Modelare instalație frigorifică

1. Metode de producere a frigului artificial,

agenţi frigorifici

Necesitatea producerii frigului artificial a apărut din nevoia omului de a-şi conserva alimentele; dovezi în acest sens existând înca din antichitate, când în grote sau cariere avea loc conservarea gheţii.

Prima instalaţie frigorifică industrială a fost una cu absorbţie, realizată în 1862 de către Ferdinand Care şi prezentată la Expoziţia universală de la Londra. Ulterior apar şi instalaţii frigorifice cu compresie mecanică de vapori tip camere frigorifice utilizate in trasporturi navale.

Ca urmare a proceselor tehnologice şi a cercetărilor intense în acest domeniu aplicaţiile frigului industrial acoperă astăzi o plajă foarte variată în industrii precum: construcţiile, climatizarea, medicina, tehnica spaţială etc.

În prezent metodele de producere a frigului sunt bine definite; insă la nivelul materialelor folosite, a fluidelor frigorice utilizate şi mai ales la nivelul reducerii consumurilor de energie şi protecţiei mediului înconjurător se fac eforturi considerabile.

Conform principiului al II-lea al termodinamicii orice corp se poate răci, pe cale naturală, până la temperatura mediului ce îl inconjoară.Răcirea lui în continuare se poate face numai pe cale artificială.

Instalaţiile frigorifice sunt masini termice cu rolul de a prelua căldura dintr-un mediu cu temperatura mai scăzută şi de a o ceda unui mediu cu temperatura mai ridicată ( de obicei mediului înconjurător).

Clasificarea acestor instalaţii se face, de obicei, după următoarele criterii:

- principiul de funcţionare: instalaţii frigorifice cu compresie mecanică de vapori, instalaţii frigorifice cu absorbţie, instalaţii frogorifice cu ejecţie, termoelectrice etc.

- tipul ciclului frigorific: închis sau deschis

- periodicitate: funcţionare continuă sau intermitentă.

1.1. Agenţii frigorifici sunt substanţe care permit funcţionarea ciclică a instalaţiilor frigorifice şi care datorită unui proces endoterm, constând în schimbul de fază din starea lichidă în vapori, într-un vaporizator, permit producerea frigului prin absorbţia de căldură. Această căldură este evacuată în exteriorul instalaţiei printr-un proces exoterm, costând în schimbarea de fază din vapori în lichid, într-un condensator.

Agenţii frigorifici sunt substanţe omogene sau amestecuri de substanţe care preiau, în cursul ciclului frigorific, căldura de la mediul ce trebuie răcit şi o cedează la o temperatură mai ridicată unui alt mediu, de obicei mediul ambiant.

Aceste fluide frigorifice trebuie sa îndeplinească o serie de condiţii termodinamice, fizico-chimice, fiziologice, economice şi de protecţia mediului.

Principalele proprietăţi ale agenţilor frigorifici sunt impuse de schema şi tipul instalaţiei, precum şi de nivelul de temperatură între cele două surse de căldură.

Câteva mai importante sunt prezentate mai jos:

- presiunea de vaporizare, sa fie cât mai apropiată de presiunea atmosferică şi uşor superioară acesteia, pentru a nu apare vid în instalaţie;

- presiunea de condensare cât mai redusă, pentru a nu apare pierderi de agent frigorific şi consumuri cât mai mici de energie în compresor;

- căldura latentă de vaporizare/condensare cât mai ridicată;

- densitate şi vâscozitate cât mai coborâte;

- conductivitate termica şi coeficienţi de convecţie cât mai ridicate;

- vaporii nu trebuie să fie solubili faţă de uleiul de ungere al compresorului; să fie solubili în apă evitând astfel dopurile de gheaţă din instalaţie;

- să nu fie inflamabili, toxici, explozivi;

- să nu fie poluanţi- este cunoscut faptul că unii agenţi frigorifici clasici-câteva tipuri de freoni- contribuie la distrugerea stratului de ozon.

1.2. Fluidele frigorifice şi protecţia mediului

Istoricul fluidelor frigorifice începe în anul 1834, când americanul Jacob Pekins brevetează prima maşină frigorifică funcţionând prin compresie mecanică de vapori, utilizâmd ca agent frigorific oxidul de etil.

Însă în jurul anului 1930 apar primele hidrocarburi fluorurate şi clorurate (CFC). Acestea prezintă nişte caracteristici foarte interesante din punct de vedere tremodinamic şi sunt stabile atât termic cât şi chimic ( avantaje clare faţă de ce se utiliza până atunci). Utilizarea lor va aduce o ameliorare considerabilă atât ca fiabilitate cât şi siguranţei în funcţionare a instalaţiilor frigorifice cu compresie mecanică de vapori.

Din punct de vedere al compoziţiei chimice, freonii sunt hidrocarburi fluorurate, se pot împărţi în 3 mari categorii:

- CFC ( clorofluorocarburi), freonii clasici, care conţin Cl foarte instabil în moleculă;

- HCFC ( hidroclorofluorocarburi), freonii de tranziţie, care conţin în moleculă şi hidrogen, datorită căruia Cl este mult mai stabil şi nu se descompune atât de uşor sub acţiunea radiaţiilor ultraviolete;

- HFC ( hidrofluorocarburi) consideraţi freoni de substituţie definitivă, care nu conţin deloc în moleculă atomi de Cl.