Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11....

133
1 Conf.dr.ing. LAZA IOAN Definitii,clasificari,fluide 2009

Transcript of Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11....

Page 1: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

1

Conf.dr.ing. LAZA IOAN

Definitii,clasificari,fluide

2009

Page 2: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

2

In stadiul actual al dezvoltarii societatii nu se mai poate concepe viata cotidiana a oamenilor fara complexul de mijloace furnizat de tehnica. Tehnica reprezinta totalitatea metodelor si mijloacelor utilizate pentru realizarea unei anumite activitati umane. Ca masura a dezvoltarii tehnicii putem considera:

-gradul de inlocuire a fortei omului intr-o activitate. -energia cheltuita pentru realizarea ei.

Ambele considerente presupun o cunostere temeinica a proprietatilor materiei, a fenomenelor din natura si din societatea umana.Sistematizarea acestor cunostinte pe baza unor relatii logice, numite teorii, care lamuresc mecanismul fenomenelor din natura si societate a condus la stiinta de astazi, instrumentul cel mai important al progresului tehnic. Dezvoltarea tehnicii nu a fost si nici nu este un scop in sine, ci este mereu legata de necesitatile vitale ale omenirii: -asigurarea celor necesare subzistentei; -sporirea sigurantei existentei in lupta cu natura. Tehnica este un rod al activitatii spirituale a oamenilor.Masinile sunt mijloace ale tehnicii si produse ale tehnicii. Ele amplifica sau inlocuiesc forta omului. Utilizarea masinilor intr-o anumita activitate este justificata daca fara ele aceasta nu s-ar putea realiza, fie ca nu s-ar putea realiza atat de bine, atat de repede sau atat de usor. Pentru a putea face o delimitare intre celelalte mijloace oferite de tehnica si cele pe care le numim in sensul strict al cuvantului “masina” vom considera ca: Masina este un sistem tehnic, compus din corpuri solide(organe de masini) in miscare silita inlantuita, in care au loc transformari energetice. Dupa locul si rolul lor in lantul transformarilor energetice masinile se clasifica in: -masini de forta-care transforma energia disponibila intr-o alta forma de energie utilizabila in instalatia din care face parte masina.De obicei aceste masini nu realizeaza scopul final al transformarilor energetice. Ex:-motorul cu ardere interna transforma energia chimica a combustibililor in energie mecanica cedata sub forma de lucrul mecanic, generatorul electric transforma energia mecanica in energie electrica, motorul electric tranforma in sens invers aceste energii, etc. -masini de lucru-sunt masini care transforma energia mecanica primita sub forma de lucrul mecanic in energie mecanica necesara realizarii lucrului mecanic final. Ele sunt antrenate de masini de forta. Ex-masini unelte, masini de ridicat, de transportat, masini agricole etc. -masini instrumente-care prin transformari energetice produse in interiorul lor servesc pentru determinarea anumitor marimi fizice. Ex-masini de echilibrat, masini de incercat materiale, frane pentru determinarea momentului motor, etc. Sistemul care cedeaza energie se numeste sursa de energie, iar substanta cu potential ridicat, din care se compune sursa, se numeste purtator de energie. Sistemul care primeste energie este receptorul de energie. Sursele existente in natura(energia solara, energia eoliana, energia raurilor, energia chimica a combustibililor, energia nucleara, etc) sunt surse primare de energie. Totalitatea surselor primare formeaza resursele energetice,care pot fi :

neregenerabile regenerabile.

Transformarile de energie se realizeaza in instalatii de convertire legate in serie. In aceste instalatii in purtatorul secundar nu se va regasi niciodata intreaga cantitate de energie degajata de sursa primara.Totdeauna o parte din energie se disipeaza mediului sub forma de lucrul mecanic de frecare sau sub forma de caldura. Perfectiunea instalatiilor se apreciaza prin compararea energiei produse in unitatea de timp de sursa secundara fata de cea consumata din energia sursei primare, adica raportul dintre puterea utila si puterea consumata:

Page 3: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

3

%100*C

U

PP

Daca instalatia realizeaza ‘n’ conversiuni ale energiei pana la obtinerea formei finale, atunci:

nc

u

c

u

c

u

c

u

c

u

PP

PP

PP

PP

PP

nn *...***...*** 21321

Masinile de forta sunt destinate convertirii energiei disponibile intr-o forma necesara la locul de instalare. Dupa felul energiei convertite masinile de forta pot fi: -electrice -termice -hidraulice -pneumatice Dupa sensul convertirii energiei masinile de forta sunt: -masini de forta motoare care convertesc energia disponibila in energie mecanica pe care o cedeaza apoi sub forma de lucrul mecanic:motoare electrice, motoare termice, turbine cu abur si gaze, motoare hidraulice, turbine hidraulice, motoare pneumatice etc. -masini de forta generatoare care convertesc energia primita sub forma de lucrul mecanic de la o masina de forta motoare intr-o alta forma de energie: generatoare electrice, pompe, ventilatoare, suflante, compresoare, masini frigorifice si pompe de caldura.Conditiile de fuctionare ale acestor masini sunt impuse de catre consumatorii energiei produse.

Fluidele ca purtători de energie

In toate maşinile de forţă unul din purtătorii de energie este totdeauna un fluid. Energia

fluidelor este convertită în lucru mecanic în maşinile motoare; iar în creşterea energiei fluidelor se regăseşte energia mecanică consumată de maşinile generatoare. Pentru înţelegerea funcţionării acestor maşini trebuie să se cunoască comportarea acestor purtători de energie în timpul schimbului de energie.

Fluidele sunt substanţe în stare de agregare lichidă sau gazoasă. In aceste stări de agregare datorită forţelor de atracţie intermoleculară (coeziune) mici, ele sunt mult mai uşor deformabile decât solidele. Ele nu au din această cauză formă proprie. Diferenţele dintre comportarea lichidelor şi a gazelor se explică prin distanţele intermoleculare diferite. La lichide aceste distanţe sunt de acelaşi ordin de mărime cu dimensiunea moleculei (1 - 4)10-4 m, distanţe la care,deşi mult mai slab decât la solide, se resimte încă acţiunea forţelor de coeziune. Aceste forţe sunt insuficiente pentru păstrarea formei proprii chiar sub influenţa forţelor gravitaţionale, preluând forma vasului în care se află , în lipsa vasului ele tinzând spre echilibrul cel mai stabil, formează pelicule de grosimea unei molecule, dar datorită existenţei coeziunii aceste pelicule sunt compacte, adică moleculele nu se despart unele de altele (de ex. pete de ulei pe suprafaţa apei). Ruperea acestor pelicule necesită forţe ce depăşesc forţele de coeziune. La gaze distanţele dintre molecule depăşesc mult (1oo - 1ooo ori) dimensiunea moleculei. Interacţiunea dintre molecule se face practic numai prin ciocniri (coeziunea este neglijabilă). Ele se mişcă dezordonat în toate direcţiile posibile (cuvântul gaz are originea în cuvântul grec chaos- haos). Gazul umple complet interiorul încăperilor puse la dispoziţie. Din cauza de mai sus rezultă şi diferenţa mare dintre densitatea lichidelor şi a gazelor.

Densitatea „ρ " este masa unităţii de volum V. ρ = m / V kg/m3]

Densitatea gazelor este mult inferioară densităţii lichidelor (de exemplu în condiţiile atmosferice ρapa =1ooo kg/m3 , ρ aer=1,2 kg/m3 . Pentru a cunoaşte comportarea fluidelor în calitate de purtători de energie trebuie să analizăm comportarea lor în timpul fazelor de primire - cedare şi de transport de energie.

Page 4: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

4

La acest studiu nu putem aplica metodele folosite la sisteme compuse din corpurile solide, fiindcă în cazul fluidelor numărul de componente ce se pot deplasa unele faţă de altele este foarte mare (moleculele) şi este imposibilă urmărirea mişcării individuale a fiecăreia. In practică fluidul se consideră ca un mediu continuu a cărei stare se descrie prin unele mărimi, care repre-zintă efectele macroscopice ale comportării întregului colectiv de molecule numite mărimi de stare. Mărimile de stare sînt mărimi măsurabile, independente de forma sistemului care iau aceleaşi valori ori de câte ori sistemul revine în aceeaşi stare. Aceste mărimi sunt ; presiunea, temperatura, volumul, numărul de molecule, energia, etc. Presiunea reprezintă suma tuturor forţelor cu care acţionează moleculele fluidului în direcţia perpendiculară pe unitatea de arie a suprafeţei pereţilor rezervorului, sau a suprafeţei obiectelor scufundate în fluid. p = F/A [N/m2]

unde: F este forţa normală pe perete, A este aria suprafeţei peretelui.

Unităţile de măsură pentru presiune : 1 pascal = 1 Pa = 1 N/m2 .

Această unitate este foarte mică, majoritatea instrumentelor de măsură folosite în tehnică nu pot sesiza variaţii de 1 Pa (în tehnică variaţiile atât de mici de obicei nu au însemnătate) In tehnică se recomandă folosirea multiplului : 1 MPa = 106 Pa. Este admisă şi folosită pe scară largă în tehnică o altă unitate: 1 bar = 105 Pa. (Alte unităţi admise pentru măsurarea presiunii de legea metrologiei sunt : 1 atmosferă tehnică =1 at = 98066,5 Pa; 1 Torr =1 mm Hg = 133,32 Pa, 1 mm coloană apă = 1 mm CA = 9,81 Pa; 1 atmosferă fizică =1 atm = 76o Torr = 10332 mm CA = 101325 Pa). Majoritatea aparatelor folosite pentru măsurarea presiunii măsoară o diferenţă de presiune, indicând cu câte unităţi este presiunea fluidului mai mare sau mai mică decît presiunea atmos-ferică curentă.

Presiunea măsurată faţă de presiunea atmosferică pat este numită presiune relativă. Suprapresiunea (pM = p - pat) este indicată de aparate numite manometre. Depresiunea ( pv = pat-p) este indicată de vacuumetre.

Presiunea absolută este presiunea măsurată faţă de vidul absolut. Ea se determină adunând la indicaţia manometrelor (sau vacuumetrelor) valoarea presiunii atmosferice măsurată cu barometre. Ori de cîte ori caracterizăm starea fluidului trebuie să folosim presiunea absolută (aceasta este o mărime de stare). Temperatura este măsura stării de agitaţie a părticelelor constituente ale corpului. Ea este proporţională cu energia cinetică medie de translaţie a moleculelor care formează sistemul considerat. Cu cât corpul este mai cald (agitaţia moleculelor este mai intensă) cu atât valoarea atribuită temperaturii T este mai mare. Unitatea de măsură a temperaturii în SI este Kelvin 1 K şi este egal cu 1/273,16 -a parte din temperatura punctului triplu al apei. Temperatura de 0 absolut [K] corespunde acelei stări în care intensitatea mişcării de agitaţie este minimă posibilă. Temperatura de 0 [K] nu poate fi atinsă (principiul III al termodinamicii). Temperatura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI). La această scară 0°C corespunde punctului de topire a gheţii, iar 100 °C corespunde punctului de fierbere a apei la presiunea atmosferică normală (76o Torr =101325 Pa). Temperatura măsurată pe scara Celsius o vom nota cu „t” Unitatea de măsură 1 °C = 1 K. Relaţia dintre temperatura măsurată pe scara absolută T şi cea măsurată pe scara Celsius este

T [K] =273,15 + t [°C] Ori de câte ori caracterizăm starea sistemului trebuie să folosim scara absolută T (aceasta este mărimea de stare) Temperatura se măsoară cu termometre . Volumul V este măsura extinderii sistemului în spaţiu. Se măsoară în m3 .

Numărul mărimilor de stare, care mai pot fi enumerate este mare, însă la definirea stării

sistemului nu este necesar să le precizăm pe toate. Pentru fiecare posibilitate de schimb de

Page 5: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

5

energie aparţine o mărime intensivă de stare, mărimea căruia indică intensitatea posibilă a schimbului de energie pe calea considerată. Astfel de mărimi sunt : presiunea (pentru schimbul de energie prin lucru mecanic), temperatura (pentru schimbul de căldură) potenţialul electric (pentru schimbul de energie pe cale electrică) etc.

Pentru caracterizarea stării sistemului este necesar şi suficient să definim atâtea mărimi intensive de stare, câte posibilităţi de schimb de energie are sistemul cu mediul înconjurător, la care se va adăuga o mărime care defineşte extinderea sistemului (volumul, numărul de molecule, etc.) numită mărime extensivă de stare.

Fiindcă în maşinile şi instalaţiile hidraulice, pneumatice şi termice fluidul schimbă energie numai sub formă de lucru mecanic (la primele) şi sub formă de lucru mecanic şi căldură (la ultimele două) mărimile de stare ce se vor folosi la caracterizarea stării fluidului sunt : presiunea, temperatura şi volumul (mărimea extensivă care poate fi măsurată cel mai uşor).

Dacă fluidul este omogen, se poate restrânge studiul fluidului la studiul unităţii de masă, nu trebuie studiat întregul volum. In acest caz în locul mărimilor extensive de stare se folosesc mărimi de stare specifice. Astfel de mărimi sunt :

volumul specific: v =V/m [m3/kg] energia specifică: e =E/m [J/kg] energia internă specifică: u = U/m [J/kg]

Mărimile specifice se notează cu litere mici. Entalpia totală I* este mărimea de stare extensivă care exprimă suma dintre energia totală a sistemului şi ceea ce poate primi sub formă de lucru mecanic de la un sistem cuplat. Dacă fluidul închis în cilindrul 2 din fig. 1 are energia totală (internă şi externă) E şi comunică prim intermediul pistonului 1 cu un alt sistem, care acţionează asupra sa cu forţa F (dacă F este greutatea pistonului sistemul cuplat este însuşi pistonul), în momentul deschiderii robinetului 3 se va putea elibera atât energia proprie a fluidului, cât şi cea a sistemului cuplat. Energia ce o poate transfera sistemul cuplat fluidului din cilindru este egală cu lucrul mecanic ce îl poate efectua pistonul asupra fluidului. L = F·S = p (π D2/4) S = p ·V Ca efect al acestui lucru mecanic este dislocarea sistemului, fiind numit lucru mecanic de dislocare.

Astfel entalpia totală este : I*=E+pV=U+mw2/2 + mgh+ p V [J]

I* este o mărime de stare extensivă. Entalpia totală specifică :

i* = u + w2/2+ g h + p v [J/kg] Prin entalpie I înţelegem doar suma dintre energia internă a sistemului U şi lucrul mecanic de dislocare, adică : I = U + pV [J]

Figura 1.

Page 6: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

6

Observaţie : In locul pistonului din fig. 1. drept sistem cuplat poate fi imaginat şi o cantitate de fluid (lichid sau gaz) care acţionează pe suprafaţa de separaţie (reală sau imaginară) cu o forţă (F= pA unde A - aria suprafeţei de separaţie) sub acţiunea căruia se poate realiza dislocarea sistemului.

Starea de echilibru a fluidelor

Ca fluidul să fie în echilibru este necesar ca fiecare element al fluidului să fie în echilibru. Aceste elemente le vom considera cu dimensiuni foarte mici, însă totuşi suficient de mari, ca să conţină un număr mare de molecule, bucurându-se astfel de toate proprietăţile fizice ale întregului fluid. Ca un element să fie în echilibru termic cu elementele vecine este necesar şi suficient ca temperatura lui să fie egală cu cea a elementelor vecine. In acest caz între ele nu va apărea schimb de căldură. Pentru ca elementul considerat să rămână în repaos (să nu se de-plaseze) este necesar ca suma forţelor exterioare ce acţionează asupra lui să fie egală cu zero, iar ca să nu se deformeze este necesar ca aceste forţei exterioare să fie echilibrate de forţe egale şi de sens contrar din interior.

Dacă asupra sistemului (fig. 2) acţionează forţe exterioare aplicate numai pe conturul lui, atunci condiţia ca elementul M să fie în echilibru este ca forţele datorită presiunii să fie egale între ele. Acest lucru este posibil numai atunci când presiunea cauzată de forţa F a pistonului se transmite integral în toate direcţiile.

Presiunea cauzată de forţele aplicate pe conturul sistemului se numeşte presiune statică. In echilibru presiunea statică are aceeaşi valoare în întregul volum ocupat. Dacă asupra fiecărui element al sistemului acţionează forţe proporţionale cu masa sistemului (forţe masice) cum ar fi forţa gravitaţională mg, forţa de inerţie ma ,etc. atunci la echilibru aceste forţe sunt echilibrate prin variaţia presiunii fluidului în direcţia acţiunii acestor forţe.

Figura 2.

Figura 3.

Dacă asupra sistemului din fig. 3 (lichidul din vas) acţionează câmpul gravitaţional, atunci pe lîngă presiunea atmosferică pat fiecare strat de lichid cu înălţime Δ z (începând de la suprafaţa libera) va transmite stratului inferior o forţă egală cu greutatea proprie, ce atrage după sine creşterea presiunii cu adâncimea cu mg/A = ρ g Δz , unde A este aria de contact dintre straturile considerate.

Page 7: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

7

Astfel în punctul M scufundat în lichid la adâncimea „h" acţionează presiunea pat + ρg h, unde termenul ρgh este presiunea hidrostatică. Observaţie ; La gaze (din cauza densităţii mici) şi la lichide unde p>>ρg h (fie că presiunea statică p este foarte mare, fie că h este mic) presiunea hidrostatică poate fi neglijată în calcule. Concluzie : Dacă presiunea statică şi temperatura elementelor din întregul volum ocupat de sistem au aceleaşi valori, sistemul este în echilibru. In cazul când asupra sistemului acţionează forţe masice, ele sunt echilibrate prin variaţia presiunii în direcţia acţiunii lor (la forţe gravitaţionale orientate după verticală de sus în jos apare creşterea presiunii de sus în jos creându-se astfel o forţă de reacţiune egală şi de sens contrar cu prima : p A = m g).

Mărimile de stare ale fluidelor în echilibru sînt interdependente. Dacă în urma unui proces de schimb de energie sistemul trece într-o altă stare de echilibru, variaţia uneia dintre mărimi de stare este însoţită de variaţia celorlalte mărimi după o lege proprie fiecărui fluid. Ecuaţia care descrie această interdependenţă

F(V,p,T) = 0 este numită ecuaţie de stare. Cunoscând variaţia a două mărimi de stare şi ecuaţia de stare proprie fluidului considerat, putem calcula valoarea celei necunoscute. Vâscozitatea fluidelor. La deplasarea unui strat de fluid faţă de restul fluidului apare o forţă de frecare interioară ce se opune acestei mişcări.Această forţă F de frecare este proporţională cu aria suprafeţei de contact A şi cu viteza relativă dintre straturile vecine care alunecă unul faţă de celălalt. Coeficientul de proporţionalitate η poartă numele de coeficient de vâscozitate dinamică sau vâscozitate dinamică. Newton a stabilit relaţia valabilă în cazul majorităţii fluidelor

F = η A (dc/dy) unde dc/dy este variaţia vitezei în direcţia perpendiculară pe cea a mişcării. Unitatea de măsură a vâscozităţii în (SI) este:

1 Ns / m2 = 1 Pa·s Se foloseşte destul de des (fiind admis)

1 cP (centipoise) = 10-3 Pa·s (1 P = 1 poise - se citeşte „poaz" şi derivă din numele fizicianului francez Poiseuille). In studiul curgerii fluidelor adesea intervine raportul dintre vâscozitatea dinamică şi densitatea fluidului. Acest raport poartă numele de vâscozitate cinematică :

γ = η / ρ Adesea se foloseşte în loc de [m2 /s] unitatea (admisă de legea metrologiei) :

1 cSt (centistokes) = 10-6 [m2 /s] (Stokes-citit stoks - după numele matematicianului englez Stokes, G.G).

Vâscozitatea este influenţată de variaţia temperaturii şi (mai puţin) de variaţia presiunii. La lichide vâscozitatea scade cu creşterea temperaturii, iar la gaze creşte (fig. 4). Creşterea presiunii produce mărirea vâscozităţii fluidelor. Vâscozitatea convenţionala (sau relativă) este vâscozitatea determinată cu aparate convenţio- nale.

Page 8: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

8

Figura 4.

Este standardizat vâscozimetrul Engler, cu ajutorul căruia se determină vâscozitatea în grade Engler (° E). Vâscozitatea unui lichid în °E la o anumită temperatură t 0C este raportul dintre timpul de scurgere a 2oo cm3 de lichid (din lichidul de cercetat) încălzit la t °C şi timpul de scurgere al aceluiaşi volum de apă distilată la 2o °C prin orificiul calibrat al aparatului Engler. Orificiul calibrat are dimensiunile : 0 2,9 mm şi lungimea 2o mm şi este dispus după verticala.

Capacitatea calorică, căldura specifica

Cantitatea de energie schimbata de un sistem cu mediul înconjurător sub formă de căldură necesară modificării temperaturii sale (fără modificarea stării de agregare a sistemului în acest timp) este capacitatea calorică :

C = Q / ΔT

Page 9: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

9

Căldura specifică c este capacitatea calorică a sistemului considerat c = C/m = Q/(m ΔT) Valoarea căldurii specifice depinde de temperatura (la gaze, mai ales la vapori depinde şi de presiune), deci c = f(T). Cunoscând căldura specifică putem calcula căldura necesară încălzirii sistemului de la temperatura iniţială T1 pînă la cea dorită T2 :

Q12 = m c (T2 – T1) unde c este căldura specifică medie pe intervalul de temperaturi dintre T1 şi T2. Valoarea medie a căldurii specifice medii între 0 - 100 °C în kJ/kg K : la oţel 0,494 , la fontă 0,544 , la Al 0,909 etc. Pentru apă la 2o °C : 4,183, la 6o °C : 4,199 kJ/kg K. La gaze mărimea căldurii specifice depinde şi de modul de încălzire. Dacă în timpul încălzirii presiunea sistemului rămâne constantă,adică se permite dilatarea liberă (fig. 5), atunci pe lângă căldura necesară măririi temperaturii sistemului trebuie să consumăm şi o cantitate de energie(introdusă sub formă de căldură) necesară efectuării lucrului mecanic de dilataţie.

Figura 5.

In acest caz căldura totală introdusă va fi : Q12 = U2 - U1 + L12 = (U2 + p V2) –( U1 + p V1) = I2 – I1 = ΔI

adică energia introdusă sub formă de căldură măreşte entalpia sistemului. Astfel căldura specifică la presiune constantă cp va fi: cp = Q / (m ΔT ) In cazul încălzirii la volum constant (dilatarea este împiedicată) L12 = 0, astfel căldura introdusă va servi doar la mărirea energiei interne : Q12 = U2 – U1 = ΔU

iar căldura specifică la volum constant cv va fi : cv = ΔU / (m ΔT ) p=const. La lichide şi solide, datorită coeficienţilor de dilatare termică relativ mici, diferenţa dintre cp şi cv din punct de vedere tehnic este neglijabilă. Din legea lui Joule, rezultă :

cp - cv =R adică, constanta gazului R este lucrul mecanic de dilataţie produs în timpul încălzirii cu 1 grad a unui kg de gaz. Raportul cp /cv =k este numit exponent adiabatic al gazului respectiv (Are valori : ~ 1,66 la gaze monoatomice; ~ 1,4 la gaze biatomice şi~ 1,33 la gaze triatomice). Valoarea căldurilor specifice ale aerului în kJ/kg K : la 20 °C cp = 1,0036; cv = o,7164 la 100°C cp = 1,0103; cv = o,7231

Page 10: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

10

LUCRU MECANIC, ENERGIE, CALDURA Lucrul mecanic al unei forte constante se defineste ca fiind produsul dintre forta si lungimea deplasarii punctului sau de aplicatie : lucrul mecanic=forta * lungime Se numeste energie tot ceea ce direct sau indirect poate fi transformat in lucru mecanic. Energia si lucrul mecanic se masoara cu aceiasi unitate care in sistemul vechi MkfS era kilogram-metru( kgm). Caldura este energia care corespunde miscarii moleculelor. Unitatea de masura a fost mult timp kilocaloria: cantitatea de caldura furnizata unui kg de apa pentru a-i creste temperatura de la 14,5 C la 15,5C( la cal. de 15C). Primul principiu al termodinamicii face echivalenta intre caldura si lucrul mecanic, fiind denumit si principiul conservarii energiei. Fizicianul german R.Mayer( 1842) a determinat echivalentul mecanic al caldurii, adica relatia de legatura intre kcal si kg∙m : A=426,8 kg∙m/kcal; In S.I. pentru lucrul mecanic, energie si caldura s-a dat aceiasi unitate de masura, Joule cu simbolul J : 1J=1N∙m ; In electroenergetica se utilizeaza Wattsecunda( Ws) sau kilowattora( kWh). 1J=1Ws=1/3,6·10-6 kWh; J kJ kWh kcal kgm 1J( 1Nm=Ws) 1 0,001 2,78·10-7 2,39·10-4 0,102 1kJ 100 1 2,78·10-4 0,239 102 1kWh 3600000 3600 1 860 367000 1kcal 4190 4,19 0,00116 1 427 1kgm 9,81 0,00981 2,78·10-6 0,00234 1

Al doilea principiu al termodinamicii are mai multe formulari,dintre care:

- caldura nu poate trece de la sine de la un corp cu temperatura coborata la un corp cu temperatura ridicata ; - caldura nu poate fi transformata in lucru mecanic decat daca exista o diferenta de temperatura ;

Rezulta rolul masinilor frigorifice: de a cobora temperatura intr-un spatiu si de a mentine acea temperatura scazuta. Acest rol poate fi realizat doar prin consum de energie. TRANSMITEREA CALDURII

Trecerea caldurii de la un corp mai cald la unul mai rece este posibila prin radiatie, convectie si conductie. Transmiterea caldurii prin radiatie este cel mai bine exemplificata de catre radiatia solara. Soarele cu diametrul de 1,4 milioane km si cu temperatura peste 6.000 K este la o distanta de 150 milioane km de pamant. O mica parte din razele lui ating pamantul, suficienta

Page 11: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

11

insa pentru desfasurarea vietii. Razele parcurg distanta soare-pamant prin vid fara nici un fel de conductie. Dezghetarea unui evaporator se poate face cu un panou radiant pe gaz sau cu un generator de aer cald cu ventilator. Ambele topesc gheata de pe evaporator, unul prin radiatie iar celalalt prin convectie. Transmiterea caldurii prin conductie poate fi exemplificata prin electrodul de sudura : in timp ce un capat se topeste pentru a se realiza sudura, celalalt capat se incalzeste prin conductie prin bara electrodului.

In practica cele trei moduri de transmitere a caldurii actioneaza adesea impreuna: aerul care spala un corp de incalzire primeste caldura de la acesta prin radiatie si convectie si este supus unei miscari ascendente. Invers la racire : intr-o camera frigorifica aerul care intra in contact cu evaporatorul, fara a fi fortat de catre un ventilator, se raceste prin radiatie si convectie, densitatea va creste si aerul are o miscare descendenta.

Page 12: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

1. INTODUCERE

1.1. DEFINIŢII. TERMINOLOGIE În cele ce urmează este prezentată pe scurt terminologia în domeniul tehnicii frigului.

Agent frigorific (fluid frigorific) – fluid utilizat în sisteme frigorifice care absoarbe căldura la temperatură şi la presiune joase şi o cedează la temperaturi şi presiuni mai înalte. Agent intermediar – fluid folosit pentru a transfera căldura de la mediul de răcit la agentul frigorific în vaporizator. Agent refrigerant – substanţă sau amestec de substanţe, în stare gazoasă, lichidă sau solidă, care preia căldura de la mediul de răcit şi nu mai poate fi reutilizată. Putere frigorifică specifică în ciclu – cantitatea de căldură preluată de maşina frigorifică, în ciclu, de la mediul răcit pe unitatea de masă sau volum de agent frigorific. Căldura de subrăcire – cantitatea de frig necesară pentru scăderea temperaturii unui agent frigorific lichid sub temperatura de saturaţie (de vaporizare). Căldura de supraîncălzire – cantitatea de căldură necesară pentru ridicarea temperaturii vaporilor unui agent frigorific peste temperatura de saturaţie (de vaporizare). Ciclu frigorific – ciclu termodinamic inversat în care agentul frigorific preia căldura de la sursa rece şi o cedează sursei calde. Circuit frigorific – circuitul fluidului frigorific pe parcursul căruia se realizează transformările termodinamice generatoare de frig.

Condensare – trecerea unui fluid din stare de vapori în stare lichidă, în anumite

condiţii de temperatură şi presiune. Criogenie – ramura care studiază obţinerea şi utilizarea temperaturilor sub – 150°C. Debit volumic teoretic – volumul generat de pistoanele compresorului la cursa lor de aspiraţie în unitatea de timp. Debit volumic efectiv – volumul efectiv de vapori aspiraţi de compresor în unitatea de timp. Eficienţa frigorifică – raportul între puterea frigorifică şi puterea consumată. Evaporare – fenomen superficial de producere a vaporilor dintr-un agent frigorific lichid, fenomen care se produce la orice temperatură până la limita de saturaţie şi pe durata căruia temperatura nu se menţine constantă.

Page 13: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Mediu răcit – mediu (corp) a cărui temperatură este scăzută sau menţinută sub temperatura ambiantă de către instalaţia frigorifică. Necesar de frig – cantitatea de frig necesară pentru compensarea unui aport de căldură determinat sau pentru răcire. Putere frigorifică a unui compresor – produsul dintre debitul masic de agent frigorific vehiculat de compresor şi diferenţa dintre entalpia agentului frigorific corespunzător punctului de aspiraţie definit de presiunea de vaporizare şi temperatura vaporilor supraîncălziţi şi entalpia punctului definit de presiunea de vaporizare şi temperatura după laminarea agentului frigorific lichid (fără subrăcire). Putere frigorifică globală – fluxul termic absorbit de agentul frigorific din mediul de răcit. Putere frigorifică netă – fluxul termic absorbit în vaporizator de agentul frigorific de la agentul intermediar sau de la mediul răcit. Putere frigorifică utilă – fluxul termic absorbit de agentul frigorific sau de agentul intermediar pentru utilizare. Raport de comprimare – raportul dintre presiunile absolute de refulare şi de aspiraţie.

Refrigerare – proces dirijat de răcire a unui mediu la o temperatură superioară

punctului său de congelare.

Regim exterior – totalitatea parametrilor (temperatură, presiune, umiditate) a mediilor care condiţionează funcţionarea utilajelor frigorifice.

Regim interior – condiţii de temperatură referitoare la schimbările de stare ale

agentului frigorific în ciclu şi anume: temperatură de vaporizare, temperatură de condensare şi temperatură de subrăcire.

Termeni referitori la maşini şi utilaje frigorifice

Vaporizare: fenomen de producere a vaporilor dintr-un agent frigorific lichid,

fenomen care cuprinde întreg volumul lichidului.

Volum interior net – volumul determinat de dimensiunile interioare ale unui recipient, scăzând volumul pieselor interioare.

