instalatii frigorifice

1

Instalatia frigorifica cu comprimare mecanica intr-o treapta

cu subracitor de lichid si separator de lichid (pt NH3 - amoniac)

Prin preluarea caldurii de la mediul care se raceste, agentul frigorific (amoniacul) vaporizeaza

in vaporizatorul V izoterm-izobar la temp de vaporizare t0 si presiunea de vaporizare p0. Vaporii

produsi continand picaturi de lichid intra in separatorul SL. Picaturile de lichid se depun urmand a fi

returnate in vaporizatorul frigorific. Rezulta vapori saturati uscati care sunt comprimati adiabatic de la

presiunea de vaporizare pana la presiunea de condensare pk. Picaturile de ulei sunt separate de vapori

prin intermediul separatorului de ulei SU. Vaporii supraincalziti prin comprimare sunt refulati in

condensatorul K. Aici are loc subracirea izobara pana la starea de saturatie urmata de condensarea

propriu-zisa, proces izoterm-izobar, la temperatura de condensare tk si presiunea de condensare tk.

Caldura de subracire si condensare este cedata unui agent de racire (apa). Lichidul saturat rezultat se

subraceste izobar in subracitorul de lichid cedand caldura de subracire unui agent de racire. Amoniacul

lichid subracit este inmagazinat in rezervorul de lichid RL Din rezervor, amoniacul trece prin ventilul

de laminare VL in care are loc laminarea izentalpica rezultand vapori umezi. In SL are loc separarea

amoniacului lichid care este introdus in vaporizator, de vaporii ce vor completa debitul de vapori

rezultati in urma procesului de vaporizare din V si care vor fi aspirati de compresorul mecanic.

2

Calculul termic :

Determinarea temperaturii şi presiunii de vaporizare:

Temperatura de vaporizare: t0= ts2 - �t0

Presiunea de vaporizare: p0=f(t0)

Determinarea temperaturii şi presiunii de condensare:

Temperatura de condensare: tk = tw2 + �tk

Presiunea de condensare: pk=f(tk)

Temperatura de subrăcire a lichidului în subrăcitor (SR):

tSR = t4 = tw1 + �tSR

Puterea frigorifică specifică masică: q0 = i1 - i5 [kJ/kg]

Puterea frigorifică specifică volumică: q0v= q0 / v1 [kJ/m3]

Puterea specifică de condensare: qk = i2 - i3 [kJ/kg]

Puterea specifică de subrăcire: qSR = i3 - i4 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific de comprimare: l= i2 - i1 [kJ/kg]

Debitul masic de agent frigorific 0

0

q

Qm =•

[kg/s]

Puterea termică a condensatorului: KK qmQ ⋅=•

[kW]

Puterea termică a subracitorului: SRSR qmQ ⋅=•

[kW]

Puterea adiabatică de comprimare: lmPa ⋅=•

[kW]

Bilanţul energetic global: Q0+Pa= Qk+QSR

Eficienta frigorifica a

fP

QCOP 0)( =ε

3

Instalatia frigorifica cu comprimare mecanica intr-o treapta

cu schimbator de caldura regenerativ (pt freon)

In cazul freonilor procesul de vaporizare are loc in interiorul tevilor pentru a permite vaporilor

formati sa aiba viteza suficient de mare, capabila sa produca antrenarea uleiului in exces din

vaporizator in compresor. Prin preluarea caldurii de la mediul care se raceste, agentul frigorific

vaporizeaza in vaporizatorul V izoterm-izobar la temp de vaporizare t0 si presiunea de vaporizare p0, tot

aici avand loc si o mica supraincalzire izobara a vaporilor (6-6’). Vaporii rezultati se supraincalzesc in

continuare izobar in schimbatorul de caldura, de la lichidul saturat care se supraraceste izobar in acelasi

aparat. Vapori sunt comprimati adiabatic de la presiunea de vaporizare pana la presiunea de condensare

pk. Vaporii supraincalziti prin comprimare sunt refulati in condensatorul K. Aici are loc subracirea

izobara pana la starea de saturatie urmata de condensarea propriu-zisa, proces izoterm-izobar, la

temperatura de condensare tk si presiunea de condensare tk. Caldura de subracire si condensare este

cedata unui agent de racire (apa). Amoniacul lichid este inmagazinat in rezervorul de lichid RL Din

rezervor, amoniacul trece prin schimbatorul de caldura si apoi prin ventilul de laminare VL in care are

loc laminarea izentalpica rezultand vapori umezi.

