Instalatie frigorifica cu o treapta de compresie utilizind ca agent frigorific amoniacul

De retinut :

Treptele de compresie recomandate:

1:8 Amoniac

1:10 Freoni

Unde:K=compressor,SU= separator de ulei,C=condensator,SRL=subracitor de lichid,RL=rezervor de lichid,VL=ventil de laminare SL=separator de lichid,V=vaporizator,FG=faza gazoasa, FL=faza lichida,AR1= agent de racire,AR2=agent racit

Instalatiile frigorifice cu o singura treapta sunt utilizate pentru obtinerea unor temperaturi de -10,-15 C in dulap iar temperatura de vaporizare a agentului frigorific va fi in jur de

-25,-30 C.

Odata cu scaderea temperaturii de vaporizare t , necesara obtinerii unor temperaturi

foarte scazute, scade si presiunea de vaporizare p , deci creste raportul de comprimare H al

compresorului.

Ca o consecinta, apar unele dezavantaje legate de functionarea compresorului in aceste

conditii, intre care cele mai importante sunt cresterea consumului de energie si reducerea

coeficientului de debit al compresorului. In situaþii extreme, la cresterea prea accentuata a raportului dintre presiunea de refulare si cea de aspiratie, comprimarea devine nu numai neeconomica ci chiar imposibila. O alta consecinta nedorita a functionarii compresorului la

rapoarte mari de comprimare, este cresterea temperaturii vaporilor refulati. Aceasta nu poate

depasi anumite limite, reprezentate de temperatura de cocsificare, sau chiar de aprindere a

uleiului de ungere. De exemplu, la utilizarea amoniacului (NH3), nu se va depasi sub nici o

forma temperatura vaporilor refulati de 120.140C.

Presiunea de vaporizare trebuie sa fie superioara celei atmosferice,iar cea de condensare inferioara valorii de 16 bar astfel raportul de comprimare este de 6-8 la amoniac si de 8-10 pentru freoni

Principiul de functionare este identic cu cel prezentat la masinile frigorifice casnice prezentate anterior:(frigider,inst climatizare)

Se disting cele doua zone de PRESIUNE (despartite de linia punctata):

!) JP (joasa presiune) :iesire din VL( vent de laminare cu bulb thermostatic),SL (separator de lichid ) , Vaporizator V,aspiratie compressor K

2) IP (inalta presiune) :Refulare compressor K,separatorul de ulei SU,Condensator,racit cu apa,SR subracitor,RL rezervorul de lichid,intrarea in VL (ventil de laminare cu bulb thermostatic)

Agentul de lucru evolueaza intre cele 2 faze cunoscute de la instalatiile cu freoni :

FG= faza gazoasa:iesire din V vaporizator,SL separatorul de lichid partea superioara,aspiratie K,Refulare compressor K ,SU separatorul de ulei ,intrare in condensatorul C

Ex de schema cu ventil de laminare termostatic

Bulbul care se vede conectat pe aspiratia compresorului are rolul de a controla procesul de laminare ,in vederea eliminarii pericolului sa ajunga picaturi de lichid nevaporizat in compressor .Laminarea este controlata prin controlarea temperaturii vaporilor la iesirea din vaporizator.de unde si denumirea acestuia de ventil de laminare termostatic

Functionarea instalatiei frigorifice:

Agentul intermediar sosit de la consumatorul de frig este racit in vaporizatorul V,caldura este preluata de catre ammoniacul lichid si ii serveste sa vaporizeze Protectia compresorului K contra patrunderii picaturilor de lichid in cilindru se face prin separatorul de lichid SL.astefel incit in compressor se aspira vapori saturati.Vaporii saturati sunt comprimati in compressor adiabatic (fara schimb de caldura cu exteriorul) ,consumindu-se puterea Pk, deoarece indicele de comprimare adiabatic (c) la ammoniac este mai mare ca la freoni temperatura vaporilor comprimati t va fi mai mare Limitarea acestei temperaturi in jurul la 120-150 C (deoarece uleiul se descompune si duce la griparea conpresorului) are consecinta ca nu putem supraincalzi vaporii pe aspiratia compresorului .Uleiul cu rol benefic in ungerea comp aflate in miscare are si rol de etansare si de racire ,este nedorit in componentele de schimb de caldura inrautatind transferul termic.Retinerea uleiului antrenat de vaporii de ammoniac refulati de compressor se face in SU separatorul de ulei de unde este readus in carterul comp.

