Studiul Ciclului Instalației Frigorifice cu Comprimare de Vapori

1. Sarcina lucrării

După datele din conform variantei date de profesor, pentru o instalaţie frigorifică cu compresie de vapori determinaţi caracteristice ciclului: productivitatea de frig qo, căldura cedată mediului ambiant qc, lucrul compresorului acp şi eficienţa frigorifică f.

Pentru agentul frigorific cu eficienţa mai mare determinaţi influenţa asupra coeficientului frigorific:

a) a căderii de temperatură în schimbătoarele de căldură, mărind-o în intervalul de la 5 la 20 K cu pasul de 5 K;

b) a subrăcirii condensatului cu tc de la 4 K la 12 K cu pasul 2 K;

c) a supraîncălzirii vaporilor cu tv = 10 K;

Pentru ciclul real cu agentul frigorific cu eficienţa mai mare calculaţi puterea compresorului Ncp şi debitul masic al agentului frigorific DR. Determinaţi gradul de perfecţiune a ciclului real, considerând căderile de temperatură în schimbătoarele de căldură tsc= 5 K şi pierderile de presiune în schimbătoare Psc – câte 20 kPa iar în linii Pl – câte 5 kPa.

Calculele se vor efectua cu ajutorul pachetului de programe (P.P.) CoolPack.

Raportul va conţine:

1. Schema instalaţiei şi descrierea modului de funcţionare.

2. Diagramele logP-h ale ciclului instalaţiei pentru toţi refrigerenţii indicaţi, copiate din P.P. CoolPack, şi pentru toate ciclurile studiate.

3. Tabelele cu datele selectate din P.P., calculele efectuate şi graficele cu rezultatele obţinute.

4. Concluzii.

2. Ciclul instalaţiei frigorifice cu comprimare de vapori

2.1. Schema şi diagrama ciclului simplu

Schema instalaţiei frigorifice cu comprimare de vapori este prezentată în fig.1, diagrama lgP-h a ciclului – în fig.2. Vaporii saturaţi ai agentului frigorific sunt comprimaţi în compresorul Cp. La creşterea presiunii se măreşte şi temperatura lor. Vaporii cu temperatura mare se introduc în condensatorul Cd unde, cedând căldura mediului înconjurător, se condensează. În ventilul de laminare VL lichidul se laminează, presiunea şi temperatura lui scad, el vaporizându-se parţial. După VL agentul frigorific nimereşte în vaporizatorul Vp, amplasat în camera frigorifică unde, din contul asimilării intrărilor de căldură, se termină procesul de vaporizare.

Comprimarea 1-2 se efectuează după un proces adiabat, pe diagramă (vezi fig.2) - după s= const. În condensator şi în vaporizator se efectuează procese izobare 2-3 şi 4-1, la presiunile de saturaţie care corespund temperaturilor respective. În ciclul teoretic acestea vor fi temperatura camerei frigorifice tcam şi temperatura mediului tm.a.. Pentru ciclul real lor li se va adăuga căderea de temperatură în schimbătoarele de căldură tsc:

tRf = tf - tsc, (1)

tR0 = t0 + tsc. (2)

Procesul ireversibil de laminare se trasează la h = const.

Pentru ciclul teoretic valorile specifice, în kJ/kg, ale lucrului compresorului acp, căldurii cedate mediului în condensator qc şi productivităţii de frig qo se calculă ca diferenţa de entalpii în procesele respective:

acp= h2- h1, (3)

qt= h2- h3, (4)

qf= h1- h4, (5)

Coeficientul frigorific se determină cu relaţia:

. (6)

Pentru ciclul real valorile entalpiilor se vor schimba, însă cantităţile de căldură se vor calcula cu formule analogice (4) şi (5). Lucrul compresorului va fi:

(7)

coeficientul frigorific –

. (8)

Gradul de perfecţiune, care caracterizează ireversibilitatea ciclului real, se va determina cu relaţia:

(9)

Debitul agentului frigorific DR, în kg/s, se calculă după productivitatea frigorifică totală a instalaţiei Qf, în kW:

. (10)

Puterea aplicată compresorului:

Ncs=DR acp. (11)

2.2. Sporirea eficienţei instalaţiei

Sporirea eficienţei instalaţiei poate fi obţinută, atât prin perfecţionarea ciclului cât şi prin ameliorarea condiţiilor de lucru a utilajului.

Perfecţionarea ciclului poate fi obţinută prin reducerea căderilor de temperatură în schimbătoarele de căldură tsc şi prin subrăcirea condensatului. Reducerea tsc însă cere mărirea suprafeţelor respective şi deci creşterea investiţiilor în instalaţie.