Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI
Facultatea de Inginerie a Instalațiilor
TEZA DE DOCTORAT
(rezumat)
Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
Doctorand
Ing. Ion Zabet
Conducător științific
Prof. univ. dr. ing. Grațiela Maria Ţârlea
BUCUREŞTI
2011
Universitatea Tehnica de Constructii Bucuresti
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCȚII BUCUREŞTI
Facultatea de Inginerie a Instalațiilor
Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul „Burse doctorale pentru ingineria mediului construit”, cod POSDRU/59/1.5/S/2, beneficiar UTCB, proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naţional şi cofinanţat de către UTCB.
TEZA DE DOCTORAT
(rezumat)
Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
Doctorand
Ing. Ion Zabet
Conducător științific
Prof. univ. dr. ing. Grațiela Maria Ţârlea
BUCUREŞTI
2011
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
Cuvânt înainte
La încheierea procesului de elaborare a lucrării de doctorat, doresc să aduc mulţumiri în mod deosebit conducătorului ştiinţific, D-nei. Prof. Univ. Dr. Graţiela Maria Ţârlea, pentru sprijinul total şi necondiţionat pe care mi l-a acordat pe parcursul celor trei ani de experienţe şi studiu. Prin profesionalismul său de înaltă ţinută academică, prin tactul pedagogic, răbdarea, înţelegerea, manifestarea, cât și prin cunoştinţele împărtăşite, încurajarea permanentă şi îndrumarea pe etape succesive în care m-a susţinut, inclusiv în toate etapele proiectului, domnia sa a avut o contribuţie foarte importantă în elaborarea şi finalizarea acestei lucrări. Sub îndrumarea D-nei. Prof. Univ. Dr. Graţiela Maria Ţârlea, am participat la numeroase manifestări ştiinţifice din ţară şi străinătate, unde am prezentat lucrări ştiinţifice publicate ulterior în reviste de specialitate.
O importanţă deosebită în realizarea tezei a avut-o totodată perioada de pregătire din cadrul Universităţii din Liège (Belgia). Doresc să mulţumesc echipei de profesori şi cercetători din cadrul catedrei de termodinamică a fluidelor de la această universitate, coordonata de Dl. Prof. Dr. ing. Vincent Lemort, pentru suportul material şi moral acordat, cunoştinţele împărtăşite şi sfaturile deosebit de utile pe care mi le-a dat. Mulţumesc de asemenea D-lui. Asist. Univ. Sylvain Quoilin, fără de care realizarea standului experimental şi obţinerea multora dintre rezultatele ştiinţifice pentru această lucrare nu ar fi fost posibile, precum şi domnilor ingineri Georges Bernard, Declaye Sébastien, Concha José şi Labenda Richard, pentru cunoştinţele transmise mie şi aprecierile deosebit de avizate pe care le-au furnizat.
În acest moment de bilanţ, ţin să mulţumesc de asemenea atât D-lui. Prof. Univ. Dr. ing. Dragoş Hera și Prof. Univ. Dr. ing. Dan Stănescu, cât şi întregului corp didactic din cadrul departamentului de termotehnică pentru punctele de vedere exprimate, sprijinul moral şi susţinerea permanentă acordate.
Mulțumesc de asemenea și următorilor domni profesori: Prof. Univ. Dr. Ing. Gabriel Ivan, Prof. Univ. Dr. ing. Valeriu Damian și Prof. Univ. Dr. ing. Theodor Mateescu pentru sprijinul acordat în finalizarea tezei doctorale.
Pentru întregul suport tehnic acordat doresc să aduc mulţumiri D-lui. Dr. ing. Eric Winandy, directorul departamentului de inginerie aplicată de la « Emerson Climate ».
Mulțumesc domnilor directori generali Laurențiu Karp, Florin Niculescu, Cătălin Stănculescu, Nicuta Dumitru și Panciu Dorel pentru soluțiile inginerești valoroase și suportul tehnic acordat în conceperea, proiectarea, montarea, punerea în funcțiune și monitorizarea standului experimental din cadrul Laboratorului din Colentina al Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti.
Doresc de asemenea să-mi exprim mulţumirile şi recunoştinţa următoarelor cadre profesorale și conferențiare universitare: Prof. Univ. Dr. ing. Ana Maria Bianchi, Prof. Dr. ing. Robert Gavriliuc, Prof. Dr. ing. Florea Chiriac, Conf. Dr. ing. Ghiaus Adrian, Conf. Dr. ing. Mihalascu Gheorghe, Conf. Dr. Ing. Laurențiu Olan Conf. Dr. ing. Florin Băltăreţu, Conf. Dr. ing. Rodica Dumitrescu şi d-lui ing. Adrian Balaoi, pentru sfaturile competente acordate pe parcursul celor trei ani de studiu.Nu în ultimul rând, trebuie să recunosc faptul că participarea mea în cadrul grupului țintă al proiectului strategic POSDRU/59/1.5/S/2 , intitulat „Burse doctorale pentru Ingineria Mediului Construit” , mi-a asigurat toate condițiile materiale necesare parcurgerii cu succes a programului doctoral.
În final, mulţumesc părinţilor, tatălui meu Alecsandru Zabet şi mamei mele Mariana Zabet pentru educaţia, sprijinul material şi moral acordat, precum şi soţiei mele Alexandra Sabina Zabet, pentru înţelegerea manifestata pe parcursul realizării acestei lucrări.
CUPRINS1
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
INTRODUCERE 4CAPITOLUL 1. CONSIDERAŢII PRELIMINARE 5
1.1. Obiective şi modalităţi de abordare 51.1.1. Obiectivul principal 51.1.2. Obiective secundare 5
1.2. Stadiul actual al cercetării ştiinţifice 5CAPITOLUL 2. BAZE TEORETICE 6
2.1. Procesele termodinamice în sistemele frigorifice 72.1.1. Transferul de căldură şi căderea de presiune în curgerea monofazică 72.1.2. Transferul de căldură şi căderea de presiune în curgerea bifazică 72.1.3. Procesele termodinamice analizate 7
2.1.3.1. Procesul de comprimare 72.1.3.2. Procesul de vaporizare 82.1.3.3. Procesul de condensare 8
2.2. Compresorul 82.3. Vaporizatorul 9
2.3.1. Vaporizatorul cu ţevi şi aripioare 92.3.2. Vaporizatorul de tip multitubular elicoidal 9
2.4 Condensator 10CAPITOLUL 3. MODELAREA MATEMATICĂ 10
3.1. Modelarea matematică a procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll)
10
3.1.1. Modelarea matematică a procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll) digital
10
3.1.2. Modelarea matematică a procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori
11
3.2. Modelarea matematică a procesului din vaporizator 113.2.1. Modelarea matematică a procesului din vaporizatorul multitubular elicoidal 113.2.2. Modelarea matematică a procesului din vaporizatorul cu țevi și aripioare 12
3.3. Modelarea matematică a procesului din vaporizatorul aferent cazului cu injecţie 123.4. Modelarea matematică a proceselor termodinamice aferente sistemului frigorific cu
compresor spiroorbital (scroll) digital13
3.5. Modelarea matematică a proceselor termodinamice aferente sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori
13
CAPITOLUL 4. CERCETĂRI EXPERIMENTALE 144.1. Modelul experimental 14
4.1.1. Modelul experimental 1 ULg (cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori)
14
4.1.1.1. Compresorul 144.1.1.2. Cazanul electric 144.1.1.3. Condensatorul (caracteristici geometrice) 154.1.1.4. Vaporizatorul (caracteristici geometrice) 154.1.1.5. Ventilele de laminare 15
4.1.2. Descrierea modelului experimental 2 UTCB (cu compresor spiroorbital (scroll) digital)
15
4.2. Aparatura de măsură utilizată şi procesul experimental 164.2.1. Model experimental 1 ULg (cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecţie de
vapori)16
4.2.1.1. Măsurarea presiunilor 164.2.1.2. Măsurarea temperaturilor 164.2.1.3. Măsurarea debitului masic şi a densităţii agentului frigorific 164.2.1.4. Măsurarea consumului electric 16
4.2.2. Model experimental 2 UTCB (cu compresor spiroorbital (scroll)) 162
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 4.3. Modul de lucru 174.4. Procesarea rezultatelor 17
4.4.1. Model experimental 1 ULg (cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori
17
4.4.2. Model experimental 2 UTCB (cu compresor spiroorbital (scroll) digital) 174.5. Prezentarea şi interpretarea rezultatelor experimentale 18
4.5.1. Model experimental 1 ULg (cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori
18
4.5.1.1. Ecuaţiile generale de echilibru ale vaporizatorului și condensatorului 184.5.1.2. Ecuaţia de echilibru a calorimetrului compresorului 184.5.1.3. Randamentul procesului de comprimare aferent compresorului
spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori18
4.5.2. Model experimental 2 UTCB (cu compresor spiroorbital (scroll) digital) 194.5.2.1. Compresor spiroorbital (scroll) digital 194.5.2.2. Condensator răcit cu aer 194.5.2.3. Vaporizator răcit cu aer 194.5.2.4. Coeficientul de performanţă al sistemului frigorific 194.5.2.5. Date experimentale 19
4.5.3. Compararea cazului cu injecţie/fără injecţie de vapori la modelul experimental 1 20CAPITOLUL 5. ANALIZA ȘI VALIDAREA MODELĂRII M A T E M A T I C E 21
5.1. Analiza modelelor matematice 215.1.1. Analiza modelului matematic cu compresor spiroorbital (scroll) digital 215.1.2. Analiza modelului matematic cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecţie de
vapori21
5.1.3. Analiza modelului matematic al vaporizatorului utilizat în procesul de vaporizare 225.1.3.1. Analiza modelului matematic pentru vaporizatorul multitubular
elicoidal22
5.1.3.2. Analiza modelului matematic pentru vaporizatorul cu țevi și aripioare 225.1.4. Analiza modelului matematic al vaporizatorului utilizat în procesul de injecţie 235.1.5. Analiza modelului matematic al sistemului frigorific cu compresor spiroorbital
(scroll) digital23
5.1.6. Analiza modelului matematic al sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori
24
5.2. Validarea modelelor matematice 255.2.1. Validarea modelului matematic aferent procesului de comprimare pentru
compresorul spiroorbital (scroll) digital25
5.2.2. Validarea modelului matematic aferent procesului de comprimare pentru compresorul spiroorbital (scroll) cu injecţie de vapori
25
5.2.3. Validarea modelului matematic aferent procesului de vaporizare pentru vaporizatorul tip multitubular elicoidal
25
5.2.4. Validarea modelului matematic aferent procesului de vaporizare pentru vaporizatorul cu ţevi şi aripioare
25
CAPITOLUL 6. CONCLUZII GENERALE ŞI CONTRIBUŢII PERSONALE 266.1. Concluzii generale 266.2. Contribuţii personale 286.3. Probleme de perspectivă 29
BIBLIOGRAFIE 29
INTRODUCERE
3
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice Conținutul tezei de doctorat
Prezenta teză a fost realizată în cadrul Universității Tehnice de Construcții București, Facultatea de Ingineria Instalațiilor, Departamentul de Termotehnică, sub îndrumarea doamnei Profesor Doctor Inginer Grațiela Maria Ţârlea. Autorul a beneficiat de un stagiu de cercetare la Universitatea din Liege (Ulg) din Belgia, Laboratorul de Termodinamică Aplicată sub îndrumarea domnului Profesor Doctor Inginer Vincent Lemort.
Lucrarea intitulată "Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice" este axată pe cercetarea sistemelor frigorifice, punând accent pe modelarea matematică și experimentală a compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori şi a compresoarelor spiroorbitale (scroll) standard (digitale – conform denumirii date de producător).
Cele două sisteme studiate sunt: sistemul frigorific cu comprimare mecanică de vapori într-o treaptă, cu compresor spiroorbital (scroll) cu/fără injecție folosind agentul frigorific R407C; sistemul frigorific cu comprimare mecanică de vapori într-o treaptă, cu compresoare spiroorbitale (scroll)- digital și standard, folosind agentul frigorific R404A.
Primul sistem a fost construit la Universitatea Tehnică de Construcții București (UTCB) - Complexul de Laboratoare Colentina. Al doilea sistem a fost realizat la Universitatea din Liege (ULg) - Departamentul de Termodinamică Aplicată.
