1.Introducere Exista multe carti care descriu sisteme de refrigerare termodinamice si care explica detaliat tehnologia si exploatarea acestor sisteme. Daca ai probleme in intelegerea acestor carti atunci Frigobase a fost facuta special pentru tine. In acelasi mod, daca multe din datele tehnice furnizate de producator ti se par greu de inteles Frigobase te poate ajuta. Nu te ingrijora, nu ne vom pierde tot timpul studiind fizica, facand calcule complicate sau nimic de genul. Vom observa lucrurile care se intampla in jurul nostru si ne vom folosi de fenomenele care se intampla in jurul nostru zi de zi. Vom analiza lucruri banale cum ar fi : fierberea apei, oale sub presiune, condesul de pe un pahar, pompe de bicicleta, bureti s.a.m.d. Obiectivul primei parti din Refribase este sa analizeze sistemul de racire dintr-un frigider. Aceasta ne va ajuta sa intelegem cum functioneaza. Cum aproape sigur detii un frigider poti foarte usor sa il examinezi sa il atingi si sa ii localizezi varii componente. Apoi vom fi in stare sa analizam cum functioneaza un sistem de aer conditionat si asa vom putea sa il instalam, exploata corect si sa il reparam. Daca deja ai o buna intelegere asupra sistemelor de refrigerare folosite in instalatiile casnice de aer conditionat, Frigobase s-ar putea in unele momente sa ti se para prea simpla pentru tine. In acest caz, trece rapid peste. Chiar si atunci, la sfarsit vei afla ca tot ai mai invatat ceva. Peste toate, tine minte ca manualul pe care il citesti este numai o parte foarte mica a unei metode complete de invatare a procesului de refrigerare aplicat sistemelor de aer conditionat. Din acest motiv recomandam cu convingere folosirea softului REFRIBASE concomitent cu studierea acestui manual pentru a-ti acorda sansa sa devii un adevarat expert. In prima parte a training-ului vei fi insotit de doua caractere: un ucenic in refrigerare si un inginer calificat CH: Buna, sunt Charlie, uncenic in refrigerare. Ca si tine vreau sa invat depre sitemele A/C casnice A: Buna ziua! Sunt Alf, un inginer calificat in refrigerare. Voi face tot posibilul sa raspund intrebarilor lui Charlie si desigur a lor tale. Acum sa trecem la tine! Inainte de toate te sfatuiesc sa nu te grabesti si sa parcurgi totul lejer pentru a putea sa analizaezi ce ai invatat. Nu ezita in a reciti un capitol daca unele lururi ti s-au parut mai greu de inteles, iti vei da seama ca a meritat. Mult norc in studiu. Vei vedea ca nu e deloc greu sa te specializezi in A/C casnice daca vrei. Frigiderul: Introducere. 1. Functia frigiderului Rolul unui frigider este de a mentine mancarea la o temperatura destul de joasa incat sa incetineasca cresterea bacteriilor, in acest fel crescand perioada de depozitarere a mancarii. Pentru asta, vom vedea ca frigiderul nu produce frig, contrar parerii multora, dar mai degraba inlatura sau pompeaza afara caldura. De fapt, pompeaza caldura din interiorul frigiderului si o degaja in exterior. Pentru a putea face asta, frigiderul este echipat cu doua schimbatoare de caldura, unul pentru absorbirea caldurii si unul pentru eliberarea ei. 2. Gasirea schimbatoarelor de caldura 1. CH: Bun, dar ce este mai exact un schimbator de caldura? A: In termeni simpli, un schimbator de caldura este un dispozitiv care permite caldurii sa se
Transcript
1.Introducere Exista multe carti care descriu sisteme de refrigerare termodinamice si care explica detaliat tehnologia si exploatarea acestor sisteme. Daca ai probleme in intelegerea acestor carti atunci Frigobase a fost facuta special pentru tine. In acelasi mod, daca multe din datele tehnice furnizate de producator ti se par greu de inteles Frigobase te poate ajuta. Nu te ingrijora, nu ne vom pierde tot timpul studiind fizica, facand calcule complicate sau nimic de genul. Vom observa lucrurile care se intampla in jurul nostru si ne vom folosi de fenomenele care se intampla in jurul nostru zi de zi. Vom analiza lucruri banale cum ar fi : fierberea apei, oale sub presiune, condesul de pe un pahar, pompe de bicicleta, bureti s.a.m.d. Obiectivul primei parti din Refribase este sa analizeze sistemul de racire dintr-un frigider. Aceasta ne va ajuta sa intelegem cum functioneaza. Cum aproape sigur detii un frigider poti foarte usor sa il examinezi sa il atingi si sa ii localizezi varii componente. Apoi vom fi in stare sa analizam cum functioneaza un sistem de aer conditionat si asa vom putea sa il instalam, exploata corect si sa il reparam. Daca deja ai o buna intelegere asupra sistemelor de refrigerare folosite in instalatiile casnice de aer conditionat, Frigobase s-ar putea in unele momente sa ti se para prea simpla pentru tine. In acest caz, trece rapid peste. Chiar si atunci, la sfarsit vei afla ca tot ai mai invatat ceva. Peste toate, tine minte ca manualul pe care il citesti este numai o parte foarte mica a unei metode complete de invatare a procesului de refrigerare aplicat sistemelor de aer conditionat. Din acest motiv recomandam cu convingere folosirea softului REFRIBASE concomitent cu studierea acestui manual pentru a-ti acorda sansa sa devii un adevarat expert. In prima parte a training-ului vei fi insotit de doua caractere: un ucenic in refrigerare si un inginer calificat CH: Buna, sunt Charlie, uncenic in refrigerare. Ca si tine vreau sa invat depre sitemele A/C casnice A: Buna ziua! Sunt Alf, un inginer calificat in refrigerare. Voi face tot posibilul sa raspund intrebarilor lui Charlie si desigur a lor tale. Acum sa trecem la tine! Inainte de toate te sfatuiesc sa nu te grabesti si sa parcurgi totul lejer pentru a putea sa analizaezi ce ai invatat. Nu ezita in a reciti un capitol daca unele lururi ti s-au parut mai greu de inteles, iti vei da seama ca a meritat. Mult norc in studiu. Vei vedea ca nu e deloc greu sa te specializezi in A/C casnice daca vrei. Frigiderul: Introducere. 1. Functia frigiderului Rolul unui frigider este de a mentine mancarea la o temperatura destul de joasa incat sa incetineasca cresterea bacteriilor, in acest fel crescand perioada de depozitarere a mancarii. Pentru asta, vom vedea ca frigiderul nu produce frig, contrar parerii multora, dar mai degraba inlatura sau pompeaza afara caldura. De fapt, pompeaza caldura din interiorul frigiderului si o degaja in exterior. Pentru a putea face asta, frigiderul este echipat cu doua schimbatoare de caldura, unul pentru absorbirea caldurii si unul pentru eliberarea ei. 2. Gasirea schimbatoarelor de caldura
1. CH: Bun, dar ce este mai exact un schimbator de caldura? A: In termeni simpli, un schimbator de caldura este un dispozitiv care permite caldurii sa se
transmita intre doua fluide, fara ca cele doua fluide sa intre in contact unul cu celalalt. In masina personala exista un radiator care raceste motorul la o temperatura rezonabila. Radiatorul este un simplu schimbator de caldura.
Apropos, stii cum functioneaza un radiator? Face posibil schimbul de caldura intre apa fierbinte care circula in interiorul radiatorului si aerul mai rece din exterior. Apa si aerul nu vin in contact direct, decat daca radiatorul tau este gaurit! Transferul de caldura intre apa fierbinte venind de la motor si aerul mai rece din exterior, scade temperatura apei (racind-o). In acelasi timp aerul din afara este incalzit cand absoarbe caldura pierduta de apa. (Aerul cald este folosit pentru a incalzi masina in timpul iernii). Intr-un frigider, procedeul este acelasi. Permite schimbul caldurii intre aer si un lichid special numit refrigerant. Dar sa incepem usurel; vom explica procesul mai pe larg pe parcurs. Acum sa trecem la tine! Preia initiativa investigatiei si uita-te mai atent la propriul frigider atat in interior cat si in exterior.. Ai grija! Unele parti pot fi fierbinti (sa nu te arzi) si deasemenea parti electrice sunt prezente (sa nu te electrocutezi). Doar incearca sa vezi unde are loc schimbul de caldura. Cred ca deja stii unde se afla schimbatorul rece. De obicei, exista acolo unde se afla cuburile de gheata asteptand un gin tonic. Acum sa-l gasim si pe cel cald.
Asa este. Schimbatorul cald este langa compartimentul de gheata, iar cel rece este radiatorul negru din spatele frigiderului. Te vad uitandu-te mirat. Nu esti de acord cu mine?
Normal ca nu si ai perfecta dreptate; este chiar invers. Compartimentul de gheata este rece si radiatorul negru este cald. Acum stii unde se gasesc cele doua schimbatoare. In curand vei intelege exact ce se intampla in interiorul unui schimbator de caldura dar intai trebuie sa clarificam niste idei de baza.
3. Ce este caldura? Caldura este o senzatie pe care o experimentezi, spre exemplu, cand atingi un obiect a carui temperatura difera de cea a mainii tale. Ceva ar putea sa se simta, spre exemplu, foarte rece, rece, recisor, caldut, cald foarte cald s.a.m.d. Ce se intampla de fapt este ca creierul tau face o comparatie intre nivelul caldurii din corpul tau si obiectul cu care vii in contact. In exemplul alaturat creierul lui Charlie compara temperatura schimbatorului cu cea a palmei lui. A se avea in vedere ca temperatura palmei este de obicei intre 30ºC si 33ºC (exceptand cazul in care ai febra). Charlie incearca sa afle daca schimbatoarele de temperatura sunt mai calde sau mai reci decat mana lui. Tot ce face este o comparatie. Vom vedea imediat ca aceasta tehnica de estimare a temperaturii este relativ imprecisa. Cu cat este mai mare diferenta dintre palma ta si lucrul a carui temperatura incerci sa o masori, cu atat mai greu este sa ii apreciezi temperatura si cu atat mai mare riscul unei erori. De exemplu trebuie sa eviti a te arde (cum estimezi temperatura uleiului incins intr-o friteoza? Prin atingere?). De asta folosim un termometru. In general auzim oameni care vorbesc de grade Celsius pentru a masura temperaturile (pentru exemplu, cand ne uitam la meteo). Pe scara Celsius, 0ºC corespunde temperaturii aratate de un termometru introdus in gheata pe cale de a se topi, 100ºC corespunde temperaturii apei in fierbere. Cum aceste doua puncte sunt separate de o suta de diviziuni, gradele Celsius mai sunt cunoscute si ca grade Centigrade: este exact acelasi lucru. Atunci sa continuam. Termometrul este un instrument de masurare care ne spune cu precizie cantitatea de caldura dintr-un corp. De fapt, un termometru iti arata o masurare precisa a nivelului caldurii din corpul tau, cam la fel cum indicatorul de benzina iti arata cantitatea de benzina din rezervor.. 4 Transferul de caldura In viata de zi cu zi avem deseori nevoie sa incalzim sau sa racim obiecte. Sa luam spre exemplu un robinet. Pentru a obtine o temperatura confortabila a apei, combinam apa calda cu cea rece. Realizam schimbul de caldura intre apa la 45ºC si cea la 15ºC, pentru a produce apa la 30ºC; s-a produs ceea ce se numeste un schimb termic. De exemplu avem doua corpuri cu aceleasi proprietati, care se combina si fac schimb de caldura. Dar schimburile termice nu se limiteaza doar la materiale similare si corpurile care fac schimb termic nu trebuie neaparat sa se combine. De exemplu, pentru a incalzi o camera putem folosi un calorifer prin care curge apa calda. Acest schimbator termic permite transferul caldurii intre sistemul de incalzire si aerul ambiant din camera. Ce crezi, apa incalzeste aerul sau vice versa? E usor de aratat ca apa calda se raceste cand trece prin radiator in timp ce aerul se incalzeste. Acest lucru se poate verifica atingand teava de tur cu apa fierbinte din partea de sus a caloriferului si apoi teava de retur.
Aerul incalzindu-se se ridica (este confirmat de dungile negre care se vad ocazional.in spatele caloriferului).
Din observatiile anterioare putem deduce ca atunci cand doua corpuri de temperaturi diferite vin in contact, are loc un schimb de caldura care se numeste schimb termic. In timpul acestuia, caldura trece de la corpul mai cald la cel mai rece. Astfel caldura pierduta de apa este primita de aer. Cantitatea de caldura primita de aer este egala cu cea pierduta de apa. In cazul radiatorului, este usor sa iti dai seama de ce nu pot fi in contact direct aerul cu apa : pentru a preveni inundatii. Schimbul de caldura este facut prin intermediul radiatorului care actioneaza ca schimbator de caldura. Trecand prin radiator, apa pierde caldura. Temperatura scade, sa spunem de la 80ºC la 60ºC, dar toata caldura pierduta de apa este absorbita de aer. Din acest motiv, temperatura aerului creste. Caldura nu dispare si nu este creata. Doar schimbul de caldura are loc. Intr-un schimbator de caldura, cantitatea de caldura castigata de corpul mai rece este egala cu cea pierduta de cel mai cald. A: De fapt un schimbator de caldura permite caldurii sa fie transferata de la un corp cald la un corp rece. Ch: Bun, dar corpul rece il raceste pe cel cald sau viceversa? A: Tine minte o regula esentiala: caldura intotdeauna se transfera de la corpul mai cald la cel mai rece. Si, da, in contrast cu ce se intampla in industria financiara, in fizica, cei bogati dau la cei saraci! Caldura este transferata de la cald la rece. In exemplul de mai jos apa ajunge la 20ºC dar ambientul este de asemenea la 20ºC. Putem vedea ca neexistand o diferenta intre temperatura aerului si cea a apei, un schimb de caldura este imposibil. Schimbul de temperatura poate exista intre cele doua corpuri doar daca ele sunt la temperaturi diferite. In exemplul alaturat, cele 2 fluide (apa si aerul) sunt la temperaturi diferite. In aceasta situatie schimbul de caldura poate avea loc. Caldura se transfera intotdeauna de la corpul mai cald la cel mai rece. Desigur, aceste reguli fundamentale se aplica si la tine in frigider. Schimbatorul de caldura rece ar trebui sa fie la o temperatura mai joasa decat cea a mancarii, altfel nu va fi posibila o schimbare de caldura si mancarea nu va fi racita. Pentru informarea ta, schimbatorul de caldura rece ar trebui sa mentina frigiderul la: -6ºC pentru un frigider cu o stea *; -12ºC pentru un frigider cu doua stele **; -18ºC pentru un frigider cu trei stele ***. In concluzie, pentru a raci mancare tot ce trebuie sa faci este sa o pui undeva unde temperatura este mai joasa decat a ei (de ex. intr-o cutie frigorifica se va raci cedand caldura ghetii. Totusi exista o problema. Absorbind caldura cedata de mancare, gheata se va incalzi si se va topi.
