Vaporizarea Vaporizarea este procesul termodinamic prin care agentul frigorific i schimb starea de agregare din lichid n vapori, absorbind cldur de la sursa rece, reprezentat de mediul rcit (aerul sau un agent termic lichid). n vaporizator, este realizat efectul util al instalaiilor frigorifice. Procesul de vaporizare va fi analizat n continuare, separat pentru cazul realizrii acesteia n interiorul evilor i separat pentru cazul realizrii acesteia n spaiul dintre evi i manta al vaporizatoarelor. De regul, vaporizarea este realizat n interiorul evilor, n aparate construite din serpentine, destinate rcirii aerului sau rcirii lichidelor, respectiv n spaiul dintre un fascicul de evi i manta, n aparate de construcie multitubular, cel mai adesea orizontale, destinate rcirii lichidelor. Se observ c rcirea aerului, sau eventual a altor gaze, poate fi realizat numai prin vaporizarea agentului frigorific n interiorul evilor, iar rcirea lichidelor poate fi realizat att prin vaporizarea agentului frigorific n interiorul evilor, ct i prin vaporizarea acestuia ntre evi i manta. Dac n timpul vaporizrii agentului frigorific n spaiul dintre evi i manta, prin interiorul evilor circul ap, aceasta poate fi rcit cel mult pn n apropiearea temperaturii de 0C, pentru evitarea ngherii la interiorul evilor. Formarea gheii n procesele de rcire a apei, este permis numai la exteriorul evilor, n bazine prevzute cu serpentine n care vaporizeaz agentul frigorific. Dac se dorete rcirea lichidelor la temperaturi negative, vor trebui utilizate alte substane n locul apei. De obicei se utilizeaz soluii apoase de tip antigel, sau saramuri, toate avnd temperaturi de solidificare negative. n tehnica frigului, aceste substane sunt denumite generic ageni frigorifici intermediari.

Vaporizarea n interiorul evilor Rcitoare de aer Procesul de vaporizare este reprezentat n figura 1, unde se observ c n interiorul evilor, cantitatea de lichid se reduce treptat spre ieirea agentului frigorific din aparat. Ultima poriune a serpentinei, este integral umplut de vapori.

Fig. 1. Procesul de vaporizare

Schema de principiu a unui rcitor de aer, este prezentat n figura 2. Agentul frigorific provenit de la ventilul de laminare, intr n aparat sub form de vapori umezi (v.u.) (amestec de lichid i vapori saturai) i iese din aparat sub form de vapori supranclzii (v.si.). Aerul la intrarea n vaporizator (a.i.) este cald, iar la ieirea din acesta (a.e.) devine rece, deoarece n rcitor, aerul cedeaz cldura preluat de agentul frigorific. Presiunea agentului frigorific n vaporizator, este considerat constant i are valoarea presiunii de vaporizare p0. Aceast ipotez este corect n condiiile n care se neglijeaz pierderile de presiune din vaporizator, datorate curgerii n condiii reale, a agentului frigorific.

Fig. 2. Schema rcitorului rcit cu aer

Evoluia procesului de vaporizare, n interiorul evii din care este construit serpentina vaporizatorului, este prezentat n figura 3.

Fig. 3. Evoluia procesului de vaporizare n evi

La intrarea n vaporizator (1) titlul vaporilor umezi, este de cca. 1525%. Aceast stare poate fi considerat cea de ieire a agentului frigorific din dispozitivul de laminare. Ponderea vaporilor n amestecul cu lichidul crete continuu, de la intrarea spre ieirea agentului frigorific (1, 1). Astfel cantitatea de lichid din eav scade continuu, iar cantitatea de vapori crete permanent. Vaporizarea propriu-zis se ncheie odat cu schimbarea strii de agregare a ultimei picturi de lichid (2). Pe toat durata procesului de vaporizare 1-2, temperatura rmne constant, la valoarea temperaturii de vaporizare t0, iar vaporii de agent frigorific sunt saturai i se gsesc n echilibru cu lichidul, care de asemenea este saturat. Pentru vaporizarea propriu-zis este utilizat aproximativ 85-90% din suprafaa total a vaporizatorului. n ultima parte a suprafeei de transfer termic a vaporizatorului, agentul frigorific aflat n stare de vapori, continu s rmn n contact cu aerul cald i astfel va continua s absoarb cldur mrindu-i temperatura cu cteva grade, ajungnd ca la ieirea din aparat s fie uor supranclzit (3). Pentru supranclzire este utilizat cca. 10-15% din suprafaa total a vaporizatorului. Exist particulariti constructive ale rcitoarelor de aer, n funcie de tipul aplicaiei pentru care sunt utilizate: instalaii i echipamente de condiionare a aerului, sau instalaii i echipamente pentru producerea frigului industrial. Particularitile sunt datorate comportrii diferite a aerului rcit n aceste vaporizatoare, datorat temperaturilor diferite ale suprafeelor acestor aparate.

