Cum functioneaza frigiderul

Cum functioneaza frigiderul

Frigiderul

In mod ironic, frigiderele mentin lucrurile (alimente, medicamente etc.) 18418w229s reci tocmai datorita manierei caldurii de a se comporta. A doua lege a termodinamicii exprima ideea ca daca un obiect cu temperatura ridicata este plasat langa un obiect mai rece, obiectul cald va ceda caldura, iar obiectul rece va primi caldura. Frigiderul, insa, nu raceste lucrurile prin scaderea temperaturii lor initiale, ci un gaz evaporant absoarbe caldura lasand interiorul frigiderului mult mai rece.

Istoria frigiderelor si a aparatelor de inghetat

    Desen de William Cullen

Inainte ca sistemele mecanice de inghetare sa fie folosite, oamenii raceau mancarea cu zapada sau gheata care, fie se gaseau in zona respectiva, fie erau aduse de pe munti. Primele pivnite erau, de fapt, gauri sapate in pamant, izolate cu paie sau lemn si incarcate cu zapada si gheata: acesta era singurul mod de racire existent pana in urma cu 3 secole.

Refrigerarea este procesul de eliminare a caldurii dintr-un spatiu restrans, sau dintr-o substanta, pentru a ii scadea temperatura. Frigiderul se foloseste de evaporarea unui lichid pentru a absorbi caldura. Lichidul, sau refrigerent, folosit intr-un frigider, se evapora la o temperatura foarte scazuta, creand temperatura de inghet in interiorul frigiderului. Intregul proces este bazat pe urmatoarele principii : - un lichid se evapora rapid (prin compresie) - vaporii ce se extind rapid au nevoie de energie cinetica si "extrage" aceasta energie din zona cea mai apropiata, aceasta pierzand energie pentru ca apoi sa se raceasca. Racirea creata de expansiunea rapida a gazului este principalul mijloc de refrigerare, astazi.

Prima refigerare artificiala a fost demonstrata de catre William Cullen la Universitatea din Glasgow, in anul 1748. Totusi, el nu si-a folosit inventia in activitati practice. In 1805, un inventator american, Oliver Evans a proiectat prima masina de refrigerare. Insa, prima masina de refrigerare practica a fost construita de catre Jacobs Perkins in 1834; a folosit eterul intr-un ciclu de comprimare a vaporilor. Un fizician american, John Gorrie a construit un frigider folosindu-se de modelul lui Oliver Evans, in 1844, utilizand gheata pentru a scadea temperatura pacientilor ce sufereau de febra galbena. Inginerul german, Carl von Linden a patentat nu frigiderul ci procesul de lichefiere a gazului, in 1876, acest proces facand parte din tehnologia de refrigerare.

Proiecte imbunatatite ale frigiderelor au fost patentate de catre Thomas Elkins (11/4/1879 U.S. patent #221,222) si John Standard (7/14/1891 U.S. patent #455,891). - POZA DE PE DESKTOP

Frigiderele construite din anii 1800 pana in 1929 foloseau gazele toxice - amoniac (NH3), clorura de metil (CH3Cl) si dioxid de sulf (SO2) drept refrigerenti . Trei corporatii americane au intreprins o activitate colaborativa in incercarea de dezvoltare a unei metode de refrigerare mai putin nociva; eforturile lor duc la descoperirea Freonului. In doar cativa ani, frigiderul cu compresori ce folosea Freon avea sa devina un aparat casnic standard.

Scopul Refrigerarii

Principalul motiv pentru care exista frigiderele este acela de a pastra alimentele reci. Temperaturile scazute mentin alimentele proaspete mai mult timp. Ideea de baza a inghetarii este de a incetini activitatea bacteriilor (continute de toate alimentele), astfel incat acestea sa nu altereze rapid mancarea. De exemplu, laptele se altereaza in doar doua-trei ore daca este tinut in bucatarie, la temperatura camerei. Insa, prin reducerea temperaturii laptelui, acesta ramane proaspat timp de o saptamana sau doua. Inghetand laptele, putem opri activitatea bacteriei, acesta putand rezista chiar si cateva luni. Refrigerarea si inghetarea sunt doua dintre cele mai cunoscute metode de a conserva alimentele.