Acumulator de frig – aparat care preia, menţine şi cedează frigul sub formă de

căldură sensibilă sau latentă.

Compresor adiţional (compresor booster) – compresor destinat ridicării presiunii valorilor de fluid frigorific până la presiunea de aspiraţie a compresorului următor.

Page 14: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Compresor centrifugal (turbocompresor): compresor în care comprimarea agentului frigorific rezultă sub efectul forţei centrifuge şi a transformării energiei cinetice în energie potenţială de presiune.

Compresor elicoidal – compresor rotativ volumic în care comprimarea se realizează

prin modificarea spaţiilor formate între profilul elicoidal al elementelor în angrenare şi carcasă.

Compresor ermetic (compresor capsulat) – compresor la care electromotorul este

montat pe arborele de antrenare într-o construcţie capsulată fără presetupă, evitând posibilitatea de scăpare a agentului frigorific.

Compresor frigorific – element al unui sistem frigorific care, printr-un proces

mecanic aspiră agentul frigorific în stare de vapori, provenit în general din vaporizator şi îl refulează la o presiune mai înaltă.

Condensator frigorific – schimbător de căldură în care agentul frigorific este

lichefiat prin cedare de căldură unui mediu de răcire exterior.

Ejector – subansamblul care, prin ridicarea vitezei unui fluid într-un ajutaj, creează la ieşirea din acesta o depresiune şi antrenează un alt fluid căruia îi măreşte presiunea.

Maşină frigorifică (sistem frigorific) – ansamblul care cuprinde organele de

compresie, condensare şi vaporizare, conductele de legătură şi toate accesoriile necesare pentru realizarea unui ciclu frigorific complet.

Răcitor de aer – schimbător de căldură – prin suprafaţă sau contact – destinat răcirii

aerului în convecţie forţată, la care căldura este preluată de un agent frigorific sau de un agent intermediar.

Serpentină – element al sistemului frigorific format din ţevi, curbe sau drepte, legate

în mod corespunzător şi servind ca schimbător de căldură.

Tunel de congelare – spaţiu de formă alungită, cu circulaţie intensă a mediului de răcire destinat congelării.

Vaporizator – schimbător de căldură în care agentul frigorific lichid, după laminare

(destindere) este vaporizat preluând căldura din mediul de răcit.

Termeni referitori la instalaţii frigorifice

Cameră frigorifică – cameră izolată termic a cărei temperatură este coborâtă în mod artificial.

Instalaţie frigorifică – ansamblul de maşini şi aparate care asigură realizarea unor

temperaturi scăzute, pe bază ciclurilor inversate.

Page 15: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Termeni referitori la accesorii

Conducte – ansamblul de elemente destinate interconectării diferitelor părţi ale

sistemului frigorific (ţevi, coturi, flanşe, reducţii, garnituri,organe de asamblare).

Filtru – dispozitiv destinat reţinerii impurităţilor grosiere dintr-un circuit de fluid frigorific.

Termostat – dispozitiv de reglare sau protecţie pus în funcţie de variaţia de

temperatură.

Presostat – dispozitiv de reglare sau protecţie pus în funcţie de variaţia unei presiuni.

1.2. ISTORIC

Obiectul cursului de "Maşini Frigorifice" este prezentarea metodelor şi aparatelor cu

ajutorul cărora se produce şi se utilizează frigul artificial.

Preocupări legate de îmbunătăţirea confortului cu ajutorul frigului artificial sunt

cunoscute încă din antichitate: adunarea şi depozitarea zăpezii şi gheţii în grote bine izolate

termic şi folosirea lor în anotimpul cald, sau ventilarea aerului peste vase cu apă, în scopul

răcirii acesteia prin evaporare.

Împăratul roman Nero depozita în grădina sa un întreg munte de zăpada pentru a

obţine vara un vânt răcoros. Aceasta poate fi considerată ca fiind prima instalaţie de

climatizare.

În evul mediu, sultani sau califi din ţările arabe aveau organizat un serviciu permanent

de caravane cu cămile ce transportau gheaţa din munţii Siriei, Libanului sau Armeniei. În

Europa preocupări în acest domeniu erau în Spania şi Portugalia, unde erau la modă vasele

poroase în care lichidul era răcit prin evaporare.

În secolul XVI se observă ca sunt unele amestecuri care prin dizolvarea unor săruri pot

obţine o temperatură mai scăzută decât a mediului ambiant.

Dezvoltarea în continuare a tehnicii frigului cunoaşte etape semnificative odată cu

descoperirea legilor şi principiilor termodinamicii, principalele etape fiind următoarele:

În 1755 William Cullen, profesor la Universitatea din Glasgow, oferă o explicaţie

ştiinţifică (vaporizarea) asupra răcirii bulbului unui termometru la scoaterea lui dintr-o

substanţă uşor volatilă. În acelaşi an, vaporizând eter sub clopotul unei pompe de vid, obţine o

temperatura atât de scăzută încât apa care înconjura vasul îngheaţă.

Page 16: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Elevul şi continuatorul lui W. Cullen a fost profesorul de chimie Joseph Black, care

trebuie considerat ca întemeietor al calorimetriei ştiinţifice. El considera că frigul şi căldura

sunt trepte diferite ale aceleiaşi stări de agregare, iar îngheţarea corpurilor reci şi topirea

corpurilor calde sunt fenomene identice. Introduce noţiunea de căldura de topire a gheţii, şi

din măsurătorile lui rezultă valoarea 78 Kcal/Kg faţă de 79,8Kcal/Kg, cât este în realitate.

În 1780 fizicienii Louis Clouet şi Gaspard Monge reuşesc să lichefieze SO2.

În 1823 Michael Faraday publică prima lucrare clasică legată de lichefierea gazelor. El

reuşeşte să lichefieze SO2, H2S, CO2, N2O, C2H2, NH3, HCl.

În 1834, Jakob Perkins construieşte în Anglia prima maşină frigorifică având ca agent

de lucru eterul. Maşina, însă din cauza exploziei eterului, nu poate fi utilizată. Schema acestei

maşini poate fi văzută în figura de mai jos:

Fig. 1.1 Maşina frigorifică cu eter a lui Perkins

K - condensatorul instalaţiei frigorifice (aici se elimină căldura Qk)

C - compresorul (în acest caz o pompă acţionată manual)

P - pompa pentru umplerea şi completarea agentului frigorific în instalaţie

V - vaporizatorul instalaţiei frigorifice (introdus în spaţiul răcit)

Page 17: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

În 1851 medicul american John Gorrie realizează prima maşina frigorifică cu

compresie care are ca şi agent frigorific aerul. Maşina are următoarea schemă:

Fig. 1.2 Maşina frigorifică cu aer a lui Gorrie

a - "vaporizator"

b - răcitor intermediar

c - pistonul compresor

d - detentor

În 1860 Ferdinand Carré, considerat a fi cel mai mare nume al istoriei frigului,

realizează prima maşină frigorifică funcţionând pe principiul absorbţiei în mod continuu,

utilizând ca şi agent frigorific H2O+NH3. Vaporii de amoniac eliberaţi în fierbătorul g sunt

condensaţi în condensatorul a, condensatul obţinut ests laminat în ventilul de reglare c până la

temperatura şi presiunea corespunzătoare vaporizatorului (-15°C; 1,4 bar). Din vaporizatorul

b, după extragerea căldurii Q0 din spaţiul răcit, amoniacul ajunge în absorbitorul d unde

datorită afinităţii faţă de apă, este absorbit.

Page 18: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 1.3 Maşina frigorifică cu absorbţie a lui Carré

Soluţia de apa şi amoniac rezultată e pompată de către pompa e în fierbătorul g, unde

are loc separarea celor doi agenţi. În schimbătorul de căldura f, amestecul bogat în amoniac se

încălzeşte preluând căldura de la soluţia săracă ce părăseşte fierbătorul g.

În 1862 Thomson şi Joule, în mod independent, descoperă fenomenul de răcire a

aerului prin laminare.

În 1864 Ferdinand Carré perfecţionează instalaţia cu compresie mecanică, iar în 1867

utilizează amoniacul ca agent frigorific.

În 1870 Carl von Linde dezvoltă şi perfecţionează în Germania instalaţia cu compresie

mecanică pentru utilizarea ei pe scară industrială.

În 1895 Carl von Linde construieşte prima maşină pentru lichefierea aerului.

În 1899 Geppert foloseşte gaze inerte în maşinile cu absorbţie, rezultând o instalaţie

frigorifică fără piese în mişcare.

Ideea aceasta e folosită în 1925 de către doi suedezi, C. Musters şi Blatter von Platen,

pentru realizarea frigiderului casnic cu absorbţie.

În 1910, Maurice Leblanc realizează prima instalaţie frigorifică cu ejector.

Page 19: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 1.4 Maşina frigorifică cu ejector a lui Leblanc

Încălzirea generatorului a se face cu abur provenit de la un proces tehnologic oarecare

(abur secundar). Aburul format în generator se destinde prin ajutajul ejectorului b, antrenând

vaporii de agent frigorific formaţi în urma extragerii căldurii Q0 din vaporizatorul d.

Amestecul obţinut este răcit în condensatorul f cu ajutorul apei de răcire. Condensatul obţinut

este refulat de către pompa g spre generatorul a, iar o parte este laminat în ventilul de reglare

e. În urma laminării o parte se vaporizează, iar restul condensatului se transformă în vapori în

vaporizatorul d.

În 1913 Altenkirch construieşte maşina frigorifică cu absorbţie apă-amoniac în

mai multe trepte.

În 1930, tehnica frigului cunoaşte o însemnată dezvoltare prin utilizarea freonilor ca

agenţi frigorifici (în SUA) în maşinile frigorifice cu compresie mecanică de vapori.

În 1946 începe producţia de masă a compresoarelor capsulate pentru tehnica frigului.

Turaţia acestora ajunge la câteva mii de rot/min, faţă de câteva sute de rot/min, cât era turaţia

acestora în 1920.

Page 20: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

În 1958, începe să se folosească efectul Peltier (efectul termoelectric) în tehnica frigului,

la maşinile frigorifice de putere foarte mică.

La noi în ţară, înainte de 1944 existau câteva antrepozite frigorifice de stocaj, de

capacităţi mici. În 1942/43 firma Linde construieşte la halele Obor un antrepozit modern la

acea vreme, cu o putere frigorifică de15mil.Kcal/h.

Între 1952-69 sunt construite 14 mari antrepozite frigorifice cu stocaj la temperaturi de -

18... -22C.

Prin anii '70 puterea frigorifică instalată în domeniul alimentării ajungea la 108

mil.Kcal/h.

O dezvoltare deosebită a luat frigul în industria chimică unde s-au creat instalaţii de

mare diversitate utilizate la răciri în procesele de fabricaţie, la condiţionarea aerului, precum şi

la producerea de O2 si N2. În industria uşoară au fost construite instalaţii frigorifice pentru

fabricarea fibrelor textile, prelucrarea cauciucului, etc.

1.3 GENERALITATI

Maşinile frigorifice au rolul de a coborî temperatura unui spaţiu sub temperatura

mediului ambiant, şi de a menţine aceasta temperatura coborâtă. Maşina frigorifică lucrează

între două surse de căldură: o sursă rece, de la care extrage căldura (spaţiu răcit), şi o sursă

caldă căreia îi cedează căldura (de regulă mediul ambiant).

Conform principiului al II-lea al termodinamicii, funcţionarea unei astfel de maşini se

poate face doar prin consum de energie, sau altfel spus, căldura preluată în timpul răcirii nu

trece de la sine de la un corp cu temperatură joasa la un corp cu temperatură mai mare.

Maşina frigorifică este deci un exemplu de maşină termică generatoare. Exceptând

răcirea termoelectrică şi termomagnetică, toate celelalte funcţionează în circuit închis, format

din aparate şi instalaţii ce vehiculează şi transformă starea agentului termodinamic de lucru

(agentul frigorific), gaz sau vapori,acesta fiind obligat să parcurgă un şir de maşini şi utilaje

termice, preluând încontinuu căldura de la spaţiul răcit şi evacuând-o mediului ambiant.

Preluarea căldurii de la spaţiul răcit se poate face numai dacă temperatura agentului

frigorific la intrarea în spaţiul răcit este mai mică decât temperatura spaţiului răcit, iar cedarea

căldurii către mediul ambiant se poate realiza dacă temperatura agentului frigorific este mai

Page 21: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

mare decât temperatura mediului ambiant. Tocmai acesta este deci rolul dublu al ansamblului

de aparate şi instalaţii din componenţa unei maşini frigorifice:

1) de a ridica temperatura agentului frigorific după ieşirea din spaţiul răcit la o

temperatură superioară temperaturii mediului răcitor (mediului ambiant), ceea ce se

realizează prin consum de energie mecanică sau termică, trecerea acestei energii în energie

internă şi cedarea ei către mediul răcitor.

2) de a readuce agentul, după părăsirea contactului cu mediul răcitor, la o

temperatură inferioară aceleia din spaţiul răcit.

Maşina frigorifică cedează mediului răcitor, pe lângă energia extrasă din spaţiul răcit,

Q0, şi energia echivalentă lucrului mecanic consumat pentru a putea aduce agentul frigorific

în posibilitatea schimbului de căldura către mediul răcitor.

I Qk I=Q0+ I L I

Fig.1.5 Schema de principiu a unei maşini frigorifice

Maşina frigorifică cu compresie mecanică funcţionează cu gaz sau cu vapori. Maşinile

frigorifice cu gaz sunt mai rar întâlnite în instalaţiile frigorifice industriale, domeniul lor fiind

cel al climatizării şi al frigului adânc.

Page 22: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Maşinile frigorifice cu vapori acoperă un domeniu larg de temperaturi. Sunt ieftine,

relativ simple şi uşor de întreţinut, cu eficiente ridicate. Extragerea căldurii are loc prin

vaporizarea agentului frigorific, iar cedarea ei prin condensare.

Deoarece atât condensarea cât şi vaporizarea au loc cu coeficienţi de schimb de

căldura cu valori ridicate aceasta înseamnă, din punct de vedere constructiv, suprafeţe de

schimb de căldura mici. Pe de alta parte, căldurile latente corespunzătoare, de vaporizare şi de

condensare, fiind de valori ridicate, conduc la cantităţi mici de agent în circulaţie, prin

instalaţia frigorifică.

Deoarece temperatura din spaţiul răcit, T0, este mai mică decât temperatura din mediul

răcitor, Tk, rezultă evident că şi presiunea din ramura condensatorului pk va trebui să fie

superioară presiunii din ramura vaporizatorului, p0. Trecerea agentului frigorific din ramura de

presiune joasă, p0, în ramura de presiune înaltă, pk, este posibila numai prin comprimare, iar

trecerea inversă, după cedarea căldurii Qk, prin destindere. Funcţionarea dublă a unei maşini

frigorifice se realizează astfel:

1) prin comprimare

2) prin destindere

Aceasta este valabil atât pentru maşinile frigorifice cu vapori cât si pentru cele cu gaze (cu

aer).

În cazul maşinii frigorifice cu aer, destinderea se poate realiza într-un detentor, care fiind

cuplat cu compresorul, permite recuperarea unei părţi din lucrul mecanic consumat în

compresor. La maşinile frigorifice cu vapori singura posibilitate de destindere este

strangularea într-un ventil ce are şi rol de reglare a cantităţii de agent circulat.

1.4 CLASIFICAREA MASINILOR FRIGORIFICE

În funcţie de agentul frigorific:

I) maşini frigorifice cu agent frigorific

A) fără schimbarea stării de agregare

cu compresie mecanică (cu aer)

B) cu schimbarea stării de agregare

cu compresie mecanică (cu compresor)

cu compresie termică

- cu compresor cu jet (cu ejector)

Page 23: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

- cu compresor termochimic (absorbtie)

II maşini frigorifice fără agent frigorific

A) cu răcire termoelectrică (efectul Peltier)

B) cu răcire termomagnetică (efectul Ettinghaus)

după puterea instalaţiei frigorifice:

- în jur de 1 kW: instalaţii mici, casnice

- de la 1 kW la 15 kW: instalaţii în domeniul comercial

- peste 15 kW până la mii de kW: domeniul industrial.

după nivelul de temperaturi:

- temperaturi mai mari de 40°C: pompe de căldură

- temperaturi de aproximativ 5°C: domeniul climatizării.

- temperaturi de la 0°C la -200°C: domeniul frigului industrial.

Aici intră şi domeniul alimentar (de la 0°C la -30°C). În acest domeniu procesele

întâlnite sunt cele ale lichefierii aerului şi a separării diverselor componente din acesta şi în

domeniul industriei chimice.

- domeniul frigului adânc, în care se lucrează cu H2, He, Ne în stare lichidă. În acest

domeniu s-au atins temperaturi scăzute, mai mici de 10-6K.

Page 24: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

4. CALCULUL CAPACITĂŢII FRIGORIFICE

În calcul trebuiesc luate în considerare toate cantităţile de căldură evacuate din instalaţiile frigorifice în 24 ore. Aceste cantităţi de căldură sunt de opt tipuri şi sunt stabilite pentru condiţiile cele mai grele de exploatare. Schimbul de căldură se consideră ca fiind staţionar.

4.1. SARCINA DE RĂCIRE DATORATĂ INFILTRĂRII DE CĂLDURĂ DIN EXTERIOR, Q1

Q1 =

n

i 10,024 ki Ai (ts – tu) [kWh/zi] (4.1)

unde: n = numărul pereţilor camerei frigorifice. Ai [m2] = suprafaţa construită neizolată a peretelui Ki [W/m2K] = coeficientul de transfer termic total al peretelui i ts [°C] = temperatura aerului exterior camerei frigorifice tu [°C] = temperatura aerului interior camerei frigorifice; Dacă un perete desparte camera frigorifică de o altă încăpere, atunci diferenţa de

temperatură se micşorează cu 40%. ts-tu

= 0,6 (tsp

– tu) (4.2) De obicei pentru acel perete se consideră o densitate de q=11 W/m2 a fluxului de

căldură. tsp = temperatura aerului exterior (vezi 3.3)

4.2. SARCINA DE RĂCIRE DATORATĂ RĂCIRII ŞI CONGELĂRII PRODUSELOR, Q2

Căldura degajată de produsul alimentar este cea mai importantă în calculul sarcinii de

răcire totale. Căldura degajată de produsul alimentar include următorii factori: - căldura sensibilă datorată diferenţei de temperatură dintre temperatura produsului şi

cea a camerei; - căldura latentă de îngheţ la congelarea produsului;

Page 25: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

- căldura de respiraţie datorată reacţiilor chimice din produs pe perioada răcirii şi depozitării.

Un produs răcit de la temperatura sa iniţială de introducere în cameră, necesită scoaterea unei călduri sensibile, adică a unei călduri care poate fi măsurată cu ajutorul instrumentelor.

Când produsul este răcit sub 0°C trebuie scoasă din el căldura latentă de fuziune, adică, căldura necesară schimbului de fază a unei substanţe, schimbare ce are loc la temperatură constantă. De exemplu, 1441054,35 jouli trebuiesc scoşi din 454g apă cu temperatura de 0°C pentru a face 454g gheaţă cu temperatura de 0°C.

Această căldură se calculează la toate produsele alimentare care se congelează. Căldura latentă de îngheţ a oricărui produs este considerată ca fiind căldura de îngheţ a apei din produs.

Răcirea şi congelarea produselor poate fi făcută în tunele de răcire şi congelare sau în camere frigorifice în care produsele pot fi şi depozitate. Dacă spaţiul de răcire este şi spaţiu de depozitare atunci suprafaţa ocupată de către produsele în curs de răcire nu trebuie să fie mai mare de 5 - 10 % din suprafaţa prevăzută pentru răcire şi depozitare. Această condiţie este impusă de păstrarea temperaturii şi umidităţii aerului din camera frigorifică. Pentru calculul acestei călduri trebuie cunoscută cantitatea maximă de produse care poate ocupa camera frigorifică. Această cantitate are o densitate volumică mai mare la camerele sau tunelele de congelare rapidă decât la camerele de răcire şi depozitare pe termen lung. În camerele de răcire cu circulaţie forţată a aerului, produsele trebuie dispuse transversal pe direcţia curentului de aer, altfel apare un câmp de temperatură neuniform.

Suprafaţa utilă a pardoselii camerei frigorifice se calculează ţinând cont de: - distanţa de la perete la produsele depozitate (0,3m) - distanţa de la panourile de răcire la produsele depozitate (0,4m) - distanţa de la canalul de distribuţie a aerului la produsele depozitate (0,3m) - căile de acces între produse: - cu stivuitor (2,2m) - fără stivuitor (1,2m) - calea pentru supravegherea răcirii produselor (0,5... 0,6m) Numărul de căi depinde de mărimea camerei frigorifice şi de tipul produselor care se

răcesc. Căile de trecere sunt de 1,2...2,2m la camere cu lăţime sub 10m, iar pentru lăţimi mai mari se prevăd căi longitudinale de acces din 10 în 10 metri.

La distanţe de 8...10m pe lungimea camerei se prevede o cale transversală de 1,2m. Suprafaţa utilă a pardoselii se determină cu relaţia: Ak=Ag- PA [m2] (4.3)

unde:

Page 26: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Ag - suprafaţa construită PA - suprafaţa distanţelor şi căilor mai sus menţionate

O relaţie de calcul practică este: Ak= A Ag [m2] (4.4)

unde: A este coeficientul de utilizare a pardoselii camerei de răcire şi depozitare

TABELUL 4.1

SUPRAFAŢA CONSTRUITĂ

Ag[m2] COEFICIENTUL b A

până la 20 0,60

20....30 0,60....0,65

30....50 0,65....0,75

50....300 0,75....0,85

peste 300 0,85

Sarcina pardoselii nu trebuie să depăşească 1000 kg/m3 la camerele frigorifice etajate construcţie veche, respectiv 1500...2000 kg/ m3 construcţie nouă.

Pentru camerele cu pardoseală pe pământ, sarcina depinde de rezistenţa betonului armat luând valori până la 4000 kg/ m3. Este indicat un calcul de rezistenţă statică pentru verificarea acestor sarcini.

Volumul util al camerei frigorifice este: Vk = βv Vg [m3] (4.5) unde: Vg [m3] - volumul construit al camerei izolate termic βv - coeficient de utilizare al volumului: βv = (0,75...0,90) A

pentru camere cu înălţimea 3...6 m βv = (0,85...0,95) A

pentru camere cu înălţimea peste 6 m

Pentru calculul volumului util la camere de răcire rapidă şi congelare în curent de aer (tunele frigorifice) se foloseşte relaţia:

Vk = 0,6 βv Vg

[m3] (4.6) deoarece mai apare volumul ventilatorului şi al vaporizatorului.

Page 27: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Capacitatea de depozitare a camerei frigorifice, M, în kg sau tone depinde de modul de depozitare al produselor.

M = A Ag mAk = Ak mAk [kg], [t] sau (4.7)

Pentru camere frigorifice în care produsele sunt agăţate în cârlige fixe sau mobile: M = L mk sau cu o formulă aproximativă (4.8) M = Ag mA (4.9)

unde: mAk, mA

[kg/ m3],

[t/ m3] - densitatea de depozitare raportată la suprafaţa utilă, respectiv la cea construită.

L [m] - lungimea suportului pe care sunt cârligele mL

[kg/m] [t/m] - densitatea liniară de depozitare pe suportul cârligelor. Suporţii cârligelor se dispun paralel la distanţe de 0,7...0,9 m.

Pentru camere frigorifice cu rafturi sau stelaje: M = Ak mAk

= gA A AKm [kg], [t] (4.10)

Dacă produsele se depozitează prin stivuire: M = Vk mVk

= βvVg mVk [kg], [t] (4.11) unde: mVk [kg/ m3],

[t/ m3] densitatea volumică raportată la volumul util Densităţile mA , mAk ,

mL şi mVk sunt date orientativ în tabelul 4.2. TABELUL 4.2

FELUL ALIMENTULUI

mL [kg//m]

mA [kg/m2]

mAk [kg/m3] OBSERVAŢII

Alimente pentru prelucrare termică şi depozitare Răcirea alimentelor

carcasă vită 280 250 350 carcasă porc 220 200 250 oaie şi miel 180 200 250

carne şi măruntaie în calup - 300 50-60

sarcina pe m2 de raft până la 10 rafturi

carne păsări domestice 250 230 300 peşte mic şi mijlociu calupi de grosime 90mm 30-60 peşte depus pe raft 30-40 peşte foarte mare 180 200 250 fructe şi legume 300 în tăvi şi stelaje

Page 28: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

FELUL

ALIMENTULUI

mVk [kg/m3] OBS. FELUL

ALIMENTULUI mVk

[kg/m3] OBS.

DEPOZITARE ALIMENTE CONGELATE carne 350 carne viţel 300

carne vită tranşată 400 carne porc 450

carcasă vită 300 carne oaie 300 iepure 300 în lădiţe peşte 330 vase mici

carne măruntaie 600 în carton peşte 450 pasăre 350 în lădiţe peşte file 500 lădiţe peste 350 în lădiţe ouă 700 cutii de

carton peşte 350 în coşuri fructe şi legume 350

DEPOZITARE ALIMENTE RĂCITE FRUCTE

ananas 270 lămâi 230 banane 410 zmeură 270 piersici 290 portocale 230

gutui 300 agrişe 230 struguri 230 smochine 290

grapefruit 250 prune 270 mere 300 cireşe 270

căpşuni 270 vişine 270 caise 300 pere 290 mure 270 pepene 230

LEGUME rădăcinoase 290 varză 140 fasole verde 150 conopidă 140

ţelină 230 ceapă 230 mazăre 270 fasole 290

castraveţi 290 orez 290 cartofi 130 roşii 300 ridichi 270 morcovi 230

sfeclă de zahăr 270 LAPTE ŞI PRODUSE LACTATE

unt (margarină) 440 pachet brânză 440 pachet unt (margarină) 540 vase mici brânză 500 lăzi de lemn unt (margarină) 650 lădiţe brânză 460 butoaie

smântână 290 pachet îngheţată 120 în cutii lapte 300 în sticle ouă 320 în lădiţe lapte 350 în bidoane ouă 270 în carton

lapte praf 290 MEZELURI; BĂUTURI; DIVERSE

Page 29: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

făină 230 untură 650 în lăzi untură 440 pachete untură 540 în lădiţe

vin 290 bere 200 în sticle 0,5l drojdie 270 slănină 240 cârnaţ 400 şuncă 250

conserve 600 produse uscate 140

Fluxul capacităţii camerei frigorifice, indică cantitatea de produse ce se pot prelucra termic în 24 de ore:

M’ = MMT0

24

[kg/zi] [t/zi] (4.12)

unde: 0 [h] - timpul necesar prelucrării termice

m [h] - timpul afectat intrării, repartizării şi ieşirii produselor

Valori orientative sunt date în tabelul 4.3

TABELUL 4.3

Aceste date se referă la prelucrarea termică în tunele cu funcţionare în şarje sau continuă

şi în următoarele condiţii ale aerului: - la răcire t=0°C w=0,5...2 m/s

TIMPUL NECESAR PRELUCRĂRII TERMICE tt0

Nr. Crt. Felul produsului

Timpul necesar

[h] Observaţii

răcirii (0°C)

congelării (-18°C)

în c

utii

desc

hise

1 carcasă de vită tranşată 24-30 16-20 2 carne de porc 24-30 12-13 3 oaie 20-24 7-8 4 carne în bucăţi de 150mm 24-30 16-18 5 păsări domestice 12-14 2,5-4,5

6 peşte în calup

de grosime

40-50mm 6-8 2-3 50-70mm

6-8 3-4

70-100mm 8-10 4-5 7 peşte mijlociu de 60-70 mm 8-10 2,5-3 8 peşte mare 8-12 4-4,5 9 fructe 5-10 3-4 în tăvi pe

stelaje 10 legume 5-10 3-4

Page 30: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

- la congelare t=-35°C w=2...3 m/s În utilaje speciale de congelare rapidă (tunel continuu, utilaje cu placi, contact direct cu

agentul frigorific) timpul de prelucrare termică este mai mic. În tabelul 4.4 este dat timpul necesar pentru umplerea şi evacuarea tunelelor în şarje şi

pentru dezgheţarea şi curăţirea vaporizatorului.

TABELUL 4.4

CAPACITATEA TUNELULUI TIMPUL tm [t/zi] [h] 15 2,5 20 3,5 30 5 50 7 75 8

Căldura evacuată pentru răcirea produselor se poate determină cu relaţia:

Q2= i

2i1aiuaipiupi ttcMcM3600

1 [kwh/zi] (4.13)

unde: Mupi [kg/zi] - cantitatea de produse de acelaşi fel şi aceeaşi stare iniţială introduse în

camera frigorifică cpi [kJ/kgK] - capacitatea termică masică a produselor necongelate(tabelul 4.5) Muai [kg/zi] - cantitatea de ambalaj corespunzător produselor. cai [kJ/kgK] - capacitatea termică masică a ambalajului t1i [°C] - temperatura produselor i la intrarea în camera frigorifică t2 [°C] - temperatura produselor la ieşire Pentru camere de depozitare se adopta t2 egală cu temperatura aerului din cameră, iar la

tunelurile de congelare rapidă se adopta -18°C. Însumarea are loc pentru fiecare produs cu o aceeaşi stare iniţială. Greutatea ambalajelor se exprimă orientativ în procente din greutatea produselor:

10% pentru cutii din carton 15...20% pentru vase, lădiţe, lăzi din lemn 80..100% pentru ambalaje din sticlă de volum mic 70...90% pentru ambalaje din sticlă de volum mare Căldura evacuată pentru congelarea produselor:

Page 31: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Q2= i

2i1aiuaii

2ii0iiii1piupi ttcM3600

1t'tc335'ttcM3600

1 [kwh/zi

(4.14) unde: cpi [kJ/kgK] - capacitatea termică masică a produselor până la punctul de îngheţ al apei

sau a sucurilor din produs ti

′ [°C] - temperatura de început a congelării ("temperatura crioscopică") i [kg/kg] - cantitatea de apă din produs

i - ponderea gheţii în produsul răcit la temperatura t2 (kg gheaţă/kg apa) coi [kJ/kgK] - capacitatea termică masică a produsului după congelare

Caracteristicile fizice ale produselor alimentare sunt date în tabelul 4.5. TABELUL 4.5

Nr. crt.

