Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de...

22
Domenii de utilizare a frigului artificial 1. Construcţia de maşini 2. Metalurgie 3. Industria chimică 4. Industria alimentară 5. Industria minieră şi de construcţii 6. Medicină 7. Aviaţie şi cosmonautică 8. Energetică Clasificarea instalaţiilor frigorifice 1. După principiul de funcţionare rice termoelect instalatii jet cu instalatii absorbtie cu instalatii compresie cu instalatii 2. După tipul ciclului deschis închis 3. După periodicitate ã discontinu e functionar cu continuã e functionar cu

Transcript of Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de...

Page 1: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Domenii de utilizare a frigului artificial

1. Construcţia de maşini 2. Metalurgie

3. Industria chimică

4. Industria alimentară 5. Industria minieră şi de construcţii 6. Medicină 7. Aviaţie şi cosmonautică 8. Energetică

Clasificarea instalaţiilor frigorifice

1. După principiul de funcţionare

ricetermoelect instalatii jetcu instalatiiabsorbtie cu instalatiicompresie cu instalatii

2. După tipul ciclului

deschisînchis

3. După periodicitate

ãdiscontinu efunctionar cucontinuã efunctionar cu

Page 2: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Agenţi frigorifici

Agenţii frigorifici = substanţe omogene sau amestecuri de substanţe care preiau

în cursul ciclului frigorific căldura de la mediul ce trebuie răcit şi o cedează altui

mediu (în general mediul ambiant) la o temperatură mai ridicată. Ei trebuie să

corespundă cerinţelor impuse de schema şi tipul instalaţiilor precum şi de

nivelul de temperatură al celor două surse de căldură.

Condiţii ce trebuie îndeplinite de agenţii frigorifici:

� să vaporizeze la temperaturi coborâte, la presiuni apropiate de cea

atmosferică;

� căldura latentă de vaporizare (r) să fie mare, reducând astfel debitul de

agent frigorific în instalaţie;

� alura curbei de saturaţie să fie convenabilă (psat << pcr);

� densitatea şi vâscozitatea să fie cât mai coborâte (⇒ ∆p ↓);

� coeficienţii de transfer de căldură să fie cât mai ridicaţi (⇒ S↓);

� vaporii de agent frigorific să nu fie solubili faţă de uleiul de ungere al

compresorului;

� vaporii de agent frigorific să fie solubili faţă de apă (evitarea formării

dopurilor de gheaţă);

� să fie inerţi faţă de metale şi materialele de etanşare;

� să nu fie inflamabili;

� să fie stabili chimici în domeniul de utilizare;

� să nu fie toxici;

� să fie cât mai ieftini;

� să aibă impact redus asupra efectului de seră şi asupra distrugerii stratului

de ozon.

Page 3: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Amoniacul (NH3): gaz incolor cu miros specific pronunţat (tfn≈ -34 ºC)

� căldură latentă de vaporizare relativ ridicată;

� conductivitatea termică este bună şi vâscozitatea redusă;

� nu se dizolvă în ulei şi este puternic absorbit de apă (dar în prezenţa ei

atacă Cu şi aliajele sale);

� arde prost în aer dar duce la explozii la concentraţii de 13 ÷ 25 % în aer;

� este toxic pentru organism la concentraţii de peste 0,5 %;

� are preţ scăzut şi se utilizează în IFCMV de medie şi mare putere precum

şi în cele cu absorbţie.

Freonii (HCC, CFC, HFC şi HCFC): sunt compuşi halogenaţi ai metanului

sau etanului obţinuţi prin înlocuirea unuia sau mai multor atomi de hidrogen prin

atomi de Cl sau F.

� au toxicitatea nulă sau foarte redusă;

� inflamabilitatea este redusă;

� au o bună stabilitate termică;

� sunt compatibili cu metalele şi unele uleiuri;

� masa moleculară ridicată;

� vâscozitatea este foarte redusă ceea ce favorizează scăpările;

� căldură latentă de vaporizare coborâtă (∼ 10 ori mai mică ca la amoniac);

� coeficienţi adiabatici reduşi;

� densitatea este ridicată.

Dioxidul de carbon (CO2): este utilizat în principal pentru producerea gheţii

uscate (zăpada carbonică); este neutru în raport cu metalele, neinflamabil,

netoxic; Dezavantaj: temperatura critică coborâtă (31 ºC) la pcr = 74 bar ⇒

presiuni ridicate în condensator.

