Programa de trabajo, directrices y
tareas de prueba
para estudiantes de 2do año (abr.) de especialidades:
27.12 – tecnología de producto Abastecimiento
35.11 - comercialización y examen de mercancías.
(formularios de correspondencia y de formación - Facultad de "Gestión Tecnológica"
y formas de educación nocturna - Facultad "Tarde")
www.msta.ru
Moscú - 2002
1. Propósito y objetivos de la disciplina
Introducir a los estudiantes a por métodos físicos obtención de bajas temperaturas; refrigeración; ciclo; principales refrigerantes y refrigerantes, diseños de máquinas frigoríficas, tipos de frigoríficos.
Familiarizarse con los métodos de procesamiento frigorífico de materias primas y productos alimentarios con los conceptos básicos de transferencia de calor y masa durante varios tipos procesamiento de refrigeración; con procesos que tienen lugar en productos de origen vegetal y animal cuando su temperatura disminuye, así como durante el almacenamiento.
Enseñe a los estudiantes a determinar las dimensiones de las cámaras frigoríficas, calcular los flujos de calor, construir un ciclo y seleccionar una máquina frigorífica para diversas condiciones tecnológicas.
El estudiante debe adquirir habilidades en el cálculo de la duración del tratamiento frigorífico y la temperatura final del producto, ser capaz de seleccionar un método de tratamiento frigorífico adecuado y una máquina de refrigeración eficaz.
| Especialidad | Bien | forma de entrenamiento | General | Audi. | Total | Lek. | Laboratorio. | Prak. | Ser esclavo. | Zach. | Ex. | Encimera. esclavo. | Bien. esclavo. |
| 06.16 | 2abbr | en ausencia | - | - | - | - | |||||||
| 35.11.00 | 2abbr | Noche | - | - | - | - | - |
Horarios según el cronograma académico.
3. Plan temático de conferencias.
| No. | Nombre de las conferencias | Abreviatura de correspondencia (horas) | Tarde (horas) |
| Principios termodinámicos de obtención de bajas temperaturas, ciclos de refrigeración. Refrigerantes. | |||
| Tipos de frigoríficos. Tipos de flujo de calor hacia las cámaras. Equipos tecnológicos de refrigeración. | |||
| Propiedades básicas de los productos alimenticios. Métodos de conservación de materias primas y productos alimenticios. | |||
| Enfriamiento, congelación, congelación de productos alimenticios. | |||
| Almacenamiento en frio. Calentamiento y descongelación. |
4. Plan temático Clases prácticas(trabajador de laboratorio)
Literatura básica
Literatura adicional
Programa de trabajo
Tecnología de refrigeración
7.1.1. maquinas frigorificas
Métodos para obtener bajas temperaturas: transiciones de fase, estrangulamiento, expansión adiabática, efecto vórtice, enfriamiento termoeléctrico. Segunda ley de la termodinámica. Diagramas termodinámicos T-S Y yo - lgp. Ciclo de Carnot. Representación de un proceso circular inverso en diagramas termodinámicos.
Refrigerantes, refrigerantes y sus propiedades. Áreas de uso. Ciclo de una máquina frigorífica de una sola etapa. Determinación de las principales características del ciclo. Coeficiente de rendimiento
Los principales elementos de las máquinas frigoríficas: compresores, condensadores, evaporadores, dispositivos de estrangulación. Su finalidad, principios de clasificación y selección.
La influencia de los modos de funcionamiento de una máquina frigorífica sobre su capacidad de refrigeración, potencia y coeficiente de rendimiento. Montaje de máquinas frigoríficas.
7.1.2 Unidades de refrigeración
Tipos de frigoríficos. Disposición del frigorífico. Cálculo área requerida Cámaras frigoríficas según la capacidad requerida y tipo de carga.
Estructuras de cerramiento de plantas frigoríficas. Calor y materiales impermeabilizantes. Cálculo del espesor del aislamiento térmico de las estructuras de cerramiento de la cámara frigorífica. Moderno Decisiones constructivas en el campo de la construcción de empresas de refrigeración.
Tipos de calor que entran en una cámara refrigerada. Su cálculo.
Métodos de enfriamiento de cámaras frigoríficas: directo, utilizando refrigerante. Esquema unidades de refrigeración: sin bomba y con bomba de circulación. Ventajas y desventajas. Esquemas de unidades de refrigeración que funcionan con freones.
Principios de automatización de máquinas e instalaciones frigoríficas.
Conceptos básicos del funcionamiento de unidades de refrigeración. Modo de funcionamiento óptimo, requisitos básicos y condiciones de mantenimiento.
Almacenamiento en frio
Condiciones para el almacenamiento de alimentos en frigoríficos. Cambios en los productos durante el almacenamiento. Pérdida de productos y medidas para reducirla. Formación y función de las capas protectoras. Envasar productos y colocarlos en los compartimentos frigoríficos. Métodos para enfriar cámaras de almacenamiento y colocar dispositivos de enfriamiento en ellas.
Plazos almacenamiento en frio productos alimenticios. Características de la tecnología de almacenamiento de alimentos. Almacenamiento de productos en un ambiente de gas controlado.
7.2.7. Calentar y descongelar
Calentar alimentos refrigerados es una técnica para este proceso. Descongelar alimentos y la importancia de este proceso. Distribución de humedad en el producto durante la descongelación. Métodos de descongelación en aire (lento y rápido), en ambiente vapor-aire, en ambiente líquido (agua y salmuera), con corrientes de frecuencia industrial. Evaluación comparativa de varias maneras antihielo. Modos de descongelación.
Prueba
Al cursar la asignatura, el alumno deberá realizar una prueba que consta de dos tareas:
1. "Construcción y cálculo ciclo de refrigeración» según las condiciones especificadas.
2. "Cálculo de temperatura en el centro termal. mi producto refrigerado" de un tipo determinado.
Seleccionar una opción para realizar trabajo de prueba basado en el número de estudiante indicado en el libro de calificaciones. Si el cifrado tiene cuatro dígitos, el primer dígito no se tiene en cuenta. Si el cifrado tiene dos o un dígito, se agregan ceros antes del dígito para obtener un dígito de tres dígitos.
Utilizando la tabla Apéndice 1, se seleccionan los datos para la tarea No. 1. Utilizando la tabla del Apéndice 2, se seleccionan los datos para la tarea No. 2.
Por ejemplo: para el cifrado 057, la selección de datos será:
Tarea 1: tkam= -10°C; tvd1= 20°C; qo= 80 kilovatios; refrigerante – R717;
Tarea número 2: producto - carne de cerdo; modelo físico - cilindro; tamaño característico - 2R= 0,03m; duración del enfriamiento -- τ =50min.; temperatura inicial del producto -- tn=14°C; temperatura refrescante -- ts= 1ºC; tipo de medio de enfriamiento: aire.
Al realizar la prueba deberás:
Redactar el texto con cuidado, sin abreviaturas;
Todos los cálculos deben realizarse en el sistema SI;
Todas las páginas deben estar numeradas, al final del texto indicar la fecha de finalización y firmar el trabajo;
No reescriba el texto de instrucciones metodológicas y fuentes literarias;
Proporcione una lista de referencias utilizadas.
Tabla de principales parámetros de puntos característicos del ciclo.
Según los datos de la tabla, se determina lo siguiente:
1. Capacidad frigorífica masiva específica:
q0 = i1"-i4 , kJ/kg.
2. Trabajo específico de compresión del refrigerante en el compresor:
yo= i2-i1", kJ/kg.
3. Calor especifico, retirado del refrigerante en el condensador:
qк = i2 + i3", kJ/kg.
4. Ecuación del balance de calor:
qk = q0+yo , kJ/kg.
5. Coeficiente de rendimiento del ciclo teórico:
e = qо / l, kg/s
6. Rendimiento de masa del compresor, es decir, la masa de refrigerante que circula por el compresor en 1 segundo:
Ma = Q0 / q0, kg/s.
7. Capacidad frigorífica volumétrica específica del compresor:
q v = q0 / v1" , kJ/m³.
8. La capacidad volumétrica real del compresor, es decir, el volumen de vapor tomado por el compresor del evaporador:
V re = METRO A V1"=q 0 /q v, m³/s.
9. Volumen descrito por los pistones del compresor:
Vh=v d/ λ, kg/s,
Dónde λ – coeficiente de suministro del compresor (pérdidas de volumen en el compresor), depende del modo de funcionamiento, tipo de refrigerante, diseño del compresor y se calcula:
λ = λi λw.