4

Calculul termic :







Temperatura de supraincalzire a vaporilor in vaporizator : t6’ = t0 + 5...6 °C

Temperatura vaporilor supraincalziti aspirati de compresor : t1 = t6’ + 12...15 °C

Entalpia lichidului racit i4 : din bilantul termic i3 – i4 = i1 – i6’ rezulta i4 = i3 – i1 + i6’

Puterea frigorifică specifică masică: q0 = i6’ - i5 [kJ/kg]

Puterea frigorifică specifică volumică: q0v= q0 / v6’ [kJ/m3]


Puterea specifică pe schimbat de caldura: qSC = i1 - i6’ = i3 - i4 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific de comprimare: l= i2 - i1 [kJ/kg]


0

q

Qm =•

[kg/s]


[kW]

Puterea termică a schimb de caldura: SCSC qmQ ⋅=•

[kW]

Puterea adiabatică de comprimare: lmPa ⋅=•

[kW]

Bilanţul energetic global: Q0+Pa= Qk [kW]

Eficienta frigorifica a

fP

QCOP 0)( =ε

5

Instalatia frigorifica cu comprimare mecanica in doua trepte

cu racitor intermediar RI cu o laminare (pt amoniac)





presiunea de vaporizare pana la presiunea intermediara pi in compresorul de joasa presiune C1. Are loc

apoi o racire izobara a vaporilor prin racitorul intermediar RI. Vaporii rezultati sunt comprimati

adiabatic de la presiunea intermediara pana la presiunea de condensare pk in compresorul de inalta

presiune C2. Vaporii supraincalziti prin comprimare sunt refulati in condensatorul K. Aici are loc

subracirea izobara pana la starea de saturatie urmata de condensarea propriu-zisa, proces izoterm-

izobar, la temperatura de condensare tk si presiunea de condensare tk. Caldura de subracire si

condensare este cedata unui agent de racire (apa). Lichidul saturat rezultat se subraceste izobar in

subracitorul de lichid cedand caldura de subracire unui agent de racire. De aici trece prin ventilul de

laminare VL in care are loc laminarea izentalpica rezultand vapori umezi. In SL are loc separarea



6

Calculul termic :









Presiunea intermediară ki

i

ki pppp

p

p

p⋅=⇒= 0

0

Temperatura intermediara : ti = f(pi)





Lucrul mecanic specific in prima treapta de comprimare: l1= i2 - i1 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific in a doua treapta de comprimare: l2= i3 - i2’ [kJ/kg]


0

q

Qm =•

[kg/s]


[kW]


[kW]

Puterea adiabatică in prima treapta de comprimare: 11 lmPa ⋅=•

[kW]

Puterea adiabatică in a doua treapta de comprimare: 22 lmPa ⋅=•

[kW]

Bilanţul energetic global: Q0+Pa1 + Pa2 = Qk + QSR

Eficienta frigorifica 21

0)(aa

fPP

QCOP

+=ε

7


cu injectie partiala de lichid (pt amoniac)





presiunea de vaporizare pana la presiunea intermediara pi in compresorul de joasa presiune C1. Vaporii

supraincalziti se subracesc pana la starea de saturatie in butelia de racire intermediara BRI., cedand

caldura pt crearea de noi vapori in BRI. Vaporii deveniti saturati impreuna cu vaporii formati in butelie,

sunt comprimati adiabatic de la presiunea intermediara pana la presiunea de condensare pk in

compresorul de inalta presiune C2. Vaporii supraincalziti prin comprimare sunt refulati in

condensatorul K. Aici are loc subracirea izobara pana la starea de saturatie urmata de condensarea

propriu-zisa, proces izoterm-izobar, la temperatura de condensare tk si presiunea de condensare tk.

Caldura de subracire si condensare este cedata unui agent de racire (apa). Lichidul saturat rezultat se

subraceste izobar in subracitorul de lichid cedand caldura de subracire unui agent de racire. De aici

debitul se divide in 2 parti : o parte se injecteaza in BRI prin intermediul ventilului de laminare VL2,

iar a doua parte se subraceste in serpentina montata in butelie. Lichidul subracit in serpentina se

lamineaza in ventilul de laminare VL1 dupa care agentul intra in SL unde are loc separarea



8

Calculul termic :










i

ki pppp

p

p

p⋅=⇒= 0

0


Temperatura amoniacului lichid la iesirea din BRI: t7 = ti + �ti , �ti = 10....15 °C






Lucrul mecanic specific in a doua treapta de comprimare: l2= i3 - i2” [kJ/kg]

Debitul masic de agent frigorific in prima treapta 0

01

q

Qm =•

[kg/s]

Debitul masic de agent frigorific in a doua treapta:

"22715161221 imimimimmim ⋅+⋅=⋅+⋅

−+⋅

••••••

i5 = i6

6"2

7212

ii

iimm

−

−⋅=

••

[kg/s]


2 [kW]


2 [kW]

Puterea termica pe BRI: ( ) )()( 751"2216"212 iimiimiimmQBRI −⋅+−⋅=−⋅

−=

••••

[kW]


[kW]

9


[kW]



0)(aa

fPP

QCOP

+=ε

10


cu injectie totala de lichid (pt amoniac)

In BRI au loc urmatoarele procese : Debitul m1 de vapori supraincalziti se subracesc pana la

starea de saturatie (pi, ti) de la 2 la 2˝ si caldura de subracire este cedata debitului m2-m1 de vapori

umezi care intra cu starea 6 si vaporizeaza izoterm-izobar pana la starea de saturatie (pi, ti) 2`` . Restul

de debit de vapori umezi (m1) condenseaza izoterm-izobar cedand caldura de condensare debitului

(m2-m1) care vaporizeaza. Pentru crearea de noi vapori in butelie se utilizeaza atat caldura de subracire

cat si caldura de condensare. Celelalte procese sunt similare cu cele de mai sus.