Page 4: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Încadrarea instalaţiilor frigorifice faţă de mediul ambiant

Schema generală a unei instalaţii frigorifice

60

40

20

0

- 20

- 40

t [ºC]

s [kJ/kg]

Instalaţii

frigorifice

Pompe

de

căldură P.C.

+

I.F.

pc, Tc

P

pc, Tc

Tsi

po, To

i

ln p

Qc

Qo

p0 = pv, T0 = Tv

Condensator

Vaporizator

Compresor Ventil laminare (Detentor)

C

Page 5: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Instalaţii frigorifice cu compresie mecanică de vapori

(IFCMV)

1. Clasificarea IFCMV

a) cu comprimare într-o singură treaptă;

b) cu comprimare în două trepte;

c) cu comprimare în trei trepte;

d) în cascadă.

2. Procese în IVCMV într-o singură treaptă de compresie

Schema şi ciclul ideal (Carnot) al IFCMV cu o treaptă de

compresie

Bilanţul termic:

+=+

kg

kJlqlq dcc0

( )

+=−+=

kg

kJlqllqq dcc 00 ; dc lll −= = lucrul mecanic total al ciclului

−=−=−=−=

kg

kJiiqiiqiiliil cdc 324104312 ;;;

K

C

V

D ~ M

1

2 3

4

lc

q0

qc

ld

1

2 3

4 i1

i2 i3

i4

s3 = s4 s1 = s2

Tc

Tv

T

s

∆∆∆∆s

Page 6: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Eficienţa frigorifică ideală (maximă):

0

00

qq

q

l

q

c

C −==ε

( )( )vc

v

cvc

vC

cc

vTTf

T

TsTT

sT

sTiiq

sTiiq,

1

1

32

410 =−

=∆⋅−

∆⋅=⇒

∆⋅=−=

∆⋅=−=ε

Schema şi ciclul teoretic al IFCMV într-o singură treaptă de compresie fără subrăcire

1

2

3

4 i1

i2

i3 i4

s4 s1 = s2

Tc

Tv

T

s

q0

s3

2’

C

C

1

2 3

4

i3 = i4 i1

pc

pv

ln p

i

q0

2’

i2

qc

lc

K

C

V

VL ~ M

1

2 3

4

lc

q0

qc

Page 7: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Procesele funcţionale:

(1 – 2): comprimare izentropică

−==

kg

kJiill c 12

(2 – 3): desupraîncălzire (răcire) izobară (2 – 2’) + condensare izotermă (2’ – 3)

( ) ( )

−=−+−=

kg

kJiiiiiiqc 323'2'22

(3 – 4): laminarea lichidului

( )1

13

11

134114143

r

ii

ii

iixiixiii

lv

llvl

−=

−=⇒−⋅+==

(4 – 1): vaporizare izobar - izotermă

−=

kg

kJiiq 410

( )

−=−−−=−==

kg

kJiiiiiiqqll cc 1241320

Eficienţa frigorifică a ciclului:

12

410

ii

ii

l

qf −

−==ε

Deplasarea comprimării în domeniul vaporilor supraîncălziţi şi efectuarea

destinderii prin laminare, determină reducerea eficienţei frigorifice a ciclului

teoretic în raport cu cea a ciclului ideal (Carnot, de referinţă).

Pentru ciclul ideal:

vc

vC

TT

T

−=ε

Gradul de reversibilitate al ciclului teoretic faţă de cel ideal:

112

41 <−

⋅−

−==

v

vc

C

f

tT

TT

ii

ii

ε

ερ

Page 8: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul teoretic al IFCMV într-o singură treaptă de compresie cu subrăcire

� Puterea frigorifică specifică:

∆+=−+−=−=

kg

kJqqiiiiiiq

SR00'4441'410'

� Sarcina termică specifică a subrăcitorului:

∆=−=−=

kg

kJqiiiiq

SRSR 0'44'33

� Eficienţa frigorifică a ciclului cu subrăcire:

f

SR

f

SRSR

fq

q

q

q

l

q

l

qq

l

qεεε >

∆+⋅=

∆+⋅=

∆+==

0

0

0

00000 11'

'

1

2

3

4

s4 s1 = s2

Tc

Tv

T

s s3

2’

C

3’

4’

s3’ s4’

∆∆∆∆q0SR

C

1

2 3

4

i3 = i4 i1

pc

pv

ln p

i

q’0

2’

i2

qc

lc

3’

4’

qSR

i3’=i4’

q’0

K

C

V

~ M

1

2 lc

qc

SR qSR

VL

3’