Aquí λi– coeficiente indicador volumétrico, teniendo en cuenta las pérdidas volumétricas en el compresor debido a la presencia de espacios muertos y resistencias en las válvulas:
λi = 1 –Con p A /PAG 0 – 1),
Dónde Con - Espacio muerto relativo en el compresor:
Para amoníaco c = 0,04…0,05;
para freón c = 0,03…0,04.
λw– coeficiente de calentamiento, teniendo en cuenta las pérdidas volumétricas por calentar el refrigerante en el cilindro del compresor.
λw = t 0 /T k = ( 273 +t 0)/ ( 273 + t A ).
10. Potencia teórica consumida por el compresor para la compresión adiabática del refrigerante:
norte t =M A yo, kilovatios.
11. Potencia indicada consumida en el proceso de trabajo real para comprimir el refrigerante en el cilindro del compresor:
norte yo = norte t / ηi, kilovatios ,
donde ηi es el indicador de eficiencia, teniendo en cuenta las pérdidas de energía por el intercambio de calor en el cilindro y por la resistencia en las válvulas durante la succión y descarga:
ηi = λw+ b · t Oh,
Para amoníaco segundo = 0,001;
para freón segundo = 0,0025.
12. Potencia efectiva: potencia sobre el eje del compresor teniendo en cuenta las pérdidas mecánicas (fricción, etc.):
Ne = Ni / ηmec , kilovatios,
Dónde η mech = 0,7…0,9 – eficiencia mecánica.
13. Potencia del eje del motor:
Nel = Ne / ηel , kilovatios,
Dónde ηel= 0,8…0,9 - coeficiente de rendimiento (eficiencia) del motor eléctrico.
Tabla de selección de datos iniciales para la tarea No. 1.
Apéndice 2
Datos iniciales para la tarea No. 2
| números cifrados | dígito cifrado | ||||||
| Último | Segundo | Primero | |||||
| Producto * | Duración del enfriamiento, τ, min | Temperatura inicial del producto, tн, °C | Temperatura ambiente, ts, °C | Tipo de medio refrigerante | |||
| Vista | Modelo físico | Tamaño característico ** 2R, metro | |||||
| Carne de res | Lámina | 0,04 | Aire | ||||
| Pez | Cilindro | 0,05 | Aire | ||||
| Manzana | Esfera | 0,06 | Aire | ||||
| Cerdo | Lámina | 0,05 | Agua | ||||
| Tomate | Esfera | 0,06 | solución de CaCl2 | ||||
| Fresa | Esfera | 0,03 | Aire | ||||
| Zanahoria | Cilindro | 0,04 | Aire | ||||
| Cerdo | Cilindro | 0,03 | solución de CaCl2 | ||||
| Papa | Lámina | 0,04 | Agua | ||||
| Pájaro | Lámina | 0,04 | solución de CaCl2 |
Notas:* - se supone que el producto no tiene embalaje, independientemente de las propiedades (tipo) del medio refrigerante;
** - valor de tamaño característico ( 2R) corresponde a su espesor total para una placa y a su diámetro para un cilindro y una esfera.
Solicitud 3
REFRIGERACIÓN Y TECNOLOGÍA
Ministerio de Educación y Ciencia de Ucrania
ACADEMIA NACIONAL DE TECNOLOGÍAS ALIMENTARIAS DE ODESSA
Departamento de Ingeniería de Calor y Refrigeración
Notas de lectura
"Equipo de refrigeración"
para estudiantes de dirección profesional 7.090221
Formas de educación a tiempo completo y a tiempo parcial.
Aprobado
consejo de especialidad
7.090221
Odesa ONAPT 2008
Apuntes del curso “Equipos de refrigeración” para licenciados en especialidad 7.090221 cursos de tiempo completo y tiempo parcial / Compilado por S.F. Gorykin, A.S. Títlov. – Odesa: ONAPT, 2008. – 188 p.
Compilado por S.F. Gorykin, Ph.D. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado
COMO. Titlov, Ph.D. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado
Revisor: Profesor, Departamento de Ecología, Academia Nacional de Tecnologías Alimentarias de Odessa, Doctor en Ingeniería. Ciencias Geller V.Z.
Responsable de la liberación S.F. Gorykin, Ph.D. tecnología. Ciencias, Profesor Asociado
Introducción
Los equipos de refrigeración son un conjunto de medios técnicos interconectados diseñados para la creación, distribución y uso de frío artificial. En este caso, es necesario distinguir entre sistemas de refrigeración y equipos tecnológicos de refrigeración.
El primero de ellos es un conjunto de equipos frigoríficos (uno o varios compresores, condensadores, evaporadores de varios tipos, receptores, etc.), por los que circula un refrigerante que produce directamente frío artificial. Estos complejos se denominan máquinas de refrigeración. De varias máquinas de refrigeración fundamentalmente diferentes, la industria alimentaria utiliza exclusivamente máquinas de refrigeración por compresión de vapor.
El segundo está destinado al enfriamiento, congelación y almacenamiento refrigerado de productos alimenticios perecederos (PPF). Se llama equipo tecnológico de refrigeración.
Según la naturaleza del impacto sobre la seguridad alimentaria de los productos, se hace una distinción entre equipos de refrigeración para enfriar y congelar productos. El enfriamiento (una disminución de la temperatura no inferior a la temperatura crioscópica) generalmente se realiza en cámaras de enfriamiento (excepto para el SPP líquido). La congelación (bajar la temperatura significativamente por debajo de la crioscópica) se puede realizar en cámaras de congelación (congeladores de cámara) o en dispositivos especiales– congeladores rápidos.
Los equipos de refrigeración comercial y los equipos de refrigeración domésticos están sujetos a consideración por separado.
Estas conferencias en ningún caso deben ser consideradas por los estudiantes como la única fuente de información. En él, los autores solo sistematizaron el material de varios libros de texto y trataron, si fue posible, de acercarlo a las características específicas de nuestra Academia Nacional de Tecnología Alimentaria de Odessa (ONAFT).
El Apéndice, además de los materiales de referencia necesarios para el cálculo y selección de equipos de refrigeración, incluye una lista de temas para trabajo independiente y preguntas utilizadas para las pruebas.
Al final hay una lista de literatura disponible en la biblioteca de ONAPT, que los estudiantes pueden necesitar al estudiar el curso, completar una tarea de cálculo y gráfica (CGT), tareas para trabajo independiente y completar con exito módulos.
Tema 1. Aplicaciones y principios físicos de la obtención de bajas temperaturas.
1.1. Áreas de aplicación de la refrigeración artificial.
El frío artificial (máquina) se utiliza ampliamente en la economía nacional. Con su ayuda, resultó posible regular de forma muy sencilla y eficaz la velocidad de diversos procesos químicos y favorecer su curso más favorable.
EN Industria de alimentos El frío artificial se utiliza principalmente como excelente conservante para el SPP. ¿Cuál es la base del efecto del frío sobre el SPP? Sobre dos factores.
En primer lugar, en condiciones de bajas temperaturas, la velocidad de las reacciones químicas de degradación de nutrientes valiosos en los SPP se ralentiza y, por tanto, se ralentiza su "deterioro bioquímico".
En segundo lugar, las bajas temperaturas ralentizan (y en ocasiones incluso detienen) la actividad vital de los microorganismos, es decir, prevenir el deterioro “microbiano” de las SPP.
Desde que la humanidad se dio cuenta de que el almacenamiento en frío de SPP es la forma más manera efectiva preservando sus altas cualidades nutricionales (y esto es a finales del siglo pasado, principios de este siglo), en todos los países industrializados comenzó la construcción intensiva de empresas especializadas: refrigeradores, diseñados para la acumulación a gran escala y el almacenamiento a largo plazo de Reservas del SPP.
Los productos en las cámaras de dichos refrigeradores se pueden almacenar refrigerados o congelados. El enfriamiento SPP es una disminución de la temperatura no inferior a crioscópica (habitualmente hasta 0...4 С). La congelación es una disminución más significativa de la temperatura, significativamente menor que la crioscópica (actualmente menos 18... menos 25С).
Sin embargo, es erróneo pensar que el frío artificial en la industria alimentaria se utiliza únicamente para aumentar la vida útil de los productos alimenticios. Actualmente el frío es un poderoso factor de impacto tecnológico en las SPP. Se sabe que con la ayuda del frío artificial es posible, por ejemplo, "clarificar" con éxito jugos y vinos, realizar una "maduración" de alta calidad de carnes y quesos, secar cereales, pelar granos de trigo sarraceno, etc.
