectul combinat de deformare si forta ;

• efectul de temporizare la transmiterea unei comenzi;

• efectul de compensare a temperaturii mediului ambiant.

Aceste efecte pot fi realizate cu termobimetale de cele mai diferite forme ca: benzi drepte

sau usor îndoite care se curbeaza , piese în forma de U, spirale care se înfasoara sau se desf

asoara.

Dupa modul de încalzire al elementului sensibil bimetalic se deosebesc mecanisme bimetalice

cu încalzire directa , indirecta sau combinata (mixt ). La încalzirea directa , lamela se

încalzeste prin efect electrocaloric datorita trecerii curentului electric prin însasi lamela

bimetalica .

Cum efectul de deformare al termobimetalelor încastrate la un capa t este cel mai frecvent

folosit, se prezint în figura 3.3. doua solutii constructive pentru releele cu înca lzire directa .

Astfel în figura 3.3 a) se prezinta un releu termobimetalic dintr-o banda de bimetal fara

pretensionare s i în figura 3.3.b) cu pretensionare.Aceste relee sunt capabile sa deschida un

contact al unui circuit electric daca temperatura depases te o anumita valoare limita .

28

Fig 3.3 Relee termobimetalice cu înca lzire directa , utilizând efectul de deformare.a) releu

bimetalic din banda bimetalica fara pretensionare. b) releu bimetalic din banda bimetalica cu

pretensionare.

Fig 3.4 Releu termobimetalic cu înca lzire directa utilizând efectul de deformare s i forta .

Utilizarea concomitenta sau succesiva a efectului de deformare si a efectului de

fart este exemplificat în constructia din figura 3.4. Aici lamela bimetalica încastrata se

deplaseaza întâi liber, proportional cu temperatura, apoi actioneaza cu o forta provocând

deschiderea unui contact din circuitul electric al bobinei contactorului.

În cazul înca lzirii combinate (mixte), lamela este înca lzita pe cale directa si

indirecta prin rezistor, curentul parcurgând lamela termobimetalica si rezistorul legate în serie ca

în figura 3.5 Când curentul din circuitul de sarcina este prea mare, bimetalul se leaga în

circuit prin intermediul unui transformator de curent.

29

Fig 3.5 Releu termobimetalic cu încalzire combinat

Fig 3.6 Blocuri de relee termobimetalice

30

3.2.2. Relee electromagnetice maximale de curent

Sunt relee cu actiune instantanee, destinate protectiei instalatiilor electrice împotriva

suprasarcinilor sau scurtcircuitelor.

Elementul constructiv caracteristic al releului maximal de curent (RC) este armatura mobil

de forma literei Z si se executa din tabla de otel foarte subtire s i usoara , pentru a micosra

timpul de actionare. Ea se satureaza repede la valori mici ale curentului din înfa surare, astfel

ca factorul de revenire al releului cres te s i implicit s i sensibilitatea releului.

Curentul de supravegheat parcurge înfasura rile, ce pot fi legate în serie sau paralel, aflate pe

miezul feromagnetic al electromagnetului. Daca curentul depaseste valoarea reglata , fixata pe

scara de reglaj, armatura se rotes te rapid, învingând tensiunea resortului antagonist si închide

contactele mobile peste cele fixe, lansând un semnal în circuitul comandat. Reglarea curentului de

actionare se face printr-o pârghie, schimbându-se tensionarea resortului antagonist. De

asemenea prin legarea în serie sau paralel a înfasurarilor se poate dubla domeniul de reglaj.

Timpul de actionare al acestor relee este de câteva sutimi de secunda (aproximativ 0.05 s)

si nu poate fi reglat; caracteristica de protectie a releului este o caracteristica independenta .

Daca valoarea curentului la care releul actioneaza este Ia s i valoarea curentului la care

releul revine este Ir, atunci factorul de revenire al acestor relee Kr =Ir/Ia este 0,85. Cu cât

factorul de revenire este mai apropiat de unitate cu atât releul este mai sensibil.

Fig 4.1 Releu electromagnetic maximal de curent RC2.

Partile componente ale releului

1 - miezul feromagnetic

2 - bobina,

3 - arma tura mobila,

4 - resort antagonist,

5 - buton de reglaj a arcului,

6,7 - suruburi de reglaj care stabilesc poztiile limita ale arma turii mobile.