4’

3

Page 9: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Influenţa supraîncălzirii vaporilor aspiraţi de compresorul IFCMV

� Gradul de supraîncălzire al vaporilor în vaporizator:

[ ]KTTT vsiSI −=∆

� Puterea frigorifică specifică:

∆+=−+−=−=

kg

kJqqiiiiiiq

SI001141410 '''

� Lucrul mecanic specific:

=−>−=

kg

kJliiiil 12'1"2'

� Eficienţa frigorifică a ciclului cu supraîncălzire:

ffii

ii

l

qεε

<

>

−==

'1"2

4'10

'

''

ff

f =ε

ε '(natura agentului frigorific)

C

1

2 3

4

i3 = i4 i1

pc

pv

ln p

i

q’0

2’

i1’

qc

l’

2”

1’

i2”

1

2

3

4

s4 s1 = s2

Tc

Tv

T

s

q0

s3

2’

C 2”

1’

∆∆∆∆q0SI

Tsi=T1’

Page 10: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Ciclul teoretic al IFCMV cu subrăcire regenerativă

−==−=

kg

kJiiqiiq srSI '331'1

−==

−=

kg

kJiill

kg

kJiiq c '12410 ;

'12

410

ii

ii

l

qf −

−==ε

lc

q0

K

C

V

VL

1’

2

3

4

qc

Rg

1 3’ 1

2

3

s1 s1’ = s2

Tc

Tv

T

s s3

2’

C

3’

4

s3’ s4

qSR

1’

qSI

C

1

2 3

i3 i1

pc

pv

ln p

i

q0

2’

i2

qc

lc

3’

4

qSR

i3’=i4

1’

i1’

T1’

Tv

Tc

T3’

Rg

S

T

Vapori

Lichid

Page 11: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul teoretic al IFCMV cu separator de picături

� Bilanţul termic al separatorului de picături:

[ ]kWimimimim '42111241 ⋅+⋅=⋅+⋅ &&&&

⋅+=

kg

kJrxii 14'44 ; ( )1"41'4 ; vl iiii ==

� Coeficientul de debit:

11'41

14

'41

14'41

'41

41

1

2 <−

⋅−=

⋅−−=

−==

ii

rx

ii

rxii

ii

ii

m

m

&

11'

41

141

1

0

'4110

410 <−=⋅−

==⇒

−==

−=x

r

rxr

r

q

iirq

iiqµ

� Eficienţa frigorifică a ciclului IFCMV cu SP:

fSPf

l

q

l

q

l

r

lm

rm

P

Qεµµε ==⋅=⋅=

⋅== 001

1

120 '

&

&

lc

q0

K

C

V

VL

1=4”

2 3

4

qc

SP

1

3’

SR qSR

4’

m2

m1

1=4”

2

3

4’

s4 s1 = s2

Tc

Tv

T

s

2’

C

3’

4

s4’

x4

Page 12: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul real al IFCMV

Abateri ale procesului real faţă de cel teoretic:

� procesul de compresie din compresor nu este un proces adiabat reversibil

datorită frecărilor mecanice şi gazodinamice, precum şi ca urmare a

schimbului de căldură cu pereţii;

⋅⋅⋅

−⋅=

kg

kJ

p

pvp

k

kl

k

k

v

cvv

i

c 11

1

1

η

� procesele de transfer de căldură între agentul frigorific şi mediul de răcire

(apă, aer) din condensator şi subrăcitor presupun existenţa unor diferenţe

finite de temperatură, care imprimă acestor procese un caracter ireversibil;

� procesele de transfer de căldură între mediul răcit şi agentul frigorific din

vaporizator se desfăşoară de asemenea la diferenţe finite de temperatură,

fiind deci un proces ireversibil;

� circulaţia agentului frigorific prin instalaţie este însoţită de pierderi de

presiune;

� echipamentele, conductele, ş.a. prin care evoluează fluidele de lucru

schimbă căldură cu mediul ambiant.

Ipoteze simplificatoare:

� procesul de comprimare (1-2) este adiabat ireversibil;

� procesul de evacuare a căldurii către mediul ambiant se compune din

desupraîncălzirea izobară (2-2’), condensarea izobar-izotermă (2’-3) şi

subrăcirea izobară (3-3’); temperatura de condensare Tc este superioară

temperaturii medii a apei (aerului) de răcire Tma cu diferenţa ∆Tc necesară

efectuării transferului de căldură;

� procesul de laminare (3’-4) este adiabat ireversibil (cu creşterea

entropiei);

� procesul de vaporizare (4-1) este izobar-izoterm şi se desfăşoară la o

temperatură Tv (T0) inferioară temperaturii medii a agentului purtător de

frig cu diferenţa ∆Tv necesară desfăşurării transferului de căldură;

� se neglijează supraîncălzirea vaporilor în conducta care alimentează

compresorul.