În Capitolul 1 se detaliază realizările și perspectivele în domeniul instalațiilor și echipamentelor frigorifice la nivel internațional.
În Capitolul 2 se prezintă o scurtă descriere a proceselor termodinamice ce apar în cele două sisteme.
În Capitolul 3 se detaliază modelarea matematică a proceselor și a sistemului frigorific, precum și componentele sistemului frigorific.
În Capitolul 4 se prezintă cercetările experimentale efectuate în cadrul laboratoarelor celor două universități de prestigiu, din România și din Belgia.
În Capitolul 5 se prezintă validarea modelelor matematice și analiza matematică a modelelor din capitolul 3.
În Capitolul 6 se prezintă concluziile și contribuțiile personale rezultate în urma analizării modelelor create pentru optimizarea eco-eficientei sistemelor frigorifice.
Valorificarea rezultatelor celor trei ani de școală doctorală în peste 20 de articole și publicații s-a materializat cu prilejul conferințelor, expozițiilor și workshop-urilor la nivel național și internațional, atât în jurnalul Universității Tehnice de Construcții București, cât și în reviste de profil.
Importanţa şi actualitatea subiectului
Criza energetică majoră precum și încălzirea globală care afectează în prezent economia mondială și viitorul societății umane, impun creşterea performanţelor energetice şi ecologice ale echipamentelor şi sistemelor frigorifice şi de aer condiționat. În acest scop pe plan mondial există un efort susținut pentru reducerea emisiilor de dioxid de carbon rezultate din arderea combustibililor fosili și a altor emisii de gaze cu efect de seră.
În acest sens, utilizarea compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori, a compresoarelor spiroorbitale (scroll) digitale şi a agenților frigorifici ecologici, deschide aria unor multiple aplicaţii în domeniul energetic şi al ingineriei mecanice.
Aceste compresoare se caracterizează prin durabilitate, eficienta, nivelul de zgomot și de vibrații redus datorat numărului mic de parți în mișcare, respectiv în frecare reciprocă.
Teza "Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice" se remarcă prin faptul că reprezintă o cercetarea aplicativă cu rezultate directe în domeniul sistemelor frigorifice.1. CONSIDERAȚII PRELIMINARE
4
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 1.1. Obiective și modalități de abordare
1.1.1. Obiectivul principal
Obiectivul principal al tezei de doctorat îl constituie studierea din punct de vedere al eficienţei energetice și ecologice a sistemelor frigorifice, punând accent pe modelarea compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori și a compresoarelor spiroorbitale (scroll) digitale.
În acest scop s-au analizat performanţele termodinamice și ecologice a două standuri experimentale.
Primul stand experimental a fost construit în România în cadrul Universității Tehnice de Construcții București.
Al doilea stand experimental a fost construit în Belgia în cadrul Universității din Liege, Departamentul de Termodinamică Aplicată.
1.1.2. Obiective secundare
Printre obiectivele secundare tratate în această teză menționăm: analiza stadiului actual al cercetărilor privind domeniul sistemelor frigorifice eco-
eficiente, cu comprimare mecanică de vapori într-o treaptă utilizând compresoare spiroorbitale (scroll) cu injecție;
determinarea relațiilor pentru calculul parametrilor termodinamici și fizici aferenți compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție și digitale, a vaporizatoarelor multitubulare elicoidale, a vaporizatoarelor cu țevi cu aripioare;
modelarea matematică a sistemului frigorific și a părților componente;
realizarea de cercetări experimentale pentru validarea rezultatelor numerice;
stabilirea de ecuații criteriale pentru definirea coeficienților de transfer de căldura în vaporizatoare, fluidelor din vaporizatoare, randamentelor echipamentelor, parte componentă din sistemele frigorifice;
crearea de diagrame de calcul pentru echipamentele analizate;
valorificarea rezultatelor cercetării în domeniul echipamentelor frigorifice și sistemelor frigorifice.
1.2. Stadiul actual al cercetării științifice
La nivel mondial cercetările în domeniul sistemelor frigorifice eco-eficiente cu comprimare mecanică de vapori într-o treaptă, utilizând compresoare spiroorbitale (scroll) cu injecție, s-au dezvoltat începând cu anul 2001. Totuşi cercetătorii au avut preocupări privind îmbunătățirea puterii frigorifice prin aplicarea tehnicilor de injecție cu vapori sau lichid încă din 1976. Astfel, brevetarea procesului de injecție cu agent frigorific pentru un compresor cu șurub aparține lui Haselden [1]. O analiză detaliată a situaţiei actuale, în domeniu, este prezentată în cadrul tezei.
De asemenea, se subliniază rezultatele obținute de: Kamimura, Sawada, Satou, și Masuda [2], Cho și Bai [3], Fujita și Amo [4], Bush, s.a.. [5], Ignatiev și Caillat [6], care au fost luate in considerare in cercetările realizate în cadrul laboratoarelor de termodinamică aplicată din cadrul universităţii din Liege, în principal de Winandy & Lebrun [7] unde autorul tezei și-a adus aportul în cursul anului 2011.
Avantajele utilizării procesului de injecție cu vapori de agent frigorific sunt: îmbunătățirea puterii frigorifice;
5
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice reducerea temperaturii vaporilor la refularea compresorului; variația puterii termice a sistemului frigorific prin controlul injecției de agent
frigorific.
A) Cercetarea la nivel internațional pentru sisteme frigorifice
Domeniile de cercetare la nivel internațional referitoare la procesul de injecție cu agent frigorific se pot regăsi și în principalele direcţii promovate prin programele UE. Se prezintă în continuare tematici în domeniu, abordate în ultimii zece ani, la nivel internațional:
- încălzirea aerului cu ajutorul pompelor de căldură;- încălzirea apei cu ajutorul pompelor de căldură;- răcirea aerului cu ajutorul pompelor de căldură.
B) Cercetarea la nivel internațional pentru echipamente
La nivel internațional în domeniul cercetării compresoarelor frigorifice, ca parte componentă a unui sistem frigorific/pompă de căldură, cercetările s-au axat pe studiul compresoarelor cu șurub, centrifugale, orbitale, şi al celor cu piston.
Cercetările efectuate la nivel mondial în domeniul procesului de injecție s-au axat pe studierea locației portului (orificiului) de injecție, a presiunii de injecție şi a raportului de injecție. Locația orificiului de injecție este foarte importantă pentru îmbunătățirea performanțelor compresorului frigorific. Procesul de injecție depinde de următorii parametri: raportul de eficienţă energetică (EER), coeficientul de performanţă, puterea frigorifică şi puterea termică.
Rezultatele cercetărilor din ultimii ani au evidențiat faptul că presiunea de injecție are un rol semnificativ asupra valorii entalpiei la intrarea în vaporizator, a debitului masic injectat precum şi a debitului masic aspirat de compresor.
C) Cercetarea la nivel naţional
În ultimii 10 ani, la nivel național nu au fost realizate cercetări importante în domeniul compresoarelor spiroorbitale scroll.
Totuși prin programele de cercetare de excelență, din centrele universitare importante din România, pentru sisteme şi echipamente frigorifice şi de aer condiționat, se remarcă contribuția colectivului de cercetători de prestigiu din cadrul Catedrei de Termotehnică al Facultății de Inginerie a Instalațiilor din Universitatea Tehnică de Construcții București. Aceștia au realizat un sistem modulat de compresoare spiroorbitale scroll în cadrul laboratorului Catedrei de Termotehnică axat în principal pe studiul proceselor de transfer de căldura și masă în schimbătoare de căldura compacte de tip plăci și mini-canale, pentru consumatorii din climatizarea de confort [8].
2. BAZE TEORETICE
În Capitolul 2 sunt descrise componentele sistemelor frigorifice cu compresie mecanică clasice studiate în această teză (compresoare, vaporizatoare şi condensatoare), cu accent pe:
descrierea compresoarelor şi ecuațiilor simplificate utilizate la selectarea acestora;
redarea aspectelor practice legate de vaporizatoare și condensatoare din literatura de specialitate;
analizarea detaliată a procesului de vaporizare şi condensare.Pentru a putea simula, selecta sau dimensiona aceste componente ale sistemelor
frigorifice cu compresie mecanică, este necesar a fi analizate atât procesele de transfer termic, tehnologiile existente și compatibilitatea între componente, cât şi fluidele termice şi impactul acestora asupra mediului.
6
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 2.1. Procesele termodinamice în sistemele frigorifice
Procesul termodinamic sau transformarea termodinamică reprezintă trecerea sistemului dintr-o stare de echilibru în altă stare de echilibru. [9]
2.1.1. Transferul de căldura şi căderea de presiune în curgerea monofazică
În acest subcapitol se descriu transferul de căldura și căderea de presiune în cazul curgerii monofazice, aferent modelelor matematice dezvoltate.
2.1.2. Transferul de căldura şi căderea de presiune în curgerea bifazică
În acest subcapitol, se descriu două procese: procesul de condensare şi procesul de vaporizare [10].
2.1.3. Procesele termodinamice analizate
2.1.3.1. Procesul de comprimare
Procesul de comprimare analizat în cadrul cercetărilor sistemelor frigorifice din această teză de doctorat este caracterizat [10] în principal de:
Ciclul Carnot inversat (Figura 2-1); Ciclul frigorific teoretic într-o treaptă de comprimare utilizând agenți frigorifici
(Figura 2-2); Ciclul frigorific cu injecție teoretic într-o treaptă de comprimare utilizând agenți
frigorifici (Figura 2-3).
Figura 2-1: Ciclul Carnot inversat în sistemul de coordonate T-s
-50 0 50 100 150 200 250 300 350
0,1
1
10
100
h [kJ/kg]
p [
bar
]
50°C
14,1°C
-11,7°C
-35°C
0,2 0,4 0,6 0,8
1 2
3456
7
8
Figura 2-2: Ciclul teoretic într-o treaptă de comprimare utilizând agenţi frigorifici
7
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
-50 0 50 100 150 200 250 300 3500,1
1
10
100
h [kJ/kg]
p [
bar
]
50°C
14,1°C
-11,7°C
-35°C
0,2 0,4 0,6 0,8
1 23
4
5678
9
1011
Circuit frigorific
Figura 2-3: Ciclu frigorific cu injecţie teoretic într-o treaptă de comprimare
În cadrului lucrării de doctorat la acest subcapitol se descriu ecuațiile caracteristice ale procesului de comprimare. O parte din aceste ecuații sunt utilizate în cadrul modelelor matematice de calcul.
2.1.3.2. Procesul de vaporizare
Vaporizarea este procesul termodinamic prin care agentul frigorific îşi schimbă starea de agregare din lichid în vapori, absorbind căldură de la mediul racit (aerul sau un agent termic lichid) [11].
Coeficientul global de transfer de căldura de la fluidul răcit la agentul frigorific bifazic este determinat în funcție de suprafața de transfer de căldura a vaporizatorului.
În cadrului lucrării de doctorat la acest subcapitol se descriu ecuațiile caracteristice ale procesului de vaporizare. O parte din aceste ecuații sunt utilizate în cadrul modelelor matematice de calcul.
2.1.3.3. Procesul de condensare
Condensarea este procesul termodinamic prin care agentul frigorific îşi schimbă starea de agregare din vapori în lichid, cedând căldură de la mediul încălzit (aerul sau apa de răcire a condensatorului) [11].
Condensarea vaporilor substanțelor pure sau amestecurilor azeotrope este un proces care se desfășoară izobar. Masa de condensat este determinată de cantitatea de substanțe care îşi schimbă starea de agregare din gazoasă în lichidă, iar căldura specifică latentă de condensare caracterizează cantitatea de căldura transferată de unitatea de masă de vapori saturați care condensează [12].
În cadrului lucrării de doctorat la acest subcapitol se descriu ecuațiile caracteristice ale procesului de condensare. O parte din aceste ecuații sunt utilizate în cadrul modelelor matematice de calcul.
2.2. Compresor
Compresoarele frigorifice mecanice se clasifică în două clase importante [12]: - compresoare volumice sau compresoare cu “deplasare (generare de volum)
pozitivă” după definirea dată de standardele americane;- compresoare dinamice;
În această teză de doctorat s-au realizat cercetări referitoare la compresoarele spiroorbitale (scroll).
Compresoarele spiroorbitale (scroll) se clasifică în: Compresoare spiroorbitale (scroll) deschise; Compresoare spiroorbitale (scroll) semi-ermetice; Compresoare spiroorbitale (scroll) ermetice.