11

Calculul termic :










i

ki pppp

p

p

p⋅=⇒= 0

0


Temperatura amoniacului lichid la iesirea din BRI: t7 = ti + �ti , �ti = 10....15 °C








01

q

Qm =•

[kg/s]


"22716221 imimimim ⋅+⋅=⋅+⋅••••

6"2

7212

ii

iimm

−

−⋅=

••

[kg/s]


2 [kW]


2 [kW]

Puterea termica pe BRI: ( ) )()( 761"2216"22 iimiimiimQBRI −⋅+−⋅=−⋅=•••

[kW]


[kW]

12


[kW]



0)(aa

fPP

QCOP

+=ε

Sper ca e bine ...ca partea asta era tema de casa.....

13


cu o temperatura de vaporizare (pt freon)

In cazul freonilor procesul de vaporizare are loc in interiorul tevilor pentru a permite vaporilor

formati sa aiba viteza suficient de mare, capabila sa produca antrenarea uleiului in exces din

vaporizator in compresor. Prin preluarea caldurii de la mediul care se raceste, agentul frigorific

vaporizeaza in vaporizatorul V izoterm-izobar la temp de vaporizare t0 si presiunea de vaporizare p0, tot

aici avand loc si o mica supraincalzire izobara a vaporilor (9-9’). Vaporii rezultati se supraincalzesc in

continuare izobar in schimbatorul de caldura, de la lichidul saturat care se supraraceste izobar in acelasi

aparat. Vaporii sunt comprimati adiabatic de la presiunea de vaporizare p0 pana la presiunea

intermediara pi in compresorul de joasa presiune C1. Vaporii supraincalziti se subracesc pana la starea

de saturatie in butelia de racire intermediara BRI., cedand caldura pt crearea de noi vapori in BRI.

Vaporii deveniti saturati impreuna cu vaporii formati in butelie, sunt comprimati adiabatic de la

presiunea intermediara pana la presiunea de condensare pk in compresorul de inalta presiune C2.

Vaporii supraincalziti prin comprimare sunt refulati in condensatorul K. Aici are loc subracirea izobara

pana la starea de saturatie urmata de condensarea propriu-zisa, proces izoterm-izobar, la temperatura de

condensare tk si presiunea de condensare tk. Caldura de subracire si condensare este cedata unui agent

de racire (apa). Lichidul se subraceste apoi in schimbatorul de caldura dupa care debitul se divide in 2

parti : o parte se injecteaza in BRI prin intermediul ventilului de laminare VL2, iar a doua parte se

subraceste in serpentina montata in butelie. Lichidul subracit in serpentina se lamineaza in ventilul de

laminare VL1 dupa care agentul intra in SL unde are loc separarea amoniacului lichid care este introdus

in vaporizator, de vaporii ce vor completa debitul de vapori rezultati in urma procesului de vaporizare

din V si care vor intra din nou in schimbatorul de caldura.

14

Calculul termic :








i

ki pppp

p

p

p⋅=⇒= 0

0


Temperatura freonului lichid la iesirea din BRI: t7 = ti + �ti , �ti = 10....15 °C



Entalpia i5 :

Bilantul termic pe SC : ( ) )( 542'911 iimiim −⋅=−⋅••

54

'91

1

2

ii

ii

m

m

−

−=

•

•

Bilantul termic pe BRI : 6"2

7212

ii

iimm

−

−⋅=

••

rezulta 54

'91

6"2

72

ii

ii

ii

ii

−

−=

−

− de unde se scoate i5







01

q

Qm =•

[kg/s]


"22715161221 imimimimmim ⋅+⋅=⋅+⋅

−+⋅

••••••

i5 = i6

6"2

7212

ii

iimm

−

−⋅=

••

[kg/s]


2 [kW]

15

Puterea termică a schimbat de caldura: ( ) )( 542'911 iimiimQSC −⋅=−⋅=••

[kW]

Puterea termica pe BRI: ( ) )()( 751"2216"212 iimiimiimmQBRI −⋅+−⋅=−⋅

−=

••••

[kW]


[kW]


[kW]

Bilanţul energetic global: Q0+Pa1 + Pa2 = Qk


0)(aa

fPP

QCOP

+=ε

16


cu doua surse racite (2 temperaturi de vaporizare) (pt amoniac)

Instalatia este prevazuta cu doua vaporizatoare (V1 si V2). In V1 se asigura o temperatura mai

joasa decat in V2. In V1 are loc vaporizarea izoterm-izobara la temperatura de vaporizare t01 si

presiunea de vaporizare p01 , iar in V2 are loc vaporizarea izoterm-izobara la temperatura de vaporizare

t02 si presiunea de vaporizare p02. In BRI se va regasi temperatura de saturatie t02 si presiunea p02.