Alimente Condiţii de depozitare recomandate Conţi-nut apă

%

Tempe- ratura crios- copică ti C

Capacitate termică masica

Caldu ra de

conge-lare

qc

kJ/kg

Temperatura t

C

Umiditate relativă a

%

Timp luni;sapt;zil

e]

Înainte de

conge-lare cp

kJ/kg

După conge-

lare cpo

kJ/kg

1. Fructe 1.1. Piersici 0 – 1 85 – 90 4 – 6 S 87 - 1,4 3,85 2,01 283 1.2. Vişine - 0,5 – 1 80 – 85 10 – 14 Z 83 - 2,2 3,64 1,93 278 1.3. Struguri - 0,5 - +2 80 - 85 3 – 6 L 79 – 82 - 4,0 3,85 2,18 264 1.4. Gutui - 0,5 – 0 80 – 85 2 – 3 L 85 - 2,2 1.5. Mere - 1 - +3 90 – 95 3 – 10 L 83 - 2,0 3,85 1,76 281 1.6. Căpşuni - 1 - +1 90 7 -10 Z 90 - 1,2 3,85 1,97 300 1.7. Pere - 1 - +2 90 – 95 1 – 8 L 83 - 3,0 3,85 1,76 281 1.8. Mure - 0,5 – 0 80 – 85 7 – 10 Z 84 – 88 - 1,7 3,73 1,93 291 1.9. Pepeni 0 - +4 80 – 85 2 – 6 S 89 - 1,7 3,85 1,97 285 1.10. Zmeură - 1 - +1 85 – 90 1 -2 S 83 - 0,9 3,60 1,88 285 1.11. Nuci 0 - +10 65 – 75 8 -12 L 3 – 6 - 7,0 1.12. Portocale +1 - +3 85 – 90 8 – 10 S 84 - 2,2 3,85 1,84 281 1.13. Agrişe 0 - +1 90 1 – 1 s 85 - 1,1 3,65 1,88 281 1.14 Cireşe 0 - +1 85 – 90 1 -3 S 83 -4,5 3,64 1,93 276 1.15. Prune 0 - +1 80 – 90 3 -5 S 78 - 1,5 3,48 1,76 260

2. Legume 2.1. Fasole verde 0 - +4 85 -90 2 -4 S 89 - 1,3 3,85 1,97 297 2.2. Castraveţi 0 - +4 85 1 -2 S 96 - 0,8 4,06 2,05 318 2.3. Cartofi +6 - +18 85 – 90 6 L 74 – 78 - 1,7 3,22 1,67 247 2.4. Varză 0 90 – 95 3 – 4 L 91 - 0,5 3,89 1,97 306 2.5. Ceapă 0 70 – 75 6 -8 L 74 - 3,6 3,31 1,76 247 2.6. Ardei 0 80 – 85 1 -3 S 92 - 1,1 3,94 1,971 306 3.7. Ciuperci 0 - +2 80 - 85 2 -3 Z 91 - 1,0 3,89 1,97 301 2.8. Roşii +4 - +10 85 -90 7 -10 Z 94 - 0,9 3,98 2,01 310 2.9. Salată verde 0 90 -95 2 -3 S 95 0,4 4,02 2,01 318 2.10. Legume

congelate -23 - -18 90 -95 6 -12 L

3. Păsări domestice

3.1. Păsări 0 85 -90 1 S 74 - 1,7 3,35 1,80 247 3.2. Păsări congelate -30 - -10 85 -90 3 – 12 L 4. Vânat

4.1. Iepure 0 - +1 90 -95 1 -5 Z 60 -1,7 3,35 1,67 200

Page 32: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

4.2. Iepure congelat -23 - -18 90 – 95 6 L 5. Peşte

5.1. Peşte proaspăt 0 -4,5 90 -95 5 -20 Z 73 - 1,2 3,43 1,80 243 5.2. Peşte congelat -23 - -12 90 -95 8 -10 L 5.3. Scoici 0 90 2 L 80 - 2,2 3,52 1,84 268 5.4. Icre -4 - -1 85 -90 3 -6 L 50 – 60 2,93 1,30 209 6. Ouă

6.1. Ouă proaspete - 0,5 - +0,5 75 -85 8 – 10 L 70 - 0,5 3,18 1,67 226 6.2. Melanj ouă -30 - -18 85 -90 6 -12 L 7. Lactate

7.1. Lapte 0 - +2 88 7.2. Smântână 0 - +2 80 1 S 60-70 - 2 -10 3,20 1,51 195 7.3. Brânză 0 - +2 80 – 85 2 – 6 L 53 2,2 – 10 2,85 1,67 176 8. Grăsimi

8.1. Untură +2 - +4 75 – 80 3 L 0,7 2,51 1,67 147 8.2. Slănina - 10 - - 8 80 – 85 4 L 2,30 1,30 71 8.3. Măsline - 10 75 – 80 3 – 4 L 18 2,93 1,47 126 9. Carne

9.1. Carne vită proaspătă

0 - +1 88 – 92 1 – 4 L 62 – 70 - 1,7 – 2,2

9.2. Carne vită congelată Carne vită grasă Carne vită slabă Carne vită uscată

- 23 90 – 95 9 – 12 L

51 72 15

2,51 3,22 1,42

1,47 1,72 1,00

172 243 51

9..3. Carne oaie Carne oaie grasă Carne oaie slabă

0 - +1

85 – 90 5 -12 Z 60 -70 50 67

-1,7 -2,2 2,51 3,06

1,47 1,67

167 222

9.4. Carne oaie congelată

- 23 - -18 90 – 95 4 – 8 L

9.5. Carne porc proaspătă Carne porc grasă Carne porc slabă

0 - +1 85 – 90 3 -7 Z 35 – 42

39 46

2,14 2,51

1,34 1,55

131 155

9.6. Carne porc congelată

- 23 - -18 90 – 95 4 – 8 L

9.7. Şuncă proaspătă 0 - +1 85 - 90 10 Z 47 – 54 -1,7-2,2 2,51 1,47 167 9.8. Şuncă afumată +1 - +5 75 – 80 6 L 20 2,30 1,88 67 9.9. Măruntaie

congelate -18- -15 85 – 90 6 L 65 3,06 1,67 218

10 Băuturi

10.1. Vin 0 - +10 3,77 10.2. Bere +1 - +7 90 89 – 91 3,77 1,88 11. Diverse

11.1. Făină +2 - +4 10 – 12 1,34 1,00 67 11.2. Măsline +7 - +10 85 – 90 4 -6 S 75 -2 3,35 1,76 251 11.3. Porumb

timpuriu -0,5 – 0 85 – 90 1 – 4 S 74 -0,8 3,31 1,76 247

11.4. Îngheţată 67 3,27 1,88 218 11.5. Sirop +1 80 6 S 36 - 2,2 2,68 11.6. Ciocolată +4,5 50 4 – 9 L 1,6 0,76 0,75

Capacităţile termice masice se pot calcula cu relaţiile: cpi = 4,19 i + ci’ (1 - i ) [KJ/kg] (4.15)

unde: ci’ = 1,34... 1,47 [KJ/kgK] - capacitatea termică masică a materiei "uscate" din produs. coi = 2,1 i i + ci” i (1 - i ) + (1 - i )ci’ [KJ/kgK]

ci" = 3,77...3,86 [KJ/kgK] - capacitatea termică masică a sucurilor necongelate

Page 33: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Ponderea gheţii în produsul congelat este dată în tabelul 4.6

TABELUL 4.6

Nr. Crt.

Felul alimentului

Punctul de

îngheţare [C]

Temperatura [ºC]

-2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18 -20 -22 -24

1 mere, pere,

prune, cartofi

-2,7 - 45 57 64 68 72 74 77 79 81 83 84

2 carne pasăre -1 57 76 82 84 86 87 88 89 90 91 91 92 3 peşte -1 68 82 86 88 91 92 93 93 94 94 95 96 4 ouă -1 79 87 90 92 93 94 94 94 95 95 95 95

Căldura Q2 se mai poate determina şi din diferenţa entalpiilor înainte şi după prelucrarea

termică a produselor alimentare:

Q2 = i

iaiuaiiiupi ttcMiiM 212136001 [kwh/zi] (4.16)

unde: i1i şi i2i [kJ/kg] sunt entalpiile produsului alimentar i la temperaturile respective (vezi 2

tabelul 3.16)

4.3. SARCINA DE RĂCIRE DATORATĂ AERISIRII SAU INFILTRĂRII AERULUI AMBIANT, Q3

La fiecare deschidere a uşilor camerei frigorifice o anumită cantitate de aer cald intră in

cameră. Această cantitate de aer este dificil de apreciat dar se estimează un anumit număr de schimburi de aer. Acest aer umed netratat (cald) aduce o sarcină de răcire suplimentară de care trebuie ţinut cont în sarcina totală. De obicei această sarcină este mai mare decât cea necesară răcirii spaţiului închis.

La răcirea aerului până la temperatura spaţiului răcit, umiditatea din aer condensează, ceea ce presupune o căldură sensibilă şi una latentă care trebuiesc evacuate de către echipamentul de răcire.

Necesarul de aer proaspăt este semnificativ pentru camere frigorifice la care temperatura tu este peste 0ºC , din cauza acţiunii biologice a produselor şi a oamenilor. Influenţa acestora este neglijabilă la temperaturi sub -10ºC, deci la acele camere nu este nevoie de o

Page 34: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

cantitate mare de aer vehiculat. În funcţie de temperatura camerei frigorifice şi de felul produselor alimentare, schimbul de aer necesar ca raport între volumul de aer proaspăt şi volumul construit al camerei frigorifice este nv=1÷5.

Schimbul de aer se poate determina pe baza cantităţii de gaze degajată de unitatea de produs alimentar şi pe baza concentraţiei admisibile a gazelor în cameră. În ceea ce priveşte infiltrările de aer este de dorit să fie cât mai mici, deoarece acest aer este necondiţionat, umiditatea din el solicitând suplimentar instalaţia frigorifică.

În calculul căldurii Q3 se va lua în considerare valoarea cea mai mare dintre volumul vehiculat şi volumul de aer infiltrat în m3/zi.

Q3 = usugvusuv iiVniiV 3600

13600

1 [kwh/zi] (4.17)

sau

Q3 = usugiusui iiVniiV 3600

13600

1 [kwh/zi] (4.18)

în care: - ni = numărul schimburilor de aer prin infiltrări - u

= densitatea aerului la condiţiile din camera frigorifică

- is, iu [kJ/kg] = entalpiile specifice ale aerului ambiant respectiv aerului din camera frigorifică.

Volumul de aer proaspăt care trebuie introdus în camera frigorifică pentru limitarea concentraţiei de CO2 se determină din bilanţul CO2-ului :

VCO2 = rCO2 (Vv +VCO2) (4.19) unde: - VCO2 [m3/zi]= volumul de CO2 eliberat de produsele alimentare şi de oameni într-o zi,

în funcţie de presiunea pu şi temperatura tu a aerului din cameră. Deci:

VCO

COCO VV

Vr

2

2

2 (4.20)

Dacă se admite rCO2admis, necesarul de aer proaspăt pentru ventilaţie este:

Vv = Vco2

1

r1

admisCO2

(4.21)

Deoarece rCO2admis << 1 se poate considera Vv ≈ admisCO

CO

2

2

rV

(4.22)

Volumul VCO2 care se degajă în camera frigorifică într-o zi se poate determina cu relaţia:

Page 35: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

VCO2 = u

uCOCO

TRM 2

2 (4.23)

unde: MCO2 [kg/zi] - masa de CO2 corespunzătoare volumului VCO2 MCO2 = [

iMi e'CO2 (tmi) i + e"CO2 n ] 10-3 [kg/zi] (4.24)

cu: Mi [t/zi] - masa produsului elementar i e'CO2 (tmi) - [g/th] masa de CO2 care se degajă dintr-o tonă din produsul i într-o oră la

temperatura medie tm; e'CO2 mai depinde şi de concentraţia de CO2 din aerul aflat în apropierea produsului .

i [h] - timpul în care produsul i se află la temperatura tm

e"CO2

[g/h] - masa de CO2 pe care o degajă un muncitor în timp de o oră în camera frigorifică (tabelul 4.9) .

n [h] - produsul dintre numărul de muncitori şi numărul de ore lucrate de echipa de n muncitori în camera frigorifică; de obicei volumul de aer necesar oamenilor se adoptă 20m3/h aer proaspăt pe om, şi atunci termenul (e"CO2 n ) în relaţia de calcul a lui MCO2. Temperatura tm [ºC] este temperatura medie a produsului alimentar în timpul prelucrării termice:

tm

= tu +

u2

u1

u2u1

tttt

ln

tttt

(4.25)

În cazul depozitarii tm= tu când i = 24h. Dacă produsul alimentar se şi răceşte în camera în care se depozitează, timpul de răcire poate să fie mai mic de 24h. Atunci se calculează separat degajarea CO2-ului la temperatura tm în timpul răcirii i =

0T <24h, iar pentru diferenţa

până la 24h degajarea de CO2 trebuie calculată ca şi în cazul depozitarii. Numărul de schimburi de aer pentru ventilaţie după calcularea lui MCO2, este:

nv = admisCOug

uCOCO

g

V

2

22

rVTRM

VV

[zi

-1] (4.26)

În tabelul 4.7 sunt date orientativ valori pentru e'CO2 la concentraţii ale CO2 din aerul din

cameră de la 0,5% la 1%.

Page 36: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

TABELUL 4.7

CANTITĂŢI DE CO2 DEGAJATE DE PRODUSE e'CO2 (după Komarov) banane verzi 15...20 12 banane coapte 35...40 20 căpşuni 15...70 0...16 zmeură 20...80 2...16 cartofi 3...8 0...10 ceapă 3...10 0...10 sfeclă 1...2 4

TABELUL 4.8

CANTITATEA DE AER VENTILAT PENTRU rCO2 admis DE 0,5% Felul

alimentului Necesar aer în kg/h şi tona de alimente la temperatura

0 4 8 12 16 20 24 28 32 pere 0,05 2,6 5,3 8 11,5

piersici 1,2 2,8 4,6 6,4 8,3 10,2 12,3 struguri

masă 1,0 1,8 3 4,4 6,2 7,9 9,8 11,8 mere 0,9 1,5 2,7 4,2 6,2 8,3 10,7

banane verzi 1,4 2,8 5 7,4 10,3 grapefruit 0,65 1 1,8 2,75 3,8 4,9 6,1 7,4 8,1

cartofi 0,9 1,2 1,4 1,8 2,3 2,9 3,7 4,5 5,5 struguri 0,8 1,1 1,6 2,0 2,5 2,9 3,4 3,9 4,4

portocale 0,35 0,55 0,8 1,25 1,75 2,25 2,75 3,35 4,1 lămâi 0,4 0,7 0,85 1,2 1,5 22,5 3,15 3,75

TABELUL 4.9

CANTITATEA APROXIMATIVĂ DE CO2 CARE SE DEGAJĂ DIN OAMENI, ÎN FUNCŢIE DE INTENSITATEA MUNCII

Felul muncii (intensitate) e"CO2 [g/h] repaus 30

uşoară şi mijlocie 30...40 grea 40...70

Page 37: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

De obicei se ia în calcul rCO2admis maxim 0,5% pentru a se putea lucra în acea cameră frigorifică. La depozitarea fructelor pe un termen mai lung, după umplere camera frigorifică se închide ermetic, menţinându-se o "atmosferă controlată" prin reducerea oxigenului şi bioxidului de carbon la 3%, iar restul este azot pur. Compoziţia reală a "atmosferei controlate" depinde de felul produsului, de timpul de depozitare şi de temperatură.

Volumul de aer infiltrat se calculează cu relaţia: Vi = ni Vg [m3] (4.27) Unde numărul de schimburi ale aerului ni se determină din tabelul 4.10 în funcţie de

volumul construit Vg , la o temperatură a aerului mai mare decât 0ºC pentru o perioadă de 24h.

TABELUL 4.10

Vg [m3] 5,66 4,48 11,3 14,5 17 28,3 42,5 56,6 84,8

ni 44 34,5 29,5 26 23 17,5 14 12 9,5 Vg

[m3] 113 41,5 169,5 226 283 566 709 1130 2830 ni 8,2 6,5 5,5 4,9 3,5 3 2,3 1,4

Pentru Vg

> 2830 se ia ni = 75/√Vg

Pentru tu = -18...-30ºC valoarea lui ni

se înmulţeşte cu 0,6 deoarece se consideră că uşile se deschid mai rar la camerele frigorifice cu aer de această temperatură.

Numărul de schimburi de aer ni pentru tunele de răcire şi congelare rapidă este egal cu numărul de şarje în 24 de ore.

4.4. SARCINA DE RĂCIRE DATORATA DEGRADĂRII BIOLOGICE A PRODUSELOR DEPOZITATE, Q4

Cantitatea de căldură datorată acestui proces este importantă la depozitarea produselor

vegetale la care degradarea biologică se desfăşoară şi după culegere şi prelucrare parţială. Degradarea biologică se poate asimila cu oxidarea glucozei (C6 H12 O6) în aer. C6 H12 O6

+6O2 = 6CO2 + 6H2 O + 2,818 106 [KJ] (4.28) Luând în considerare masele molare, se obţine:

mCO2 ≈ 310818,2264

≈ 0.0937 [kgCO2 / 1000kJ ] (4.29)

de unde căldura specifică degajată la oxidare, raportată la un kg CO2 va fi:

Page 38: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

qd ≈ 264

10818,2 6 ≈ 10700 [kJ / kgCO2 ] (4.30)

Dacă în camera frigorifică sunt produse deja răcite şi depozitate la temperatura de depozitare şi produse în curs de prelucrare termică, atunci căldura evacuată şi

2COm se calculează

separat pentru fiecare grup separat. Pentru produsele în prelucrare termică se foloseşte căldura ce corespunde temperaturii tm, iar pentru celelalte căldura corespunzătoare lui tm = tu.

Sarcina de răcire Q4 va fi:

Q4 = i

iiM mid tq3600

1 [kWh/zi] (4.31)

unde: Mi

[t/zi] - masa produselor care degajă căldură de oxidare qd (tmi) [kJ/th] - căldura degajată de tona de produs pe oră, tabelul 4.11.

i [h/zi] - timpul de răcire sau depozitare

Tabelul 4.11

CĂLDURA qd ÎN FUNCŢIE DE TEMPERATURĂ FRUCTE ŞI LEGUME qd [KJ/th]

0ºC 2ºC 5ºC 10ºC 15ºC 20ºC piersici 45-70 60-80 90-145 230-330 315-475 505-665 struguri 17-35 42-60 60-85 85-130 130-175 180-280

mere 35-65 50-75 55-115 145-220 190-330 210-445 caise 55-60 70-75 120-200 225-305 305-560 490-715

portocale 20 25 35 75 125 190 cireşe 55-75 65-110 100-160 140-360 290-595 560-795

ceapă albă 79 115 165 225 460 550 fasole verde 205-255 280-295 375-435 585-740 950-1485 1420-2075

ciuperci 410-435 445-470 530-575 870-910 1690-1750 2160-2290 mazăre în teacă 315-375 410-515 560-680 715-960 1310-1660 2060-2320

cartofi 34-50 38-60 44-70 60-100 70-130 85-170 varză 50 85 60-105 80-150 130-190 210-290 385-435

morcovi cu frunze 185 210 225 300 545 1130 ardei 85-120 115-155 200-230 305-345 370-410 435-470 salată 115-140 120-155 150-185 225-365 390-680 910-1220 spanac 220-300 280-430 460-715 750-1125 1530-1880 2260-2575

4.5. SARCINA DE RĂCIRE DATORATĂ

CHICIURII DE PE VAPORIZATOARE, Q5 Temperatura de vaporizare a agentului frigorific fiind mai mică decât temperatura de

rouă a aerului din camera frigorifică, pe suprafaţa vaporizatorului apare chiciura.

Page 39: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Umiditatea din care se formează chiciura provine din uscarea produselor în timpul prelucrării termice sau al depozitarii, precum şi din aerul infiltrat în camera frigorifică. În calcul temperatura chiciurii se consideră egală cu temperatura suprafeţei vaporizatorului.

Căldura Q5 se poate calcula cu relaţia:

Q5

=

j0usugi0jj ixxVniiw

36001 [kWh/zi] (4.32)

unde: wj [kg/zi] = cantitatea de umiditate provenită din produsul alimentar tip j într-o zi. ij [kJ/kg] - entalpia specifică a umidităţii separate pe vaporizator, la temperatura t2

i0 [kJ/kg] - entalpia specifică a chiciurii la temperatura din vaporizator t0

ni Vg [m3/zi] - volumul de aer infiltrat; în cazul ventilării în loc de ni se foloseşte nv u[kg/m3] - densitatea aerului la temperatura tu

xs, xu

[kg/kg] - conţinutul de umiditate al aerului ce intră în cameră la temperatura tu. Intensitatea deshidratării, în procente din masa produselor este dată în tabelul 4.12.

Tabelul 4.12

PRELUCRARE TERMICĂ

% DESHIDRATARE OBSERVAŢII

răcirea cărnii 1-3% pe perioada răcirii la

+4ºC tv=-30ºC ww=3m/s

depozitare carne răcită 1% pe timp de 5 zile

tv=-1…1ºC fw=85…95% depozitare carne răcită 4-6% pe 2..3 săptămâni

congelare carne în cutii 0,30-0,34% cutii închise congelare carne atârnată pe perioada de congelare

carcasă porc 1,5% carne vită 1,7-2%

depozitare carne congelată pe timp de 3-6 luni carcasă porc 1-1,3%

carne vită 2,3-3,3% răcire carne pasăre şi

iepure 0,4-0,8% pe 7 zile congelare carne pasăre şi

iepure 0,7-1,4% în timpul congelării depozitare carne pasăre şi

iepure congelată 0,4-0,84% în aer liniştit o lună depozitare ouă 3,5% pe 4 săptămâni depozitare ouă 4,5% pe 8 săptămâni

răcire peşte 0,5-1% pe timpul răcirii

Page 40: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

depozitare peşte răcit 0,5% pe 24 de ore congelare peşte 1,2-3% pe perioada congelării

depozitare peşte congelat 0,2-0,4% în aer liniştit pe o

săptămână răcire fructe şi legume 2% pe timpul răcirii

depozitare fructe şi legume răcite 0,5-1% pe o lună

congelare fructe şi legume 1-2% pe perioada congelării depozitare fructe şi legume

congelate 0,5-1% pe trei săptămâni

4.6. SARCINA FRIGORIFICĂ DATORATĂ ACTIVITĂŢII OAMENILOR, Q6

Această sarcină de răcire depinde de numărul de muncitori, de tipul de muncă, de

intensitatea muncii şi de temperatura aerului din camera frigorifică. Se admite că un lucrător transportă cu stivuitorul produse alimentare în cantitate de 1,5 tone/oră.

Dacă n este numărul de muncitori care lucrează simultan în camera frigorifică, iar τ este timpul de lucru, atunci:

Q6= n qr [kWh/zi] (4.33) unde: qr [kW]= intensitatea degajării căldurii dintr-un lucrător la o activitate de intensitate

medie, dată în tabelul 4.13 în funcţie de temperatura aerului din camera frigorifică.

TABELUL 4.13

qr [Kw] tu [ºC] qr [kW] tu [ºC] 0,212 10 0,351 -12,2 0,247 4,5 0,381 -17,8 0,278 -1,2 0,41 -23,3

0,308 -6,7 - -

Page 41: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

4.7. SARCINA DE RĂCIRE DATORATĂ ILUMINATULUI, Q7 Căldura evacuată depinde de intensitatea iluminatului şi de durata totală a funcţionarii

instalaţiei de iluminat în 24 ore: Q7

= Nilu = ilu Ag nilu 24 [kWh/zi] (4.34)

în care: Nilu [kW] = puterea instalată totală a instalaţiei de iluminat [h] = timpul de funcţionare al instalaţiei pe zi ilu = coeficient de utilizare a instalaţiei de iluminat

nilu [kW/m2] = intensitate specifică raportată la 1m2 suprafaţa construită; De obicei, nilu = 0,01 kW/m2 şi ilu = 0,3 şi atunci:

Q7 = 0,072 Ag [kWh/zi] (4.35) Pentru iluminat cu corpuri incandescente se consideră puterea electrică a acestora, iar

pentru corpuri fluorescente se înmulţeşte cu 1,232 puterea acestora. Pentru răcitoare şi congelatoare se poate estima ca sarcină de răcire datorată

iluminatului de 10...16 W/ m2 de suprafaţă şi chiar dublul acestor valori pentru zonele de lucru. 4.8. SARCINA DE RĂCIRE DATORATA FUNCŢIONARII

VENTILATORULUI, Q8 Teoretic această sarcină nu se poate calcula decât după ce se cunoaşte caracteristica

răcitorului de aer şi a ventilatorului, ea fiind echivalentul caloric al lucrului mecanic consumat de electromotorul ventilatorului.

Căldura degajată de motoarele electrice variază în funcţie de mărimea motorului, puterea, eficienţa sa şi localizarea înăuntrul sau înafara spaţiului răcit.

Dacă putere este dată în CP, echivalentul caloric este 2545 Btu/h sau 745 W. Eficienţa motoarelor electrice variază de la 40%, la motoarele care antrenează

ventilatoare mici, până la 80% la motoarele integrate. Căldura degajată de către motorul electric depinde de orele de funcţionare şi de

randamentul acestuia. Astfel pentru motoarele amplasate în interiorul camerei frigorifice, puterea se împarte la eficienţa acestora si se obţine căldura degajată.

Pentru motoarele amplasate înafara spaţiului răcit şi care antrenează pompe de circulaţie, ventilatoare, etc. din spaţiul răcit, pierderile se disipează în exterior, iar în interior rămâne energia utilă a acestora sub formă de căldură.

Page 42: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Dacă motoarele sunt amplasate în cameră, iar pompele şi ventilatoarele antrenate sunt afară, pierderile motoarelor rămân sub formă de căldură în cameră, adică (1- eficienţa) din puterea motorului rămâne în cameră.

Practic căldura degajată de motoarele electrice se determină din următoarea relaţie:

Q8 = a

7

1iQi [kWh/zi] (4.36)

în care: a = coeficientul de propagare cu următoarele valori: a= 0 pentru camere cu aer liniştit şi ţevi în serpentină a= 0,1 pentru camere cu răcitor de aer a= 0,15 - 0,2 pentru camere cu răcire rapidă a= 0,2 - 0,25 pentru camere cu congelare rapidă În cazul în care în camera frigorifică sunt şi alte dispozitive cu acţionare mecanică,

atunci în Q8 se va tine cont şi de prezenţa acestora.

4.9 SARCINA DE RĂCIRE (PUTEREA FRIGORIFICĂ) A VAPORIZATORULUI

Sarcina de răcire a vaporizatorului adică a răcitorului din camera frigorifică se

determină cu relaţia:

Q0’=

8

1i Qi [kWh/zi] (4.37)

Sarcina de răcire a vaporizatorului se determină astfel încât să se acopere necesarul de răcire în perioada de răcire efectiv [h], (care este mai mică decât 24 ore datorită perioadelor de întreţinere: dezgheţare a chiciurii, curăţenie) şi în plus acoperirea suprasarcinilor, reparaţii, etc., astfel încât:

Q0v = efectiv

0Q

[kW] (4.38)

unde efectiv este: 12 - 24 ore/zi pentru frigidere casnice 14 - 16 ore/zi pentru frigidere comerciale 16 - 20 ore/zi pentru frigidere industriale Pentru tunelele cu funcţionare continuă sau în şarje, utilaje de răcire sau congelare, de

producere a gheţii trebuie luat în calcul timpul efectiv real de funcţionare dependent de sarcinile de producţie.

Page 43: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

4.10 SARCINA DE RĂCIRE A COMPRESORULUI, Q0

Puterea frigorifică a compresorului Q0, se determină separat pentru fiecare regim în

funcţie de temperatura de vaporizare pe baza sarcinilor de răcire de la toate camerele cu vaporizatoarele lucrând la aceeaşi temperatura de vaporizare.

Dacă sunt mai multe camere frigorifice cuplate la un compresor, se va considera că sarcina de răcire maximă nu apare simultan. Factorul de simultaneitate η = 0,7...0,9 este în funcţie de numărul de camere frigorifice şi condiţiile de exploatare (pentru o cameră frigorifică η =1).

Rezultă sarcina de răcire (capacitatea frigorifică) a compresorului pentru temperatura de vaporizare respectivă:

Q0 = j

Q0vj [kW] (4.39)

4.11 SARCINA DE RĂCIRE A CONDENSATORULUI, Qk

Căldura evacuată de condensator este egală cu suma dintre sarcina de răcire şi energia

consumată pentru antrenare compresoarelor. De obicei în proiectare se admite că necesarul de răcire al condensatorului să fie suma sarcinilor de răcire ale compresoarelor Q0 şi puterea instalată a electromotoarelor Pem, pentru a avea o rezervă de putere frigorifică la regimurile tranzitorii, când temperaturile de vaporizare sunt mai mari decât cele proiectate:

Qk = (Q0 + Pem) [ kw ] (4.40)

Page 44: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

3. IZOLAŢIA TERMICĂ A INSTALAŢIILOR FRIGORIFICE

3.1. ALEGEREA MATERIALULUI

Alegerea materialului pentru izolarea termică a camerei frigorifice, conductelor,

armăturilor depinde de coeficientul de conductivitate termică λ [W/mK], de preţul unităţii de volum civ [lei/m3], de coeficientul de difuzie al vaporilor de apă, μ [kg/msPa], de caracteristicile mecanice de autoaprindere, de caracteristicile fizico-chimice şi de exploatare ale izolaţiei.

Este de preferat ca materialul izolant să aibă următoarele caracteristici: 1. transportul de căldură cât mai mic; 2. să nu permită trecerea aburului; 3. higroscopie redusă şi să absoarbă cât mai puţină umiditate prin capilaritate; 4. rezistentă mecanică ridicată; 5. tehnologie de fabricaţie simplă şi ieftină; 6. inert chimic neinflamabil rezistent la îmbătrânire; 7. fără miros caracteristic şi să nu absoarbă mirosuri străine; 8. inatacabil de către insecte, rozătoare, ciuperci, microorganisme; 9. să fie stabil la temperaturile existente; 10. să nu necesite întreţinere deosebită; 11. să fie relativ ieftin. Eficacitatea şi durabilitatea izolaţiei termice depinde în foarte mare măsură de modul de

aplicare a acesteia pe suprafaţă construită (de corectitudinea executării) şi mai puţin de alegerea materialului izolant.

Coeficientul de conductivitate termică nu trebuie să se modifice în timp, la modificarea umidităţii, structurii mecanice (tasare, crăpături) sau sub acţiunea microorganismelor.

La alegerea materialului izolant trebuiesc luate în considerare toate caracteristicile menţionate, în final alegându-se materialul care acoperă cât mai bine acele cerinţe.

Factorii determinanţi care influenţează asupra alegerii materialului izolant sunt: - sortimentele de materiale disponibile - preţul materialului izolant exprimat prin valoarea civ

- spaţiul disponibil pentru izolare care poate condiţiona alegerea unei izolări mai eficace dar mai scumpe.

Page 45: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

3.2 GROSIMEA IZOLAŢIEI TERMICE

În regim staţionar, densitatea fluxului de căldură prin peretele izolat este:

i iz

iz

i

i

us

us

11tt

q (3.1)

unde ts, tu [°C] - temperatura aerului din exteriorul respectiv interiorul camerei frigorifice.