Page 13: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

lc

q0

K

C

V

VL

1

2 3

4

qc

3’

SR qSR

1=4”

2

3

s4 s1 = s2s

Tc

Tv

T

s

2’

C

3’

4

s2

2s

C

1

2 3 2s

i3 i1

pc

pv

ln p

i

q0

2’

i2

qc

l

3’

4

qSR

i3’=i4’

lt

Ta2

Ta1

Tc

T3’

SR

SSR

T

T’a

T2

Tc T”a

C

Sc

T

∆Tc T’f

Tv=T0

T3’

V

Sv

T

T”f ∆Tv

Page 14: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

[ ]KTTTTTTTTT SRccmacvmfv ∆−=∆+=∆−= '3;;

� Randamentul intern adiabatic al compresorului:

−+=+=⇒

−==

kg

kJiiilii

T

Torientativ

ii

ii

l

l

i

s

c

vi

st

i

η

ηη

12112

12

12

� Puterea frigorifica specifică:

−=

kg

kJiiq 410

� Sarcina termică specifică la condensare:

−=

kg

kJiiqc 32

� Sarcina termică specifică la subrăcire:

−=

kg

kJiiqsr '33

� Eficienţa frigorifică a ciclului real:

fti

s

ifrii

ii

ii

ii

l

qεηηεε ⋅=

−⋅=

−===

12

41

12

410

� Bilanţul energetic al ciclului real:

+=+

kg

kJqqql src0

� Gradul de reversibilitate al ciclului real faţă de cel de referinţă (Carnot):

11

12

41 <⋅−

−⋅==

Cs

i

C

rr

ii

ii

εη

εε

ρ

Page 15: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

3. IVCMV cu două trepte de compresie

Schema şi ciclul IFCMV cu două trepte cu o laminare şi răcire

intermediară incompletă

� Presiunea intermediară de compresie: [ ]barppp cvi ⋅=

� Puterea frigorifică specifică:

−=−=

kg

kJiiiiq 51610

� Lucrul mecanic specific de compresie în treapta I , II şi respectiv total:

( ) ( )

−+−=+=−=−=

kg

kJiiiillliiliil cctrcc 3412212342121 ;;

� Economia de lucru mecanic în raport cu comprimarea într-o treaptă:

( ) ( ) ( ) ( )

−−−=−−−−−=−=∆

kg

kJiiiiiiiiiilll trtr 324'234121'221

� Sarcina termică specifică la condensator-subrăcitor:

−=−

kg

kJiiq SRc 54

� Eficienţa frigorifică a ciclului:

( ) ( ) 1'2

51

1

01

3412

51

2

02

ii

ii

l

q

iiii

ii

l

q

tr

trf

tr

trf −

−==>

−+−

−== εε

C

1

2 3

i5’ i1

pc

pv

ln p

i

q0

4’

i4

qc

5’

6

qSR

i5=i6

lc1

pi

lc2

4 5 2’

VL

K2

C-SR

V 1

2

5

lc1

6

3

4

K1

lc2

qc+qSR

q0

RI

Page 16: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul IFCMV cu două trepte cu o laminare şi răcire intermediară completă

� Bilanţul termic al BI:

( ) [ ] 163

62

1

23261221 >

−==⇒⋅=⋅−+⋅

ii

ii

m

mkWimimmim

&

&&&&& µ

� Puterea totală de compresie:

( ) [ ]kWllmlmlmPPP ccccccc 211221121 ⋅+⋅=⋅+⋅=+= µ&&&

� Lucrul mecanic specific de compresie raportat la 1 kg de agent care

circula prin treapta de joasă presiune (I):

( )

−⋅+−=⋅+==

kg

kJiiiill

m

Pl cc

ctr 341221

1

2 µµ&

� Eficienţa frigorifică a ciclului:

( )3412

0

21

0

2

002

iiii

q

ll

q

l

q

P

Q

cctrc

trf −⋅+−=

⋅+===

µµε

C

1

2 3

i5’ i1

pc

pv

ln p

i

q0

4’

i4

qc

5’