Vaporii produsi in V1 sunt comprimati in compresorul C1 de la presiunea p01 la presiunea p02. In

compresorul C2 are loc comprimarea vaporilor saturati de la presiunea p02 la presiunea de condensare

pk. Debitul de agent frigorific de stare 6 care intra in butelia de racire sufera urmatoarele procese : o

parte condenseaza si alimenteaza vaporizatorul V1, o alta parte intra in V2, iar restul sufera procesul de

vaporizare preluand caldura de condensare si caldura de subracire a vaporilor refulati de prima treapta

de comprimare. Vaporii saturati obtinuti in BRI impreuna cu vaporii refulati de prima treapta de

comprimare (care s-au subracit) si vaporii produsi in V2 sunt aspirati in compresorul C2. Celelalte

procese sunt similare cu cele de sus.

17

Datele de calcul:

Puterea frigorifica de joasa temperatura : Q01 [kW]

Puterea frigorifica de inalta temperatura : Q02 [kW]

Temperaturile agentului racit la temperatura joasa : tS1 / tS2 [°C]

Temperaturile agentului racit la temperatura inalta : tS3 / tS4 [°C]

Temperaturile agentului de racire : tW1 / tW2 [°C]

Calculul termic :

Determinarea temperaturii şi presiunii de vaporizare in V1:



Determinarea temperaturii şi presiunii de vaporizare in V2:








Puterea frigorifică specifică masică a lui V1: q01 = i1 - i8 [kJ/kg]

Puterea frigorifică specifică volumică a lui V1: q01v= q01 / v1 [kJ/m3]

Puterea frigorifică specifică masică a lui V2: q02 = i2” - i6 [kJ/kg]

Puterea frigorifică specifică volumică a lui V2: q02v= q02 / v2” [kJ/m3]





18


011

q

Qm =•

[kg/s]

Debitul masic de agent frigorific vehiculat in V2: 02

022

q

Qm =•

[kg/s]


"23627163"2221 imimimimimim ⋅+⋅+⋅=⋅+⋅+⋅••••••

2

6"2

7213

•••

+−

−⋅= m

ii

iimm [kg/s]


3 [kW]


3 [kW]


[kW]


[kW]

Bilanţul energetic global: Q01 + Q02 + Pa1 + Pa2 = Qk + QSR


0201)(aa

fPP

QQCOP

+

+=ε

19

Instalatia frigorifica cu comprimare mecanica in trei trepte

cu o sursa de racire (pt amoniac)

Fata de IF cu 2 trepte, IF in trei trepte este prevazuta in plus cu o treapta de comprimare si cu o

butelie intermediara de racire. Procesele din BRI sunt cele similare injectiei totale. Din debitul total

injectat in BRI (BRI1, BRI2) o parte condenseaza, iar restul de debit vaporizeaza izoterm-izobar (in

BRI1 la presiunea intermediara pi1 , iar in BRI2 la presiunea intermediara pi2). Vaporizarea si deci

creearea de noi vapori se realizeaza datorita preluarii caldurii de condensare si a caldurii de subracire a

vaporilor refulati in fiecare butelie.

20

Datele de calcul:

Puterea frigorifica a instalatiei : Q0 [kW]

Temperaturile agentului racit : tS1 / tS2 [°C]


Calculul termic :






Presiunea intermediara din BRI1 : kiiii

i

k

i

ii pppsipppp

p

p

p

p

p⋅=⋅=⇒== 1

2

220

2

1

21

2

0

1

3 2

011

2

0

4

1 kikii ppppppp ⋅=⇒⋅⋅=⇒

Presiunea intermediara din BRI2 : 20

2

11

2

2

21

2

0

1

iiiki

i

k

i

ii pppsipppp

p

p

p

p

p⋅=⋅=⇒==

30

2

220

24

2 ppppppp kiiki ⋅=⇒⋅⋅=⇒






Lucrul mecanic specific in a doua treapta de comprimare: l2= i4 - i3 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific in a treia treapta de comprimare: l3= i6 - i5 [kJ/kg]


01

q

Qm =•

[kg/s]


113

122123212111221

ii

iimmimimimim

−

−⋅=⇒⋅+⋅=⋅+⋅

••••••

[kg/s]