αs,αi [W/m2K] - coeficienţii de convecţie aer-perete δi,δiz [m] - grosimea anumitor straturi din perete, respectiv grosimea izolaţiei λi,iz [W/mK] - coeficientul de conductivitate termică al straturilor şi al izolaţiei Din ecuaţia (3.1) se obţine expresia pentru calculul grosimii izolaţiei termice scrisă

pentru pereţi plani neomogeni:

i ui

i

s

usiziz q

tt

11

(3.2)

unde singura necunoscută este densitatea fluxului de căldură q[W/m2]. Grosimea izolaţiei se calculează pentru densitatea optimă qopt a fluxului de căldură,

obţinută din cheltuielile totale minime privind izolaţia termică. Valori orientative pentru q opt sunt: qopt=9÷14 [w/m2] pentru tu= 0 ÷ -35°C, ts= +25 ÷ +35°C, în funcţie şi de mărimea

obiectivului şi tipul alimentelor qopt=11÷16[W/m2] pentru tu= -20 ÷ -50°C şi ts= +25 ÷ +35°C qopt=18÷20 [W/m2] pentru instalaţii frigorifice de transport şi camere frigorifice mici,

având temperaturile tu= +20 ÷ 50°C şi ts= +25 ÷ +35°C. qopt<23 [W/m2] pentru camere frigorifice foarte mici cu tu= -100°C şi ts= +25 ÷ +35°C. În general qopt creste cu scăderea temperaturii din compartiment şi scade cu scăderea

calităţii alimentelor în urma congelării şi uscării. Prin creşterea produsului λizciv creste semnificativ qopt, iar prin mărirea

compartimentului qopt scade. În cazul materialelor izolante: poliuretan, plută sau stiropor, cel mai frecvent se adoptă valoarea qopt=11[W/m2} şi pe baza acesteia se dimensionează izolaţia.

3.3. DIFERENŢELE DE TEMPERATURĂ

Page 46: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Diferenţele de temperatură aer exterior - camera frigorifică, camera frigorifică - aer interior ale camerei frigorifice se stabilesc, în calculele practice prin alegerea temperaturii ts, a mediului din exteriorul camerei frigorifice.

Stabilirea lui ts tine cont de: - radiaţia directă a razelor solare asupra pereţilor exteriori şi asupra tavanului

(acoperişului) - influenţa podurilor de căldură din construcţia instalaţiei frigorifice - eventualele modificări de temperatură în compartimentele vecine Astfel: - pentru pereţii exteriori orientaţi spre est şi nord se poate lua ts = tsp, unde tsp este

temperatura exterioară de proiect a cărei valoare poate fi calculată astfel: tsp=0,4 tsm

+ 0,6 tmm [°C] cu: tsm [°C] - temperatura medie lunară a celei mai călduroase luni pe o perioadă de 10

ani. tmm [°C] - valoarea medie a temperaturii minime a celei mai călduroase luni pe o

perioadă de 10 ani. -pentru pereţii exteriori orientaţi spre sud şi vest, din cauza radiaţiei solare mai intense ts

= tsp

+ 6 °C - pentru plafon sub acoperiş drept (planşeu): ts= tsp

+ 15°C - pentru plafon sub acoperiş cu tavan (şarpantă): ts= tsp

+10°C - pentru pardoseală pe pământ: ts= +10 ÷ +15°C Valorile mai mici se folosesc în calcul pentru compartimente mari, grupate şi cu

temperaturi scăzute. La compartimentele cu temperaturi ale aerului sub 0°C construite direct pe pământ, trebuie să se asigure încălzirea pardoselii sub izolaţie pentru a evita îngheţarea pământului.

Pereţii interiori înspre compartimentele răcite trebuiesc izolate pentru neutralizarea "podurilor de căldură" dinspre zidurile exterioare, pardoseală şi tavan, dar şi pentru a se asigura funcţionarea corectă a compartimentului respectiv, dacă un compartiment vecin nu este exploatat.

Temperatura în încăperile nerăcite se consideră astfel:

ts=0,75 tsp

- dacă încăperea nu are uşi şi ferestre interioare

ts=0,9 tsp

- dacă încăperea nu are uşi şi ferestre exterioare

ts= tsp - pentru determinarea izolaţiei dinspre sala de maşini.

3.4. STRUCTURI DE PEREŢI

Page 47: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 3.2 Zid exterior

1- mortar de var (2cm) 1 = 0.87 W/m 2- zid din cărămidă (38cm) 2 = 0.87 W/mK 3- mortar de ciment (2cm) 3 = 1.28 W/mK 4- bitum (bariera pentru abur) (0.5cm) 4 = 0.87 W/mK 5- strat de izolaţie termică iz = 0.035 W/mK 6- plasa Rabitz 6 = 0 W/mK 7- mortar de ciment (2cm) 7 = 1.28 W/mK

În tabelul 3.2 sunt date valorile orientative pentru coeficientul de convecţie pereţi-mediu ambiant.

TABELUL 3.2

TIPUL SUPRAFETEI COEFICIENT CONVECTIE CONVECŢIE FORŢATĂ [W/m2K]

suprafaţa exterioară a pereţilor şi a platformei neprotejate de vânt 30

suprafaţa exterioară a pereţilor şi a platformei protejate de vânt 20 toate suprafeţele interioare 20

CONVECŢIE NATURALĂ [W/m2K] suprafeţe interioare 8 plafon ( flux ascendent ) 8 plafon ( flux descendent ) 6 podea ( flux ascendent ) 7 podea ( flux descendent ) 6

Page 48: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

3.8 MATERIALE IZOLANTE

1) Poliuretanul se obţine prin expandarea smoalelor poliuretanice în prezenţa unor

catalizatori. Reacţia este exotermă cu degajare puternică de CO2 care face ca masa respectivă să devină spumoasă. Prin tehnologii avansate se pot obţine poliuretani (spume) care să aibă porii umpluţi cu freon. Prin reglarea raportului dintre anumiţi catalizatori se pot obţine spume poliuretanice solide sau semisolide cu structură poroasă dorită.

Spumele solide au proprietăţi mecanice şi termice superioare. Acestea au densităţi între 30÷100 kg/m3 şi coeficient de conductivitate termică λ = 0,035 - 0,04 W/mK. Spumele poliuretanice aderă bine la tablele degresate, cărămizi, hârtie etc., făcând posibilă realizarea unor sandviciuri montabile. Caracteristicile mecanice bune le-au impus în utilizarea în cadrul construcţiilor transportabile a frigiderelor casnice şi comerciale, vitrinelor etc. Poliuretanul conţine un număr foarte mare de pori închişi care au o rezistentă mare la difuzia vaporilor de apă. Pe lângă aceasta există posibilitatea de aplicare a unui strat compact (neexpandat) de poliuretan, eliminându-se folosirea unor hidroizolatii speciale. Izolarea cu poliuretan are dezavantajul unui grad mare de aprindere la montaj şi exploatare.

2) Stiroporul este denumirea comercială a izolaţiei pe bază de polistirol şi polivinilinclorhid, care în stare dizolvată şi în prezenţa catalizatorului se saturează cu aer sau alt gaz încălzit (CO2 sau H2), formându-se spuma. Tehnologia de obţinere a stiroporului este foarte variată. Stiroporul se umezeşte nesemnificativ, are bune proprietăţi mecanice, nu este atacat de rozătoare, insecte, microorganisme şi din punct de vedere chimic are rezistenţa la acizi, baze, alcooli şi apă (dulce sau de mare). Are densitate de 20÷100 kg/m3 şi coeficient de conductivitate λ=0,035 w/mK. Stiroporul nu rezistă la cetonă, benzină, eter şi uleiuri minerale. Rezistă până la o temperatura de 700°C, când se topeşte fără să se aprindă. Se execută sub formă de placi standardizate, suprafeţe cilindrice şi alte diverse geometrii pentru izolarea armaturilor. Acestea se pot lipi între ele şi pe pereţi cu bitum, iar pe suprafeţele metalice cu un lipici sintetic special. Gama de utilizări este aceeaşi ca şi a poliuretanului, tinzându-se spre înlocuirea lui cu spumele poliuretanice solide. 3) Pluta expandată se obţine prin prelucrarea scoarţei lemnului de plută. Granulele de scoarţa se presează la temperaturi înalte de 300÷400°C în lipsa aerului realizându-se astfel distilarea uscată a granulelor. Pe parcursul acestui proces, din granule se separă materii lipicioase

Page 49: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

de natură smoloasă, care prin evaporare lasă în urma lor un număr mare de pori şi lipesc în acelaşi timp granulele între ele. Pluta este slab higroscopică, rezistentă la ciperci, microoragnisme, are densitatea de 135÷175 kg/m3 şi coeficientul de conductivitate termică λ=(0,025÷0,030) w/mK la temperatura de 0°C. În calculele practice se va considera λ=0,046÷0,050W/mK. Pluta expandată se execută sub formă de placi dreptunghiulare de 1000 x 500 mm şi grosime 4÷12cm care se lipesc pe pereţi, prin suprapunerea a doua straturi cu bitum. "Bariera de abur" se realizează în două straturi: emulsie de bitum şi bitum cald. Golurile dintre placi se vor umple cu chit de plută (făină de plută amestecată cu bitum). Plăcile se leagă cu sârmă zincată de cârlige speciale. Peste plăci se aplică mortar de ciment pe plasa rabitz. Pentru izolarea ţevilor acestea se curată, se ung cu asfalt lichid, se montează pluta (semicilindrii şi segmenţi de plută impregnată în clorhidrati), după care se aplică un strat de ghips şi se vopseşte. 4) Vata de sticlă este un material izolant realizat din fire subţiri, afinate. Se livrează sub formă de paturi sau placi impregnate cu liant (fenol-formaldehidă). Vata de sticlă nu este atacată de rozătoare şi insecte. Are densitatea 140 kg/m3 şi coeficientul de conducţie λ=0,046 W/mK. Rezistenţa la difuzia vaporilor de apă este nesemnificativă, motiv pentru care se solicită o "barieră de abur" eficace. Din cauza tasării la vibraţii nu se foloseşte în instalaţii frigorifice din transport. 5) Alfolul este o termoizolaţie ecranată din folii subţiri din aluminiu de 0,008÷0,05 mm distanţate cu distanţiere din azbest la 8÷10 mm. Are densitate aparentă 40÷45 kg/m3 şi coeficientul de conducţie λ= 0,041÷0,045 w/mK. Alfolul este etanş, impermeabil, stabil, neinflamabil, folosit la echiparea utilajelor din transport. Este dezavantajos economic din cauza preţului ridicat. 6) Alte materiale termoizolante: sticla spumoasă, beton spumant, placi de turbă, toate se folosesc în cazul în care utilizarea este justificată economic.

Page 50: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

2. AGENŢII DE LUCRU AI MAŞINILOR FRIGORIFICE

2.1. AGENŢI FRIGORIFICI

Agentul frigorific este o substanţa care îndeplineşte condiţia, ca la presiuni bine

precizate, să se vaporizeze la o temperatură scăzută şi să se condenseze la temperatura

mediului ambiant.

Istoria agenţilor frigorifici începe în 1834 când americanul Iakob Perkins

construieşte o maşina frigorifică cu compresie mecanică de vapori de eter. Utilizarea acestei

maşini a fost rapid limitată din cauza inflamabilităţii a eterului.

Adevărata lansare a instalaţiilor frigorifice are loc în 1876 când Carl von Linde

utilizează amoniacul ca agent frigorific.

În 1880 începe utilizarea anhidridei carbonice în instalaţiile frigorifice navale, iar din

1920 se dezvoltă frigul casnic şi comercial prin utilizarea anhidridei sulfurice şi a clorurii de

metil (CH3Cl).

Începând cu 1930 apar hidrocarburile fluorurate si clorurate în întregime substituite.

Agenţii frigorifici actuali permit obţinerea unor temperaturi de la +20C la -120C,

evident nu de către un singur agent,fiecare agent fiind utilizat pe un anumit domeniu de

temperaturi. Alegerea agentului frigorific cel mai indicat pentru o anumită aplicaţie cade în

sarcina proiectantului şi constructorului instalaţiei frigorifice. În ceea ce priveşte

frigotehnistul, acesta este obligat să ştie cu ce agent frigorific este încărcată instalaţia pentru

ca în cazul completării cu agent să nu amestece în nici un caz agenţi frigorifici diferiţi.

Scopul pentru care este utilizată maşina frigorifică impune temperatura de vaporizare

şi condensare, puterea de răcire, precum şi condiţiile de siguranţă. Daca din dorinţa

utilizatorului sau din considerente economice se introduc în instalaţia frigorifică anumite

elemente (compresor, condensator, vaporizator, elemente de reglare-comutare, etc.) acestea

pot influenţa foarte mult alegerea agentului frigorific. Pe lângă agentul frigorific clasic,

(amoniac) se folosesc în mare măsură compuşii fluoruraţi sau cloruraţi ai metanului. Se mai

folosesc derivatele etanului (C2H6), propanului (C3H8), butanului (C4H10).

În tot domeniul maşinilor frigorifice cu compresoare, până la temperaturi ale

vaporilor reci de -120°C se folosesc derivate fluor-clor (sau brom) indiferent că sunt

compresoare cu piston, elicoidale sau turbocompresoare.

Page 51: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

2.1.1. SIMBOLIZAREA AGENŢILOR FRIGORIFICI

A fost introdusă pe plan mondial exprimarea prescurtata a derivaţilor fluor-clor

având formula CmHnClpFq (m,n,p,q fiind numărul de atomi respectivi din moleculă).

Simbolul este format din litera R (refrigerent) si un număr,ca de exemplu:

R114 C2Cl2F4- diclortetrafluoretan

numărul de atomi de fluor q numărul de atomi de hidrogen n+1 numărul de atomi de carbon m-1

Daca m-1=0 atunci zeroul nu se mai scrie, astfel încât derivatele metanului au două

cifre (de exemplu R12 pentru CCl2F2-diclor-difluor-metan). La hidrocarburile ciclice, după

litera caracteristică R se introduce litera C (de exemplu RC318 pentru C4F8- octafluor-

ciclobutan).

În unele ţări în locul literei R se foloseşte F sau X. Dacă în molecula în afara

fluorului mai există brom în loc de clor, acest lucru se arată printr-o literă urmatoare B şi o

cifră egală cu numărul atomilor de brom din moleculă (de exemplu R13B1 pentru

monobromtrifluormetan). În acelaşi mod se pot simboliza şi hidrocarburile curate (de

exemplu C2H6 - R170).

Amestecurile de agent frigorific se simbolizează cu R urmat de un număr de la 500 în

sus, în ordinea importanţei:

R502 amestec azeotrop din R22 si R115 în proporţie masică 48,8/51,2%.

Compuşii organici au ca simbol litera R urmată de numărul 700 la care se adaugă

masa molară: R717 pentru amoniac (NH3). Denumirile comerciale ale agenţilor frigorifici

sunt în funcţie de ţările producătoare: Frigen şi Kaltron în Germania, Freon şi Genetron în

SUA, Arcton în Anglia.

Page 52: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

2.1.2. CLASIFICAREA AGENŢILOR FRIGORIFICI

Agenţii frigorifici se împart în trei grupe de periculozitate:

Grupa 1

- agenţi frigorifici neinflamabili, care nu au acţiune otrăvitoare sau corozivă

(exemplu hidrocarburile halogenate).

Grupa 2

- agenţi frigorifici neinflamabili, cu o acţiune otrăvitoare sau corozivă

considerabilă şi agenţi frigorifici a căror limită inferioară de explozie este peste 3,5%

concentraţie volumică.

Grupa 3

- agenţi frigorifici inflamabili a căror limită inferioară de explozie este sub

concentraţia volumică de 3,5%.

În funcţie de presiunea de vaporizare p0 corespunzătoare temperaturii de 0°C, agenţii

frigorifici se clasifică astfel:

- agenţi frigorifici de joasă presiune:

R11, R113, R114 având p0 ≤ 0,2 MPa.

Temperatura de fierbere a acestora este atât de mare încât se folosesc în instalaţii cu

turbocompresoare în domeniul climatizării, răcirii în industria chimică şi la pompe de căldura

de temperaturi înalte.

- agenţi frigorifici de presiune mijlocie:

NH3, R12, R22, R502 având p0=0,2÷0,7 MPa.

Sunt cei mai folosiţi pentru obţinerea temperaturilor de răcire şi congelare.

- agenţi frigorifici de înaltă presiune:

R13, R13B1, R170 având p0 ≥ 0,7 MPa.

Se folosesc la temperaturi joase, până la aproximativ -120°C.

Domeniile de utilizare sunt date în tabelul 2.1

Page 53: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

TABELUL 2.1

Agentul frigori-

fic

Domeniu de

tempera-turi

Domeniu de

presiuni

Temperatura de

fierbere

Tempera-tura critică

Presiu-nea

critică

Domeniu de utilizare

[-] [°C] [0,1 MPa] [°C] [°C] [°C] [-]

R11 0 ¸ +20 Jp +23,7 198,0 4,37 Climatizare cu turbocompr.

R12 -50 ¸ +10 Mp -29,8 112,0 4,12

Uz casnic, climatizare casnică cu

turbocompr.

R13 -100 ¸ -60 Îp -81,5 28,8 3,86

Maşini frigorifice în

cascadă şi răcire înaltă

R13B1 -80 ¸ -40 Îp -57,8 76,0 3,79

Maşini frigorifice în

trepte, instalaţii industriale

R22 -60 ¸ +10 Mp -40,7 86,0 4,94 Instalaţii de congelare industriale

R113 0 ¸ +20 Jp -47,7 214,1 3,41 Climatizare cu turbocompr.

R114 -10 ¸ +60 Jp +3,5 145,7 3,28

Turbocompr., pompe de

temperatură înaltă

R115 -50 ¸ +20 Mp -38,0 88,0 3,24

Pompe de căldură, instalaţii

frigorifice mari

R502 -80 ¸ +5 Mp -46,1 84,0 3,27

În loc de R22 în instalaţii frigorifice mijlocii

NH3 -50 ¸ -10 Mp -33,35 132,4 11,30 Instalaţii de

putere mijlocie şi mare

Legendă: Jp – joasă presiune; Mp-medie presiune; Îp –înaltă presiune;

Page 54: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Datorită proprietăţilor sale şi apa poate fi folosită ca agent frigorific.

Este nedăunătoare, nu arde, se poate obţine oriunde, are o căldură de vaporizare

foarte mare, dar în domeniul temperaturilor de vaporizare t0=2÷10°C are un volum specific

atât de mare încât vehicularea ei se poate face numai cu turbocompresoare sau cu ejectoare.

2.1.3. PROPRIETĂŢI NECESARE AGENTULUI FRIGORIFIC

Proprietăţi fizice:

1. căldura de vaporizare mare şi deci cantităţi mici de agent vehiculat prin instalaţie.

2. volum specific mic al vaporilor, adică sarcina frigorifica volumică mare şi deci

dimensiuni mici ale compresorului.

3. presiune de vaporizare peste 0,1 MPa pentru a nu se infiltra aer şi umezeală în

circuitul frigorific. Zonele de îmbinare neetanşe se pot detecta uşor la suprapresiune pe când

în vid detectarea şi etanşarea sunt foarte dificile.

4. presiunea de condensare să nu fie prea mare, dar oricum sub presiunea critică

pentru a putea avea loc condensarea. Presiuni de condensare mari necesită grosimi ale

pereţilor aparatelor mai mari în ramura condensatorului decât în restul circuitului.

5. raport al presiunii de condensare şi vaporizare mic şi temperatura de comprimare

coborâtă.

6. punctul de îngheţ să fie sub temperatura de vaporizare.

7. valoarea scăzută a vâscozităţii dinamice în scopul micşorării pierderilor de

presiune prin conducte.

8. bune proprietăţi de transmitere a căldurii ceea ce conduce la suprafeţe mici ale

schimbătoarelor de căldură.

9. solubilitate suficientă în apă (eventual totală).

10. să nu dizolve uşor uleiul de ungere pentru ca acesta să poată fi separat uşor în

separatorul de ulei, sau dimpotrivă, să-l dizolve puternic pentru ca uleiul dizolvat în vapori să

ajungă din nou în compresor.

11. pentru turbocompresoare este de preferat o masă molară ridicată pentru a menţine

un număr mic de trepte.

Domeniul de utilizare al unui agent frigorific poate fi stabilit pe baza curbei de

vaporizare (vezi fig. 2.1).

Page 55: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Proprietăţi chimice:

1. Stabilitate chimică. Agenţii frigorifici nu au voie să se descompună sau să se

combine cu alte substanţe în domeniul de presiuni şi temperaturi cerut.

2. Pasivitate faţă de materialele utilizate în construcţia instalaţiei, faţă de aer,

umiditate şi uleiuri.

3. Să nu ardă şi să nu existe pericolul de a da compuşi explozivi cu aerul.

Proprietăţi fiziologice:

1. Să poată fi suportat fiziologic la concentraţii mici în aer.

2. Să nu irite aparatul respirator.

3. Să nu transmită mirosuri neplăcute alimentelor.

4. Posibilitate de a fi sesizat uşor pentru detectarea neetanşeităţilor.

Cerinţe tehnice şi economice:

1. Preţ scăzut, în special în cazul instalaţiilor mari.

2. Să fie uşor de găsit în vederea completării de către utilizator.

3. Eficienţă teoretică mare.

2.1.4. AGENŢI FRIGORIFICI HALOGENAŢI

Căutările după un agent frigorific ideal au dus la descoperirea în anii '30 în SUA a

compuşilor halogenaţi clor-carbon (AFH-uri), cunoscuţi sub numele de "freoni".

Datorita proprietăţilor lor fiziologice freonii au fost utilizaţi în gospodării menajere,

transport frigorific, minerit, fără a putea lua locul amoniacului în instalaţiile industriale.

Freonii se încadrează în grupa 1 de periculozitate şi în general nu sunt toxici, nu irită,

nu ard, nu sunt explozivi în nici o proporţie cu aerul, motiv pentru care sunt numiţi "agenţi

frigorifici de siguranţă” .Totuşi pentru freoni s-au fixat limite superioare de concentraţie în aer

pentru ca în contact cu flacăra deschisă dau compuşi deosebit de toxici.

Faptul că freonii nu au miros este un inconvenient în cazul apariţiei fisurilor în

circuitele lungi si ramificate. Pentru detectarea scăpărilor se utilizează detectoare electronice.

Lămpile cu halogen cu arzător din cupru a căror flacără devine verzuie în prezenţa

freonilor, nu se mai utilizează.

Analizând derivatele halogenate obţinute din metan, se observă că prin creşterea

numărului de atomi de clor temperatura de fierbere creşte, iar prin înlocuirea acestora cu

atomi de fluor, ea scade (vezi fig. 2.2). Spre vârful triunghiului cresc masele molare si

Page 56: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

densităţile, iar spre bază se măreşte puterea frigorifică volumică.

R22 se foloseşte în special pentru puteri frigorifice mai mari, la temperaturi de

vaporizare scăzute: instalaţii frigorifice navale, instalaţii de congelarea şi conservarea

alimentelor şi instalaţii industriale mari. Puterea frigorifică volumică o atinge pe cea a

amoniacului depăşind-o la temperaturi scăzute.

La trecerea unei maşini frigorifice de pe R12 pe R22, cu adaptarea vaporizatorului,

condensatorului şi a organelor de reglare, puterea frigorifică creşte cu 60÷70%.

Limita inferioară a temperaturii de vaporizare este de -60°C. La această temperatură

R12 este superior amoniacului prin aceea că se pot folosi rapoarte de presiuni mai mari pe

fiecare treaptă, adică se pot utiliza mai puţine trepte.

Faţă de R12, prin atomul de hidrogen suplimentar, R22 dizolvă mai bine materiile

organice şi drept urmare înmoaie (umflă) elastomerii.

Ca materiale de etanşare se folosesc politetrafluoretilena (teflon) şi unele sortimente

de neopren-perbutan. Aceste etanşări pot fi folosite şi pentru R502 şi R503.

R502 este un amestec azeotrop utilizat în locul lui R22 în domeniul frigului mic şi

mijlociu. Amestecul este compus, în participări masice, din 48,8% R22 şi 51,2% R115 având

temperatura de fierbere de - 45°C, mai mică decât a componentelor (-40,8°C pentru R22 şi

-38°C pentru R115).

Faţă de R22 are rapoarte de presiuni mai mici, capacitate termică masică mai mare,

sarcina frigorifică volumică cu 10÷15% mai mare la t0= -40°C şi agresivitate mai mică faţă de

izolaţiile electrice.

Conţinutul în R115 îi oferă o comportare mai bună faţă de mase plastice şi

elastomeri.

La utilizarea într-o singură treaptă domeniul temperaturilor de vaporizare este

-30°C ÷ -60°C.

La utilizarea lor se obţin în unul, sau în vaporizatoare cuplate în serie, zone de

temperaturi de vaporizare diferite (de exemplu congelator şi frigider pentru un frigider

menajer).

Temperaturile oscilante de vaporizare şi condensare sunt avantajoase atunci când şi

masa de răcit sau mediul de răcire al condensatorului au temperaturile oscilante.

Amestecarea intre ele a diferitelor hidrocarburi halogene clorurate sau fluorurate

(CFC) poate duce la presiuni mult prea mari pentru circuitul frigorific, iar amestecarea

acestuia cu amoniacul duce la reacţii chimice nedorite.

Page 57: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

2.1.5 AMONIACUL

Amoniacul este un agent frigorific anorganic cu numeroase calităţi dintre care cele

mai actuale sunt de a nu contribui nici la distrugerea stratului de ozon nici la efectul de sera.

Este utilizat in instalaţiile industriale cu puteri de peste 10.000 kcal/h acoperind o plaja de

temperaturi de la -50C la 0C. Are căldura latenta de vaporizare cea mai ridicata dintre toţi

agenţii frigorifici ,1262 kJ/kg la 0C, ceea ce conduce la debite mai mici vehiculate prin

instalaţie si la o dimensionare avantajoasa a compresorului.

Vaporii de amoniac au un miros înţepător si irită plămânii si căile respiratorii.

Mirosul înţepător constituie un avantaj deoarece îl face foarte uşor detectabil la o concentraţie

mult inferioara celor periculoase.

La concentraţia volumică în aer de:

0,0005 % este detectabil prin miros;

0,005 % vaporii sunt suportabili după o perioada de acomodare;

0,03 % vapori nu sunt suportabili, dar daca timpul expunerii nu a fost prea mare

consecinţele sunt neglijabile;

0,07 % la 0,1 % atmosfera este irespirabila;

0,2 la 0,3 % după o ora de inhalare survine moartea.

Amoniacul actual utilizat este practic totdeauna un produs de sinteza care la

presiunile si temperaturile din instalaţiile frigorifice nu se descompune in azot si hidrogen.

Singurul gaz străin posibil in instalaţii este aerul pătruns la montaj. Atunci când raportul din

amestec este intre15 si 30,2% in volume exista riscul exploziei, motiv pentru care este

interzisa utilizarea unei baghete din sulf aprinsa pentru sesizarea scăpărilor. Se poate folosi

hârtia de turnesol care se colorează in roşu la contactul cu vaporii de amoniac.

Vaporii de amoniac sunt extrem de solubili in apă. Apa care pătrunde in instalaţie

ajunge rapid in evaporator unde presiunea este mai mare decât presiunea la care poate

vaporiza apa la acea temperatură. Soluţia de apa si amoniac formata in evaporator vaporizează

la o presiune mai joasa decât amoniacul pur la aceiaşi temperatură.

Conţinutul în apă al evaporatorului nu trebuie sa depăşească 2 ÷ 3 % masic.

Cantitatea suplimentara se evacuează prin punctul de decantare al uleiului după aspirarea

amoniacului din evaporator si după ce se asigura o suprapresiune prin aport de căldură în

acesta. Ceea ce se evacuează este un amestec de apă, amoniac si ulei cu probleme privind

protecţia mediului.

Page 58: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Uleiul de ungere fie el mineral fie sintetic nu este solubil în amoniac decât in foarte

mici cantităţi. Uleiul antrenat în afara compresorului migrează cu vaporii de amoniac spre

condensator. Uleiul antrenat are o pondere foarte mica (100 ppm) in amoniac putând fi

dizolvat de către acesta astfel încât nu poate fi recuperat în rezervorul de lichid. Separarea lui

din amoniac este posibilă numai în evaporator sau în separatorul de lichid al instalaţiei cu

recirculare.

Densitatea uleiului este mai mare decât a amoniacului lichid si el se aduna în punctul

cel mai jos al evaporatorului unde trebuie să fie un vas de decantare cu supapă de siguranţă.

Recuperarea uleiului de ungere se face manual , obligatoriu cu mască şi mănuşi.

2.1.8. PROTECŢIA MEDIULUI ŞI PROTECTIA MUNCII

Utilizarea pe scara tot mai larga a CFC -urilor nu numai de climatizare dar şi în plan

industrial a ridicat problema influenţei negative a acestora asupra stratului de ozon din

stratosferă. Acest strat absoarbe aproximativ 99% din radiaţiile ultraviolete provenite de la

soare, oferind un ecran protector pentru viaţa de pe pământ.

La o altitudine mai mare de 15 km CFC-urile disociază fotolitic sub acţiunea tot mai

puternică a razelor solare, eliberând atomii de clor. Aceşti atomi reacţionează în lanţ cu

ozonul O3 formând oxidul de clor ClO şi oxigen O2. Se estimează că o singura molecula de

clor distruge o mie de molecule ozon. Pentru a compara între ele efectele diferiţilor agenţi

frigorifici fiecăruia i s-a atribuit un indice caracteristic privind potenţialul distructiv asupra

ozonului ODP (ex. R11 şi R12 au ODP=1).

CFC-urile intervin de asemenea şi în efectul de seră care condiţionează temperatura

la nivelul pământului.

Se estimează că CFC-urile sunt responsabile de 20% din creşterea acestui efect.

Acelaşi rol au hidroclorofluorcarburile HCFC, hidrocarburile monohalogene HFC, metanul,

vaporii de apă, de aceea pentru a le compara efectele s-a introdus potenţialul de încălzire

globală a atmosferei GWP (ex. R11are GWP=1, R115 are GWP=7,5).

Primele reglementari privind reducerea emisiilor de CFC-uri s-au luat prin Protocolul

de la Montreal în 1987 care prevedea ca acestea să scadă la jumatate până în 1989 si să

dispară în 1992.

La conferinţele de la Londra din 1990 şi Copenhaga 1992 s-a convenit renunţarea la

CFC-uri până în 1995 şi înlocuirea lor cu HCFC-uri şi HFC-uri.

HCFC-urile: R22, R123, R124, R141b si R142b sunt permise pana în 2030.

Page 59: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

HFC-urile: R134a, R152 şi R23, neinflamabile şi netoxice sunt înlocuitorii pentru

viitorul apropiat (R134a pentru R22) iar pe termen lung şi mediu, propanul R290 şi

izobutanul R600a caracterizate prin ODP=0 si GWP=0 şi cu un preţ de fabricaţie la un sfert

din cel al agenţilor actuali.

