Ciclul de refrigerare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Reprezentarea unui ciclu de refrigerare

Un ciclu de refrigerare este un ciclu termodinamic invers efectuat de o mașină de operare capabilă să transfere căldura dintr-un mediu cu temperatură scăzută într-unul cu temperatură mai mare.

Mașina termică care efectuează un ciclu de refrigerare poate fi utilizată ca:

  • mașină frigorifică, cu scopul de a extrage căldura dintr-un mediu rece, adică răcirea zonei la o temperatură mai mică (acest efect este utilizat în frigider și în răcirea de vară).
  • pompa de căldură, cu scopul de a furniza căldură unui mediu cald, adică pentru a încălzi zona la o temperatură mai ridicată (acest efect este utilizat la încălzirea de iarnă).

În ambele utilizări, trebuie să se lucreze pentru a face ciclul să funcționeze, să furnizeze căldură în punctul fierbinte al ciclului (efectul util al mașinii care funcționează ca o pompă de căldură, această căldură este suma căldurii eliminate din cel mai rece punct plus munca livrată) și absorb căldura din cel mai rece punct (efect util al funcționării mașinii ca frigider).

Există diferite tipuri de cicluri de refrigerare:

  • ciclul de compresie a vaporilor
  • ciclu de absorbție (adsorbție și absorbție)
  • ciclul Stirling invers

Compresie sau ciclul Kelvin

Reprezentarea unui ciclu de refrigerare într-o diagramă TS

În acest ciclu se aplică o lucrare de compresie pentru a face un fluid să treacă de la aburul saturat la aburul supraîncălzit; vaporii supraîncălziți trec în interiorul condensatorului unde eliberează prima căldură sensibilă, apoi latentă, trecând în faza lichidă; ulterior lichidul se face să se extindă în supapa de laminare, care, acționând ca un fulger, provoacă o evaporare parțială a lichidului și o răcire a supapei în sine. Lichidul plus mica parte a vaporilor trece în interiorul evaporatorului, unde lichidul se evaporă complet, absorbind căldura din exterior (și astfel „generând frig”).

În ciclul de refrigerare prin compresie, un fluid frigorific este esențial pentru condensarea și evaporarea ciclică: alegerea tipului de fluid este importantă pentru a concilia temperatura sursei reci cu cea a sursei fierbinți. Printre fluidele din primul ciclu a fost amoniacul , care are avantajul că are o căldură latentă deosebit de mare, dar este coroziv și toxic; din 1931 unele halogenuri de alchil sunt folosite de mulți ani, cunoscute comercial sub numele de Freon (marcă înregistrată de DuPont Industries), recent ( 1990 ) interzise de protocolul de la Montreal. Astăzi încercăm să folosim fluide mai puțin poluante precum HFC și HFE .

Ciclul de absorbție sau Carre

Ciclul de refrigerare prin absorbție este utilizat pe scară largă în industrii (și, ocazional, în civil), în care este exploatată căldura de dizolvare a unui dizolvat într-un solvent care este concentrat și diluat ciclic. Ciclul de absorbție nu este deosebit de eficient, dar permite atingerea unor temperaturi deosebit de scăzute, până la -60 ° C cu amoniac ca agent frigorific și apă ca absorbant; este utilizat pe scară largă în cazurile în care sunt disponibile deșeuri termice industriale sau de cogenerare sau în absența energiei electrice necesare pentru funcționarea compresorului pentru ciclul de compresie a vaporilor. Apa și amoniacul sunt folosite ca solvent , care este gazul frigorific, sau apa sub formă de solut și bromură de litiu ca solvent, în acest caz fluidul frigorific este vapori de apă. În ciuda complicațiilor sale, ciclul de refrigerare prin absorbție a fost conceput înainte de cel de compresie și se datorează lui Ferdinand Carrè .

Există o distincție necesară: absorbția, descrisă mai sus a tipului gaz-lichid și este cea mai utilizată, rareori utilizată adsorbția de tip gaz-solid.

Ciclul Stirling

Ciclul Stirling se realizează prin menținerea în condiții stabile a unei oscilații ciclice a fluidului ciclului, astfel încât, într-o regiune definită a aparatului care generează ciclul, fluidul să se extindă și, prin urmare, să fie răcit, iar altul atât în ​​compresie, cât și apoi încălzit; partea fierbinte produce căldură, iar partea rece scade în schimb căldura din mediul extern, obținând astfel efectul de răcire. Ciclul este denumit „ Mașină frigorifică Stirling ”.

Ciclul de refrigerare Stirling are o caracteristică importantă: nu este legat de nicio modificare a stării fluidului ciclului. În schimb, celelalte cicluri sunt legate (și limitate) de intervale precise de temperaturi de funcționare în funcție de tipul de fluid utilizat; operațiile optime apar la temperaturi apropiate de cele de evaporare (sau soluție) a fluidelor ciclului. Ciclul Stirling, pe de altă parte, este la fel de eficient la toate temperaturile și folosește întotdeauna același fluid de ciclu, necesar doar pentru a fi aeriform la temperaturi de funcționare), pentru temperaturi foarte scăzute poate fi heliu sau hidrogen.

Ciclul poate fi împins la temperaturi minime și poate fi folosit pentru a produce fluide externe (gaze lichefiate) până la zero aproape absolut.

Elemente conexe

linkuri externe