Debitul masic de agent frigorific in a treia treapta:

95

10423531029342

ii

iimmimimimim

−

−⋅=⇒⋅+⋅=⋅+⋅

••••••

21


3 [kW]


3 [kW]


[kW]


[kW]

Puterea adiabatică in a treia treapta de comprimare: 333 lmPa ⋅=•

[kW]

Bilanţul energetic global: Q0 + Pa1 + Pa2 + Pa3= Qk + QSR


0)(aaa

fPPP

QCOP

++=ε

22

Instalatia frigorifica in cascada dubla cu freon - freon

23

Instalatia este realizata prin cuplarea prin intermediul condensatorului – vaporizator (K-V) a

doua instalatii intr-o treapta de comprimare cu schimbator de caldura regenerativ. Agentii frigorifici

(freoni) sunt diferiti in cele doua cascade.

Agentul frigorific din cascada inferioara vaporizeaza si se supraincalzeste usor in vaporizatorul

V, vaporii produsi supraincalzindu-se in continuare in schimbatorul de caldura SC1 pe seama subracirii

lichidului. Vaporii supraincalziti sunt aspirati de compresorul din cascada inferioara C1 care ii

comprima adiabatic de la presiunea din vaporizator pana la presiunea de condensare din condensatorul

vaporizator K-V. Vaporii comprimati sunt refulati in condensatorul vaporizator K-V unde condenseaza

cedand caldura de condensare agentului frigorific cu care lucreaza cascada superioara. Condensatul

rezultat se subraceste in SC1, se lamineaza in VL1 pana la presiunea din vaporizatorul V dupa care

intra in V pentru a relua ciclul din cascada inferioara.

Agentul frigorific din cascada superioara vaporizeaza si se supraincalzeste usor in

condensatorul - vaporizator K-V, vaporii produsi supraincalzindu-se in continuare in schimbatorul de

caldura SC2 pe seama subracirii lichidului. Vaporii supraincalziti sunt aspirati de compresorul din

cascada superioara C2 care ii comprima adiabatic de la presiunea din condensatorul – vaporizator K-V

pana la presiunea de condensare din condensatorul K. Vaporii comprimati sunt refulati in

condensatorul K unde se subracesc si condenseaza. Condensatul rezultat se subraceste in SC2, se

lamineaza in VL2 pana la presiunea din condensatorul - vaporizator K-V dupa care intra in K-V pentru

a relua ciclul din cascada superioara.

24

Datele de calcul:




Calculul termic :

Cascada inferioara:




Determinarea temperaturii şi presiunii de condensare in K-V:

Se impun: temperatura de condensare a agentului din cascada inferioara tk1, si temperatura de

vaporizare a agentului din cascada superioara t02 astfel incat: tk1 – t02 = 5...10 °C

Presiunea de condensare: pk1=f(tk1)



Entalpia lichidului subracit : '6134'6143 iiiiiiii +−=⇒−=− [kJ/kg]

Cascada superioara:

Presiunea de vaporizare: p02=f(t02) unde t02 a fost impusa mai sus.


Temperatura de condensare: tk2= tw2 + �tk


Temperatura de supraincalzire a freonului in K-V : t12’ = t12 + 5...6 °C

Temperatura de supraincalzire a vaporilor in SC2 : t7 = t12 + 10...15 °C




Puterea specifica pe SC1: qSC1 = i1 - i6’ = i3 - i4 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific in cascada inferioara: l1= i2 - i1 [kJ/kg]


Puterea specifica pe SC2: qSC2 = i7 - i12’ = i9 - i10 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific in cascada superioara: l2= i8 - i7 [kJ/kg]

25

Debitul masic de agent frigorific din cascada inferioara 0

01

q

Qm =•

[kg/s]

Debitul masic de agent frigorific din cascada superioara:

11'12

321211'122321 )()(

ii

iimmiimiimQ VK

−

−⋅=⇒−⋅=−⋅=

••••

−

•

[kg/s]

Puterea termică a SC1: 111 SCSC qmQ ⋅=•

[kW]

Puterea adiabatică de comprimare din cascada inferioara: 111 lmPa ⋅=•

[kW]


2 [kW]

Puterea termică a SC2: 222 SCSC qmQ ⋅=•

[kW]

Puterea adiabatică de comprimare din cascada superioara: 222 lmPa ⋅=•

[kW]

Bilanţul energetic global: Q0 + Pa1 + Pa2 = Qk


0)(aa

fPP

QCOP

+=ε

26

Instalatia frigorifica in cascada dubla cu freon - amoniac

27

Instalatia este realizata prin cuplarea prin intermediul condensatorului – vaporizator (K-V) a

doua instalatii intr-o treapta de comprimare cu schimbator de caldura regenerativ. Agentii frigorifici

(freon si amoniac) sunt diferiti in cele doua cascade.

