1MARIN GAVRIL

TEHNICA FRIGULUII

ECHIPAMENTE DE CLIMATIZARE

Note de curs Frecven redus

2Capitolul I

1.Introducere1.1 Clasificarea instalaiilor frigorifice

Instalaiile frigorifice se pot clasifica dup: nivelul de temperaturi obinute, principiul defuncionare, tipul ciclului n periodicitate.

a) dup nivelul de temperaturi obinute se pot deosebi:- domeniul climatizrii n care frigul produs la temperaturi n general peste 0 0C, este utilizat

n scopuri de confort sau tehnologie- domeniul frigului moderat (frigul industrial) care acoper zona temperaturilor (-150

0C - 0 0C)- domeniul frigului adnc (criogeniei) unde temperaturile ajung pn la aproape de zero

absolut (-273,15 0C).b) dup principiul de funcionare :- instalaii cu comprimare mecanic, antrenate de motoare electrice sau termice, ce folosesc

proprieti elastice ale vaporilor sau gazului;- instalaii cu sorbie ce folosesc ca principiu reaciile chimice evoterne i andoterne dintre

un solvent i un dizolvant. Acestea se pot subclasifica astfel:- instalaii cu absorbie, la care procesele au loc la limita de separare dintre faza lichid i

faza gazoas;- instalaii cu absorbie, la care procesul de sorbie are loc la suprafaa absorbantului n faz

solid. Aceste instalaii folosesc ca i potenial motor energia termic.- instalaii cu jet ce utilizeaz energie cinetic a unui jet de gaz sau de vapori. Aceste

instalaii frigorifice se subclasific:- cu ejecie unde presiunea dinamic jetului creeaz o depresiune n vaporizator- cu turbionare unde jetul de gaz produce un vrtej cu efect de creare a unui gradient termic- instalaii termoelectrice ce folosesc efectul Pltir la trecerea curentului electric prin

sisteme formate din dou metale diferite, cnd se produc nclziri i rciri la locul desudare al metalelor;

- instalaii magnetice ce utilizeaz proprietatea corpurilor magnetice de a-i mri temperaturala magnetizare i a o reduce la demagnetizare.

c) dup tipul ciclului de funcionare- instalaii n circuit nchis la care agentul de lucru parcurge succesiv elementele unui circuit

nchis;- instalaii n circuit deschis la care dup ce agentul parcurge pri din instalaie este extras

parial sau total din aceasta.d) dup periodicitate- instalaii cu funcionare discontinu n regim nestaionar care funcioneaz intermitent sau

un singur aparat are mai multe roluri;- instalaii cu funcionare continu caracterizate prin aceea c sistemul se gsete n

funcionare permanent la sarcina nominal.1.3 Mrimi i procese termodinamice

1.3.1 Mrimi termodinamice i transformri de starePentru studiul fenomenelor termice, se introduce noiunea de sistem termodinamic, ce

reprezint un corp sau un ansamblu de corpuri care schimb energie i substan cu mediul ambiant.Din punctul de vedere al interaciunii dintre un sistem termodinamic i mediul ambiant, se

pot ntlni:a) sisteme deschise sau nchise dup cum exist sau nu schimb de substan cu mediul

ambiant;b) sisteme adiabatice la care nu exist schimb de cldur cu exteriorul.Un sistem termodinamic este determinat prin mrimile fizice care l caracterizeaz, numite

parametrii sau mrimi de stare.

3Deoarece n tehnica frigului intervin n multe aplicaii lichidele i gazele, mai jos suntredate mrimile de stare principale ale fluidelor.

Masa m a fluidului reprezint o msur a cantitii de substan.Presiunea p este rezultatul loviturilor moleculelor fluidului asupra vasului n care se afl

sau a suprafeelor oricrui corp cu care fluidul vine n contact direct. n practic lundu-se caorigine presiunea atmosferic se utilizeaz i noiunea de presiune relativ, care reprezint diferenadintre presiunea absolut care domnete ntr-un sistem i presiunea atmosferic.

Temperatura T exprim gradul de nclzire a unui corp, fiind rezultatul agitaieimoleculelor acestuia.

Dac T este temperatura n Kelvin iar t este temperatura n grade Celsius, atunci relaia:T = t + 273,1 (1.3.1)

Volumul specific v reprezint volumul unitii de mas, adic:

V = )(Kg

3mm

v, (1.3.2)

n care: V i m volumul pe care-l ocup fluidul, respectiv masa sa.Ecuaia care arat interdependena dintre cei patru parametri m, p, V, T, se numete ecuaia

caracteristic de stare:F(m, p, V, T) = 0 (1.3.3)

Ecuaia caracteristic exprimat pentru masa unitate rezult din relaia de mai sus prinintroducerea volumului specific:

F(p, v, T) = 0 (1.3.4)Una din ecuaiile de stare, aplicabil cu oarecare aproximaie, gazelor reale, aflate la

presiuni mici i temperaturi ridicate, este ecuaia lui Clapeyron:Pv = m TR (1.3.5)

Iar pentru unitatea de mas:Pv = RT, (1.3.6)

n care: R este constanta gazului respectiv i se exprim n (J/Kg K ).Atunci cnd un fluid i schimb starea, parametrii de stare capt noi valori. Se spune c

fluidul a suferit o transformare de stare sau un proces termodinamic.Fie starea 1 a unui fluid caracterizat de parametrii p1, v1, T1 i starea 2 caracterizat de

parametrii p2, v2, T2 (Fig. 1.1). La trecerea fluidului din starea 1 n starea 2, variaia mrimilorcaracteristice depinde numai de starea iniial 1 i de starea final 2 i este independent de drumultransformrii.

Pentru ca un proces termodinamic s fie perfect determinat este necesar cunoaterea nunumai a strilor iniiale i finale ci totalitatea strilor intermediare. Dac la transformarea din starea1 n starea 2, succesiunea de stri la transformarea de la starea 2 la starea 1, fr ca n mediulambiant s se produc vreo schimbare remanent, procesul se numete reversibil. Dac strileintermediare sunt diferite n cele dou transformri, procesul este ireversibil.

Un ciclu termodinamic poate fi reprezentat ntr-o diagram avnd ca abscis volumul, iarca ordonat presiunea.

Deoarece prin cunoaterea presiunii i a volumului, o stare oarecare a sistemului estedeterminat, rezult c unui punct din diagrama p-V i corespunde o anumit stare i numai una.

n acest fel, un ciclu oarecare 1ABC1 (v. Fig. 1.2) poate fi reprezentat n aceast diagram.

4A

B

C

1

PAPBP1PC

VB VC VA V1

P[bar]

V[m ]3

Fig. 1.3.1 Transformri de stare a unui fluid

Procesele, la care starea final este alta dect cea iniial, se numesc procesetermodinamice deschise.

Fluidul care parcurge o transformare termodinamic de stare se numete agent termic sauagent de lucru .

Exist procese caracterizate prin faptul c la trecerea de la o stare la alta unul dintreparametrii de stare rmne constant. De exemplu, procesul izobar (n care presiunea rmneconstant), procesul izoterm (n care temperatura rmne constant) .a. Relaiile dintre parametriide stare, caracteristice unor astfel de procese se pot deduce din ecuaia de stare, nlocuindparametrul care nu variaz cu o constant. De exemplu pentru procesul izoterm, nlocuind n ecuaiade stare Clapeyron temperatura cu o constant, rezult:

Pv = const., T=ct (1.7)

icare reprezint ecuaia izotermei. Similar, se obin ecuaiile izobare

TV

= const. P= ct. (1.3.8)i izocore

Tp

= const. V= ct. (1.3.9)Se poate arta c pentru un proces termodinamic adiabatic, n care nu se schimb cldura cu

exteriorul, ecuaia transformrii este:PVk = const., (1.3.10)

n care K se numete exponentul adiabatic.1.3.2 Principii termodinamice

1.3.2.1 Primul principiu al termodinamiciiPrimul principiu al termodinamicii reprezint aplicarea la fenomenele termice a principiului

conservrii energiei. El este rezultatul experienei de milenii a omenirii i are un caracter axiomatic

p

p 2 Pvk=ct.

lgp

5adic nu poate fi demonstrat. nainte de a-l enuna, se vor defini cteva noiuni cu care opereazprimul principiu.

Lucrul mecanic este o form microscopic de transmitere a energiei care se desfoar cumicare. n cazul termodinamicii acest transfer de energie este nsoit ntotdeauna de o variaie devolum. Pentru un sistem termodinamic, lucrul mecanic nu este o mrime de stare, deoarece elintervine numai la o transformare n care exist i deplasare.

Energia este capacitatea unui sistem de a produce lucru mecanic la trecerea sa de la o starela alta.

Cldura este o form microscopic de transmitere a energiei ntre dou corpuri cutemperaturi diferite datorit exclusiv micrii moleculare.

Deoarece n tehnica frigului se ntlnesc adesea transformri termodinamice ciclice, separticularizeaz primul principiu pentru acest caz i anume: ntr-un ciclu termodinamic, cantitateade cldur schimbat de sistem cu exteriorul este egal cu lucrul mecanic efectuat pe ciclu:

Q = I (1.3.11)Astfel spus, se poate produce lucrul mecanic consumnd pentru aceasta n cantitate

echivalent cldur.Se definete ca fiind lucru mecanic tehnic Lt acea parte din lucrul mecanic total L care se

schimb efectiv cu exteriorul.Cealalt parte din lucrul mecanic total L se consum pentru ocuparea propriului volum a

agentului de lucru n curgere (variaaia energiei de dislocare). innd seama de aceasta, primulprincipiu se mai poate scrie:

Q = tLI (1. 3.12)Sau pentru unitatea de mas:

q = tli (1.3.13)n care i reprezint o nou mrime de stare numit entalpie.

n acest mod, primul principiu al termodinamicii se exprim astfel:ntr-o transformare deschis, cldura schimbat de sistem cu exteriorul este egal cu cretereaentalpiei, la care se adaug lucrul mecanic tehnic.

Pentru o transformare adiabatic n care Q = 0:Lt = - I (1.3.14)

Adic lucrul mecanic tehnic este dat de scderea entalpiei I , a sistemului.1.3.2.2 Principiul al doilea al termodinamicii

Principiul al doilea afirm c n mod natural, cldura trece la un corp mai cald ctre un corpmai rece i nu invers.

Sistemele frigorifice transfer totui cldur de la un nivel de temperatur sczut ctre unnivel de temperatur ridicat, pentru aceastafiind ns necesar un consum de energie.Transformarea pe care o sufer un sistemfrigorific, astfel nct starea final coincide custarea iniial, constituie un ciclu frigorific.Ciclul frigorific se poate prezenta n diagrama p-V (fig. 1.3.) printr-o curb nchis (la 2b1). Peporiunea (la 2) se cedeaz cldura sursei caldeQced , iar pe poriunea (2b1) se absoarbe cldurde la sursa rece QabsFig.1.3.2.2.Digrama p-V

Pentru a fi posibil funcionarea, n ciclu se

consum lucru mecanic L reprezentat n

diagrama p-V de aria (la 2b1).