8
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice Performanţele compresoarelor spiroorbitale (scroll) [13] depind de caracteristicile
agenților frigorifici, de mecanismele de compresie și de motor.Principalele cauze ce pot avea efecte majore de scădere a acestor performanţe sunt:
pierderi de presiune în compresor prin: robinetele de închidere, zona de aspiraţie, zona filtrelor, motor (compresoare ermetice), zona de refulare, separatorul de ulei intern etc.;
căldura primită de la agentul frigorific, de la răcirea motorului ermetic și de la schimbătorul de căldură intern între condensator și conducta de aspiraţie;
pierderi de lucru mecanic datorate factorilor de frecare, consumului electric al pompei de ulei, pierderilor energetice provocate de randamentul subunitar al motoarelor electrice de antrenare;
circulaţia uleiului.Performanţele compresoarelor spiroorbitale (scroll) au fost analizate și prin
studierea randamentului volumic (ηv), şi a celui izentrop (ηiz) [10].
2.3. Vaporizatorul
Vaporizatorul reprezintă echipamente componente ale unei instalații frigorifice. Principiul de funcționare al vaporizatorului este următorul: ca urmare a vaporizării agentului frigorific are loc răcirea unui fluid [12].
În cadrul lucrării de doctorat la acest subcapitol se face o clasificare a vaporizatoarelor.
2.3.1. Vaporizatorul cu țevi cu aripioare
La construirea unui vaporizator cu țevi cu aripioare se utilizează, ca materiale pentru țevi cupru şi oțel - inox, iar pentru aripioare aluminiu. Diametrul țevilor la un vaporizator este cuprins, în mod normal, între 10 şi 16 mm.Pentru o distribuție uniformă a fluidului de răcire şi pentru micșorarea căderii de presiune, vaporizatorul cu țevi cu aripioare este alimentat printr-un distribuitor.
Vaporizatorul este alimentat cu fluidul de răcire prin intermediul unui ventil de destindere automat. Pentru a crea o curgere în contracurent între fluidul de răcire şi fluidul răcit, distribuitorul trebuie să fie poziționat cel mai aproape de aspirația fluidului răcit în vaporizator.
2.3.2. Vaporizatorul de tip multitubular elicoidal
În această teză sunt abordate două tipuri de vaporizatoare multitubulare elicoidale: unul pentru procesul de vaporizare şi unul pentru procesul de injecție.
În Figura 2-4 se prezintă aceste vaporizatoare.Pentru a îmbunătății transferul de căldură, aceste vaporizatoare din Figura 2-4 au
țevile interioare constituite cu aripioare la interior și la exterior.
Figura 2-4: Vaporizatoare multitubulare elicoidaleGeometria țevilor din interiorul vaporizatorului multitubular elicoidal utilizat se
prezintă în Figura 2-5.
9
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
Figura 2-5: Tip de țeava utilizat la vaporizatorul analizat: m – pas aripioare,D – diametru, s – grosimea țevii, h – înălţimea aripioarei
2.4. Condensatorul
Condensatoarele sunt schimbătoarele de căldura, prin intermediul cărora agentul frigorific cedează direct mediului ambiant (aerul exterior) sau printr-un agent de răcire (apa), căldura absorbită în timpul desfășurării ciclului frigorific în procesele de vaporizare și de comprimare.
În cadrul lucarii de teză la acest subcapitol se descriu condensatoarele și se prezintă o scurtă clasificare a acestora [14].
3. MODELAREA MATEMATICĂ
3.1. Modelarea matematică a procesului de comprimare la compresorul
spiroorbital (scroll)
Modelarea matematică s-a realizat pentru a putea determina într-un mod simplu performanţele și caracteristicile aferente procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll). În actuala teză s-a dorit a se realiza un model simplificat de calcul în vederea obținerii polinoamelor de interpolare și generalizarea acestui model pentru compresoarele spiroorbitale (scroll).
Modelele procesului de comprimare la compresor sunt detaliate în continuare pentru: Compresoare spiroorbitale (scroll) digitale; Compresoare spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori.
Modelul matematic aferent procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll) digital este detaliat în continuare în scopul de a putea analiza performanţele sistemului frigorific de comprimare mecanică de vapori într-o treaptă funcționând cu R404A.
Ecuațiile care descriu modelele matematice aferente procesului de comprimare pentru cele două tipuri de compresoare scroll sunt detaliate pe larg în subcapitolele 3.4 și 3.5.
3.1.1. Modelarea matematică a procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll) digital
Modelul matematic care urmează a fi descris include 13 parametrii de introducere.Parametrii introduși sunt: presiunea la aspirația și refularea compresorului,
temperatura ambiantă, supraîncălzirea la aspirația compresorului, coeficientul global de transfer de căldura nominal pentru calorimetrul în care se găsește compresorul, coeficientul global de transfer de căldura nominal la aspirația și refularea compresorului, diametrul fictiv impus (di; de) pentru simularea căderii de presiune la aspirația și refularea compresorului, pierderile de energie electrică la compresor, raportul volumetric al compresorului, viteza de rotație a motorului compresorului și volumul dislocat (cilindree) al compresorului.
Parametri rezultați sunt: debitul masic de agent frigorific, puterea mecanică a compresorului, temperatura agentului frigorific la refularea compresorului, randamentul volumic și izentrop al compresorului modelat.
10
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 3.1.2. Modelarea matematică a procesului de comprimare la compresorul spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori
Modelul matematic al compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori are la bază 12 parametrii de introducere.
Parametrii introduși sunt: presiunea la aspirație și refularea compresorului, temperatura ambiantă, supraîncălzirea la aspirația compresorului, coeficientul global de transfer de căldura nominal pentru calorimetrul în care se găsește compresorul, pierderile de energie electrică la compresor, raportul volumic al compresorului, raportul volumic al compresorului la primul proces de comprimare izentrop, viteza de rotație a motorului compresorului, temperatura agentului frigorific la injecția în compresor, presiunea la procesul de injecție și volumul dislocat al compresorului.
În urma modelării rezultă următorii parametrii calculați: Qaf;refulat;cp; Qaf;injectat;cp; Wcp; ηiz; ηv; Taf;e;cp.
3.2. Modelarea matematică a procesului din vaporizator
Modelarea matematică a vaporizatoarelor reprezintă un mod simplificat de calcul a performanţelor.
În acest scop se descriu în continuare modelele matematice a două tipuri de vaporizatoare:
vaporizatoare pentru răcirea/încălzirea unui lichid (de tip multitubular elicoidale); vaporizatoare pentru răcirea/încălzirea unui gaz (de tip cu aripioare şi țevi).
Se vor descrie modelele aferente vaporizatoarelor utilizate în cadrul sistemului frigorific cu comprimare mecanică de vapori.
Aceste modele matematice au domeniul de aplicabilitate la orice geometrie aferentă tipului de vaporizator pentru care au fost create.
3.2.1. Modelarea matematică a procesului din vaporizatorul multitubular elicoidal
Modelul este caracterizat prin: existenţa unui număr de n țevi la interiorul mantalei aranjate echidistant, geometria vaporizatorului, tipul de curgere, agentul frigorific şi agentul intermediar.
Geometria şi forma vaporizatorului este detaliată în Figura 3-1.
Figura 3-: Vaporizator multitubular elicoidalGeometria acestui tip de vaporizator este descrisă de următorii parametrii geometrici
(Figura 2-6): pentru țevile interioare sunt: numărul de țevi (n), diametrul interior (d2), diametrul
exterior al țevii (d3), diametrul nervurii (d4), înălțimea nervurii (h1), grosimea țevii interioare (s2), pasul dintre două nervuri (m), unghiul de înclinare al nervurilor exterioare (β), randamentul nervurilor (η), numărul de nervuri interioare (Ni) şi înălțimea nervurii interioare (h2);
pentru manta sunt: înălțimea vaporizatorului multitubular (H), lungimea (L), lățimea (l), diametrul mantalei (D), diametrul interior la intrarea agentului frigorific în vaporizator (d2), diametrul exterior la intrarea/ieșirea agentului frigorific în vaporizator (d4), diametrul interior la ieșirea agentului frigorific (d3), diametrul la intrarea/ieșirea agentului intermediar
11
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice (d1=di;ai) şi conductivitatea termică a materialului din care sunt construite țevile (λ).
Tipurile de curgere sunt: contracurent, echicurent şi încrucişată.Agenții intermediari sunt: propilen-glicol (de concentrație 50%) și apa.Agenții frigorifici incluşi în modelul studiat sunt: R32, R123, R124, R125, R143a,
R152a, R290, R404A, R407C, R410A, R423A, R500, R502, R508B, R507A, şi R744. Dintre aceştia accentul s-a pus pe studierea: R404A, R407C, R410A şi R507A.
Parametrii introduși sunt: presiunea de vaporizare și condensare (bar), debitul volumic de agent intermediar (m3/s), temperatura de intrare/ieșire a agentului intermediar în/din vaporizator (°C), temperatura de supraîncălzire (°C) și temperatura de subrăcire (°C).
Parametrii rezultați sunt: temperatura agentului frigorific la intrarea/ieșirea din vaporizator (°C), puterea frigorifică a agentului frigorific (kW), coeficientul global de transfer de căldura (W/m2K), numărul de unități de transfer de căldură și randamentul vaporizatorului NTU-η, căderea de presiune (bar), coeficientul local de transfer de căldura convectiv pe partea agentului frigorific/agentului intermediar (W/m2K), numărul Nusselt pentru agent intermediar/agent frigorific, numărul Prandtl pentru agent intermediar/agent frigorific, puterea frigorifică specifică (W/m2), titlul de vapori, numărul Reynolds pentru agent intermediar/agent frigorific și viteza masică (kg/m2s).
3.2.2. Modelarea matematică a procesului din vaporizatorul utilizat în procesul de răcire a aerului
În acest subcapitol s-a analizat un model de vaporizator cu ţevi şi aripioare. Modelul este caracterizat prin existenţa unui număr de n țevi aranjate în linie sau în eşichier (grupare în şah, decalaj al aripioarelor) şi aripioare din aluminiu.
Geometria vaporizatorului este caracterizată de: diametrul ţevii, lungimea ţevii, grosimea ţevii, materialul din care este fabricată ţeava, distanţa dintre ţevi pe verticală, distanţa dintre ţevi pe orizontală, numărul de tuburi, materialul din care este realizată aripioara de răcire, lungimea aripioarei de răcire, înălţimea aripioarei de răcire, numărul de aripioare de răcire, grosimea unei aripioare de răcire şi distanţa dintre aripioarele de răcire.
Tipurile de curgere sunt: contracurent, echicurent şi curgere încrucişată.Agenţii frigorifici consideraţi în model sunt: R404A, R410A, R407C, R152a şi
R507A.Parametrii introduşi sunt: temperaturile de intrare şi de ieşire ale aerului şi agentului
frigorific, presiunea atmosferică, debitul masic de aer, debitul masic de agent frigorific, volumul dislocat al compresorului şi geometria vaporizatorului.
Parametrii rezultaţi sunt: sarcina frigorifică, coeficientul global de transfer de căldură, numărul Reynolds, numărul Nusselt, viteza fluidului, numărul Prandtl, numărul Colburn şi căderea de presiune pe partea agentului frigorific.
3.3. Modelarea matematică a procesului din vaporizatorul aferent procesului de injecție
În acest subcapitol s-a analizat un model de vaporizator multitubular elicoidal. Modelul este caracterizat prin existenţa unui număr de n țevi aranjate echidistant la interiorul mantalei, geometria vaporizatorului, tipul de curgere, agentul frigorific şi agentul intermediar.
Geometria şi forma țevii vaporizatorului este detaliată în Figura 2-5. Diferența faţă de modelul de vaporizator multitubular din Figura 2-4 constă în modul de curgere al fluidelor. Agentul intermediar circulă prin țevile interioare şi agentul frigorific prin mantaua vaporizatorului. Geometria acestui tip de vaporizator este descrisă de aceeași parametrii geometrici ca la punctul 3.3.1. Tipurile de curgere sunt: contracurent, echicurent şi încrucișată. Agenții intermediari sunt propilen-glicolul şi apa. Agenții frigorifici, parametrii introduși şi parametrii rezultați sunt aceiași ca la punctul 3.3.1.