În manipularea agenţilor frigarifici trebuie ţinut cont de următoarele caracteristici

comune:

- incombustibili şi numai în combinaţie cu aerul formează amestecuri explozive ;

- practic inodore ,numai la concentraţii ridicate în aerul ambiant pot fi detectaţi

prin miros, excepţie amoniacul ;

- când sunt manipulaţi cum trebuie nu sunt periculoşi pentru sănătate. Regulile de

manevrare prevăd obligatoriu ochelari de protecţie si mănuşi. Agentul lichid în contact cu

ochii vaporizează rapid provocând o răcire intensă cu grave tulburări oftalmologice.

In special CFC-urile dizolvă foarta bine grăsimile de aceea elimină rapid filmul

protector de pe suprafaţa pielii, iar vaporizarea fiind endotermă provoacă degerături locale.

Vaporii de agent frigorific în contact cu ţigara aprinsa sau flacăra de sudură dau naştere la

gaze toxice deloc indicat de a fi inhalate mai ales în concentraţii ridicate.

Pentru a evita concentraţii ridicate de vapori de agent se recomandă o buna ventilare

a locurilor de muncă şi dacă este cazul un dispozitiv de aspiraţie la nivelul rolului. La

concentraţii ridicate nu se admite mască filtranta ci o mască cu funcţionare independentă.

Page 60: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalaţii cu ciclu invers

1. Consideraţii generale Maşinile frigorifice au rolul de a coborî temperatura unui spaţiu sub temperatura mediului ambiant, şi de a menţine aceasta temperatura coborâta. Maşina frigorifica lucrează între doua surse de căldură: o sursă rece, de la care extrage căldura (spaţiu răcit), şi o sursa calda căreia îi cedează căldura (de regula mediul ambiant). Conform principiului al II-lea al termodinamicii, funcţionarea unei astfel de maşini se poate face doar prin consum de energie, sau altfel spus, căldura preluata în timpul răcirii nu trece de la sine de la un corp cu temperatura joasa la un corp cu temperatura mai mare. Maşina frigorifică este deci un exemplu de maşină termică generatoare. Exceptând răcirea termo-electrică şi termomagnetică, toate celelalte funcţionează în circuit închis, format din aparate şi instalaţii ce vehiculează şi transforma starea agentului termodinamic de lucru (agentul frigorific), gaz sau vapori, fiind obligat sa parcurgă un şir de maşini şi utilaje termice, preluând încontinuu căldura de la spaţul răcit şi evacuând-o mediului ambiant. Preluarea căldurii de la spaţiul răcit se poate face numai daca temperatura agentului frigorific la intrarea în spaţiul răcit e mai mica decât temperatura spaţiului răcit, iar cedarea căldurii către mediul ambiant se poate realiza daca temperatura agentului frigorific e mai mare decât temperatura mediului ambiant. Tocmai acesta este deci rolul dublu al ansamblului de aparate şi instalaţii din componenta unei maşini frigorifice: 1) de a ridica temperatura agentului frigorific după ieşirea din spaţiul răcit la o temperatura

superioara temperaturii mediului răcitor (mediului ambiant), ceea ce se realizează prin consum de energie mecanica sau termica, trecerea acestei energii în energie internă şi cedarea ei către mediul răcitor.

2) de a readuce agentul, după părăsirea contactului cu mediul răcitor, la o temperatura inferioara aceleia din spaţul răcit.

Maşina frigorifică cedează mediului răcitor, pe lângă energia extrasa din spaţiul răcit, Q0, şi energia echivalentă lucrului mecanic consumat pentru a putea aduce agentul frigorific în posibilitatea schimbului de căldură către mediul răcitor. Qk = Q0 + L

Fig.1.Schema de principiu a unei maşini frigorifice

Maşina frigorifică cu compresie mecanică funcţionează cu gaz sau cu vapori. Maşinile frigorifice cu gaz sunt mai rar întâlnite în instalaţiile frigorifice industriale, domeniul lor fiind cel al climatizării şi al frigului adânc. Maşinile frigorifice cu vapori acoperă un domeniu larg de temperaturi. Sunt ieftine, relativ simple şi uşor de întreţinut, cu eficiente ridicate. Extragerea căldurii are loc prin vaporizarea agentului frigorific, iar cedarea ei prin condensare.

Page 61: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Deoarece atât condensarea cât şi vaporizarea au loc cu coeficienţi de schimb de căldură cu valori ridicate aceasta înseamnă, din punct de vedere constructiv, suprafeţe de schimb de căldura mici. Pe de alta parte, căldurile latente corespunzătoare, de vaporizare şi de condensare, fiind de valori ridicate, conduc la cantităţi mici de agent în circulaţie, prin instalaţia frigorifica. Deoarece temperatura din spaţiul răcit, T0, este mai mica decât temperatura din mediul răcitor, Tk, rezulta evident ca şi presiunea din ramura condensatorului pk va trebui sa fie superioara presiunii din ramura vaporizatorului, p0. Trecerea agentului frigorific din ramura de presiune joasa, p0, în ramura de presiune înalta, pk, este posibila numai prin comprimare, iar trecerea inversa, după cedarea căldurii Qk, prin destindere. Funcţionarea dubla a unei maşini frigorifice se realizează astfel:

1) prin comprimare 2) prin destindere

Aceasta e valabila atât pentru maşinile frigorifice cu vapori cât şi pentru cele cu gaze (cu aer). In cazul maşinii frigorifice cu aer, destinderea se poate realiza într-un detentor, care fiind cuplat cu compresorul, permite recuperarea unei părţi din lucrul mecanic consumat în compresor. La maşinile frigorifice cu vapori singura posibilitate de destindere este strangularea într-un ventil ce are şi rol de reglare a cantităţii de agent circulat.

2. Clasificarea maşinilor frigorifice În funcţie de agentul frigorific:

maşini frigorifice cu agent frigorific fără schimbarea stării de agregare

cu compresie mecanica (cu aer) cu schimbarea stării de agregare

cu compresie mecanica (cu compresor) cu compresie termica

- cu compresor cu jet (cu ejector) - cu compresor termochimic (absorbţie)

maşini frigorifice fără agent frigorific cu răcire termoelectrica (efectul Peltier) cu răcire termomagnetică (efectul Ettinghaus)

După puterea instalaţiei frigorifice: în jur de 1 kW: instalaţii mici, casnice de la 1 kW la 15 kW instalaţii în domeniul comercial peste 15 kW până la mii de kW: domeniul industrial.

După nivelul de temperaturi: temperaturi mai mari de 40°C: pompe de căldură temperaturi de aproximativ 5°C: domeniul climatizării. temperaturi de la 0°C la -200°C: domeniul frigului industrial.

Aici intră şi domeniul alimentar (de la 0°C la -30°C). În acest domeniu procesele întâlnite sunt cele ale lichefierii aerului şi a separării diverselor componente din acesta şi în domeniul industriei chimice.

domeniul frigului adânc, în care se lucrează cu H2, He, Ne în stare lichida. În acest domeniu s-au atins temperaturi scăzute, mai mici de 10-6K.

3. Termodinamica in refrigerare

Termodinamica este studiul mişcării termice a materiei şi a trecerii ei în alte forme de mişcare. Din punct de vedere termodinamic, producerea frigului însumează 4 faze principale: A. Scăderea temperaturii refrigerentului sub temperatura mediului răcit. B. Absorbţia căldurii de către refrigerent prin vaporizarea acestuia în vaporizator. C. Transportul acestei călduri de la vaporizator la condensator prin comprimarea vaporilor de refrigerent în compresor.

Page 62: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

D. Evacuarea în mediul ambiant prin condensator a căldurii absorbite de către vaporizator şi a celei produse în urma comprimării.

Această suită de operaţii este realizată de o aşa manieră încât starea finală a refrigerentului dat este identică cu starea iniţială şi este reprezentată de către ciclul frigorific. Un astfel de circuit se poate trasa cu ajutorul diagramelor agenţilor frigorifici. Diagrama lui Mollier i log(p) este cea mai folosită. Presiunile sunt exprimate în valori absolute, pe o scară logaritmică din motive de uşurare a utilizării şi a preciziei citirii. Folosirea acestei diagrame este foarte simplă şi permite urmărirea evoluţiei proprietăţilor fizice ale unui kilogram din agentul frigorific în 3 stări succesive: lichidă – vapori umezi – vapori uscaţi. Aceste 3 zone sunt delimitate prin 2 curbe îngroşate, având un punct comun numit „PUNCT CRITIC”. Acestui punct îi corespunde o temperatură critică şi o presiune critică. Temperatura critică este o temperatură specifică fiecărui fluid, care, o dată depăşită, nu permite lichefierea fluidului, oricare ar fi presiunea la care este supus. Volumul critic este volumul specific corespunzător temperaturii critice. Presiunea critică este o presiune deasupra căreia un fluid nu poate fi lichefiat, oricare ar fi scăderea temperaturii lui. Diagramele de utilizare curentă dau prin diverse reţele de curbe valori care caracterizează starea unui fluid (Fig. 2) : x=0 Linia de lichid saturat delimitează zona lichidului pur de cea a amestecului lichid-vapori. x=1 Linia de vapori saturaţi delimitează zona de amestec lichid + vapori de cea a vaporilor uscaţi. În zona „vapori uscaţi”, trebuie evidenţiaţi: Vaporii zişi „saturaţi uscaţi”, respectiv cei care nu mai au nici o picătură de lichid de vaporizat, x fiind egal cu 1; Vaporii supraîncălziţi, respectiv cei care prin încălzire la presiune constantă au o creştere a temperaturii şi a volumului (gaze perfecte). x=0,1 la 0,9 Linii titlu constant care permit determinarea în interiorul zonei de amestec a calităţii fluidului, respectiv a proporţiei de vapori şi lichid. Ex.: x=0,6 reprezintă 60% vapori şi 40% lichid. t [C] Liniile de temperatură constantă (izoterme) sunt practic perpendiculare pe liniile de presiune în zona lichidă, apoi paralele cu liniile de presiune în zona de amestec. p [bar.abs] Liniile de presiune constantă (izobare) aceste linii orizontale se confundă, în zona de amestec, cu izotermele. v [m3/kg] Liniile de volume specifice constante (izocore) se retractă uşor traversând cele 2 curbe limită x=0 şi x=1. Volumul specific al unui fluid este reprezentat de spaţiul ocupat de 1 kilogram din acel fluid. s [kJ/kg/K] Liniile de entropie constantă (adiabate) numite şi izentrope, sunt liniile de transformare fluidului fără a da sau primi căldură. i [ kJ/kg] Liniile de entalpie constantă (izentalpe) sunt perpendiculare pe axa absciselor şi se confundă cu izotermele în zona lichidă.

Page 63: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 2.Diagrama log p - i

EXEMPLU: Determinarea caracteristicilor R22-ului aflat într-un recipient şi menţinut la o temperatură a mediului de 20C: p abs =9,1 bar t= + 20C Lichid h=224 kJ/kg x=0 Vapori v=0,026 m3/kg h=412 kJ/kg x=1 Deschizând robinetul acestui recipient,fluidul se destinde şi va avea următoarele caracteristici: Presiune absolută p= 1 bar; temperatura t=-41,5C In urma detentei : v= 0,065 m3/kg h=224 kJ/kg x=0,35 La t= – 41,5C: v=0,220 m3/kg h=388 kJ/kg x=1 La t= +20C: v=0,277 m3/kg h=426,5 kJ/kg x=0,3; Aceasta înseamnă că, la ieşirea din recipient, 30% din masa refrigerentului se află în stare gazoasă(Fig.2). Fiecare kilogram de fluid va fi absorbit (388 – 224) = 164 kJ pentru a se evapora. Apoi, pentru a atinge temperatura ambiantă de +20C, fiecare kilogram de vapori va trebui să absoarbă (426,5 – 388) = 38,5 kJ pentru supraîncălzire. În aceste condiţii, fiecare kilogram de R22 va fi absorbit (164 + 35,5) = 202,5 kJ . Presupunând că debitul masic al fluidului frigorigen este de 100 kg/h,adică 0,0278 kg/s,atunci puterea frigorifică va fi: 0,0278kg/s x 202,5kJ = 5,629 kJ/s =5,629 kW.

Page 64: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 3 Transformări R22

4. Ciclul teoretic

La punctul 1, unde lichidul este complet vaporizat, compresorul aspiră vaporii la presiunea pe şi îi refulează la presiunea pc. Comprimare se face teoretic fără schimb de căldură cu exteriorul şi urmează curba corespunzătoare, de la punctul „1” la punctul „2”. Entalpia creşte pentru că valoarea lui „pv” creşte odată cu temperatura. Izoterma „tr”, care trece prin „2”, indică temperatura la sfârşitul comprimării. Începând cu „2”, fluidul este refulat în condensator la presiunea constantă pc. El se răceşte de la „2” la „3”, apoi se lichefiază de la „3” la „4”. Diferenţa de entalpie între „2” şi „4” reprezintă cantitatea de căldură evacuată de condensator. Fluidul lichefiat va fi destins trecând de la presiunea pc din condensator la presiunea pe din vaporizator. Această destindere,segmentul de la „4” la „5”,este izentalpică : entalpia nu variază din cauză că frigul produs în urma destinderii serveşte practic la răcirea fluidului. În sfârşit, vaporizarea continuă la presiune şi temperatură constante, de la „5” la „1” … şi ciclul reîncepe.

Page 65: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig.4 Ciclul teoretic

1 = Starea fluidului la aspiraţie: presiunea pe la x=1 1 – 2 = Comprimare adiabatică 2 = Sfârşit de comprimare la temperatura tr şi presiunea pc 2 – 3 = Răcire vapori supraîncălziţi 3 – 4 = Condensare la presiunea pc şi temperatura tc constante 4 = Intrarea în detentor 4 – 5 = Destindere (răcirea lichidului, vaporizare parţială) 5 – 1 = Vaporizare la presiunea pe şi temperatura te constante Găsim aici cele 4 faze principale ale producerii frigului: 4 – 5 = Scăderea temperaturii refrigerentului (prin destindere) 5 – 1 = Absorbţia căldurii la vaporizator (prin vaporizare) 1 – 2 = Transportul acestei călduri la condensator (prin comprimare) 2 – 4 = Evacuarea căldurii absorbită la vaporizator şi a celei produse prin comprimare (prin condensare)

5. Ciclul real

Prin comparaţie cu ciclul Carnot, ciclul care tocmai a fost studiat corespunde unei funcţionări ideale a aparatelor practic perfecte (fără pierdere a încărcăturii, fără schimb termic inoportun, un regim de funcţionare fără fluctuaţii, fără căldură datorată frecării pieselor mecanice în mişcare, fără aparat auxiliar generator de calorii pe circuite etc.) În practică utilizarea vaporizatorului este la randamentul optim şi se lasă (prin construcţie) vaporii uscaţi să mai cedeze câteva frigorii înainte de a ieşi din vaporizator sau din mediul rece. Circuitul ţevilor de aspiraţie, în afara mediului de răcit, constituie de asemenea o cauză a creşterii temperaturii vaporilor care se dirijează spre compresor.

Aceste 2 cauze ale creşterii temperaturii sub presiune constantă, se traduc, pe diagrama lui Mollier, prin supraîncălzirea la aspiraţie (1 – 1’Fig. 5). Această supraîncălzire dă naştere unei creşteri a temperaturii de refulare (2 - 2’). În ce priveşte condensarea, răcind lichidul peste limita x = 0, este posibil să se câştige câteva frigorii (4 - 4’). Aceasta poartă numele de subrăcire. Ea contribuie de asemenea la ameliorarea randamentului detentorului deoarece

Page 66: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

mărind calitatea lichidului nu se formează vapori la intrarea orificiului de destindere (punctul 4’).Segmentul 5’ – 5 reprezintă câştigul de „efect frigorific”, realizat la vaporizator prin acest procedeu. Ciclul real al unei instalaţii corespunde pe diagramă cu ciclul:1’ - 2’ – 3 - 4’ - 5’.De remarcat că toate particularităţile ciclului pot fi analizate şi influenţele lor cifrate cu uşurinţă pe diagrama lui Mollier. Plecând de la indicaţiile date de manometrele şi termometrele unei instalaţii în funcţionare este posibilă trasarea pe diagrama fluidului aferent, ciclul frigorific real. O diferenţă importantă la una dintre valori ar indica o anomalie căreia i s-ar putea căuta ulterior cauza.

Fig. 5 Ciclul cu subrăcire

Page 67: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

5. MAŞINI FRIGORIFICE CU COMPRESIE MECANICĂ DE VAPORI

5.1.1 CALCULUL TERMIC AL CICLULUI TEORETIC

Prin enunţul temei de proiectare se dau următoarele date:

Q0-puterea frigorifică [W], [kW], [kcal/h] t0-temperatura din vaporizator [ºC] tk-temperatura din condensator [ºC] Prin alegerea sau impunerea agentului frigorific se vor cunoaşte presiunile de vaporizare şi de condensare p0 şi pk. În urma calcului termic, vor rezultă: Vh-debitul volumic de agent frigorific [m3/h], [m3/min], [m3/s], necesar dimensionării (alegerii) compresorului. P-puterea necesară antrenării compresorului [W], [kW]. ε-eficienţa maşinii frigorifice. Din diagrame, după precizarea punctelor caracteristice ciclului de funcţionare rezultă: q0-capacitatea de răcire specifică :

q0

= i1

– i5

= i1

– i4

= r (1 – x5) [kcal/kg], [J/kg]

(5.1)

unde r - căldura de vaporizare la (t0,p0)

qv

- capacitatea frigorifică specifică volumică :

qv=1

41

1

0

vii

vq

[kcal/m3], [J/m3] (5.2)

lc - lucrul mecanic specific consumat de compresor :

l = lc

= i2

– i1 [kcal/kg] sau [kJ/kg] (5.3)

ε -eficienţa ciclului teoretic :

ε =l

q0 (5.4)

K -puterea frigorifică unitară: K = 860 [kcal/kWh] (5.5)

ma -debitul masic de agent frigorific:

ma = 0

0

qQ

[kg/min] (5.6)

Qk -sarcina termică totală a condensatorului:

Page 68: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Qk=ma qk=ma (i2-i4) [kcal/h],[W] (5.7) Vh -debitul volumic de agent circulat:

Vh = ma v1 = vq

Q

vqQ 0

1

0

0 [m3/h],[ m3/min],[ m3/s] (5.8)

P -puterea teoretică necesară acţionării compresorului:

P= ma l =

0Q (5.9)

Se mai calculează presiunea medie indicată a vaporilor în cilindrul compresorului, pi, ca fiind lucrul mecanic efectuat de către un m3 de vapori.

vi qqvl

ql

vP

0

101

[mN ] (5.10)

Din ( 5.9 ) şi ( 5.10 )

P = pi hiv

VpqQ

0

Mărimile rezultăte în urma calcului termic sunt mărimi teoretice corespunzătoare ciclului reversibil echivalent ciclului real. Pentru a putea ajunge la mărimile reale (debit, putere, eficienţă) mărimile teoretice vor fi afectate de coeficienţi de lucru, stabiliţi de regulă pe cale experimentală. Volumul generat de către pistonul compresorului în unitatea de timp trebuie să fie egal în cazul teoretic cu debitul vaporilor aspiraţi Vh. Acest volum este cu atât mai mare cu cât capacitatea frigorifică volumică (qv) este mai mică sau cu cât volumul specific (v1) este mai mare. Din acest motiv (v1 mai mare) se preferă coborarea temperaturii de vaporizare t0, deoarece cu scăderea temperaturii, scade mult qv, ca urmare a creşterii volumului specific v1.

5.1.2 CICLUL REAL

În practică se lasă (prin construcţie) ca vaporii uscaţi să mai cedeze câteva frigorii, înainte

de a intra în compresor,condensatului care intră în valva de expansiune(detentor).

Circuitul ţevilor de aspiraţie, în afara mediului de răcit, constituie de asemenea o cauză a

creşterii temperaturii vaporilor care se dirijează spre compresor.

Condensator

Compresor

Schimbător

Page 69: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 5.4 Schema ciclului cu subrăcire

Aceste două cauze ale creşterii temperaturii sub presiune constantă, se traduc, pe

diagrama lui Mollier, prin supraîncălzirea la aspiraţie (1 – 1’ Fig. 5.5). Această supraîncălzire dă

naştere unei creşteri a temperaturii de refulare (2 - 2’). În ce priveşte condensarea, răcind lichidul

peste limita x = 0, este posibil să se câştige câteva frigorii (4 - 4’). Aceasta poartă numele de

subrăcire. Ea contribuie de asemenea la ameliorarea randamentului detentorului deoarece mărind

calitatea lichidului nu se formează vapori la intrarea orificiului de destindere (punctul

4’).Segmentul 5’ – 5 reprezintă câştigul de „efect frigorific”, realizat la vaporizator prin acest

procedeu.

Ciclul real al unei instalaţii corespunde pe diagramă cu ciclul:1’ - 2’ – 3 - 4’ - 5’.De

remarcat că toate particularităţile ciclului pot fi analizate şi influenţele lor descifrate cu uşurinţă

pe diagrama lui Mollier.Plecând de la indicaţiile date de manometrele şi termometrele unei

instalaţii în funcţionare este posibilă trasarea pe diagrama fluidului aferent, ciclul frigorific real.O

diferenţă importantă la una dintre valori ar indica o anomalie căreia i s-ar putea căuta ulterior

cauza.

Întoarcere ulei

lubrifiant

Page 70: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 5.4 Ciclul cu subrăcire

5.2 MAŞINI FRIGORIFICE CU MAI MULTE TREPTE DE COMPRESIUNE La temperaturi în vaporizatorul instalaţiei sub -25ºC, realizarea comprimării până la presiunea din condensator, pk, nu se mai poate face intr-o singură treaptă. În aceste cazuri, comprimarea într-o singură treaptă nu e numai neeconomică, ci uneori şi imposibilă, din cauza temperaturii ridicate la care se ajunge în urma comprimarii vaporilor (t2). Astfel, la amoniac, temperatura maximă la care se poate comprima este 140°C. Pe de alta parte, temperaturi ridicate la sfârşitul comprimarii influenţează ungerea prin cumpromiterea uleiului de ungere. Coeficientul de debit al compresorului se micşoreaza, la rapoarte de presiuni mari, şi deci sunt necesare dimensiuni mai mari ale acestuia. Din toate aceste motive, rapoartele de presiuni pe etaj se limitează la maxim 8, pentru compresoare verticale în echicurent, şi la maxim 6, pentru compresoare orizontale. De obicei rapoartele de presiuni pe o treaptă sunt de 4,5÷5 (t0 ~ -15ºC) Fractionarea presiunii are următoarele avantaje: -reducerea forţelor din mecanismul motor al compresorului,

Page 71: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

-reducerea lucrului mecanic consumat pentru comprimare, -reducerea temperaturii la sfârşitul comprimării, -reducerea temperaturii pereţilor cilindrului compresorului, cu consecinţe asupra coeficientului de debit şi a randamentului indicat al compresorului. Dezavantajele care determină însă folosirea unui număr minim de trepte de comprimare sunt următoarele: -soluţie construcţiva mai complicată, -pierderi de căldură prin infiltraţii pe treptele suplimentare şi prin conducte. -pierderi prin căderi de presiune

5.2.1. MAŞINA FRIGORIFICĂ BIETAJATĂ

5.2.1.1. SCHEMA ŞI PRINCIPIUL DE FUNCŢIONARE

Domeniul maşinilor cu două trepte cuprinde, pentru NH3 şi R12 temperaturile de vaporizare între -25 şi -50°C (pk / p0 =4.5 ÷ 30). În schema din figura 5.13 : CI,II-compresorul (treaptă I, respectiv treaptă a II-a) VI,VII-vaporizatoarele K-condensator VR1,VR2-ventile de reglare B-butelie intermediară Compresorul CI aspiră vaporii uscaţi produşi în vaporizatorul de joasă presiune V1 prin extragerea căldurii Q02 la temperatura t02 şi presiunea p02, şi îi comprimă adiabatic până la presiunea intermediară p01. La această stare, reprezentată în fig. 5.13 de punctul 2, vaporii supraâncălziţi sunt refulaţi în butelia B unde sunt răciţi izobar în contact cu lichidul din butelie, aflat la temperatura t01, în contul vaporizarii unei părţi din agentul frigorific lichid. Vaporii proveniţi din butelia B, parţial din conpresorul CI şi parţial din VII sunt aspiraţi de compresorul CII, comprimaţi până la presiunea pk, condensaţi în condensatorul K, trec prin ventilul de reglare VR1, iar de aici în butelia intermediară la p01. Agentul lichid se desparte în doi curenţi divizaţi; unul către VR2, iar celalalt către VII.

Page 72: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 5.13 Schema principală a maşinii frigorifice cu două trepte de compresiune

Economia de lucru mecanic realizată prin comprimarea în două trepte este reprezentată prin aria 566'2. Tot în diagrama T-s se observă şi reducerea temperaturii de refulare precum şi creşterea puterii de răcire cu aria 44'b'b.

Fig.5.14 Reprezentarea ciclului teoretic al unei maşini bietajate în diagramele T, s şi p , i

Deoarece eficienţa ciclului teoretic este cu atât mai mare cu cât temperatura de vaporizare este mai mare, extragerea căldurii în doua trepte, când există consumatori de temperaturi diferite, este superioară din punct de vedere economic extragerii aceloraşi călduri într-o singură treaptă, la temperatura cea mai joasă. Maşina poate funcţiona şi fără vaporizatorul Vll. Schema poate fi completată cu un subrăcitor de lichid, cu un răcitor intermediar cu apă pentru răcirea parţială a vaporilor proveniţi din compresorul Cl. Aceasta duce la micşorarea debitului de vapori aspiraţi de trepta II şi deci la micşorarea puterii pe treaptă a II-a. Se micşorează în acest mod şi sarcina termică a condensatorului. Treapta de joasă presiune poate fi prevăzută şi cu un separator de lichid, care departe de concentraţia critică este foarte eficace şi în plus permite folosirea pompelor pentru circulaţia agentului frigorific lichid.

Page 73: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

5.3 COEFICIENŢI DE LUCRU AI MAŞINILOR FRIGORIFICE REALE, CU VAPORI

Trecerea de la maşină teoretică la maşina reală corespunzătoare se face prin păstrarea aceluiaşi volum orar Vh descris de piston şi aceloraşi temperaturi t0, tk şi tu. Datorită ireversibilităţii procesului de lucru al maşinii reale, infiltraţiilor de căldură de-a lungul ramurii de joasă presiune, pierderilor hidraulice de-a lungul conductei, prin armături şi aparatură auxiliară, şi pierderile volumice şi energetice caracteristice compresorului real, este de asteptat ca indicii economici ai maşinii reale să fie inferiori acelora ai maşinilor teoretice. Puterea frigorifică a maşinii reale va fi inferioară aceleia a maşinii teoretice (Q0real< Q0t), iar puterea mecanică Pireal>Pt. Calculul indicatorilor economici reali şi al parametrilor de funcţionare reali se face prin corectarea valorilor teoretice respective cu factori de corecţie sau coeficienţi de lucru de natură experimentală. Dacă pentru maşina teoretică bilanţul energetic se exprima: Q0t +

Lt = Qkt

pentru maşina reală acelaşi bilanţ se va scrie: Q0net +Ql +Qiv +Qas +

Lireal +Qic = Qec +Ql +Qkreal ++Ql''' unde Q0net -căldura utilă extrasă din mediul răcit Ql-Ql'+Ql"+Ql"' - infiltraţii de căldură de-a lungul conductei cu agent lichid Ql' -între ventilul de reglare şi vaporizator Ql" -între condensator şi ventilul de reglare Ql"'-dinspre condensator Qiv -infiltraţii de căldură în vaporizator, cum ar fi: iluminat, deschiderea de uşi, agitaţia mecanică, ventilatoare, etc. Qas -infiltraţii de căldură pe conducta de aspiraţie (între vaporizator şi compresor) Lireal -consumul de lucru mecanic real (corespunzător puterii indicate reale) Qic -infiltraţii de căldură în compresor Qec -căldura evacuată prin răcirea compresorului Qr -căldura evacuată pe conducta de refulare către mediul ambiant Qkreal -sarcina reală a condensatorului Bilanţul energetic este reprezentat în diagrama Sankey (figura 5.23):

Page 74: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 5.23 Diagrama fluxului termic pentru cea mai simplă maşină frigorifică cu vapori şi

compresiune mecanică Cu notaţiile de mai sus, capacitatea frigorifică reală a maşinilor frigorifice (Q0real), inţelegând prin aceasta căldura totală sau brută Q0brut extrasă de maşina reală va fi: Q0real = Q0brut = Q0net +Qiv +Ql

+Qas Raportul

brut

net

QQ

0

0

se numeşte coeficient de utilizare al maşinii frigorifice şi este o măsură a gradului de perfecţiune constructivă, de izolare termică şi întreţinere a instalaţiei din ramura vaporizatorului. Raportul dintre capacitatea frigorifică reală şi cea teoretică este:

vt

h

real

t

real

qV

Q

QQ

0

0

00

şi se numeşte coeficientul de debit sau de productivitate al maşinii frigorifice şi este o masura a eficacităţii maşinii frigorifice reale faţă de cea teoretică. Coeficientul 0 cunoscut pe baza

construcţiilor asemănătoare exploatate permite calculul lui Q0real

Q0real = Q0brut = 0 Q0t

Page 75: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

12. MAŞINI FRIGORIFICE CU ABSORBŢIE 12.1 GENERALITĂŢI CLASIFICARE

În 1860 Ferdinand Carré, considerat a fi cel mai mare nume al istoriei frigului, realizează

prima maşină frigorifică funcţionând pe principiul absorbţiei în mod continuu, utilizând ca şi

agent frigorific H2O+NH3.

Maşina frigorifică cu absorbţie se bazează pe afinitatea pe care o au unele substante solide

sau lichide faţă de vaporii altor substanţe utilizate ca agent frigorific. În urma absorbirii

(dizolvării) acestor vapori de către substanţa absorbantă se formează o soluţie binară omogenă;

ridicarea presiunii acestei soluţii cu ajutorul unei pompe şi încălzirea ei dă posibilitatea obţinerii

unor vapori de agent frigorific la o presiune suficient de ridicată pentru a putea fi condensată la

temperatura mediului ambiant. Condensul obţinut este laminat şi apoi vaporizat în vaporizator,

vaporii fiind absorbiţi de absorbitor şi ciclul se reia.

Fig. 12.1. Maşina frigorifică cu absorbţie a lui Carré

Ciclul de funcţionare apare astfel destul de apropiat de cel al maşinii cu comprimare

mecanică cu deosebirea că aspiraţia e înlocuită cu absorbţia vaporilor de către absorbant, iar

comprimarea vaporilor este înlocuită cu ridicarea presiunii soluţiei în pompă şi degajarea

vaporilor prin fierbere.