6Deoarece schimburile de cldur depind de nivelul temperaturii la care au loc, s-a introdus omrime de stare S numit entropie, a crei variaie este egal cu raportul dintre cantitatea de cldur

schimbat ntr-un proces i temperatura, n grade Kelvin la care a avut loc schimbul;

TQS (kcal K) (1.3.15)

n procesele reversibile adiacente, variaia entropiei este nul, deci entropia se conserd. n toateprocesele ireversibile, entropia crete, deci:

0S (1.3.16)Cum toate transformrile din natur sunt ireversibile, al doilea principiu al tremodinamicii se

poate enuna i astfel: orice fenomen real se produce cu cretere de entropie.

1.3.3 Diagrame de stare1.3.3.1. Stri de agregare, transformri de faz

Comportarea fluidelor reale n cadrul transformrilor de stare este foarte complex i diferde la fluid la fluid. Discontinuitatea, caracteristic de baz a materiei, se manifest i n domeniul

termodinamicii fluidelor sensul c atunci cnd parametrii de stare presiune i temperatur ating

anumite valori strict determinate i ntotdeauna acelai, un fluid real i schimb brusc proprietile

fizice.

Strile sub care se poate prezenta o substan din punct de vedere al rezistenei la deformare

prin fore exterioare definesc strile de agregare.n natur se gsesc trei stri fundamentale de agregare: solid, lichid i gazoas. Trecerea unei

substane dintr-o stare de agregare n alta se numete transformare de faz.

Ca schimbri de faz exist topirea (solid-lichid), solidificarea (lichid-solid), vaporizarea(lichid-vapori), condensarea (vapori-lichid), sublimarea (solid-vapori) i desublimarea (vapori-solid). Toate transformrile de faz ale substanelor pure se produc la temperatura constant dac

presiunea rmne constant. Valorile temperaturii i presiunii la care are loc schimbarea de stare

definesc aa-numita stare de saturaie.

1.3.3.2. Cldura sensibil i latent. Clduri specifice

Att timp ct nu intervine o schimbare de faz, cantitatea de cldur schimbat de un corp

este proporional cu masa corpului, cu variaia temperaturii acestuia i depinde de natura sa.

Rezult:

Q = m Tc (1.3.17)n care :s-a notat cu Q cantitatea de cldur primit sau cedat de corp, cu m masa corpului,

cu T variaia temperaturii corpului i cu c o mrime care caracterizeaz corpul din punct devedere termic, numit cldur specific.

7Cldura specific reprezint cantitatea de cldur necesar variaiei temperaturii unitii de

mas cu un grad Kelvin.

Dac schimbul de cldur se face la presiune constant, cldura specific se noteaz cu cp i

se numetecldura specific masic la presiune constant.

Produsul (mxc)se numete capacitate caloric i reprezint cantitatea de cldur primit sau

cadat de un corp pentru a-i modifica temperatura cu 1 grad.

Deoarece efectul cldurii primite de corp se manifest prin creterea temperaturii (n cazul n care

nu se produce schimbare de faz) aceast cldur se numete cldur sensibil.Atunci cnd, prin absorbie sau cedarea cldurii de ctre un corp nu se produce o variaie a

temperaturii sale i are loc o schimbare de faz, cldura se numete cldur latent.

Astfel, cldura necesar vaporizrii unei mase de lichid se numete cldura latent de

vaporizare.Exist similar cldur latent de condensare, de sublimare, de topire, de solidificare de

desublimare.Conform primului principiu al termodinamicii (relaia 1.3.12) cantitile de cldur, att

sensibile ct i latente, pot fi exprimate, n cazul transformrilor izobare, de variaia entalpiei,

deoarece n acest caz lucrul mecanic tehnic Lt este nul. Pentru transformrile adiabate, variaiaentalpiei exprim lucrul mecanic schimbat.

1.3.3.3 Diagramele de stare a fluidelor realeParametrii de stare ai fluidelor reale folosite n tehnica frigului au fost msurai i calculai,

rezultatele trecndu-se n tabele sau reprezentndu-se n diferite diagrame numite diagrame devapori. Pentru fiecare fluid real se poate trasa o diagram de stare.

Diagrama presiune-entalpie, larg utilizat n tehnica frigului, are reprezentate n abscis

entalpii specifice n J/Kg sau Kcal/Kgf, iar n ordonat presiuni n bar sau Kgf/cm2. Diagrama

cuprinde curba de saturaie corespunztoare transformrii de faz lichid vapori (vaporizare) ivalori lichid (condensare). n figura 1.3.3.3.1 este reprezentat diagrama lg p-i (se prefer ca n

ordonat s se reprezinte logaritmi zecimali ai presiunii n loc de presiune, acest lucru asigurnd ocitire mai exact a valorilor parametrilor de stare n domeniul temperaturilor sczute). Cmpul

diagramei este mprit de ctre curba de saturaie i izoterma care trece prin punctul critic (numit

izoterma critic) n 4 zone:

Po

i

Fig. 1.3.3.3.1 Diagrama de stare presiune entalpie (lg p-i)

p 12P0

lg p

Pvk=ct.

8- zona I de lichid, situat n stnga curbei de saturaie pn n punctul K i sub izoterma

critic. Ramura (aK) a curbei de saturaie se numete curb de saturaie a lichidului;

- zona II de vapori supranclzii, n dreapta curbei de saturaie i sub izoterma critic.

Ramura (Kb) a curbei de saturaie poart denumirea de curb de saturaie a vaporilor;

- zona III de vapori umezi, numit astfel deoarece aici exist n echilibru cele dou fazelichid i vapori;

- zona IV de stare gazoas.

n figura 1.3.3.3.2, a sunt reprezentate curbele de transformri simple (izoterme, izobare,

izocore, izentrope).Izotermele (T = const.) sunt curbe de forma (a12b) care traverseaz zonele de lichid,

vapori umezi i vapori supranclzii.

Izobarele (p = const.) sunt drepte paralele cu axa absciselor, de forma (c12d).

Fig. 1.3.3.3.2 Principalele tipuri de curbe din diagramele de stare presiune- entalpie (a) itemperatur- entropie (b)

n domeniul vaporilor umezi, izotermele se suprapun peste izobare deoarece transformareade baz lichid-vapori are loc la temperatur i presiune constant.

Izotermele (s = const.) sunt curbe de forma (n2 ), iar izocorele au forma (z2w) cuschimbare de pant 2n punctul de intersecie cu curba de saturaie.

n domeniul vaporilor umezi, mai apar pe diagram curbele de titlu al vaporilor constant, x= const. Se definete titlul de vapori ca fiind raportul dintre masa vaporilor mv, i masa total m aagentului frigorific:

x = )log()log(

agentderamKivaporideramKi

m

vm (1.3.18)

Toate curbele de titlu constant converg n punctul critic K.

p

T=ct.K

i1 i2

P=ct.lgp

i

T

s

9Exist o coresponden biunivoc ntre strile fluidului real i punctele din diagrama lg p-i,adic unui punct de diagram i corespunde o singur stare a fluidului respectiv i numai una.

Diagrama temperatur-entropie (T-s) are reprezentate 2n abscis entropiile specifice s nJ/KgK sau n Kcal/kgC, iar n ordonat temperatura n K.

n figura 1.3.3.3.2b, este redat diagrama (T-s) cu principalele tipuri de curbe.Din punct de vedere al lucrului cu diagramele de stare este necesar s precizm

proprietile fundamentale ale diagramelor lg p-i i T-s. n diagrama lg p-i, cantitile de cldur ntransformrile izobare i lucrul mecanic n transformrile adiabate sunt reprezentate de segmente dedreapt paralele cu axa absciselor, cuprinse ntre dou drepte paralele cu axa ordonatelor care trecprin punctele de nceput i sfrit de transformare.

n diagrama T-s, cantitile de cldur n transformrile izobare sunt reprezentate de ariicuprinse sub curba transformrii, axa absciselor i dou drepte paralele cu axa ordonatelor, care trecprin punctele de nceput i sfrit de transformare, fapt care face ca aceast diagram s senumeaasc i diagrama caloric.

1.3.4. Transformri de stare specifice tehnicii frigului i prezentarea lor n diagrame de stare

Comprimarea este procesul de micare a volumului unui fluid sub aciunea unei foreexterioare. Aceasta poate s decurg izoterm,adiabatic sau politropic. Transformarea politropiceste cea mai general transformare de stare. Dac se consider fluidul descris de ecuaia de stareClapeyron,

pVn =const. (1.3.19)n care n este exponentul politropic.

n practica frigorific, procesul de comprimare este considerat adiabatic reversibil ideci izentrop, fr ca aceast simpilficare s se introduc erori considerabile. n fig 2.6. estereprezentat procesul de comprimare n diagramele lg p-i i T-s.

Laminarea este procesul de scdere a presiunii unui fluid la trecerea acestuia printr-ongustare a seciunii de curgere. Dac aceast transformare n inst. frigorifice, laminarea agentelorde lucru este nsoit, n general de o scdere a temperaturii fenomen ce st la baza obineriiefectului frigorific.

Comprimarea n diagramele (lg p-i)Reprezint Laminarea n diagramVaporizarea i condesarea sunt transformri de faz n care dac p=ct i T=ct

Condensarea este transformare de faz invers vaporizrii i se produce cu cedare decldur n care coeficientul global de transfer k1(W\mK) este dat de relaia

K1 =

2d21

1d2d

21

1d11

1

ln (1.3.20)

n cazul unui perete cilindric format din n straturi cilindrice, relaiile de calcul sunt:)( 2T1T1Kl (1.3.21)

n care:

Kt=

n

1i 1nd21

id1id

i21

1d11

1

ln

(1.3.20)

10

Capitolul II

2. Elemente de curgere a fluidelor si clasificarea instalaiilor frigorifice2.1 Caracteristici fizice ale fluidelor

Prin definiie, fluidul este un mediu continuu, omogen i izotrop care, ntr-un cmpde fore exterioare (de exemplu cmpul gravitaional) ia forma vasului n care se afl i n care nstare de repaus exist numai tensiuni normale (presiuni ).

n sens hidrodinamic, lichidele sunt considerate fluide incompresibile iar gazele ivaporii, fluide compresibile.

Principalele caracteristici ale fliudelor, care sunt necesare a fi cunoscute n studiulcurgerilor acestora sunt: densitatea, vscozitatea,compresibilitate, dilataia termic, tensiuneasuperficial (la lichide ).

Densitatea (Kg/m3), reprezint masa unitii de volum

v

m , ( 2.1.1)n care: m(Kg) este masa fluidului, iar V(m3)- volumul ocupat de fluid.

Vscozitatea este proprietatea fluidului de a opune rezisten micrii particulelorsale. Aceast proprietate este evideniat de efortul tangenial , care apare ntre dou straturi defluid n micare relativ, exprimat n micare relativ, exprimat prin legea lui Newton

grad , (2.1.2)n care: grad , este gradientul vitezei dup o direcie perpendicular pe direcia micrii,

iar este vscozitatea dinamic a fluidului.Fluidele care respect relaia (4.2) se numesc fluide newtoniene, iar cele care nu o

respect se numesc fluide nenewtoniene.Prin mprirea vscozitii dinamice la densitatea a fluidului se obine

vscozitatea cinematic: v (2.1.3)

n SI, vscozitatea dinamic se msoar n (Pa x s), iar vscozitatea cinematic n(m2\s.)

n cazul gazelor, vscozitatea este practic independent de presiune i variaz nfucie de temperatur, conform relaiei:

nTA , (2.1.4)n care coeficientul A i exponentul n au valorile date n tabelul 4.1.

ntre vscozitatea cinematic (m2\s) i vscozitatea Engler (E) exist relaia:Valorile A i n pentru ecuaia 4.4

v = 10-6 7,32 E-E326, m2\s (2.1.5)

Gazul Ax 105 n

Abur 0,170 1,116

Aer 2,490 0,754

Amoniac 0,274 1,011

11

Azot 3,213 0,702

Hidrogen 1,860 0,678

Oxigen 3,355 0,721

Compresibilitatea fluidelor este proprietatea acestora de a-i modifica volumul lavariaia presiunii.