Un gran consumidor de frío artificial es industria química. En diversas etapas de los procesos tecnológicos para la producción de ácido nítrico, síntesis de amoníaco, etileno, producción de caucho, fibras quimicas El frío artificial se utiliza mucho. En muchos reactores químicos, el control de velocidad reacción química realizado mediante frío artificial. EN aceite Y gas En la industria, el frío se utiliza para la purificación, separación y licuefacción de diversos componentes y fracciones. Existen instalaciones de producción especializadas para purificar aceites lubricantes a partir de parafinas, separar xilenos, licuar y purificar gases. EN metalurgia Y Ingeniería Mecánica el frío artificial se utiliza para el endurecimiento y envejecimiento de metales y aleaciones a baja temperatura, procesamiento de metales de ultraprecisión y doblado de tuberías; construcción tecnología: para combatir las aguas subterráneas, mejorar la estructura del hormigón; medicamento– para almacenar sangre y crear un banco de órganos para trasplantes. EN últimos años se está desarrollando rápidamente criocirugía. La Academia Estatal de Refrigeración de Odessa (OSAKh) ha creado crioinstrumentos únicos, incluidos los de microcirugía ocular y cerebral. La ventaja indudable de la criocirugía es una lucha más exitosa contra las hemorragias internas y las roturas.
Mención especial merece aire acondicionado. Sistemas de confort diseñado para crear condiciones cómodas para las personas en viviendas y edificios públicos. En estas instalaciones funcionan decenas de millones de máquinas de refrigeración, autónomas y centralizadas, especialmente en países con climas cálidos. Sin embargo, hoy en día, cada vez más, en la construcción de edificios residenciales y públicos en los países industrializados se utilizan sistemas de aire acondicionado durante todo el año, cuando la misma máquina de refrigeración se utiliza en verano para enfriar el aire interior y en invierno para calentarlo. (en modo bomba de calor).
Además del confort, hay aire acondicionado tecnológico. Dichos sistemas proporcionan condiciones climáticas óptimas para un proceso tecnológico particular. Hasta hace poco, todos los centros de cómputo estaban equipados con potentes aires acondicionados, porque... Las computadoras, especialmente las de tubo, no podrían funcionar sin una intensa eliminación de calor de la habitación. En la planta de ingeniería de precisión de Odessa, los grandes talleres están equipados desde hace mucho tiempo con aires acondicionados que mantienen una temperatura de 190,5C en todo el taller. Esto se hace para eliminar la influencia de las fluctuaciones de la temperatura ambiente en la precisión del procesamiento de las piezas.
También observamos que, por regla general, todas las instalaciones culturales y deportivas, el transporte de pasajeros y mercancías, los vehículos de gran capacidad y las grúas están equipados con sistemas de aire acondicionado.
Existen otros usos del frío artificial.
Curso de conferencias sobre fundamentos teóricos tecnología de refrigeración
Conferencia 1
TNT para el suministro de alimentos
La cadena de frío continua (CCC) garantiza la reducción de pérdidas y la preservación de la calidad del producto con:
colección (producción)
Procesando
transporte
almacenamiento y venta.
Tecnología de refrigeración en las industrias química, petroquímica, gasista y metalúrgica.
Producción de crioproductos O 2 , N 2 , He, Ar, Kr.
Sistemas de climatización (SAC) de confort y tecnológicos
SCR nuclear – apartamentos, cabañas
VCS centralizado – edificios públicos e industriales
transportar divisas fuertes: automóviles, trenes, aviones, barcos.
bombas de calor
plantas de licuefacción
sistemas de refrigeración para materiales superconductores
criosistemas
crioinstrumentos
unidades de conservación de sangre a baja temperatura
criobancos
criogranuladores
purificación de corrientes de gas
limpieza del aire
captura
extracción
Limpieza de desagües
desecho
estera térmica de elementos del sistema de misiles
producción de oxígeno e hidrógeno licuados.
repostaje de cohetes
Secciones
información general
Conceptos básicos físicos TNT (procesos físicos de obtención de bajas temperaturas)
Fundamentos termodinámicos de máquinas frigoríficas (métodos para analizar la eficiencia de procesos y ciclos)
Sustancias de trabajo de máquinas de refrigeración.
Ciclos y diagramas de máquinas de refrigeración a vapor.
Ciclos y diagramas de máquinas frigoríficas a gas.
Las bajas temperaturas son temperaturas por debajo de la temperatura ambiente.
Medio ambiente: aire atmosférico, cuerpos de agua, suelo.
La temperatura se asigna a la escala de grados Celsius (o C) y a la escala Kelvin (K)
La temperatura del cero absoluto en la escala Celsius es (-273,16 o C)
Toda la escala Kelvin se basa en puntos de referencia individuales: 273 K es la temperatura del punto triple del agua; 373K es el punto de ebullición del agua; de 0 a 273 - también tiene puntos de referencia, que se caracterizan por transformaciones de fase de diversas sustancias.
Los instrumentos que miden la temperatura se calibran utilizando estos puntos de referencia.
TNT se divide convencionalmente en:
tecnología criogénica (frío profundo)
refrigeración (frío moderado)
La principal tarea del frío profundo es licuar gases; separación de gases licuados para producir productos criogénicos (oxígeno, nitrógeno, etc.); Tecnologías para el uso de crioproductos.
El aire se compone de:
El punto de ebullición normal es el punto de ebullición a presión atmosférica.
| gas | punto de ebullición normal |
|
| A | 0ºC |
|
| O2 | 90,36 | -182,8 |
| norte 2 | 77,36 | -195,8 |
| aire | 81,16 | -192,0 |
| H2 | 20,46 | -252,7 |
| Él | 4,26 | -268,9 |
Uso práctico crioproductos obtenidos como resultado de la separación del aire:
Oxígeno-O 2 . Se utiliza para soldar metales, para purgar altos hornos y hornos Martynov (metalurgia). En química, para producir gasolina sintética. En el complejo espacial y de cohetes, como oxidante en motores de cohetes. En medicina respiratoria (principalmente).
Nitrógeno-N 2. Portador de energía (refrigerante para congelar y almacenar alimentos y materiales biológicos). En ingeniería mecánica, como medio neutro durante la soldadura. En química, como materia prima para la producción. fertilizantes minerales a base de amoníaco. En medicina, para enfriar crioinstrumentos.
Hidrógeno-H2. Su producción a partir de agua o de hidrocarburos (metano-CH 4) es un proceso no criogénico. El hidrógeno licuado se utiliza como combustible para motores respetuoso con el medio ambiente. También se utiliza para producir agua pesada utilizada en la tecnología nuclear.
El gas natural es una mezcla de:
| metano CH4, | t s = -161 o C |
| Etano C2H6 | t s = -9 o C |
| Propano C 3 H 8 | t s = -42 o C |
| Butano C4H10 | t s = -12 o C |
Al separar el gas, se separan fracciones pesadas, empezando por el propano y superiores, que pueden condensarse a presión atmosférica.
Las fracciones ligeras se utilizan en industria química, y también se queman. La principal forma de obtener temperaturas criogénicas, incluso para la separación de mezclas de gases, es expandiendo un gas precomprimido al nivel de presión requerido en estranguladores o máquinas de expansión (expansores).
Las plantas de separación de aire y gas son sistemas complejos, incluidos compresores, expansores e intercambiadores de calor regenerativos.
Crioequipo industrial en producción única a pequeña escala.
^ El principal método para obtener temperaturas de frío moderado.
Un sistema que realiza un ciclo termodinámico cerrado se denomina máquina frigorífica.
maquina de refrigeracion(ХМ) es una máquina diseñada para transferir calor de un medio de baja temperatura, con el fin de enfriarlo, a un medio de mayor temperatura debido al suministro de energía de fuente externa.
El ciclo termodinámico de CM consta de los siguientes procesos secuenciales:
Evaporación (ebullición) o calentamiento de un refrigerante a baja temperatura y baja presión.
Aumentar la presión (compresión) de un vapor o refrigerante gaseoso.
Condensación o enfriamiento del refrigerante a más de alta temperatura, mayor será la presión.
Presión reducida (expansión) del refrigerante.
Según el área de aplicación, CM se suele dividir en:
industrial
comercio
familiar
Capacidad de refrigeración XM
Se denomina Q 0 y se mide en kW.
Los HM industriales se fabrican con capacidad frigorífica
Q 0 =100…15000kW
Operar con XM
Q0 =1,0…500 kW
Frío doméstico
Q0 =0,1…5,0 kW
La producción cuantitativa se caracteriza por el hecho de que las pequeñas sustancias químicas se producen en millones de piezas al año (las sustancias químicas domésticas en el mundo producen 90.000.000 de piezas al año). Las máquinas grandes, a partir de 1.000 kW, se fabrican en cantidades de varios centenares.