Componentele unui frigider

Asa cum am vazut in introducere, ideea de baza a functionarii unui frigider este folosirea evaporararii unui lichid pentru a absorbi caldura. Lichidul utilizat se evapora la temperatura foarte scazuta, creand, astfel, temperaturi de inghet in interiorul frigiderului. Punand pe piele refrigerent (cu siguranta, nu este o idee buna), pielea va ingheta in timp ce lichidul se evapora.

Exista 5 componente de baza ale unui frigider (sau aparat de aer conditionat):

1. Compresor
2. Tevi pentru interschimb de caldura - tevi curbate aflate in exteriorul unitatii
3. Valva de expansiune
4. Tevi pentru interschimb de caldura - tevi curbate aflate in interiorul unitatii
5. Refrigerent - lichid ce se evapora in interiorul frigiderului pentru a crea temperaturi scazute

Multe instalatii industriale folosesc amoniacul pur drept refrigerent. Amoniacul pur se evapora la -27˚F ( sau -32˚C ).

In esenta, mecanismul unui frigider functioneaza astfel :

1. Compresorul comprima gazul refrigerent. Aceasta duce la cresterea presiunii refrigerentului si temperatura , astfel incat tevile aflate in exteriorul frigiderului permit refrigerentului sa disipe caldura acumulata prin presurizare.
2. In timp ce se raceste, refrigerentul se condenseaza in stare lichida si curge prin valva de expansiune.
3. Curgand prin valva de expansiune, refrigerentului lichid i se permite sa treaca dintr-o zona intens presurizata spre o zona unde presiunea este scazuta, astfel se extinde si se evapora . In timpul evaporarii, absoarbe caldura, lasand interiorul frigiderului rece.
4. Tevile curbate din interior permit refrigerentului sa absoarba caldura. Apoi, ciclul se repeta.

Intelegerea refrigerarii

Pentru o mai buna intelegere a procesului, este esentiala clarificarea rolului si functionarii refrigerentilor. Iata doua experimente ajutatoare:

Experiment 1

Avem nevoie de:

• Un vas cu apa
• Un termometru ce poate masura temperaturi pana la cel putin 250 F
• Un cuptor

Asezam vasul cu apa pe cuptor, introducem termometrul in vas si aprindem focul in cuptor. La 212 F, apa va incepe sa fiarba si isi va mentine aceasta temperatura ; 212 F este punctul de fierbere al apei, la nivelul marii. In zonele montane, unde presiunea este mai scazuta, punctul de fierbere se va situa intre 190 F si 200 F. Din aceasta cauza, multe alimente au instructiuni privind gatirea acestora la presiuni diferite.

Experiment 2

Avem nevoie de:

Ciclul de refrigerare

Frigiderul din bucataria fiecaruia utilizeaza un ciclu asemanator celui descris mai sus. Dar, in cazul frigiderului, ciclul este continuu. In cadrul urmatorului experiment, vom presupune ca refrigerentul folosit este amoniacul pur, ce fierbe la -27 F. Iata ce se intampla pentru a se mentine o temperatura scazuta in interiorul frigiderului:

1. Compresorul comprima amoniacul. Gazul comprimat se incalzeste pe masura ce este supus presiunii.
2. Tevile curbate aflate in spatele frigiderului permit gazului fierbinte de amoniac sa isi disipe caldura. Gazul de amoniac se condenseaza in amoniac lichid la presiune ridicata.
3. Amoniacul lichid puternic presurizat curge prin valva de expansiune.

Ne putem imagina valva de expansiune ca fiind o gaura mica. La un capat al gaurii se afla amoniac presurizat; de cealalta parte se gaseste zona slab presurizata (deoarece compresorul absoarbe gazul din aceasta portiune).

4. Amoniacul lichid fierbe instantaneu, vaporizandu-se- temperatura sa scade la -27 F, realizandu-se, astfel, racirea frigiderului.
5. Gazul rece de amoniac este absorbit de compresor, iar ciclul se repeta.

Frigiderele pe baza de benzina si propan

Detinatorii de rulote, sau persoanele care folosesc un frigider in zone unde electricitatea nu este disponibila, au, probabil, in locuintele lor, frigidere pe baza de benzina sau propan. Aceste frigidere sunt interesante deoarece nu prezinta componente mobile si deoarece folosesc benzina sau propanul ca sursa primara de energie. De asemenea, folosesc caldura, sub forma propanului ars, pentru a produce temperaturi scazute in frigider.