Agentul frigorific din cascada inferioara (freon) vaporizeaza si se supraincalzeste usor in

vaporizatorul V, vaporii produsi supraincalzindu-se in continuare in schimbatorul de caldura SC pe

seama subracirii lichidului. Vaporii supraincalziti sunt aspirati de compresorul din cascada inferioara

C1 care ii comprima adiabatic de la presiunea din vaporizator pana la presiunea de condensare din

condensatorul vaporizator K-V. Vaporii comprimati sunt refulati in condensatorul vaporizator K-V

unde condenseaza cedand caldura de condensare agentului frigorific cu care lucreaza cascada

superioara. Condensatul rezultat se subraceste in SC, se lamineaza in VL1 pana la presiunea din

vaporizatorul V dupa care intra in V pentru a relua ciclul din cascada inferioara.

Vaporii de amoniac ai cascadei superioare devin saturati uscati in separatorul de lichid SL.

Vaporii sunt aspirati de compresorul din cascada superioara C2 care ii comprima adiabatic. Vaporii

comprimati sunt refulati in condensatorul K unde se subracesc si condenseaza. Condensatul se

subraceste in subracitorul SR, se lamineaza in VL2 dupa care intra in K-V unde vaporizeaza prin

intermediul SL.

28

Datele de calcul:




Calculul termic :

Cascada inferioara:




Determinarea temperaturii şi presiunii de condensare in K-V:

Se impun: temperatura de condensare a agentului din cascada inferioara tk1, si temperatura de

vaporizare a agentului din cascada superioara t02 astfel incat: tk1 – t02 = 5...10 °C





Cascada superioara:

Presiunea de vaporizare: p02=f(t02) unde t02 a fost impusa mai sus.


Temperatura de condensare: tk2= tw2 + �tk


Temperatura de subracire a lichidului :tSR = t10 = tw1 + �tSR

29



Puterea specifica pe SC: qSC = i1 - i6’ = i3 - i4 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific in cascada inferioara: l1= i2 - i1 [kJ/kg]


Puterea specifica de subracire: qSR = i9 - i10 [kJ/kg]

Lucrul mecanic specific in cascada superioara: l2= i8 - i7 [kJ/kg]

Debitul masic de agent frigorific din cascada inferioara 0

01

q

Qm =•

[kg/s]

Debitul masic de agent frigorific din cascada superioara:

117

32121172321 )()(

ii

iimmiimiimQ VK

−

−⋅=⇒−⋅=−⋅=

••••

−

•

[kg/s]

Puterea termică a SC: SCSC qmQ ⋅=•

1 [kW]

Puterea adiabatică de comprimare din cascada inferioara: 111 lmPa ⋅=•

[kW]


2 [kW]

Puterea termică a SR: SRSR qmQ ⋅=•

2 [kW]

Puterea adiabatică de comprimare din cascada superioara: 222 lmPa ⋅=•

[kW]

Bilanţul energetic global: Q0 + Pa1 + Pa2 = Qk + QSR


0)(aa

fPP

QCOP

+=ε

30

CONDENSATOARE FRIGORIFICE RACITE CU APA

Condensatorul frigorific multitubular orizontal

1 – manta (virola) ; 2 – capace ; 3 – conducta de racire ; 4 – placi tubulare ; 5 – racord intrare apa de

racire ; 6 – racord iesire apa de racire ; 7 – racord intrare agent frigorific ; 8 – racord iesire agent

frigorific ; 9 – sicana pentru apa de racire ; 10 – garnitura ; 11 – sistem de strangere.

Apa de racire circula in interiorul tevilor, iar agentul frigorific condenseaza in exteriorul tevilor

(in spatiul intertubular). Viteza de circulatie a apei este intre 1 si 2 m/s.

Dimensionare condensatorului multitubular orizontal :

Date de calcul :

- puterea termica a condensatorului Qk [W]

- agentul frigorific

- temperatura de condensare a agentului frigorific: tk [°C]

- temperaturile apei de racire : tw1 / tw2 [°C]

Dimensionarea termica :

Suprafata de transfer de caldura a condensatorului :

][ 2m

q

QS k

k

•

= , unde q = puterea termica unitara [W/m2]

Transferul de caldura se realizeaza prin:

- convectie de la agentul frigorific spre peretele tevii

- conductie prin peretele tevii inclusiv depunerile de piatra si ulei

- convectie fortata de la peretele tevii spre apa de racire

ulei

agent frigorific piatra

αk , tk apa otel / cupru

αw , tw

31

Pentru determinarea lui q se utilizeaza metoda grafo-analitica deoarece temperatura peretelui

tevii e necunoascuta. Se creeaza doua functii f1 si f2 :

( )

−

+

=

∑21 1

1

m

Wttf wmp

W λ

δ

α

( ) ( )

−=−=

22 1

1

m

Wttttf pkkpk

k

α

α

Determinarea lui f1 :

tp – temperatura peretelui

2

21 ww

wm

ttt

+= - temperatura medie a apei de racire

++=∑

W

Km

u

u

p

p

CuOL

CuOL2

)(

)(

λ

δ

λ

δ

λ

δ

λ

δ - rezistenta termica prin conductie la trecerea caldurii prin

peretele tevii, stratul de piatra si pelicula de ulei.