Demanda aproximada en Rusia, diversas capacidades y finalidades de refrigeración.
| Q 0 , kW | piezas/año | Aplicación principal |
| 0,1 | 4∙10 6 | Frío doméstico |
| 1,0 | 4∙10 5 | Comercio frío |
| 10,0 | 4∙10 4 | |
| 100,0 | 4∙10 3 | |
| 1000,0 | 4∙10 2 | Frío industrial |
| 10000,0 | 40 |
II Fundamentos físicos de la tecnología de baja temperatura.
Definición
Enfriamiento artificial: bajar la temperatura de un objeto por debajo de la temperatura ambiente.
El frío artificial es calor cuyo nivel de temperatura es inferior a la temperatura ambiente.
El enfriamiento natural es el uso de la temperatura ambiente para enfriar varios procesos si la temperatura es lo suficientemente baja. Esto incluye:
usando frio aire atmosférico V horario de invierno del año
Aprovechar el frío del agua helada acumulada en invierno, etc.
Clasificación general de máquinas frigoríficas.
usando calor
^ Fuentes de calor
Para cualquier motor térmico (HM, en el que se realiza un ciclo termodinámico inverso, o un ciclo energético, en el que se realiza un ciclo termodinámico directo), se requieren dos fuentes de calor: una fuente de calor de baja temperatura (LHT) y una fuente de calor de alta temperatura (HHT). Cada una de estas fuentes puede transferir calor al sistema o recibir (recibir) calor del sistema, es decir, ser un disipador de calor. El entorno (OS) puede desempeñar el papel de INT e IVT. Puede ser una fuente de calor y un disipador de calor.
Un sistema termodinámico es un conjunto de cuerpos que interactúan entre sí y con el medio ambiente. Éste, o parte de él, está separado del entorno por una superficie de control con una permeabilidad determinada.
CM es un sistema termodinámico que interactúa con el medio ambiente, las formas características de interacción son térmica y mecánica.
Los procesos termodinámicos y los ciclos químicos se llevan a cabo utilizando una sustancia de trabajo: un refrigerante (RA).
El estado de un sistema termodinámico se caracteriza por los parámetros del estado de la sustancia de trabajo.
Los parámetros de estado son Cantidades fisicas:
"" – parámetros térmicos del estado.
“entalpía, J; energía interna U, J; entropía S» – parámetros del estado calórico.
El más ampliamente usado: , ; tú, ; s, .
Un proceso termodinámico es un proceso en el que al menos uno de los parámetros de estado cambia.
Un ciclo termodinámico es un conjunto de procesos termodinámicos secuenciales, como resultado de los cuales el sistema vuelve a su estado original en todos los aspectos.
Las ecuaciones básicas para el cálculo y análisis de procesos y ciclos termodinámicos se derivan de la primera y segunda leyes de la termodinámica.
^ Primera ley de la termodinámica
La cantidad de calor suministrada al sistema a través de la superficie de control es igual al cambio en la energía interna y al trabajo realizado por el sistema contra Fuerzas externas.
(1), PdV = Labs
D = dU + d(PV) (2)
D 
(PV) = PdV + VdP
; VdP = L tecnología.
L técnico - este es el trabajo empleado en comprimir y mover la sustancia de trabajo.
Pregunta 1-2 = (2 - 1)-
Isoentrópico Q = 0,
Isobárico p = constante, Q 1-2 = 2 - 1
^ Segunda ley de la termodinámica
El calor no puede transferirse espontáneamente de un sistema con menos a un sistema con temperatura más alta. Para llevar a cabo tal proceso, es necesario gastar energía. La dirección del suministro o eliminación del calor se caracteriza por el parámetro de estado: la entropía.
El diferencial total de entropía será el cambio en la cantidad de calor por temperatura.
La entropía se llama calor reducido.
Q es el calor involucrado en el proceso.
T es la temperatura a la que ocurre el proceso.
La entropía es una medida de la reversibilidad de un proceso.
Para el proceso final, igual a la integral del inicial al final, la cantidad de calor por temperatura aquí será igual o mayor.
Para un proceso reversible habrá un signo "=". Para irreversible habrá un signo ">". Para un proceso circular sería:
Para el funcionamiento cíclico de una máquina química, es necesario que no solo haya un suministro de calor, sino también una eliminación de calor y, por lo tanto, se necesita una fuente de calor y un disipador de calor.
Ésta es la conclusión más importante de la segunda ley de la termodinámica.
Sustituyendo TdS en las ecuaciones 1 y 2, obtenemos
Obtención de bajas temperaturas mediante transformaciones de fase de sustancias de trabajo.
Las transformaciones de fase son: ebullición, evaporación, fusión y sublimación.
I – línea de ebullición;
II – línea de fusión;
III – línea de sublimación.
Kr - depresión crítica, en la que el estado de líquido y vapor no se distingue.
t.A es el triple punto de equilibrio de tres fases: líquida, sólida y gaseosa.
En las líneas I, II, III están en equilibrio respectivamente: líquido – vapor, sólido– líquido, sólido – vapor. A medida que aumenta la temperatura, la sustancia de trabajo cambia de estado de fase.
En este sentido, la temperatura y la presión están inequívocamente relacionadas: cuanto mayor es la presión, mayor es la temperatura, y viceversa. Estas líneas se llaman líneas de saturación.
Para cada sustancia de trabajo existe un punto de ebullición a presión atmosférica, que se denomina punto de ebullición normal: T s, K; t s, o C – es una característica importante de esta sustancia de trabajo.
| t s , o C | tcr, o C | Pcr, MPa | t f , o C | Рf, MPa |
|
| Agua H2O | 100 | 374,5 | 22,56 | 0 | 0,00061 |
| Amoníaco NH3 | -33,35 | 132,4 | 11,52 | -77,7 | 0,6 |
| Dióxido de carbono CO2 | -78,5 | 31,0 | 7,38 | -56,6 | 0,554 |
| Aire | -192 | -140 | 3,76 | -208 | 0,01 |
Hirviendo– un proceso que ocurre con suministro de calor a presión y temperatura constantes (para monosustancias).
El nivel de temperatura requerido está garantizado por el nivel de presión correspondiente (ver figura arriba). Si el punto de ebullición está por debajo de la temperatura ambiente, se puede enfriar mediante este proceso.
El efecto de enfriamiento está determinado por el calor de vaporización, denotado letra latina"r".
x – grado de sequedad.
1er trimestre: - calidez interna vaporización, gastada en impartir la energía necesaria a las moléculas de una sustancia durante la transición de líquido a vapor.
2do término: - calor externo de vaporización, gastado para superar la presión externa (diferencia de volúmenes específicos).
A medida que aumenta la presión, aumenta el punto de ebullición y disminuye el calor de vaporización y en el punto crítico (en Tcr) r = 0.
El proceso de vaporización por ebullición se utiliza en máquinas de refrigeración de vapor-líquido. En la práctica de laboratorio y en algunos procesos tecnológicos Se utiliza el efecto de la vaporización: aire líquido, nitrógeno y otros gases licuados.
El punto de ebullición requerido está garantizado por la presión suficientemente baja a la que se produce el proceso.
Evaporación Es un proceso de vaporización que ocurre en la superficie libre de un líquido a una temperatura inferior a temperatura normal ebullición de una sustancia. Este proceso está asociado con el estado de desequilibrio de la fase de vapor sobre el líquido y el líquido mismo.
El efecto de evaporación del agua que se evapora en condiciones de baja humedad relativa a 0 grados es 2500
Sublimación. En la región debajo del punto triple (ver figura), la sustancia es sólida o en estado gaseoso. Los puntos de la curva III están determinados por las temperaturas y presiones a las que las fases sólida y gaseosa están en equilibrio. El proceso de cambio de estado sólido a gaseoso se llama sublimación.
El proceso de sublimación es muy efectivo porque... el calor de sublimación es igual a la suma de los calores de fusión y vaporización (ebullición).
En la práctica, se utiliza ampliamente la sublimación de dióxido de carbono CO 2 (hielo seco), cuyo punto triple es superior a la presión atmosférica (ver tabla) P f = 0,528; P atm = 0,1 MPa.
A presión atmosférica y temperatura -77,7 o C (indicada en la tableta), el calor de sublimación es 573.
El proceso de sublimación se utiliza para secar en frío. Si un producto congelado que contiene agua se coloca al vacío por debajo de la presión del punto triple del agua (0,00061 MPa), cuando se le suministra calor, el agua se sublimará: abandonará el producto y el producto se deshidratará.