Dupa o vreme gheata va fi topita toata si nu va mai putea absorbi caldura. Cand toata gheata s-a topit, mancarea nu va mai fi racita. Trebuie sa punem mai multa gheata in cutie. Asta pare normal, dar unde gasim mai multa gheata. Fie o luam dintr-un ghetar (destul de greu daca nu locuiesti in munti) sau o iei din congelator, dar cum functioneaza? Pe parcurs vei avea toate informatiile pentru a raspunde acestei intrebari. Atunci vei fi capabil sa intelegi notiunea de aer conditionat pentru a putea instala, vinde si diagnostica probleme la instalatii A/C. Acesta este scopul tau, bineinteles. Pana acum aceasta prima parte pare usoara. Oricum, asigura-te ca ai inteles tot inainte de a continua. Fenomenul Fierberii Pentru a intelege modul de functionare al frigiderului, va trebui sa ne reimprospatam memoria sau chiar sa imbunatatim cunostintele noastre. Va trebui sa ne uitam un pic in jurul nostru.
1. Experimente Sa incepem prin prin a ne uita la un simplu experiment cu o cratita de apa. Luati o cratita de apa si puneti-o pe aragaz. Pentru mai bune rezultate ne trebuie un termometru cu o gradatie de cel putin 100ºC pentru a masura temperatura apei. Acum aprindeti aragazul. Ce observati? Prezenta flacarii determina o crestere a temperaturii apei. Daca stingem flacara, temperatura apei nu mai creste. Daca asteptam putin, temperatura apei incepe sa scada. Aceste observatii sunt usor de explicat: cand flacara este aprinsa, aceasta degaja caldura apei, a carei temperatura creste. Apoi, indata ce stingem flacara, apa fiind mai calda decat mediul ambiant, degaja caldura in mediul ambiant (de aceea temperatura apei scade). Acum, daca aprindeti din nou flacara, temperatura apei incepe sa creasca din nou. Dar sa vedem ce se intampla daca lasam flacara pornita, ce se va intampla cu temperatura apei? Va creste la nesfarsit? Incercati sa raspundeti la aceasta intrebare inainte de a continua. Probabil va veti aduce aminte orele de fizica: odata ce ajunge la 100ºC, temperatura apei se stabilizeaza si nu va mai creste chiar daca flacara arde. Ch. NU inteleg, o incalzim si d-voastra spuneti ca temperatura s-a oprit din crestere. A Corect, dar ce vezi deasupra cratitei? Ch. Vapori de apa. Ce vei observa deasupra cratitei, este mult abur. De asemenea, nivelul apei din cratita scade treptat. Ce se intampla de fapt? Observam un fenomen fizic foarte important numit schimbare de stare. In timpul acesteia, apa trece din stare lichida in cea gazoasa (abur). De fapt este usor de vazut ca nivelul lichidului scade in timp ce vaporii sunt degajati. Apa se evapora. In plus, temperatura indicata de termometru se stabilizeaza la 100ºC. Cu toate ca flacara continua sa furnizeze caldura, temperatura nu mai creste. A: De ce crezi ca temperatura apei nu mai creste? Ch: Un lucru este sigur: caldura degajata de flacara nu produce cresterea temperaturii apei . De asemenea, poti vedea ca lichidul se transforma in abur. Atunci, putem spune ca temperatura apei nu mai creste, dar se schimba starea fizica. Charlie are dreptate, dar ca sa intelegem mai bine sa repetam experimentul dar de data aceasta cu ajutorul graficului.
2. Investigarea Sa reumplem cratita cu apa la temperatura de 20ºC. Daca flacara este oprita, apa ramane la 20ºC.
Pornim experimentul la momentul t0 aprinzand aragazul si marcam pe grafic (la t0 temperatura este 20ºC). Observam ca temperatura apei creste constant. Exista un transfer intre flacara si apa. De exemplu, la momentul t1 temperatura apei este de 50ºC. Suprafata apei ramane plata si relativ linistita.
Pentru o perioada de timp, temperatura apei continua sa creasca constant. Lucru normal, deoarece flacara este aprinsa si degaja caldura apei. Treptat, cand temperatura se apropie de 100ºC, apa incepe sa fiarba si produce bule mari. Observam ca suprafata apei incepe sa faca bule din ce in ce mai mari.
Cand termometrul ajunge la 100ºC, apa incepe sa fiarba si sa produca bule mari. Acest moment il vom nota cu t . 2 Daca flacara ramane aprinsa, continua sa produca caldura si cantitati mari de abur ies din cratita (in timp ce nivelul apei continua sa scada). La momentul t3, apa este tot la 100ºC si cantitati mari de abur continua sa se ridice din cratita. Pe grafic apare ca o linie orizontala pornind de la momentul t2, unde apa ramane la 100ºC.
Caldura pe care flacara o furnizeaza nu produce nici o schimbare in temperatura apei care ramane constanta la 100ºC, dar caldura transforma apa in vapori. Acest proces este cunoscut drept vaporizare. Trecerea din stare lichida in stare de vapori a unei substante se numeste vaporizare. Cand un lichid se evapora, acesta absoarbe caldura, dar temperatura ramane constanta. Caldura absorbita este numita caldura latenta de vaporizare.
Experimentul ne pune la dispozitie informatii conform carora, atunci cand apa trece din stare lichida in stare gazoasa, absoarbe caldura la o temperatura constanta, numita temperatura de vaporizare, facand o treapta in grafic. Energia absorbita in aceasta faza nu creste temperatura deloc, dar este folosita pentru a transforma apa din lichid in vapori. Ch: Inteleg. Desi se cedeaza in continuare caldura apei, temperatura acesteia nu mai creste. Aceasta deoarece energia din flacara este folosita pentru a schimba apa din lichid in vapori. Acest fenomen, caracterizat de schimbarea starii de agregare este numit vaporizarea sau evapoarea apei. Pentru apa in aer (adica presiune atmosferica normala) temperatura este de 100ºC. Acum sa facem un al doilea experiment. Luati o cratita si umpleti-o cu cuburi de gheata si apa rece. Asteptati pana se uniformizeaza temperatura amestecului si puneti un termometru in cratita. Dupa un timp, termometrul indica 0ºC (temperatura de topire a ghetii). In acest moment, puneti cratita pe aragaz la flacara mica. Ce credeti ca se va intampla? Incercati sa raspundeti inainte de a continua.. Daca nu puteti face acest experiment si sa desenati un grafic, nu conteaza pentru ca vrem sa vedeti urmatoarele: Initial in ciuda surplusului, temperatura ramane stabila la 0ºC. Desi temperatura ramane constanta la 0ºC, vei observa ca exista mai multa apa in cratita si din ce in ce mai putina gheata. Cuburile de gheata se topesc. Acest fenomen se numeste topirea ghetii.
Intre momentul t0 si t1 temperatura ramane constanta la 0ºC. Vedem clar un pas in timpul topirii ghetii, care corespunde unei schimbari in starea fizica. Acesta este numit pasul topirii. In al II-lea interval, de indata ce nu mai exista cuburi de gheata, temperatura apei creste. Tempereatura apei continua sa creasca pana la 100ºC, cum am vazut.
Desigur, de indata ce ajunge la 100ºC, temperatura se stabilizeaza din nou, incepand al doilea pas, cel pe care l-am vazut. Al II-lea pas corespunde schimbarii apei din stare lichida in cea gazoasa, prietenul nostru mai vechi pasul vaporizator.
Experimentul ne-a permis sa observam un fenomen foarte important. *apa se schimba din stare solida in cea lichida la o temperatura constanta de 0ºC prin absorbtie de caldura. Aceasta caldura este cunoscuta ca fiind caldura latenta de topire. *apa trece din starea lichida in cea gazoasa la o temperatura constanta de 100ºC. Aceasta caldura este cunoscuta drept caldura latenta de vaporizare. Ch. Deci am inteles. Caldura latenta este caldura necesara pentru a determina schimbarea starii fizice a unui corp la o temperatura constanta. A. Exact. Cand o cantitate de caldura nu mai creste temperatura unui corp, dar determina o schimbare in starea sa fizica, vorbim de caldura latenta. Pe de alta parte, cand temperatura unui corp se schimba, spunem ca e din cauza caldurii sensibila, schimbarea temperaturii putand fi simtita. Ch. Caldura sensibila, caldura latenta.... chiar incep sa inteleg diferenta.
Daca cedand caldura unui corp, aceasta determina o crestere a temperaturii corpului, atunci vorbim de caldura sensibila. Daca cedand caldura unui corp, aceasta determina o schimbare a starii de agregare a corpului, temperatura corpului ramanand constanta, atunci vorbim de caldura latenta. 3. Concluzii Cele doua experimente pe care le-am facut sunt esentiale. Ce ne-au aratat este ca atunci cand exista o schimbare a starii de agregare: - din solid in lichid (fenomenul de topire)
- sau din lichid in gaz (fenomenul de evaporare sau vaporizare) atunci corpul care isi schimba starea de agregare, ramane la o temperatura constanta cu toate ca absoarbe caldura.
Pentru a intelege sistemul de refrigerare, este esentiala intelegerea procesului de vaporizare si de acum inainte trebuie sa ne amintim asta. Pentru a se evapora apa are nevoie de energie (caldura). Si mai generalizat: Nici un lichid nu se poate evapora decat daca are la dispozitie energie (sub forma caldurii) Daca, in experimentul cu cuburile de gheata, masori: - timpul folosit pentru a topi toate cuburile, - timpul folosit pentru a incalzi apa de la 0ºC la 100ºC, - timpul necesar vaporizarii apei din cratita. Ai putea fi surprins de rezultate... In graficul de mai jos, am aratat cantitatea de caldura care trebuie furnizata pentru a transforma 1kg de gheata -50ºC, intr-un kg de vapori la 150ºC:
Cantitatea de energie este exprimata in kiloJouli (kJ) care este unitatea de masura agreata in sistemul international. Aceste valori sunt facultative: nu te ingrijora daca nu inseamna mare lucru pentru tine, nu este esential in stadiul acesta. Ch. Din grafic inteleg ca vaporizarea dureaza de 7 ori mai mult decat topirea cu aceeasi sursa de caldura si aceeasi cantitate de apa! Cand vaporizeaza, un lichid absoarbe cantitati uriase de caldura. In experimentul nostru trebuie de 5,4 ori mai multa energie . Acestea sunt legile naturii si tot ce putem face este sa le observam. Ch. In experimentele noastre am observat ca de fiecare data cand apa era intr-o stare de amestec, caldura era latenta. Pe de alta parte cand apa era in stare complet solida, complet lichida sau complet gazoasa caldura era sensibila. A: Corect, cand caldura degajata unui corp determina o crestere a temperaturii, vorbim despre caldura sensibila (simtim schimbarea de temperatura). Dar cand caldura cedata unui corp determina o schimbare in starea fizica, putem vorbi de caldura latenta (sau potential disponibila). Vom discuta aceste idei despre caldura latenta sau sensibila din nou in curand. In orice caz, fiti siguri ca ati inteles inainte de a continua. Apa fierbe intodeauna la 100ºC ? Este adevarat ca temperatura de 100ºC este des asociata cu punctul de fierbere a apei. Cu toate astea apa nu fierbe intotdeauna la 100ºC. Sa luam un exemplu: Te-ai decis sa iei masa pe plaja si ai de gand sa fierbi oua. Iei o oala si o plita pentru a fierbe apa. Aprinzi plita si gata, astepti. Cand apa incepe sa fiarba, pui ouale in cratita. Zece minute mai tarziu, oule sunt gata si inchizi plita. Cand mananci oule acestea sunt facute.
Cateva zile mai tarziu ajungi la munte. Nerabdator sa iti exerciti experienta in a fierbe oua, iti iei cratita, plita si bricheta. Cand apa incepe sa fiarba, pui ouale in cratita. Zece minute mai tarziu inchizi plita. In mod normal, ouale ar trebui sa fie gata. Cand incerci ouale descoperi ca sunt moi desi le-ai lasat in apa exact 10 minute, ca si pe plaja. Ch. Curios. Cum explici asta? Ai vreo idee? Problema peste care ai dat se datoreaza unui efect de presiune pe care o sa incercam sa-l explicam. Daca ai facut vreodata sporturi subacvatice, esti familiarizat cu problemele presiunii. Ce se intampla este faptul ca, cu cat este mai mare adancimea la care cobori, cu atat este mai mare este presiunea “p”. De exemplu, la o adancime de 50 de metri presiunea exercitata de apa este mai mare de 5 bari (adica de 5 ori presiunea atmosferica)
Presiunea este produsa de greutatea apei de deasupra scafandrului. De asta presiunea creste cu adancimea. In acelasi fel, exista un strat de gaz in jurul pamantului cunoscut drept atmosfera. Grosimea sa poate varia, dar e aproximativ de 20 km. In acelasi fel cum adancimea apei exercita o presiune asupra scafandrului. Stratul atmosferic exercita o presiunea asupra suprafetei pamantului.
Cum probabil stii, aceasta se numeste presiune atmosferica. Cand suntem la nivelul marii, presiunea atmosferica este produsa de o grosime a gazului de aproximativ 20 km. Dar cand suntem la o altitudine de 3000 m, grosimea atmosferei este de 20 – 3 = 17 km. Presiunea atmosferica este astfel produsa de un strat de gaz de 17 km, e usor de inteles, de ce presiunea atmosferica scade treptat cand urcam la altitudini mai mari. Pentru informarea ta, unitatea de masura a presiunii este Pascalul (Pa). Totusi in industria frigorifica este barul (bar). Un bar este in esenta presiunea atmosferica masurata la nivelul marii,
adica la o altitudine de 0 m (1 bar = 1 atmosfera). Ch : Deci cu cat mergem mai sus, cu atat presiunea atmosferica este mai mica? A: Corect. Presiunea atmosferica este de fapt 1,013 bar la nivelul marii, dar numai 0,7 bar la 3000 m si 0,4 bar la 7000 m. Ch. Nu vad legatura intre presiunea atmosferica si ouale care nu se fac bine la munte. Hai sa incercam sa rezolvam problema lui Charlie. La nivelul marii, presiunea atmosferica este de 1,013 bar si apa fierbe la 100ºC.
