Refrigerare

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Fără note de subsol
Acest articol sau secțiune pe tema tehnologiei lipsește sau lipsește de note specifice și referințe bibliografice .
Deși există o bibliografie și / sau link - uri externe , nu există nici o contextualizare a surselor cu note de subsol sau alte referințe precise care indică prompt originea informațiilor. Puteți îmbunătăți această intrare citând mai precis sursele . Urmați sfaturile de proiectare de referință .

Refrigerarea este procesul care vizează scăderea, prin scăderea căldurii, a temperaturii dintr-o cameră (o cameră, un compartiment, un recipient) sub temperatura exterioară. Refrigerarea, care contrastează, dar nu oprește modificarea alimentelor în conformitate cu Prima Lege Parisi privind degradarea alimentelor , are o mare importanță în industria modernă, inclusiv:

  • industria alimentară pentru conservarea alimentelor
  • climatizarea clădirilor
  • medicină și biologie pentru conservarea probelor și a unor terapii
  • laboratoare de cercetare pentru experimente de supraconductivitate , sisteme de vid etc.
  • astronomie , pentru răcirea senzorilor CCD și CID ai telescoapelor.

Tehnologii

Tehnologiile de refrigerare sunt:

  • ciclul de compresie a vaporilor,
  • ciclul de absorbție (absorbție și adsorbție),
  • efect termoelectric,
  • evaporare adiabatică,
  • răcire cu laser,
  • refrigerare prin diluare,

Compresie sau ciclul Kelvin

Schema procesului
Un compresor din anii 1930 ai secolului XX folosit pentru camere frigorifice

Acesta este de departe cel mai popular sistem. Un compresor comprimă un gaz, a cărui temperatură crește datorită reducerii volumului său; gazul comprimat trece apoi într-un schimbător de căldură în afara camerei pentru a fi refrigerat acolo unde pierde căldură, revenind la temperatura camerei. În funcție de fluidul utilizat, poate apărea condens, adică trecerea de la faza gazoasă la faza lichidă: schimbătorul de căldură este numit apoi condensator . Odată răcit, fluidul presurizat trece într-un al doilea schimbător de căldură, de data aceasta în interiorul mediului pentru a fi refrigerat: aici este făcut să se extindă, adică să revină la presiunea atmosferică, prin supapa de laminare : în interiorul acestuia există o duză numită orificiu, care determină extinderea fluidului (lichid sau gazos) cu entropia minimă posibilă. Dacă fluidul a fost lichid, evaporarea acestuia are loc prin supapa termostatică, adică este transformată în gaz. Odată trecut prin schimbătorul de căldură intern, fluidul de joasă presiune revine la compresor pentru a începe un nou ciclu . Acest principiu este utilizat pe scară largă în frigiderele și aparatele de aer condiționat de uz casnic datorită simplității construcției și utilizării (fără întreținere). Cu toate acestea, este necesar să se prevină eventualele scurgeri de gaz, care ar face sistemul inutilizabil; din acest motiv, un compresor electric complet sigilat este utilizat în frigiderele obișnuite. Acest tip de tehnologie este limitată la o temperatură minimă de -109 ° C: pentru a merge mai departe este necesar să recurgeți la alte sisteme.

Reacții chimice endotermice

O reacție chimică spontană eliberează adesea energie, așa cum se întâmplă de exemplu în combustie , în dizolvarea hidroxidului de sodiu în apă și în alte cazuri. Unele reacții, cum ar fi azotatul de amoniu cu apă (pungi de răcire care trebuie zdrobite și aplicate unui traumatism) au caracteristica de a absorbi o anumită cantitate de căldură care are loc și se numește reacție endotermă .

Ciclul de absorbție sau Carre

Ele se bazează pe evaporarea la temperatură și presiune scăzute a unui fluid, care absoarbe căldura din apa de răcit, vaporii produși sunt îndepărtați făcându-l să se absoarbă printr-o soluție , de care este separat din nou prin încălzire. Căldura utilizată pentru separare poate fi produsă prin rezistență electrică , prin arderea gazului sau poate fi recuperată din apă fierbinte / supraîncălzită sau din abur. În acest caz, se folosește în general risipa de energie, care rezultă de exemplu din procese industriale, care altfel ar trebui eliminate în atmosferă. Eficiența ciclului de absorbție este de așa natură încât căldura furnizată de sursa fierbinte este aproape coincidentă cu cea extrasă din sursa rece, suma acestora fiind transferată la o sursă de temperatură intermediară, reprezentată în mod normal de un turn de evaporare care alimentează mașina de circuit. răcire.