8 - schimbarea domeniului de reglaj se realizeaza prin comutatorul gamelor de reglaj care

modifica numa rul de spire al bobinei releului.

9 - b ratul arma turii mobile actioneaza prin intermediul piesei izolante, sistemul de contacte

10 - indicatorul de functionare

32

3.3.Motorul electric

Motorul asincron este un masina destinat sa functioneze in curent alternativ si la care raportul

dintre turatie si frecvanta retelei la care este conectata variaza odata cu schimbarea regimului de

functionare sau cu variatia gradului de incarcare.

Infasurarile statorului si rotorului, in cazul motoarelor asincrone, nu sunt conectate electric, intre

aceste infasurari exista numai o legatura inductiva-sunt cuplate magnetic- din aceasta cauza masinile

asincrone se mai numesc si masini de inductie.

Tipuri de motoare asincrone:

Motorul asincron cu rotorul bobinat: are statorul confectionat din otel, cu forma cilindrica, si

este prevazut in interior cu un miez magnetic din tole, cu crestaturi.In crestaturile acestui miez se

introduce o infasurare statorica trifazata, legata in stea sau triunghi.Rotorul acestui tip de motor este

format dintr-un ax, pe care se fixeaza un miez magnetic din tole, cu crestaturi in care se fixeaza o

infasurare trifazata legata numai in stea, capetele acestei infasurari se leaga la trei inele colectoare, pe

care freaca trei perii colectoare.

Motorul asincron cu rotor cu scurtcircuit: cu statorul confectionat din otel, cu forma cilindrica, si este

prevazut in interior cu un miez magnetic din tole, cu crestaturi.In crestaturile acestui miez se introduce

o infasurare statorica trifazata, legata in stea sau triunghi.Rotorul este format dintr-un ax pe care se

fixeaza un miez magnetic din tole, cu crestaturi in care se introduc bare din cupru scurtcircuitate la

capete de doua inele de cupru.

Functionarea motorului asincron:

Campul invartitor condus de stator prin curentul absorbit de la retea induce in infasurarile

rotorice un sistem de tensiuni trifazate.In functionare, rotorul fiind legat in scurtcircuit, tensiunile

induse vor da nastere unor curenti rotorici.Interactiunea dintre campul magnetic si curentii rotorici

produce un cuplu electromagnetic care invarteste rotorul in sensul campului invartitor statoric(sensul

succesiunii fazelor).

33

Frigiderele si congelatoarele folosesc motoare electrice asincrone cu rotorul in scurtcircuit, dar

mai au in plus si o infasurare ajutatoare.Aceasta intra in serie cu motorul doar la pornirea acestuia,

datorita unui releu de pornire.Socul de pornire fiind intre 6 si 9 ori mai mare decat curentul nominal,

releul cupleaza si motorul va avea in paralel si acea infasurare ajutatoare.Dupa pornire curentul scade,

releul decupleaza si infasurarea ajutatoare este scoasa din circuitul motorului.

34

Cap. 4. Alte echipamente asemanatoare

1. Frigider independent sau incorporabil

Pe langa evaluarile legate de exigentele estetice ale propriei bucatarii, clientul trebuie sa tina cont si

de latimea frigiderul incorporabil care este de 54 de cm, pentru majoritatea modelelor. Deci, gandit

pentru dimensiunile standard ale bucatariilor modulare. Frigiderele cu independente au o latime

normala de 60 cm. Frigiderele se impart in urmatoarele categorii:

- Frigidere statice

Sunt clasicele frigidere traditionale, fara ventilatie interna fortata.

- Frigidere No-Frost

Sunt frigiderele in care frigul ventilat, repartizat pentru fiecare compartiment, atat in frigider cat si in

congelator, trece printr-un sistem de canale.

2. Frigidere statice cu ventilatie Turbo Cold

Sunt aparatele noii generatii Candy, dotate cu un nou sistem de ventilatie alcatuit dintr-un ventilator

amplasat pe peretele interior care restabileste temperatura ideala in interiorul compartimentului

frigorific, intr-un timp scurt dupa deschiderea usii si asigura o racire mai rapida a alimentelor. Nivelul

normal de umiditate este asigurat de catre aerul care circula.