S-au încercat multe soluţii binare pentru a fi folosite în maşini cu absorbţie. Cel mai des

utilizate sunt:

Page 76: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

-clorura sau bromura de litiu -apa în instalaţii de climatizare

-clorura de calciu - amoniac în instalaţii mici

-apa - amoniac în special.

De observat că atât Cl2Ca, Br2Ca, ClLi, BrLi, sunt substanţe solide, absorbante. Nu

trebuie confundată maşna frigorifică cu absorbţie cu maşinile frigorifice cu substanţe adsorbante.

În timp ce absorbţia este un fenomen de masă, reprezentând incorporarea mediului absorbit în

întreaga masă a fazei lichide sau solide, adsorbţia este un fenomen superficial, reprezentând

reţinerea mediului adsorbit numai pe suprafaţa adsorbitorului.

Cu cât suprafaţa adsorbitorului este mai mare, cu atât creşte şi cantitatea vaporilor sau

gazului adsorbit prin folosirea de substanţe poroase, cărbune activ-alcool metilic.

Cele mai economice şi mai răspândite sunt maşinile cu funcţionare continuă care pot fi:

-cu amestecuri bicomponente (cu soluţii binare)

-cu amestecuri tricomponente (ternare) utilizate mai ales în practica frigiderelor menajere.

12.2. MAŞINI CU ABSORBŢIE CU SOLUŢII BINARE, MONOETAJATE

În fierbătorul F se degajă vapori de agent frigorific la presiunea pk. Aceşti vapori având

un mic conţinut de vapori ai absorbantului condensează în condensatorul K, iar de aici dupa

condensare prin ventilul de reglare VR ajung la vaporizatorul V. În fierbător, în urma degajării

vaporilor agentului frigorific rămâne o soluţie săracă care se reântoarce ăn absorbitor prin ventilul

de ştrangulare vr.

Fig. 12.2 Schema de funcţionare a maşinii frigorifice cu absorţie monoetajată

Page 77: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

În absorbitor se răceşte, dizolvând vaporii de agent frigorific proveniţi din vaporizator.

Soluţia îmbogăţită în absorbitor este transportată de pompa P în fierbator cu un consum minim de

lucru mecanic faţă de instalaţia cu compresie mecanică unde acest lucru mecanic servea şi la

ridicarea temperaturii în vederea posibilităţii condensării la temperatura mediului ambiant.

Mărirea nivelului energiei interioare a mediului de lucru, de la valoarea necesară preluării

căldurii Q0 în vaporizator până la o temperatură superioară mediului ambiant, în vederea

evacuării căldurii Qk, în condensator se face prin introducere de energie termică (căldura Q1) şi

nu de energie mecanică ca la maşinile frigorifice cu comprimare de vapori. Temperatura necesară

la fierbător este cuprinsa între 80..100°C. Prin urmare căldura Q necesară la fierbător poate

proveni din recuperarea unei călduri evacuate, fapt ce măreşte cu mult economicitatea instalaţiei.

Fig. 12.3. Schema ameliorată de funcţionare a maşinii frigorifice cu absorţie monoetajată

Pentru îmbunătăţirea indicilor de funcţionare se pot aduce o serie de perfecţionări schemei

anterioare. Rolul subrăcitorului SR este de a mări puterea de răcire a instalaăiei în contul uscării

şi supraâncălzirii vaporilor proveniţi din vaporizator. Singurul dezavantaj al supraâncălzirii îl

constituie consumul mai mare de apă la absorbitor. Prin subrăcire creşte însă puterea frigorifică.

Rolul rectificatorului R şi a prerectificatorului PR este ca şi al deflegmatorului D de a reduce la

minimum prezenţa dezavantajoasă a vaporilor de absorbant în soluţia gazoasă ce pleacă din

fierbător spre condensator. Se realizează acest lucru prin răcirea treptată a soluţiei fierbinţi mai

întâi în prerectificator prin contact direct cu soluţia lichidă încălzită în SC, apoi în rectificator cu

ajutorul soluţiei reci concentrate care vine din absorbitor şi în fine în deflegmator, cu ajutorul

apei de răcire. În urma acestei răciri până la o temperatură cu aproximativ 10°C mai mare ca cea

Page 78: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

de condensare, o parte din soluţia gazoasă se condensează. În principal acest condens va fi format

din absorbant care are un punct de condensare mult mai ridicat ca şi agentul frigorific.

Concentraţia vaporilor rămaşi poate depăşi 99,5% agent frigorific. Condensatul format

este condus din nou în fierbator, putând fi folosit pe parcurs pentru rectificare. Rolul

antefierbatorului AF, ca şi al schimbatorului de caldura SC este de a recupera o parte din caldura

cu care solutia slaba, fierbinte pleacă spre absorbitor. Căldura recuperată este folosită pentru

încălzirea soluţiilor concentrate reci ce vin din absorbitor, respectiv din rectificator şi

prerectificator.

Soluţia concentrată poate ajunge astfel la temperatura de fierbere încă din AF, rezultând o

reducere apreciabilă a căldurii Q1. În acelaşi timp prin reducerea temperaturii soluţiei slabe în AF

şi SC scade şi consumul de apă de răcire în absorbitor, deci o creştere a capacităţii de absorbţie a

soluţiei din absorbitor. Acelaşi rol îl are şi RI.

Domeniul de utilizare al maşinii frigorifice cu absorbţie monoetajată este acela al unor

puteri de răcire mijlocii, pentru t0= +5...-45°C şi temperaturi ale sursei de căldura de

+100...+500°C.

12.3. INDICII ECONOMICI AI MAŞINII FRIGORIFICE CU ABSORBŢIE

Pentru funcţionarea maşinii frigorifice cu absorbţie, cu scopul extragerii căldurii Q0 la

temperatura t0 şi evacuarea ei la temperatura tk este necesar să se introducă căldura Q1 în

fierbător, lucrul mecanic Lp pentru antrenarea pompei şi să se evacueze căldura Qk în condensator

şi căldura Qa în absorbitor. Pe baza definiţiei generale a eficienţei:

pLQ

Q

1

0 (8121)

sau cu neglijarea lucrului mecanic:

1

0

QQ

( 12.2 )

Pentru stabilirea expresiei eficienţei teoretice din condiţia obligatorie pentru ciclurile

reversibile ca suma căldurilor reduse sa fie nulă se obţine:

A

A

k

k

TQ

TQ

TQ

TQ

1

1

0

0 (12.3)

deoarece Ta

~ Tk fiind aceeaşi apă de răcire:

Page 79: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

k

Ak

TQQ

TQ

TQ

1

1

0

0 (12.4)

Cu considerarea bilanţului energetic:

Qk + Qa = Q0 + Q1 + Lp ( 12.5 )

şi neglijând lucrul mecanic al pompei rezultă:

0

1

1

0

0

1

1

0

11

11

TTTT

TT

TT

TTQQ

k

k

k

kt

(12.6)

Eficienţa este cu atât mai mare cu cât T0 şi T1 sunt mai ridicate, iar Tk cât mai joasă.

Pentru t0= -10°C, t1== +100°C si tk= +30°C (valoare obişnuită), rezultă teor = 1,2.

Datorită caracterului ireversibil al proceselor din maşina reală, real

= 0,6...0,9. real creşte

prin creşterea temperaturii de vaporizare t0 şi scăderea temperaturii de condensare tk. Creşterea

temperaturii de fierbere t1 are ca efect scăderea lui real dacă t1 depăşeşte +140°C. Optimul lui t1

este în zona stabilă de funcţionare între +70 şi +140°C (fig. 12.4).

Fig. 12.4 Variaţia eficienţei în diferite condiţii de exploatare

Maşinile frigorifice cu absorbţie sunt superioare acelora cu compresor în domeniul

temperaturilor joase de vaporizare în special datorită folosirii pompei în locul compresorului,

astfel încât realizarea oricărui raport de comprimare nu prezintă nici o dificultate. Astfel, dacă

pentru t0= -15...-20°C eficienţa unei maşini cu compresor este aproximativ egală cu eficienţa

unei maşini cu absorbţie, la t0= -30°C, eficienţa maşinii cu compresor scade la 50% în timp ce la

maşina cu absorbţie nu scade cu mai mult de 5...6%.

Dintre dezavantajele utilizării maşinii cu absorbţie:

-intrarea mai grea în regim

-consum mare de apă de răcire

Page 80: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

1

Temperatura intr-un autoturism de clasa medie unde: timpul calatoriei, 1 ora

temperatura exterioara, 30 °C radiatie solara

cu aer fara aer Zona conditionat conditionat

Cap

23 ° C

42 °C

Piept

24 ° C

40 ° C

Picioare

28 ° C

35 ° C

Tem

pera

tura

inte

rioar

a

Deb

it ae

r

Climatizarea in vehicul

De ce aer conditionat?

Oamenii se simt confortabil la o anumita temperatura si umiditate atmosferica.

Ca o parte componenta a securitatii active, starea de confort la volan e un factor cheie.

Climatizarea interioara a vehiculului are un efect imediat asupra oboselii la volan si im- plicit asupra sigurantei traficului.

O temperatura interioara confortabila este dependenta de temperatura exterioara si de debitul de aer, astfel:

– Atunci cand soarele radiaza puternic, ae- rul incins din interior se poate inlocui doar cu aer cu temperatura exterioara.

– In plus, temperatura aerului admis cres- te din punctul de admisie pana la cel de evacuare.

– Deschiderea unei ferestre, trape, sau sta- bilirea unei turatii mai mari a ventilatoa- relor pentru cresterea confortului, va re- zulta de obicei intr-o crestere a curentului de aer precum si expunerea la alti factori cum ar fi zgomotele, polenul si gazele de evacuare.

Temperatura exterioara joasa (ex. -20 °C)

Temperatura interioara mare 28 °C Debit mare de aer: 8 kg/min

C

Temperatura exterioara inalta (ex. 40 °C) Temperatura interioara joasa 23 °C 28

Debit mare de aer: 10 kg/min 26

Temperatura exterioara medie (ex. 10 °C) Temperatura interioara joasa 21,5 °C 24

Debit mare de aer: 4 kg/min 22

Chiar si sistemele moderne de climatizare au dificultati in mentinerea unei temperatu- 20

Curbe confort

kg/min 8 6 4 2 0

ri interioare placute atunci cand temperatu- -20 -10 0 10 20 30 40 C 208_043 ra mediului ambiant (exterioara) este mare. De ce?

Temperatura exterioara Un nivel ridicat al umiditatii aerului creeaza la randul sau un grad ridicat de disconfort.

208

Page 81: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

2

Dis

conf

ort

Efectul unei temperaturi nepotrivite asupra corpului uman

Studii stiintifice efectuate de catre OMS (Organizatia Mondiala a Sanatatii) au aratat ca abilitatile umane scad atunci cand acesta este expus la conditii de stres.

Caldura este unul din factorii de stres.

Temperatura optima pentru condus este in- tre 20 si 22 °C. Aceasta corespunde treptei A din intervalul de confort al nivelului de climatizare.

Interval confort A B C

Transpiratie

Puls inima

O radiatie solara puternica poate creste temperatura interioara cu mai mult de 15 °C peste cea a mediului ambiant, in special in zona capului. Aceasta zona este cea mai pe- riculoasa din punct de vedere al efectelor.

low

Temperatura corp

Nivel climatizare moderat

high

208_042

Temperatura corpului precum si tensiunea cardiaca cresc, iar transpiratia va fi abun- denta. Oxigenarea creierului va fi defectu- oasa. Aceste simptome sunt valabile si pentru treapta B a intervalului de confort.

Treapta C din intervalul de confort al nive- lului de climatizare creeaza corpului un grad mare de disconfort. Medicii specializati in bolile specifice trafi- cului rutier numesc aceste conditii "stres climatic".

Studiile au aratat ca o crestere a temperatu- rii de la 25 la 35 °C, reduce perceptia senzo- riala cu aproximativ 20%. S-a estimat ca acest nivel este echivalent cu o alcoolemie de 0.5 ‰

Aparatul de aer conditionat – un sistem ca- re mentine temperatura aerului la un nivel confortabil pentru oameni si care in plus efectueaza purificarea si dezumidificarea acestuia – a fost creat special pentru a eli- mina complet acest tip de stres. Cu ajutorul unui aparat de aer conditionat este posibil sa se produca la nivelul gurilor de ventilatie o temperatura mult mai mica decat cea a aerului din mediul ambiant. Acest lucru este posibil atat atunci cand ve- hiculul stationeaza cat si cand se deplasea- za. Un alt efect benefic este acela al dezumidi- ficarii si purificarii aerului prin intermediul filtrelor de polen si cel cu carbon activ. Acest efect este la fel de important ca si scaderea temperaturii, mai ales pentru per- soanele cu alergii respiratorii .

Conditionarea aerului din interiorul vehiculului este:

- un element de siguranta - un accesoriu functional nu numai pentru cei pretentiosi

Page 82: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

3

Pre

siun

e ba

r

Refrigerantul

R 134a

Refrigerantul cu punct scazut de firbere uti- lizat in aparatele de aer conditionat este un gaz. Gazul este invizibil, la fel ca si apa are ace- easi culoare in starile de agregare lichida si gazoasa. Refrigerantii nu se pot combina intre ei. Numai refrigerantii desemnati instalatiei de aer conditionat pot fi utilizati. Comercializarea si umplerea instalatiilor de aer conditionat ale vehiculelor cu refrige- rant R12 a fost interzisa. La ora actuala, in instalatiile de aer condi- tionat ale vehiculelor se utilizeaza numai refrigerantul R134a.

– R134a – fluorocarbonat care nu contine

atomi de clor – spre deosebire de R12 – care pot cauza degradarea stratului de o- zon al atmosferei terestre atunci cand molecula se disociaza.

– Curbele presiunilor de vaporizare ale ce-

lor doi refrigeranti, R12 si R134a sunt si- milare. R134a are aceeasi capacitate de racire ca si R12.

Refrigerant R12 – Diclorfluormetan formula chimica CCl2F2

o hidrocarbura clorinata (CFC) daunatoare mediului ambiant! Refrigerant R134a – Tetrafluoretan formula chimica CH2F-CF3

o carbofluorura (FC) nedaunatoare mediului ambiant!

Ordonanta interzicere halogeni

R134a

Aparatele de aer conditionat care fun- ctioneaza cu refrigerant R12, prin utiliza- rea unui kit de conversie, se pot adapta sa utilizeze R134a.

Sistemele modificate in acest fel nu mai au capacitatea initiala de racire.

In functie de presiunea si temperatura din circuitul de aer conditionat, refrigerantul va fi in stare gazoasa sau lichida.

16 14 Lichid 12 10 8

6

4

2

0

Destindere

Evaporare

Gaz

-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Temperatura o C

Curba presiunii de vaporizare pentru R134a

208_050

Page 83: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

4

MP

a Pr

esiu

ne

Pres

iune

ba

r

Starile refrigerantului R134a in ciclu- rile din aparatul de aer conditionat

In plus fata de curba presiunii de vaporiza- re, ciclurile arata schimbarile starii de agre- gare a refrigerantului in functie de presiu- ne si temperatura precum si nivelul caldu- rii specifice la care refrigerantul revine in starea initiala. Diagrama este o parte din diagrama de stare a refrigerantului R134a pentru un sis- tem de aer conditionat.

Pot aparea diferente ale valorilor absolute in functie de specificatiile sistemului de aer

conditionat al vehiculului.

Nivelul energetic este un factor cheie in constructia aparatelor de aer conditionat. Arata de cata energie este nevoie, in va- porizator si condensator, pentru a inde- plini cerintele de racire ale sistemului. Marimi fizice R134a:

Punct fierbere: 26,5 °C Punct inghet: 101,6 °C Temperatura critica: 100,6 °C Presiune critica: 4,056 MPa

(40,56 bar)

R 134a

Curba de temperatura Lichid saturat

Punct critic (presiune/temperatura)

Curba de temperatura Vapori saturanti

4,0 40

2,0

90 90

85 80 80

70 70 20

C 1,6

1,0

0,8

60 60 16 B

50 50

40 40 10

30 30 8

0,6 20 20 6

0,4 10 10 4

0,3 0 C 0 C 3

D A

0,2

2 200 240 280 320 360 400 440

Caldura specifica kJ/kg

208_053

A B Comprimare in compresor, temperatura si presiunea cresc, trecere in starea gazoasa.

B C Procesul de condensare in condensator, presiune mare, temperatura incepe sa scada, lichidul paraseste condensatorul usor racit

C D Expansiune = scaderea brusca a presiunii, cu rezultat evaporarea

D A Procesul de evaporare (absorbtie de caldura) din vaporizator.

Tranzitia din starea de vapori in cea gazoasa (presiune joasa)

Curba de temperatura in punctul B

Pentru glosar vezi pagina 72

Page 84: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

5

Sistemul de racire

Principiul de functionare a circuitului de racire

Procesul de racire si conditiile tehnice

Cunoastem ca: Pentru a raci un obiect, trebuie sa absor- bim caldura. La vehicule se utilizeaza un sistem de refrigerare cu compresor. Intr-un circuit inchis, circula continuu un refrigerant care isi schimba alternativ sta- rea de agregare (lichid – gaz si vice versa).

Refrigerantul este:

– comprimat in stare gazoasa; – condensat prin disiparea caldurii; – evaporat prin reducerea presiunii si ab-

sorbtia de caldura.

Nu se produce aer rece, ci se ex- trage caldura din aerul care circula in si inspre habitaclu.

Circuit de joasa presiune

Circuit de inalta presiune

Cum functioneaza?

Compresor

208_071

In compresor intra gaze la presiune si temperatura joase.

Refrigerantul este apoi comprimat, re- zultand o crestere de temperatura, apoi el este pompat in circuitul de inalta presiune.

In aceasta faza, refrigerantul este in stare gazoasa si are valori mari pentru presiune si temperatura.

Aer racire

Condensator

Page 85: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

6

208_073

Supapa

Aer proaspat, racit

Refrigerantul lichid comprimat continua sa curga catre o sectiune ingustata. Aceasta sectiune poate fi sub forma unui restrictor sau a unei supape de expansiune. Odata ajuns aici, este injectat in vaporizator loc unde ii scade presiunea (circuitul de joasa presiune). In interiorul vaporizatorului, refrigerantul li- chid se destinde si se evapora. Caldura de evaporare este absorbita de la aerul proaspat admis care trece printre la- melele vaporizatorului.

In aceasta faza, refrigerantul este in stare de vapori, iar temperatu- ra si presiunea au valori scazute.

Vaporizator

208_004

Aer proaspat, cald

208_072 208_074 Refrigerantul urmeaza calea scurta catre condensator (lichefiator). Aici se extrage caldura din gazul fierbinte comprimat de catre aerul care raceste con- densatorul. Refrigerantul condenseaza si devine lichid, atunci cand isi atinge punctul de transfor- mare fazica gaz-lichid (dependent de presi- une).

In aceasta faza, refrigerantul este in stare lichida si are presiune ri- dicata si o temperatura medie.

Acum, aflat din nou in stare gazoasa, refri- gerantul iese din vaporizator, pentru a intra din nou in compresor si a urma din nou ci- clul. Astfel, dupa cum se observa, avem de- a face cu un sistem in bucla inchisa.

In aceasta faza, refrigerantul este din nou in stare de vapori, iar temperatura si presiunea au va- lori scazute.

Page 86: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

7

2

Sistemul de racire

Circuitul de racire cu supapa de expansiune

I H G

JD IP

Presiune de lucru IP = Inalta Presiune JP = Joasa Presiune

In documentatia tehnica, cum ar fi Manu- alul de Reparatie, componentele sunt re- prezentate in forma schematica.

JP IP

A B C D E F 208_032

I H

1 E D

A

B Sistemul se activeaza in mo- mentul in care motorul este pornit. Din acest motiv, com- presorul este dotat cu un am- breiaj comandat magnetic.

1 MPa = 10 bar Valorile absolute de- C pind de autovehicul. Consultati Manualul de Reparatie.

Presiunile si tempera turile din circuit (ex emplu)

1

Comprimare Pana la aprox. 1,4 MPa (14 bar) Temperatura aprox. 65 °C

2

Condensare Presiune aprox. 1,4 MPa (14 bar) Reducere temperatura: 10 °C

Page 87: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

8

Legenda

3

Inalta presiune

Joasa presiune

F G

Componente:

A Compresor cu ambreiaj magnetic B Condensator C Rezervor refrigerant cu uscator D Senzor inalta-presiune E Cupla service, inalta-presiune F Supapa expansiune G Vaporizator H Cupla service, joasa-presiune I Amortizor (dependent de vehicul)

Din motive de siguranta cir- cuitul refrigerantului nu tre- buie deschis. Daca este nece- sara sa se intervina in circuit, refrigerantul trebuie golit ina-

4 inte, utilizand un echipament adecvat acestei operatii.

208_031 Capacitatea de racire a sistemului de aer conditionat depinde de tipul vehicului (ve- hicul de pasageri, microbuz) si de cerintele specificate la instalare.

Componentele de la A la H exista in orice sistem. Pot aparea in plus conexiuni de ser- vice aditionale, senzori de temperatura, contacte de presiune pentru circuitele de inalta si joasa presiune, suruburi pentru scurgerea uleiului, in functie de constructia si cerintele sistemului. Dispunerea compo- nentelor in interiorul circuitului poate diferi de asemenea. Unele sisteme sunt dotate cu un amortizor, situat inainte de admisia in compresor, pen- tru amortizarea vibratiilor refrigerantului.

Presiunile si temperaturile din circuit de- pind intotdeauna de starea curenta a siste- mului. Valorile specificate sunt doar cu ca- racter informativ. Ele sunt atinse dupa a- proximativ 20 min. la o temperatura exte- rioara de 20 °C si la o turatie a motorului a- flata intre 1.500 si 2.000 rot/min. La o temperatura de 20 °C si cu motorul oprit, in circuitul de aer conditionat se va creea o presiune de 0,47 MPa (4,7 bar). In continuare, vor fi examinate in detaliu componentele circuitului de racire cu supa- pa de expansiune (pentru detalii despre cir- cuitul de racire cu restrictor, vezi pagina 28)

3 4 1 Destindere aprox. intre 1,4 - 0,12 MPa (14 - 1,2 bar) Temperatura intre aprox. 55 - 7 °C

Vaporizare Presiunea aprox. 0,12 MPa (1,2 bar) Temperatura aprox. 7 °C

208_033

Page 88: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

9

Sistemul de racire

Compresorul

Compresoarele utilizate in sistemele de aer conditionat sunt de tipul cu piston cu un- gere cu ulei. Ele intra in functiune numai a- tunci cand sistemul de aer conditionat este pornit, aceasta facandu-se prin intermediul unui ambreiaj cu actionare magnetica.

Compresorul creste presiunea si implicit temperatura refrigerantului.

Fara aceasta crestere de presiune nu ar fi posibila destinderea si racirea refrigerantu- lui din sistemul de aer conditionat.

Pentru ungerea compresorului se utilizeaza un ulei special. Aproape jumatate din can- titate ramane in compresor, cealalta juma- tate circuland impreuna cu refrigerantul. Ca protectie, compresorul este dotat cu o supapa de suprapresiune.

Procesul de comprimare

Compresorul absoarbe refrigerantul iesit din vaporizator la o presiune joasa si in stare gazoasa.

Este "vital" pentru functionarea compreso- rului ca refrigerantul sa fie in stare gazoa-

sa, intrucat lichidele sunt practic incompre- sibile putandu-l distruge (similar cum lichi- dul de racire patruns in cilindru poate dis- truge motorul).

Compresorul comprima refrigerantul si il deplaseaza fortat catre condensator, prin circuitul de inalta presiune, sub forma unui gaz fierbinte cu presiune ridicata.

208_028

Astfel compresorul reprezinta interfata din- tre circuitele de inalta si joasa presiune a refrigerantului.

Compresor

Ambreiaj magnetic

208_045

Page 89: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

10

Modul de lucru al compresorului

Compresoarele sistemelor de aer conditio- nat functioneaza dupa mai multe principii:

– Compresor cu pistoane reciproce – Compresor centrifugal spiralat – Compresor cu pereti flotanti – Compresor cu platou pendular

In continuare vom examina in detaliu com- presoarele cu platou pendular.

Miscarea de rotatie a axului de antrenare este convertita in miscare axiala (miscarea unui piston) prin intermediul unui platou pendular. In functie de tipul compresorului, pot exis- ta intre 3 si 10 pistonase dispuse radial in jurul axului de antrenare. Fiecarui piston ii sunt atribuite doua supa- pe, admisie si evacuare (presiune). Aceste supape se deschid/inchid in functie

Arbore intrare

Platou pendular

208_027

Supape admisie si evacuare

Piston

de ciclul de lucru al pistonului. Sistemele de aer conditionat se apreciaza la

turatia maxima a compresorului (turatia compresorului este totusi dependenta de

cea a motorului). Intervalul de variatie a turatiei compreso- rului este aproximativ 0 – 6.000 rot/min. Acesta afecteaza umplerea vaporizatorului cat si capacitatea de racire a sistemului de aer conditionat. Astfel au fost dezvoltate compresoarele cu cilindree variabila, pentru a se adapta la tu- ratia motorului, temperatura exterioara cat si cea dorita in interior.

Cilindreea compresoarelor se adapteaza prin variatia unghiului de inclinare a pla- toului.

La compresoarele cu cilindree constanta (platou cu unghi de inclinare fix), adapta- rea necesarului puterii de racire se face prin intermediul cuplarii/decuplarii perio- dice a ambreiajului magnetic.

Compresor cu platou pendular (fara auto reglare) Unghi constant de inclinare a platoului. Cilindree fixa.

208_046

Piston Platou pendular Compresor cu platou pendular (auto-reglabil) Unghi variabil de inclinare a platoului. Cilindree variabila.

Page 90: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

11

Sistemul de racire

Condensatorul

Condensatorul este racitorul sistemului de aer conditionat.

Constructia condensatorului

Condensatorul este alcatuit dintr-un tub a- tasat de niste lamele, ce creeaza o suprafa- ta mare de schimb de caldura. Condensatorul este racit cu ajutorul unui ventilator, dupa ce sistemul de aer condi- tionat a fost pornit, pentru a putea asigura circulatia refrigerantului. Condensatorul es- te montat inaintea radiatorului de racire a motorului, aceasta crescandu-i eficienta.

208_023

Schimbul de caldura din condensator se e- fectueaza prin intermediul aerului ce trece printre lamelele sale. La unele vehicule pot exista in plus fata de ventilatorul pentru ra- cirea motorului si ventilatoare suplimenta- re. De obicei ventilatorul porneste atunci cand aerul conditionat este pornit, dar nu si in cazul in care este montat un senzor de presiune G65. In acest caz pornirea ventila- torului se va face in momentul in care se va atinge o anumita presiune. Impuritatile in- trate printre lamelele condensatorului pot reduce performantele condensatorului si chiar pe cele de racire ale motorului.

Functionarea condensatorului

Refrigerantul vine de la compresor sub for- ma de gaz fierbinte (50-70 °C) cu presiune ridicata si intra in condensator, unde se ra- ceste. Racirea este efectuata de catre aerul care trece printre lamelele si tubul conden- satorului. Cand refrigerantul se raceste, la o anumita temperatura si presiune, el condenseaza transformandu-se in lichid, care iese prin partea de jos a condensatorului.

Aer ambiant, rece

Condensator

Ventilator

Radiator

Aer ambiant, incalzit

Refrigerant, gaz fierbinte

Refrigerant, lichid

208_024

Condensatorul mai este numit si lichefiator, din pricina modului sau de functionare.

Page 91: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

12

Vaporizatorul

Retur refrigerant (stare: gazoasa)

Tur refrigerant (stare: vapori)

208_029

Vaporizator tubular

Functionare

Refrigerantul iesit din supapa de expansiu- ne se destinde in vaporizator, racindu-l con- siderabil.

Refrigerantul se transforma in gaz (atinge punctul de fierbere).

Cand refrigerantul din vaporizator incepe sa fiarba, temperatura este sub punctul de in- ghet a apei.

Refrigerantul isi extrage caldura pentru e- vaporare de la peretii tuburilor prin care circula, tuburi care sunt in contact cu aerul inconjurator.

Aerul ce intra in contact cu vaporizatorul este racit si apoi trimis catre habitaclu.

208_030

Umezeala din aerul racit se colecteaza pe vaporizator in locurile unde temperatura aerului scade sub punctul de condens (de roua). Astfel se produce apa prin condensare, iar aerul este uscat. Aceasta imbunatateste no- tabil conditiile de confort din interior. Pe vaporizator, in conditii de umezeala, se depun particulele aflate in suspensie in aer, astfel efectuandu-se si o purificare a aeru- lui.

Acumularile de apa ce se for- meaza sub masinile stationate, nu sunt un semn de defect.

Page 92: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).
Page 93: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

10. COMPRESOARE MECANICE

10.1. PARTICULARITATI ALE COMPRESOARELOR

FRIGORIFICE

Fata de compresoarele obisnuite, compresoarele frigorifice prezinta urmatoarele

particularitati:

- datorita dimensiunilor reduse ale spatiilor de refulare si de aspiratie si a variatiei

regimului de functionare a masinii frigorifice presiunile de refulare si aspiratie nu sunt constante.

Prin urmare si raportul acestor presiuni este variabil: 10-12 pentru compresoarele monoetajate,

respectiv pana la 50-60 pentru cele bietajate.

- coeficientul de incalzire (w) si de umplere(u) si deci coeficientul de debit au

valori reduse in special in cazul antrenarii de picaturi de agent lichid in timpul aspiratiei sau al

comprimarii, insotita de o racire intensa a cilindrilor. Aceste picaturi vaporizeaza in timpul

destinderii si aspiratiei micsorand cantitatea de agent frigorific proaspat aspirat. In acelasi timp

schimbul de caldura cu peretii este favorizat si se mareste consumul de lucru mecanic.

- posibilitatea formarii de lichid in cilindru impune masuri constructive speciale in

vederea evitarii loviturilor hidraulice.

- instalarea compresoarelor frigorifice in cladiri locuite sau in apropierea acestora

impune functionarea fara zgomot si fara trepidatii, deci o echilibrare dinamica cat mai buna.

- compresoarele frigorifice sunt constructii ermetice fata de mediul ambiant cu o

constructie robusta si sigura, pentru o exploatare de durata.

- etanseitatea compresoarelor frigorifice fata de scaparile de agent sau patrunderii de

aer conditioneaza o serie de constructii specifice dintre care s-au dezvoltat cele capsulate.

- agresivitatea unor agenti frigorifici fata de materialele obisnuite impune folosirea

unor materiale speciale, (amoniacul este agresiv fata din aliajele cuplului din cuzineti, freonul

este agresiv fata de garniturile din cauciuc etc.).

