Instalatii frigorifice intr-o treapta de comprimarea vaporilor de agent frigorific

Instalatii frigorifice intr-o treapta de comprimarea vaporilor de agent frigorific

Schema de principiu

VL-ventil de laminare   ciclul teoretic in diagrama logP-i

V - vaporizator   1 - vapori saturati uscati

C - compresor   2 - vapori supraincalziti

K - condensator   3 - lichid

  4 - amestec de lichid si vapori de ag frigorific

Principiu de functionare

Compresorul C aspira vaporii saturati uscati cu titlu de vapori x=1 din vaporizatorul V, il comprima adiabatic, adica la entropie constanta (s = s = ct.) din starea 1 in starea 2 , marindu-le energia interna si presiunea de de p la pk consumand lucrul mecanic l, adica consumand puterea P, vaporii de agent frigorific incalziti cu starea 2 intra in condensatorul K unde se racesc izobar pk =ct. Pana la starea 2' si apoi se condenseaza pana la starea 3 izoterm-izobar ca urmare a cedarii fluxurilor de caldura de supraincalzire si de condensare notate cu Qk, mediului de racire ce poate fi aerul sau apa. Agentul frigorofic condensat , adica lichid cu titlu de vapori x=0 si tenperatura tk cu starea 3, se lamineaza izentalpic (i =i =ct.) in ventilul de laminare VL pana la starea 4 caracterizata prin temperatura t si presiunea po de vaporizare . Agentul frigorific bifazic (x>0) cu starea 4 ajunge in vaporizatorul V unde se vaporizeaza izoterm-izobar la temp t si presiunea p preluand fluxul de caldura de vaporizare Q de la mediul racit ce poate fi aerul, apa sau un agent intermediar. Vaporii de agent frigorific saturati uscati rezultati in urma vaporizarii cu starea 1 si titlu de vapori x=1 sunt aspirati de compresor , ciclul reluandu-se.

Calculul termodinamic al ciclului frigorific al instalatiei

Acest calcul spe baza datelor initiale cunoscute stabileste marimile necesare pentru dimensionarea instalatiilor frigorifice.

a) DATE INITIALE

Q - puterea frigorifica ce trebuie realizata de instalatie ce se determina, la randul ei fiind identica cu necesarul de frig ce se stabileste anterior

to - temperatura de vaporizare a agentului frigorific ce se determina in prealabil in functie de temperatura dorita in mediul racit

tk - temperatura de condensare ce se determina in functie de temperatura mediului de racire aer sau apa

-Agentul frigorific ce se alege pe considerente tehnico-economice   dar avand in vedere to si tk . Agentii frigorifici uzuali sunt R717 (NH3) , R22 (freon), R134a, R404a, R507, R407c

Aceasta stabilire se face cu ajutorul diagramelor termodinamice, tabelelor termodinamice ale agentului frigorific sau cu ajutorul programelor de calcul furnizate de producatorii de agenti frigorifici.

b) Marimile caracteristice procesului termodinamic

- puterea frigorifica specifica maxima

i - i [kJ/kg]

e= Qp / P = (m*qo) / m*l = qo / l

- debitul volumic de vapori aspirati de compressor

Instalatii frigorifice intr-o treapta de comprimare cu subracitor

Aceste instalatii sunt cele mai raspandite in industria alimentara pentru refrigerarea si pastrarea produselor, in industria de prelucrare a maselor plastice, in constructii pentru producerea fulgilor de gheata folosite la turnarea betoanelor.

desen

VL-ventil de laminare SR - subracitor

V - vaporizator   K - condensator    

C - compresor  

Agentul frigorific utilizat frecvent la instalatiile intr-o treapta cu subracire este R717 (NH3) amoniacul fiind un agent ecologic si mai rar R22 sau R404a . Ca agent de racire a condensatorului si subracitorului se foloseste apa. In timpul subracirii si condensarii apa se incalzeste cu ~ 5^oC, caldura ce se elimina din apa recirculata cu turn de racire apa numindu-se in literatura de specialitate apa de racire

Principiu de functionare

1-2 comprimare adiabata de la presiunea po la pk consumand puterea P. Compresorul aspira vapori saturati uscati cu starea 1 si titlu de vapori x=1 si ii refuleaza sub forma de vapori supraincalziti cu starea 2 marindu-le energia interna de la 2 la 3

2-3 racire izobara pana la starea 2' si condensare izoterm-izobara la temperatura tk si presiunea pk pana la starea 3 unde agentul frigorific lichid are titlu de vapori x=0. Racirea izobara si condensarea izoterm-izobara se produc in condensatorul K cedand fluxul de caldura Qk

subracire izobara in subracitorul SR cedand apei de racire fluxul de caldura Q_sr

are loc laminarea sau destinderea agentului frigorific lichid subracit de la presiunea p_k la p_o in ventilul de laminare VL

amestecul de agent frigorific lichid si vaporii rezultati in urma laminarii intra in vaporizatorul V. Se produce vaporizarea izoterm-izobara a agentului frigorific preluand de la mediul racit fluxul de caldura Q_o rezultand vapori saturati uscati cu starea 1 ciclul inchizandu-se

Subracirea agentului frigorific lichid ce iese din condensator si intra in subracitorul SR are ca efect marirea puterii frigorifice specifice q_q fata de puterea frigorifica specifica obtinuta cu o instalatie fara subracitor

i - i > i - i

Calculul termodinamic al ciclului frigorific

Acest calcul stabileste pe baza datelor initiale marimile necesare pentru dimensionarea instalatiilor frigorifice

t_sr temperatura de subracire ce se alege cu 2-3 ^o C peste temperatura apei de racire la intrare in ssubracitor

Stabilirea parametrilor de stare a agentului frigorific in diagrama logP-i (t, p, i, s, v, x) in punctele caracteristice cu ajutorul diagramelor, tabelelor termodinamice sau cu programe de calcul

b) Marimile caracteristice procesului termodinamic

qk + qsr = qo+l

- debitul masic de agent frigorific

m=Q /qo   [kg/s]

- puterea frigorifica a vaporizatorului

Qo= m*q =m*(i - i [W, kW]

- sarcina termica a condensatorului

Qk= m*qk=m*(i - i [W, kW]

- sarcina termica a subracitorului

  Qsr=m*qsr=m*( i - i [W, kW]

- puterea teoretica absorbita de compresor

P= m*l = m*( i - i [W, kW]

- bilantul energetic pe instalatie

k+Qsr = Qo+P   [W, kW]

- debitul volumic de agent frigorific aspirat de compresor

V=m*v'' [m³/s]

- eficienta instalatiei frigorifice cu subracire

e= Qp / P