12
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 3.4. Modelarea matematică a proceselor termodinamice aferente sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) digital
Modelarea matematică [15] a proceselor termodinamice aferente sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) digital este detaliată în cadrul tezei.
Parametrii introduși în model sunt: presiunea de vaporizare şi condensare (Pi; Pe), temperatura de supraîncălzire și subrăcire (ΔTSI; ΔTsub), temperatura mediului ambiant exterior (Tamb), temperatura aerului la aspirația şi refularea condensatorului (Taer;i;cd; Taer;e;cd) şi vaporizatorului (Taer;i;vap; Taer;e;vap), precum şi parametrii specifici ai condensatorului, compresorului şi vaporizatorului.
Parametrii rezultați în urma calculului efectuat de modelul matematic sunt: temperatura carcasei compresorului (Tw), temperatura agentului frigorific la refularea compresorului (Taf;e;cp), debitul masic de agent frigorific al sistemului frigorific (Qaf;cp), puterea mecanică a compresorului (Wcp), randamentul volumic al compresorului (ηv;cp), randamentul izentrop al compresorului (ηcp), raportul de comprimare al compresorului (πcp), căldura cedată mediului ambiant de către compresor (Φamb;cp), pierderile de agent frigorific în compresor (Qleak;cp), coeficienții globali de transfer de căldura pentru fiecare componentă a sistemului frigorific (compresor (ki;cp; ke;cp), condensator (kcd) și vaporizator (kvap)), coeficientul de performanţă (COP), randamentul condensatorului (ηcd) şi vaporizatorului (ηvap), numărul de unități de transfer de căldură pentru vaporizator (NTUvap) şi condensator (NTUcd), puterea frigorifică la vaporizare (Φvap) şi la condensare (Φcd), şi temperatura agentului frigorific la aspirația vaporizatorului (Taf;i;vap).
Modelul matematic al sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) digital permite determinarea performanţelor şi proprietăților termodinamice într-un mod simplu şi cu un volum redus de parametrii introduși.
Parametrii caracteristici fiecărui echipament din cadrul sistemului frigorific sunt prezentați în Tabel 3-1.
Tabel 3-: Parametrii caracteristici sistemului frigorificVs;cp
m3/h
Aki;cp;n
W K-1
Ake;cp;n
W K-1
Akamb;cp;n
W K-1
; ;af cp nQ kg s-1
rv;in;vp
-
Tpierderi;cp
-
cp
-
di
mm
de
mm
N
1/min
mcd
m3/smvap
m3/s
23,40 25 16 4,65 0.091 4,16 0,045 0,243 9,5 4 2900 1,8 1,13
Unde: mcd – debitul volumic de aer la condensator (m3/s); mvap – debitul masic de aer la vaporizator (m3/s)
3.5. Modelarea matematică a proceselor termodinamice aferente sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori
Modelarea matematică [15] a proceselor termodinamice aferente sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori este detaliată în cadrul tezei.
Parametrii introduși în model sunt: presiunea de vaporizare, presiunea de injecție, presiunea de condensare, temperatura agentului frigorific la injecție, temperatura de supraîncălzire la vaporizatoare și subrăcire, temperatura mediului ambiant exterior, temperatura agentului intermediar la aspirația şi refularea condensatorului şi vaporizatorului, precum şi parametrii specifici ai condensatorului, compresorului şi celor două vaporizatoare (pentru procesele de vaporizare și injecție).
Parametrii rezultați în urma calculului efectuat de modelul matematic sunt: temperatura carcasei compresorului, temperatura agentului frigorific la refularea compresorului, debitul masic de agent frigorific al sistemului frigorific, debitul masic de agent frigorific la injecție, puterea mecanică a compresorului, randamentul global al compresorului, randamentul volumic al compresorului, randamentul izentrop al compresorului, raportul de comprimare al compresorului, căldura cedată mediului ambiant de către compresor, pierderile de agent frigorific în compresor, coeficienții globali de transfer de căldura pentru fiecare componentă a sistemului frigorific (compresor, condensator și vaporizatoare), coeficientul de
13
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice performanţă, randamentul condensatorului şi a vaporizatoarelor, numărul de unități de transfer de căldură pentru vaporizatoare şi condensator, puterea frigorifică la vaporizare, puterea frigorifică la injecție, puterea frigorifică la condensare, şi temperatura agentului frigorific la aspirația vaporizatoarelor.
Modelul matematic al sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori permite determinarea performanţelor şi proprietăților termodinamice într-un mod simplu şi cu un volum de parametri introduși redus.
În Tabel se prezintă valorile parametrilor aferenți modelului matematic al compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori.
Tabel 3-2: Parametrii aferenți modelului compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de
vapori
Vs;cp
m3/h
kamb;cp;n
W K-1
kg s-1
rv;in;cp
-
Wpierderi;cp
W
cp
-
rv;in1;cp
-
N
1/min
29 80 0.091 4,21 8,596 0,001 0,92 2900
4. CERCETĂRI EXPERIMENTALE
4.1. Modelul experimental
4.1.1. Modelul experimental 1 (ULg – cu compresor spiroorbital scroll cu injecție de vapori)
Circuitul de agent frigorific este compus dintr-un vaporizator principal, vaporizator secundar (pentru procesul de injecție), compresorul spiroorbital (scroll), condensator şi cinci ventile de laminare. Agentul frigorific utilizat este R407C.
Agentul intermediar pentru vaporizatorul principal şi cel secundar este dat de o soluție de propilen glicol cu apă la o concentrație de 50%. Circuitul intermediar este compus dintr-o pompă, un boiler electric, vas de expansiune şi circuit by-pass compus din mai multe robinete de închidere. Condensatorul este răcit cu apă de la rețea.
4.1.1.1. Compresorul
Compresorul funcționează cu ulei de tip poliester (POE) Emkarate RL 32-3MAF.Compresorul are următoarele caracteristici:
Cilindreea [m3/h]: 29
Presiunea maximă [bar]: 32
Presiunea maximă de oprire [bar]: 22,6
Temperatura minimă pe partea de joasă presiune [°C]: -35
Temperatura maximă pe partea de joasă presiune [°C]: 50
4.1.1.2. Cazanul electric
Acesta este compus din doi cilindri concentrici. Cilindrul intern este complet izolat şi umplut cu azot în stare gazoasă. Agentul secundar (soluție propilen glicol cu apa) circulă de la partea inferioară către partea superioară între cilindrul intern şi cel extern. Agentul secundar este încălzit cu ajutorul a zece rezistenţe electrice (șase cu o capacitate de 9kW şi patru rezistenţe cu o capacitate de 4 kW fiecare). Pompa de agent secundar are un debit nominal de 40 m3/h.
Cazanul electric este prevăzut cu un termostat care are rolul de a menține o temperatură stabilă la refulare prin oprirea şi pornirea unor rezistenţe de încălzire.
14
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 4.1.1.3. Condensatorul
Condensatorul este un schimbător de căldura de tip multitubular şi folosește apă de la rețea pentru condensarea agentului frigorific.
Condensatorul are atașată o pompă pentru recircularea apei atunci când este necesară creșterea temperaturii de condensare şi a procesului de subrăcire.
4.1.1.4. Vaporizatorul
Vaporizatorul utilizat este un schimbător de căldura de tip multitubular elicoidal.
4.1.1.5. Ventilele de laminare
Pe vaporizatorul principal s-au montat 3 ventile de laminare de diferite dimensiuni. Pentru ambele vaporizatoare ventilele de laminare au fost montate în paralel.
Pe vaporizatorul secundar s-au montat două ventile de laminare de dimensiuni diferite pentru a putea varia debitul masic de agent frigorific injectat în compresor.
4.1.2. Modelul experimental 2 (UTCB - București – cu compresor spiroorbital scroll digital)
Unitatea compresor-condensator lucrând cu R404A este destinată studiului proceselor de transfer de căldură şi de masă în schimbătoare de căldură compacte de tip plăci, macro-canale, mini-canale şi micro-canale pentru consumatorii atât din climatizarea de confort cât şi consumatorii de frig la 0... 4°C. Unitatea compresor-condensator este caracterizată de următorii parametrii: presiune de joasă şi înaltă, temperatura la aspirația compresorului, temperatura la refularea compresorului, temperatura de la intrarea în condensator şi temperatura lichidului înainte de laminare.
Echipamentele modelului experimental sunt caracterizate de următorii parametrii: Vaporizator 1. 4 mm spațiul dintre aripioare, puterea de răcire nominală la t0=-8°C şi ΔT=8K în valoare de 4.36 kW, debitul de aer 3800 m3/h, două ventilatoare cu diametrul de 350 mm, lungimea jetului de aer 14 m, volumul intern de agent 5.4 dm3, suprafața de schimb de căldură de 27.6 m2; Vaporizator 2. 7 mm spațiul între aripioare, puterea de răcire nominală la t0=-8°C şi ΔT=8K în valoare de 3.83 kW, debitul de aer 4100 m3/h, două ventilatoare cu diametrul de 350 mm, lungimea jetului de aer de 14 m, volumul intern de agent 4.5 dm3, suprafața de schimb de căldură de 23 m2; Ventil de laminare. Ventilul de laminare termostatic (montat pe câte un vaporizator) prezintă următoarele caracteristici: presiune maximă de lucru 34 bar, domeniul de temperatură -40°C÷+10°C compatibil cu agenții frigorifici R404A/R507, R407C. Diametrul orificiului este de 5 mm ceea ce permite funcționarea la o diferența de temperatura de maxim 16 K şi o putere frigorifică maximă de 15 kW (funcție de temperatura de vaporizare); Robinet de închidere acţionat electronic. Ventil electromagnetic de tip ON/OFF. Grup compresor condensator.
este un grup pentru condiții exterioare (O) cu aplicații pentru temperaturi medii (M) cu două compresoare spiroorbitale (scroll) (T) şi cu un nivel de zgomot foarte redus (Q). Grupul este digital (D).
condensatorul aferent unității exterioare are prevăzut pentru recircularea aerului două ventilatoare, cu un diametru de 420 mm, alimentare monofazică şi cu o putere de 145W/ventilator, un curent de 0.81A şi o rezistență 45.9 Ohm.
rezervorul de lichid are un volum de 14 litri şi este prevăzut cu o vană de service Rotalock pentru încărcarea cu agent frigorific R404A.
conducta de lichid aferentă grupului are în componenţă un filtru de lichid (ADK+), un vizor de lichid (AMI 1SS) şi un ventil electromagnetic (200RBT5).
compresorul spiroorbital (scroll) digital este prevăzut din fabrică cu un ventil
15
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice electromagnetic de 24V în curent alternativ.
controllerul EC2-552 folosește ventilul electromagnetic (pentru injectarea vaporilor de agent frigorific în al doilea compresor) în funcție de presiunea pe aspirație.
4.2. Aparatura de măsura utilizată și procesul experimental
4.2.1. Modelul experimental 1 (ULg– cu compresor spiroorbital scroll cu injecție de vapori)
4.2.1.1. Măsurarea presiunilor
Presiunile care se măsoară sunt: presiunea la aspirația compresorului, presiunea la refularea compresorului, presiunea la injecția în compresor şi presiunea la intrarea în vaporizator.
Calibrarea senzorilor de presiune s-a realizat utilizând ca etalon un senzor de presiune calibrat.
4.2.1.2. Măsurarea temperaturilor
Temperaturile sunt măsurate în zonele principale pe partea agentului frigorific, pe partea agentului intermediar soluție apoasă de propilenglicol [76], în camera calorimetru a compresorului şi la compresor prin intermediul termocuplurilor de tip, „T” (cupru-constantan). Temperatura de referinţă 0°C este stabilită de amestecul apa-gheata. Acurateţea măsurărilor este de ± 0,3K.
4.2.1.3. Măsurarea debitului masic şi a densității agentului frigorific
Debitul masic de agent frigorific care circulă prin vaporizatorul principal și prin condensator este măsurat cu ajutorul a două debitmetre de tip Coriolis identice.
Densitatea agentului frigorific la intrarea în vaporizator şi la ieşirea din condensator este măsurată cu ajutorul aceloraşi debitmetre Coriolis.
4.2.1.4. Măsurarea consumului electric
Consumul electric al compresorului este măsurat cu ajutorul wattmetrului GOSSEN (valoarea măsurată este între 0-3 kW, cu o eroare de ±0,5%).
