Analiza termodinamică a ciclurilor frigorifice

TERMODINAMICA SI CICLURILE DE REFRIGERARE

Termodinamica

Termodinamica se ocupă cu energia şi cu transformările ei precum şi cu relaţiile sale cu diferite stări ale materiei.

Termodinamica

ENERGIA STOCATĂ (INMAGAZINATĂ)

Energia (termică ) internă este rezultatul mişcării moleculelor precum şi al forţelor intermoleculare.

Energia potenţială rezultă ca urmare a forţelor de atracţie care există între molecule, sau datorită elevaţiei z, a unui sistem de masă m, aflat într-un câmp gravitaţional g, fiind egală cu .

Energia cinetică a unei mase de material este funcţie de viteza sa şi nu are alt sens. În cazul gazelor energia cinetică este cauzată de viteza moleculelor. Un jet de fluid care străbate limitele sistemului având viteza v va avea o energie cinetică egală cu .

Energia chimică este rezultatul aranjamentului atomilor componenţi ai moleculelor.

Energia (atomică) nucleară derivă din forţele de coeziune care menţine protonii şi neutronii sub forma nucleului atomic.

ENERGIA DE TRANSFORMARE

Căldura Q reprezintă mecanismul prin care se transferă energie prin limitele sistemelor având temperaturi diferite şi întotdeauna către temperatura mai scăzută. Căldura este pozitivă atunci când energia este adăugată sistemului.

Lucrul reprezintă mecanismul prin care se transferă energie prin limitele sistemelor având presiuni diferite (sau forţe, oricare ar fi acestea) întotdeauna înspre presiunea mai scăzută. Dacă efectul total produs în sistem poate fi redus la ridicarea unei mase atunci doar lucrul este cel introdus prin limitele sistemului. Lucrul este pozitiv atunci când energia este extrasă din sistem.

Lucrul mecanic sau obţinut la arbore L este energia disponibilă sau absorbită de o maşină precum ar fi o turbină, un compresor de aer, sau un motor cu ardere internă.

Lucrul de curgere este energia introdusă, sau trensferată prin limitele sistemului datorită unui proces de pompare care are loc în exteriorul sistemului şi care determină pătrunderea fluidului în sistem. Pentru o înţelegere mai uşoară poate fi considerat drept lucru efectuat în exteriorul sistemului asupre fluidului adiacent care pătrunde în sistem împingându-l către interiorul sistemului. Lucrul de curgere are loc întotdeauna atunci când fluidul părăseşte sistemul

unde p este presiunea şi v este volumul specific, sau volumul dezlocuit corespunzător masei unitare evaluată la intrare, sau la ieşire. O altă denumire folosită este lucrul de dislocare.

Proprietatea unui sistem este reprezentată de orice caracteristică observabilă a acestuia.

Starea unui sistem este definită prin specificarea unui set minim de proprietăţi independente. Cele mai obişnuite proprietăţi termodinamice sunt temperatura T, presiunea p şi volumul specific v, sau densitatea, ρ. Alte proprietăţi termodinamice mai sunt entropia, forme de energie stocată şi entalpia.

Entalpia h este o proprietate importantă care include energia internă şi lucrul de curgere (sau de dislocare)

În relaţia de mai sus u reprezintă energia internă raportată la masa.

Fiecare proprietate corespunzătoare unei anumite stări are una şi numai o singură valoare indiferent de modul în care a ajuns substanţa în acea stare.

Procesul reprezintă o schimbare de stare care poate fi definită drept o schimbare oarecare a proprietăţilor sistemului. Un proces este definit prin precizarea stării iniţiale şi a celei finale, ambele fiind stări de echilibru, precum şi a căii (dacă este identificabilă), a interacţiunilor ce au loc prin limitele sistemului pe perioada procesului.

Ciclul constituie un proces sau o succesiune de procese în care starea finală coincide cu starea iniţială. Drept urmare, la terminarea ciclului toate proprietăţile au aceeaşi valoare pe care au avut-o la începutul acestuia. Agentul frigorific (refrigerentul) care circulă într-un sistem închis parcurge un ciclu.

O substanţă pură are compoziţie chimică omogenă şi invariabilă. Ea poate exista în mai multe faze, dar cu o compoziţie chimică unică pentru toate fazele. Dacă o substanţă este în stare lichidă la temperatura şi presiunea de saturaţie ea se numeşte lichid saturat. Dacă temperatura lichidului este mai scăzută decât temperatura de saturaţie pentru presiunea dată ea poartă numele de lichid subrăcit. Lichidul comprimat este caracterizat de o presiune mai mare decât presiunea de saturaţie corespunzătoare acelei temperaturi.

În cazul în care o substanţă aflată la temperatura de saturaţie coexistă simultan atât sub formă de vapori cât şi sub formă de lichid atunci calitatea acestuia se evaluează prin titlul vaporilor, definit ca raport al masei vaporilor şi masa totală. Între temperatura şi presiunea de saturaţie există o corelaţie.

Vaporii saturaţi reprezintă vaporii unei substanţe aflaţi la presiunea şi temperatura de saturaţie (uneori se foloseşte termenul de vapori saturaţi uscaţi pentru a sublinia că titlul este de 100%).

Vaporii supraîncălziţi sunt vapori aflaţi la o temperatură mai mare decât cea de saturaţie. Între presiunea şi temperatura vaporilor supraîncălziţi nu există o dependenţă, fiind două proprietăţi independente: temperatura poate creşte în vreme ce presiunea rămâne constantă. Gazele precum aerul aflat la temperatura şi presiunea camerei sunt vapori foarte supraîncălziţi.