Schemă-ref-absorbție

Răcitoarele de absorbție constau doar dintr-o serie de vase și schimbătoare de căldură, singura componentă în mișcare este pompa de transfer de soluție, deci sunt mult mai silențioase și mai durabile decât răcitoarele de compresie. Prezența apei împiedică utilizarea mașinilor de absorbție la temperaturi sub 0 ° C: de obicei, acestea sunt utilizate pentru a produce apă răcită la 5 sau 7 ° C. În dimensiunile mai mici, acestea sunt utilizate de exemplu la rulote, cu GPL sau cu energie electrică cu rezistențe. Mașini mai mari (pentru puteri de până la câteva sute de kilowați) sunt utilizate în domeniul industrial în care există căldură neutilizată sau în combinație cu cogeneratori de căldură și electricitate: în acest caz vorbim de trigenerare ( electricitate , căldură, frig). Ciclul de absorbție, conceput teoretic la sfârșitul secolului al XVIII-lea, a fost apoi dezvoltat de Ferdinand Philippe Carré la mijlocul secolului al XIX-lea folosind apă și amoniac. Această tehnologie a fost dominantă până în primele decenii ale secolului XX, când disponibilitatea pe scară largă a energiei electrice și a motoarelor electrice ieftine, precum și invenția agenților frigorifici sintetici ( CFC ) au dus la depășirea sistemului de compresie.

Amoniac în apă

Acest ciclu este cel folosit inițial de Carré. Fluidul utilizat în ciclul de refrigerare este o soluție de apă și amoniac (apa este fluidul absorbant și amoniacul este fluidul de răcire). Energia este transferată în soluție sub formă de căldură în generator, din încălzire obținem pe de o parte un vapor cu o concentrație mare de amoniac și pe de altă parte o soluție cu o concentrație scăzută. Vaporii de amoniac, după eliminarea umidității reziduale din redresor, sunt răcite în condensator, datorită apei de răcire provenite dintr-un turn de evaporare , până când revine la lichid. Amoniacul astfel condensat suferă apoi o laminare până când atinge condițiile (de presiune și temperatură) de evaporare. În aceste condiții pătrunde în evaporator, adică într-un schimbător unde, prin evaporare, îndepărtează căldura din apa de răcit care circulă în interiorul unei serii de țevi. Acest schimb de căldură permite obținerea apei răcite până la o temperatură de +4 ° C. Între timp, soluția cu amoniac redus este transferată, prin gravitație, de la generator la pre-absorbant. Vaporii de amoniac cu temperatură scăzută care ies din evaporator sunt, de asemenea, direcționați în pre-absorbant, unde intră din nou în soluția apoasă prin contactul cu soluția de amoniac scăzută provenită de la generator. Procesul de diluare a amoniacului în apă este exoterm și, prin urmare, este necesar, pentru ca tot aburul să fie absorbit în soluție, să se răcească soluția însăși într-un al doilea schimbător, numit absorbant. Odată ce procesul de absorbție a fost finalizat, soluția bogată în amoniac este adusă de o pompă la generator, pe partea de înaltă presiune a mașinii, închizând ciclul.

Apă în bromură de litiu

Bromura de litiu este o sare a cărei utilizare pentru tehnologia de absorbție datează din anii 1940. Comparativ cu amoniacul, are avantajul că nu este toxic, dar în anumite condiții poate precipita, separându-se de soluție sub formă de cristale, blocând astfel circulația și funcționarea răcitorului (fenomen de cristalizare ). Fluidul utilizat în ciclul de refrigerare este o soluție de apă și bromură de litiu (soluția este fluidul absorbant și apa fluidul refrigerant), procesul are loc în absența aerului, sub vid. Energia sub formă de căldură este transferată în soluția din generator, unde este încălzită, obținând vapori de apă pe o parte și o soluție concentrată de sare pe de altă parte. În timp ce soluția concentrată este transferată în absorbant, vaporii sunt răciti în condensator, datorită apei de răcire provenite dintr-un turn de evaporare , până când se întoarce la lichid. În condiții de vid, apa (la o temperatură de +4 ° C) este pulverizată pe conductele evaporatorului, unde, prin evaporarea la o temperatură scăzută, îndepărtează căldura din apa sistemului utilizat, care circulă în interiorul lor. Vaporul de apă cu temperatură scăzută trece la absorbant, unde este absorbit de soluția concentrată care vine de la generator. Procesul de absorbție este exoterm și, prin urmare, este necesar, pentru ca toți vaporii să fie absorbiți în soluție, să se răcească soluția însăși prin intermediul apei turnului . În acest moment, soluția de bromură de litiu și apă cu concentrație scăzută este transferată înapoi la generatorul de căldură printr-o pompă pentru a relua ciclul.

Efect termoelectric

Celula Peltier

Prin cuplarea a doi conductori din materiale metalice diferite ( termocuplu ), se produce o diferență de potențial între ele proporțională cu temperatura joncțiunii și într-un circuit închis format din doi conductori metalici diferiți uniți la capete, există circulația unui curent electric la diferența de temperatură dintre cele două joncțiuni. Fenomenul este cunoscut sub numele de efect Seebeck . Dacă, pe de altă parte, este indus un curent continuu în circuit, se observă o producție de căldură la o joncțiune și răcirea celeilalte. Fenomenul a fost descoperit de Charles Peltier la începutul secolului al XIX-lea.

În timpurile ulterioare s-a observat că fenomenul este mult mai intens la interfața dintre un material semiconductor și un metal. Acestea sunt cele disponibile în prezent pe piață, cum ar fi placa de răcire, numită celulă Peltier , realizată prin conectarea multor joncțiuni Peltier în serie.