7

qSR

i5=i6

lc1

pi

lc2

4 5 2’

1’

6

VL2

qc+qSR

K2

C-SR

V 1

2

5

lc1

6

3

4

K1

lc2

q0

BI

7

m2

m1

VL1

pv

pc

pi

Page 17: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul IFCMV cu două trepte, cu două laminări şi răcire intermediară completă

� Bilanţul termic al BI:

[ ] 163

72

1

232716221 >

−==⇒⋅+⋅=⋅+⋅

ii

ii

m

mkWimimimim

&

&&&&& µ

( )67.1.2 iilamlami <> µµ

� Puterea totală de compresie:

( ) [ ]kWllmlmlmPPP ccccccc 211221121 ⋅+⋅=⋅+⋅=+= µ&&&

� Puterea frigorifică specifică:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ).1.1.2 08608661810 lamqiilamqiiiiiilamq >−+=−+−=−=

� Eficienţa frigorifică a ciclului:

( ) .1

3412

0

21

000.2 lamf

cccc

lamfiiii

q

ll

q

l

q

P

µµε >

−⋅+−=

⋅+===

VL2

qc+qSR

K2

C-SR

V 1

2

5

6

lc1

3

4

K1

lc2

q0

BI

8

m2

m1

VL1

7

C

1

2 3

i1

pc

pv

ln p

i

q0

4’

i4

qc

5’

8

qSR

i7=i8

lc1

pi

lc2

4 5 2’

1’

7 6

Page 18: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul IFCMV cu două trepte, cu subrăcirea lichidului de înaltă presiune

� Bilanţul termic al BI:

( ) [ ]

163

72

63

6572

1

2

71326125121

>−

−=

−+−==⇒

⇒⋅+⋅=⋅−+⋅+⋅

ii

ii

ii

iiii

m

m

kWimimimmimim

&

&

&&&&&&

µ

� Puterea frigorifică specifică:

−=

kg

kJiiq 810

� Lucrul mecanic specific de compresie raportat la 1 kg de agent care

circula prin treapta de joasă presiune (I):

( )

−⋅+−=⋅+==

kg

kJiiiill

m

Pl cc

ctr 341221

1

2 µµ&

� Eficienţa frigorifică a ciclului:

( )3412

81

21

0

2

00

iiii

ii

ll

q

l

q

P

Q

cctrc

f −⋅+−

−=

⋅+===

µµε

C

1

2 3

i5’ i1

pc

pv

ln p

i

q0

4’

i4

qc 5

8

i5=i6

lc1

pi

lc2

4 7 2’

1’

6

VL2

qc

K2

C

V 1

2

5

lc1

6

3

4

K1

lc2

q0

BI

8

m2

m1

VL1

7

m1

Page 19: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul IFCMV cu trei trepte de comprimare

� Bilanţul termic al BI1:

[ ] 1103

112

1

22,13211110221 >

−==⇒⋅+⋅=⋅+⋅

ii

ii

m

mkWimimimim

&

&&&&& µ

� Bilanţul termic al BI2:

[ ] 185

94

2

33,253928342 >

−==⇒⋅+⋅=⋅+⋅

ii

ii

m

mkWimimimim

&

&&&&& µ

� Puterea frigorifică specifică: [ ]kgkJiiq 1210 −=

� Sarcina termică specifică la condensator-subrăcitor:

[ ]kgkJiiq SRc 76 −=−

� Lucrul mecanic specific de compresie raportat la 1 kg de agent care

circula prin treapta de joasă presiune (I):

( ) ( ) ( ) [ ]kgkJiiiiii

lllm

lmlmlm

m

Pl ccc

cccctr

563,22,1342,112

33,22,122,111

332211

13

−⋅⋅+−⋅+−=

=⋅⋅+⋅+=⋅+⋅+⋅

==

µµµ

µµµ&

&&&

&

� Eficienţa frigorifică a ciclului:

( ) ( ) ( )563,22,1342,112

121

3

00

iiiiii

ii

l

q

P

Q

trcf −⋅⋅+−⋅+−

−===

µµµε

1' 12

3

1

10 p’i

'

pc

p”i

ln p

i

q0

pv

11

8

9

7'

7

6' 6

5 4

lc1

qc+qSR

lc2

lc3

Presiunile intermediare de compresie:

[ ]barppp

ppp

cii

cvi

⋅=

⋅=

'"