La aceasta temperatura, ouale sunt perfect fierte. La o altitudine de 3000 m, grosimea atmosferei este mai mica si presiunea atmosferica este de 0.7 bar. In acest caz putem observa ca apa fierbe la 90ºC (in loc de 100ºC ca mai sus).
Hai sa vedem daca putem intelege mai bine exagerand un pic: daca oule ar fi fost lasate in apa la 20ºC, nu ar fi fost deloc gatite. Ca sa concluzionam : cu cat este mai rece apa, cu atat mai greu se fierb ouale. Daca le lasam 10 min in apa la 100ºC, se fierb perfect. Daca apa are numai 90ºC, este logioc ca oule vor fi mai putin facute. A se lua in considerare ca la 7000 m grosimea atmosferei este mai mica, deci presiunea atmosferica este si ea mai mica si apa fierbe la temperatura mai scazuta : 75ºC. Normal ca daca lasam ouale la 75ºC zece minute, nu vor fi deloc gatite .
Concluzia este ca pentru a fierbe un ou tare trebuie destula energie. Cu cat altitudinea este
mai mare, cu atat mai scazut este punctul de fierbere a apei si cu atat mai mult trebuie ca oul sa stea la fiert. Ch.: Deci, daca inteleg bine, cu cat presiunea atmosferica mai joasa, cu atat mai jos este punctul de fierbere al apei. Dar care este explicatia? Relatia presiune-temperatura Intr-un litru de apa sunt un numar impresionant de picaturi de apa si fiecare picatura este formata dintr-un imens numar de molecule de apa. Pentru a defini o molecula de apa sa spunem ca este cea mai mica picatura de apa care poate exista si avem nevoie de un microscop foarte puternic pentru a vedea una. Fiecare picatura de apa poate fi comparata cu un balon (tipul de petrecere care tine copii fericiti pana cand baloanele se sparg). Cand umfli un balon vei observa ca se dilata. Ce se intampla este faptul ca membrana balonului se intinde ca urmare a presiunii aerului care este suflat in el.. Cand umfli un balon, doua presiuni apasa asupra lui:
1. o presiune interna exercitata de aerul suflat in el 2. presiunea atmosferica din jurul nostru Si ce se intampla daca crestem presiunea interna un pic prea mult? Ch: Stiu : se sparge!
Corect. Daca sufli prea tare, presiunea interna devine prea mare si balonul pocneste. Tu nu explodezi cand cineva te pune sub prea multa presiune? Exact la fel ca si balonul, fiecare picatura de apa este supusa la 2 presiuni : una externa si una interna.
Cand punem apa in cratita, observam ca suprafata apei sta perfect plata si orizontala. De asemenea, apa tinde sa stea in totalitate pe fundul oalei. O sa iti pun o intrebare oarecum stupida: de ce? Sa luam in consideratie urmatoarea: stim ca o presiune externa si una interna sunt exercitate pe fiecare punct al suprafetei lichidului. In experimentul nostru presiunea externa este cauzata de cea atmosferica. In primul rand, daca aceste presiuni nu ar fi identice in toate punctele, suprafata apei nu ar fi plana ci ondulata (cu adancituri si cresteri); situatia nu este asa.
Rezulta ca presiunile sunt uniform distribuite in toate punctele, acesta fiind motivul pentru care suprafata apei ramane perfect plana.
Normal, atat timp cat presiunea apei ramane mai putin sau egala cu cea din exterior (cea atmosferica), toata apa ramane in cratita. Daca punem cratita pe aragaz, aceasta va primi energie sub forma de caldura.
Aceasta energie cauzeaza o crestere a presiunii interne asa cum aerul pe care il sufli intr-un balon cauzeaza dilatarea membranei. In timp ce plita incalzeste apa, presiunea interna a fiecarei picaturi creste din ce in ce mai mult. Totusi presiunea externa (adica presiunea atmosferica) nu se schimba. Incepi sa intelegi?
Imediat ce presiunea interna devine destul de mare, cea externa nu va mai putea sa tina apa in cratita. In acest moment, moleculele se rup una de alta si devin molecule de gaz care, fiind mai usoare decat aerul parasesc cratita. De aceea, bule mari de vapori de apa sparg suprafata, determinand o scadere a nivelului de lichid. Cu toate ca noi continuam sa incalzim cratita, temperatura nu mai creste. Toata caldura serveste la transformarea moleculelor de apa: Acesta este vechiul nostru prieten, pasul de vaporizare! La nivelul marii presiunea atmosferica, adica cea externa este de 1 bar. Rezulta ca temperatura apei la 100ºC este suficienta ca presiunea interna sa poata invinge presiunea atmosferica, deci fierberea poate incepe.
In munti, pe masura ce altitudinea creste, grosimea atmosferei scade. Rezulta o scadere a presiunii atmosferice si deci o reducere a presiunii externe. Cu scaderea presiunii externe, cea interna intrebuintata pentru a dizloca molecule de apa devina mai mica. Ca rezultat apa va incepe sa fiarba la mai putin de 100ºC.
Ch. Ok, de aceea, cu o presiune externa mai joasa, apa incepe sa fiarba la 90ºC la o
altitudine de 3000 m ? A: Foarte corect! Dar sa vedem: care crezi ca ar fi punctul de fierbere daca presiunea externa s-ar mari? Ar ramane la 100ºC, s-ar mari sau ar scadea?. Ce crezi? Ca sa te punem pe calea cea buna gandeste-te la principiile a unei oale sub presiune. Toata lumea stie ca o oala sub presiune este o oala speciala echipata cu un capac sigilabil.Cand pui apa in oala sub presiune si apoi inchizi capacul, apa la fundul oalei si aerul la presiune atmosferica raman inchise in oala. Pe masura ce incalzesti oala, temperatura apei creste. In acelasi timp, presiunea interna a apei creste de asemenea. In timp ce temperatura apei ramane la mai putin de 100ºC, presiunea externa din interiorul oalei ramane suficienta pentru a mentine apa in forma lichida pe fundul oalei.
Odata ajunsa la 100ºC, doar o mica cantitate este necesara pentru a lasa primele molecule de energie sa se elibereze. Aceste molecule in stare gazoasa raman inchise in oala si rezulta mai mult gaz in oala. Acesta produce acelasi efect ca si aerul din balon: presiunea diu interiorul oalei creste. In acest moment, presiunea externa a crescut, fierberea fiind impiedicata in ciuda faptului ca apa a ajuns la 100ºC. Totusi, plita continua sa incalzeasca si presiunea interna creste si ea. Fierberea are loc acum la o temperatura mai mare de 100ºC. Vaporii care sunt eliberati raman de asemenea in interiorul oalei si astfel presiunea externa creste din nou. Fierberea este din nou impiedicata, in ciuda faptului ca apa are o temperatura mai mare de 100ºC si tot asa. In continuarea procesului, temperatura apei creste treptat, odata cu cresterea presiunii externe. Ch. Inteleg, dar presiunea din interiorul oalei creste la nesfarsit? Nu e periculos? Ar putea exploda. Nu poate fi lasata sa creasca la nesfarsit. De fapt, fabricantii pun o supapa de siguranta in capac. Daca presiunea devine prea mare, supapa se deschide si elibereaza vapori. Cand se intampla asta, asa cum un balon se desumfla cand iese aerul, presiunea este pastrata la un nivel rezonabil. Aceasta supapa se deschide de indata ce presiunea ajunge la 2 bar. La aceasta presiune, balanta fortelor interne se realizeaza cam pe la 120ºC.
In acest fel supapa mentine 2 bari in oala si temperatura apei la 120ºC. Desigur, mancarea se face mai repede la 120ºC decat intr-o oala normala, in care apa are doar 100ºC. Ch. Bun, am inteles. Temperatura apei creste si scade odata cu presiunea atmosferica intr-un mod liniar.
A: Corect. De fiecare data cand presiunea se schimba, se modifica si punctul de fierbere a apei. De fapt, pentru fiecare presiune corespunde un alt punct de fierbere. Relatia presiune-temperatura. Pentru a vorbi in termeni tehnici, de acum inainte nu mai vorbim de fierbere, ci mai degraba de vaporizare sau evaporare (nu te ingrijora toate inseamna acelasi lucru).
Diagrama de mai sus reprezinta relatia temperatura-presiune pentru apa pura. Indica temperatura de evaporare a apei in functie de presiunea externa . In aceasta diagrama putem vedea ca la 1 bar (presiune atmosferica), apa fierbe la +100oC. Vedem deasemenea ca la 2 bari apa fierbe la +120oC, si asa mai departe… Aceasta diagrama ne confirma faptul ca atunci cand presiunea creste, temperatura de evaporare creste deasemenea. In acelasi mod, daca presiunea scade, temperatura de evaporare descreste. Temperatura de evaporare si presiunea de evaporare intotdeauna variaza in aceeasi directie. Cresc si descresc impreuna.
Din ce am vazut pana acum, sunt cateva puncte deosebit de importante: 1. Se poate face transferul de caldura intre 2 corpuri daca aceste corpuri se afla la
temperaturi diferite. 2. Caldura trece intotdeauna de la corpul mai cald la corpul mai rece. 3. Trecerea din stare lichida in stare de vapori se numeste evaporare. 4. Conditia ca un lichid sa se evapore, este ca acesta trebuie sa absoarba caldura. 5. In timpul evaporarii unui lichid, temperatura ramane constanta. Caldura absorbita
de lichid in timpul evaporarii se numeste caldura latenta de evaporare. 6. Temperatura de evaporare si presiunea variaza intotdeauna in aceeasi directie.
Cresc si descresc impreuna.
Ch: Cred ca am inteles. Temperatura de evaporare a unui lichid depinde de presiunea de deasupra lichidului. Desigur, ca un lichid sa se evapore trebuie sa absoarba caldura care poate veni de la un corp mai cald decat lichidul. Si daca nu ati inteles acest capitol, sau daca sunteti nesiguri asupra unui anumit aspect, recititi capitolul inca o data : procesul de evaporare este esential in procedeul de refrigerare.
PRESIUNEA RELATIVA SI PRESIUNEA ABSOLUTA Am discutat deja despre presiune, dar inainte de a continua, este absolut important sa intelegem bine acest concept. Va amintiti ca un scafandru cu cat se scufunda mai mult in apa, cu atat creste presiunea la care este supus. Presiunea este data de coloana de apa care se gaseste deasupra scafandrului. Cu cat scafandrul coboara, cu atat coloana de apa de deasupra creste, in acelasi timp si presiunea (creste cu 1 bar la fiecare 10 metri). In mod similar, presiunea atmosferica este data de inaltimea coloanei de aer de deasupra noastra. Cu cat este mai mare coloana de aer, cu atat mai mult creste presiunea atmosferica. Daca coboram in interiorul pamantului coloana de aer este mai mare decat la nivelul marii. In consecinta, presiunea atmosferica este mai mare de 1,013 bari. Cand un alpinist escaladeaza un munte el castiga in altitudine iar coloana de aer de deasupra descreste. De aceea, presiunea atmosferica scade daca urcam la altitudine : scade cu aproximativ 0.7 bari la 3000 m. Dupa ce decoleaza, o racheta paraseste atmosfera si se plaseaza pe orbita, presiunea atmosferica nu mai exista. Nu exista aer sau alt fel de gaz: este vacuum total. Prin definitie vacuumul total este cea mai joasa presiune care poate exista. Vom spune atunci ca presiunea este 0 bari absolut. Cand comparam presiunea cu vacuumul absolut vorbim de presiunea absoluta. Presiunea absoluta este intotdeauna mai mare sau egala cu 0 bari . Cand aveti nevoie sa verificati presiunea pneurilor veti merge la un service si se va folosi un dispozitiv care se numeste manometru. Ganditi-va la urmatoarea intrebare: care este presiunea pe care o arata manometrul inainte de al conecta la valva pneului?
Ch: Sunt absolut sigur ca arata 0 bari.
Intr-adevar inainte sa fie conectat la valva pneului, manometrul masoara presiunea atmosferica, iar acul indica 0 bari. Ch: Este adevarat acul indica 0 bari dar de ce nu arata 1 bar? Asta este presiunea atmosferica nu? A.: Deoarece presiunea atmosferica exista pe toata suprafata pamantului, toata lumea a fost de acord ca orice manometru in spatiu deschis sa arate 0 bari. Stiind toate astea daca ducem un manometru in spatiu ce presiune va arata? Stim ca presiune atmosferica este egala cu 1 bar la nivelul marii. Daca manometrul arata 0 bari cand masoara presiunea atmosferica, atunci cand este vacuum total va arata -1 bari. Amintiti-va ca in general manometrele sunt gradate sa arate 0 bari la presiune atmosferica. Expertii vorbesc adesea despre presiunea relativa si doar in anumite cazuri de presiune absoluta. Presiunea este numita absoluta atunci cand se refera la vacuumul total. Presiunea este numita relativa cand masurarea se refera la presiunea atmosferica.
In graficul de mai sus puteti citi presiunea absoluta in partea din stanga scalei. In partea din dreapta scalei putem vedea presiunea relativa. Astfel, in vacuum absolut presiunea este de 0 bari absolut si -1 bar presiune relativa. Presiunii atmosferice ii corespunde 1 bar presiune absoluta sau 0 bari presiune relativa. Manometrele sunt printre cele mai importante dispozitive folosite de ingineri. Este important sa amintim ca vom lucra in majoritatea cazurilor cu presiunea relativa. Din toate acestea putem concluziona: Presiunea absoluta = presiune manometrica + 1 bar ESTE APA UN BUN REFRIGERANT? Sa ne amintim 2 reguli de baza:
• Se va face transferul de caldura dintre 2 corpuri doar daca acestea se afla la temperaturi diferite.
• Caldura intotdeauna trece de la corpul mai cald la corpul mai rece.