- n aplicaiile frigului industrial, chiar dac temperatura care trebuie meninut n spaiile rcite este pozitiv, cel mai adesea temperatura medie a suprafeei rcitoarelor, coboar sub 0C, ceea de determin acumularea pe vaporizator a unor depuneri de zpad sau ghea (n funcie de densitatea depunerii, care la rndul ei depinde de viteza de formare a acesteia, de condiiile de lucru, etc.). Acest fenomen, denumit i givrare, este des ntlnit n practica instalaiilor frigorifice. Depunerile de zpad sau ghea au dou efecte negative majore, pe de-o parte reduc intensitatea transferului termic dintre aer i agentul frigorific i pe de alt parte reduc seciunea de curgere a aerului. Pentru evitarea colmatrii complete a

rcitorului, spaiul prevzut ntre nervurile lamelare montate pe serpentine, este mult mai mare dect n cazul condensatoarelor rcite cu aer, sau dect n cazul rcitoarelor care nu givreaz. n plus, rcitoarele de aer pe care n timpul exploatrii se poate depune zpad sau ghea, trebuie prevzute cu dispozitive pentru degivrare, care s nclzeasc zpada pn la topire i cu dispozitive pentru colectarea i evacuarea apei produse n timpul degivrrii.

- n aparatele de condiionare a aerului, temperatura medie a suprafeei rcitoarelor, este de regul pozitiv, dar inferioar temperaturii punctului de rou (corespunztor aerului la intrarea n rcitor), ceea ce determin condensarea umiditii din aer pe suprafaa vaporizatoarelor. Aceast umiditate trebuie colectat i evacuat. Conex cu necesitatea evacurii apei, este cunoscut faptul c din aparatele de condiionare a aerului picur adesea ap. Deoarece umiditatea depus n stare lichid pe suprafaa de transfer termic dintre aer i agentul frigorific, nu pune n pericol curgerea aerului, spaiul dintre nervurile prevzute pe serpentine, este mult mai mic dect n cazul rcitoarelor de aer care givreaz.

La intrarea n vaporizator, vaporii umezi de agent frigorific (1) au temperatura de vaporizare t0, iar la ieire (3), vaporii obinui sunt uor supranclzii, valoarea temperaturii acestora purtnd denumirea de temperatur de supranclzire tsi.

Fig. 4. Regimul termic al vaporizatorului rcitor de aer

Regimul termic al vaporizatorului rcitor de aer, este determinat de caracteristicile constructive ale aparatului (materiale, dimensiuni geometrice, starea suprafeelor, etc.), de regimul de curgere (debite, respectiv viteze de curgere), modul de amplasare a ventilatoarelor care asigur circulaia aerului, etc. i este prezentat n figura 4. Variaiile i diferenele de temperatur, caracteristice regimului termic sunt specifice, n funcie de destinaia vaporizatoarelor rcitoare de aer. Astfel, aceste valori sunt indicate separat pentru cazul rcitoarelor de aer utilizate n condiionarea aerului i separat pentru cele utilizate n aplicaii ale frigului industrial. Calculul regimului termic al vaporizatorului const n determinarea tuturor temperaturilor caracteristice. La proiectarea vaporizatoarelor, un obiectiv important al calculului regimului termic, este determinarea temperaturii de vaporizare t0, care reprezint unul din parametrii interni de lucru ai instalaiei.

Temperatura aerului la intrarea n vaporizator tai, este cunoscut, indiferent de tipul aplicaiei, reprezentnd temperatura aerului, care trebuie meninut n incinta rcit. Temperatura aerului la ieirea din vaporizator a fost notat cu tae, iar variaia temperaturii aerului n vaporizator, sau gradul de rcire a aerului, a fost notat cu ta0. ta0 = tai tae [C] (1) Variaia temperaturii aerului n vaporizator, are n cazul unor construcii uzuale i condiii de lucru normale, urmtoarele valori:

- Pentru rcitoare de aer utilizate n climatizare: ta0 = 610C (2)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n aplicaii industriale: ta0 = 35C (3) Temperatura aerului, la ieirea din vaporizator se poate determina cu relaia: tae = tai - ta0 [C] (4)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n climatizare: tae = tai - 610 [C] (5)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n aplicaii industriale: tae = tai - 35 [C] (6) Diferena dintre temperatura aerului la ieirea din aparat i temperatura de vaporizare, este la construcii uzuale i n condiii normale:

- Pentru rcitoare de aer utilizate n climatizare: tae t0 = 610C (7)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n aplicaii industriale: tae t0 = 35C (8) Diferena total de temperatur din vaporizator, este diferena dintre temperatura aerului la intrarea n acesta i temperatura de vaporizare, iar n condiiile prezentate, valorile normale pentru aceasta sunt:

- Pentru rcitoare de aer utilizate n climatizare: ttot0 = tai t0 = 1220C (9)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n aplicaii industriale: ttot0 = tai t0 = 610C (10) Temperatura de vaporizare, se poate determina direct n funcie de temperatura aerului la intrare i diferena total de temperatur n vaporizator: t0 = tai - ttot0 [C] (11)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n climatizare: t0 = tai - 1220 [C] (12)

- Pentru rcitoare de aer utilizate n aplicaii industriale: t0 = tai - 610 [C] (13) Presiunea de vaporizare p0, poate fi determinat uor, dac se cunoate temperatura de vaporizare, cu ajutorul diagramelor sau tabelelor termodinamice, corespunztoare agentului de lucru din instalaie: t0 p0 (14) Gradul de