Derritiendo– el proceso de transición de una sustancia de trabajo del estado sólido al líquido, que se produce con la absorción de calor, mientras se absorbe el calor de fusión. Para el hielo de agua, el calor de fusión es 334,88
Para obtener bajas temperaturas mediante el efecto de fusión, se utilizan soluciones de sales (acuosas) y ácidos. En este caso, la temperatura de fusión disminuye, pero al mismo tiempo el calor de fusión disminuye en comparación con agua helada. Así, por ejemplo, una solución al 30% sal de mesa nos permite obtener una temperatura de -21,2 o C y un calor de fusión de 192,55. Una solución de cloruro de calcio en agua nos permite obtener -55 o C. La temperatura de fusión alcanzada en soluciones acuosas de sales se caracteriza por una concentración - diagrama de temperatura (T-x).
En el punto E, la solución se satura con ambos componentes simultáneamente. Debajo del punto E hay dos fases sólidas, saturadas respectivamente, con predominio de los componentes A y B. Por encima de las curvas, la solución está en estado liquido, debajo de las curvas - en lo sólido.
Así, las líneas 1 y 2 son la línea de fusión o cristalización. La concentración x E se llama eutéctica y la temperatura T E se llama temperatura eutéctica. Para un par de sustancias determinado, no se puede alcanzar una temperatura más baja.
El libro de referencia contiene una gran cantidad de datos sobre los parámetros de soluciones eutécticas de diferentes componentes. En la práctica, este efecto se utiliza en la vida cotidiana (bolsa - frigorífico, transporte por carretera).
En el transporte por carretera: al CM se conecta una carrocería de camión aislada, cuyas paredes están formadas por paneles rellenos con una solución eutéctica y con un intercambiador de calor tubular integrado, que bombea refrigerante a través de él.
Conferencia 3 .
Diagrama del estado de las sustancias de trabajo.
Actualmente, para cualquier sustancia de trabajo (refrigerante) utilizada, se han desarrollado ecuaciones de estado que describen la relación en los parámetros térmicos del estado: P, MPa; t (T), o C (K); υ, m 3 /kg – y dos calóricos: , ; S.
Utilizando la ecuación de estado, se construyen diagramas de fases para cálculos de ingeniería. Se utilizan dos tipos de diagramas: S – T, – P. Para el diagrama S – T, se trazan en el campo las isolíneas P=const, =const, =const, así como la línea de saturación x=0 y x=1. (x es el grado de sequedad de la sustancia en la zona de saturación). En la región de saturación, se dibujan líneas x=const (línea grado constante sequedad de la sustancia).
El diagrama S – T se utiliza para el análisis de procesos y ciclos, y el diagrama P se utiliza para cálculos de ingeniería química.
Para el diagrama: se trazan P, T=const, =const, S=const, x=const, x=0, x=1.
Un diagrama general del estado de la sustancia de trabajo en coordenadas S – T, que refleja todos los estados posibles de la sustancia de trabajo:
A) Materia sólida;
B) Estado bifásico sólido - líquido;
B) Sustancia líquida.
D) Estado bifásico líquido - vapor;
D) Sustancia vaporosa;
E) Sustancia gaseosa en el rango de temperatura superior a Tcr.
Regiones: I – líquido-vapor;
II – vapor seco sobrecalentado;
III – líquido sobreenfriado;
IV – sólido-vapor;
V – sólido-líquido;
VI – cuerpo sólido sobreenfriado.
Procesos: 1-2 – ebullición líquida (P=const);
1-3 – estrangulamiento del líquido con ↓ presión en la zona húmeda
4-5 – derritiéndose;
6-7 – sublimación;
8-9 – estrangulamiento en la zona del vapor sobrecalentado (gas);
8-10 – expansión isentrópica del vapor (gas);
11-12 – estrangulamiento del gas fuera de la línea de inversión;
5-1 – calentar el líquido hasta un estado de saturación según P=const.
4-5-1-2-8 – isobara.
^ Enfriamiento por expansión de gases.
Esto significa que el gas se precomprime a una presión p 1 y luego se expande a más baja presión, por ejemplo, a la atmosférica. El enfriamiento logrado depende del método de expansión.
(2) fuerzas externas. y vuelve al primer lugar
Enfriamiento por estrangulamiento.
La estrangulación del gas es el proceso de caída de la presión de la sustancia de trabajo a medida que fluye a través de las constricciones del canal. Propiedades características estrangulamiento:
a) El flujo de gas no realiza trabajo externo;
b) La presión cae rápidamente sin intercambio de calor con el medio ambiente;
c) El proceso tiene lugar a lo largo de la línea y la energía interna U y la energía volumétrica PV cambian.
Al acelerar, se gasta energía empujando el gas a través de una sección transversal estrecha, mientras que la energía cinética (velocidad) aumenta bruscamente y la temperatura disminuye. Después de una sección transversal estrecha, la velocidad del gas disminuye bruscamente y las pérdidas irreversibles asociadas con el gas que empuja nuevamente calientan el flujo.
El proceso de =const (ℐ=const) se ejecuta solo en los puntos finales.
Se observa la ley de conservación de la energía.
U 1 + P 1 V 1 = U 2 + P 2 V 2
Temperatura T2<Т 1 , если U 2 P 1 V 1
En principio, dependiendo de en qué región del diagrama de estado se produzca la estrangulación, el enfriamiento (T 2<Т 1) и охлаждение (Т 1 <Т 2).
Para evaluar el resultado esperado se utiliza el efecto diferencial Joule-Thompson.
Es la relación entre un cambio infinitesimal de temperatura y un cambio infinitesimal de presión.
Si , entonces habrá enfriamiento;
Si , entonces habrá enfriamiento;
Si en los puntos de inflexión de la recta =const en el diagrama de estados. Si estos puntos en el diagrama de estados están conectados entre sí, entonces será una línea de inversión.
De acuerdo con las ecuaciones diferenciales de la termodinámica.
Para un gas ideal cuyos isentalpos e isotermas coinciden, el efecto de enfriar o calentar el gas es una propiedad del gas real.
El efecto de estrangulamiento integral es un cambio finito de temperatura para un cambio finito de presión.
En la práctica se utiliza el efecto diferencial correspondiente a un cambio de presión de 1 bar (0,1 MPa), luego
Para aire sobre C
^ Efecto de estrangulamiento isotérmico.
Esta es la capacidad de enfriamiento que se puede obtener calentando vapor de T2 a T1.
El proceso de estrangulamiento es irreversible, ocurre con una entropía creciente, es ineficaz y no se usa en tecnología de refrigeración, pero se usa en tecnología criogénica en plantas de licuefacción y separación de gases junto con otros procesos de enfriamiento, por ejemplo, en el ciclo Linde.
^ Enfriamiento cuando los gases se expanden para producir trabajo.
El gas precomprimido se puede expandir a una presión más baja en máquinas de expansión llamadas expansores. Se utilizan turboexpansores y, en algunos casos, expansores de pistón.
El trabajo extraído del eje expansor se puede utilizar para comprimir gas y generar energía eléctrica.
Cuando los gases del gas precomprimido se expanden desde la presión P 1 a P 2 en la máquina de expansión, con el retorno del trabajo, la temperatura del gas en todos los casos disminuye.
El trabajo se realiza cambiando la entalpía del gas en expansión. Si el proceso se produce sin pérdidas y sin intercambio de calor con el medio ambiente, entonces se desarrollará a lo largo de la recta S=const y por tanto será reversible. El efecto de enfriamiento en un proceso de expansión isentrópica reversible se caracteriza por la relación entre el cambio infinitesimal de temperatura y el cambio infinitesimal de presión.
Según la ecuación diferencial de la termodinámica.
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Efecto integral
Para aire 
efecto isotérmico
Para calcular este efecto, puedes utilizar la ecuación aproximada:
, donde k es el exponente adiabático
En condiciones: P 1 = 1 MPa (10 bar), T 1 = 300 K. Expansión a presión atmosférica,
es la temperatura cuando el gas se expande hasta la presión P 2 a lo largo del isentropo. Ésta es la temperatura baja máxima posible que se puede obtener para una T, P 1, P 2 dada. Por lo tanto, la diferencia de temperatura se utiliza como estándar para evaluar la eficiencia del enfriamiento por expansión del gas.
En realidad, esta diferencia de temperatura no se puede lograr, porque el proceso de expansión se produce con pérdidas, con un aumento de entropía, y la temperatura real a la que se ha enfriado el gas expandido será mayor, es decir Y 
La eficiencia de temperatura del proceso está determinada por:
^ Enfriamiento por expansión de gas en un tubo de vórtice. Efecto ranque.
El gas precomprimido se suministra a la tubería a través de una boquilla dirigida tangencialmente a la tubería. En la tubería, el gas se arremolina en el espacio entre la membrana y la válvula. Cuando el flujo gira, su parte central emite energía a las capas periféricas y se enfría hasta alcanzar una temperatura determinada. El aire enfriado, una fracción del cual, se descarga a través del diafragma; la parte calentada del aire, una fracción del cual, se elimina del tubo a través de la válvula. El aire calentado tiene una temperatura.