In frigiderul nostru, daca dorim sa pastram o temperatura de +4oC, atunci temperatura schimbatorului de caldura trebuie sa fie mai mica de +4oC. Astfel, ca sa putem pastra +4oC in frigider, trebuie ca schimbatorul de caldura sa fie la o temperatura mai mica de +4oC. Am vazut ca este posibila scaderea temperaturii de evaporare a apei prin scaderea presiunii. Atunci de ce nu am putea face apa sa se evapore sa zicem la 0oC in racitorul frigiderului nostru? Sa facem apa sa fiarba la 0oC, presiunea trebuie sa fie foarte scazuta. Putem face asta daca ducem frigiderul in spatiul cosmic sau daca folosim pompe de vacuum foarte sofisticate. Va trebui sa gasim alt lichid pentru frigiderul nostru. Stim deasemenea ca lichidele nu au aceeasi temperatura de fierbere. Atunci de ce nu folosim sa zicem ulei? De exemplu uleiul pentru gatit fierbe la o temperatura de +300oC. Din pacate, aceasta temperatura este ideala pentru a prepara cipsuri dar este prea mare pentru frigiderul nostru. Dar daca folosim eter? Eterul se evapora la +35oC la presiune atmosferica. Este deja mai bun decat uleiul dar cu un racitor la +35oC nu vom putea reduce temperatura in frigider mai jos de aceasta temperatura. Aceasta nu este chiar temperatura ideala pentru pastrarea bauturilor reci.
Daca vrem sa facem cuburi de gheata in congelatorul nostru, trebuie sa gasim o substanta al carei punct de fierbere este mai mic de 0 grade. Ch: Nu cred ca inteleg, dar de ce nu putem folosi eter? Daca reducem presiunea sub presiunea atmosferica fortele externe vor descreste si la fel ca apa la mari altitudini temperatura de evaporare a eterului va scadea . Putem ajunge la temperaturi sub 0oC? A: Teoretic rationamentul tau e corect si chiar ar putea functiona astfel. Oricum in practica sunt o serie de probleme si astfel eterul nu este important ca refrigerant. De fapt nu vei gasi nici un aparat de racire care sa functioneze cu eter, mai ales ca inginerii arata mult mai mult interes pt fluidele disponibile lor. Ch: Bine sa uitam de eter, dar spune-mi care sunt aceste fluide de racire interesante de care vorbesti! REFRIGERANT R22 In industrie se gasesc o gama larga de fluide numite “refrigeranti” care au o temperatura joasa de evaporare la presiunea atmosferica. Aceste fluide sunt uneori cunoscute ca “freon”. Cuvantul Freon este de fapt denumirea folosita de compania Dupont pentru aceste fluide. Compania Elf Atochem foloseste denumirea de “forane” pentru aceasta substanta. Fiecare fabricant foloseste propria denumire pentru refrigerantul pe care il utilizeaza. Toate aceste fluide sunt imbuteliate in containere de diferite dimensiuni ca si cele de gaz butan sau propan. Pentru a nu ne incurca cu diferite denumiri refrigerantii se identifica prin litera R. De exemplu R22 este fluidul cel mai folosit in sistemele de racire si il vom folosi ca exemplu in studiul nostru. Mai este gasit si sub denumirea de Freon 22, Forane 22, Suva 22, etc.. Trebuie sa intelegem ca R22 este identic, indiferent de fabricant. Putem amesteca Freon 22 cu Forane 22, sunt absolut identice. A.: Amintiti-va: caracteristicile lui R22 sunt identice indiferent de denumire sau fabricant. R22 este foarte interesant deoarece se evapora la -42oC la presiune atmosferica. Datorita temperaturii scazute de evaporare, R22 ne permite sa obtinem o temperatura mai mica de 0oC foarte usor in racitorul frigiderului. Acesta fiind si obiectivul nostru. Relatia presiune-temperatura pentru R22 urmareste aceleasi reguli ca si in cazul apei. Cu cat este mai mica presiunea de deasupra lichidului cu atat este mai mica temperatura de evaporare.
Pt a ne face o idee vom urmari in diagrama de mai jos relatia presiune-temperatura pentru R22 de la -42oC la +20oC.
Dupa cum puteti vedea din aceasta diagrama, la 0 bari (presiune atmosferica) temperatura de evaporare a lui R22 este de -42oC. La 8 bari temperatura de evaporare creste la +20oC. De asemenea presiunea si temperatura de evaporare a lui R22 sunt interdependente si pot varia in aceeasi directie exact ca si cele ale apei (difera doar valorile). Sa ne imaginam interiorul unei butelii de R22. Lichidul este prezent in partea de jos a vasului iar vaporii deasupra. Presiunea interioara a lichidului este in echilibru cu presiunea exterioara a vaporilor. Daca presiunea in butelie creste, presiunea refrigerantului creste deasemenea in concordanta cu relatia presiune-temperatura care vor fi : 8 bari la +20oC, 11 bari la +30oC, 14 bari la +40oC, 19 bari la +50oC. Astfel este indicat sa evitam depozitarea buteliilor sub actiunea directa a soarelui sau in apropierea unei surse de caldura pentru a evita eventualele pericole. Autorul stie din experienta ca unii cititori vor gasi dificil sa vizualizeze cum refrigerantul R22 este un lichid care se poate evapora la -42 oC (presiune atmosferica). Pentru a putea intelege mai bine fenomenul, sa ne imaginam in interiorul unei camere unde temperatura este de -50oC. In aceste conditii este posibil sa turnam R22 intr-un vas iar acesta sa ramana in forma lichida. Cand R22 atinge -50oC, fortele interne sunt mai mici decat fortele externe (care corespund presiunii atmosferice). Suprafata lichidului din vas ramane nemiscata. Pentru ca R22 sa se evapore trebuie doar sa incalzim fluidul pentru a creste fortele interne. Cand atinge temperatura de -42oC evaporarea va incepe. Trebuie sa ne amintim ca in aceleasi conditiii apa va incepe sa se evapore la +100oC la presiune atmosferica. Ch: Acum am inteles mai bine, dar unde putem gasi R22 si cum il putem mentine in stare lichida daca se evapora la -42oC? Pentru a putea raspunde la intrebarea lui Charlie, vom lua alt exemplu din viata de zi cu zi. Stiti care este temperatura de evaporare a gazului butan? La presiune atmosferica se evapora la -0.5oC.
Gazul butan comercial, pentru incalzit si gatit, este vandut in butelii. Fiecare butelie contine un amestec de butan lichid si gazos. Daca butelia ar contine numai butan gazos am fi fost nevoiti sa o schimbam foarte des. Temperatura acestui amestec nu trebuie sa fie neaparat de -0.5oC. In general, temperatura buteliei va fi aceeasi cu cea exterioara. De exemplu, daca in afara buteliei este o temperatura de +25oC si butanul din interior va avea aceeasi temperatura. Se pare ca este un amestec de butan lichid in partea de jos si gaz in partea de sus . Dar la +25oC butanul nu ar trebui sa fie gaz? Ce credeti?
Sa examinam butelia de R22. Este aproape identica cu cea de butan despre care tocmai am citit, in plus, fiind prevazuta cu un tub interior. Acest tub ne permite sa extragem lichidul R22 din partea de jos a buteliei. In contrast cu butanul sau propanul, (care se folosesc in stare gazoasa) suntem mai interesati ca R22 sa fie sub forma lichida.
Dar ce se intampla mai exact? Se pare ca este un amestec de R22 lichid in partea de jos si vapori in partea de sus. Dar la +25oC nu ar trebui ca amestecul sa fie vapori? R22 este vandut in butelii foarte asemanatoare cu cele de butan si propan. Aceste butelii sunt ca oala sub presiune dar fara dispozitivul de siguranta. Energia furnizata de temperaturile externe fac ca o parte din R22 sa se evapore pana cand echilibrul intre fortele interne si externe este restabilit. Oricum, spre deosebire de oala sub presiune, nu exista nici o supapa de siguranta care sa limiteze presiunea in interior. In acest caz, cand temperatura inconjuratoare incepe sa creasca, ce se va intampla cu presiunea din butelia cu R22? Va creste, va scadea, sau va ramane constanta? Ch: Ma astept sa fie aceeasi ca si in cazul apei iar relatia presiune-temperatura sa-si fac treaba. A.: Absolut. R22 se supune acelorasi legi din natura ca si celelalte fluide: presiunea variaza odata cu temperatura. Dar nu ai raspuns exact la intrebare. Ch.: Bine atunci, daca temperatura inconjuratoare creste si presiunea din butelia cu R22 va creste deasemenea. Este important de stiut totul despre relatia presiune-temperatura a fluidului R22. Mentionam ca nu este important sa memoram toate aceste valori de temperatura si presiune ale lui R22, dar daca trebuie sa mentinem un sistem de racire va trebui sa fim apti sa intelegem termenii in general.
Sa presupunem ca temperatura ambianta ce inconjoara butelia este de 20oC. Fluidul R22 va avea deasemenea 20oC, iar presiunea sa va atinge 8 bari cum vedem in grafic. Putem folosi graficul sa verificam daca la presiunea atmosferica, temperatura de evaporare a lui R22 este de -42oC. Mai departe putem vedea ca in momentul in care creste temperatura lui R22, va creste si presiunea deasemenea, si viceversa. Ch.: In acest caz poti sa-mi explici cum masuram presiunea? ALF: Folosim un manometru pentru a masura presiunea. Aceasta este cea mai importanta unealta a unui inginer frigotehnist. Fara manometru nu putem verifica daca sistemul functioneaza corect. Un manometru ne arata temperatura si presiunea de functionare a sistemului de racire. Ch.: Stai putin! Ai spus ca masori presiunea cu un manometru, sunt de acord cu tine. Dar cum masori temperatura cu un manometru? Cred ca ar fi mai indicat un termometru. A.: Ai dreptate, poti folosi un termometru pentru temperatura si un manometru pentru presiune, dar manometrul unui inginer in sisteme de racire este un pic mai special: are o scala pentru temperatura, deasemenea si o scala pentru presiune. De fapt, manometrul unui inginer este un dispozitiv de masurat presiunea. Varietatea acestor manometre este mai mare, unele putand arata una sau mai multe temperaturi. Manometrul unui inginer frigotehnist Sa examinam manometrul urmator: este un manometru folosit zilnic de inginerii frigotehnisti.
Putem vedea ca este alcatuit din:
1. Prevazut cu un conector de presiune folosit la conectarea pe instalatie; 2. Doua scale de presiune (se va folosi scala in bari) si o scala de temperatura. Acul indica 0
bari cand este expus la presiune atmosferica. 3. Este gradat pentru refrigerant R22
Inainte sa continuam studiul manometrelor sa ne gandim la urmatoarele doua intrebari:
1. De ce manometrul arata 0 bari cand nu este conectat la o instalatie de
racire? Intrucat nu este conectat la o instalatie de racire, manometrul va masura presiunea atmosferica. Tineti minte, prin conventie, toate manometrele vor arata 0 bari la aceasta presiune. A.: Tineti minte! Acul poate indica 0 bari dar presiunea nu este zero. Manometrul doar compara presiunea masurata cu ajutorul presiunii atmosferice. Ch.: Am inteles manometrul poate arata 0 bari dar in realitate masoara presiunea atmosferica care este 1 bari. Este vechea poveste cu presiunea relativa si presiunea absoluta. Foarte corect.Tineti minte, presiunea aratata pe manometru se numeste presiune relativa care are adevarata valoare de 1,013 bari presiune absoluta (vom rotunji la 1 bar).
1) Cand manometrul arata 0 bari, presiunea absoluta este de 1 bari. 2) Daca manometrul arata 4 bari presiunea absoluta este de 5 bari.
Toate manometrele arata presiunea relativa, dar anumite specificatii tehnice (date de fabricantul refrigerantului) se vor referi la presiunea absoluta.Consultati cu mare atentie manualele de utilizare pentru evitarea greselilor. 2. De ce acul indica temperatura de -42oC cand manometrul nu este conectat la
sistem? Tocmai am vazut ca un manometru neconectat la un sistem va masura presiunea atmosferica, careia ii corespunde 1 bar presiune absoluta.
Tineti minte ca la presiune atmosferica (0 bari pe manometru), apa se evapora la +100°C, eterul la +35°C, iar fluidul R22 la -42°C. Manometrul nostru este calibrat pentru R22, la presiunea masurata de manometru (care este 0 bari). Daca manometrul ar fi calibrat pentru eter, sa zicem, la 0 bari scala de temperatura va arata +35°C.
3. De ce exista o scala de temperatura pe toate manometrele inginerilor frigotehnisti?
Am discutat deja relatia presiune - temperatura din diagrama lui R22. Pentru fabricanti este un lucru simplu de adaugat pe manometrele inginerilor, langa scala de presiune, scala de temperatura, care ne permite sa citim aceasta relatie pt orice refrigerant. Datorita acestui lucru, de fiecare data cand un inginer masoara presiunea, poate citi foarte usor si temperatura care corespunde schimbarilor de stare fizica a fluidelor, in acelasi timp. Este mult mai usor de citit aceste valori, decat din diagrama. Ch.: Adevarat. In special daca ai mainile murdare si nu poti gasi diagrama. Dar trebuie sa avem cate un manometru pentru fiecare refrigerant, ceea ce nu este foarte practic. A.: Foarte adevarat. Exista o multitudine de refrigeranti diferiti si nu este posibil sa se arate relatia presiune-temperatura pentru fiecare pe manometre. Pe multe manometre fabricantul arata 3 gradatii de temperatura pentru 3 tipuri de refrigeranti diferiti: acest lucru face totul mult mai simplu.
4. Temperatura indicata de acul manometrului corespunde intotdeauna temperaturii refrigerantului?
In primul rand acest lucru este adevarat doar daca citesti temperatura refrigerantului pe scala corecta. De exemplu, daca masori temperatura lui R22 intr-un sistem, poti citi pe scala corespunzatoare lui R22 si nu pe scala lui R12 sau R502 (care sunt deasemenea refrigeranti). In al doilea rand este desigur corect sa spunem ca pe scala de temperatura putem vedea relatia presiune-temperatura a fluidului utilizat. Oricum, nu uitati ca aceasta relatie va exista cand vor avea loc schimbari de stare fizica a fluidului. Din ce am vazut pana acum, relatia presiune temperatura poate fi aplicata doar in anumite conditii. Trebuie de fapt sa fim absolut siguri ca presiunea masurata de manometru corespunde starii de evaporare a refrigerantului in timpul schimbarii starii fizice a refrigerantului: din stare lichida in stare gazoasa. Ch.: In consecinta, temperatura indicata de acul manometrului corespunde presiunii indicate, de temperatura refrigerantului, dar numai daca refrigerantul este supus evaporarii. A.: Asa este. Oricum daca refrigerantul nu este supus unei schimbari de stare, adica daca nu este un amestec de lichid-vapori, temperatura pe care acul o va arata nu va corespunde cu temperatura reala a refrigerantului. Nu va faceti griji, vom vedea asta mai detaliat putin mai tarziu, cand vom intelege sistemele de racire mai bine. Manometrele inginerilor ne permit sa masuram presiunea manometrica a
refrigerantului. In consecinta, langa scala de presiune manometrul indica si temperatura de evaporare a refrigerantului la aceasta presiune.