4.2.2. Modelul experimental 2 (UTCB - cu compresor spiroorbital scroll digital)
În componenţa standului experimental se regăsesc două sisteme de achiziții de date: Dixell XJ500 cu softul aferent X-View şi unitatea de control EC552 (aferent grupului compresor condensator) cu vizualizarea şi înregistrarea datelor prin interfața web cu ajutorul unui browser de internet.
Sistemul de achiziție Dixell XJ500 este amplasat în interiorul tabloului electric de automatizare-control. Este un echipament conform standardului SR EN 12830 şi achiziția parametrilor se face conform SR EN 13485.
Unitatea de control EC2-552 are rolul de a controla sistemele frigorifice cu compresoare spiroorbitale (scroll) individuale sau în paralel integrate în unități compresor-condensator. Acestea au în componenţă un compresor digital Copeland şi convertizor de frecvenţă la ventilatoarele de pe partea de condensare.
Parametrii tehnici ai unității de control sunt: alimentare de 24 VAC, frecvenţa de 50/60Hz, port de comunicare TCP/IP Ethernet 10Mbit/s, domeniul de temperatură de la -20... +65°C.
16
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice 4.3. Modul de lucru
Modelul experimental 1 (ULg - compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori)Matricea de testare este compusă din 100 puncte de testare, caracterizate prin diferite
presiuni de vaporizare şi condensare.Realizarea testelor s-a efectuat în două etape: prima fază în realizarea modelului experimental a constat în setarea, instalarea, calibrarea instrumentelor de măsurat, setarea sistemului de achiziție şi realizarea testelor de verificare a standului experimental; a două fază a constat în realizarea experimentelor şi analizarea performanţelor compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori.Modelul experimental 2 (UTCB - compresor spiroorbital (scroll) digital)
Matricea de testare este compusă din 300 puncte de testare, caracterizate prin diferite presiuni de vaporizare şi condensare.
Realizarea testelor s-a efectuat în două etape: prima fază în realizarea modelului experimental a constat în setarea, instalarea, calibrarea instrumentelor de măsurat, setarea sistemului de achiziție şi realizarea testelor de verificare a standului experimental; a două fază a constat în realizarea experimentelor şi analizarea performanţelor compresorului spiroorbital (scroll) digital.
Noutatea modelului experimental constă în introducerea unui compresor spiroorbital (scroll) digital în sistemul frigorific realizat și posibilitatea testării compresorului în diferite condiții de funcționare în afara ecartului de temperaturi pentru care a fost construit.
4.4. Procesarea rezultatelor
4.4.1. Model experimental 1 (ULg - compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori)
Sistemul de control al modelului experimental 1 este realizat cu ajutorul următoarelor reglaje:
presiunea la aspiraţia compresorului este ajustată prin controlul debitului masic de agent intermediar care circulă prin vaporizatorul principal. Pentru acest debit masic de agent intermediar cazanul are setată o temperatură la refulare;
supraîncălzirea vaporilor la aspiraţia compresorului este dată de ventilele de laminare poziţionate la intrarea în vaporizatorul principal;
presiunea la injecţia în compresor este reglată prin controlul debitului masic de agent intermediar care parcurge vaporizatorul de injecție;
supraîncălzirea vaporilor la injecție este controlată cu ajutorul ventilelor de laminare la intrarea în vaporizatorului secundar (pentru injecție);
presiunea la procesul de condensare este controlată și setată prin reglarea debitului masic de apă care parcurge condensatorul.
Măsurătorile au fost făcute la secundă, mediate pe un interval de timp de 5 minute după atingerea echilibrului termodinamic.
4.4.2. Model experimental 2 (UTCB - compresor spiroorbital (scroll) digital)
Descrierea tipurilor de parametrii care se urmărescPe partea sistemului de achiziție XJ 500 s-au măsurat următorii parametrii:
temperatura la intrarea aerului şi ieşirea aerului la vaporizator, temperatura agentului frigorific în interiorul vaporizatorului, temperatura ambientală, temperatura la ieşirea aerului din condensator, temperatură agentului frigorific la intrarea în condensator (la refularea compresorului), temperatura agentului frigorific la ieșirea din condensator.
17
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice Pe partea unității de control EC2-552 s-au măsurat următorii parametri: presiunea la
aspiraţia și refularea compresorului, temperaturile la aspirația compresorului şi la procesul de condensare, capacitatea compresorului, turația ventilatoarelor la partea de condensare. Măsurătorile s-au realizat la temperaturi de vaporizare de -10°C, -5°C şi 0°C, dar şi la temperaturi de condensare de +35°C şi +45°C. Temperatura mediului ambiant a evoluat între +27°C şi +34°C.
4.5. Prezentarea și interpretarea rezultatelor experimentale
4.5.1. Model experimental 1 (ULg - compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori)
4.5.1.1. Ecuațiile generale de echilibru ale vaporizatorului și condensatorului
15 20 25 30 35 40 45 50 55 6010
20
30
40
50
60
Fapa;cd [kW]
Faf
;cd
[k
W]
Cu Injectie
0 10 20 30 400
10
20
30
40
Fapa;cd [kW]
Faf
;cd
[kW
]
Fara Injectie
Figura 4-1: Bilanțul dintre puterea frigorifică a condensatorului: agentul frigorific vs agentul
intermediar
10 20 30 40 50
10
20
30
40
50
Faf ;vap [kW]
Fai
;vap
[kW
]
Cu Injectie
0 5 10 15 20 25 30 35 400
10
20
30
40
Faf ;vap [kW]
Fai
;vap
[kW
] Fara Injectie
Figura 4-2: Bilanțul dintre puterea frigorifică a vaporizatorului: agentul frigorific (Φaf;vap) vs
propilen-glicol (Φai;vap)
4.5.1.2. Ecuația de echilibru a calorimetrului compresorului
4.5.1.3. Randamentul procesului de comprimare adiabatică și izocoră al compresorului
În continuare se prezintă sub formă grafică randamentul pentru cele două cazuri analizate cu/fără injecție.
2 3 4 5 6 7 8 9 100,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
[-]
cp
;v [
-]
Cu Injectie Fara Injectie
Randamentul volumetric
2 4 6 8 100,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
[-]
cp
;s [
-]
Cu injectie Fara Injectie
Randamentul adiabatic
18
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
2 4 6 8 10 12 140,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
[-]
cp
[-]
Cu Injectie Fara Injectie
Randamentul izentrop
Figura 4-3: Randamentul izocor, adiabatic şi izentrop în funcție de raportul de comprimare în cazul cu injecție şi fără injecție
4.5.2. Modelul experimental 2 (UTCB - compresor spiroorbital (scroll) digital)
Pentru determinarea performanţelor și simularea sistemului frigorific de aer condiționat s-a realizat un model de calcul în EES folosind ca parametrii de intrare valorile măsurate pe cale experimentală.
4.5.2.1. Compresor spiroorbital (scroll) digital
În acest subcapitol se descriu ecuațiile aferente procesului de comprimare aferent
compresorului din modelul experimental 2.
4.5.2.2. Condensator răcit cu aer
În acest subcapitol se descriu ecuațiile aferente procesului de condensare aferent
condensatorului din modelul experimental 2.
4.5.2.3. Vaporizator răcit cu aer
În acest subcapitol se descriu ecuațiile aferente procesului de vaporizare aferent
vaporizatorului din modelul experimental 2.
4.5.2.4. Coeficientul de performanţă al sistemului frigorific
La acest subcapitol se determină coeficientul de performanţă al sistemului
frigorific aferent modelului experimental 2.
4.5.2.5. Datele experimentale
În urma prelucrării datelor experimentale au rezultat graficele prezentate în
continuare.În Figura 4-4 se prezintă variația COP-ului în funcție de raportul de comprimare. Așa
cum se observă din figura COP-ul maxim a fost de 4,7 la un raport de comprimare 2. Cele mai multe teste s-au efectuat pentru un raport de comprimare cuprins în intervalul 2,5÷4,5. Pentru valoarea lui π=4,16 randamentul izentrop al compresorului este maxim.
19
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 61,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
[-]
CO
P [
-]
Figura 4-4: COP versus raportul de comprimare
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,30
5
10
15
20
25
30
35
40
Q af ;cp [kg/s]
Faf
;cd [
kW]
Figura 4-5: Puterea termică a condensatorului versus debitul masic de agent frigorific
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,30
5
10
15
20
25
30
35
Q af ;cp [kg/s]
Faf
;ev
[kW
]
Figura 4-6: Puterea frigorifică a
vaporizatorului versus debitul masic de agent frigorific
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,30
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Qaf ;cp [kg/s]W
cp [
kW]
Figura 4-7: Puterea mecanică a compresorului
versus debitul masic de agent frigorific
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,30
10
20
30
40
50
Qaf ;cp [kg/s]
N [
1/s]
Figura 4-8: Numărul de rotații pe secundă la compresor versus debitul masic de agent
frigorific
0 10 20 30 40 500,71
0,71
0,71
0,71
0,71
0,71
0,71
N [1/s]
v
[-]
Figura 4-9: Eficienţa volumetrică a compresorului
versus numărul de rotații pe secundă al compresorului
În Figura 4-5 și Figura 4-6 se prezintă variația puterii termice de condensare şi puterii frigorifice de vaporizare în funcție de debitul masic de agent frigorific, obținute pe cale experimentală. Figura 4-7 prezintă variația puterii mecanice a compresorului în funcție de debitul masic de agent frigorific. Figura 4-8 prezintă variația debitului masic în funcție de turația motorului aferent compresorului spiroorbital (scroll) digital. Figura 4-9 prezintă variația randamentului volumetric al compresorului în funcție de turația motorului.
4.5.3. Compararea cazului cu injecție/fără injecție de vapori la modelul experimental 1
În teză se prezintă graficele comparative pentru setul de măsurători efectuate pentru
temperatura de refulare la compresor, puterea mecanică, coeficientul de performanţă la răcire
și încălzire, puterea frigorifică la vaporizare, puterea termică de condensare, randamentul
izentrop și debitul masic de agent frigorific la condensare în cele două cazuri (cu injecție/fără
injecție) ale modelului experimental 1.
În urma analizării comparative a celor două cazuri (cu injecție și fără injecție) la modelul experimental 1 pentru un raport de comprimare de π=5 a rezultat următorul tabel:
Parametru UM Cu Injecție Fără Injecție
20
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
π [-] 5 5Φvap [kW] 26 17,5Φcd [kW] 26 20Wcp [kW] 7 6,3
COPracire [-] 2,8 2COPincalzire [-] 3,8 3
Te;cp [°C] 84 100[kg/s] 0,120 0,105
ηiz [-] 0,57 0,685. ANALIZA ȘI VALIDAREA MODELELOR MATEMATICE
5.1. Analiza modelelor matematice
5.1.1. Analiza modelului matematic cu compresor spiroorbital (scroll) digital
În urma modelării compresorului spiroorbital (scroll) digital au rezultat ecuații polinomiale de interpolare de calcul a performanțelor acestui tip de compresor prezentate în cadrul tezei la acest paragraf. În continuare se prezintă sub forma grafică doar o parte dintre acestea.
0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,182
3
4
5
6
7
8
9
Qaf [kg/s]
Wcp
[k
W]
Figura 5-: Variația lucrului mecanic în funcție de debitul masic de agent frigorific la
aspiraţie
20 22 24 26 28 30 32 34 36-10
0
10
20
30
40
50
60
Tamb [°C]
Tw
;cp
[°C
]
Figura 5-: Variația temperaturii carcasei compresorului spiroorbital (scroll) în funcție
de temperatură ambiantă
2 3 4 5 6 7 80,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
Pi;cp [bar]
Qaf
[k
g/s]
Figura 5-: Variația debitului masic de agent frigorific la compresor în funcție de presiunea de vaporizare
5.1.2. Analiza modelului matematic cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori
În urma modelării compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori au rezultat următoarele ecuații polinomiale de calcul a performanțelor acestui tip de compresor. În continuare se prezintă sub forma grafică doar o parte dintre acestea.