Al cambiar la posición de la válvula a lo largo del eje del tubo, se puede cambiar la relación entre el flujo de gas frío y caliente. En este caso, las temperaturas Tg y Tx también cambiarán. El proceso de expansión en un tubo de vórtice es obviamente irreversible, al igual que la estrangulación (ocurre con la entropía). Se sabe que si, después de la expansión, los flujos frío y caliente se mezclan entre sí, la temperatura será igual a T dr.
Características del proceso en un tubo vortex.
El gráfico muestra la dependencia de la disminución de temperatura lograda en la tubería de la fracción de enfriamiento por aire. El enfriamiento máximo se logra con una fracción de aire de enfriamiento de .
Térmico y material
El gas a través de las boquillas del rotor distribuidor se suministra periódicamente a los tubos receptores con una frecuencia igual a la velocidad de rotación del rotor multiplicada por el número de boquillas del rotor. En el receptor, el gas se contrae y expande periódicamente.
Como resultado de este proceso pulsante, se establece en él una distribución de temperatura constante desde (0,7...0,9)T 1, al inicio del receptor, hasta (1,7...2,0)T 1, al final del receptor.
La presión en la entrada al receptor varía desde cerca de p 2 (por ejemplo, 0,1 MPa) hasta una presión más alta, pero ligeramente menor que p 1.
Desde el extremo caliente del receptor, el calor se transfiere al medio ambiente, es decir, Se libera parte de la energía del gas comprimido.
El proceso de pulsación se asemeja al proceso de expansión de un gas con eliminación de energía (en principio, el calor eliminado se puede aprovechar de forma útil).
En este sentido, la eficiencia de temperatura de este proceso es bastante alta y puede acercarse a la eficiencia de la expansión del gas en un expansor.
*Solo para compartir
^ Enfriamiento mediante efectos eléctricos y magnéticos.
Efecto termoeléctrico (enfriadores de semiconductores)
El efecto termoeléctrico se basa en el fenómeno de aparición de campos electromagnéticos en un circuito de dos conductores diferentes si las uniones de estos conductores tienen diferentes temperaturas. Los termopares utilizados para medir la temperatura se basan en este principio.
Inaugurado en 1812 Seebeck. En 1834 Peltier descubrió el efecto contrario, es decir. Calentamiento y enfriamiento de uniones opuestas.
Estructura del elemento semiconductor:
Dos semiconductores diferentes 1 y 2 están conectados entre sí mediante una unión, el otro extremo está conectado mediante una unión caliente, conectada a una fuente de corriente continua. Como resultado del paso de corriente, según el efecto Peltier, una de las uniones se enfría y se le puede suministrar calor Q 0 desde el objeto enfriado. La segunda unión se calienta y el calor Qg se elimina al medio ambiente. El efecto de enfriamiento depende principalmente de las propiedades del material semiconductor, es decir, de su fem térmica, indicada con la letra. Transferido por el efecto Peltier es igual a
la diferencia entre la fem térmica de los semiconductores, multiplicada por la intensidad de la corriente y la temperatura absoluta de la unión fría.
Los materiales de los semiconductores 1 y 2 se seleccionan de tal manera que el coeficiente de Peltier para ellos sea igual en valor y de signo opuesto.
Entonces la capacidad de refrigeración según el efecto Peltier será igual a Q = 2T x.
La plena implementación del efecto Peltier se ve obstaculizada por dos factores físicos: 1) la conductividad térmica de los semiconductores, como resultado de lo cual el calor regresa de la unión caliente a la unión fría; 2) calentamiento de semiconductores a partir del calor Joule generado por el conductor cuando la corriente lo atraviesa.
Capacidad de enfriamiento del elemento semiconductor:
(1)
Introducción
maquina de refrigeracion
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración por compresión.
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración por absorción.
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración con eyector de vapor.
El principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración que utilizan enfriadores de vórtice.
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración termoeléctricas.
Introducción
La refrigeración es una disciplina científica y rama de la tecnología que abarca métodos de obtención y utilización de bajas temperaturas (frío) para la producción y almacenamiento de productos alimenticios.
El uso de la tecnología de refrigeración permite conservar las propiedades de los productos alimenticios, así como obtener productos alimenticios con nuevas propiedades.
Sin tecnología de refrigeración, es imposible suministrar alimentos de calidad a una población en crecimiento. En el proceso de producción y aumento del volumen de ventas de productos alimenticios, el papel de los equipos de refrigeración es importante, lo que permite:
crear reservas de productos alimenticios perecederos en una amplia gama;
aumentar la vida útil de los productos alimenticios congelados;
vender productos alimenticios producidos estacionalmente de manera uniforme durante todo el año;
reducir las pérdidas de productos básicos durante el almacenamiento y transporte de productos alimenticios;
introducir métodos progresivos de prestación de servicios a la población por parte de empresas comerciales y de restauración pública.
maquina de refrigeracion
Una máquina de refrigeración es un dispositivo que se utiliza para eliminar el calor de un cuerpo enfriado a una temperatura inferior a la temperatura ambiente. Los procesos que tienen lugar en las máquinas de refrigeración son un caso especial de los procesos termodinámicos, es decir, aquellos en los que hay un cambio constante en los parámetros de estado de la sustancia de trabajo: temperatura, presión, volumen específico, entalpía. Las máquinas de refrigeración funcionan según el principio de una bomba de calor: toman calor del cuerpo que se está enfriando y, utilizando energía (mecánica, térmica, etc.), lo transfieren a un medio de enfriamiento (generalmente agua o aire ambiente), que tiene una mayor temperatura que la del cuerpo que se está enfriando. Las máquinas de refrigeración se utilizan para obtener temperaturas de 10°C a -150°C. La región de temperaturas más bajas se refiere a la tecnología criogénica. El funcionamiento de una máquina frigorífica se caracteriza por su capacidad frigorífica.
Las primeras máquinas frigoríficas aparecieron a mediados del siglo XIX. Una de las máquinas de refrigeración más antiguas es la de absorción. Su invención y diseño están asociados a los nombres de J. Leslie (Gran Bretaña, 1810), F. Carré (Francia, 1850) y F. Windhausen (Alemania, 1878). La primera máquina de compresión de vapor accionada por éter fue construida por J. Perkins (Gran Bretaña, 1834). Posteriormente, se crearon máquinas similares utilizando éter metílico y dióxido de azufre como refrigerante. En 1874, K. Linde (Alemania) construyó una máquina de refrigeración por compresión de vapor de amoníaco, que marcó el comienzo de la ingeniería de refrigeración.
El funcionamiento de los frigoríficos se basa en el ciclo de refrigeración. Un ciclo de vapor simple de una máquina de refrigeración mecánica se implementa utilizando cuatro elementos que forman un circuito de refrigeración cerrado: un compresor, un condensador, una válvula de mariposa y un evaporador o enfriador (Fig. 1). El vapor del evaporador ingresa al compresor y se comprime, provocando un aumento de temperatura. Después de salir del compresor, el vapor a alta temperatura y presión ingresa al condensador, donde se enfría y condensa. Algunos condensadores utilizan un modo de subenfriamiento, es decir. enfriar aún más el líquido condensado por debajo de su punto de ebullición. Desde el condensador, el líquido pasa a través de la válvula de mariposa. Dado que la temperatura de ebullición (saturación) para una presión dada es menor que la temperatura del líquido, comienza su ebullición intensiva; en este caso, parte del líquido se evapora y la temperatura de la parte restante desciende a la temperatura de saturación de equilibrio (el calor del líquido se gasta en su transformación en vapor). El proceso de estrangulación a veces se denomina enfriamiento interno o autoenfriamiento porque el proceso reduce la temperatura del refrigerante líquido al nivel deseado. Por lo tanto, el líquido saturado y el vapor saturado salen de la válvula de mariposa. El vapor saturado no puede eliminar eficazmente el calor, por lo que el evaporador lo evita y lo suministra directamente a la entrada del compresor. Se instala un separador entre el acelerador y el evaporador, en el que se separan el vapor y el líquido.
Arroz. 1. Diagrama del ciclo de refrigeración.
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración por compresión.
Los frigoríficos de compresión son los más habituales y versátiles. Los componentes principales de dicho refrigerador son:
un compresor que recibe energía de la red eléctrica;
condensador ubicado fuera del refrigerador;
evaporador ubicado dentro del frigorífico;
válvula de expansión termostática, TRV, que es un dispositivo de estrangulamiento;
Refrigerante, sustancia que circula en el sistema con determinadas características físicas.
Todos los elementos de la máquina de refrigeración deben tener una alta estanqueidad. Dependiendo del tipo de compresor frigorífico, las máquinas compresoras se dividen en de pistón, turbocompresor, rotativas y de tornillo.