3. Frigidere Dual-Cold

Sunt frigiderele Candy dotate cu un sistem exclusiv, controlat de catre un microcip care garanteaza o

refrigerare mai eficienta si mai flexibila. Un singur compresor alimenteaza un dublu circuit de

alimentare, optimizand drepartizarea racirii intre compartimentul frigider si congelator. In plus este

posibila reglarea independenta a temperaturilor celor doua compartimente.

4. Frigidere cu autoventilatie

In cazul modelelor care se instaleaza sub mobilier, este prezent un sistem de ventilatie asezat sub

aparat pentru a imbunatati temperatura zonei incastrate si a pozitionarii compresorului. Aceasta evita

eliminarea de aer inspre blatul de gatit al bucatariei, creand astfel o integrare perfecta care nu

compromite estetica.

5. Frigiderele incorporabile se grupeaza in patru categorii:

- Combinate - acolo unde frigiderul este suprapus congelatorului, pentru o mai buna accesabilitate.

Cele doua parti, la modelul cu bicompresor, sunt alimentate fiecare de catre propriul compresor de

catre doua termostate independente, putand fi reglate separat sau oprite individual. La modelul cu

monocompresor termostatul este unic pentru ambele compartimente.

35

- Cu doua usi - cu un congelator de capacitate minima, pozitionat in partea superioara a aparatului.

Are un singur termostat.

- Cu o usa - disponibile atat in versiunea "tutto frigo",care contin celula "freezer" in interiorul

compartimentului congelator. Are un singur termostat.

- Sub mobila - pentru introducerea sub blatul de lucru al bucatariei. Cu un singur termostat.

Compartimentarea interioara a congelatorului

Impartirea interna a aparatului este data de catre o logica modulara care permite exploatarea la maxim

a spatiului disponibil, atat in interior cat si pe usa frigiderului. Dotarile aparaturii prevad:

- rafturi interioare din cristal securizat, plastic sau grilaje;

- sertare pentru legume sau fructe, pozitionate in partea inferioara a frigiderului;

- rafturi pe usi

6. Rafturi din cristal securizat Security Glass

Dotarile interne s-au imbogatit cu utilizarea rafturilor din cristal securizat, foarte rezistente si usor de

curatat.

7. Rafturi din plastic Crystal Clear

Rafturile din plastic Crystal Clear, cu un grad de transparenta ridicat, au o structura ranforsata care

permite o rezistenta ridicata la greutati aproape duble fata de rafturile clasice din plastic, neindoindu-

se sub presiune.

8. Rafturi din grilaje

Se pot extrage, inclina si pozitiona pe niveluri diferite, aproximativ la fiecare 4 cm.

9. Crisper (sertarul pentru verdeturi)

La anumite modele, sertarul pentru verdeturi este doar unul, se caracterizeaza prin transparenta ce

permite o mai buna observare a conservarii alimentelor.

10. Compartimentele usii multibox

Pentru cutii si sticle, cu suport pentru unt si oua; prin sistemul multibox fiecare vas poate fi indepartat

extrem de usor si, datorita elegantei si a faptului ca sunt atat de practice, pot fi asezate pe masa

impreuna cu continutul lor.

11. Compartimentele usii la inaltime dubla

Sunt monobloc, din plastic alb, si permit depozitarea de vase si recipiente de masuri diferite in asa fel

incat sa puteti elibera rafturile de vase si elemente stanjenitoare si incomode ca dispunere.

12. Sertarul multifunctional

36

Caracterizat de o clanta ergonomica, este pozitionabil la dreapta sau la stanga rafturilor din plastic.

13. Compartimentul freezer

Compartimentul freezer, cu o izolare de 7 cm pentru fiecare latura, garanteaza maximum de prestanta

si incredere.

Sertarele freezer, din plastic plin, ofera soliditate si garanteaza o conservare perfecta la temperaturi

scazute, mentinand nealterate alimentele pentru o perioada indelungata.

37

Bibliografie

1. http://facultate.regielive.ro/referate/automatica/functionarea_frigiderului-29679.html

2. http://facultate.regielive.ro/cursuri/energetica.html

3. Echipamente Electrice, Curs vol. 2, Popescu Lizeta

4. http://www.scientia.ro/tehnologie/39-cum-functioneaza-lucrurile/78-cum-functioneaza-

frigiderul.html

5. http://ro.wikipedia.org/wiki/Frigider

39