OLδ - grosimea peretelui tevii [m]

OLλ - coeficientul de conductibilitate termica a peretelui tevii din otel (50...55 W/mK)

pδ - grosimea stratului de piatra depus pe interior (0,4...0,5 mm)

pλ - coeficientul de conductibilitate termica a stratului de piatra (2,3...3,4 W/mK)

uδ - grosimea stratului de ulei depus pe exterior (0,05...0,08 mm)

uλ - coeficientul de conductibilitate termica a peliculei de ulei (0,14 W/mK)

αw - coeficientul de convectie pe partea apei de racire

⋅=

Km

W

d

Nu

i

W

W 2

λα

Wλ - coeficientul de conductibilitate termica a apei [W/mK]

di – diametrul interior al tevilor din fascicol [m]

Nu = 0,023 Re0,8

Pr0.4

υ

idw ⋅=Re

υ - vascozitatea cinematica a apei [m2/s]

w – viteza de circulatie a apei [m/s]

λ , υ , Pr - se determina pentru apa din tabele in functie de temperatura medie a apei twm ;

Determinarea lui f2 :

tp – temperatura peretelui

αk - coeficientul de convectie a agentului frigorific

⋅=

Km

W

d

Nu

ech

k 2

λα

λ - coeficientul de conductibilitate termica a agentului frigorific [W/mK]

32

di – diametrul echivalent al tevilor din fascicol [m] (pt tevi netede dech=de)

Nu = 0,724 (Ga . Pr

. Ku)

0,25

2

3

υechdg

Ga⋅

= - criteriul Galilei

)( pkp ttc

lKu

−⋅= - criteriul Kutateladze

cp , λ , υ , Pr - se determina pentru freon sau amoniac din tabele in functie de temperatura de

condensare tk ;

Eroarea relativa %2),max( 21

21≤

−=

ff

ffEr

Notam

∑+

=

λ

δ

αW

c1

11 ; c2 = twm ;

25.0

2

3

3 Pr724,0

⋅⋅

⋅⋅⋅=

p

ech

ech c

ldg

dc

υ

λ; c4 = tk .

f1(tp) = c1 (tp – c2);

f2(tp) = c3 (c4 – tp)0,75

33

Condensatorul frigorific cu placi

Se utilizeaza tot mai mult in instalatiile frigorifice ; sunt caracterizati de coeficienti de transfer

termic ridicati, diferenta de temperatura intre cei doi agenti frigorificieste mica (2 K) ; dimensiuni si

gabarite mici, debit de agent frigorific mai mic decat la cele tubulare.

Sunt realizate prin 2 metode :

- cu etansare pe circuitul apei de racire

- prin sudare : otel inoxidabil

Placile, datorita prelucrarii lor si a distantei foarte mici intre ele, permit realizarea unei

turbulente ridicate, ceea ce duce la cresterea k.

Apa circula ascendent intre 2 placi si agentul frigorific actioneaza descendent.

δ

Dimensionare condensatorului cu placi :

Date de calcul :

- puterea termica a condensatorului Qk [W]

- agentul frigorific

- temperatura de condensare a agentului frigorific: tk [°C]

- temperaturile apei de racire : tw1 / tw2 [°C]

Dimensionarea termica :

Suprafata de transfer de caldura a condensatorului :

][)(

2m

tk

QS

m

k

k∆⋅

=

•

, unde k = coeficientul global de caldura in condensator [W/m2K]

mt)(∆ - diferenta de temperatura medie logaritmica intre agentul de racire si agentul frigorific

++

=

∑ Km

Wk

kW

211

1

αλ

δ

α

∑λ

δ - rezistenta termica prin conductie la trecerea caldurii prin pelicula de ulei, placa si

stratul de piatra

αw - coeficientul de convectie pe partea apei de racire

αk - coeficientul de convectie a agentului frigorific

34

Calculul preliminar :

tk

∆tmin

tw2

∆tM

tw1

[ ]C

tt

tt

tt

tt

tt

ttttt

wk

wk

ww

wk

wk

wkwk

m °

−

−

−=

−

−

−−−=∆

2

1

12

2

1

21

lnln

)()()(

Se alege preliminar kp , si se propun dimensiunile placii si distanta intre placi :

- l – latimea placii [mm]

- h – inaltimea placii [mm]

- δ – distanta intre placi [mm]

Se determina suprafata preliminara a condensatorului :