In condensatorul C si subracitorul de lichid SRL se cedeaza caldura (Fc si Fsr) catre mediul exterior respective agentul de racier AR1,amoniacul trece succesiv de la starea de vapori supraincalziti la cea de vapori saturati,lichid saturat si in final lichid subracit .

Amoniacul subracit este apoi laminat in ventilul de laminare VL La ammoniac VL este de tip cu plutitor reglind debitul de lichid ce alimenteaza vaporizatorul deci puterea frigorifica a instalatiei prin mentinerea nivelului constant

Pentru reducerea pierderilor din din ventilul de laminare datorita ireversibilitatii transformarii se realizeaza subracirea inaintea ventilului de laminare.acest lucru se face prin introducerea in instalatie a unui subracitor notat cu SRL se considera ca in C condensator se realizeaza doar condensarea lichidului nu si subracirea lui .ATENTIE:in practica la unele instalatii se realizeaza subracirea agentului frigorific chiar in condensator prin supradimensionarea condensatorului .Agentul de racier este de regula apa tot ea raceste si subracitorul.

Temperatura pina la care se poate face subracirea in subracitorul SRL denumita temp de subracire tsr depinde de twi temperatura apei de racier.

Tsr=twi+2-3C

Avantajele instalatiei cu subracire fata de cele obisnuite

-Putere frigorifica specifica mai mare

-Lucrul mecanic specific si necesar comprimarii mai mic

-Puterea necesara comprimarii in K mai mica

-Eficienta frigorifica mai mare

-Randamentul mai mare

In termodinamica, entropia este o masura a cat de aproape de echilibrul termodinamic este un sistem,termodinamic. Notiunea a fost introdusa de Rudolf Clausius. Este o functie de stare

Diferenta de entropie intre doua stari A si B este:

unde dQ_rev este cantitatea de Caldura schimbata cu exteriorul intr-o transformare reversibila, intre starea A la care se refera entropia S_A si starea de referinta

Entropia. Marime de stare termica a sistemelor fizice, care creste in cursul unei transformari ireversibile a lor si ramane constanta in cursul unei transformari reversibile..

Diagrama T-S unde :T=temperatura K si s=entropia Kj/KgK

x=1 vapori saturati

x=0 lichid saturat

Principalul effect al subracirii se vede pe diagrama T-s poretiunea hasurata mai prcis marirea puterii frigorifice cu Dq qsr

Diagrama T-s Functionare instalatie 4'-1 amoniacul lichid preia caldura din vaporizator si schimba starea de agregare lichidèvapori .Vaporii de ammoniac sunt comprimati adiabatic (In termodinamica, un proces adiabatic este o transformare care se petrece intr-un sistem ce nu efectueaza schimb de caldura cu exteriorul in compresorul K portiunea notata cu 1-2 pe diag T-s .In condensatorul C si subracitorul SRL se cedeaza caldura Fc si Fsr catre mediul inconjurator=agentul de racire=in cazul nostru apa cu temp de intrare twi

Amoniacul trecind succesiv de la starea de vapori supraincalziti punctual 2 din diagrama T-s la starea de vapori saturati punctual 2' in diag T-s apoi trece in starea 3 de lichid saturat ,apoi in starea 3' de lichid subracit.Amoniacul lichid si subracit este laminat in VL ventilul de laminare 3'-4 pe diagrama T-s .Portiunea 4'-1 amoniacul lichid trece prin vaporizator preia caldura din dulapul frigorific (acesta se raceste) amoniacul schimba starea de agregare Lichidèfierbereèlichid nesaturatèvapori nesaturatièvapori saturati.