Relaia care exprim variaia densitii unui fluid compresibil determinat de variaiapresiunii de la p0 la p, este:

= 0[1+ (p-p0)] (2.1.6)n care : i 0 sunt densitile corespunztoare presiunii p i respectiv p0, iar este

coeficientul de compresibilitate.Coeficientul nu variaz cu presiunea dar este funcie de temperatur.Dilataia termic este proprietatea fluidelor de a-i modifica volumul la variaa

temperaturii.Tensiunea superficial este fora exercitat pe unitatea de lungime de la suprafaa unui

lichid ca urmare a interaciunii dintre moleculele de la suprafa i moleculele din interiorullichidului.

Cderi de presiune la curgerea fluidelorLa scurgerea unui fluid printr-o conduct se pot ntlni dou regimuri de micare: regimul

laminar, n care naintarea particulelor se face dezordonat.Pentru a nvingerea rezistenelor, se consum din energia potenial, avnd ca efect

scderea presiunii statice, efect denumit cderede presiune.Cderile de presiune ( pt) se datoresc frecrilor cu pereii conductei, de-a lungul acestora,

( pt) i frecrilor locale n coturi, ngustri sau lrgiri de seciune, robinete de trecere .a. ( pn).

2m

N2

2jwm

1ji

idil

2

2iw

n

1iiflpfplp (2.1.7)

2.2 Instalaii frigorifice2.2.1 Instalaia Philips se bazeaz pe procesul inversat Stoling i conine dou

compresoare izoterme legate ntre ele printr-un regenerator i are partu faze de lucru.- n faza I, pistonul principal comprim gazul i cedeaz cldura apei de rcire.- n faza a-II-a pistonul secundar transport gazul comprimat prin regenator

spre spre spaiul de destindere.Gazul se rcete izocor la trecerea prin regenator, clduracedat fiind acumulat de acesta.

- n faza a-III-a gazul se destinde prin deplasarea celor dou pistoanerealizndu-se rcirea sa izoterm.

- n faza a-IV-a pistonul secundar mpinge gazul rece spre spaiul decomprimare, acesta trece prin regenerator i se nclzete izocor pn la starea iniial.

Pentru calculul termodinamic al procesului se utilizeaz relaiile:- lucrul masic l12: l12 = RT1 ln(p1\p2)- puterea frigorific masic q0m= l34 = RT0 ln (p0\p4)- eficiena frigorific

=0T1T

0T34l12l

n0q , deci eficiena procesului

Stirling, pt. cazul ideal coincide cu eficiena Canot instalat se utilizeaz la producereabobinelor electrice super conductoare a laserilor i maserilor, precum i drept criopompa larealizarea unui vaccum de 10-8 n cazul lichefierii heliului i neonului, prin cristalizarea gazului.

12

2.2.2 Instalaii ce funcioneaz dup un proces deschis S.

Aceste instalaii se folosesc la procesele de lichefiere de separare.Instalaia nu are vaporizator, aceasta fiind nlocuit cu un separator de lichid.Procesul simplu Linde de lichefiere a aerului . Este un proces de laminare n care

compresorul aspir aerul atmosferei (p = 1 bar i Q = 20 0 C) i l comprim ct mai apropiat deprocesul izoterm. Aerul comprimat se rcete n schimbtorul de clduri Sc prin schimbul de cldurcu aerul rece din care s-a separat aerul lichefiat. Urmeaz laminarea pn la 1 bar n domeniulvaporilor umezi. Aerul lichid se separ i se utilizeaz continuu iar aerul rece rmas trece prinschimbtorul de cldur i apoi intr n aspiraia compresorului.

Lucrul mecanic consumat pentru comprimarea izoterm a gazului este

l12=RT1ln(2P1P ) (2.2.1)

Cantitatea de aer lichid raportat la 1 Kg de aer se obine din bilanul termodinamic pentrusistemul delimitat n schema instalaiei

i2=z i6 +(1-z)i1; (2.2.2)z=

1i6i1i2i

, unde z = cantitatea de aer lichid

1-z = cantitatea de aer nelichifiat i1,i2,i6, entalpiile aerului

Procesul Linde cu circuit de nalt presiunen utilizarea acestui proces se consider cantitatea de aer lichid proporional cu diferena

de presiune, iar consumul de lucru proporional cu raportul dintre presiunea de refulare i cea deaspiraie.

n instalaie dup prima laminare o parte a aerului cu starea 5 se preia, se rcete i seintroduce n treapta a doua de comprimare. Restul aerului laminat pn la starea 5 se lamineaz ntreapta a II-a ajungnd la domeniul umed, lichidul rezultat separndu-se.

Lucrul mecanic consumat n cele dou trepte de comprimare izoterm este

L= l1+l23=RT1(ln )ln3

23

2

1

pp

zpp (2.2.3)

Cantitatea de aer lichid rezult din bilanul termicz3i3 = zi8 + (z3-1)i2+(1-z)i1 (2.2.4)

z=1i8i

2i3i3z1i2i

)()( (2.2.5)

2.2.3 I.F. ce utilizeaz drept agent frigorific un gaz2.2.3.1 Instalaii ce funcioneaz dup un proces nchisInstalaii cu destindere adiabatic

T1

T0

T

2 1

3 4

13

Fig. 2.2.3.1 Diagrama instalatiilor cu destindere adiabatica

n aceast instalaie, gazul este aspirat i comprimat adiabatic de la 1 la 2. Comprimarea sepoate realiza n mai multe trepte, cu rciri intermediare, realizndu-se n acest mod o mbuntiredin punct de vedere energetic a procesului de comprimare. Dup comprimare urmeaz o rcire agazului 2-2 la p=ct., pn latemperatura iniial, cu un mediu de rcire, de ex. Apa. Urmeazrcirea 2-3 cu schimbtorul intern de cldur Si, simultan cu nclzirea gazului ce urmeaz a fiaspirat de compresor 3-1, urmeaz destinderea adiabatic a gazului 3-4 ntr-un detantor D cucedarea de lucru tehnic. Dup destindere, gazul atinge o temperatur sczut cu care intr nsistemul de rcire adic 2n schimbtorul de cldur 2n care se realizeaz frigul necesar. Gazul se

nclzete la p=ct., de la starea 4-3. Puterea frigorific obinut este proporional cu0pp

.

Puterea frigorific masic q0n = i3 i4Lucrul mecanic consumat l: l= (i1-i2) (i3 i4)Eficiena frigorific: )()( 4i3i2i1i

4i3iln0q

(2.2.6)

Dac q0n= i3- i4= Cp(T3-T4)L = 4T3TT1T1KKR 2 (2.2.7)

)()()(

4T3T2T1TpC4T3TpC

(2.2.8)

deoarece CP= 1KRk

(2.2.9)unde Cp cldura masic a gazului la p=ct. [J/Kg k]

K = indicele transformrii adiabaticeR = constanta caracteristic a gazului [J/Kg k]

Aceast I.F. se utilizeaz pentru puteri frigorifice mari. Eficiena acestor i.f. este destul deredus (sub 0,5)

Instalaia cu laminareSchema instalaiei este similar cu cea a instalaiei cu destindere la care detentorul este

nlocuit cu un ventil de laminare. Ciclul termodinamic al instalaiei const din dou izobare, oizoterm i o izocor.

P P0T

2 1

6 4 5

S

S

14

Fig.2.2.3.2Diagrama instalaiei cu laminare

Are eficien economic redus, se utilizeaz la puteri frigorifice mici.

Efectul de rcire termoelectricAcest efect de rcire a fost descoperit de ceasornicarul francez Peltier, care a observat c,

n circuitul unui termocuplu, format din dou conductoare diferite, sudate n copete, galvanometruse nlocuiete cu o surs de curent, la o sudur apare o rcire i la cealalt o nclzire.

O schem a rcirii termoelectrice este alctuit din conductorul 1 i 2 sudate continuu. ncondiiile sensului curentului indicat, la un capt se dagaj fluxul de cldur c , la temperatura Tci la cellalt capt se produce absorbia de flux de cldur 0 , la temperatura T0.

Nivelurile de energie ale electronilor celor 2 conductoare n contact sunt diferite. Trecereaelectronilor de la un nivel mai mic la un nivel energetic mai mare se face cu absorbie de energiedin afar i deci locul de contact se va rci:

Fig. 2.2.3.3Diagrama efectuluide rcire termic

Efectul de rcire este redus la conductoare i important la termocuple formate dinsemiconductoare.

Cldura schimbat cu mediul ambiant la locul de contact a 2 semiconductoare, prin efectulPeltier, se exprim cu relaia

I2112 , J (2.2.10)unde I intensitatea curentului electric (A)

- - timpul (s21, - coeficientul Peltier, ce reprezint cantitatea de cldur degajat sau

absorbit la locul de sudare, cnd prin aceasta trece un curent cu intensitatea de 1 A, n timp de 1 s.Coeficientul lui Peltier, are relaia: V21T2121 ,,, (2.2.11)

21, - coeficientul mutual de for electromotoare n V/KT1,2- temperatura absolut a punctului de contact, n KFluxul de cldur dezvoltat prin efectul Joule-Lentz este:

)(W2RIj (2.2.12)R rezistena total a termocupluluiI intensitatea curentului

R= l (2S2

S11

) (2.2.13)l,s1 ,s2 , ,, 2 - lung., seciuni

2 1

15

Transferul de cldur, de la sudura cald la cea rece se expr. prin relaia:)( 0TCTK

unde K = KW2S21S1l1 /)( (2.2.14)

21 , - conductivitatea termic a braelor termocupluluiPuterea frigorific care se obine prin efectul Peltier:

)(, 0TCTK2RI21I12 (2.2.15)

I0 opt = R12,

(2.2.16)Temperatura minim a sudurii reci se obine cnd fluxul de cldur p , transferat prin

conducie termic, va echilibra fluxul de cldur extras prin efectul Peltier micorat de efectulJoule- Lentz:

j21

12p , , (2.2.17)

deci,K

j21

120TCT

, (2.2.18)

Dac introducem n expresia numrtorului, valoarea intensitii optime, se obine:

KR2

212

0TCT,

max)( (2.2.19)

Deci,2

0TKR2

212

CTKR2

212

CT0T min,,

min (2.2.20)

Notm z =KR

212,

- eficacitatea termocuplului z= 2

(2.2.21)unde 21 = coeficientul mutual al forei electromotoare

1

- conductivitatea electric a materialului termocuplului

conductivitatea termic a materialului termocupluluiEficiena instalaiei de rcire:

P0 ; P- puterea consumat

P = RI2+ WI0TCT12 ))(( (2.2.22)Avantajele rcirii termoelectrice:

- simplitatea construciei- lipsa de uzur- posibilitatea reglrii continue a temperaturii de rcire T0

Dezavantaje:- costul ridicat al semiconductorului- fragilitatea termoelementelor de ocuri

2.3. Clasificarea instalailor frigorifice cu vapori (I.F.V)Obinerea unor temperaturi de (-20 0C. . . . . . -90 0C) se realizeaz cu I.F.V, care pot fi:

- cu comprimare ntr-o treapt;- cu comprimare n dou trepte;- cu comprimare n trei trepte;

16

- cu comprimare n cascad. La aceste instalaii n timpul parcurgerii ciclului de funcionare, agentul de lucru i schimbde dou ori starea de agregare,n vaporizator i condensator. n acest mod devine posibil reducereapierderilor, datorit ireversibilitii trasferului de cldur, ntre agent i cele dou surse de cldurprin meninerea diferenelor de temperatur n limite acceptabile. La schimbarea strii de agregare prin vaporizatoare i condensatoare, coeficienii de transfersunt ridicai i din aceast cauz schimbtoarele de cldur au dimensiuni relativ reduse.