Aceste frigidere sunt alcatuite din cinci componente:

1. Generator -    da nastere gazului de amoniac
2. Separator - separa gazul de amoniac de apa
3. Condensator - aici, gazul de amoniac fierbinte este racit pentru a se lichefia
4. Evaporator - aici, amoniacul lichid se evapora pentru a crea temperaturi scazute in interiorul frigiderului
5. Absorbant - absoarbe gazul de amoniac din apa

Ciclul functioneaza astfel :

1. Generatorului ii este aplicata caldura. Caldura provine din arderea benzinei, propanului sau kerosenului.
2. In generator exista o solutie compusa din amoniac si apa. Caldura emanata incalzeste solutia pana la punctul de fierbere al amoniacului.
3. Solutia curge spre separator, unde apa este separata de gazul de amoniac.
4. Gazul de amoniac curge in sus, spre condensator. Condensatorul este alcatuit din serpentine din metal si aripioare ce permit gazului de amoniac sa isi disipe caldura si sa se lichefieze.
5. Amoniacul lichid patrunde spre evaporator unde se creaza un amestec, impreuna cu hidrogenul, dupa care se evapora, producand temperaturi mici in frigider.
6. Gazele de amoniac si hidrogen ajung, apoi, la absorbant, unde apa adunata in separator este amestecata cu gazele de amoniac si hidrogen.
7. Amoniacul formeaza o solutie impreuna cu apa, eliberand hidrogenul care ajunge inapoi la evaporator. Solutia de amoniac si apa curge spre generator pentru a se repeta ciclul.

Racitor (cooler) electric

Ati observat, probabil, noile racitoare care nu folosesc gheata, functionand atunci cand sunt bagate in bricheta automobilului. Acestea se bazeaza pe un proces cunoscut sub denumirea de efectul Peltier sau efectul termoelectric pentru a produce electronic temperaturi mici.

Efectul Peltier se poate crea cu o baterie, doua fire de cupru si o bucata de bismut sau fir de fier. Se conecteaza cele doua fire de cupru la cei doi poli ai bateriei, apoi se conecteaza bismutul sau firul de fier intre cele doua fire de cupru - bismutul/ fierul trebuie sa se atinga - jonctiunea este cea care creaza efectul Peltier.

Jonctiunea, unde curentul circula de la cupru la bismut va deveni fierbinte, iar jonctiunea unde curentul circula de la bismut la cupru va deveni rece. Temperatura poate scadea cu maxim 40 F fata de temperatura mediului in care este situata jonctiunea calda.

Pentru a crea un racitor Peltier, jonctiunea calda este plasata in exteriorul frigiderului, iar jonctiunea rece este plasata in interiorul frigiderului. In mod normal, se creaza un modul de mai multe jonctiuni pentru a amplifica efectul.

Intrebari frecvente despre frigider

Care este temperatura ideala a interiorului unui frigider ?

Pentru ca alimentele sa nu se altereze din cauza temperaturii prea scazute sau prea ridicate, s-a stabilit ca temperatura optima pentru ca alimentele sa se mentine proaspete este intre 35 si 38 F (sau 1.7 si 3.3˚C). O temperatura mai mare de atat duce la alterarea alimentelor, dar si inghetul poate deveni o problema.

Ce rol are ventilatorul ?

Multe modele vechi de frigider si majoritatea frigiderelor mici nu au, in structura lor, ventilatoare, dar majoritatea frigiderelor moderne ce nu ingheata (frost-free) au cate doua ventilatoare. Unul este pozitionat sub frigider pentru a raci compresorul, iar cel de-al doilea se afla in interior si impinge aerul printre tevile curbate din interiorul frigiderului. Al doilea ventilator raceste mai mult si de asemenea contribuie la procesul de dezghet.

Cum functioneaza un frigider care nu ingheata (frost-free) ?

Inghetul are loc in momentul in care vaporii de apa intra in contact cu tevile reci. Vaporii de apa se condenseaza, transformandu-se in lichid. Instantaneu, stropii de apa formati ingheata.

Acest tip de frigider este alcatuit din trei componente:

Bibliografie

https://inventors.about.com/library/inventors/blrefrigerator.htm

https://home.howstuffworks.com/refrigerator.htm

https://www.wisegeek.com/how-does-a-refrigerator-work.htm