Page 94: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

10.2. CLASIFICARI

Luandu-se ca baza principiul de producere a comprimarii agentului frigorific se deosebesc

doua grupe mari: volumice, turbucompresoare. La randul lor, dupa criterii constructive,

compresoarele volumice se impart in:

- cu miscare liniara - alternativa a pistonului

- cu pistoane rotative

- elicoidale (cu surub)

- cu membrana

Dupa aceleasi criterii turbocompresoarele sunt:

- centrifugale sau radiale

- axiale

Din punct de vedere al puterii frigorifice realizate in conditii normale (t0= -10ºC; tk=25ºC)

compresoarele sunt:

-foarte mici: Q0=0,35÷6 kW pentru instalatii casnice, vitrine frigorifice

-medii:Q0=6÷115kW pentru instalatii de conditionare, instalatii comerciale,

antrepozite frigorifice

-mari: Q0=115÷350 kW pentru antrepozite frigorifice, patinoare etc.

-foarte mari: Q0 mai mare de 350 kW penru industria chimica, congelare rapida

etc.

Cele mai raspandite sunt cele cu piston in miscare alternativa acoperind domeniul casnic si

cel industrial pana la debite de agent frigorific de 0,35 m3/s. Fabricarea lor este cea mai ieftina,

dar pe de alta parte se uzeaza cel mai repede avand mai multe elemente mobile. Sunt sensibile la

lovituri hidraulice si au o durata de exploatare mai mica decat celelalte tipuri. Intretinerea lor este

simpla si piesele de schimb ieftine. Aceste compresoare pot realiza cele mai mari rapoarte de

compresie, pk/p0=100.

Principalele 4 tipuri de compresoare comerciale sunt:

1. Deschis-antrenate prin curea ( turaţie mică 500÷1750 rot/min );

2. Deschis-antrenare directă (turaţie medie 1160 sau 1750 rot/min );

3. Semiermetic- (1750 rot/min );

4. Ermetic-capsulate ( 3500 rot/min ).

Page 95: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Durata de viaţă a compresorului scade cu creşterea turaţiei şi a temperaturii de

condensare.

Condensatoarele pot fi răcite cu apă sau cu aer, cele cu aer fiind mai uşor de întreţinut.

Condensatoarele cu aer pot fi integrate cu compresorul sau evaporatorul .

Grupurile compresor-condensator sunt clasificate de ridicată, medie şi joasă temperatură .

Temperaturile de evaporare corespunzătoare sunt:

Temperatura de condensare ridicată: -1˚C la +20˚C;

Temperatura de condensare medie: -23˚C la -1˚C;

Temperatura de condensare joasă: -40˚C la -23˚C.

Agenţii frigorifici se aleg dintre R12, R22 si R502 funcţie de aplicaţie .

Cunoscând presiunea din cameră, temperatura camerei şi temperatura de intrare în

evaporator (temp.intrare=temperatura cameră-diferenţă de temperatură TD aleasă ) se poate alege

condensatorul.

Modelele de condensatoare sunt mai puţine decât cele pentru evaporatoare, de aceea se

aleg mai întâi evaporatoarele în funcţie de diferenţa de temperatură cameră-intrare evaporator şi

apoi se alege condensatorul cu capacitatea de răcire acoperitoare.

Când compresorul este cel mai rece element din sistem se folosesc încălzitoare in carterul

compresorului.

Se recomandă folosirea câte unui sistem de răcire pentru fiecare cameră iar în situaţii

critice două sisteme independente.

Compresoarele cu pistoane rotative sunt la randul lor de doua tipuri:

-cu piston de rostogolire;

-cu lamele culisante in rotor.

Sunt folosite in cazul debitelor mari (pana la 1,5 m3/s) si diferentelor de presiune

moderate si in special ca booster in trepte de joasa presiune.

Avantajele acestor compresoare sunt: compactitate, echilibrare usoara, numar mic de

piese mobile si intretinere simpla.

Dezavantajele: fabricare dificila si scumpa, etansare dificila a volumelor de lucru.

Compresoarele cu surub sunt utilizate in instalatii frigorifice mari cu debite de agent

frigorific de 0,2÷1,5 m3/s si mai mari. Functioneaza cu amoniac sau freon, fara zgomot si

Page 96: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

trepidatii deoarece nu au forte inertiale. Ungerea, etansarea si racirea se realizeaza prin injectarea

uleiului in spatiul de lucru al compresorului.

Compresorul cu membrana reprezinta forma cea mai simpla de compresor separand

complet incintele masinii frigorifice de mediul exterior. Membrana are o miscare vibratorie data

de diferite mecanisme: excentric, biela-manivela sau electromagnet.

In domeniul in care pot fi folosite aceste compresoare, ele prezinta urmatoarele avantaje:

etansarea perfecta, repararea usoara si ieftina, exploatare simpla. Domeniile de utilizare sunt insa

foarte restranse datorita debitelor si rapoartelor de presiuni mici.

Turbocompresoarele se folosesc in instalatiile frigorifice mari. Turbocompresoarele

centrifugale au caracteristici de lucru mai bune in conditiile variabile ale instalatiei frigorifice, iar

cele axiale au randament mai bun in condiţii nominale de exploatare. Se folosesc pentru

acoperirea de sarcini de racire foarte mari, iar pentru a realiza rapoarte mari de presiuni se

cupleaza mai multe trepte. Sunt o solutie economica deoarece au dimensiuni mici, sunt

echilibrate, fără zgomot si au intretinere usoara.

10.3. COMPRESOARE CU MISCARE LINIAR-ALTERNATIVA A

PISTONULUI

10.3.1 TIPURI CONSTRUCTIVE DE COMPRESOARE CU PISTON

Componentele principale ale compresorului cu piston (Fig.10.1) sunt cilindrul (1) în care

se mişcă pistonul (2), care primeşte mişcare liniar-alternativă prin mecanismul bielă-manivelă (3)

de la arborele cotit al compresorului acţionat de către un motor.

Fig.10.1 Compresor contracurent

Page 97: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Când pistonul se mişcă în jos compresorul aspiră, din instalaţia de presiune joasă p0,

vaporii lichidului de răcire prin supapa de admisie (4). Când pistonul ajunge în punctul mort

inferior PMI cilindrul este plin cu vapori pe care pistonul începe să îi comprime avansând spre

punctul mort superior, PMS.În timpul avansării pistonului spre PMS, presiunea devine mai mare

decât cea din instalaţia de înalta presiune p, se deschide supapa de evacuare (5) şi începe

evacuarea vaporilor comprimaţi până când pistonul ajunge în P.M.S.

Supapele de admisie şi de evacuare se deschid sub acţiunea diferenţei de presiune, astfel

încât presiunile admisiei şi evacuării sunt determinate de presiunile din vaporizator respectiv

condensator.

În compresorul cu simplă acţiune aspiraţia şi evacuarea se desfăşoară numai pe o parte a

pistonului iar în compresorul cu dublă acţiune aspiraţia şi evacuarea se desfăşoară pe ambele părţi

ale pistonului.

Dacă vaporii îşi schimbă sensul prin compresor atunci acesta este un compresor în

contracurent (Fig.10.1),iar dacă nu-şi schimbă atunci acesta este un compresor în echicurent

(Fig.10.2).

La un compresor în echicurent supapa de admisie se află în capul pistonului (1), iar

supapa de evacuare se află în capul cilindrului (2). Pistonul are două orificii laterale (3) prin care

vaporii sunt aspiraţi din ferestrele de pe pereţii cilindrului (4).

Fig.10.2 Compresor echicurent

Page 98: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Variantele constructive de bază sunt determinate de numărul şi dispunerea pistoanelor,

numărul treptelor de comprimare, tipul mecanismului bielă manivelă, de tipul şi modul acţionării

acestuia. La construcţia compresorului trebuie ţinut cont şi de lichidul folosit în instalaţia de

răcire.

10.3.2 COMPRESORUL CU PISTON REAL

Până acum s-a presupus că în instalaţia de răcire este vorba de un compresor ideal, fără

spaţiu mort, nu există frecare, nu există pierderi din cauza curenţilor de vapori în supape şi

canale, în care nu sunt pierderi din cauza neetanşeităţii la supapele de admisie şi de evacuare şi

dintre piston şi cilindru.

La compresorul real trebuiesc luate în calcul toate acestea şi de aceea capacitatea de

răcire respectiv debitul real al vaporilor aspiraţi va fi mai mic decât cel pe care compresorul l-ar

aspira în ciclul ideal.

Lucrul mecanic de comprimare va fi mai mare la compresorul real pentru a acoperi

pierderile.

Aceste diferenţe între compresorul real şi cel ideal sunt cuprinse în:

- coeficientul de debit , care arată diferenţa între capacitatea de răcire Q0 la compresorul

real faţă de cel ideal la acelaşi debit volumic Vs m3/s;

- randamentul efectiv e care arată diferenţa dintre puterea efectivă la arborele cotit al

compresorului real faţă de cel ideal la 1 kg de fluid de răcire pe care compresorul îl comprimă şi

îl transmite spre condensator.

În ciclul de comparare se consideră destinderea izocoră. Starea vaporilor la intrare în

compresor şi presiunea de evacuare din compresor se iau aceleaşi la compresorul ideal ca şi la cel

real.

Coeficientul de debit este raportul dintre cantitatea de vapori a mediului de răcire pe care

compresorul o evacuează real mr [kg/s] şi cantitatea de vapori evacuată de compresorul ideal mt

[kg/s] la acelaşi debit volumic Vs [m3/s].

Dacă vd [m3/kg] este volumul specific al vaporilor la intrarea în compresor:

V

vm

vm

vm

m

m

s

dr

dt

dr

t

r (10.1)

Page 99: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

10.4. COMPRESOARE CU PISTOANE ROTATIVE,

ELICOIDALE SI CU MELC

Fiecare compresor cu piston rotativ consta dintr-o carcasa cilindrica in interiorul careia

exista un corp cilindric (piston). Ele prezinta o serie de avantaje: dimensiuni si masa redusa ca

urmare a turatiei ridicate, constructii foarte bine echilibrate cu mers linistit, posibilitatea de

realizare de rapoarte de comprimare mari, nu au supapa de aspiratie, racire buna prin injectarea

uleiului in spatiul de comprimare.

Comprimarea agentului frigorific poate fi:

-interioara ca urmare a variatiei volumului spatiilor de comprimare; din aceasta

categorie fac parte compresoarele cu rotor cu miscare de rostogolire si lamela culisanta in stator,

cele cu lamele culisante in rotor, cu inel de lichid etc.

Compresoarele cu piston de rostogolire s-au folosit initial la frigidere casnice, iar in

prezent ca prima treapta in instalatii de temperaturi scazute.

Fig. 10.8 Compresor cu lamelă culisantă în stator

Compresoarele cu lamele culisante in rotor se folosesc pentru puteri frigorifice mari sau

drept compresoare pentru prima treapta de comprimare putandu-se obtine astfel temperaturi de

vaporizare de marimea: -68 ºC cu NH3; -82 ºC cu R-12; -87 ºC cu R-22.

Page 100: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 10.9 Compresor cu lamelă culisantă în rotor

La acest tip de compresoare, se recomanda ca diferenta dintre presiunea de refulare si

cea de aspiratie sa fie 2÷3 bar si raportul lor 5÷6.

-exterioara la care rotorul produce un transport al gazului si comprimarea se face

in momentul legarii compresorului cu reteaua: suflantele cu rotoare profilate ROOTS si JAGER.

-mixta, realizata partial prin variatia volumului si partial prin comprimare

exterioara: compresoarele elicoidale.

Compresorul elicoidal se utilizeaza pentru diferente mari de presiune si rapoarte mari

intre presiunea de refulare si cea de aspiratie. In aceste compresoare raportul de comprimare si

deci presiunea finala de refulare depind doar de geometria compresorului, iar reglajul puterii

frigorifice se realizeaza continuu printr-un dispozitiv tip sertar montat in partea inferioara a

rotoarelor in carcasa. În spatiul de lucru al compresorului elicoidal se injectează ulei pentru

ungere şi pentru o mai bună etanşeitate între zonele cu presiune joasă şi presiune înaltă.Totodată

acest ulei răceşte vaporii fluidului de răcire în timpul procesului de comprimare, ceea ce permite

realizarea unui raport mai mare de comprimare.

Page 101: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 10.10 Compresor elicoidal (screw)

Datorita superioritatii fata de celelalte tipuri de compresoare cu piston si fata de

turbocompresoare, compresoarele elicoidale au o utilizare mare pentru puteri mari si foarte mari:

400÷5000 m3/h, ceea ce pentru NH3 la t0= -10ºC si tk=+25ºC inseamna Q0=200÷3000 kW. Din

cauza coeficientului de debit ridicat si a temperaturii scazute de refulare aceste compresoare pot

realiza intr-o treapta aceleasi temperaturi de vaporizare ca si instalatiile cu piston in doua trepte.

Page 102: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Fig. 10.11 Compresor cu melc (scroll)

10.5. TURBOCOMPRESOARE

Turbocompresoarele se folosesc pentru capacităţi mari de răcire, respectiv pentru debit

mare de vapori ai fluidului de răcire. În general se folosesc turbocompresoare centrifugale,fiindcă

au caracteristici mai bune pentru condiţiile variabile în care lucrează instalaţia de răcire.

Turbocompresoarele axiale, care au un randament mai bun în regim nominal de lucru decât cele

centrifugale, se folosesc numai la capacităţi foarte mari de răcire.

Într-o treaptă a compresorului centrifugal nu se pot obţine rapoarte mari de comprimare,

din care cauză aceste compresoare în majoritatea cazurilor se construiesc cu două sau mai multe

trepte de comprimare. Aceasta dă posibilitatea ca ciclul instalaţiei de răcire să fie îmbunătăţit prin

răcirea intermediară a vaporilor supraîncălziţi după comprimarea în unele trepte de lucru.

Pentru capacităţi mari de răcire turbocompresoarele sunt cele mai economice, având

gabarite mici, sunt total echilibrate, lucrează silenţios, iar întreţinerea este relativ uşoară.

Greutatea moleculara a agentulului frigorific utilizat are o foarte mare influenta asupra

dimensiunilor. In vederea atingerii unui raport de comprimare dat sunt necesare cu atat mai

putine trepte cu cat greutatea molecalara a agentului frigorific este mai mare.

Debitul uzual al turbocompresoarelor variaza intre 900÷100000 m3/h.

Turbocompresoarele sunt folosite mai mult in industria chimica sub forma de masini cu

mai multe trepte si in cadrul instalatiilor mari de conditionare monoetajate.

Page 103: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 1

2. Instalatii de climatizare

2.1. Starea de confort

Instalaţia de climatizare trebuie să menţină anumite valori ale stării aerului într-o încăpere,independent de

condiţiile exterioare. Este vorba de temperatura,umiditatea, gradul de curăţenie şi intensitatea de mişcare a

aerului. În acest scop instalaţia este dotată cu ventilatoare, filtre, încălzitoare,răcitoare şi umidificatoare, precum şi

cu o serie de aparate de reglare automată.

În figura 2.17 este reprezentată schema unei instalaţii de climatizare. După ce a fost preparat, aerul este

introdus în încăperea climatizată şi părăseşte această încăpere cu stare modificată.

Din consideraţii economice o parte din aer este utilizat în continuare,iar partea de aer evacuat în atmosferă

se înlocuieşte cu aer proaspăt.

Instalaţiile de climatizare se împart în două grupe:

- instalaţii pentru confort

- instalaţii pentru scopuri tehnologice,denumite şi instalaţii industriale.

Fig.2.17. Schema unei instalaţii de climatizare

A-cameră de amestec.

F- filtru.

Pr- preîncălzitor.

U- umidificator.

S- separator de picături.

Po- postîncălzitor.

V1, V2- ventilatoare

Page 104: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 2

Instalaţiile pentru confort au rolul de a crea o stare plăcută a aerului pentru oameni, stare care este

determinată de condiţii termo-fiziologice şi igienice.

Astfel de instalaţii sunt folosite în săli aglomerate ca săli de spectacole, restaurante, săli de conferinţe,

birouri, spitale ş.a. dar şi în încăperi de locuit şi în vehicule.

Instalaţiile de climatizare industriale se întâlnesc în întreprinderile care prelucrează materii higroscopice

sau sensibile la temperatură,ca de exemplu întreprinderi textile, de tutun, alimentare, chimice, tipografii ş.a.

precum şi în laboratoare şi săli cu aparate precise şi sensibile cum sunt: aparate de măsură,tehnica de calcul,

tehnica nucleară ş.a.

Pentru a se realiza condiţii plăcute într-o încăpere este necesar ca aerul să aibe o anumită stare în ceea ce

priveşte temperatura şi umiditatea sa, stare care depinde de climatul exterior, de ocupaţia oamenilor din încăpere,

de starea lor de sănătate,de vârstă şi de sex.

În corpul omenesc se produce energie termică prin oxidarea alimentelor şi prin lucrul mecanic efectuat de

muşchi. Această energie este transportată cu ajutorul sîngelui la suprafaţa pielii unde se cedează mediului

ambiant.

Se poate scrie următorul bilanţ energetic,astfel energia produsă în corpul omenesc este compusă din:

- căldura schimbată prin convecţie

- căldura schimbată prin radiaţie

- căldura cedată prin evaporarea umidităţii

- variaţia energiei termice acumulate în corp

Senzaţia de confort se realizează atunci cînd acest bilanţ este satisfăcut fără ca să apară transpiraţia, dar să

nu fie nevoie nici de mişcarea persoanei în cauză,pentru a se încălzi; de asemenea nu trebuie să varieze nici

energia termică acumulată în corp. Căldura cedată prin evaporarea umidităţii reprezintă circa 24% din căldura

totală cedată de o persoană care nu se mişcă (în jur de 116 W), din care 14% se cedează prin difuzia de pe piele şi

10% prin respiraţie.

Pentru o persoană care execută o muncă grea şi cedează în jur de 4oo W, căldura cedată prin evaporare

reprezintă cca 6o% din total. (La eforturi extreme căldura cedată poate creşte pînă la 7oo W). Prin mărirea sau

reducerea vitezei de circulaţie a sîngelui, cât şi prin dilatarea sau contractarea fibrelor musculare,ceea ce conduce

la modificarea suprafeţei de contact între sînge şi ţesut,se reglează cedarea căldurii de către corpul omenesc. Dacă

temperatura aerului este atât de ridicată, încât nu se mai poate transmite suficientă căldură pe cale uscată, de pe

piele către mediul ambiant,intră în funcţiune glandele sudoripare ale pielii(cca 2,5 mil ) şi astfel creşte ponderea

căldurii cedate prin evaporare.

În figura 2.18 s-a reprezentat variaţia căldurii uscate(transmisă prin convecţie şi radiaţie), a căldurii

umede(evacuată prin evaporarea umidităţii) cât şi a căldurii total transmise în funcţie de temperatura aerului.

Page 105: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 3

Fig 2.18. Căldura cedată de corpul omenesc :Qus- căldura uscată.Qum- căldura umedă.Q0-căldura

totală

Umiditatea cedată de corpul omenesc aflat în repaus variază în funcţie de temperatura aerului,între 40 şi

50 g/h pentru temperaturi ale aerului cuprinse între 22 şi 26 °C.

Starea de confort condiţionată de acţiunea reciprocă între corpul omenesc şi încăpere apare ca rezultantă a

patru componente : temperatura şi umiditatea aerului, mişcarea aerului şi temperatura pereţilor încăperii.

Nu se poate indica o valoare standard în ceea ce priveşte temperatura de confort, întrucît această valoare

diferă de la individ la individ.

Totuşi valori ale temperaturii în jur de 2o°C sunt acceptate de majoritatea oamenilor. Pe timp de vară

temperatura din încăperi nu trebuie să coboare sub 6-8°C faţă de temperatura exterioară, diferenţe mai mari

producînd senzaţii neplăcute.

Umiditatea relativă poate varia între 35% şi 65% în funcţie şi de temperatura aerului. Dacă umiditatea

aerului este prea mare,se frânează procesul de evaporare a umidităţii de pe piele şi apare senzaţia de cald. In

figura 2.19 este reprezentată curba limită de apariţie a senzaţiei de cald pentru combinaţie de valori t-f.

Cu cât aerul conţine mai mult praf,cu atât umiditatea sa relativă trebuie să fie mai mare pentru a nu da

senzaţia de aer uscat.

Page 106: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 4

Fig 2.19. Curba limită de apariţie a senzaţiei de zăduf

Temperaturi ridicate ale aerului pot fi compensate în anumite limite prin mărirea vitezei aerului. Astfel la

temperatura de 24 °C viteza aerului poate urca până la 0,35 m/s. La temperaturi scăzute chiar mişcări lente ale

aerului produc senzaţia de curent, fapt pentru care la temperatura aerului de 18°C viteza aerului se limitează la

0,14 m/s.

În mediul înconjurător se găsesc un număr foarte mare de agenţi poluanţi care determină mii de noxe în

formă gazoasă . Chiar şi omul, care este elementul pentru care trebuie îmbunătăţită calitatea aerului, este o sursă

de poluare, deoarece degajă caldură, vapori de apă, anhidride carbonice şi consumă oxigen. Dacă cererea de

confort şi igienă nu este verificată, ocupanţii unei clădiri, a unei încăperi sau a unui spaţiu comercial pot manifesta

nenumeroase simptome: dureri de cap, înroşiri ale ochilor,iritaţii ale pielii, etc. Înainte de toate , trebuie definit ce

se înţelege prin calitatea aerului şi aici apar primele dificultăţi deoarece aerul este un amestec de diferite gaze care

conţin în suspensie particule solide de natură şi dimensiuni foarte diferite: microbi,spori,etc. Compoziţia aerului

pe care îl respirăm:

Componenţi %Volum

78 Azot

Oxigen 21

Anhidrida carbonica 0.03

Altele 0.97

Proiectarea termica a clădirii este indicat sa se facă la începutul proiectării fiindcă cerinţele de încălzire si

răcire ale clădirii sunt influenţate de arhitectura clădirii: suprafaţa vitrata, calitatea si dispunerea ei.

Pentru aceasta este important ca pentru clădiri climatizate sa se aplice metoda umbririi.

Din punct de vedere termotehnic umbririle exterioare sunt cele mai bune metode de climatizare.

Page 107: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 5

Energia necesara pentru încălzire se obţine de obicei prin arderea unui

combustibil:gaz,petrol,cărbune,lemne,dar se pot folosi si pompe de căldură cu consum de energie electrica.

Pompele de căldură lucrează după ciclul Clausius-Rankine generator cu comprimare mecanică,dar se

folosesc si maşini cu comprimare termo-chimică,cu absorbţie.

Maşinile cu absorbţie au randamente mai mici decât cele cu compresie mecanică,dar pot folosi si alt fel de

energie decât cea electrică.

2.2. Principiul de funcţionare al maşinilor frigorifice cu compresor

Instalaţiile frigorifice şi climatizare , sunt maşini termice care au rolul de a prelua căldura de la un mediu

având temperatura mai scăzută şi de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată,aşa cum se observă şi pe

schema energetică din figura 2.20.Acesta poate să fie considerat cel mai simplu model de instalaţie

frigorifică,deoarece nu conţine nici un element de natură constructivă. Din acest punct de vedere poate să fie

asimilat cu o "cutie neagră", a cărei funcţionare va fi analizată în continuare şi care urmează să fie deschisă pentru

a se studia componenţa şi a i se releva secretele de proiectare, exploatare şi automatizare.

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 caldã. Este cunoscut că având capacitate

termică infinită,temperaturile surselor de cãldurã rãmân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Fluxul de căldura absorbită de la sursa rece a fost notat cu Qk ,iar fluxul de căldură cedată sursei calde, a

fost notat cu Qk . Conform principiului doi al termodinamicii, pentru transportul căldurii, în condiţiile

prezentate,este necesar şi 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.

Fig. 2.20. Schema energetică a instalaţiilor frigorifice şi de climatizare

Page 108: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 6

Mediul de răcire este o hidrocarbură halogenată denumită freon.

Freonii sunt substanţe sintetice care in condiţiile atmosferice de presiune si temperatură sunt in stare

gazoasa,dar care prin ridicarea presiunii in condiţiile răcirii la temperatura mediului ambiant pot fi lichefiate.

Proprietăţile caracteristice care le-au impus in utilizare sunt neimflamabilitatea si netoxicitatea acestora.

La început au fost folosiţi freoni cu clor in molecula (CFC –uri)dar după ce s-a observat ca ei sunt

răspunzători pentru distrugerea stratului de ozon care filtrează radiaţiile ultraviolete au fost scoşi din uz.

Utilizarea pe scara tot mai larga a CFC -urilor nu numai de climatizare dar şi în plan industrial a ridicat

problema influenţei negative a acestora asupra stratului de ozon din stratosferă. Acest strat absoarbe aproximativ

99% din radiaţiile ultraviolete provenite de la soare, oferind un ecran protector pentru viaţa de pe pământ. La o

altitudine mai mare de 15 km CFC-urile disociază fotolitic sub acţiunea tot mai puternică a razelor solare,

eliberând atomii de clor. Aceşti atomi reacţionează în lanţ cu ozonul O3 formând oxidul de clor ClO şi oxigen O2.

Se estimează că o singura molecula de clor distruge o mie de molecule ozon.

Pentru a compara între ele efectele diferiţilor agenţi frigorifici fiecăruia i s-a atribuit un indice

caracteristic privind potenţialul distructiv asupra ozonului ODP (ex. R11 şi R12 au ODP=1).

CFC-urile intervin de asemenea şi în efectul de seră care condiţionează temperatura la nivelul pământului.

Se estimează că CFC-urile sunt responsabile de 20% din creşterea acestui efect.

Acelaşi rol au hidroclorofluorcarburile HCFC, hidrocarburile monohalogene HFC, metanul, vaporii de

apă, de aceea pentru a le compara efectele s-a introdus potenţialul de încălzire globală a atmosferei GWP (ex.

R11are GWP=1,R115 are GWP=7,5).

Primele reglementari privind reducerea emisiilor de CFC-uri s-au luat prin Protocolul de la Montreal în

1987 care prevedea ca acestea să scadă la jumatate până în 1989 si să dispară în 1992.

La conferinţele de la Londra din 1990 şi Copenhaga 1992 s-a convenit renunţarea la CFC-uri până în

1995 şi înlocuirea lor cu HCFC-uri şi HFC-uri.

HCFC-urile: R22, R123, R124, R141b si R142b sunt permise pana în 2030.

HFC-urile aşa zişii freoni ecologici: R410A(40% difluoretan, 50% pentafluoretan), R407C(23%

difluoretan, 25% pentafluoretan, 52% tetrafluoretan),iar la autovehicule rutiere

R134a(tetrafluoretan),neinflamabile şi netoxice sunt înlocuitorii pentru viitorul apropiat (R134a pentru R22) iar

pe termen lung şi mediu,propanul R290 şi izobutanul R600a caracterizate prin ODP=0 si GWP=0 şi cu un preţ de

fabricaţie la un sfert din cel al agenţilor actuali.

Protocolul de la Kyoto a introdus reguli stricte privind manipularea freonilor.

Inima instalaţiei prezentate în fig.2.21. este compresorul(1)care asigură circulaţia agentului frigorific în

sistem. La intrarea în compresor agentul frigorific are stare gazoasă şi presiune mică. Compresorul ridică

presiunea gazului,care totodată se încălzeşte,după care gazul intră în condensator(2).

Page 109: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 7

Gazul cu presiune şi temperatură înaltă se răceşte în condensator (aproape până la temperatura aerului sau

a apei care răceşte condensatorul) şi se transformă într-un lichid cu presiune înaltă. Acest lichid este trimis printr-

o ţeavă capilară (la maşini frigorifice mai mici) sau printr-o supapă de expansiune (3) care au o rezistenţă

hidraulică mare. Are loc o scădere de presiune,în spatele supapei presiunea devine mai mică decât presiunea de

vaporizare care corespunde temperaturii freonului,astfel încât atunci când freonul intră în evaporator (4) se poate

evapora. Căldura necesară pentru evaporare se preia din masa proprie (se răceşte lichidul) şi din aer prin suprafaţa

evaporatorului, răcind aerul respectiv.

Fig. 2.21. Principiul de funcţionare al maşinilor frigorifice cu compresor

1. compresor 2. condensator 3. supapă de expansiune 4. evaporator

Acesta este principiul de funcţionare al frigiderului folosit la industria alimentară, dar în acelaşi mod

funcţionează şi pompa termică. Diferenţa în cazul pompei termice este că, căldura utila este căldura

cedată,folosita pentru încălzire şi nu cea preluată de către evaporator. Adică acest sistem pompează căldura de la o

temperatură mai joasă la una mai înaltă. La maşinile frigorifice evaporatorul se montează în spaţiul de răcire care

este izolat termic (în interiorul frigiderului,camerei frigorifice, congelatorului) şi se pompează din el energia

termică nedorită care se transmite mediului înconjurător prin intermediul condensatorului. La pompa termică

evaporatorul este în legătură cu mediul înconjurător şi condensatorul este montat în spaţiul de încălzit izolat

termic (în camera de încălzire).

Căldura folosită pentru încălzire, cedată de către condensator este egală cu suma dintre căldura preluată

de către evaporator şi lucrul mecanic (Lc) necesar pentru antrenarea compresorului.

Page 110: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 8

Maşinile frigorifice şi pompele de căldură au o eficienţă ε=căldura utilă/Lc mai mare decât 1 (de obicei

valoarea lui ε este 3 dar la sistemele cu răcire cu apă poate fi chiar 5, ceea ce înseamnă că la încălzirea cu pompa

de căldură energia electrică consumată este a 1/5-1/3- a parte din energia folosită la încălzirea electrică).

Maşinile frigorifice folosite la sistemele de climatizare moderne pot funcţiona ca şi pompe termice cu

ajutorul unei supape cu 4 căi încorporată în sistem prin care rolul celor două schimbătoare de căldură

(condensator şi evaporator) se poate inversa.

2.3 Sisteme de climatizare

Starea dorită a aerului se poate realiza cu una sau mai multe agregate mari,iar apoi acest aer se poate

distribui cu ajutorul canalelor şi grilelor de aer în locul stabilit, sau se poate realiza cu ajutorul unui agregat mai

mic într-un loc închis stabilit. Este posibilă combinarea acestora.

2.3.1. Sisteme de tratare centralizată a aerului

Sistemele de tratare centralizată a aerului se realizează în cazul clădirilor publice mari, clădirilor

administrative, a magazinelor universale, etc. Avantajul acestui sistem este că se poate regla foarte precis starea

dorită a aerului şi se poate realiza foarte uşor recuperarea căldurii,deci poate fi economic din punct de vedere

energetic. Se poate considera un alt avantaj dacă sistemul este proiectat împreună cu clădirea,astfel fiind realizat

un mod elegant de climatizare. Dezavantajul poate fi considerat preţul ridicat al acestuia.