2.3.1 Instalaii frigorifice cu vapori cu o treapt de comprimare

Ciclul ideal al I.F.V este ciclul Carnot inversat. T P T0 3 Ta 3 2

lmin 2 T0 4 Lmin 1 4 1 q0 s V S4=S3 S2=S1

Fig 2.3. C1iclul Carnot Lucrul mecanic (lmin) minim necesar pentru realizarea efectului frigirific q0 este diferit de ariadreptunghiului delimitat de izotermele T0 i Ta i de izotropele s2=s1 i s4=s3.

Pentru aprecierea cilclului Carnot inversat se apeleaz la notiunea de eficien frigorific

definit sub forma 1min

0 lq

f Pentru realizarea ciclului unei instalaii frigorifice cu comprimare mecanic de vapori suntnecesare cteva elemente principale i anume:

- vaporizatorul 1, care este un schimbtor de cldur n care se obine efectul frigorific prinfierberea agentului la presiune constant, cu preluare de caldur de la mediul rcit;

- compresorul 3, care aspir vaporii formai n vaporizator, i comprim i-i refuleaz sprecondensatorul 5;

- n condensatorul 5 are loc condensarea cu cedare de cldurspre mediul de rcire irobinetul de laminare 9, la trecerea la care lichidul i scade presiunea i temperaturacorespunztoare condiiilor din vaporizator.

Ciclul teoretic cu strile fizice ale agentului n diferite puncte ale instalaiei este reprezentat nfig 2.1 i cuprinde urmtoarele transformri de stare a agentului frigorific:

- comprimarea adiabatic ireversibil 1-2 ;- rcirea 2-2;- condensarea izoterm 2-3 ce se realizeaz izobar cedndu-se cldur mediului de rcire al

condensatorului de temperatur Ta < Tk- subrcirea 3-4 , a lichidului, prin schimb intern de cldur cu vaporii aspirai din

vaporizator sau cu ap de rcire;- laminarea izotalp adiabatic ireversibil 4-5;- vaporizarea izobar, izoterm 5-1, prin care se absoarbe cldura q0, de la mediul rcit, de

temperatur T0;- supranclzirea izobar 1-1, prin schimb intern de cldur, sau pe traseul de conduct

dintre vaporizator i condensator. Mrimile principale, caracteristice, ale procesului de obinere a frigului sunt urmtoarele:

- q0, capacitatea frigorific specific, care exprim efectul util al instalaiei, reprezentndcantitatea de cldur preluat de un 1kg de agent de stare &&&&;

17

kgfkcal

kgkj

510 sauiiq (2.3.1)

- Lucrul mecanic lf la comprimarea vaporilor

kgfkcal

saukgkj

12 iil f (2.3.2)

- Eficiena frigorific

12

510

iiii

lq

ff (2.3.3)

2.3.2 Instalaii frigorifice cu compresie mecanic de vapori n mai multe trepte ilaminare n una sau mai multe trepte

Obinerea temperaturii sub -250C, implic utilizarea n mai multe trepte, pentru ca la T0sczut raportul de comprimare Pk/P0 crete, ceea ce determin creterea lucrului mecanic decomprimare i implicit scderea eficienei frigorifice f a instalaiei frigorifice, precum i cretereatemperaturii de refulare, cu repercursiuni asupra ungerii compresorului. Exist o diversitate de scheme de instalaii frigorifice n dou trepte care se deosebesc ntre eleprin modul de rcire a vaporilor refulai din prima treapt de comprimare, i numrul de laminriale agentului lichid. n instalaiile frigorifice industriale de mare capacitate se utilizeaz scheme cu compresoareboosterizate, n care rcirea intermediar a vaporilor refulai de compresoarele de pe o trept serealizeaz n separator-acumulatoarele treptei superioare. Laminarea agentului frigorific se poate realiza ntr-o treapt de laminare, n dou trepte saucombinat,un anumit debit de agent ntr-o treapt i alt debit n dou trepte. Schemele de instalaii ce utilizeaz comprimarea n trepte boosterizate i laminarea n trepte

ofer din punct de vedere termodinamic performane ridicate n raport cu alte tipuri de scheme.

18

2. 3.3 Instalaii frigorifice cu comprimare mecanic de vapori n cascad

Se utilizeaz pentru obinerea temperaturilor de -500C. . . . -600C. Aceste instalaiifuncioneaz cu doi sau mai muli ageni frigorifici n cluri separate ntre care exist doar schimbde cldur. n cazul unei singure cascade, primul ciclui A, numit de temperatur nalt, realizeazvaporizarea n aparatul vaporizator-condensator, prelund cldura de la agentul din ciclul B, numitde joas temeratur. Ca ageni frigorifice n ciclul de temperatur nalt se pot utiliza NH3 ,R12, R40, R22, iar nciclul de joas temperatur R13, R23, etilen.

2. 3.4 Instalaii frigorifice prin utilizarea absorbiei

Producerea temperaturilor sczute prin absorbie se bazeaz pe proprietile pe care unelelichide de a absorbi vaporii altor substane (ageni frigorifici) formnd o soluie binar omogen. Soluia bogat este nclzit n fierbtorul F n care se introduce cldura qF j/kg, generat deun agent nczitor. Vaporii de agent frigorific degajai de soluie sunt condensai n condensatorulR, rcit cu ap, n care se cedeaz cldura qR. Apoi agentul frigorific lichid este laminat n robinetulde laminare 2, iar n vaporizator se va obine efectul frigorific prin preluarea cldurii qe. Vaporii de agent formai sunt absorbii n absorbatorul A, de ctre soluia srac, care vine dinfierbtor prin robinetul de laminare 1. n absorber circul apa de rcire care preia cldura qA. PompaP trimite soluia mbogit din absorber n fierbtor, cedndu-i echivalentul caloric al lucruluimecanic de pompare qP. Prin procesele de absorbie a vaporilor n absorber, pomparea soluiei bogate n fierbtor ifierberea acesteia cu degajare de vapori de agent frigorific, se realizeaz o comprimare avaporizarea dinspre vaporizator spre condensator. Aceast comprimare termochimic este analogcomprimrii efectuate de compresor n cazul instalaiilor frigorifice cu comprimare mecanic devapori.

Fig 2.3.3

19

2.3.5 Instalaii frigorifice cu ejecie

De regul ca agent frigorific se utilizeaz apa, care prezint o serie de avantaje: ieftin,netoxic, neinflamabil, cldur latent de vaporizare mare. Pentru comprimarea vaporilor reci de ap se folosete energa cinetic a burului viu care sedestinde n ejector. Aburul viu antreneaz prin ejecie n ajutajul convergent-divergent al ejectorului, vaporii recidin vaporizator mrindu-le presiunea de la P0 la Pk. Instalaia cuprinde dou cicluri i trei nivele de presiuni: presiunea de fierbere PF, decondensare Pk i de vaporizare P0.

Utilizarea ejectoarelor prezint avantajele: construcie simpl, ieftin, fr piese n micare aejectorului, siguran n exploatare, lipsa ungerii, ntreinere uoar i posibilitatea deplasrii ntregiiinstalaii n exterior fr necesitatea unei construcii de adpostire. Prezint ca dezavantaje: necesitatea aburului viu de antrenare, adaptarea dificil a instalaiei lavariaia parametrilor externi, reglarea dificil a puterii frigorifice.

Dac se dispune de abur de priz de la turbine,utilizarea instalaiei cu ejecie poate conduce laavantaje economice i energetice i asigur utilizarea aburului n perioada de var, cnd consumuleste redus. Instalaiile frigorifice cu ejecie se pot utiliza dup dou scheme diferite: cu utilizarea unuicondensator de suprafa i cu utilizarea unui condensator prin amestec.

Instalaiile frigorifice cu ejecie se utilizeaz pentru rcirea unor soluii apoase, a apeiindustriale, n condiionarea aerului, n unele procese tehnologice din chimie, farmacie.

2.4 Compresoare frigorifice

Se clasific n urmtoarele tipuri:- compresoare mecanice cu jet sau ejectoare- termocluimiceCompresoare mecanice:- cu piston- turbocompresoare

Compresoare cu micare rectilinie alternativ a pistonuluiSe clasific dup:

1. Puterea frigorific pe care o realizeaz la 0= -10 C i C= +25 C- compresoare foarte mici KW63500 .........,

Fig. 2.3.4

Fig. 2.3.5

20

- compresoare medii KW11560 ........- compresoare mari KW3501150 .......- foarte mari

KW3500

1. Dup agentul frigorific:- pentru amoniac- pentru ageni halogenai

2. Dup gradul de etanare i acionare a compresorului:- deschise- capsulate (ermetice)- semicapsulate (semiermetice)

3. Dup turaia arborelui motorului- cu funcionare lent, pn la 600 rot./min- cu funcionare rapid, 600-3600 rot./min- foarte rapide, peste 3600 rot./min

Distribia compresoruluiEste constituit din supapele de aspiraie i de refulare. Supapele sunt autocomandate, adic

deschiderea i nchiderea lor se realizeaz datorit forei de presiune i forei de apsare a unuiresort.Ansamblul biel-manivel1- picior; 2- corp; 3- capBiela este alctuit din fiierul 1, care se asambleaz cu bolul pistonului i din corpul 2 i capul 3asamblate cu arborele cotit. Biela fiind solicitat la flambaj i ntindere, trebuie s aib rezisten irigiditate; de aceea se execut cu seciune dublu T, eliptic sau cruce.

Bielele se confecioneaz din oet carbon de calitate OLC 35 forjat sau turnat.Arborele cotit execut micarea de rotaie i transmite pistonului prin intermediul bielei, energiaprimit de la motorul de antrenare. Arborele cotit reazem pe lagre prin intermediul fusurilor 1.Manetoanele2 sau fusurile de biel se articuleaz cu capetele bielelor, iar braele manetoanelor 3formeaz mpreun cu manetoanele manivela arborelui cotit. Contragreutile 4 echilibreaz maselen micare.Presetupa de etanare (presgarnitura)Are rolul de a mpiedica scparea vaporilor de agent frigorific spre mediul exterior, ct iptrunderea aerului n compresor pe lng arborele cotit, la compresoare de tip deschis.Reglajul puterii frigorifice a compresoarelor cu piston, cu micare rectilinie alternativ

Se realizeaz n funcie de variaia puterii frigorifice solicitate de la vaporizator.Puterea frigorific:

W60NnS4

2dovq0 / , (2.4.1)

unde: N- nr. de cilindriid- diametrul cilindrului(m)S- cursa pistonului (rot/min)q0v puterea frigorific volumic (J/m3)

Metodele de reglaj sunt n dou trepte: metode de reglaj continuu i metode de reglaj n trepte saudiscontinuu.