5. Care este raza de actiune a unui manometru, care sunt presiunile minime si maxime masurate?
Daca ne uitam atent la scala de presiune, vom observa ca presiunea garadata la minim este de -1 bar iar la maxim este de 10 bari. Asadar raza de actiune a unui manometru este de -1bar pana la 10 bari. Presiunea de -1 bar corespunde vacuumului absolut. Aceasta este cea mai joasa presiune care exista. In mod similar deducem ca acest manometru nu poate fi folosit la masurarea presiunilor mai mari de 10 bari sub nici o forma. Va amintiti probabil de manometrele inginerilor, descrise mai sus. In practica, inginerii au doua tipuri de manometre. Unul pentru masurarea Presiunii Joase (Low Pressures—LP aratat in foto de langa), si un altul pentru masurarea Presiunii Ridicate (High Pressures - HP gradat pana la presiuni de 30 bari). Aceste doua tipuri de manometre sunt practic identice, doar ca aria de operare difera. Daca manometrul este supus unei presiuni din afara ariei de operare exista riscul de defectare, astfel indicand o presiune eronata. Nu trebuie sa incercam niciodata sa masuram o presiune mare cu manometrul pentru presiune mica. Tocmai pentru a preveni aceste greseli, manometrul pentru presiune joasa va fi vopsit in albastru, iar cel pentru presiune mare va avea culoarea rosie. Pentru a evita posibilele defectiuni, inainte de a folosi orice dispozitiv de masurare (nu numai pentru presiune dar si pentru curent electric, tensiune etc), trebuie neaparat sa se verifice raza de actiune si stabilirea dinainte a valorilor ce vor fi masurate. EVAPORAREA LUI R22 Sa luam o butelie de R22 la temperatura ambianta de +20°C. Este plina cu un amestec de lichid si vapori la +20°C care corespunde presiunii de 8 bari conform relatiei temperatura-presiune a lui R22.
Daca deschidem valva, lichidul aflat la 8 bari presiune va iesi imediat din cilindru prin tubul interior (nu este posibil ca vaporii de R22 sa fie eliberati fiind situati deasupra lichidului). Cand ies din butelie, moleculele de R22 aflate la 8 bari sunt expuse brusc unei presiuni externe mult mai joase. Aceasta schimbare rapida face ca R22 sa fiarba (ca apa la 100 grade) si se schimba in vapori. Dar ca sa se vaporizeze, acest lichid are nevoie de caldura. Va absoarbe caldura de la orice obiect cu care intra in contact. De exemplu, daca plasam un termometru in fata valvei buteliei si eliberam lichidul acesta va arata -42°C, exact temperatura de vaporizare la presiune atmosferica.
PERICOL : Daca introduceti mana care are aprox. 30°C in apa care fierbe la 100ºC, va exista o diferenta de temperatura de 70ºC. Exista riscul sa fiti ars. Daca atingeti R22 la -42°C, reprezinta o diferenta de temperatura de 72°C pentru mana dumneavoastra, acest lucru va cauza arsuri grave ca si in cazul apei. Desigur daca atingem butelia pe exterior la 20°C, nu va fi o problema. Tocmai am vazut ca lichidul R22 la presiune atmosferica se evapora la -42°C absorbind caldura din mediul inconjurator. Pentru a explica acest efect mai detaliat, sa ne imaginam ca temperatura din jurul buteliei este de 0°C. Conform relatiei presiune-temperatura a lui R22, in butelie avem 4 bari (similar la temp de +20°C vom avea 8 bari).
Sa ne uitam in figura de mai sus. Pentru aceeasi deschidere a valvei, cu cat presiunea in butelie este mai mare, cu atat va curge mai mult lichid. In contrast, sa ne uitam in diagrama urmatoare. Pentru aceeasi presiune in butelii, cu cat valva este deschisa mai mult cu atat mai mult lichid va curge.
In concluzie, cu cat valva va fi mai deschisa iar presiunea mai mare, cu atat mai mult lichid va curge. Dar pentru R22, cand lichidul iese din butelie se evapora absorbind caldura. In acest exemplu, R22 absoarbe caldura de care are nevoie pentru evaporare, din mediul inconjurator. Dar cum R22 absoarbe caldura din aer, atunci aerul va deveni mai rece – asa cum ne arata si termometrul -42°C.
Vaporizarea lui R22 face posibila racirea aerului. Cu cat iese mai mult lichid din cilindru absorband caldura din mediul inconjurator, cu atat mai mult se va raci mediul inconjurator. In cele din urma, capacitatea lui R22 de a absorbi caldura depinde de:
− diferenta de presiune dintre R22 si presiunea atmosferica − aria de deschidere a valvei.
Ch.: Asadar ca sa racim aerul, R22 trebuie sa se vaporizeze, si cu cat se vaporizeaza mai mult lichid, aerul inconjurator se va raci mai mult. A.:Asa e, ai inteles situatia foarte bine. As putea spune ca aceasta capacitate de racire, depinde de debitul de lichid dar si de presiunea din butelie si de aria de deschidere a valvei. Tocmai am demonstrat un fenomen foarte important : capacitatea de racire variaza in functie de cantitatea de refrigerant care se evapora. Cu cat este mai mare cantitatea, cu atat mai mare este capacitatea de racire.
CE SE INTAMPLA IN SCHIMBATORUL DE CALDURA?
Inainte sa raspundem la aceasta intrebare sa ne amintim ca: in capitolul de mai sus am vazut un refrigerant R22 care se vaporizeaza la -42°C la presiune atmosferica, absorbind caldura. Prin urmare, R22 este capabil sa absorba caldura de la orice material a carui temperatura este mai mare de -42°C. Asta este minunat, este exact ce ne trebuie pentru a raci alimentele din frigider a caror temperatura este mai mare decat aceasta. Ch.: Da, este exact ce ne trebuie, dar cum ne putem folosi de R22?
Dupa cum am vazut in ultimul capitol, daca presiunea in butelie este mai mare decat cea sf va iesi in stare lichida prin tubul interior.
Sa examinam figura urmatoare.
ult i
stanteaza unele de altele si se evapora imediat absorbind caldura
-42°C: racirea aerului inconjurator de
om spune ca puterea de racire (capacitatea de a absorbi caldura) depinde de
unatatit prin trecerea idului printr-un schimbator de caldura, cum vedem in desenul de mai jos.
cu cea osf
l din mediul inconjurator, dar si din racitor si
va avea o temperatura mai mica de 0°C si se
conectam la schimbatorul de caldura, s
proiectat pentru racirea alimentelor, dar care a acum.
Putem construi primul nostru frigider.
atmo erica, cand deschidem valva, R22
La deschiderea valvei, moleculele de lichid aflate la 8 bari sunt expuse fortelor externe mmai m ci cu valoarea de 0 bari presiune relativa (presiunea atmosferica). Deoarece presiunea exterioara este mai mica in comparatie cu presiunea interna a lichidului de 8 bari, moleculele de R22 se dinecesara din mediul inconjurator. De aceea termometrul plasat la iesirea din butelie aratala +20°C la -42°C este foarte simpla prin evaporarea lui R22. In consecinta vdebitul de lichid R22. Pentru a obtine un schimb termic mai bun, sistemul trebuie imblich
Prin deschiderea partiala a valvei buteliei vom putea regla debitul de refrigerant din racitor. Cum capatul racitorului este deschis, presiunea din schimbatorul de caldura este egala atm erica. R22 trece prin cilindru si iese prin capatul deschis, circuland astfel prin racitor. R22 suporta o scadere in presiune in racitor, astfel se vaporizeaza. Ca urmare a vaporizarii, lichidul are nevoie de caldura care este luata partia
ea
2, o
suportul de cuburi de gheata asezat pe el. Cand punem apa in suportul de cuburitransforma in gheata. Este exact ceea ce dorim. Asadar trebuie doar sa cumparam o butelie de R2lasam a curga prin capatul deschis al racitorului si gata! Cand R22 se evapora la -42°C, racitorul se va raci la o temperatura apropiata de -42°C. In acest punct putem sa ne imaginam un sistemva fi ceva mai sofisticat decat ce am vazut pan
Butelia de R22 este plasata in spatele echipamentului. Printr-un tub se conecteaza butelia la schimbatorul de caldura al carui capat este deschis. Cand R22 se evapora la -42°C la presiune atmosferica, temperatura racitorului devine indeajuns de joasa ca sa putem face cuburi de gheata sau sa racim alimentele depozitate in frigider. Mai stiti si alta denumire pentru schimbatorul de caldura? In schimbatorul de caldura refrigerantul absoarbe caldura si se evapora. Este cunoscut de specialistii in sisteme de racire ca vaporizator. Schimbatorul de caldura unde refrigerantul se evapora absorbind caldura, se numeste vaporizator. Dispozitivul nostru de racire devine destul de interesant in principiu. Oricum are doua mari inconveniente: puteti vedea care sunt acelea? In realitate, un frigider functionand in conditiile de mai sus are doua mari incoveniente:
1.) Refrigerantul pe care il folosim este pierdut in atmosfera. Butelia de R22 se va goli rapid si va trebui inlocuita frecvent. Nu este foarte practic, mai ales ca R22 este foarte scump (si va fi din ce in ce mai scump in viitor).
2.) Prin eliberarea lui R22 in atmosfera vom polua, ceea ce este dezastruos pentru stratul de ozon. Acest strat protejeaza pamantul de razele ultraviolete ale soarelui. R22 se adauga efectului de sera ce provoaca incalzirea globala.
Un astfel de sistem este cu greu acceptat: tu ai cumpara un frigider foarte poluant, care are nevoie sa fie incarcat cu refrigerant scump in fiecare zi? Ch: Ar fi posibil sa recuperam vaporii de R22 de la iesirea din evaporator pentru a nu polua atmosfera? A.: Desigur ca ii putem recupera si vom vedea in capitolul urmator. FENOMENUL DE CONDENSATIE Am vazut ca prin evaporare, R22 isi schimba starea din lichid in gaz, tot ce trebuie sa facem este sa il alimentam cu caldura. De ce nu am putea transforma atunci gazul in lichid? Actiunea inversa este posibila, iar fenomenul este numit condensatie. Inainte de a merge mai departe sa ne amintim ca mediul inconjurator contine vapori de apa. Acesti vapori de apa provin din evaporarea marilor, lacurilor etc..si deasemenea din respiratia noastra. De fapt aerul pe care il inhalam asimileaza apa la trecerea prin sistemul nostru respirator. Pentru a arata asta tineti o pereche de ochelari in fata gurii si expirati puternic. Veti observa
ca lentilele se vor aburi. Notati ca nu putem vedea nici aerul inconjurator si nici vaporii de apa. Sunt gaze care sunt invizibile pentru ochiul liber. Totodata putem demonstra foarte usor prezenta vaporilor de apa in aer, doar sufland asupra unei perechi de ochelari. Ch.: Atunci iarna aburii care ies din gura mea cand expir sunt de fapt vapori de apa. Ai dreptate, vaporii de apa pe care ii expiram devin vizibili cand temperatura mediului inconjurator este indeajuns de scazuta. In acelasi mod aburirea geamului de la masina, a ferestrei de la bucatarie iarna, etc toate sunt fenomene care se supun legilor condensarii. Acest fenomen de aburire (condensatie) are loc atunci cand vaporii de apa intra in contact cu o suprafata rece. De exemplu, in baie cand folositi dusul, vaporii de apa care se ridica se adauga umiditatii mediului inconjurator. Cand moleculele de vapori de apa calzi intra in contact cu un geam sau oglinda, se racesc iar aburirea apare imediat. De fapt, aerul e capabil sa retina o cantitate mai mare sau mai mica de vapori de apa. Comportamentul acesta se aseamana putin cu cel al unui burete a carui capacitate de absorbtie este in functie de cum il presam.
Daca vom pune putina apa pe un burete acesta va fi capabil sa o retina. Daca presam buretele, el va elibera apa, deoarece presarea ii reduce capacitatea de absorbtie. Aerul se comporta la fel ca si buretele, dar capacitatea lui de stocare a vaporilor de apa nu depinde de nici un fel de presare. Depinde doar de temperatura: cu cat aerul este mai cald cu atat mai multi vapori de apa poate retine, cu cat este mai rece cu atat mai putini poate stoca. Atunci, cum apare aburirea cand aerul incarcat cu vapori de apa intra in contact cu o suprafata suficient de rece? Ch.: Este acealasi efect pe care l-am observat pe un pahar de apa rece in mijlocul verii. Este acoperit de umezeala. A.: Da, este adevarat. Notati, ca umezeala de pe exteriorul paharului a lasat fata de masa chiar uda cu toate ca paharul nu are scurgeri. Cum va explicati asta?
Aveti vreo idee? Putem spune ca aerul si vaporii de apa care ii contine sunt raciti in contact cu o suprafata rece. Dar, cu cat aerul este mai rece, cu atat mai putini vapori poate retine: daca il putem raci indeajuns de mult aerul nu va mai retine nici un pic de apa. Pentru a evita explicatiile stiintifice excesive, zicem ca atunci cand temperatura aerului scade foarte mult este ca atunci cand presam buretele foarte tare. Vaporii de apa incep sa se condenseze si sfarsesc pe suprafata sticlei sub forma de aburi, care nu sunt altceva decat un strat foarte fin de apa in stare lichida.
Starea servetelului de masa va poate confirma asta, e chiar umed, cu toate ca paharul nu curge.
Acesti vapori de apa se schimba in “condens” sau “aburi”(care este un lichid) prin simpla racire.
