Frigidere și Congelatoare

Notiuni introductive

1.1. Istoric

Frigiderul, sau mai exact, posibilitatea de a pastra la temperaturi scazute gheata necesara racirii alimentelor, a constituit o preocupare straveche a oamenilor. Inainte de anul 1000 I.C., chinezii taiau si stocau gheata ca sa o foloseasca pentru pastrarea alimentelor.500 de ani mai tarziu, egiptenii si indienii faceau gheata in noptile friguroase lasand apa in vase de ceramica.

Primele camere de pastrare a ghetii erau reprezentate de niste gauri sapate in pamant, captusite cu lemn si umplute cu gheata sau zapada. Acestea au fost pentru mult timp primele frigidere din istorie. Istoricul fluidelor frigorifice începe în anul 1834, când americanul Jacob Perkins brevetează o maşină frigorifică funcţionând prin comprimare mecanică de vapori, utilizând ca agent frigorific oxidul de etil. Utilizarea unei asemenea maşini s-a dovedit rapid limitată de nivelul ridicat de inflamabilitate al acestui agent.

În 1876 Carl von Linde, datorită utilizării amoniacului ca agent frigorific, permite adevărata dezvoltare a instalaţiilor frigorifice prin comprimare mecanică de vapori.În 1880, introducerea unui nou agent frigorific, anhidrida carbonică, reprezintă începutul utilizării instalaţiilor frigorifice pentru îmbarcarea la bordul navelor a produselor alimentare.

În 1920, prin utilizarea anhidridei sulfuroase şi a clorurii de metil, apar primele maşini frigorifice de uz casnic sau comercial.

Începând din 1930, apar primele hidrocarburi fluorurate şi clorurate (CFC). Datorită caracteristicilor foarte interesante din punct de vedere termodinamic şi datorită marii lor stabilităţi atât termice cât şi chimice, utilizarea acestora va aduce o ameliorare considerabilă atât a fiabilităţii cât şi a siguranţei în funcţionare a instalaţiilor frigorifice cu compresie mecanică. Aşa se explică de ce în comparaţie cu amoniacul şi clorura de metil, aceste substanţe poartă denumirea de agenţi frigorifici de siguranţă.

În numeroase ţări, pe lângă denumirea de freoni, agenţii frigorifici pot fi întâlniţi şi sub diverse denumiri comerciale, care pentru acelaşi produs diferă de la ţară la ţară şi de la un producător la altul. R12 de exemplu, este numit Forane 12 (denumirea comercială a Uzinei Kuhlmann din Franţa), Flugene 12 (denumirea comercială a firmei Pechine Saint-Gobain din Franţa), sau Genetron 12 (denumirea comercială a societăţii Allied Chemical din S.U.A.). În unele publicaţii ştiinţifice, chiar şi denumirea de freoni, pentru desemnarea agenţilor frigorifici, este considerată comercială.

1.2. Principiul de functionare

Sunt maşini termice care au rolul de a prelua căldură de la un mediu având temperatura mai scăzută şi de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată. Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursa caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.

Fig. 1.1 Schema energetică a instalaţiilor frigorifice şi a pompelor de căldură

Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit sursa caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură

Conform principiului doi al termodinamicii, pentru transportul căldurii, în condiţiile prezentate, este necesar un consum de energie, notat cu P.

În cazul instalaţiilor frigorifice, sursa rece se găseşte sub temperatura mediului ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valoare, este denumit răcire artificială.

Agentul de lucru, care evoluează în aceste instalaţii, este denumit agent frigorific. Pentru a putea să preia căldură de la sursa rece, agentul frigorific trebuie să aibă temperatura mai mică decât aceasta.

În timpul preluării de căldură de la sursa rece, agentul frigorific se poate comporta în două moduri diferite:

- se poate încălzi mărindu-şi temperatura;

- poate să-şi menţină temperatura constantă

Cele două posibile variaţii de temperatură (t) a agentului de lucru, de-a lungul suprafeţelor de schimb de căldură (S), sunt prezentate în figurile 1.2 şi 1.3. Cu tr a fost notată temperatura sursei reci, iar săgeţile reprezintă sensul transferului termic (de la sursa rece la agentul frigorific).

Este evident că menţinerea constantă a temperaturii agentului frigorific în timpul preluării de căldură, este posibilă numai în condiţiile în care se produce transformarea stării de agregare şi anume vaporizarea.