Metode de reglaj n trepteReglajul prin pornire i oprire succesive al compresorului acioneaz asupra volumului de vaporiaspirai de compresor. Pornirile i opririle se realizeaz automat, cu ajutorul unui presostat care lapresiunea minim a vaporilor declaneaz motorul electric al compresorului, iar la presiuneamaxim deconecteaz motorul electric.

Reglajul prin mers n gol

21

Se realizeaz astfel nct compresorul fiind n funciune nu livreaz vapori comprimai. Se aplicblocarea 2n poziia deschis a supapelor de aspiraie, i la un compresor cu mai muli cilindri,scoaterea din funciune a acestora unul dup altul.

Supapele de aspiraie pot s fie scoase din funciune prin mai multe metode ca:- deschiderea unei conducte de scurtcircuitare ntre refulare i aspiraie- blocarea supapelor de aspiraie n poziia deschis, meninnd, fie discurile de etanare

distanate fa de scaun, fie supapa n ntregime ridicat.

2.4.1 Compresoare frigorifice utilizate n instalaiile frigorifice cu comprimare devapori

Din punct de vedere al principiului de funcionare compresoare se pot mpri n doucategorii:

- compresoare volumice, la care creterea presiunii se realizeaz prin micorarea volumuluin care sunt nchii vaporii;

- turbocompresoare, la care comprimarea se realizeaz pe seama forelor executate de unrotor cu palete, asupra vaporilor i a transformrii energiei cinetice, astfel obinute, nenergie potential de presiune la trecerea prin stator.

Compresoarele volumice se clasific n urmtoarele categorii:- cu pistoane n micare rectilinie alternativ;- cu pistoane rotative;- cu membran;- electromagnetice.

Turbocompresoarele se clasific n urmtoarele categorii:- centrifugale- axiale

Mrimile principale ce caracterizeaz funcionarea unui compresor cu piston n micarerectilinie alternativ sunt:

- debitul volumic real Dvrm3/h=Dg- Dg m3/h este volumul geometric generat de pistoane timp de o or- puterea electric total consumat Nkw;- puterea frigorific 0 = Dg qov

unde q0kcal/m3 este capacitatea frigorific volumic funcie de caracteristicile ciclului frigorific. Temperaturile agentului frigorific n ciclurile de referin normal i standard sunt redate ntabelul de mai jos:

Ciclu de referinTemperaturi Simbol

Normal Standard Vaporizare t0 -100C -150C Aspiraie tas -100C -150C Condensare tk +250C +300C Subrcire tsr +150C +250C

Compresoarele frigorifice cu piston n micare rectilinie alternativ au atins un grad ridicat deperfeciune i rmn cele mai utilizate pn la debite de circa 1500m3/h. Compresoarele rotetive sunt utilizate n treptele de joas presiune a circuitelor polietejate iprezint o serie de avantaje fa de compresoarele n micare rectilinie alternativ:

- gabarit i greuti mai mici;- lipsa supapelor;- echilibrare bun;- siguran n exploatare.

22

Compresoarele centrifugale i axiale se folosesc cu precdere n domeniul puterilor foartemari. Compresoarele elicoidale se realizeaz pentru puteri foarte mari i prezint posibilitateareglrii n limite largi a puterii frigorifice, precum i posibilitatea funcionrii la rapoarte mari decomprimare de pn la 20

2.5 Scheme de alimentare a vaporizatoarelor

Un rol important asupra calitii frigului produs l joac modul de circulaie a agentuluifrigorific prin vaporizator. Dup starea agentului frigorific la ieirea din vaporizator exist dou moduri de alimentare avaporizatoarelor:

a) cu supranclzirea vaporilor la ieirea din aparatb) cu stare bifazic a agentului la ieire din aparat (sau cu recirculare).

n cazul (a), alimentarea cu lichid se realizeaz direct, prin robinetul de laminare datoritdiferenei de presiune dintre condensator i vaporizator (pk - p0). Alimentarea direct prin robinetul de laminare, se utilizeaz n instalaiile frigorifice decapacitate redus, prezentnd avantajele simplitii n construcie i uurinei automatizrii. Prezint i dezavantaje i anume:

- coeficient redus de transfer termic global la vaporizator- necesitatea modificrii reglajelor n funcie de sezon ca urmare a variaiei presiunii de

condensare Alimentarea vaporizatoarelor, n cazul (b), n care la ieire agentul se afl n stare bifazic,adic numrul de recirculari este superior valorii unitate se poate raliza prin gravitaie i termosifon,utiliznd separator de lichid, sau prin recirculare forat utiliznd separator - acumulator i pomp.

Separatorul de lichid asigur autorecircularea agentului frigorific datorat diferenei dintredensitile acestuia n aparat i vaporizator i a diferenei de cote de montaj n raport cuvaporizatorul. Numrul de recirculri depinde de intensitatea vaporizrii, diferena de cote i decderile de presiune la curgere.

Fig. 2.5.1 Schema (a) i ciclul real(b) pentru instalaia frigorific cu comprimare mecanic devapori cu alimentarea vaporizatorului prin gravitaie i termosifon

23

Sistemul prezint ca dezavantaje:- necesitatea montrii pentru fiecare vaporizator a cte unui separator de lichid;- dificulti de supraveghere de ctre personalul de exploatare (supapa de laminare este

amplasat lng vaporizator, departe de sala de maini). Recircularea forat a agentului frigorific lichid, cu pompe prezint o serie de avantaje nraport cu celelalte sisteme de alimentare:

1) poziia separatorului nu mai este dependent de cea a vaporizatorului;2) se pot alimenta mai multe vaporizatoare de la acelai separator-acumulator;3) simplificarea instalaiei;4) obinerea unor coeficieni mari de transfer termic.

Pentru asigurarea unei alimentri corecte cu agent frigorific la fiecare vaporizator n parte seprevd intrare robinete de laminare.

Instalaii frigorifice cu rcire direct i indirect (cu agent intermediar) Instalaii frigorifice la care rcirea produselor se realizeaz direct la vaporizator sunt denumiteinstalaii cu rcire direct.

Instalaii frigorifice cu rcire indirecte sunt acelea la care rcirea aerului sau a produselor serelizeaz prin intermediul unui agent intermediar lichid. Rcirea direct prezint o serie de avantaje fa de metoda indirect cum ar fi:

- consum de energie redus (prezint T0 mai ridicate);- investiie mai ieftin (lipsa instalaiei cu agent intermediar)- inerie termic a instalaiei redus (poate fi i dezavantaj la opririle accidentale)

Ca ageni intermediari se utilizeaz: soluii apoase de propilenglicol, etilenglicol, alcool etilic,clorur de calciu, clorur de magneziu.Instalaii cu compresie mecanic de vapori n mai multe trepte: fig 2.5.1; 2.5.2; 2.5.3; 2.5.4.

Automatizarea pomprii agentului frigorific de joas presiune Automatizarea alimentrii cu lichid a tuturor vaporizatoarelor de pe un ntreg circuit de joaspresiune din cadrul unei instalaii frigorifice se realizeaz cu elemente de automatizare aferente unuisingur separator-acumulator.

Fig. 2.5.2 Schema(a) si ciclu(b) pentru instalaia frigorific cu comprimare mecanic de vapori sialimentarea vaporizatorului prin pompe.

24

n cazul alimentrii cu robinete termostatice sau prin autorecirculare, fiecare vaporizator esteprevzut cu dispozitive de automatizare a alimentrii cu lichid.Recircularea forat a agentului frigorific de joas presiune se poate realiza continu, cu ajutorulpompelor, sau discontinuu prin recipientele pompelor (RP).

Recircularea prin pompe mecanice acionate electric (pompe centrifuge, cu piston, cu roidinate etc.). Pompele P1 i P2 (vezi schema), sunt montate la un nivel suficient de sczut n raport culichidul din separator-acumulator, pentru a evita pericolul cavitaiei i fierberea lichidului laaspiraie n ele. Rolul de protecie mpotriva cavitaiei l au presostatele difereniale 4, respectiv 7. Robinetele de reinere 5 i 6 a rolul de mpiedica rentoarcerea lichidului n separatoracumulator, prin pompa care eventual nu funcioneaz (rezerva). ntre refularea pompelor i partea de vapori a separatorului-acumulatorului este prvzutrobinetul principal 8, pilotat de regulatorul de diferen de presiune 9 care asigur o p = ct. lafiecare vaporizator, ntre punctul dinaintea robinetuli de laminare i ieirea din vaporizatorindiferent de sarcina termic a celorlalte vaporizatoare. Pe separator-acumulator sunt montate trei relee de nivel: LPI , LCI , LPII (la nivelul de lucru ide alam superioar i inferioar). Regulatorul nivelului de lichid de lucru comand robinetul electromagnetic 1, care piloteazrobnetul principal 2. Cnd nivelul de lichid atinge valoarea minim de lucru, regulatorul comanddeschiderea pilotului i se declaneaz deschiderea robinetului presostatului 2 (N), de alimentarecu lichid a separatorului-acumulator. Cnd nivelul de lichid atinge valoarea maxim de lucru,regulatorul comand nchiderea pilotului i prin aceasta nchiderea robinetului de alimentere culichid. Protecia mpotriva umplerii periculoase cu lichid a separatorului-acumulator este asigurat dereleul LPII , semnaliznd sonor i luminos i comandnd oprirea compresoarelor. Protecia mpotriva golirii excesive este asigurat de presostatele diferniale 4 i 5 i de releulde nivel inferior LPI , semnaliznd atingerea acestuia i comandnd oprirea pompelor. Agentul frigorific lichid refulat de pompe ajunge ajunge n vaporizatoare prin robinetele delaiminare 10, iar rentoarcerea amestecului bifazic n separator-acumulator, se face pe seamadepresiunii create de compresoare. Echilibrarea reelei de alimentare a vaporizatoarelor se face la pornirea instalaiei, prinreglarea individual a robinetelor de laminare de la fiecare vaporizator, la valori constante dac nuexist variaii de sarcin frigorific. Uneori pe conductele de alimentare cu lichi a fiecrui vaporizator pot fi montate robineteelectromagnetice 11, comandate de termostate de camer. n separator-acumulator are loc separarea licidului i uleiului i aumularea acestora. La fiecare separator-acumulator, se montez dou pompe, una fiind de rezerv.

Schema electric (vezi fig. 2.1.6) de comand a pompelor se ralizeaz astfel nct defecteareaunei pompe cealalt s intre automat n funciune, printr-un circuit logic SAU. n regim manual M, butonele BP1 ; BP2 ; BO1 ; BO2 vor comanda contactoarele C1 i C2. n regim automat A comutatorul K1 i K2 pe R, dac cel puin un contact din circuitullogic este nchis C1 (bobina) este alimentat pe traseul: faz SAU, IRT, contactul a al lui K1,bobina C1, nul i P1 pornete. Concomitent este alimentat bobina RT prin intermediul SAU, contactul presostatuluidiferenial PD1 contactul d al lui K1-nul. Dac P1 este n stare de funcionare, atunci ntr-o perioad de timp mai mic decttemporizarea releului RT se stabilete diferena de presiune necesar (R-A), contactul PD1, sedeschide ise ntrerupe alimentarea bobine releului RT. n astfel de cazuri P1 funcioneaz iar P2 esterezerv.