21
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
65 70 75 80 854000
6000
8000
10000
12000
Te;cp [°C]
Wcp
[W
]
Figura 5-: Puterea mecanică a
compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori în funcție de
temperatura de refulare a agentului frigorific
25 26 27 28 29 30 31 3250
85
120
155
190
225
Tamb [°C]
Fam
b;c
p [
W]
Figura 5-: Variația schimbului de căldura al
compresorului spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori cu mediul ambiant în funcție de
temperatura mediului ambiant
5.1.3. Analiza modelului matematic al vaporizatorului utilizat în procesul de vaporizare
5.1.3.1. Analiza modelului matematic pentru vaporizatorul multitubular elicoidal
În continuare se prezintă sub forma grafică rezultatele obținute în urma modelării
vaporizatorului multitubular elicoidal.
10 30 50 70 90 1105
10
15
20
25
30
35
40
Nuai [-]
e
[W
/m2
-K]
R404AR407C
R507AR410A
Figura 5-: Variația coeficientului de transfer de căldura convectiv (αe) în funcție de numărul
Nusselt (Nuai) pe partea agentului intermediar
0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,50
0,2
0,4
0,6
0,8
1
NTU [-]
ev
[-]
R407CR404A
R410AR507A
Figura 5-: Variația randamentului
vaporizatorului (ηvap) în funcție de numărul unități de transfer de căldură (NTU)
5.1.3.2. Analiza modelului matematic pentru vaporizatorul cu țevi și aripioare
În continuare se prezintă o parte din rezultatele obținute în urma modelării vaporizatorului aferent procesului de vaporizare. Rezultatele sunt prezentate sub forma grafică. Aceste rezultate sunt ecuații polinomiale care descriu performanțele acestui tip de vaporizator.
0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,80,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
NTU [-]
va
p [
-]
R152a
R404AR407C
R410AR507A
Figura 5-: Model 1 – Randamentul vaporizatorului (ηvap) vs. Numărul de unităţi
0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,80,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
NTU [-]
va
p [
-]
R125a
R404AR407C
R410A
R507A
Figura 5-: Model 2 – Randamentul vaporizatorului (ηvap) vs. Numărul de unităţi
22
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice de transfer termic (NTU) de transfer termic (NTU)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 35000,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
Reaf[-]
f [-
]
R152a
R404A
R407CR410A
R507A
Laminar Tranzitoriu
Figura 5-: Model 1 – Coeficientul Darcy (f)
Vs. Numărul Reynolds (Reaf)
0 1000 2000 3000 4000 5000 60000,006
0,008
0,01
0,012
0,014
0,016
0,018
0,02
Reaf [-]
f [-
]
R152aR404AR407CR410AR507A
Laminar Tranzitoriu
Figura 5-: Model 2 – Coeficientul Darcy (f) Vs. Numărul Reynolds (Reaf)
0 1000 2000 30000,008
0,012
0,016
0,02
0,024
Reaf [-]
j [
-]
R152a
R404A
R407CR410A
R507A
Laminar Tranzitoriu
Figura 5-: Model 1 – Numărul Colburn (j) vs. Numărul Reynolds (Reaf) specific agentului
frigorific
0 1000 2000 3000 4000 5000 60000,004
0,008
0,012
0,016
0,02
0,024
Reaf [-]
j [
-]
R152a
R404A
R407C
R410A
R507A
Laminar Tranzitoriu
Figura 5-: Model 2 – Numărul Colburn (j) vs. Numărul Reynolds (Reaf) specific agentului
frigorific
5.1.4. Analiza modelului matematic al vaporizatorului utilizat în procesul de injecție
În continuare se prezintă o parte din rezultatele obținute în urma modelării vaporizatorului
aferent procesului de injecție. Rezultatele sunt prezentate sub forma grafică.
0 0,5 1 1,5 2 2,50
15
30
45
60
75
90
Nuai [-]
e
[W
/m2
-K]
R404A
R407CR410A
R507A
Figura 5-: Coeficientul de transfer de căldura convectiv (αe) pe partea agentului intermediar în funcție de numărul Nusselt
(Nuai)
0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0,550,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
NTU [-]
va
p [
-]
R404A
R407CR410A
R507A
Figura 5-: Randamentul vaporizatorului (ηvap) în funcție de numărul de unități de transfer
termic (NTU)
5.1.5. Analiza modelului matematic al sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) digital
Rezultatele obținute în urma modelării sistemului frigorific de la subcapitolul 3.4 sunt prezentate în continuare sub forma grafică. Aceste rezultate sunt ecuații polinomiale şi corelații specifice sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) digital. Aceste rezultate au la bază parametrii specifici ai sistemului frigorific analizat. Prin utilizarea acestui model simplificat se pot determină într-un mod simplu şi uşor diferite polinoame criteriale de calcul. Aceste polinoame sunt
23
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice valabile pentru sistemul frigorific aferent standului experimental din cadrul Complexului de Laboratoare Colentina. Acestea se pot utiliza şi la alte sisteme dacă se cunosc coeficienții.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
0,2
0,4
0,6
0,8
1
Nrot [1/s]
[
-]
v;cp [-]
s;cp [-]
Figura 5-: Determinarea randamentului izentrop (ηs;cp) şi volumic (ηv;cp) al
compresorului spiroorbital (scroll) digital în funcție de turația motorului (Nrot)
compresorului
5 10 15 20 25 30 35 405
5,6
6,2
6,8
7,4
8
Nrot [1/s]
Wcp
[k
W]
Figura 5-: Determinarea lucrului mecanic (Wcp) al compresorului în funcție de turația
motorului (Nrot) compresorului
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
NTUcd [-]
Ak
cd [
W/K
]
cd
[-]
cd [-]
Akcd [W/K]
Figura 5-: Determinarea coeficientului global de transfer de căldura (kcd) şi a randamentului
condensatorului (ηcd) în funcție de numărul de transfer de unități termic
109,047
92,256
85,854
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
[tone C
O2 ]
-
TEWI
R404A
R407A
R22
Figura 5-: Compararea factorului TEWI pentru cei trei agenţi frigorifici analizaţi în
acest studiu5.1.6. Analiza modelului matematic al sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori
Rezultatele obținute în urma modelării sistemului frigorific de la subcapitolul 3.5 sunt prezentate în continuare sub forma grafică pentru ecuațiile polinomiale şi corelațiile specifice sistemului frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori.
0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2 0,22 0,24 0,260
2
4
6
8
10
12
14
16
INJR=Qinj / Qt;cp [-]
F ,
Wcp
[k
W]
Fvap [kW]
Finj [kW]
Wcp [kW]
Figura 5-: Influenţa raportului de injecție asupra puterii frigorifice a vaporizatorului și
injectorului, a lucrului mecanic și a coeficientului de performanţă aferent
0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,40,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
NTUcd [-]
cd
[-]
Figura 5-: Variația randamentului condensatorului în funcție de numărul de
unități de transfer termic
24
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice sistemului modelat
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,60,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
NTUvap [-]
va
p [
-]
Figura 5-: Variația randamentului vaporizatorului în funcție de numărul de
unități de transfer termic
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 10,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
NTUinj [-]
in
j [
-]
Figura 5-: Variația randamentului vaporizatorului pentru injecţie în funcție de
numărul de unități de transfer termic
5.2. Validarea modelelor matematice
5.2.1. Validarea modelului matematic aferent procesului de comprimare pentru compresorul spiroorbital (scroll) digital
Validarea modelului s-a realizat corespunzător cu ajutorul datelor obținute experimental.
5.2.2. Validarea modelului matematic aferent procesului de comprimare pentru compresorul spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori
Modelul matematic a fost validat corespunzător cu ajutorul datelor obținute pe cale experimentală.
5.2.3. Validarea modelului matematic aferent procesului de vaporizare pentru vaporizatorul multitubular elicoidal
Modelul matematic a fost validat corespunzător cu ajutorul datelor obținute pe cale experimentală.
În urma validării modelului au rezultat următoarele abateri: ±6% (se recomandă îmbunătățirea valorii în cercetările viitoare) între debitul masic de agent intermediar calculat şi cel obținut experimental; ±3% între debitul masic de agent frigorific calculat şi cel obținut experimental; de ±2% între puterea frigorifică a vaporizatorului calculată şi cea obținuta experimental și ±1% între temperatura agentului frigorific calculată la ieșirea din vaporizator şi cea obținuta experimental.
5.2.4. Validarea modelului matematic aferent procesului de vaporizare pentru vaporizatorul cu țevi cu aripioare
Validarea modelului a fost realizată prin compararea a două tipuri diferite de vaporizatoare.În urma validării modelului au rezultat următoarele abateri:
Modelul 1: ±4% între debitul masic de agent frigorific calculat şi debitul masic de agent frigorific obţinut experimental și ±3% între puterea frigorifică a vaporizatorului calculată şi cea obținută experimental.
Modelul 2: ±5% pentru debitul masic al agentului frigorific şi ±4% pentru sarcina termică a vaporizatorului
25
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice
6. CONCLUZII GENERALE ȘI CONTRIBUȚII PERSONALE6.1. Concluzii generale
Criza energetică majoră care afectează în prezent economia mondială și încălzirea globală, impun creşterea performanţelor energetice şi ecologice ale echipamentelor şi sistemelor frigorifice şi de aer condiționat. În acest sens, utilizarea compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori şi compresoarelor spiroorbitale (scroll) standard (digital – denumire dată de producător) şi a agenților frigorifici ecologici deschid aria unor multiple aplicaţii în domeniul energetic şi al ingineriei mecanice.
Teza a fost realizată în cadrul Universității Tehnice de Construcții București, Facultatea de Ingineria Instalațiilor, Catedra de Termotehnică, sub îndrumarea doamnei Prof. Dr. Ing. Grațiela Maria Ţârlea. De asemenea, autorul a beneficiat de un stagiu de cercetare la Universitatea din Liege, Laboratorul de Termodinamică Aplicată, sub îndrumarea domnului Prof. Dr. Ing. Vincent Lemort.
Lucrarea intitulată „Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice” este axată pe cercetarea sistemelor frigorifice, punând accent pe modelarea matematică și experimentală a compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori şi compresoarelor spiroorbitale (scroll) digitale.
Cele două sisteme studiate sunt: sistemul frigorific cu comprimare mecanică de vapori într-o treaptă, cu compresoare spiroorbitale (scroll)- digital și standard, folosind agentul frigorific R404A; sistemul frigorific cu comprimare mecanică de vapori într-o treaptă, cu compresor spiroorbital (scroll) cu/fără injecție folosind agentul frigorific R407C.
Primul sistem a fost construit la Universitatea Tehnică de Construcții București – Complexul de Laboratoare Colentina. Al doilea sistem a fost realizat la Universitatea din Liege – Departamentul de Termodinamică Aplicată.
Principalele probleme abordate și rezolvate în cadrul acestei teze sunt: analiza numerică a indicatorilor de performanţă a compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori și digitale, a vaporizatoarelor cu țevi cu aripioare și a vaporizatoarelor de tip multitubular elicoidale; realizarea a două standuri experimentale în vederea analizării performanţelor sistemelor frigorifice; stabilirea ecuațiilor polinomiale specifice echipamentelor studiate.
În această teză, se combină sinteza unui material bibliografic de actualitate cu rezultatele propriilor studii teoretice și experimentale desfășurate în cadrul unui program de cercetare complex.
Din studiul bibliografic efectuat, rezultă că direcțiile de cercetare în domeniul precizat sunt orientate spre eficientizarea proceselor de injecție de vapori și lichid, a transferului de căldura din echipamente și reducerea consumului de energie primară și a suprafeței de schimb de căldura a vaporizatoarelor funcționând cu diverși agenți frigorifici.
În cadrul tezei sunt descrise și analizate modelele și relațiile de calcul utilizate la definirea performanţelor sistemelor frigorifice.
Modelarea matematică, efectuată cu ajutorul programului EES (Equation Engineering Solver), a fost realizată pentru două tipuri de compresoare spiroorbitale (scroll) (cu injecție de vapori și digitale), pentru trei tipuri de vaporizatoare (două de tip multitubular elicoidal și unul cu țevi cu aripioare) și pentru două tipuri de sisteme frigorifice.
Modelele aferente procesului de vaporizare și injecție permit optimizarea vaporizatoarelor pentru funcționarea cu diferiți agenți frigorifici (Capitolul 3).
Modelele sistemelor frigorifice pot prognostica cu o abatere de maxim 4% performanţele celor două sisteme cu comprimare de vapori într-o treaptă (Capitolul 3).