El refrigerante bajo presión ingresa al evaporador a través de un orificio de estrangulación (capilar o válvula de expansión), donde, debido a una fuerte disminución de la presión, el líquido se evapora y se convierte en vapor. En este caso, el refrigerante quita calor de las paredes internas del evaporador, por lo que se enfría el interior del refrigerador.
El compresor extrae refrigerante del evaporador en forma de vapor, lo comprime, por lo que la temperatura del refrigerante aumenta y lo empuja hacia el condensador.
En el condensador, el refrigerante calentado como resultado de la compresión se enfría, libera calor al ambiente externo y se condensa, es decir, se convierte en líquido. El proceso se repite nuevamente.
Así, en el condensador, bajo la influencia de alta presión, el refrigerante se condensa y pasa a estado líquido, liberando calor, y en el evaporador, bajo la influencia de baja presión, hierve y pasa a estado gaseoso, absorbiendo calor.
Es necesaria una válvula de expansión termostática (TEV) para crear la diferencia de presión requerida entre el condensador y el evaporador en el que ocurre el ciclo de transferencia de calor. Le permite llenar correctamente (más completamente) el volumen interno del evaporador con refrigerante hervido. El área de flujo de la válvula de expansión cambia a medida que disminuye la carga térmica en el evaporador; a medida que disminuye la temperatura en la cámara, disminuye la cantidad de refrigerante circulante. Un capilar es un análogo de una válvula de expansión. No cambia su sección transversal, pero estrangula una determinada cantidad de refrigerante, dependiendo de la presión en la entrada y salida del capilar, su diámetro y el tipo de refrigerante.
Normalmente también hay un intercambiador de calor que iguala la temperatura a la salida del condensador y del evaporador. Como resultado, el refrigerante ya enfriado ingresa al acelerador, que luego se enfría aún más en el evaporador, mientras que el refrigerante que sale del condensador se calienta antes de ingresar al compresor y al condensador. Esto le permite aumentar la eficiencia del refrigerador.
Cuando se alcanza la temperatura requerida, el sensor de temperatura abre el circuito eléctrico y el compresor se detiene. Cuando la temperatura aumenta (debido a factores externos), el sensor vuelve a encender el compresor.
Para aumentar la eficiencia económica de una máquina de refrigeración (reducir los costos de energía por unidad de calor extraído del cuerpo que se está enfriando), el vapor aspirado por el compresor a veces se sobrecalienta y el líquido se sobreenfría antes de estrangularlo. Por la misma razón, se utilizan máquinas de refrigeración multietapa o en cascada para obtener temperaturas inferiores a -30°C.
En las máquinas de refrigeración de múltiples etapas, el vapor se comprime secuencialmente en varias etapas con enfriamiento entre etapas individuales. En este caso, en los equipos frigoríficos de dos etapas el punto de ebullición del refrigerante alcanza los -80 °C.
En las máquinas de refrigeración en cascada, que son varias máquinas de refrigeración conectadas en serie, que funcionan con diferentes refrigerantes más adecuados en cuanto a sus propiedades termodinámicas para unas condiciones de temperatura determinadas, se obtiene un punto de ebullición de hasta -150 °C.
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración por absorción.
La sustancia de trabajo en los refrigeradores de absorción son soluciones de dos componentes con diferentes puntos de ebullición a la misma presión. El componente que hierve a menor temperatura actúa como refrigerante; el segundo sirve como absorbente. En el rango de temperatura de 0 a -45°C se utilizan máquinas en las que la sustancia de trabajo es una solución acuosa de amoníaco (refrigerante - amoníaco). A temperaturas de enfriamiento superiores a 0°C se utilizan predominantemente máquinas de absorción que funcionan con una solución acuosa de bromuro de litio (refrigerante - agua).
Los sistemas de absorción conservan el condensador, la válvula de mariposa y el evaporador, pero en lugar del compresor se utilizan otros cuatro elementos: absorbente, bomba, generador de vapor (rehervidor) y válvula reductora de presión. El vapor del evaporador ingresa al absorbente. Allí entra en contacto con un líquido absorbente, que absorbe el refrigerante en fase de vapor; la presión en el absorbente disminuye, lo que asegura un suministro continuo de vapor desde el evaporador. Durante el proceso de absorción se libera calor, por lo que es necesario enfriar el absorbente, por ejemplo, haciendo circular agua. La mezcla fría de líquido absorbente y refrigerante ingresa a la bomba, donde aumenta su presión. Dado que un aumento de la presión del fluido va acompañado de sólo un ligero cambio en su volumen, el trabajo necesario para ello es pequeño. Después de salir de la bomba, el líquido frío a alta presión ingresa al hervidor, donde se le suministra calor y la mayor parte del refrigerante se evapora. Este vapor de alta presión moderadamente sobrecalentado pasa a través del condensador y pasa por el ciclo de refrigeración normal, mientras que el absorbente se enfría y regresa al absorbente (a través de una válvula reductora de presión) para repetir el ciclo. El ciclo de absorción real se diferencia del ideal en que parte del absorbente se evapora en la caldera y es arrastrado junto con el vapor refrigerante. Si no se separa del refrigerante antes de ingresar al evaporador, hará que la temperatura en el evaporador aumente o, en la práctica, la presión en el evaporador será significativamente menor que la presión de saturación a la temperatura que debería tener el evaporador. La separación del absorbente del refrigerante se produce parcialmente en un separador, que está situado entre el condensador y la caldera y sirve para condensar el absorbente y devolverlo a la caldera junto con una pequeña cantidad de refrigerante asociado. El trabajo mecánico de las unidades de refrigeración por absorción es mucho menor que el de las unidades de refrigeración por compresión, pero los costes energéticos generales son significativamente mayores. La energía suministrada a la caldera es mucho mayor que la que se extrae del absorbente mediante el agua de refrigeración. Cuando la electricidad es cara y el calor y el agua de refrigeración son baratos, las plantas de absorción son más rentables que las plantas de compresión. El uso de máquinas de absorción es muy beneficioso en empresas donde se dispone de recursos energéticos secundarios (vapor residual, agua caliente, gases residuales de hornos industriales, etc.).
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración con eyector de vapor.
Un método para producir frío sin realizar trabajo mecánico es expulsar vapor del evaporador. En una instalación de este tipo, el refrigerante es agua, por lo que la temperatura en la cámara de refrigeración no puede ser inferior a 0 °C.
Un refrigerador con eyector de vapor consta de un eyector, un evaporador, un condensador, una bomba y una válvula de expansión. El agua sirve como refrigerante, como fuente de energía se utiliza vapor a una presión de 0,3-1 MN/m2, que ingresa a la boquilla eyectora, donde se expande. Como resultado, se crea una presión reducida en el eyector y, como consecuencia, en el evaporador de la máquina, que corresponde a un punto de ebullición del agua ligeramente superior a 0°C (normalmente alrededor de 5°C). En el evaporador, debido a la evaporación parcial, se enfría el agua fría suministrada al consumidor. El vapor aspirado del evaporador, así como el vapor de trabajo del eyector, ingresa al condensador, donde pasa a estado líquido, emitiendo calor al medio refrigerante. Parte del agua del condensador se suministra al evaporador para reponer la pérdida de agua enfriada.
Las unidades eyectoras de vapor se utilizan en la industria, donde hay vapor de alta y media presión y agua barata para enfriar. Estas unidades también se utilizan en barcos porque la pequeña cantidad de piezas móviles las hace fáciles de mantener y reparar.
El principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración que utilizan enfriadores de vórtice.
El enfriamiento se realiza mediante la expansión del aire precomprimido por un compresor en bloques de enfriadores de vórtice especiales.
No se ha generalizado debido a su elevado nivel de ruido, la necesidad de suministrar aire comprimido (hasta 10-20 atm), su altísimo consumo y su baja eficiencia. Ventajas: mayor seguridad de uso, ya que no se utiliza electricidad y no hay partes mecánicas móviles ni compuestos químicos peligrosos en el diseño; durabilidad, confiabilidad.
Los equipos frigoríficos de expansión de aire pertenecen a la clase de los equipos frigoríficos de gas. El refrigerante es aire. A temperaturas de hasta aproximadamente -80°C, la eficiencia económica de las máquinas de aire es menor que la de las máquinas de compresión de vapor. Más económicas son las máquinas de refrigeración de aire regenerativo, en las que el aire se enfría antes de la expansión, ya sea en un intercambiador de calor a contracorriente o en un intercambiador de calor regenerador. Dependiendo de la presión del aire comprimido utilizado, las máquinas de refrigeración de aire se dividen en máquinas de alta y baja presión. Hay máquinas de aire que funcionan en ciclo cerrado y abierto.