25

Dac P1 se defectez iar P (R-A) scade sub valoarea necesar, contactul PD1 se nchide, iarRT este sub tensiune. Dup temporizare, RT deschide 1RT, oprind alimentarea C1, P1 se oprete,2RT se nchide i princontactul f al lui K2 se alimenteaz bobina C2, care pornete P2.

Recircularea periodic cu recipieni de pompaj: utilizeaz ca surs de presiune, presiunea decondensare i cuprinde dou etape: de drenare i de pompaj. Reglarea alimentrii cu agent a supapei de laminare se face prin reglarea nivelului cu unregulator electronic (LCI)de nivel 10, care comand la atingera nivelului minim de lucrudeschiderea robinetului pilot 1, deschizndu-se robinetul principal 2. la atingerea nivelului maximde lucru se comand nchiderea robinetului principal 2. nivelul maxim de alarm este semnalizat determostatul 8 al crui bulb este montat pe o deviaie a separatorului. ntre supapa de laminare irecipientul de pompaj exist dou conducte de legtur, una pentru curgerea lichidului pe care seafl robinetele 5a i 5b i una pentru agalizare pe care este montat robinetul principal 9, pilotat derobinetul electromagnetic 11. Pentru meninerea unei presiuni de pompare constante (apeox. 4 bari) pe conducta dintrerefularea compresorului i partea superioar a recipientului de pompaj, se monteaz un regulator depresiune 3. Pe recipientul de pompaj sunt montate releele electronice de nivel 6 i 7 care comandrobinetele pilot 4 respectiv 11. Dac recipientul de pompaj este gol, releul 6 comand prin intermediul CC deschiderearobinetului 9, meninnd nchis robinetul electromagnetic 4. Lichidul curge liber din supapa delaminare n recipientul de pompare prin 5a. Cnd nivelul ajunge la (LCH) limita maxim, releul 7comand nchiderea lui 9 i 11 i deschiderea lui 4. Vaporii cu presiune ridicat trec n recipientulde pompare i evacueaz prin 5b lichidul ctre vaporizator. Cnd nivelul lichidului a ajuns la limita inferioar releul 6 comand dechiderea robinetului 11i deci a robinetului 9 i nchiderea lui 4. Presiunea se egalizeaz, urmnd umplerea cu lichid a recipientului de pompare .a.m.d. Aceast schem prezint dezavantajele:

- se produc vibraii puternice n conducte;- robinetele de serviciu au durat de serviciu redus;- eficien redus (vaporii calzi de la refulare curg n recipentul de pompaj).

Fig. 2.5.3 Schema electric a circuitului de comand a funcionrii pompelor

26

2.6 Ageni de lucru ai instalaiilor frigorifice2.6.1 Clasificarea agenilor frigorifici

Agenii frigorifici sunt fluidele care recirculate n instalaia frigorific absorb cldura lapresiuni i temperaturi joase i o cedeaz mediului nconjurtor (aerului sau apei de rcire) lapresiuni i temperaturi ridicate. n general un agent frigorific trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii:

- presiunea de vaporizare (fierbere) s fie superioar presiunii atmosferice dar apropriat deaceasta, pentru a nu permite patrunderea aerului n instalaie pe la eventualele neetaneitin vaporizator.

- presiunea de condensare, s fie redus, pentru a nu se impune utilizarea de compresoare,conducte i armturi supradimensionate (pentru creterea mecanic i evitarea pierderilorde agent.);

- puterea frigorific specific ct mai mare (pentru a uura transportul unei cantiti ct maimari de cldur cu o cantitate ct mai mic de fluid.);

- cldura specific a lichidului frigorific ct mai redus n vederea micorrii pierderiicauzate de ireversibilitatea procesului de laminare;

- volum specific ct mai mic, spre a nu impune conducte de aspiraie cu seciuni mari icompresoare cu debite volumice mari;

- s nu aib vscozitate mare, ntruct aceasta ar impune consumuri mari de energie pentru aasigura circulaia fluidului n instalaie;

- s nu prezinte pericol de inflamabilitate i toxicitate;- stabilitate chimic i pasivitate la coroziune;- cost redus.

Agenii frigorifici ai instalaiilor frigorifice se grupeaz n mai multe categorii:- ageni frigorifici cu temperaturi coborte la vaporizare, la presiune atmosferic normal,

utilizat n instalaiile frigorifice cu comprimare mecanic de vapori;- aerul precum i alte gaze avnd temperaturi joase de vaporizare, folosite n instalaiile

frigorifice cu comprimare de gaze i n cele cu turbionare;- soluii ale diferitelor substane utilizate n instalaiile cu absorbie;- apa utilizat n instalaiile cu ejecie.

Fig. 2.5.4 Schem de principiu a automatizrii alimentrii vaporizatoarelor cu recipient de pompaj

27

2.6.2 Caracteristicile agenilor de lucru ai instalaiilor frogorifice cu comprimare de vapori

Agenii frigorifici folosii n instalaiile frigorifice cu comprimare de vapori trebuie sndeplineasc condiiile:

- s prezinte presiuni convenabile la temperaturi de vaporizare i de condensare utilizate;- s aib cldur latent de vaporizare ct mai mare;- s aib densitate mare;- s prezinte vscozitate redus;- s fie inofensivi fa de corpul omenesc;- s nu prezinte pericol de inflamabilitate i de explozie;- s nu fie corozivi;- s aib pre de cost sczut.

Dup proprietile fizice, se deosebesc trei categorii de ageni frigorifici:- cu temperatura de vaporizare ridicat (>0 0C) ca freon 11, 21, 113, 114;- cu temperaturi de vaporizare medie (0 0C. . . . . . . . -70 0C) ca amoniacul, freon12, freon22,

clorur de metil i oxid de sulf;- cu temperatur de vaporizare joas (< -70 0C), ca etilen, freon13, freon23.

Se pot prezenta caracteristicile unor ageni frigorifici utilizai pe scar larg n tehnica friguluimodern.

Amoniacul NH3, are utilizare n instalaiile frigorifice industriale, ntruct are cldur latentde vaporizare mare, nu este sensibil la umiditatea coninut n instalaii i d posibilitatea dedepistare a neetaneitiilor prin mirosul specific uor de sesizat. Are dejavantajuul c degajriile de amoniac, afecteaz calitatea alimentelor conservate prinfrig i prezint pericol de intoxicare, este exploziv i inflamabil la concentraii de 16,5 . . . . .26,8% amoniac n aer. Amoniacul se livreaz n butelii i se folosete la compresoarele frigorifice cu piston de puteremedie i mare pentru temperaturi de vaporizare de pn la -70 0C. Conductele pentru amoniac seconfecioneaz din cupru.

Bioxidul de sulf SO2 are temperatura normal de vaporizare relativ ridicat (-10,10C), ceea cepermite meninerea unor presiuni reduse n condensator la temperaturile de condensare, apropiatede temperatura mediului ambiant. Nu este inflamabil i este agresiv n raport cu cuprul i aliajelesale. SO2 are cldur latent de vaporizare de 2,5-3 ori mai mic dect a amoniacului; este foartetoxic pentru organism.

Clorura de metil CH3Cl este mai putin duntoare organismului dect amoniacul i SO2. Nucorodeaz oelul i aliajele sale, dar n prezena apei atac zincul, aluminiul i magneziul.Seutilizeaz n instalaii de puteri mici i mijlocii, mai putin n industria alimentar din cauzatoxicitii ridicate.

Bioxidul de carbon CO2 este folosit n principal n instalaiile de producere a gheii uscate(zpad carbonic). Este neinflamabil, netoxic i neutru n raport cu metalele. Dezavantajul constn aceea c temperatura critic conduce la presiuni ridicate n condensator.

Freonii sunt utilizai n tehnica frigului datorit avantajelor pe care le prezint i anume: nusunt toxici, au inflamabilitate redus, sunt neexplozivi i prezint neutralitate chimic. Freonii reprezint derivai dublu halogenai ai hidrocarburilor saturate (CnH2n+2), obinui prinnlocuirea parial sau complet a atomilor de hidrogen prin atomi de fluor sau brom. Formulageneral a freonilor este CnHxFyClzBru, unde x+y+z+u = 2n+2. Notaia prescurtat a freonilor este F-N sau R-N (refrigerent), N fiind numrul freonuluiformat din dou sau trei cifre care se stabilete dup urmtoarele reguli:

a) la derivaii fr atomi de hidrogen (x=0) prima cifr (dac N este format din dou cifre) sauprimele dou cifre (dac N este format din trei cifre) definesc hidrocarbura n modul urmtor:

1 - pentru metan (CH4); 11 - pentru etan (C2H6); 21 - pentru propan (C3H8); 31 - pentru butan(C4H10).

28

b) la derivaii cu atomi de hidrogen (x=1,2,...), numrul acestor atomi se adaug n felulurmtor: la derivaii metanului la prima cifr, iar la ceilali derivai la cifra a doua; exemple:freonul CHFCl2-monofluordiclormetan; (R21) i freonul C2H3F3-trifluormetan

c) la derivaii cu atomi de brom (u=1,2,...), dup numrul principal se pune litera B dup care sescrie numrul atomilor de brom; exemple: freonul CF2Br2 R-12B2.

Se remarc faptul c, la reducerea numrului atomilor de hidrogen, scade inflamabilitatea ipericolul de explozie. La creterea numrului atomilor de fluor scade toxicitatea i aciuneacoroziv. Freonii prezint urmtoarele dezavantaje:

- vscozitate redus ce favorizeaz scprile- au densitate ridicat ceea ce determin creterea rezistenelor hidraulice prin conducte- atac garniturile de cauciuc i se recomand ca material sevaritul sau cauciucul freonizat

Domeniile de utilizare a principalilor freoni sunt:- freonul R-11 (CFCl3) se folosete n instalaiile de condiionare a aerului pentru

temperaturi moderate de evaporare, precu i n instalaiile de pompe termice, n instalaiilefrigorifice avnd o putere frogorific peste &&&&&&

- freonul R-21, CHFCl2 este recomandat pentru obinerea unor temperaturi moderate (~0 0C)n pricipal, pentru condiionarea aerului i rcirea apei;

- freonul R-22, CHF2Cl se utulizeaz n instalaiile frigorifice cu o treapt (pn la - 40 0C)ct i n dou trepte (pn la - 60 0C)utilizate n special pentru congelarea produseloralimentare

- freonul R-12 CF2Cl2, se folosete la instalaiile frigorifice ntr-o treapt echipate cucompresor cu piston, pentru t0 - 40 0C, precum i la cele cu turbocompresor pentru t0 -80 0C;

- freonul 142, C2H3F2Cl, se utilizeaz la instalaiile de pompe termice, precum i n cele decondiionare a aerului avnd o temperatur ridicat de condensare (60 -70 0C) la o presiuneredus de condensare.

- Freon R-143 CH3 - CF3 sau C2H3F3 (triflouretan) se utilizeaz n instalaiile frigorifice cu otreapt.

Formeaz cu aerul amestecuri inflamabile. Temperatura normal de vaporizare a lui R-143este de - 47,6 0C. Freonii R-11, R-22, R-142, R-143, sunt cu temperaturi de vaporizare medie.