Avantajele efectului termoelectric constau în compactitatea și fiabilitatea extremă datorită absenței pieselor în mișcare. Pe de altă parte, există un cost ridicat pe unitate de putere de răcire, care limitează utilizarea sa la aplicații cu valoare ridicată (înghețarea probelor biologice, refrigerarea senzorilor CCD în telescop și camerele cu imagini termice etc.) sau în cazul în care puterea necesară este limitat, de exemplu în frigiderele portabile alimentate cu baterii electrice.

Răcire cu laser

Capcană atomică pe microcip

Lumina coerentă a fasciculului laser este, de asemenea, capabilă să răcească un aeriform conform răcirii cu laser . Aparatul teoretic de la bază este categoric complex, fasciculul laser este utilizat pentru a perturba sistemul, inducând particulele să rezoneze pe stări de energie progresiv mai mici, renunțând la energia lor cinetică sub formă de emisie spontană. Acest lucru este important, deoarece dacă am lua în considerare un alt tip de emisie, cea stimulată, nu ar exista nicio variație a vitezei (și, prin urmare, a energiei) atomului, deoarece fotonul emis este identic cu fotonul absorbit în acest caz. Ne putem imagina că un atom absoarbe un foton și emite imediat o secundă de energie egală cu energia primului foton plus energia cinetică pierdută de atom. Prin asocierea laserului cu un câmp magnetic capabil să rețină atomi, se creează o capcană magneto-optică .

Premiul Nobel pentru fizică din 1997 a fost acordat pentru studii importante privind răcirea cu laser, care au dus la realizarea practică a primului condens Bose-Einstein .

Metode acustice

În 2002, savantul de acustică Steven Garrett de la Pennsylvania State University [1] a prezentat un design pentru un sistem de răcire bazat pe o undă acustică . Într-un tub cu formă adecvată, umplut cu un gaz inert , sunt introduse unde sonore de o intensitate excepțională, care produc zone de compresie și zone de rarefacție a gazelor. Prin concentrarea diferitelor zone la cele două capete ale tubului, este posibil să se transfere căldură. acesta este inversul motorului termoacustic .

Tubul Ranque-Hilsch

Tubul vortex Ranque-Hilsch

O metodă curioasă de producere a aerului rece este tubul Ranque-Hilsch descoperit în anii 1940 de către fizicianul german Rudolf Hilsch , care la rândul său a aflat de existența sa din modelele experimentale găsite în Franța ocupată, descendente din lucrarea de pionierat a francezului Georges J. Ranque. [2]

Inima sistemului este o mică cameră în formă de spirală, în care un jet de aer comprimat intră tangențial. Două țevi cu o lungime calculată corespunzător sunt conectate la cele două părți ale camerei, dintre care una se termină cu un robinet. Celălalt tub este separat de camera vortex printr-o diafragmă cu o gaură de aproximativ jumătate din diametrul tubului. Prin furnizarea de aer comprimat la o presiune de până la 1000-1200 KPa și reglarea robinetului, aerul rece este eliberat dintr-o conductă și aerul cald din cealaltă. Diferența de temperatură poate fi de până la 50 ° C.

Principiul de funcționare nu este foarte clar, dar implică probabil un efect „ Maxwell's Imp ”; alunecarea de mare viteză a moleculelor de aer pe pereții camerei implică probabil separarea celor mai puțin energice, care se colectează în centru și scapă prin orificiul din diafragmă.

Utilizarea practică a acestui dispozitiv este foarte limitată din cauza necesității unei surse continue și evidente de aer comprimat și a eficienței reduse (pentru a comprima aerul este necesară mult mai multă energie decât utilizarea altor metode de refrigerare).

Evaporarea adiabatică

Frigiderul din teracotă este un dispozitiv care permite răcirea alimentelor prin evaporarea apei prezente între 2 recipiente (unul în celălalt, împărțit printr-un strat de nisip și apă). Acest dispozitiv există din 2500 î.Hr. În prezent pe piață există răcitorul evaporativ , utilizat vara în special în climatul uscat, pentru a avea o performanță satisfăcătoare pentru proprietățile fluidului de transfer de căldură. Pe piață există și articole de îmbrăcăminte destinate utilizării motocicletelor care utilizează același principiu pentru a spori confortul în sezonul estival. Sunt compuse din material care absoarbe o cantitate echitabilă de apă. Odată purtate, datorită fluxului de aer generat de mișcarea motocicletei, eliberează încet apa care, prin evaporare, răcește corpul motociclistului.

Notă

  1. ^ Steven L. Garrett, United Technologies Corporation Profesor de acustică Pennsylvania State University , pe acs.psu.edu . Adus la 16 noiembrie 2006 (arhivat din original la 20 iunie 2009) .
  2. ^ ( RO ) Descrierea tubului Hilsch

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 24005 · LCCN (EN) sh85032186 · GND (DE) 4132435-3 · NDL (EN, JA) 00.569.361
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Refrigerazione&oldid=121346200 ”