Modelele aferente compresoarelor spiroorbitale (scroll) pot prognostica cu o abatere relativă de ±1% debitul masic de agent frigorific, temperatura de refulare a compresorului și
26
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice lucrul mecanic.
Concluziile studiului numeric au fost pentru: a) Modelul matematic pentru vaporizatorul de tip multitubular elicoidal utilizat la vaporizarea agentului frigorific
Validarea modelului matematic s-a realizat în subcapitolul 5.2.3. În urma validării modelului matematic au rezultat următoarele concluzii: abaterea dintre debitul masic de agent frigorific calculat şi debitul masic de agent frigorific obținut experimental este de aproximativ ±3%; abaterea dintre temperatura agentului frigorific calculată la ieșirea din vaporizator şi cea obținuta experimental este de aproximativ ±1%;
S-a realizat modelarea comparativă din punct de vedere ecologic pentru patru agenți frigorifici. În urma analizei modelări matematice au rezultat următoarele concluzii: polinoamele de interpolare rezultate pentru coeficientul de transfer de căldura convectiv în funcție de numărul Nusselt, aferent agentului intermediar, utilizate la modelarea vaporizatorului sunt valabile pentru modelul analizat, pentru agentul intermediar (propilen glicol de concentrație de 50%) şi pentru agenții frigorifici modelați; randamentul vaporizatorului (calculat conform SR EN 305:2000) creşte odată cu numărul de unități de transfer de căldură. Ecuațiile logaritmice rezultate sunt valabile numai pentru tipul de vaporizator analizat şi pentru cei patru agenți frigorifici. Vaporizatorul analizat are cel mai ridicat randament pentru agentul frigorific R407C şi cel mai scăzut pentru agentul frigorific R410A; titlul de vapori variază invers proporțional cu parametrului Lockhart-Martinelli (Xtt).b) Modelul matematic pentru vaporizatorul utilizat la procesul de răcire al aerului
Validarea modelului matematic s-a realizat în subcapitolul 5.2.4. În urma validării modelului matematic au rezultat următoarele concluzii: validarea modelului matematic s-a realizat cu ajutorul datelor experimentale pentru două tipuri de vaporizatoare cu țevi cu aripioare; diferența dintre debitul masic de agent frigorific calculat și cel măsurat a fost de aproximativ 4%; abaterea relativă dintre puterea frigorifică măsurată și calculată pentru agentul frigorific R404A (Modelul 1) a fost de 3%; în cazul agentului frigorific R410A (Modelul 2) vaporizatorul a avut următoarele erori în modelul matematic: pentru debitul masic de agent frigorific 5% şi pentru puterea frigorifică a vaporizatorului 4%.
Conform rezultatelor obţinute în subcapitolul 5.1.3.2. la modelarea celor două tipuri de vaporizatoare au rezultat următoarele concluzii: modelul permite crearea de diagrame cu curbe caracteristice pentru randament şi NTU (pentru tipul de vaporizator analizat); în urma simulărilor cu programul EES s-au determinat variația criteriului Colburn in funcție de criteriul Reynolds pentru diverse regimuri de curgere; c) Sistemul frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) digital
Modelul matematic de la subcapitolul 3.4 poate fi utilizat la orice sistem frigorific într-o treaptă de comprimare dacă se identifică parametrii sistemului.
Prin utilizarea acestui model simplificat se pot determină diferite polinoame de interpolare (randamentul izentrop, randamentul volumic, coeficientul global de transfer de căldura, lucrul mecanic, puterea frigorifică etc.) destinate calculului performanţelor sistemului frigorific.
În urma modelării sistemului frigorific la subcapitolul 5.1.5. au rezultat următoarele: puterea mecanică a compresorului creşte odată cu turația motorului; puterea termică a condensatorului pe partea aerului creşte odată cu turația ventilatorului utilizat la circularea aerului prin condensator; coeficientul global de transfer de căldura şi randamentul condensatorului din cadrul sistemului frigorific au o evoluție ascendentă, odată cu creșterea numărului de unități de
27
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice transfer termic.d) Sistemul frigorific cu compresor spiroorbital (scroll) cu injecție de vapori
Modelul matematic de la subcapitolul 3.5 poate fi utilizat la orice sistem frigorific într-o treaptă de comprimare dacă s-au identificat parametrii sistemului.În urma modelării performanţelor sistemului frigorific de la subcapitolul 5.1.6 au rezultat polinoame criteriale (randamentul izentrop, randamentul volumic, coeficientul global de transfer de căldura, lucrul mecanic, puterea frigorifică etc.) pentru determinarea performanţelor sistemului frigorific.În urma analizării rezultatelor se pot afirma următoarele: raportul de injecție al debitelor masice de agent frigorific injectat și teoretic creşte în același timp cu puterile frigorifice la vaporizare și injecție și cu puterea mecanică a compresorului; odată cu creșterea raportului de injecție cresc și debitele masice aferente proceselor de condensare, vaporizare și injecție.
6.2. Contribuții personale
Validarea modelelor matematice s-a realizat corespunzător, cu ajutorul datelor obținute experimental.
Pentru fiecare tip de echipament analizat s-au stabilit polinoame de interpolare care permit calculul unor parametrii și coeficienți aferenți regimurilor de curgere la vaporizatoarele și compresoarele spiroorbitale (scroll) analizate.
Cercetările experimentale proprii au fost efectuate în laboratoare de specialitate din Liege-Belgia, Laboratorul de Termodinamică Aplicată din cadrul Universității din Liege (Ulg) și la București-Romania , la Complexul de Laboratoare Colentina din cadrul Universității Tehnice de Construcții București (UTCB).
În cadrul tezei de doctorat au fost aduse următoarele contribuții personale: determinarea performanţelor termodinamice ale sistemelor analizate funcționând în regim de sistem frigorific în cazul compresoarelor spiroorbitale (scroll) cu injecție de vapori (Capitolul 5 – ecuațiile de la 5.7... 5.10); dezvoltarea unui domeniu nou de cercetare în cadrul UTCB – Facultatea de Inginerie a Instalațiilor a studiului compresoarelor spiroorbitale (scroll) digitale și cu injecție de vapori, precum și influenţa acestora asupra performanţelor de lucru ale sistemului frigorific analizat (Capitolul 4 – modelul experimental 2); determinarea de ecuații polinomiale de interpolare pentru echipamentele aferente celor două modele experimentale analizate (Capitolul 5 – ecuațiile 5.11... 5.49); realizarea și îmbunătățirea standurilor experimentale, precum și realizarea de cercetări experimentale în cadrul UTCB și Ulg (Capitolul 4 – subcapitolul 4.1... 4.5); generalizarea modelului matematic pentru diverse tipuri de compresoare spiroorbitale (scroll) prin îmbunătățirea modelului matematic dezvoltat în cadrul universității din Liege (Capitolul 3 – subcapitolul 3.1); îmbunătățirea modelului matematic prin alegerea unei noi zone de injecție cu vapori în compresor (Capitolul 3 – subcapitolul 3.1.2); dezvoltarea diagramelor de calcul aferente echipamentelor componente dintr-un sistem frigorific în scopul determinării parametrilor în diverse condiții de funcționare ale sistemelor frigorifice modelate experimental (Capitolul 5); studiul influenţei procesului de injecție asupra debitului masic de agent frigorific la aspirația compresorului.
Pe parcursul elaborării tezei de doctorat și a studiului în domeniu, rezultatele cercetărilor și modelărilor au fost valorificate prin: publicarea a 17 articole în reviste de specialitate și în volumele unor manifestări științifice din ţară și din străinătate; comunicarea a 4 lucrării științifice în cadrul unor conferințe naționale și internaționale.
Teza „Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice” se remarcă
28
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice prin faptul ca reprezintă o cercetarea aplicativă cu rezultate directe în domeniul sistemelor frigorifice.
Ca o concluzie generală se poate sublinia faptul ca rezultatele cercetărilor efectuate precum și modelele realizate pot aduce îmbunătățiri în domeniul studiului eco-eficientizării sistemelor frigorifice.
6.3. Probleme de perspectivă
Cercetările efectuate și concluziile rezultate deschid perspectiva unor noi direcții de studiu în domeniul optimizării sistemelor frigorifice în procesul de injecție cu vapori la compresoarele spiroorbitale (scroll) cum ar fi: simplificarea modelelor de calcul care să conțină un număr cât mai redus de parametri și ecuații; continuarea studiului în noul domeniu de cercetare deschis, în cadrul UTCB, cu aplicații în domeniul pompelor de căldura; analizarea performanţelor sistemelor frigorifice și de aer condiționat funcționând cu compresoare spiroorbitale (scroll) pentru diverși agenți frigorifici ecologici (cu ODP zero și GWP redus).
Bibliografie
[1] G. Haselden, Refrigerant screw compression with liquid refrigerant injection, U.S. Patent, 1976.
[2] I. Kamimura, N. Sawada, K. Satou și T. Masuda, Mixed refrigerant injection method, U.S. Patent, 1999.
[3] Y. Cho și C. Bai, Refrigeration system with liquid refrigerant injection to the condenser, U.S. Patent, 2003.
[4] M. Fujita și Y. Amo, Refrigerating apparatus, U.S.Patent, 2003.
[5] J. Bush, M. Daniels, T. Katra, A. Lifson, R. Lin, P. Marks, W. Rousseau, T. Wagner și D. Yannascoli, Liquid injection for reduced discharge pressure pulsation in compressor, U.S. Patent, 2004.
[6] K. Ignatiev și J. Caillat, Injection system and method for refrigeration system compressor, U.S. Patent, 2008.
[7] E. Winandy și J. Lebrun, „Scroll compressors using gas and liquid injection: experimental analysis and modeling,” Int. J. of. Refrigeration 25, pp. 1143- 1156, 2002.
[8] A. Ilie, „STAND EXPERIMENTAL PENTRU STUDIUL SI CERCETAREA PROCESELOR TERMO – HIDRAULICE SI A ECHIPAMENTELOR DIN SISTEMELE FRIGORIFICE, DE AER CONDITIONAT SI POMPE DE CALDURA,” 2008. [Interactiv]. Available: http://instalatii.utcb.ro/site/proiectecoordonare/ProiectAnicaILie/rezultate3.pdf. [Accesat 05 Septembrie 2011].
[9] F. Chiriac, A.-M. Bianchi, C. Mihaila și V. Cartas, Termotehnică : transfer de căldură, Bucuresti: Institutul de Constructii, 1988.
[10] ASHRAE, Fundamentals, ASHRAE, 2009.
[11] M. Balan, „Pompe de caldura si instalatii frigorifice,” 1 Octombrie 2003. [Interactiv]. Available: http://www.termo.utcluj.ro/pcif/. [Accesat 10 Martie 2011].
[12] F. Chiriac, M. G. Tarlea, R. Gavriliuc, A. Ilie și R. Dumitrescu, Masini si Instalatii Frigorifice, Bucuresti: AGIR, 2006.
[13] ASHRAE, HVAC Equipments Handbook, ASHRAE, 2008.
[14] AIIR, Manualul de Instalatii - Instalatii de Ventilare si Climatizare, Bucuresti: Artecno, 2002.
[15] S.A. Klein, Engineering Equation Solver (EES), fChart, 2011.
[16] I. Zabet, „Studiu experimental al unui sistem eco-eficient cu compresoare digitale,” 2010.
[17] I. Zabet, „Procese termodinamice in echipamentele frigorifice,” 2010.
29
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice [18] I. Zabet, „Modelarea numerica a schimbatoarelor de cadura pentru diversi agenti frigorifici,”
2011.
[19] I. Zabet și T. Gratiela Maria, „Modelarea matematica a unui schimbator de caldura functionand cu diferiti agenti frigorifici,” în Conferinta Stiinta Moderna si Energia: Producerea, Transportul si Utilizarea Energiei, Cluj, 2011.
[20] I. Zabet, G. M. Tarlea și M. Vinceriuc, „Aplicatie de soft pentru un sistem modulat de compresoare scroll,” în Producerea, Transportul si Utilizarea Energiei, Editia XXIX 20-21Mai 2010, Cluj-Napoca, 2010.
[21] I. Zabet și G. M. Tarlea, „Theoretical study regarding fin and tube heat exchangers types working with: R152a, R404A, R407C, R410A and R507A,” în Building Services and Ambiental Comfort, Timisoara -Universitatea Politehinca, 2011.