Freonii cu temperatur joas de vaporizare sunt urmtorii:- freonul R13 CF3Cl, este folosit n instalaiile frigorifice cu mai multe trepte ct i la cele n

cacad, pentru obinerea unor temperaturi sczute pn la - 100 0C- freonul R-14 CF4, se utilizeaz n instalaiile frigorifice n trepte sau n cascad, pentru

obinerea unor temperaturi de -100 0C -140 0C. n calitate de ageni de lucru ai instalaiilor frigorifice se folosesc amestecuri azeotropealctuite din doi componeni.

Aceste amestecuri au proprieti sensibil diferite de cele ale componenilor. Exemple de amestecuri azeotrope cu perspective de utilizare n tehnica frigului:

- freonul 500 este un amestec azeotrop compus din 26,2% freon &&&&- freonul 502, este un amestec azeotrop compus din 51,2% freon-115 i 48,8% freon-22,

utilizat pentru obinerea temperaturilor medii i joase. Utilizarea acestui agent permite reducerea consumului de energiecu 10. . . . 15% n raport cuR-12 ca urmare a reducerii raportului de cretere a presiunii.

2.6.3 Caracteristicile agenilor frigorifici ai instalaiilor frigorifice cu absorbie

Instalaiile frigorifice cu absorbie permit utilizarea agenilor de lucru pentru care existabsorbani corespunztori. La aceste instalaii este obligatoriu respecterea urmtoarelor condiii suplimentare:

29

- cldur de vaporizare ct mai mare pentru reducerea gabaritului schimbtoarelor de clduri conductelor, precum i a debitului de agent;

- vites de absorbie mare, pentru reducerea dimensiunilor absorbitorului;- cldur specific mic a absorbantului pentru reducerea suprafeei de nclzire a

schimbtorului de cldur;- diferen mic de presiune ntre condensator i vaporizator, pentru reducerea consumului

de energie necesar pentru pomparea soluiei- diferena mare ntre temperaturile normale de vaporizare ale agentului de lucru i

absorbantului. n instalaiile frigorifice cu comprimare termochimic se utilizeaz urmtorii ageni de lucru iabsorbani:

- soluie hidroamoniacal compus din agentul frigorific amoniacul (NH3)i absorbantul apa(H2O) este utilizat pentru obinerea unor temperaturi de 0 -60 0C ct i n cele de pompede cldur. Diferena mic de 133 0C ntre temperaturile normale de vaporizare alecomponentelor, determin o antrenare a solventului impunndu-se astfel rectificareasoluiei.

- soluia de bromur de litiu avnd agent frigorific apa i cu absorbant bromuri de litiu(LiBr), se folosete n instalaiile frigorifice la nivel de conditionare aerului i rcire a apei,pentru realizarea unor temperaturi de (0. . . . . +10 0C).

n cazul instalailor de pompe termice se utilizeaz n calitate de agent soluiile de NaOH,KaOH i CaCl2, apa fiind agentul caloric.

2.6.4 Ageni intermediari

Pentru transportul frigului de la generatorul de frig la consumator se utilizeaz ageni purttoride frig (intermediari) care s satisfac urmtoarele cerine:

- stabilitate chimic;- toxicitate redus, imflamabilitate i lipsa pericolului de explozie;- temperatur sczut de congelare;- vscozitate redus pentru reducerea pierderilor hidraulice la circulaie prin conducte;- cldura specific mare pentru reducerea debitului de agent intermediar;

La nivelul frigului moderat se utilizeaz ca ageni intermediari srurile, adic soluiile declorur de sodiu (NaCl) i clorur de calciu (CaCl2)n ap. Ca agent intermediar se pot folosi lichidele de tip antigel de tipul soluiei de etilerglicol pentrutemperaturi de -75 0C.

30

Capitolul III

3. Reglarea automat a mrimilor fizice ale instalaiilor frigorifice

n cazul instalaiilor frigorifice, scopul principal al reglrii automate este meninerea nlimitele impuse a temperaturii mediului rcit. Pentru asigurarea regimului de funcionare al instalaiei poate fi necesar ns i reglareaautomat a altor mrimi fizice, ca presiunea de vaporizare, presiunea de condensare,supranclzirea vaporilor de agent frigorific n vaporizator nivelul lichidului n diverse recipienteetc. La instalaiile de climatizare se reglez i umiditatea aerului.

3.1 Reglarea temperaturii mediului rcit Rolul instalaiilor frigorifice este reducerea temperaturii mediului rcit i meninerea acesteian limite impuse . Reglarea temperaturii poate fi:

a) cu acionare continu f = 1 + 2b) cu aciune bipoziional f > 1 + 2

dtdtffmed 0 00 0 2100

11 (3.1.1)

t oC tmax

tmin

1 + 2

1 2 (min)

Fig.3.1 Diagrama de reglare a temperaturiiReglarea temperaturii camerlor frigorifice cu rcire direct

Atunci cnd rcirea se face direct de ctre vaporizatorul plasat n acest scop n camerafrigorific reglarea automat a temperaturii camerei se poate face n mai multe moduri, dintre carese menioneaz urmtoarele:

- cu regulator de temperatur bipoziional care comabd un robinet electromagnetic situat peconducta de agent frigorific lichid nainte de robinetul de laminare

- cu regulator de temperatur bipoziional care comad un robinet electromagnetic situat peconducta de vapori la ieirea din vaporizator

- cu regulator de temperatur bipoziional care comad pornirea i oprirea sau trecerea pe oturaie redus a motorului electric al ventilatrului, sau al compresorului.

- cu o schem de reglare continu n care se comand modificarea turaiei motoruluiventilatorului.

Schema prezint avantajul c este simpl, cost relativ mic iar robinetul electromagnetic(REM) plasat pe comducta de lichid are diametrul mic.

31

Prezint dezavantajul c dup nchiderea REM, lichidul rmas n vaporizator continu s seevapore, iar rcirea camerei frigorifice continu un anumit timp dup ce t0 a cobort sub valoareaprescris. Scema prezint avantajul c dup nchiderea REM, p0 crete iar evaporarea agentului frigorificncetez, astfel nct, oscilaiile temperaturii din camera frigorific au amplitudine mai mic dectn cazul (a). Pentru a proteja vaporizatorul contra depirii presiunii maxime admise este prevzut supapade siguran 8. Prezint dezavantajul c REM montat pe conducta de vapori are diamerul niminal mai maredect unul pentru lichid. La camerele frigorifice cu circulaie forat a aerului este posibil ca regulatorul bipoziional detemperatur s comande pornirea i oprirea ventilatorului. Cnd ventilatorul funcioneaz seintensific schimbul de cldur, astfel nct vaporizatorul preia din camera frigorific o cantitatemai mare de cldur, dect atunci cnt ventilatorul este oprit. Schema poate fi aplicat n cazul instalaiilor cu o singur camer frigorific, astfel nctregulatorul de temperatur bipoziional comand direct pornirea i oprirea motorului electric alcompresorului. n schem p0 este reglat de regulatorul de presiune 5, a crui referin este furnizat deregulatorul de temperatur 4. Dac temperatura din camer crete TC va micora valoarea derefeerin a lui p0, iar PC va comanda mrirea seciunii de trecere a robinetului de reglare 7.Consumul de energie al instalaiilor frigorifice cu reglare continu este mai mare dect al celor cureglare bipoziional, cu regulator montat pe conducta de ieire din vaporizator, n special cndsarcina termic este redus.

Reglarea temperaturii camerelor frigorifice cu rcire indirect Temperatura camerelor frigorifice rcite cu agent intermediar lichid poate fi meninut nlimitele prescrise folosind un sistem de reglare bipoziional sau cu aciune continu. Reglareabipoziional este mai economic, dar mai puin precis. n fig. 2.4.3 este prezentat o modificare a schemei din fig. 241, n care se aplic o reglare ndubl cascad, TC 6 impune referin pentru TC 5 (regulatorul temperaturii aerului rece) insuflat,iar aceste impune referin reulatorului de presiune de vaporizare (PC). Schema prezint avantajulc permite s se impun o limitare inferoar a temperaturii aerului insuflat, care poate fi necesar deexemplu pentru a preveni depunerea sub for de zpad a vaporilor de ap n canalele de aer sa asuprarcirii obiectelor din camar care se gsesc n calea curentului de aer.

3.2 Reglarea temperaturii agentului intermediar Temperatura agentului intermediar la ieireaa din rcitor poate fi reglat aplicnd aceleaiprincipii cae au fost folosite la eglarea temperaturii din camerele frigorifice cu rcire direct.Vaporizatorul rcete agentul intermediar iar detectorul de temperatur se montez pe conducta deieire a agentului intermediar (fig. 3.2 a). Robinetul de reglare poate fi montat pe conducta de lichid(fig.3.2 a), pe conducta de vapori (fig.3.2 b) sau pe conducta de ocolire (fig. 3.2 c). Scema din fig.3.2 c se poate folosi atunci cnd variaia sarcinii frigorifice este sub 30 % din cea nominal.

32

3.3 Reglarea umiditii aerului Umiditatea aerului se regleaz n special n camerele cu aer condiionat, iar uneori i ncamerele frigorifice. Umiditatea aerului din camera frigorific are tendina s scad, datorit condensrii vaporilorde ap din aer n contact cu suprafaa elementelor de rcire i n special atunci cnd debitul de aerproaspt primit din exterior este mic, este posibil ca umiditatea relativ a aerului s fie mai micdect cea necesar din punct de vedere tehnologic sau pentru confortul persoanelor. Reglarea umiditiii a temperaturii aerului se face conform fig. 3.3.1 n care regulatorul detemperatur bipoziional comand intrarea agentului frigorific, iar regulatorul de umiditate comandinjecia de ap pentru umezire.

n instalaiile de condiionare a aerului, n timp de var, este necesar eliminarea unei aumitecantiti de vapori de ap din aerul aspirat din mediul exterior (fig. 246a).

Aerul este aspirat din exterior cu tA i umiditatea A. Pentru a se obine n camera frigorific tE i Eeste necesar ca aerul aspirat s fie rcit la umiditate absolut constant preia n punctul BC curbei = 100%, apoi s fie rcit pn n punctul C.

Fig. 3.2 Reglarea temperaturii agentului intermediar

Fig. 3.3.1 Reglarea automat a temperaturii si umiditii

Fig. 3.3.2

33

Pe traseul BC are loc condenssarea parial a vaporilor de ap. Aerul insuflat este nclzit pnla ts, astfel c dup amestecarea cu aerul din camera condiionat, se obine starea corespunztoarepunctului E (tE, E). Dac s-ar urmri numai reglarea temperaturii fr a se regla umiditatea, este suficient s seracesc aerul insuflat pn n D la starea C, urmat de nclzirea de la C la D sunt necesare pentrueliminarea excesului de umiditate. Dac aerului exterior

34

Reglarea automat a presiune de condensare (pk) n cazul condensatoarelor rcite cu ap(fig. 3.4.1), se face printr-un regulator cu aciune continu, care comand robinetul de reglare peconducta de ap de rcire, funcie de presiunea din conducta de refulare a compresorului. Prin aceast schem se urmrete reducerea consumului de ap de rcire, atunci cndtemperatura apei este mic sau sarcina compresorului este redus.

n cazul condensatoarelor rcite cu aer, reglarea presiunii de condensare (pk), se poate face fieprin midificarea debitului de aer de rcire, fie prin modificarea suprafeei efective de condensare. n fig. 3.4.2 este prezentat o schem de reglare a presiunii (pk) cu trei trepte ale debitului deaer obinute prin cuplarea i decuplarea ventilatoarelor. Un ventilator funcioneaz continuu, ctfuncioneaz compresorul n timp ce fiecare din celelalte ventilatoare este comandat de cte un PC(presostat). Este posibil s se utilizeze un (PC) cu aciune continu care comand un ventilator prevzut cumotor cu turaie variabil (fig. 3.4.3). Se poate utiliza ca motor de antrenare al ventilatorului unmotor asincron alimentat prin convertizor de frcven, sau un motor de curent continuu alimentatprin redresor comandat.