Vedem de fapt un exemplu de schimbare a starii fizice. Un gaz schimbandu-se intr-un lichid. Pentru a clarifica fenomenul un pic mai mult, vom face un experiment. Luati un vas plin cu apa si puneti-l la fiert.
Stim ca dupa ce temperatura atinge 100oC, ea ramane constanta, apa vaporizandu-se prin trecerea de la starea de lichid la starea de vapori.
Acum, daca vom tine o farfurie la distanta de aprox 10-15 cm de vasul cu apa, vom observa ca vaporii de apa se vor condensa pe farfurie. Deasemenea vom observa ca temperatura farfuriei va creste considerabil (aveti grija sa nu va frigeti).
Ce putem spune despre asta? Cum farfuria nu este in contact cu vasul cu apa, nici cu flacara, trebuie sa fie vaporii de apa cei care incalzesc farfuria, pe masura ce se condenseaza.
In ciuda faptului ca acest experiment este foarte simplu de efectuat, el este si foarte important. Ne permite sa demonstram ca, atunci cand vaporii de apa intra in contact cu o sprafata rece, nu numai ca vaporii se condenseaza dar si suprafata rece devine calda.
Trecerea din stare de vapori in stare lichida se numeste condensare.
Ch.: Pentru a vaporiza un lichid, trebuie sa il incalzim. Pentru a condensa vaporii trebuie sa ii racim. Condensatia este opusul evaporarii. A.: Este absolut corect. Dar spune-mi Charlie, ce tip de caldura transmit vaporii farfuriei- sensibila sau latenta? Ch.: Vaporii se condenseaza pe farfurie, asadar este o schimbare a starii fizice. Cred ca este caldura latenta. A.: Corect si este numita caldura latenta a condensatiei. Desigur vom spune caldura latenta de fiecare data cand temperatura ramane constanta in timpul schimbarii starii fizice.
Cand vaporii se condenseaza, cedeaza caldura la o temperatura constanta. Caldura eliberata este cunoscuta ca si caldura latenta de condensare.
Este interesant de retinut: cantitatea de caldura cedata de 1 kg de vapori de apa in timpul condensatiei este egal cu cantitatea de caldura necesara evaporarii a 1 kg de apa.
Fenomenul de condensare este exact opusul fenomenului de evaporare. Sa ne amintim pe scurt:
1. Un lichid absoarbe caldura latenta pentru a se putea vaporiza si a se schimba in gaz: aceasta este evaporarea.
2. Un gaz pierde caldura latenta ca urmare a condensatiei si schimbarii in lichid: aceasta este condensarea.
3. Evaporarea si condensarea sunt schimbari de stare fizica ce ce au loc la temperatura constanta.
Acest fenomen al condensatiei ne poate ajuta sa imbunatatim frigiderul nostru rudimentar descris in paginile de mai sus. Daca vom reusi sa recuperam vaporii de refrigerant care sunt eliberati din evaporator si vom reusi sa-i punem in contact cu o suprafata rece, se vor condensa, schimbandu-se din nou in lichid. Asadar, avem o mare problema: pentru a se condensa vaporii de R22 trebuie sa intre in contact cu un corp mult mai rece, dar in bucatarie sunt +20oC iar gazul din vaporizator are -42oC.
Se pare ca e imposibil sa condensam vaporii de R22, doar daca ii vom incalzi in prealabil.
ROLUL COMPRESORULUI
Sa ne gandim din nou la vechiul nostru prieten schimbatorul de caldura: grila aceea neagra din spatele frigiderului. De fapt acest schimbator de caldura este cald, ceea ce inseamna ca lichidul care trece prin el este deasemenea cald. Functia acestui schimbator de caldura este de a raci gazul de R22 pt a se condensa.
De retinut : schimbatorul de caldura in care se evapora refrigerantul se numeste evaporator. Prin analogie, schimbatorul de caldura in care gazul de R22 se condenseaza se va numi condensator.
Sa ne amintim ca la iesirea din evaporator, gazul de R22 are -42oC. Daca vom trece acesti vapori la -42oC direct in condensator, credeti ca racirea vaporilor va avea loc? Tineti minte: caldura trece de la corpul mai cald la corpul mai rece. In bucataria in care se afla frigiderul sunt +20oC, o temperatura mult superioara temperaturii refrigerantului. In aceste conditii, cum este posibil sa racim vapori de -42oC cu aer de +20oC? Dupa cum stim, pentru a putea sa condensam vaporii, va trebui sa ii racim. Pentru a condensa gazul R22 este esential sa il racim la o temperatura mai joasa de -42oC. Acum in bucatarie sunt +20oC, condensarea pare imposibila. Atunci ce avem de facut? Ar trebui sa racim bucataria sub -42oC (ceea ce este foarte dificil) sau sa incalzim vaporii de R22 la o temperatura de peste +22oC. Ne confruntam acum cu o problema. Trebuie sa incalzim vaporii de R22 care ies din vaporizator la -42oC inainte sa ajunga in condensator.
Ce putem face sa incalzim vaporii? Aveti vreo idee? Inainte sa raspundem la aceasta intrebare si sa ne indreptam in directia corecta, sa facem un nou experiment.
Luati o pompa normala de bicicleta. Folositi prima data pompa fara sa blocati iesirea aerului. Apoi pompati acoperind iesirea cu degetul mare. Ce vom observa? Ch.: Aveti grija, eu aproape m-am ars facand acest experiment. Cu toate ca degetul acopera iesirea aerul reuseste sa scape. Daca presiunea aerului din pompa devine mai mare decat cea exercitata de degetul nostru, aerul poate scapa.
Aici putem face o observatie foarte importanta: temperatura aerului prins inauntru a crescut considerabil.
Pentru a intelege mai bine ce se intampla, sa ne uitam un pic in interiorul pompei de bicicleta. In interiorul pompei se afla un piston care culiseaza in interiorul unui cilindru. Cand iesirea este partial acoperita, creste presiunea in cilindru, ca si temperatura pompei. Cand presiunea care se acumuleaza in interiorul cilindrului devine destul de mare, aerul poate iesi. Acest experiment foarte simplu ne demonstreaza ca atunci cand comprimam un gaz acesta se incalzeste. Acum, problema noastra este cum sa incalzim vaporii de R22 care ies din vaporizator la -42oC, la o temperatura mai mare decat temperatura inconjuratoare. Daca incalzim vaporii de refrigerant in acest fel, vor deveni destul de calzi pentru a permite aerului din bucatarie sa raceasca acesti vapori. Aceasta va permite vaporilor sa se condenseze. Ch.: Iata o solutie pentru problema noastra. Avem nevoie sa incalzim refrigerantul intre iesirea din vaporizator si intrarea in condensator, astfel tot ce avem de facut este sa comprimam vaporii.
Comprimarea gazului duce la cresterea presiunii dar totodata si la cresterea temperaturii. In mod normal, nu vom folosi o pompa de bicicleta pentru frigiderul nostru. Si daca tot veni vorba, stiti care este pompa folosita in sistemele de refrigerare si cum se numeste ea?
Pompa sistemului de refrigerare este situata in spatele frigiderului, chiar sub condensator. Este un fel de cilindru cu cateva tuburi si fire electrice atasate. Aceasta pompa care ne permite sa comprimam refrigerantul in sistem este cunoscuta sub denumirea de compresor. Dispozitivul de comprimare a refrigerantului este numit compresor. Dupa cum putem observa, cand examinam interiorul unei pompe de bicicleta, un compresor standard este echipat cu pistoane si cilindri. Bineinteles, compresorul nu este actionat cu mana ci de un motor electric. Principiul de functionare a acestor compresoare este practic identic cu cel al pompei de bicicleta. Pistonul compresorului se aseamana foarte mult cu o pompa de bicicleta motorizata.
La fel ca si la o pompa de bicicleta, functia fiecarui compresor este de a face vapori, sa-i comprime si sa-i pompeze din nou la o temperatura si presiune inalta. Acum, sa examinam figura de mai jos, care ne arata principiile unui compresor cu piston.
Exista 2 conexiuni la sistemul de refrigerare. La 1 gasim admisia compresorului prin care se atrag vaporii pentru a-i comprima. Dupa comprimare, vaporii sunt pompati in afara la o presiune inalta prin conductele conectate la 2. Presiunea trebuie sa fie intotdeauna mai inalta la nr. 2 decat la nr 1, vorbim despre o presiune joasa (LP) de admisie sau de o parte de absorbtie si de o presiune inalta (HP) la iesire sau la partea de descarcare. La nr. 3 gasim supapa de admisie (care este numita, de asemenea, supapa de joasa presiune) si la nr. 4, iesirea sau supapa de evacuare (supapa de inalta presiune). Aceste supape sunt momentan facute din mici benzi flexibile sau din arc lamelar din otel subtire. Vom vedea in sectiunea urmatoare cum functioneaza. La nr. 5 vei recunoaste pistonul, care aluneca in sus si in jos in cilindru. Pistonul este conectat printr-o tija de legatura - 7 – la un cric excentric -8- Functia intregului ansamblu este de a converti miscarea de rotatie a cricului intr-o transmisie sau o miscare lineara a pistonului: pentru a-l evidentia, pistonul ar trebui sa creasca continuu si apoi sa scada in cilindru asa cum motorul electric intoarce cricul.
Acum vom examina ce se intampla in compresor in timpul loviturii pistonului. Pentru a intelege ce se intampla, vom privi fiecare etapa in mod separat. Figura A - compresorul s-a oprit si pistonul este exact in partea de jos a cilindrului (acest aspect particular, in care pistonul nu se poate misca, se numeste centru mort de jos) Cilindrul – 6 – este plin de vapori la o presiune joasa in dreptul R 22. Figura B - Compresorul este pornit. Apoi cricul incepe sa se roteasca si la randul sau incepe sa functioneze tija de legatura. Aceasta face ca pistonul sa creasca in mod progresiv si in timp ce
pistonul creste, presiunea in cilindru incepe sa descreasca – 6 -. Dar sa examinam supapele de lucru:
Supapele (sau arcul lamelar) sunt facute din benzi subtiri sau din otel flexibil si sunt atasate de o parte si de alta a placii - 9 – situata in partea de sus a cilindrului (este numita supapa placii) Notati faptul ca presiunea joasa si presiunea inalta exercita in mod permanent presiune in partea de sus a respectivelor supape. Vom vedea ca aceste presiuni sunt relativ stabile. In comparatie cu aceasta, presiunea existenta in interiorul cilindrului -6 – este exercitata in partea inferioara a fiecarui ventil. Spre deosebire de presiunea joasa si presiunea inalta, presiunea din interior – 6 – se schimba in mod constant conform pozitiei pistonului. Spre exemplu, cu cat se ridica mai mult pistonul cu atat presiunea din cilindru creste. Sa privim cum presiunea existenta in cilindru afecteaza pozitia ventilului.
Daca presiunea din interiorul cilindrului -6 – devine mai mare decat HP, supapa de inalta presiune se deschide (in realitate cotul arcului lamelar in partea de sus si permite deci la R22 sa iasa din cilindru si se lasa prin conductele de inalta presiune). De notat ca din moment ce presiunea – 6 – este mai mare decat cea de joasa tensiune, valva de admisie ramane inchisa si etansa.
Insa, daca presiunea din cilindru - 6 – devine mai mica decat LP, supapa de joasa presiune se deschide. De notat ca din moment ce presiunea - in 6 – este mult mai mica decat HP, supapa de evacuare ramane inchisa si etansa. In acest mod, ventilul poate fi deschis si/sau inchis intr-o maniera in care este exclusiv dependenta de presiunea care exista in cilindru : supapele sunt controlate de insusi refrigeratorul.
Inainte de a continua, incearca sa intelegi diagrama in care sunt aratate pistoanele in diferite pozitii in timpul miscarii lor in cilindru. De la B la C, cricul continua sa se invarta si pistonul se ridica in continuare in cilindru, in acelasi timp comprima vaporii R22. Presiunea si temperatura gazului in cilindru descreste in mod treptat asa cum pistonul se ridica in cilindru. La C, atunci cand presiunea in cilindru devine chiar mai mare decat HP, supapa de evacuare se deschide si gazul comprimat este expulzat prin conducta de inalta presiune. De notat ca valva de joasa presiune este inchisa si etansa, si se intampla toate astea in acelasi timp. De la C la D, pistonul continua sa expulzeze vaporul de inalta presiune, dar cand ajungem la D, pistonul este exact in partea de sus a cilindrului. Daca pistonul nu poate avansa continuu, presiunea in cilindru se echilibreaza cu HP si cu supapa de evacuare inchisa. De notat ca la centrul de sus, inca exista un spatiu intre piston si supapa placii. Acest gol, numit spatiu mort, este esential pentru a preveni ca pistonul sa loveasca in valva placii. Trebuie notat de asemenea ca in centrul de sus, acest spatiu este inca plin de gaz la presiune inalta. La D, cricul continua sa se roteasca si pistonul incepe sa coboare.
Trebuie sa stii ce se intampla in continuare. La D, pistonul este in centrul de sus, astfel incat nu se poate misca mai sus in cilindru. Amandoua valvele sunt inchise si niste vapori de inalta presiune sunt prinsi in spatiul gol. Cat timp cricul continua sa roteasca pistonul, presiunea incepe sa scada inca o data in cilindru. In acest punct, sa gandim un moment: ce se va intampla cu presiunea in cilindru?
Priveste la diagrama: la nr. 1, o parte din gaz este prins si capturat in spatiu. Cand mutam pistonul in sus la nr 2, presiunea in spatiul inchis scade. Acum, daca aducem pistonul in pozitia initiala ca la nr 1, presiunea din spatiul inchis revine la valoarea initiala. Este exact ceea ce se intampla in cilindrul compresorului nostru: cand pistonul incepe sa se miste in jos, presiunea gazului prinsa in cilindru incepe sa scada. Desigur, cand presiunea din cilindru este cat mai aproape de LP, valva de admisie se deschide, si vaporii de joasa presiune sunt atrasi in cilindru. Supapa de joasa presiune ramane deschisa in timpul intregii coborari a pistonului. La punctul A, din moment ce pistonul nu mai poate cobori, presiunea din cilindru echilibreaza cu LP si se inchide supapa de admisie. In acest punct, cilindrul este complet plin cu vapori de joasa presiune si ne intoarcem la punctul de pornire initial: cricul continua sa se roteasca, pistonul se ridica si compreseaza vaporii de joasa presiune. Este expulzat din nou in partea de inalta presiune. Pe scurt, pentru fiecare intoarcere a cricului, pistonul se misca invers si in fata si expulzat in partea cu presiune inalta. Pentru informarea ta, multe compresoare au o viteza de rotatie de 2800 de ori/min. Aceasta inseamna ca pistonul se ridica si apoi coboara cu un timp de 2800 de ori/min adica 47 de ori/sec. Adica asta inseamna ca supapele Hp si LP se deschid si se inchid de aproape 47 de ori/sec!