Fig. 2.22. Agregat modular pentru tratarea aerului

Page 111: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 9

Fig. 2.23. Condensator răcit cu aer

Fig. 2.24. Condensator răcit cu apă

Page 112: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 10

Fig. 2.25. Agregat cu tubulatură de aer din ALP

În fig.2.22 se poate vedea un agregat modular având filtru, încălzitor,răcitor,separator de picături şi

ventilator. Modulul de răcire este alimentat cu apă rece cu temperatura 6-7ºC,apă care este răcită de către

vaporizatorul (schimbător de căldură freon/apă) sistemului de răcire( chiller )care poate fi cu condensator răcit cu

apă (Fig. 2.23.) sau cu aer (Fig.2.24.). Acest modul trebuie înzestrat cu tavă pentru picături şi separator de picături

pentru că de obicei suprafaţa exterioară a radiatoarelor de răcire este mai rece decât „punctul de rouă” şi datorită

acestui fapt umiditatea din aer se precipită.

În fig. 2.25. se poate vedea un agregat mai mare cu canale de aer. Acest agregat, pe lângă cel prezentat

anterior are şi module de aspirare, filtru (dacă aerul folosit conţine material poluator), ventilator, recuperator de

căldură,precum şi un modul de amestecare. În recuperatorul de căldură (dacă este cazul), aerul aspirat din spaţiul

de lucru este trecut printr-un schimbător de căldură, unde vara răceşte şi iarna preîncălzeşte aerul proaspăt aspirat

din exterior, astfel economisindu-se multă energie. În modulul de amestecare,o parte din aerul uzat se poate

amesteca în aerul proaspăt (în funcţie de necesarul de aer proaspăt), care apoi pleacă la radiatoare, la

ventilatoarele de insuflare şi apoi printr-o jaluzea reglabilă la canalul de aer. Canalul de aer de insuflare trebuie

să fie izolat termic pentru a se evita răcirea suprafeţei exterioare sub „punctul de rouă”,adică precipitarea apei pe

această suprafaţă. De obicei, canalele de aer sunt construite din tablă zincată, dar au apărut şi alte materiale. Astfel

firma italiană ALP care a dezvoltat placa poliuretanică rigidă prinsă între foi subţiri (80m) de aluminiu,aşa

numita ALP, din care sunt fabricate canale foarte uşoare (aprox. de şase ori mai uşoare decât canalele din tablă

zincată)(Fig. 2.25 şi 2.26). Foarte interesante sunt canalele de aer fabricate din material textil dezvoltate de către

Page 113: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 11

firma cehă Prihoda (Fig. 2.27.)

Fig. 2.26. Canale de aer ALP

Fig. 2.27. Canale de aer din material textil (Prihoda)

Din ţevile spirale fălţuite (Fig. 2.28) dezvoltate de către firma suedeză Lindab se pot construi sisteme de

canalizare. Întregul sistem de ţevi este prefabricat cu diametre situate între 63-1600 mm, cu profile de legătură,cu

coturi şi cu amortizoare de zgomot, executate izolat sau neizolat. Pentru executarea canalelor cu diametre mai

mici (max. 400mm) sunt folosite foarte des ţevile flexibile reprezentate în fig. 2.28b şi fig.2.28c.

Canalele de aer sunt ascunse deasupra plafonului fals. Aerul tratat, transportat prin canale este introdus în

locul de destinaţie,prin grile de aer (Fig. 2.29) montate pe plafon (sau plafon fals), eventual pe perete. Aerul uzat

intră în canal prin intermediul unor grile de aer asemănătoare. Canalele cu ajutorul cutiilor de legătură (Fig. 2.30a)

sunt legate la grilele de aer. Dozarea aerului la parametrii doriţi se poate face cu ajutorul jaluzelelor prezentate în

fig. 2.30.

Page 114: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 12

a) b)

c)

Fig. 2.28. a. burlane de tablă rigide spiral fălţuite

b. burlan de tablă flexibilă (Westeform)

c. ţeavă din folie de aluminiu izolată cu pâslă minerală(ISODEC)

Page 115: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 13

Fig. 2.29. Grile de aer

Agregatele pentru tratarea aerului se pot aşeza şi în exteriorul clădirii (de ex. pe elemente de acoperiş) aşa

numitele aparate „roof-top”,dacă execuţia izolaţiei agregatului permite. În cazul acestor sisteme de tratare a

aerului,montate pe elemente de acoperiş, în locul răcitorului este montat evaporatorul. Încălzirea se realizează cu

schimbarea funcţiei maşinii frigorifice ca pompă de căldură, sau la alte tipuri prin suflare de aer cald încălzit cu

gaze de ardere (aşa numitele aparate de tratare a aerului cu răcire,respectiv încălzire directă).

Dacă spaţiul climatizat nu este poluat şi este suficient schimbul de aer rezultat din deschiderea uşilor (de

ex.:birourile în care fumatul este interzis), răcirea şi încălzirea cu FAN-COIL este mai ieftină decât tratarea

centralizată a aerului, deoarece în acest caz căldura este transportată cu ajutorul apei (cu antigel), prin ţevi cu

diametre mici (capacitatea termică a unui litru de apă este mai mare decât capacitatea termică a 4 m3 de aer).

FAN-COIL-urile (Fig.2.31.) sunt schimbătoare de căldură,plus cu ventilator,prin care circulă apă rece rezultată

dintr-un chiller. Acestea răcesc aerul din camera climatizată vehiculat de către ventilator. Încălzirea se poate face

cu apă caldă de la un cazan.

Page 116: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 14

a). b).

Fig. 2.30. Cutie de legătură şi jaluzele pentru reglare

Fig. 2.31. FAN-COIL cu şi fără îmbrăcăminte

Aparatele sunt fabricate cu carcasă sau fără, respectiv montabile pe pereţi, pe plafon, montate în plafonul

fals, (compartimentat), sau ascunse deasupra plafonului fals. Cele montate deasupra plafonului fals se pot fabrica

Page 117: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 15

în aşa fel încât să fie capabile să introducă şi aer curat. Este des folosită varianta combinată, de ex. în cazul

fabricilor aerul din ateliere şi sălile de şedinţă este tratat centralizat iar cel din birouri cu FAN-COIL, în cazul

hotelurilor aerul din restaurant, barul de zi şi sala de conferinţă este tratat centralizat, iar cel din camere cu FAN-

COIL-uri.

2.3.2. Sisteme de climatizare cu expansiune directă

În zilele noastre este tot mai mult răspândită metoda directă,adică freonul pompei de căldură sau al

frigiderului răceşte direct aerul ce urmează a fi tratat (nu ca şi în cazul sistemului indirect:chiller + FAN-COIL

unde apa este agent transportator de căldură). Răspândirea se datorează sistemelor de climatizare SPLIT (împărţit)

introduse de către firma Sanyo (Fig.2.32.).

Fig.2.32. Splitul model Sanyo

Acestea, dar mai ales variantele perfecţionate,au făcut uitate aproape de tot sistemele de climatizare

WINDOW (de fereastră).

Page 118: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 16

Sistemul de climatizare SPLIT (divizat) din fig.2.33. este format din 2 părţi principale: o unitate

exterioară (3.) care conţine compresorul, condensatorul, rezervorul de freon, valva de expansiune (ţeava capilară)

şi un schimbător de căldură (care poate fi un condensator în modul de răcire şi evaporator în modul de încălzire) şi

o unitate interioară cu un schimbător de căldură (evaporator la răcire şi condensator la încălzire), dedesubt o tavă

de picături pentru a aduna apa condensată, un filtru, un ventilator(5.) şi un senzor de căldură. Cele două unităţi

sunt legate prin ţevi cu diametrul mai mare(2.) pentru gaz iar cu diametrul mai mic (4.) pentru lichid.

Cele două unităţi sunt legate şi electric,astfel compresorul unităţii exterioare funcţionează sau nu după

cerinţa unităţii interioare. Modul de funcţionare dorit şi temperatura se reglează cu ajutorul unei telecomanzi în

infraroşu.

Dintre avantajele sistemului cu expansiune directă, split,se pot aminti: relativ cel mai ieftin, uşor de

montat, unitatea centrală este silenţioasă deoarece compresorul zgomotos rămâne afară. Unităţile interioare se

găsesc într-o largă varietate ca formă şi mod de montare.

a). răcitor b).încălzitor

Fig. 2.33. Sisteme de climatizare SPLIT în diferite moduri de funcţionare [2]

Aşa cum se poate observa în fig.2.34, pe lângă variantele de unităţi interioare, cele mai simple şi ieftine,

care se montează pe pereţi, mai sunt şi altele: montabile în plafonul fals, care suflă în două respectiv patru

direcţii(b),care stau lângă pereţi (de parapet), montabile pe plafon,respectiv diferite variante care se pot ascunde

după plafonul fals.

În cazul variantei cu canal de aer (2.34 e.) cu un singur aparat se pot climatiza mai multe încăperi cu

ajutorul canalelor (Fig 2.28.c) şi grilelor de aer (Fig.2.29.,2.30.).

Page 119: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 17

a).UI de perete b) caseta in 4 direcţii

c).de podea d).de plafon

Fig.2.34. Diferite tipuri de unităţi interioare

Page 120: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 18

e). de tubulatura de aer f).deasupra plafonului fals

Fig.2.34. Diferite tipuri de unităţi interioare

a) b)

Fig. 2.35. Diferite tipuri de unităţi exterioare (a. cu putere mică b.cu putere mare) [2]

Există şi aparate modulare pentru tratarea aerului care se montează deasupra plafonului fals (Fig, 2.36.).

La acestea schimbătoarele de căldură ale unităţii interioare pot fi un modul recuperator de căldură(Fig.2.37.).

Page 121: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 19

Fig.2.36. Aparat pentru tratarea aerului modular deasupra tavanului fals

Fig.2.37. Recuperator de căldură

Cel mai mare dezavantaj al acestui sistem de climatizare „split” (împărţit) este că unitatea exterioară se

poate monta foarte rar în aşa fel încât să nu strice aspectul estetic al faţadelor clădirilor, mai ales când sunt

montate mai multe astfel de sisteme pe faţadele respective. Pentru a evita această problemă au apărut sistemele

„multisplit”, unde la o singură unitate exterioară sunt legate mai multe unităţi interioare. (Fig. 2.38.). În acest caz

solicitarea unităţii exterioare este foarte variabilă,în funcţie de numărul unităţilor pornite şi puterilor acestora, ceea

ce conduce la întrebuinţarea energetică nefavorabilă. Pornirea celei mai mici unităţi interioare necesită pornirea

unităţii exterioare şi din această cauză la aceste sisteme nu există mai mult decât 3-4 unităţi interioare. De obicei

de la 3-4 unităţi interioare la unitatea extrerioară există două compresoare.

Page 122: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 20

Fig. 2.38. Sistemul multisplit

Fig. 2.39. Sistem multisplit inverter cu trei ţevi

Dacă puterea compresorului este reglabilă, dezavantajul anterior se poate evita cu sistemele de climatizare

inverter moderne. Cu ajutorul inverterului turaţia compresorului (de obicei mai multe turaţii) se poate regla,astfel,

cu ajutorul sistemului automatizat puterea unităţii exterioare urmăreşte puterea necesară a unităţilor interioare

pornite, ceea ce duce la o economisire energetică mare. În zilele noastre deja se fabrică unităţi exterioare la care

se pot lega 40 de unităţi interioare. Cu ajutorul aşa numitelor „sisteme de trei ţevi” se poate realizal ca în acelaşi

timp unele unităţi interioare să fie în stare de încălzire iar altele în stare de răcire. (Fig. 2.39.) Deja se fabrică şi

aparate monosplit având unitatea exterioară cu inverter pentru cei pretenţioşi. Din păcate inverterele fac ca

aparatele să fie mult mai scumpe, dar în cazul investiţiilor mari şi la preţuri mari în ceea ce priveşte consumul

energetic, acesta se compensează. După firma Daikin, sistemul „superinverter” consumă de la 61-66% energie

mai puţin decât aparatele cu compresor care nu se pot regla (deci consumul de energie anual este a 39-34%-a

parte din consumul tip convenţional)

Prin metoda răcirii cu apă (Fig.2.40.) se pot produce unităţi exterioare mult mai mici şi eficienţe mai mari,

deoarece schimbătorul de căldură cu plăci folosit în acest caz necesită mult mai puţin loc ca la răcirea cu aer din

cauza coeficientului de convecţie şi a produsului dintre densitate şi căldura specifică a apei mult mai mari decât la

aer. Dimensiunile unităţii prezentate în figură sunt: 1000x780x550 mm, masa de 150 kg, puterea frigorifică 27,3-

81,9 kW şi eficienţa 5,2. Un aparat deasemenea superinverter cu 28 kW, răcit cu aer are dimensiunile:

1580x890x890 mm şi 275 kg. Din păcate numai atunci se poate folosi un astfel de aparat cu răcire cu apă cănd

este la dispoziţie o cantitate suficientă de apă pentru răcire(lac, râu, fântână cu debit mare, etc. )

Page 123: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 21

Fig.2.40. Unitate exterioară superinverter cu răcire cu apă Daikin VRV-WII.

2.4. Vaporizatorul

În orice maşină frigorifică, vaporizatorul este aparatul care absoarbe căldura din mediul răcit, realizând

efectul util al maşinii. Din acest punct de vedere se poate considera că este unul din cele mai importante aparate

ale instalaţiilor frigorifice şi simplificând, se poate considera chiar că restul instalaţiei nu are decât rolul de a

permite întoarcerea agentului frigorific lichid în vaporizator.

Există numeroase tipuri de vaporizatoare, în funcţie de destinaţia acestora, totuşi se remarcă două

categorii importante:

vaporizatoare pentru răcirea aerului;

vaporizatoare pentru răcirea lichidelor.

Proiectarea şi alegerea corectă a vaporizatoarelor are o importanţă mare pentru funcţionarea corectă a

instalaţiilor frigorifice şi pentru eficenţa acestora. Un vaporizator greşit dimensionat poate să producă o scădere

excesivă a temperaturii de vaporizare, iar la reducerea acesteia cu fiecare grad, corespunde şi o reducere a puterii

frigorifice cu cca. 3…4%. Acesta este şi motivul pentru care nu se poate disocia vaporizatorul de sistemul său de

alimentare cu lichid. În practică, adesea fiecărui tip de vaporizator îi corespunde un sistem propriu de destindere a

agentului frigorific.

2.4.1. Vaporizatoare pentru răcirea aerului

Aceste vaporizatoare pot să fie utilizate la fel de bine şi pentru răcirea aerului şi pentru răcirea altor gaze.

Atunci când aerul conţine umidiate (vapori de apă),la dimensionarea vaporizatoarelor se va ţine seama de acest

lucru,deoarece la temperaturi ale suprafeţei vaporizatorului peste 0°C, dar sub temperatura punctului de rouă,pe

suprafaţa vaporizatorului se va depune umiditate,iar dacă temperatura suprafeţei de transfer termic scade sub

Page 124: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 22

0°C,această umiditate se va transforma în brumă sau zăpadă. Prezenţa zăpezii pe suprafaţa vaporizatoarelor,este

un fenomen foarte frecvent şi influenţează construcţia acestor aparate, în special mărimea pasului dintre aripioare.

În funcţie de modul de circulaţie a aerului,vaporizatoarele pentru răcirea aerului se împart în două

categorii:

cu circulaţie naturală;

cu circulaţie forţată.

Fig. 2.41. Vaporizator cu circulaţie forţată a aerului.

La vaporizatoare peste care circula aer cu temperatura mai mică de -20 °C si viteză mică, pasul între

nervuri este de 20÷30 mm. Pentru temperaturi peste -20 °C pasul este de 8÷15 mm iar peste 0°C pasul este de

2÷4mm.

Ţevile cu nervuri spirale sunt confecţionate din oţel cu nervuri zincate,din Al sau Cu.

Vaporizatoarele cu nervuri continue, au grosimea nervurii de 0,6÷1mm dacă sunt din oţel; 0,15÷0,30 mm

pentru nervuri din Al sau Cu.

Page 125: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 23

Ţevile din oţel pentru vaporizatoare sunt fără sudură, trase la rece sau laminate la cald cu diametrul

exterior de 20÷57 mm. Ţevile din Cu au diametrul interior de aproximativ 20 mm şi grosimea peretelui de 0,5 ÷

0,8mm. Contactul nervură-ţeavă în cazul cuprului şi aluminiului se realizează prin expandare.

Viteza aerului în secţiunea minimă a vaporizatorului este de 4÷6 m/s.

În apropierea vaporizatorului se află senzorul termostatului care comandă compresorul să pornească sau

să se oprească,funcţie de temperatura pe care o citeşte acesta.

2.4.2. Calculul termic al vaporizatorului pentru răcirea aerului

Suprafaţa de schimb de căldură a vaporizatorului este:

S

0

S

0

qQ

kQ

m

SA [m2] (2.66)

unde ks [W/m2K] se poate considera pe baza datelor stabilite la construcţii existente fiind:

4,5 ÷ 15 vaporizatoare cu circulaţie naturală a aerului

10 ÷ 50 vaporizatoare cu circulaţie artificială a aerului

250 ÷ 1200 vaporizatoare pentru lichide tip fascicol de ţevi în manta

Coeficientul de schimb de căldură necesar determinării lui As:

c

c

ii

SK

e

S

A

AR

k

111

[W/m2K] (2.67)

unde:

αe - coeficient de convecţiei echivalent de partea aerului

- randamentul suprafeţei nervurate

Rk - rezistenţa termică a zonei de contact ţeavă-nervuri pe 1m2

δc, λc - grosimea şi coeficientul de conducţie pentru ţeavă

În funcţie de felul depunerilor pe suprafaţa vaporizatorului:

- rouă: αe = αs (2.68)

- chiciură: i

i

se

11

(2.69)

Coeficientul de convecţie "uscată" αs se determină din relaţia lui Grimison, Joukauskas etc. pentru aer

curgând peste fascicole de ţevi corectat cu un coeficient în funcţie de geometria nervurii:

Page 126: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 24

αs =ε R α [W/m2K] (2.70)

cu R

= 1 - 0,18

iRR

R

s

h

(2.71)

din relaţia lui Schmidt, unde conform figurii 11.6:

sR [m] - pasul nervurii

δR [m] - grosimea nervurii

δi [m] - grosimea depunerii de chiciură sau rouă

hR [m] - înălţimea nervurii

Coeficientul lui Merkel ξ depinde de tipul condensării (globulară, peliculară) şi de modificarea stării aerului ce

trece peste suprafaţa vaporizatorului:

tcPL

i

(2.72)

unde Δi si Δt sunt diferenţele de entalpie respectiv temperatură ale aerului umed. La o reglare corectă a

vaporizatorului grosimea chiciurii este de aproximativ 1 mm, coeficientul de conducţie al acesteia depinzând de

densitatea ei: i =150 Kg/m3 i =0,15 W/mK.

Randamentul suprafeţei nervurate se calculează conform relaţiilor cunoscute de la transmiterea căldurii:

S

RR

A

A 11

(2.73)

AR - suprafaţa nervurilor cu randamentul nervurii:

e

eR

hm

hmth

(2.74)

meR

e

2 considerând nervura dreaptă (2.75)

Înălţimea echivalentă a nervurii h e este:

- nervuri drepte şi spirale

he = hR[m] (2.76)

Page 127: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 25

- nervuri circulare dispuse pe o ţeava de diametru ds

12ln35,01

S

RRc

d

hhh

[m] (2.77)

Pentru nervuri continue hR depinde şi de pasul dintre ţevi s c şi dispunerea ţevilor :

- coridor: 2Sc

R

dsh

[m] (2.78)

- şah: 223 S

cR

dsh

[m] (2.79)

Rezistenţa termică la contactul nervură-ţevi Rk [m2K/W] este neglijabilă pentru ţevi şi nervuri de oţel

zincat.

Pentru ţevi din Cu şi nervuri de Al:

Rk = 0,01 ptr. suprafaţa uscată

Rk= 0,005 ptr. suprafaţa umedă

Coeficientul de convecţie la interior,se calculează pe baza unor relaţii stabilite experimental:

- vaporizatoare uscate:

6,0

4,0i

1q

i

id

mc

[W/m2K] (2.80)

- vaporizatoare înecate:

5,0

i2

q

i

id

mc

[W/m2K] (2.81)

unde: m[kg/m2s] este debitul de agent frigorific raportat la secţiunea ţevii.

c1 şi c2 se iau din tabelul 2.2

Page 128: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 26

Tab 2.2

Agent frig.

-40ºC

-20ºC

0ºC

C1 C2 C1 C2 C1 C2

NH3 2,67 1,17 3,11 1,42 3,57 1,70

F-12 0,31 0,13 0,33 0,16 0,35 0,19

F-22 0,42 0,20 0,46 0,21 0,48 0,22

F-502 0,33 0,15 0,36 0,17 0,38 0,19

Ca date iniţiale în calculul vaporizatorului se dau starea aerului la intrare (t1, φ ), puterea frigorifică Q0

[W] , debitul de aer VL şi temperatura de vaporizare t0 [°C] sau debitul de umiditate ce trebuie evacuat din aer.

Temperatura aerului la ieşirea din vaporizator este:

t2 = t1 - (2 ÷ 4) ºC (2.82)

În primul caz,când se dă t0, se poate calcula m după care din:

mS

S

i kA

A is qq

(2.83)

printr-o metodă iterativă sau grafică rezultă qs sau ks şi în final suprafaţa As.

În al doilea caz, când se ştie debitul de apa evacuat din aer W,din diagrama (i,x) cunoscând direcţia de

transformare a aerului umed:

WQ0

x

I

(2.84)

se determină temperatura de saturaţie ts cu ajutorul căreia se poate calcula qs:

S

S

e

tt

tt

tt

2

1

21S

lnq

(2.85)

Din ecuaţia qs=ks m unde ks a fost calculat pe baza relaţiei de definiţie, rezultă temperatura de

vaporizare t0:

Page 129: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 27

112

0

n

n

e

tett

cu

S

21

qttk

n S

(2.86)

Căderea de presiune a agentului frigorific prin ţevile vaporizatorului se determină cu relaţia:

id

Lmv

n

vvp

2

0 '2

'"

[Pa] (2.87)

unde:

v', v" [m3/kg] - volumele specifice la saturaţie a agentului frigorific

n - coeficient de recirculare a agentului frigorific

m [kg/m2s] - debitul specific raportat la secţiune

λ - coeficientul de rezistenţă hidrodinamică

λ=0,015 ÷0,025 ptr. agenţi frigorifici fără ulei

λ=0,04÷0,05 ptr. agenţi frigorifici cu ulei

Căderea de presiune de partea aerului pentru suprafaţa uscată a vaporizatorului:

7,11 w

dcp

e

L

(2.88)

unde : de[m]- diametrul echivalent

de=

RRsc

RRsc

sds

sds

2

(2.89)

c = 0,11 - pentru dispunere în coridor

c = 0,13 - pentru dispunere în şah

l [m] - lungimea vaporizatorului pe direcţia de curgere a aerului

w [m/s] - este viteza aerului pe secţiunea minimă.

Page 130: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 28

Căderea de presiune se măreşte cu apariţia depunerilor de chiciură. Astfel la nervuri cu pas sR=2mm

căderea de presiune se dublează dacă apare chiciura.

2.5. Condensatorul

În condensator,gazul se răceşte şi se lichefiază,fiind transferat în rezervor,unde se păstrează o rezervă de

lichid şi se extrag resturile de apă,care ar afecta funcţionarea sistemului.

2.5.1. Condensatorul răcit cu aer

Aerul ca agent termic are avantajul că este cel mai abundent şi mai ieftin,deci este utilizat intens, chiar

dacă prezintă proprietăţi termofizice mediocre din punct de vedere termic. Principalul parametru care influenţează

comportarea condensatorului este temperatura termometrului uscat (temperatura aerului). Acest parametru variază

în timp, de la un anotimp la altul,ziua faţă de noapte,sau chiar de la o oră la alta. În aceste condiţii trebuie să se

aleagă totuşi o valoare a temperaturii aerului în funcţie de care să se determine temperatura de condensare şi

trebuie să se cunoască şi valorile maxime şi minine pe care le va avea temperatura de condensare în funcţie de

temperatura aerului. În cazul pompelor de căldură, problema se pune diferit,deoarece temperatura aerului la

intrarea în condensator este constantă,fiind apropiată de temperatura care trebuie realizată.

Condensatoarele cu circulaţie naturală a aerului sunt utilizate în aparatele frigorifice casnice, frigidere şi

congelatoare.

Condensatoarele cu circulaţie forţată a aerului sunt cele mai răspândite în instalaţii comerciale şi

industriale,iar curgerea aerului este asigurată de ventilatoare. Cele mai importante caracteristici ale acestor aparate

sunt următoarele:

- agentul frigorific, curge în curenţi încrucişaţi (îşi schimbă sensul de curgere prin condensator);

- zona de desupraîncălzire a vaporilor, reprezintă 5…10 % din suprafaţa condensatorului şi se găseşte la

intrarea agentului frigorific în aparat;

- zona de subrăcire a vaporilor reprezintă tot 5…10 % din suprafaţa condensatorului şi se găseşte la

ieşirea agentului frigorific din aparat;

- zona de condensare propriu-zisă, la temperatură constantă se găseşte în partea centrală a aparatului şi

reprezintă 80…90 % din suprafaţa condensatorului; temperatura de condensare nu este riguros constantă

datorită căderilor de presiune,dar pentru calcule preliminare sau de alegere,această variaţie a temperaturii poate să

fie neglijată;

- debitul de aer este uzual între 300…600 m3/h pentru fiecare kW de sarcină termică a condensatorului;

- aerul se încălzeşte în condensator cu cca. 5…10 °C;

Page 131: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 29

- puterea motoarelor de antrenare a ventilatoarelor este de cca. 20…40 W pentru fiecare kW de sarcină

termică a condensatorului;

- diferenţa dintre temperatura de condensare şi temperatura aerului la intrare este de cca. 10…15 (20)

°C,valorile mai mici corespunzând temperaturilor de condensare mai reduse şi deci unor consumuri energetice

mai reduse;

- suprafaţa de schimb de căldură este de cca. 0,3…0,4 m2/kW;

- sarcina termică nominală a condensatoarelor este afectată de altitudine, astfel dacă la nivelul mării este

de 100%, la 1000 m altitudine devine 90%,iar la 2000 m altitudine devine 84%.Ventilatoarele pot să fie de tip

axial sau centrifugal,în cazul celor din urmă fiind posibilă montarea de conducte pentru evacuarea aerului dacă

aparatul este montat în interior.Turaţia ventilatoarelor trebuie să fie cât mai redusă,pentru a nu se produce zgomot

puternic,de aceea în mod uzual nu se depăşeşte turaţia de 1000 rot/min.Unele ventilatoare prezintă două turaţii în

vederea reglării temperaturii de condensare şi a sarcinii termice a condensatorului.

Aceste turaţi pot fi de exemplu 1000 şi 500 rot/min.De obicei, pentru freoni bateriile de condensare au

ţevi din cupru şi aripioare din aluminiu,iar pentru amoniac, au ţevi din oţel şi aripioare tot din din aluminiu.

În figura 33 următoare este prezentat un grup compresor – condensator răcit cu aer,pentru a se

exemplifica o modalitate uzuală de legare în circuit a condensatoarelor răcite cu aer.

Fig. 2.42. Grup compresor – condensator răcit cu aer

2.5.2. Calculul termic al condensatorului

Condensatorul instalaţiei frigorifice trebuie să evacueze fluxul de căldură Qk=Q0+P prin schimbul de

căldură dintre agentul frigorific şi mediul de răcire (aerul sau apă) deci:

Qk = A K θm; (2.90)

rezultă suprafaţa necesară pentru condensator :

Page 132: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 30

m

k

KQA

, (2.91)

unde K coeficient global de transfer termic

θm diferenţa de temperatură medie logaritmică dintre agentul frigorific şi mediul de răcire;

2wk

1wk

1W2Wm

tttt

ln

tt

; (2.92)

tk – temperatura de condensare a agentului frigorific;

tw1,2 – temperatura de intrare,ieşire apă sau aer;

Fig.2.43. Variaţia temperaturilor în condesator

Din ecuaţia de bilanţ termic pe mediul de răcire şi agentul frigorific la un condensator de NH3 cu

subrăcire:

Qk = mw cpw (tw2 –tw1) = m [ (i2 – i1) + r + (i' – i3) ] (2.93)

unde:

m, mw – debitele masice de agentul frigorific şi mediu de răcire.

Entalpiile specifice corespund punctelor din figură.

La condensatoarele specifice instalaţiilor de putere mică cu freon cu ţevile dispuse orizontal, coeficientul

de convecţie este:

4

4 322683,0

ii

id

gii

(2.94)

Page 133: Definitii,clasificari,fluidefranciscpopescu.weebly.com/uploads/2/0/4/5/20453993/... · 2020. 11. 9. · tura poate fi definită şi după scara empirică Celsius (admisă de SI).

Instalatii de climatizare 31

3] - - conductivitatea termică, g = 9,81m/s2; η -vâscozitatea

dinamică, θi= tk – tp [ºC],tp [ºC] - temperatura peretelui ţevii,di [m] - diametrul interior al ţevii.

Temperatura aerului la intrarea în condensator :

tl 1 = tl med +0,125 tmax [ºC] (2.95)

unde:

tl med = temperatura medie a lunii celei mai calde din ultimii 10 ani

tmax = temperatura maximă de la locul de amplasare al condensatorului

Temperatura de ieşire a aerului tl2 este mai mare cu 3÷10 ºC decât cea de intrare tl1, iar temperatura de condensare

tk cu 12÷18 ºC mai mare decât tl1. Cu aceste valori se poate calcula şi θm şi calculând coeficientul total de transfer

termic raportat la suprafaţa exterioară de partea aerului:

c

c

ii

sk

e

s

A

AR

k

111

[W/m2K] (2.96)

rezultă densitatea fluxului de căldură raportat la aceeaşi suprafaţă:

qs = ks θm (2.97)

Debitul de aer se determină din ecuaţia de bilanţ,iar căderea de presiune este :

7,11w

dcp

e

L

[Pa] (2.98)

unde: de = diametrul echivalent al canalelor de aer

c = 0,11 pentru dispunerea în coridor a ţevilor

c = 0,13 pentru dispunerea în şah a ţevilor

l [m] - lungimea condensatorului pe direcţia de curgere a aerului

w [m/s] - este viteza aerului pe secţiunea minimă.

Bibliografie

1. Gerhardt Norbert Épületgépészet http://www.mek.iif.hu

2. ***: Prospectele diferitelor firme (York, Daikin, Blue Box, Toshiba, Mitsubishi, Sanyo, Haier,

Lindab,Airvent,ALP, ACP,KIP,Henson,.etc.)

3. Laza Ioan.Masini frigorifice.Editura EUROSTAMPA.2005.Timisoara.

4. Ferencz Andrei,Gutmayer Harald. Curs general de masini. I.P.T.V.T.1980.Timisoara.