O metod optim de reglare a pk este cea n care se modific suprafaa efectiv de schimb decldur prin varierea nivelului lichidului din condensator. Regulatorul de presiune 4 din amonte, comand robinetul de reglare 7, de pe conducta decondensare i are rolul de a menine constant presiunea din condensatorul 2. Dac temperaturaaerului este cobort i presiunea de condensare scade sub valoarea prescris, regulatorul 4comand reducera seciunii de trecere a robinetului 7, astfel c scade debitul de lichid evecuat dincondensator, aceasta duce la creterea nivelului de lichid din condensator i deci micorareasuprafeei de contact dintre vaporii condensai i crte presiunea acestora. Cantitatea de vapori condensate scade i crete presiunea acestora, stabilindu-se la valoarea pkdar se tranguleaz conducta de condensare, astfel presiunea din rezervorul 6 scade poate chiar subvaloarea necesar pentru a se asigura funcionarea robinetului de laminare al vaporizatorului. Pentru eliminarea acestui dezavantaj se introduce regulatorul de presiune nou, ce comandastfel robinetul 8, pentru a stabiliza presiunea din rezervorul de lichid. Referinele celor douregulatoare se ajusteaz astfel, pk s fie mai mare dect cea din rezervorul de lichid. Clapeta de reinere 5 are rolul de a mpiedica ntoarcerea lichidului din rezervor n conductade refulare a compensorului i de a egaliza presiunile cnd instalaia frigorific este oprit. n fig. 3.4.4 regulatorul 10 are rolul de a menine constant presiunea vaporilor din conductade refulare a compresorului i a asigura astfel cderea de presiune necesar pentru robinetul 8.Exist posibilitatea atunci cnd temperatura exterioar este cobort, pk s devin temporar maimic dect cea din rezervorul de lichid.

Fig 3.4.1 Reglareapresiunii condensatoarelor

rcite cu ap

Fig 3.4.2 Reglarea n trepte apresiunii la condensatoarele

rcite cu aer

Fig. 3.4.3 Reglarea presiunii de condensare folosind un ventilator cu turaie variabil. 1 compresor 2 condensator 3 regulator de presiune continu 4 variator de turaie 5 ventilator 6 rezervor de lichid

35

Fig. 3.4.4 Reglarea prin baipasare a presiunii de condensare i a celei din rezervorul de lichid lainstalaiile cu condensator rcit cu aer. a - cu regulator de pk b - cu regulator de pref 5 - clapet de reinere; 7,8,11 - robinete de reglare.

Pentru evitarea intrrii n condensator a vaporilor din rezervor i din conducta de ocolire seprevede clapeta de reinere 5, care atunci cnd este nchis, lichidul se acumuleaz n condensator ireduce suprafaa efectiv de condensare, astfel c presiunea crete, depete pe cea din rezervor iclapeta 5 se deschide permind ieirea lichidului. Deschiderea se face ciclic.

3.5 Reglarea niveluluin instalaiile frigorifice de capacitate mare poate fi necesar reglarea nivelului lichidului din

diverse aparate ca: separatoare de lichid, separator-acumulatoare, separator de ulei, butelii de lichid,

condensatoare vaporizatoare .a.

Fig. 3.4.4

Fig. 3.5.1

36

Reglarea nivelului lichidului n separatoarele de lichid separator-acumulatoare ivaporizatoare se face pentru a nu ptrunde lichidul n conducta de aspiraie a compresorului. Cndnivelul lichidului crete peste valoarea de referin, regulatorul comand nchiderea robinetuluielectromagnetic de pe conducta de alimentare cu agent frigorific lichid n cazul reglriibipoziionale respectiv reducerea seciunii de trecere a robinetului de laminare n cazul reglriicontinue.

3.6 Protecia automat n instalaiile frigorifice

Sistemele de protecie automat din instalaiile frigorifice, au rolul de a ntrerupefuncionarea unor aparate i maini sau a ntregii instalaii n momentul n care apare o situaiepericuloas, pentru instalaie sau personalul de exploatare. Posibilitatea apariiei avariilor este legatde: creteri sau scderi exagerate de presiune, de suprasarcini la motoarele electrice de acionare, delipsa ungerii la piesele n micare ale mainilor, de manevre greite executate de personalul deexploatare, de temperaturi prea ridicate sau prea sczute n anumite zone ale instalaiei. n paralel cu fiecare dispozitiv de reglare ar fi necesar, aproape cte un dispozitiv analogic deprotecie. Toate detectoarele i circuitele de protecie sunt aparate i circuite distincte i independente dealte dispozitive i circuite. Alegerea aparatelor de protecie n care intervin circuitele electrice,trebuie s se fac nct acestea s nchid circuitele electrice n situaie normal i s le deschid ncazul unei defeciuni. n acest fel orice cdere pe circuitele electrice se va traduce imediat prin alarm. O defeciune pe circuitele electrice de protecie se va traduce prin nefuncionareadispozitivului de protecie n momentul cnd acesta ar declana, ceea ce poate duce la consecinegrave.

Capitolul IV

4. Protecii ale instalaiilor frigorifice

Unele protecii, cum ar fi cele pentru presiunea de ulei, nivelul maxim de lichid nseparatoare-acumulatoare, presiunea de refulare a pompelor, trebuie prevzute cu relee cuntrziere. Sistemele de alarm sonor au posibilitatea ntreruperii manuale, dar cu recuperarea automatn circuitul lor de funcionare, pentru a fi tot timpul, pregtite s semnalizeze o nou alert.

4.1 Protecia automat mpotriva creterilor sau scderilor exagerate de presiune

Creterea exagerat a presiunii poate avea loc:a) la nivelul compresoarelor datorit:

- lipsei apei de rcire,- nchiderii robinetului de pe refulare,- ptrunderii de lichid n aspiraie (ocuri hidraulice)

b) la nivelul condensatoarelor determinat de:- lipsei apei de rcire,- creterea temperaturii agentului lichid aflat n recipieni nchii.

Protecia mpotriva creterii presiunii de refulare a compresoarelor se realizeaz cu ajutorulpresostatelor. Acestea iau priz de presiune de pe conducta de refulare i comand prin intermediulunui releu oprirea compresorului la depirea valorii maxime admise a presiunii. Uneori seutilizeaz presostate cu priz de presiune pe conducta de alimentare a apei de rcire. Ptrunderea lichidului n compresor, determin lovituri hidraulice i este evitat prin alegereaadecvat a sistemului de alimentare cu agent frigorific lichid a vaporizatoarelor.

37

Astfel se pot utiliza fie robinete termostatice, fie separatoare de lichid care opresc picturile delichid s ptrund n aspiraia compresorului.

La instalaiile frigorifice mari, n afara LC (regulator de nivel de lucru) se monteaz i unreleu maximal de nivel, care comand oprirea compresoarelor la atingerea nivelului periculos nrecipient. Compresoarele cu o singur treapt de compreimare sunt prevzute cu supape de siguran saurobinete de descrcare ntre conducta de refulare i cea de aspiraie. Pentru nclziri locale periculoase se prevede pe compresor un TC (termostat) de protecie cubulbul fixat imediat n aval de robinetul de descrcare, care comand printr-un releu oprireacompresorului la depirea valorii maxime a temperaturii. Pentru evitarea ntoarcerii vaporilor de agent frigorific din condensator spre compresor ntimpul opririi funcionrii instalaiei se monteaz robinete de reinere. Protecia automat mpotriva creterii periculoase a presiunii n recipienii nchii se realizeazcu ajutorul supapelor de siguran. Nu este permis montarea nici unui robinet ntre recipient i supap sau pe conducta deevacuare spre exterior.

4.2 Protecia automat mpotriva creterilor sau scderilor exagerate de temperatur Protecia mpotriva atingerii de valori periculoase ale temperaturii pe refularea compresoruluise poate face cu TC (termostat) sau cu robinete de injecie termostatic. Pe circuitele de agent intermediar, protecia mpotriva atingerii temperaturilor de nghe aleagentului se obine cu ajutorul robinetelor de reglare a presiunii n vaporizator. Protecia mpotriva ngheului pe circuitele de ap provenite de la decongelarea rcitoarelor deaer se realizeaz prin golirea automat a circuitelor de decongelare. Circuitele de ap aflate n spaii nenclzite sau n exterior pot fi protejate mpotriva ngheuluicu ajutorul unui termostat care detectez temperatura ambiant i comand n caz de pericol denghe fie golirea de ap, fie punerea sub tensiune a rezistenelor de nclzire.

4.3 Protecia automat a ungerii compresorului

Protecia automat mpotriva lipsei ungerii suficiente la piesele n micare ale compresoruluise realizeaz, la sistemele de ungere cu pomp, cu jutorul unui presostat diferenial. Acestacomand prin intermediul unui releu temporizat oprirea compresorului. n cazul agenilor frigorifici miscibili cu uleiul, cum sunt majoritatea freonilor, se prevdcarterul compresorului rezistene de nclzire a uleiului, cu rolul de evitare a antrenrii uleiuluiodat cu agentul frifgorific la pornirea compresorului, fapt ce ar mpiedica ungerea. Rezistenelesunt comandate de TC meninnd astfel o temperatur minim n carter la oprirea compresorului.

4.4 Protecia automat a motoarelor i circuitelor electrice Motoarele electrice din instalaiile frigorifice sunt prevzute cu protecii clasice, adic cu

contactoare, relee termice pentru suprasarcini i sigurane fuzibile pentru protecia la scurtcircuit. Releul termic decupleaz alimentarea cu energie a motorului atunci cnd curentul absorbitdepete cu 15-20% IN, la o suprasarcin de lung durat. Motoarele compresoarelor sunt prevzute cu microtermostate, pentru a le proteja mpotrivasuprasarcinilor uoase dar de lung durat. Motoarele compresoarelor mari sunt prevzute cu reostate de pornire, ce mresc rezistenaelectric a rotorului i evit curenii electrici ridicai la pornire. Dup intrarea n regim nominal,rezistenele adiionale se decuplez. La pornirea motorului asincron cu puteri relativ mici se pot utiliza comutatoare stea-triunghi. Circuitele cu automeninere se prevd cu sisteme reanclanare automat pentru a se evitaintervenia manual dup penele de curent.

4.5 Protecia automat om nchis Pentru evitarea blocrii persoanelor n spaiile frigorifice este necesar prevederea

posibilitii semnalizrii prezenei omului n spaile rcite.

38

Tr - transformator de tensiune; b1 . . . b4 - butoane de anclanare cu blocare manual;L1 . . . l4 - lmpi indicatoare; lt1 . . . lt4 - lmpi indicatoare la tablou; C - bobina releului decomand; c1 . . . c3 - contacte ale releului C; LS - lmpi de semnalizare; DSS - dispozitiv desemnalizare sonor. Protecia automat denumit om nchis cuprinde un