'

qc+qSR

V

1

2

5

lc1

6

3

4 lc2

BI1

8 m3

m1

VL1

m2

C - SR

7 6

q0

lc3

VL2

VL3

2

BI2

9

10

11

12

K1

K2

K3

Page 20: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Schema şi ciclul IFCMV în cascadă

� Sarcina termică a schimbătorului vaporizator-condensator:

[ ]kWqmqmQ ssiciCV is ,0, ⋅=⋅=− &&

ss

ii

s

ic

i

ssssiiic

ii

ii

q

q

m

m

kg

kJiiqiiq

41

32

,0

,

41,032, ;−

−===⇒

−=−=

&

� Puterea frigorifică specifică (în cascada inferioară):

−=

kg

kJiiq ii 410

� Sarcina termică specifică la condensare în cascada superioară:

−=

kg

kJiiq ssc 32

� Lucrul mecanic specific de comprimare (raportat la debitul de agent

frigorific din cascada inferioară):

( )ssiiscic

i

scsici

i

c iiiillm

lmlm

m

Pl 1212,,

,,−⋅+−=⋅+=

⋅+⋅== µµ

&

&&

&

� Eficienţa frigorifică:

( )ssii

iif

iiii

ii

l

q

1212

410

−⋅+−

−==

µε

1s

2s

3s Tc

Tv

T

s

2’s

C

4s 1i

2i

2’i 3i

4i

q0

C qc

V

lc,i

lc,s

mi

VLi

ms

Vs - Ci

q0

VLs

1i

2i 3i

4i

4s

3s

1s

2s

Ks

Ki

Page 21: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Calcul termic al IFCMV

� Datele necesare pentru efectuarea calcului termic:

o Puterea frigorifică, Q0 [kW];

o Temperatura de vaporizare, tv [ºC];

o Temperatura de condensare, tc [ºC];

o Gradul de subrăcire, ∆tSR [ºC] ( )SRcSR ttt ∆−= ;

o Gradul de supraîncălzire, ∆tSI [ºC] ( )SIvSI ttt ∆+= ;

Cu ajutorul datelor de intrare, al diagramelor şi tabelelor, se stabilesc

parametrii de stare ai agentului frigorific în punctele caracteristice ale ciclului

frigorific.

� Debitul masic de agent frigorific:

=s

kg

q

Qm

0

0&

� Debitul volumetric de agent frigorific:

⋅=

s

mvmV

3

&&

unde v este volumul specific al vaporilor aspiraţi în compresor, în [m3/kg];

� Cilindreea compresorului (volumul descris în unitatea de timp de pistoane

la cursa lor de aspiraţie):

=

s

mVC

3

λ

&

unde λ este factorul de debit al compresorului:

etinietinlm λλλλλλλλ ⋅⋅=⋅⋅⋅= , unde:

mλ este coeficientul spaţiului mort;

lλ - coeficientul de laminare;

iλ - coeficientul indicat, lmi λλλ ⋅= ;

inλ - coeficientul de încălzire, c

vin

T

T≈λ ;

etλ - coeficientul de etanşare ( )98,096,0 ÷∈etλ .

Page 22: Domenii de utilizare a frigului artificial2407mewebnode.yolasite.com/resources/6.pdfnivelul de temperatur ă al celor dou ă surse de c ăldur ă. ... atac ă Cu şi aliajele sale);

Coeficientul indicat, denumit şi randamentul volumetric al compresorului:

⋅−=

= 11

1

m

v

c

v

ci

p

pc

p

pfλ ,

unde V

Vc 0= este coeficientul spaţiului mort, ( )08,001,0 ÷∈c

m – exponentul politropic, ( )1,19,0 ÷∈m

V0 – volumul spaţiului mort;

Volumul cursei pistonului:

sd

V ⋅⋅

=4

2π, unde d este diametrul cilindrului iar s cursa pistonului;

� Sarcina termică a condensatorului:

[ ]kWqmQ cc ⋅= &

� Puterea termică a subrăcitorului:

[ ]kWqmQ SRSR ⋅= &

� Puterea efectivă a compresorului, necesară pentru alegerea motorului de

antrenare:

[ ]kWlmlm

Pm

c

mi

sc

e ηηη⋅

=⋅

⋅=

&& ,

=

v

ci

p

pfη este randamentul indicat al compresorului;

( )hm Vf &=η - randamentul mecanic al compresorului;

� Debitul agentului de răcire:

∆⋅=

s

kg

tc

Qm

capa

cca

,

,&

∆⋅=

s

kg

tc

Qm

SRapa

SRSRa

,

,&