Variatia temperaturilor in instalatia cu amoniac

C condensator

V vaporizator

SR sub racitor

Instalatie frigorifica cu freon

Cu o treapta de comprimare

IP,JP Presiune inalta,Presiune joasa

FL FG ,Faza lichida,faza gazoasa

C=Condensator'

V=Vaporizator

K=compressor

AR1 Agent racire

AR2 agent racit (spre consumatorul de frig)

RL=Rezervor de lichid

SRL subracitor de lichid

SIV supraincalzitor de vapori

D=deshidrator

VL =ventil de laminare

Tc termostat

La instalatiile cu comprimare mecanica:

-Presiunea de vaporizare trebuie sa fie superioara celei atmosferice

-Presiunea de condensara inferioara valorii de 16 bari

-Raportul de compresie ammoniac 6-8

-Raportul de compresie la freoni 8-10

Compresorul K aspira vaporii supraincalziti de freon din starea 1' rezultati din schimbatorul de caldura SRL/SIV si ii comprima pina la starea 2' ,pentru acest process se consuma puterea Pk.In condensator are loc initial racirea vaporilor supraincalziti refulati de compressor pina la starea de saturatie 2" dupa care vaporii condenseaza pina la starea 3'.Acest process are loc prin cedare de caldura catre mediul exterior prin intermediul unui agent de racire in cazul nostru AR1 =agent de racire apa.Freonul condensat este subracit in subracitorul de lichid SRL pina la starea 3 caldura cedata de acesta este folosita la supraincalzirea vaporilor in supraincalzitorul de vapori SIV procesul 1-1'

Rolul schimbatorului de caldura regenerativ:conduce la o eficienta frigorifica mai mare prin cantitatea de frig mai mare obtinuta cit si la o protectie sporita a compresorului contra patrunderii unor picaturi de lichid in cilindru .La instalatiile de putere mica (cele casnice) se renunta la acest utilaj .Lichidul subracit este laminat in ventilul de laminare (cu reglare termostatica) VL in urma acestui process presiunea scade de la valoarea Pc la Po starea finala 4 fiind caracterizata de un amestec de lichid si vapori (lichid nesaturat) .Ventilul de laminare thermostatic mentine constanta diferenta de temperatura a vaporilor rezultati din vaporizator t1 (supraincalziti cu 5-7 C) si cea de vaporizare to In vaporizatorul V are loc atit vaporizarea freonului 4-1 cit si o supraincalzire a vaporilor 1-1' pe seama caldurii Fo primita de la SRL/SIV.Schema este comp cu rezervorul de lichid RL si filtrul deshidrator D

Influenta subracirii regenerative asupra functionarii masinilor frigorifice cu compresie mecanica avind ca agent frigorific freonul

Pentru freoni se utilizeaza o alta metoda de ameliorare a circuitului frigorific decit racirea cu apa a amoniacului .Metoda folosita la freoni permite o subracire mai avansata a condensului si este denumita subracire interna sau regenerare Specific fenomenului de subracire a condensului in regeneratorul SRL/SIV subracirea are loc pe baza supraincalzirii vaporilor reci furnizati de vaporizator.Pe linga efectul pozitiv de crestere a puterii frigorifice qo a masinii.se observa si o afectare negativa prin cresterea lucrului mecanic (consum mai mare de energie) necesar pentru comprimarea vaporilor.In ansamblu se mareste eficienta frigorifica a masinii folosind subracirea regenerative Un alt mare avantaj functionarea "USCATA"a compresorului in regimul vaporilor supraincalziti deci nu ajung picaturi de lichid in cilindru.

Regim termic in regenerator:

Diag t-S temp suprafata de schimb de caldura

Se observa ca temperatura de iesire a lichidului din regenerator t3 si temperatura de iesire a vaporilor din regenerator t1'se gasesc intre temp lichidului la intrarea in regenerator t3=tk si temperatura vaporilor reci la intrarea in regenerator t1=to