[22] M. Vinceriuc și I. Zabet, „Ammonia as a very Eco-Efficient alternative refrigerant,” în Technical University of Civil Engineering Bucharest, Papers presentation - ASHRAE DANUBE CHAPTER MEETING, Conference Programme - Installations for construction and environmental confort, Editia XIX, 15-16 aprilie 2010, Timisoara, 2010.
[23] G. M. Tarlea , M. Vinceriuc, I. Zabet și A. Tarlea, „Theoretical study regarding the ecological alternatives for R404A refrigerant,” Praga, 2011.
[24] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Refrigerants plants and computer graphics,” în Indagra 2005, Bucuresti, 2005.
[25] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Hydrocarbons consumptions at international levels – ecologically refrigerants plants,” în Indagra 2004, Bucuresti, 2004 .
[26] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Constructions plant and computer graphics,” în XII’S International conferences of “Comfort, efficiency, conserving energy and environment protection” November 24-25th 2005 TUCEB, Bucuresti, 2005.
[27] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Applications of CO2 as an ecological refrigerant,” în Geert Doornbos – article published in scientific journal at TUCEB Nr: 2 – 2006, Bucuresti, 2006.
[28] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Utilizarea energiilor noi, regenerabile, in sistemele de instalatii aferente constructiilor,” Frigo-Clima NR:10-11, V/2008 newspaper, pp. 14-15, 2008.
[29] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Utilizarea aplicatiilor de modelare numerica 3D si 2D in instalatii pentru constructii si ingineria mediului,” în Instalatii pentru constructii si confortul ambiental, Edition 18; 2-3 April 2009, Timisoara, 2009.
[30] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Transfer de caldura si de masa in schimbatoare de caldura cu micro-canale,” Journal TUCEB Nr: 3 – 2009, pp. 5-12, 2009.
[31] G. M. Tarlea, I. Zabet și M. Vinceriuc, „Sustainable hybrid energy solar-water used for environmental pollution laboratory retrofit,” în Conference CLIMA 2010 „ Sustainable Energy Use in Buildings” Edition 10th, REHVA World Congress 9-12 May 2010, Antalya, Turkey, 2010.
[32] G. M. Tarlea, I. Zabet și D. Timar, „Studiul privind utilizarea compresoarelor tip scroll in sistemele frigorifice,” în Instalatii pentru inceputul mileniului trei; Edition 44, 14-16 Octomber 2009, Sinaia, 2009.
[33] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Simulari Teoretice Privind Sisteme Frigorifice Modulate cu Compresoare Scroll,” în Confort, eficienta, conservarea energiei si protectia mediului,editia a XVI-a, 18 – 19 martie 2010, Bucuresti, 2010.
[34] G. M. Tarlea și I. Zabet, „Implementarea legislatiei internationale a frigului si aerului conditionat in Romania – Amoniacul ca o alternativa eficienta a agentilor frigorifici ecologici,” în Stiinta moderna si energia, Editia 28; 20-21 May 2009, Cluj, 2009.
[35] G. M. Tarlea, M. Vinceriuc, I. Zabet și A. Tarlea, „Ecological alternative for R404A refrigerant,” în The 41st HVAC&R congress KGH 2010 : “Heating, Refrigerating and Air-Conditioning” 3-5 December 2010, Belgrad, Serbia, 2010.
[36] G. M. Tarlea, I. Zabet, M. Vinceriuc și E. Dragoescu, „Computer assisted graphical applications
30
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice in the area of building services,” în article published in scientific journal at TUCEB Nr: 2 – 2007, Bucuresti, 2007.
[37] G. M. Tarlea, M. Vinceriuc și I. Zabet, „Amoniacul ca alternativa Eco-Eficienta de agent frigorific romanesc,” în Technical University of Civil Engineering, Bucharest (TUCEB) Conferinta Nationala cu titlul ”Auditor Energetic, Efectul de sera si Cladirile Verzi” 27 May 2010, Bucuresti, 2010.
[38] G. M. Tarlea, M. Vinceriuc și I. Zabet, „Ammonia as a very Eco-Efficient Romanian refrigerant,” în Technical University of Civil Engineering, Bucharest (TUCEB) publicat in Buletinul Institutului Politehnic din Iasi, Tomul LVI(LX) Fasc.3a,Sectia Constructii de Masini, 5-7 May COFRET 2010, Iasi, 2010.
[39] E. Winandy, Contribution to the performance analysis of reciprocating and scroll refrigeration compressors, Chile: University of Concepción, 1999.
[40] I. Zabet, Raport de stagiu in Laboratorul de Termodinamica Aplicata ULg, Liege, 2011.
[41] I. Zabet, Raport de masurari experimentale in Complexul de Laboratoare Colentina UTCB, Bucuresti, 2010.
[42] V. Gnielinski, Heat Transfer in Helically Coiled Tubes, vol. VDI Heat Atlas, S. H. D. L. N. York, Ed., Karlsruhe: Karlsruher Institut fuer Technologie (KIT), 2010.
[43] G. M. Tarlea, M. Vinceriuc și I. Zabet, „Ammonia as a very eco-efficient alternative refrigerant,” în Instalatii pentru constructii si confortul ambiental, Edition 19, 15-16 April 2010, Timisoara, 2010.
[44] D. Timar și V. Gota, „De ce se folosesc compresoare scroll in aplicatiile de frig industrial si comercial?,” Frigo-Clima, nr. 10-11, pp. 8-11, V 2008.
[45] C. C. Barraza, Contribution to the modelling of refrigeration systems, Liege, Belgium: ULg, 2006.
[46] F. Incropera și D. DeWitt, Fundamentals of heat and mass transfer 3rd edition, New York: John Wiley & Sons, 1990.
[47] Cavallini, „Condensation inside and outside smooth and enhanced tubes - a review of recent research,” International Journal of Refrigeration, pp. 373-392, 2003.
[48] J. Chen, „Correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convective flow,” Industrial Chemestry Engineering Process Design and Development, pp. 322-339, 1966.
[49] N. Forster și N. Zuber, „Dynamics of vappor bubbles and boiling heat transfer,” AIChE Journal, pp. 531-535, 1955.
[50] H. Chanson, Hydraulics of Open Channel Flow: An Introduction (2nd ed.), Butterworth–Heinemann, 2004, p. 650.
[51] S. Bertsch și E. Groll, „Two- stage air-source heat pump for rezidential heating and cooling applications in northern U.S. climate,” Int. J. of Refrigeration 31, pp. 1282- 1292, 2008.
[52] F. Cao, S. Wang, Z. Xing și P. Shu, „Investigation of the heat pump water heater using economizer vapor injection system and mixture of R22/R600a,” Int. J. of Refrigeration 32, pp. 509-514, 2009a.
[53] A. Cavallini, L. Cecchinato, M. Corradi, E. Fornasieri și C. Zilio, „Two- stage transcritical carbon dioxide cycle optimization: a theoretical and experimental analysis,” Int. J. of Refrigeration 25, pp. 751-764, 2005.
[54] H. Cho, C. Baek, C. Park și Y. Kim, „Performance evaluation of a two-stage CO2 cycle with gas injection in the cooling mode operation,” Int. J. of Refrigeration 32, pp. 40-46, 2009.
[55] S. Fan, Q. Liu și S. He, „Scroll compressor development for air-source heat pump water heater applications,” în Proceedings of International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, 2008.
[56] G. Green și Furse, „Effect of oil on heat transfer from a horizontal tube to boiling refrigerant 12-oil mixtures,” ASHRAE Journal (October): 63, 1963.
31
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice [57] S. Haider, R. Webb și A. JVleitz, „An Experimental Study of Tube-Side Fouling Resistance in
Water Chiller Flooded Evaporators,” ASHRAE Transactions 98 (2), 1992.
[58] S. He, W. Guo și M. Wu, „Northem china heat pump application with the digital heating scroll compressor,” în Proceedings of International Compressor Engineering conference at Purdue, 2006.
[59] C. Hickman și W. Neal, „Implications of cooling rotary sliding vane heat- pump compressors,” Int. J. of Ambient Energy 5, pp. 207-212, 1984.
[60] F. Hill, C. Crane, M. Buckley și B. Stabley, Flash Tank economizer refrigeration systems, U.S. Patent, 2005.
[61] T. Hirano, K. Hagimoto și S. Matsuda, „Study on scroll compressor behavior in case of liquid refrigerant injection,” Transactions of Japanese Association of Refrigeration 10, pp. 227-238, 1993.
[62] G. Hughmark, „A statistical analysis of nucleate pool boiling data,” International Journal of Heat and Mass Transfer 5., 1962.
[63] Y. Hwang, A. Celik și R. Radermacher, „Performance of CO2 cycles with a two- stage compressor,” în Proceedings of International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, 2004.
[64] H. Ingo și e. al, „Onset of Nucleate Boiling in Minichannels,” International Journal of Thermal Sciences, Vol. 39, 2000.
[65] H. Ishii, M. Matsuda și M. Sanuki, Compressor having refrigerant injection porst, U.S.Patent, 1998.
[66] C. Joppolo, L. Molinaroli și G. Vecchi, „Performance assessment of an air-to- water R407C heat pump with vapor injection scroll compressor,” în ASHRAE Conference, 2010.
[67] H. Kang, S. Lee și Y. Kim, „Effects of liquid refrigerant injection on the performance of a refrigeration system with an accumulator heat exchanger,” Int. J. of Refrigeration 31, pp. 883-891, 2008.
[68] K. Umezu și S. Suma, „Heat pump room air - conditioner using variable capacity compressor,” ASHRAE Transactions 90, pp. 335-349, 1984.
[69] H. L. Von Cube, Lehrbuch der Kältetechnik Band. 1,2., Verlag C.F.Muller, 1975.
[70] H. Wichterle, „Colburn analogy for heat transfer in non-newtonian liquids,” International Communication Heat Mass Transfer, pp. 287-292, 1996.
[71] J. Wu și e. all, „Numerical investigationon the heat and mass transfer in a direct evaporative cooler,” Applied Thermal Engineering, Volume 29-Science Direct, 2009.
[72] J. G. Collier și J. R. Thome, Convective boiling and condensation 3rd Edition, New York: Clarendon Press Oxford, 1994.
[73] G. Ivan, „Agenţi frigorifici ecologici şi pompe de căldură,” Buletinul ştiinţific al Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, pp. 81-84, 2004.
[74] G. Ivan, „Contribuţii la studiul transferului de căldură şi masă la baterii cu geometrie optimizată,” Universitatea Tehnică de Construcţii, Bucuresti, 1997.
[75] G. Ivan, „Utilizarea pompelor de căldură în recuperarea energiei,” BULETINUL ştiinţific UTCB, pp. 37-42, 2003.
[76] D. Hera, Instalaţii frigorifice : Vol.1 : Agenţi frigorifici, Bucuresti: MatrixRom, 2004.
[77] D. Hera, Instalaţii frigorifice : Vol.2 : Scheme şi cicluri frigorifice, Bucuresti: MatrixRom, 2007.
[78] D. Hera, Instalaţii frigorifice : Vol.3 : Echipamente frigorifice, Bucuresti: MatrixRom, 2009.
[79] A. Benamer, „Comparasion of energy efficiency between variable and fixed speed scroll compressors in refrigerating systems,” în Technological innovations in refrigeration, in air conditioning and in the food industry into 3rd millenium, 1999.
[80] M.-E. Duprez, „Modelling of reciprocating and scroll compressors,” International Journal of
32
Ing. Ion Zabet Contribuții la studiul eco-eficientizării sistemelor frigorifice Refrigeration, pp. 873-886, 2007.
[81] M.-E. Duprez, „Modelling of scroll compressors - Improvements,” International Journal of Refrigeration, pp. 721-728, 2010.
[82] J. Kim, „Analyses of thrust bearings in scroll compressors considering keyways,” Tribology International, pp. 729-736, 2010.
[83] I. Zabet, Raport de stagiu in Laboratorul de Termodinamica Aplicata ULg, Liege, 2011.
[84] I. Zabet, Raport de masurari experimentale in Complexul de Laboratoare Colentina UTCB, Bucuresti, 2010.
[85] H. Jaster și P. Kosky, „Condensation Heat Transfer in a Mixed Flow Regime,” International Journal of Heat Mass Transfer, vol. 19, pp. 95-99, 1976.
[86] J. Thome, Engineering Data Book 3, Elvetia: Wolverine Tube Inc., 2010.
33