ROLUL DISPOZITIVULUI DE EXPANSIUNE
ca aerul este incalzit, asa cum este eliberat din piston
i observa
blocheaza mai mult orificiul de iesire, cu atat mai mult presiunea coboara si temper
ului: cu cat devine mai ridicata iun
rea vaporilor R22 a fost posibila
bientala de +20°C in bucatarie, trebuie sa ridicam temperatura lui R22 la ceva mai mult de
Ai idee cum vom merge mai departe de aici inainte?
tura pentru R22 ne arata ca la +20°C, condensarea are loc la o
In experimentul nostru cu pompa de bicicleta, iti amintesti
, trece degetul mare, care blocheaza partial.
Daca ridici degetul, aerul este comprimat mai putin, iar temperatura scade. Puteti manui apoi pompa cu mica dificultate, ca aerul fiind pompat afara sa fie la presiune joasa. Reciproca este de asemenea adevarata. Cu cat mai mult blochezi priza cu degetul, cu atat mai mult vecresterea temperaturii si aceasta face sa devina din ce in ce mai dificil de manuit pompa. De fapt, cu cat
atura creste. Ch.: Putem spune ca temperatura prizei creste cand presiunea gazului creste. A.: Este adevarat si este exact la fel cu compresorul frigider
tens ea, cu atat mai mare va fi temperatura gazului pompat afara. Iti amintesti ca in capitolul anterior am vazut cum condensadaca temperatura vaporilor a fost mai ridicata decat din bucatarie? Deci cu o temperatura am
+20°C.
Relatia presiune-tempera
presiune de aproximativ 8 bari. Putem concluziona ca pentru condensarea vaporilor R22 plecand la vaporizator de la -42°C cu aerul din jur la +20°C, nu trebuie sa crestem doar temperatura vaporilor mai sus de +20°C, ci si
izat ceea ce face compresorul. Comprimand vaporii, se
terea presiunii si temperaturii care intra in condensator, astfel incat sa le putem condensa
cat iesirea este blocata mai mult, cu atat mai mult
Aerul care iese de la pompa, este foarte fierbinte si poate doar sa devina mai rece.
Deci, cum vom proceda cu sistemul nostru de refrigerare?
sca gazul R22 si pentru a-l condensa, trebuie sa coboram temperatura siunea din condensator.
si mentinut la presiune inalta in condensator din cauza degetului care
tarie, prin urmare va fi capabil sa raceasca vaporii R22 fierbinti si sa-i ita
iza condensatorului, sa instalam, spre exemplu, o supapa are o putem deschide la diferite grade.
presiunea, la ceva mai mult de 8 bar. Este excelent, asa cum este preccreste simultan presiunea si temperatura. Cu cat este mai ridicata presiunea la iesirea din compresor, cu atat mai ridicata va fi temperatura vaporilor R22 si cu atat mai usor vor fi racite si condensate. Problema noastra se reduce la cresusor. Aminteste-ti ca in pompa bicicletei, curezulta o presiune si temperatura mai ridicate. Daca vrem sa se raceasi pre
In acest mod, frigiderul este adus in forma LP, apoi comprimat in compresor si va fi pompat afara la o presiune inaltablocheaza partial iesirea. Din moment ce frigiderul este la HP in condensator, temperatura sa va fi in exces la +20°C. Aerul la +20°C din bucaperm sa fie condensat. Imediat ce vaporii R22 sunt condensati, lichidul R22 va iesi de la condensator. Dar va amintiti ca lichidul R22 e la -42°C presiune atmosferica. Este destul de evident ca, altceva decat degetul trebuie sa fie folosit pentru a bloca partial iesirea din condensator sau vom risca sa ne ardem destul de rau. In loc de degetul nostru pe prpe c
Aceasta supapa permite lichidului de racire sa treaca de la o presiune inalta la o presiune mult mai joasa. Se produce o scadere mare a presiunii. In limbajul folosit de profesionisti, spunem ca un lichid care prezinta o mare scadere a presiunii sufera o expansiune. In opinia voastra cum ar trebui sa denumeasca inginerii frigorifici aceasta supapa? Cu acest aparat care se determina o extindere este natural sa se numeasca “supapa de expansiune”. Aparatul care produce o scadere mare a presiunii se numeste supapa de expansiune/ventil de destindere. Supapa noastra functioneaza ca un dispozitiv de expansiune cu comanda manuala. Un astfel de dispozitiv de extindere este utilizat rar. In zilele noastre, exista numeroase alte tipuri de dispozitive automate complete de extindere. De exemplu, dispozitivul utilizat la un refrigerator nu este o valva? Stii ce se gaseste in frigiderul tau? Oricum s-ar folosi din punct de vedere tehnologic, supapa de extindere este situata undeva de-a lungul tubului care pleaca de la condensator. In intreprinderi mici, echipamentele de masa produse, piata este foarte competitiva si pretul echipamentului este o trasatura esentiala. De aceea, din motive economice, producatorii instaleaza aparate de extindere cu cele mai mici costuri posibil. Sunt facute in mod uzual, dintr-un tun de cupru de diametru foarte mic unde lichidul de racire se scurge cu dificultate. Aceasta il face sa fie la fel de rezistent asa cum degetul nostru mare a facut mai devreme.
Acest tub foarte ingust este denumit “capilar” sau “dispozitiv de extindere capilar”. Trebuie sa fii capabil sa vezi filtrul de la iesirea condensatorului. Rolul sau este de a captura orice impuritati posibile (cum sunt coturile din cupru, biti de materiale abrazive sau de lipire), care pot bloca interiorul foarte fin al dispozitivului de extindere capilar. Alt punct de interes este ca tubul capilar trece prin interiorul conductei de admisie a compresorului. Integritatea punctelor de intrare capilara este asigurata prin lipire la punctul de acces. De notat ca, lichidul de racire curge independent in fiecare din cele 2 tuburi si nici un amestec nu este posibil. Aceasta caracteristica este doar o optiune tehnica luata de producator.
Dar, inainte de a continua cu supapa de extindere capilara, priveste cu atentie la diagrama, si gandeste-te la aceste 2 intrebari: care este starea fizica si presiunea frigiderului.
1. la intrarea in condensator? 2. La intrarea in capilar?
Am vazut in capitolul anterior ca vaporii de joasa presiune sunt tensionati de compresor si dupa ce sunt comprimati in cilindru sunt apoi expulzati si indreptati catre condensator. Putem concluziona ca acesta este un vapor de joasa presiune foarte fierbinte care iese din compresor si intra in condensator. Din moment ce vaporul R22 este mult mai fierbinte decat aerul inconjurator, se condenseaza prin renuntarea la incalzirea aerului din bucatarie. Vom gasi presiune ridicata la lichid R22 la iesirea din condensator si bineinteles la intrarea in capilar. Acum ne putem imbunatati cunostintele despre dispozitivul de extindere capilar. Este adevarat ce se spune ca acesta este un tip al dispozitivului de extindere, ca va veni cel mai adesea in micul nostru sistem refrigerator. Este o tehnologie foarte simpla, actiunea capilarului este aceeasi ca asupra supapei descrisa mai devreme: creaza o rezistenta, sau o opozitie in scurgerea agentului de racire.
In cazul supapei, aceasta rezistenta depinde de cat de mult este deschisa. Daca este aproape inchisa, supapa va permite doar un debit minim. Cand este deschisa la maximum, supapa permite debit maxim. Debitul este o functie a gradului de deschidere, adica a rezistentei supapei la debitul agentului de racire. Spre deosebire de acestea, rezistenta capilarului depinde de lungimea sa. Un capilar lung prevede un grad ridicat al rezistentei debitului agentului de racire la fel ca o supapa aproape inchisa. Daca scurtam capilarul rezistenta sa scade: agentul de racire poate curge cu usurinta, ca atunci cand valva e complet deschisa. Dar observi altceva care poate afecta rezistenta capilarului?
O alta influenta importanta asupra resistentei capilarului este diametrul interior al tubului. Aici, capilarul din fig. 3 are un diametru mai mare decat capilarul descris in fig. 14. Capilarele au aceeasi lungime, curgerea la fig 13 este mai mare decat curgerea de la fig. 14. Astfel, cu cat este mai mic diametrul capilarului tubului, cu atat mai mare este resistenta de trecere a agentului de racire si cu atat mai mica este scurgerea. Pe scurt, resistenta capilarului depinde de lungimea si diametrul sau. O data instalat, dimensiunile capilarului nu se schimba si rezistenta curgerii este fixa.
Ch.: In consecinta, capilarul este ca o supapa intepenita intr-o pozitie definita de producator. A.: Este adevarat, dar sa nu uiti niciodata ca dispozitivul de expansiune a capilarului este o
supapa care este absolut intepenita. Este specificata de producator depinzand de capacitatea de racire, de cantitatea agentului de racire de conditiile de functionare proiectate. Daca oricare dintre aceste valori se schimba, capilarul nu va atinge performantele cerute. Pe scurt, capilarul actioneaza ca o frontiera intre HP si LP, este o piesa foarte importanta a echipamentului. Dispozitivul de extindere este un fel de frontiera intre HP si LP. Fara un dispozitiv de extindere nu poate exista nici o comprimare, nici o incalzire, nici o condensare, nici un lichid refrigerant si nici o evaporare. Daca nu exista dispozitiv de expansiune, nu exista ciclu de refrigerare. Acum stii ca avem lichid de racire care ajunge in interiorul dispozitivului de expansiune, vom incerca sa gasim exact ce stare fizica are agentul racire in exterior. Pentru a intelege mai bine ce se intampla in dispozitivul de extindere, vom experimenta impreuna: a) ia un fixativ si pulverizeaza. Se agita in timp ce se asculta cu atentie zgomotul pe care-l face in interior si apoi incearca sa estimezi temperatura. b)apasa pe capul spray-ului si trimite un jet al produsului in interiorul celeilalte maini. Priveste la ce este in mana ta si asteapta un scurt timp. c) ce senzatie poti simti in palma: cald sau rece? ce concluzie poti trage? In interior exista un amestec de lichid si vapori (poti spune ca se datoreaza zgomotului auzit din interiorul tubului atunci cand l-ai agitat) Atunci cand tii recipientul in mana, poti simti ca exista o temperatura ambientala de +20°C. Sa spunem ca la +20°C, presiunea in interiorul recipientului este de 0.5 bar, spre exemplu.
Atunci, cand apesi pe spray, o cantitate din produs este expulzata din recipient. Aceasta dovedeste ca presiunea din interiorul recipientului este mai mare decat presiunea atmosferica. Mai mult, observi ca produsul este lichid si aceasta trebuie sa fie in partea de jos a recipientului si apoi tubul trebuie sa fie echipat cu un tub de imersie. Ce observi atunci cand pulverizezi o cantitate mica de produs in interiorul palmei: in primul rand poti vedea ca este sub forma de lichid. In acest moment, dupa un timp de asteptare se observa ce se intampla cu lichidul din mana, se observa ca lichidul dispare in mod gradual si simultan simti o senzatie de racire in palma. Ce se intampla? Acesta trece prin mici orificii ale spray-ului, presiunea lichidului scade de la 0.5 bar (in interiorul tubului) la presiunea atmosferica. Care este 0 bar. Dar iti amintesti ca un dispozitiv care creeaza o extindere se numeste dispozitiv de extindere? Capul spray-ului poate actiona ca un mini dispozitiv de extindere. Incepi sa intelegi senzatia de racire pe care ai simtit-o?
Sa ne reamintim: atunci cand R22 la +20°C si 8 bar presiunea, a fost pulverizat din butelie, s-a extins pana a ajuns la o presiune atmosferica (in imprejurimi erau +20°C si 0 bar). Lichidul vaporizat absorbind caldura din aerul inconjurator si din mana ta. Aminteste-ti ca lichidul R22 a fost vaporizat la -42°C si ai riscat o arsura severa.
Asa cum a iesit din aerosolul recipientului, lichidul la +20°C si 0,5 bar, s-a extins pana a ajuns la presiunea atmosferica. Exact cum s-a intamplat cu R 22, din fericire, producatorul a pus lichid in spray-urile lor, faptul ca vaporizase cu mult peste. Oricum, in scopul de a evapora, toate lichidele trebuie sa absoarba caldura de undeva. Din acest motiv simti o senzatie de racire in palma ta, in timp ce lichidul absoarbe gradual caldura in scopul de a o evapora si a o risipi in atmosfera. In aceste 2 exemple, capul spray-ului de la aerosolul recipientului, ca si supapa R 22 a cilindrului, actioneaza ca un dispozitiv de extindere. Pentru a crea o cadere de presiune au cauzat evaporarea lichidului. In sistemul nostru refrigerator, acest rol al dispozitivului de extindere scade la capilar. Stim ca rezistenta capilarului depinde de lungimea si diametrul sau. Presupunand ca lichidul R 22 iese din condensator, ajunge la intrarea in capilar la 14 bar,
aceasta corespunde cu o temperatura de condensare de 40°C asa cum este aratat curba presiune-eratura.
a vaporiza la +20°C: crezi ca va fi suficient pentru refrigerarea produselor noastre n
apoi la 0°C, care deja va parea mult mai satisfacator pentru refrigerarea uselor alimentare.
ce ne trebuie este sa selectam un capilar care genereaza o cadere de presiune e 14 – 1,5 = 12,5 bar.
mentului, producatorul poate m
temperaturii. In adictie, extinderea lichidului are ca efect reducerea presiunii si a temperaturii.
temp
Daca un capilar a fost ales sa creeze o cadere de presiune de 6 bar, lichidul la iesire va fi de 8 bar si se valime tare? Pe de alta parte, daca producatorul a ales un capilar mai lung care creeaza o cadere de presiune de 10 bar, lichidul va fi de 4 bar la iesire. Asa cum a aratat relatia presiune-temperatura, lichidul se va vaporizaprod
De notat ca, daca dispozitivul de expansiune capilara este mai lung, caderea de presiune va fi chiar mai mare si temperatura de evaporare va fi mai mica. Astfel, daca vrem ca lichidul sa se vaporizeze la -20°C tot d In functie de conditiile de functionare cerute si de tipul echipadeter ina caderea de presiune pe care capilarul trebuie sa o genereze. Deci, am vazut cum comprimarea gazului are ca efect cresterea presiunii si acontr
De fapt, extinderea produce exact efectele opuse ale comprimarii: Comprimarea = cresterea temperaturii si a presiunii Extinderea = scaderea presiunii si a temperaturii.