][)(

2m

tk

QS

mp

k

pk∆⋅

=

•

][2 2

1 mhlS ⋅⋅= - suprafata de transfer pentru o trecere

12 S

SN

pk

T⋅

= - numarul de treceri

12 +⋅= Tp NN - numarul de placi

Calculul definitiv :

Determinarea lui wα :

⋅=

Km

W

d

Nu

h

w

w 2

λα - coeficientul de convectie pe partea apei de racire

wλ - coeficientul de conductibilitate termica a apei [W/mK]

dh = 2 . δ - diametrul hidraulic [m]

Nu = 0,3 Re0,663

Pr0,33

υ

δ

υ

⋅⋅=

⋅=

2Re

wdw h

υ - vascozitatea cinematica a apei [m2/s]

w – viteza de circulatie a apei [m/s]

]/[ smlN

Gw

T

m

ρδ ⋅⋅⋅=

]/[)( 12

skgttc

QG

wwp

k

m−⋅

=

•

- debitul masic de apa de racire

cp , ρ , λ , υ , Pr - se determina pentru apa din tabele in functie de temperatura medie a apei twm ;

2

21 ww

wm

ttt

+=

35

Determinarea rezistentei termice prin conductie :

++=∑

W

Km

u

u

p

p

OL

OL

2

λ

δ

λ

δ

λ

δ

λ

δ - rezistenta termica prin conductie la trecerea caldurii prin

pelicula de ulei, placa si stratul de piatra

OLδ - grosimea placii de otel [m]

OLλ - coeficientul de conductibilitate termica a placii de otel

pδ - grosimea stratului de piatra depus pe placa in interior (0,1...0,2 mm)

pλ - coeficientul de conductibilitate termica a stratului de piatra (2,3...3,4 W/mK)

uδ - grosimea stratului de ulei depus pe placa pe exterior (0,03...0,07 mm)

uλ - coeficientul de conductibilitate termica a peliculei de ulei (0,14 W/mK)

Determinarea lui kα :

⋅=

Km

W

d

Nu

h

k 2

λα - coeficientul de convectie a agentului frigorific

λ - coeficientul de conductibilitate termica a agentului frigorific [W/mK]

dh = 2 . δ - diametrul hidraulic [m]

33,04,0 PrRe118,4 ⋅⋅= echNu

η

hech

ech

dm ⋅=

•

Re

υρη ⋅= - vascozitatea dinamica [Ns/m2]

+−⋅=

••5,0

11v

mmSech xxmmρ

ρ - debitul masic specific echivalent [kg/m

2s]

xm = 0,5 – titlul mediu de vapori

lN

mm

T

S

⋅⋅=

••

δ - debitul masic specific sectiunii l⋅δ la trecerea debitului masic de agent

frigorific •

m

ρ , λ , η , Pr - se determina pentru freon sau amoniac din tabele in functie de temperatura de

condensare tk ;

∑ ++

=

kW

k

αλ

δ

α

11

1

Eroarea relativa %4≤−

=p

p

k

kkEr

Daca eroarea e mai mare se reia calculul cu o noua valoare pentru kp. Daca eroarea e mai mica,

se determina valoarea de calcul kc : ][2

2m

kkk

p

c

+=

][)(

2m

tk

QS

mc

k

k∆⋅

=

•

36

Functionarea reala a IF

Functionarea reala a compresorului volumic

Randamentul volumic:

etTl λλλλλ ⋅⋅⋅= 0

Coeficientul spațiului mort sau vătămător:

−

⋅−= 11

1

0

00

mk

p

pcλ , c0 – coeficientul relativ al spatiului vatamator (0,01....0,1)

Coeficientul de laminare:

00

00 )1(1

p

pcl

⋅

∆⋅+−=

λλ

Coeficientul de încălzire:

rasp

asp

TTT

T

sup∆+=λ

Coeficientul de etanșeitate:

λet = 0,96...0,98

Debitul volumic real :

λ

••

= t

r

VV ,

•

tV - debit volumic teoretic

Puterea reala consumata pentru comprimare

Puterea indicata :

][100060

kWLn

P i

i⋅

⋅= , Li – lucrul mecanic indicat la o rotatie, n - turatia

][kWP

Pi

a

iη

= , iη - randamentul indicat

0tbTi ⋅+= λη

Puterea consumată suplimentar față de puterea indicată, pentru învingerea frecărilor

][1000

kWVp

Pfr

fr

•

⋅= ,

•

V - debitul de vapori aspirati

Puterea efectivă (mecanica)

][kWP

Pmec

i

efη

= , mecη - randamentul mecanic

][kWPPP frief +=

Puterea totală

][1 kWP

Ptr

ef

totη

= , trη - randamentul transmisiei (0,96....1)

Puterea motorului electric:

][kWN

PP tot

ME = , N – numarul de compresoare

instalatii frigorifice

Documents

Transcript of instalatii frigorifice