Tehnica frigului și echipamente de climatizare

1.Introducere

1.1 Clasificarea instalatiilor frigorifice

Instalatiile frigorifice se pot clasifica dupa: nivelul de temperaturi obtinute, principiul de

functionare, tipul ciclului in periodicitate.

a) dupa nivelul de temperaturi obtinute se pot deosebi:

- domeniul climatizarii in care frigul produs la temperaturi in general peste 0 0C, este utilizat

in scopuri de confort sau tehnologie

- domeniul frigului moderat (frigul industrial) care acopera zona temperaturilor (-150

0C - 0 0C)

- domeniul frigului adanc (criogeniei) unde temperaturile ajung pana la aproape de zero

absolut (-273,15 0C).

b) dupa principiul de functionare :

- instalatii cu comprimare mecanica, antrenate de motoare electrice sau termice, ce folosesc

proprietati elastice ale vaporilor sau gazului;

- instalatii cu sorbtie ce folosesc ca principiu reactiile chimice evoterne si andoterne dintre

un solvent si un dizolvant. Acestea se pot subclasifica astfel:

- instalatii cu absorbtie, la care procesele au loc la limita de separare dintre faza lichida si

faza gazoasa;

- instalatii cu absorbtie, la care procesul de sorbtie are loc la suprafata absorbantului in faza

solida. Aceste instalatii folosesc ca si potential motor energia termica.

- instalatii cu jet ce utilizeaza energie cinetica a unui jet de gaz sau de vapori. Aceste

instalatii frigorifice se subclasifica:

- cu ejectie unde presiunea dinamica jetului creeaza o depresiune in vaporizator

- cu turbionare unde jetul de gaz produce un vartej cu efect de creare a unui gradient termic

- instalatii termoelectrice ce folosesc efectul Peltier la trecerea curentului electric prin

sisteme formate din doua metale diferite, cand se produc incalziri si raciri la locul de

sudare al metalelor;

- instalatii magnetice ce utilizeaza proprietatea corpurilor magnetice de a-si mari temperatura

la magnetizare si a o reduce la demagnetizare.

c) dupa tipul ciclului de functionare

- instalatii in circuit inchis la care agentul de lucru parcurge succesiv elementele unui circuit

inchis;

- instalatii in circuit deschis la care dupa ce agentul parcurge parti din instalatie este extras

partial sau total din aceasta.

d) dupa periodicitate

- instalatii cu functionare discontinua in regim nestationar care functioneaza intermitent sau

un singur aparat are mai multe roluri;

- instalatii cu functionare continua caracterizate prin aceea ca sistemul se gaseste in

functionare permanenta la sarcina nominala.

1.3 Marimi si procese termodinamice

1.3.1 Marimi termodinamice si transformari de stare

Pentru studiul fenomenelor termice, se introduce notiunea de sistem termodinamic, ce

reprezinta un corp sau un ansamblu de corpuri care schimba energie si substanta cu mediul ambiant.

Din punctul de vedere al interactiunii dintre un sistem termodinamic si mediul ambiant, se

pot intalni:

a) sisteme deschise sau inchise dupa cum exista sau nu schimb de substanta cu mediul

ambiant;

b) sisteme adiabatice la care nu exista schimb de caldura cu exteriorul.

Un sistem termodinamic este determinat prin marimile fizice care il caracterizeaza, numite

parametrii sau marimi de stare.

3

Deoarece in tehnica frigului intervin in multe aplicatii lichidele si gazele, mai jos sunt

redate marimile de stare principale ale fluidelor.

Masa m a fluidului reprezinta o masura a cantitatii de substanta.

Presiunea p este rezultatul loviturilor moleculelor fluidului asupra vasului in care se afla

sau a suprafetelor oricarui corp cu care fluidul vine in contact direct. In practica luandu-se ca

origine presiunea atmosferica se utilizeaza si notiunea de presiune relativa, care reprezinta diferenta

dintre presiunea absoluta care domneste intr-un sistem si presiunea atmosferica.

Temperatura T exprima gradul de incalzire a unui corp, fiind rezultatul agitatiei

moleculelor acestuia.

Daca T este temperatura in Kelvin iar t este temperatura in grade Celsius, atunci relatia:

T = t + 273,1 (1.3.1)

Volumul specific v reprezinta volumul unitatii de masa, adica:

V = ( )

Kg

m3

m

v

, (1.3.2)

In care: V si m volumul pe care-l ocupa fluidul, respectiv masa sa.

Ecuatia care arata interdependenta dintre cei patru parametri m, p, V, T, se numeste ecuatia

caracteristica de stare:

F(m, p, V, T) = 0 (1.3.3)

Ecuatia caracteristica exprimata pentru masa unitate rezulta din relatia de mai sus prin

introducerea volumului specific:

F(p, v, T) = 0 (1.3.4)

Una din ecuatiile de stare, aplicabila cu oarecare aproximatie, gazelor reale, aflate la

presiuni mici si temperaturi ridicate, este ecuatia lui Clapeyron:

Pv = m? R ? T (1.3.5)

Iar pentru unitatea de masa:

Pv = RT, (1.3.6)

In care: R este constanta gazului respectiv si se exprima in (J/Kg ?K ).

Atunci cand un fluid isi schimba starea, parametrii de stare capata noi valori. Se spune ca

fluidul a suferit o transformare de stare sau un proces termodinamic.

Fie starea 1 a unui fluid caracterizata de parametrii p1, v1, T1 si starea 2 caracterizata de

parametrii p2, v2, T2 (Fig. 1.1). La trecerea fluidului din starea 1 in starea 2, variatia marimilor

caracteristice depinde numai de starea initiala 1 si de starea finala 2 si este independenta de drumul

transformarii.

Pentru ca un proces termodinamic sa fie perfect determinat este necesara cunoasterea nu

numai a starilor initiale si finale ci totalitatea starilor intermediare. Daca la transformarea din starea

1 in starea 2, succesiunea de stari la transformarea de la starea 2 la starea 1, fara ca in mediul

ambiant sa se produca vreo schimbare remanenta, procesul se numeste reversibil. Daca starile

intermediare sunt diferite in cele doua transformari, procesul este ireversibil.

Un ciclu termodinamic poate fi reprezentat intr-o diagrama avand ca abscisa volumul, iar

ca ordonata presiunea.

Deoarece prin cunoasterea presiunii si a volumului, o stare oarecare a sistemului este

determinata, rezulta ca unui punct din diagrama p-V ii corespunde o anumita stare si numai una.

In acest fel, un ciclu oarecare 1ABC1 (v. Fig. 1.2) poate fi reprezentat in aceasta diagrama.