Ch.: Cred ca incep sa vad lucrurile un pic mai clar SA RECAPITULAM
Deja stim cate ceva despre functiile principale ale sistemului de refrigerare. Inainte sa continuam, sa facem o verificare a principalelor reguli pe care ar trebui sa ni le amintim. Daca ai vreun dubiu in legatura cu oricare dintre aceste reguli, revizuieste cel mai apropiat capitol inainte sa continui.
• Poate fi doar un transfer de caldura intre doua corpuri daca amandoua corpurile au temperaturi diferite.
• Caldura curge intotdeauna de la un corp cald la unul rece. • Schimbarea starii de lichid la starea de vapori se numeste vaporizare. • Atunci cand un lichid se vaporizeaza, el absoarbe caldura, dar temperatura sa ramane
constanta.Caldura absorbita de lichid in acest fel se numeste caldura latenta de vaporizare. • Temperatura de evaporare si presiunea de evaporare variaza intotdeauna in aceeasi directie.
Cresc sau scad impreuna. Ele sunt legate. • Schimbatorul de caldura unde agentul de racire vaporizeaza absorbind caldura, se numeste
vaporizator. • Schimbarea starii de vapori in stare lichida de numeste condensare. • Cand vaporii condenseaza, acestia elimina caldura la o temperatura constanta. Caldura care
este oferita se numeste caldura latenta a condensarii. • Schimbatorul de caldura unde condenseaza agentul de racire se numeste condensator. Este
acel schimbator de caldura care ofera caldura. • Comprimarea gazului are ca efect cresterea presiunii si a tempraturii. • Elementul echipamentului care ne permite sa comprimam agentul de racire se numeste
compresor. • Dispozitivul care produce o scadere considerabila a presiunii – schimbul de la HP la LP – se
numeste dispozitiv de expansiune. • Dispozitivul de expansiune este ca o frontiera intre HP si LP. Fara un dispozitiv de
expansiune, nu poate exista nici o comprimare, nici un lichid de racire, nici caldura, nici condensare si nici evaporare. Daca nu exista dispozitiv de expansiune nu exista sistem de refrigerare. A.: Daca intr-adevar vrei sa intelegi ceea ce urmeaza si in particular cum functioneaza un aer
conditionat, astfel incat sa-l poti instala corect si sa faci reparatii simple, este necesar sa intelegi perfect aceste reguli.
Ch.: Bineinteles, imi dau seama ca fara un pic de efort din partea mea, nu voi fi in masura sa fac vreun progres.
Cu riscul de a ma repeta, daca ai vreu dubiu in legatura cu oricare dintre aceste reguli, este mai bine sa recitesti cel mai apropiat capitol inainte de a continua.
CICLUL DE REFRIGERARE
Asa cum indica si numele, in vaporizator se evapora agentul de racire: schimba starea lichida in stare de vapori si absoarbe caldura. Aceasta face ca mancarea sa fie pusa in frigider pentru a fi refrigerata. Pentru a simplifica explicatiile noastre, vom expune vaporizatorul ajutandu-ne de urmatorul desen:
In desen observam intrarea -1 – si iesirea – 2 – din vaporizator. Lichidul de racire curge in tubul refrigerant -3 -.Lamele de metal subtiri – 4 – imbunatatesc schimbul de caldura intre curgerea fluidului in tub si aerul care trece peste vaporizator Deci, stii ce fac exact lamelele? Daca examinezi radiatorul si becul in opozitie, ar trebui sa-ti vina vreo idee. Filamentul becului la 2000°C nu va incalzi, dar un radiator la 60°C o va incalzi in mod adecvat, deoarece isi extinde suprafata in contact cu aerul din jur, aceasta este mult mai mare. Deci, cu cat se mareste suprafata schimbului de caldura, cu atat mai eficient este schimbul de caldura. Asa cum creste zona suprafetei de schimb, lamelele permit un shimb mai eficient de caldura. Rolul lor e foarte important si trebuie tinute mereu curate si in conditii bune. Deci acum intelegi rolul acestor lamele? La iesirea din vaporizator, agentul de racire in stare de vapori la presiune joasa este tensionat de compresor si este comprimat la o presiune inalta. Efectul acestei comprimari este de a creste in mod simultan temperatura si presiunea vaporilor care sunt descarcati catre condensator. Agentul de refrigerare intra in compresor la LP ca un vapor rece, si iese ca un vapor cald. Pentru a face cat mai clare explicatiile noastre, vom prezenta compresorul folosind un desen. Agentul de racire care iese din compresor este mult mai cald decat temperatura ambianta din bucatarie. Este racit in condensator si trece de la stare gazoasa la stare lichida, eliberand caldura. Transferul de caldura se face intotdeauna de la corpul fierbinte la cel rece – de la refrigerator la aerul din bucatarie. Rolul condensatorului este de a facilita acest schimb termic. Pentru a simplifica desenul nostru si pentru a explica mai cu usurinta, vom prezenta condensatorul in figura alaturata.
In acest desen observam intrarea – 1 – si iesirea – 2 – din condensator. Agentul de racire se scurge prin tubulatura refrigerantului, in acelasi timp se face schimbul de la starea gazoasa la starea lichida. Lamelele 4 – faciliteaza schimbul termic dintre frigider si aer, exact ca in vaporizator. Singura diferenta dintre diagrama condensatorului si cea a vaporizatorului consta in terminatiile tubulaturii. Deci, pentru a evita orice confuzie, am desenat condensatorul cu terminatii rectangulare si vaporizatorul cu terminatii circulare.
DISPOZITIVUL DE EXPANSIUNE
Dispozitivul de expansiune conecteaza iesirea din condensator cu intrarea in vaporizator. Acesta desfasoara extinderea lichidului fierbinte la presiune inalta, deci devine lichid fierbinte la presiune joasa. In ciuda dimensiunilor mici, este unul dintre elementele esentiale ale circuitului. Pentru a simplifica acest desen si a face explicatiile cat mai usoare, vom folosi un simbol pentru dispozitivul de extindere descris aici. Dispozitivul de expansiune capilara este compus dint-un singur tub subtire lung de cupru. Agentul de racire poate curge prin el in ambele directii, dar diametru interior si lungimea sunt fixe, altfel cantitatea de agent de racire care intra in vaporizator nu va fi corecta.
A.: Dispozitivul de expansiune, vaporizatorul, compresorul si condensatorul sunt cele 4 elemente indispensabile ale circuitului de refrigerare. Daca lipseste unul dintre aceste elemente sau este defect, sistemul nu va functiona corespunzator.
Este esential sa intelegem rolul, functionarea si reprezentarea grafica a fiecarui element. Ch.: Deci, trebuie sa fiu capabil sa recunosc si sa inteleg functionarea acestor 4 elemente din
desenul sistemului de refrigerare.
CIRCUITUL DE REFRIGERARE Pentru ca acest capitol se apropie de sfarsit, incearca si completeaza schitele de mai jos prin
numirea dispozitivului si directia de scurgere a refrigerantului: pentru frigider
in general
SOLUTIE: 1) intr-un frigider
2) in general
Este foarte important sa fii capabil sa recunosti trasaturile esentiale ale sistemului de refrigerare (directia fluxului de agent frigorific, starea agentului de refrigerare la orice punct – LP, HP, vapori, lichid – si bineinteles functia fiecarui dispozitiv) doar privind o diagrama ca aceasta. Acum vom separa sistemul in 4 piese si poti sa incerci sa plasezi elementele variate oferite la locul corespunzator.
PUNEREA IN FUNCTIUNE
R22 pleaca de la capilar si intra in vaporizator in stare lichida si la o presiune joasa. Temperatura sa este mult mai mica decat cea din interiorul frigiderului.
Cand 2 corpuri sunt la temperaturi diferite, caldura curge intotdeauna de la corpul cald la cel rece. Exista un transfer de caldura intre produsele alimentare si R22. R22 absoarbe caldura de la produse si aceasta caldura cauzeaza evaporarea. De aceea R22 se evapora si simultan raceste interiorul frigiderului. La iesirea din vaporizator, R 22 in stare de vapori si la joasa presiune este absorbit inauntru de compresor. Comprimarea creste in mod simultan presiunea si temperatura vaporilor. Vaporii de R22 la presiune si temperatura inalta intra astfel in condensator. Caldura trece de la corpul mai cald la cel rece si R22 ofera caldura aerului din bucatarie – care este incalzit de aceasta actiune.
Pe masura ce R 22 pierde caldura, se condenseaza (si da inapoi caldura latenta a condensarii) La iesirea din condensator, R 22 este in stare lichida la presiune inalta. Trece apoi prin capilar si este extins la o temperatura si presiune joasa. Revenim acum de unde am plecat. De fiecare data cand finalizeaza circuitul, R 22 trece prin exact aceleasi puncte, in aceeasi stare fizica si cu aceleasi proprietati si nu se consuma niciodata. De aceea unele frigidere pot functiona pentru mai mult de 30 de ani fara nici o intretinere a sistemului lor refrigerator.
CONCLUZIE Un frigider este echipat cu un vaporizator in care agentul de racire absoarbe caldura si o schimba din starea lichida in starea de vapori. In acelasi timp spatiul inchis din interiorul frigiderului se raceste. Caldura absorbita este data de condensator in aerul inconjurator din bucatarie, care are ca efect condensarea agentului de racire/refrigerantului. Circuitul refrigerant pompeaza caldura din interiorul frigiderului si il emite spre exterior.
DE LA FRIGIDER LA AERUL CONDITIONAT
Principalul rol al aerului conditionat este sa mentina o temperatura confortabila in incapere prin contracararea caldurii produsa de oameni, lumina soare, masini. O temperatura placuta inseamna cresterea numarului de clienti in magazine, imbunatatirea productivitatii in birouri. Dar te rog ia aminte ca, daca tu crezi ca aerul conditionat din dormitor este o idee buna, atunci trebuie sa stii ca crescatorii de iepuri folosesc aerul conditionat pentru a imbunatati reproducerea acestora. Rolul aerului conditionat este de a crea conditii confortabile. Ar trebui sa distingem intre ADEVARATUL SI CEL DE PRECIZIE; au 2 procese diferite. Pentru PRECIZIE aerul conditionat include nu doar temperatura ci si alte probleme in ceea ce priveste umiditatea, calitatea aerului (praf, bacterii). In ceea ce ne priveste, vom lasa aceste consideratii ale ADEVARATULUI aer conditionat la o parte ca sa ne putem concentra pe comfort si sistemul traditional de aer conditionat. Scopul nostru este inca acela de a intelege cum functioneaza un aer conditionat, astfel incat sa stim cum sa-l instalam, intretinem si cum sa-i asiguram cele mai bune conditii de intretinere. In ultimul capitol am studiat modul de functionare a frigiderului. Am vazut ca rolul sau este de a atrage caldura in vaporizator. Spre exemplu, daca dorim un aer conditionat in birou, nu am putea folosi un frigider la care sa lasam usa deschisa? In principiu, daca frigiderul este capabil sa faca gheata de ce sa nu-l folosim pentru a mentine o temperatura de +20°C in birou? Sa ne gandim un moment: daca temperatura din birou este de +25°C in momentul in care deschidem usa frigiderului, care va fi temperatura in incapere dupa o ora? Gandeste-te la asta un moment inainte de a continua, daca doresti. Cand deschidem usa frigiderului, ceva din caldura din birou va fi atrasa de vaporizator: aerul din fata frigiderului va fi racit. Apoi, caldura atrasa de vaporizator va fi tansportata prin intermediul compresorului spre condensator: asa cum dispozitivul descarca caldura, aerul din spatele frigiderului se va incalzi.
Prin urmare, aerul este racit in fata frigiderului, dar incalzit in spatele lui: caldura absorbita de vaporizator este de fapt descarcata toata de catre condensator. Aceste doua dispozitive fiind situate in aceeasi zona, efectele lor vor echilibra si temperatura din birou nu va scadea deloc. Mai mult, daca pui mana pe compresor, vei observa ca este foarte fierbinte, mai ales in partea de jos, deoarece toate motoarele se incalzesc cand sunt in functiune. Deci, asa cum motorul compresorului se incalzeste si apoi elibereaza caldura, nu numai ca biroul nu se va racori, din contra, temperatura va creste. Caldura descarcata in birou este egala cu suma caldurii atrase in vaporizator si caldura produsa de compresor. Prin urmare, un circuit de refrigerare descarca mai multa caldura la condensator decat e atrasa de vaporizator. Deci, daca deschidem usa frigiderului intr-un birou cu aer conditionat temperatura din incapere nu va scadea deloc; din contra, temperatura din birou va creste.
Ch.: Dar daca amplasam compresorul si condensatorul in afara camerei? De ce nu? Ce se va intampla?
Caldura absorbita de vaporizator va fi descarcata in afara de condensator: pare sa functioneze! Biroul se va racori, dar din nefericire temperatura va scadea foarte putin. Capacitatea de refrigerare a unui frigider este foarte mica si va raci aerul doar intr-o incapere
foarte mica. De asemenea trebuie sa facem o gaura enorma in perete pentru frigider pentru a se potrivi. Este greu de pus in practica. In cele din urma, astfel cum vaporizatorul frigiderului este mai jos de 0°C, vaporizatorul va fi permanent cu gheata. Sa inlocuim frigiderul nostru cu o unitate de aer conditionat: Ciclul de refrigerare inca functioneaza exact la fel, dar tehnologia frigiderului a fost imbunatatita si adaptata. Vom studia detaliile acestei tehnologii un pic mai mult.
Ch.: Este doar tehnologia frigiderului care nu se aplica aerului conditionat? Toate celelalte lucruri pe care le-am invatat despre circuitul de racire sunt inca valabile?
A.: Bineinteles ca sunt. Am folosit frigiderul pentru a ne ajuta sa intelegem cum functioneaza sistemul de racire. Acum putem aplica aceste principii la o unitate de aer conditionat.