Principio de funcionamiento de las máquinas de refrigeración termoeléctricas.
El refrigerador termoeléctrico está construido sobre elementos Peltier, es silencioso, pero no se usa mucho debido al alto costo de enfriar los elementos termoeléctricos. Sin embargo, las bolsas más frescas, los refrigeradores para automóviles pequeños y los refrigeradores para agua potable a menudo se fabrican con refrigeración Peltier.
Un refrigerador termoeléctrico funciona según el efecto Peltier, que implica la liberación o absorción de calor cuando una corriente eléctrica pasa a través de una unión termopar. En la Fig. La Figura 2 muestra esquemáticamente la sección transversal de un refrigerador con un volumen de 65 dm3, capaz de mantener la temperatura de la cámara frigorífica 10 ° C por debajo de la temperatura ambiente. En la parte superior hay 72 termopares que proporcionan refrigeración y consumen la mayor parte de los 135 vatios de electricidad necesarios para hacer funcionar el frigorífico. Hay nervaduras especiales en el canal de soplado de aire para una mejor eliminación del calor y se instalan placas en la cámara para aumentar la superficie de transferencia de calor. Estos refrigeradores en los barcos están diseñados para almacenar seis toneladas de alimentos congelados o refrigerados. La industria también produce otros tipos de refrigeradores térmicos, en particular termostatos para necesidades de laboratorio.
Arroz. 2. Refrigerador termoeléctrico (puede hacerse portátil). 1 – aletas de refrigeración; 2 – ventilador; 3 – persianas; 4 – termoelementos; 5 – aislamiento térmico; 6 – platos fríos.
Contenido
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Introducción. Principios físicos para la obtención de bajas temperaturas……………………………………………………………………………………... | |
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Esquemas y ciclos de máquinas frigoríficas……………………………… | |
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Compresores de refrigeración………………………………... | |
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Refrigerantes…………………………………………………………………… | |
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Esquemas y ciclos de compresión en dos etapas……………………. | |
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Intercambiadores de calor de máquinas frigoríficas……………….. | |
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Máquinas de refrigeración por absorción…………………………... | |
CONFERENCIA 1
Introducción.
Principios físicos de la obtención de bajas temperaturas.
1. Breve historia del desarrollo de la tecnología de refrigeración.
2. Enfriamiento con hielo y sal.
3. Enfriamiento durante las transiciones de fase.
4. Estrangulamiento.
5. Expansión adiabática.
6. Efecto vórtice.
7. Refrigeración termoeléctrica.
Los métodos para acumular y utilizar el frío natural se conocen desde hace muchos siglos. Estos incluyen: acumulación de hielo y nieve en glaciares especiales, almacenamiento de alimentos en pozos profundos (utilizando una temperatura promedio baja del suelo), enfriamiento del agua a medida que se evapora.
La primera máquina de refrigeración del mundo se diseñó en 1834 en Londres y funcionaba con éter etílico, pero no se utilizó mucho. En 1872, el inglés Boyle inventó la máquina de refrigeración con amoníaco, que marcó el inicio del uso industrial de equipos de refrigeración.
Inicialmente, la refrigeración artificial comenzó a utilizarse a gran escala en la preparación y transporte de productos alimenticios. La primera instalación para congelar carne se construyó en Sydney en 1861. Ese mismo año (también en Australia) se instaló en una refinería de petróleo una máquina de refrigeración para separar la parafina del petróleo crudo, lo que marcó el comienzo de la introducción de la refrigeración artificial en la industria química. A finales de los 70 y principios de los 80. El siglo pasado se remonta a los primeros intentos de transportar carne desde Sudamérica y Australia a Francia e Inglaterra en barcos frigoríficos con máquinas de refrigeración por aire y absorción. El transporte de alimentos en vagones de ferrocarril refrigerados por hielo comenzó en 1858 en Estados Unidos. El primer frigorífico grande se construyó en Boston (EE. UU.) en 1881. Ese mismo año, se construyó un frigorífico en Londres y, en 1882, en Berlín.
En Rusia, la refrigeración empezó a tomar forma más tarde y se desarrolló lentamente. Las primeras máquinas frigoríficas aparecieron en 1888 en las pesquerías de Astracán. En 1889 se construyeron dos plantas de refrigeración en las cervecerías. A partir de 1892, comenzaron a aparecer pequeñas fábricas de hielo en el Cáucaso, Asia Central y Crimea. El primer frigorífico con una capacidad de 250 toneladas se construyó en 1895 en Bélgorod. El primer transporte ferroviario en vagones refrigerados por hielo comenzó en Rusia al mismo tiempo que en el extranjero, es decir, en 1860. Hasta 1914 sólo se construyeron 29 frigoríficos con una capacidad total de 45.600 toneladas. Estados Unidos se acercaba a los 2 millones de toneladas. En todos los sectores industriales de Rusia había 296 unidades de refrigeración. En total, en 1917 había 58 frigoríficos con una capacidad total de 57.300 toneladas. El transporte frigorífico tampoco estaba suficientemente desarrollado: en 1917 en Rusia sólo había 650 vagones de dos ejes con refrigeración de hielo y sal y un barco frigorífico (refrigerado).
Cualquier cuerpo calentado puede enfriarse naturalmente hasta la temperatura de su entorno. Enfriar el cuerpo a una temperatura inferior a la temperatura ambiente sólo es posible de forma artificial.
El calor sólo puede ser eliminado de un cuerpo por otro cuerpo cuya temperatura sea inferior a la del cuerpo que se está enfriando. La cantidad de calor que un cuerpo de enfriamiento elimina del cuerpo o del medio que se está enfriando determina su efecto de refrigeración o capacidad de enfriamiento.
El medio enfriado puede ser el aire de una cámara con productos perecederos, agua para la obtención de hielo, tierra al hundir minas, etc.
Como refrigeradores se utilizan cuerpos que realizan procesos físicos que ocurren a bajas temperaturas con una importante absorción de calor. Estos incluyen procesos de cambios en el estado físico del cuerpo, procesos de expansión, procesos termoeléctricos, etc.
Enfriamiento mediante procesos de cambio del estado físico de los cuerpos. Los procesos de cambio en el estado de agregación ocurren sin un cambio en la temperatura corporal, ya que el calor absorbido (o liberado) por el cuerpo en estos procesos se gasta en superar (o aumentar) las fuerzas de adhesión entre moléculas. Para el enfriamiento se utilizan procesos de cambio de estado de agregación que se producen con la absorción de calor:
fusión: la transición de sólidos a un estado líquido;
sublimación: la transición de sólidos directamente al estado de vapor;
La ebullición es la transición de cuerpos líquidos a un estado de vapor.
En la tecnología de refrigeración se utilizan como refrigerantes cuerpos con temperaturas de fusión, sublimación y ebullición posiblemente bajas y con elevados puntos de fusión de sublimación y ebullición.
El cuerpo refrigerante más accesible es el hielo de agua con un punto de fusión de 0° C. La capacidad de refrigeración de 1 kg de hielo corresponde a su calor de fusión g = 335 kJ/kg. El hielo eutéctico, que es una solución congelada de agua y sal, así como una mezcla de hielo triturado o nieve con sal, tiene un punto de fusión más bajo. La caída del punto de fusión de estos cuerpos por debajo de 0°C se explica porque en ellos, además de la fusión, también se produce el proceso de disolución de la sal en agua, acompañado de una disminución del punto de fusión de la mezcla y una Disminución del calor de fusión. La temperatura y el calor de fusión de la mezcla dependen del tipo de sal y de su contenido en la mezcla.
Las mezclas más habituales son: cloruro de sodio con hielo (punto de fusión hasta -21,2 °C) y cloruro de calcio con hielo (punto de fusión hasta - 55ºC).
Un cuerpo que tiene una temperatura baja y un calor de sublimación alto es dióxido de carbono sólido (dióxido de carbono CO2), que se llama hielo seco. En condiciones atmosféricas, dicho hielo pasa del estado sólido directamente al estado gaseoso (sin pasar por la fase líquida) a una temperatura de -78,9 ° C, y cada kilogramo absorbe alrededor de 575 kJ de calor.
En algunos casos, para el enfriamiento artificial se utilizan líquidos con un punto de ebullición muy bajo, por ejemplo aire líquido (punto de ebullición -192 C), oxígeno líquido (-183 ° C), nitrógeno líquido (-196 ° C).
El uso de un cambio en el estado de agregación (hielo derretido, aire líquido hirviendo, sublimación de dióxido de carbono sólido) con fines de enfriamiento tiene una serie de desventajas. En particular, los cuerpos que se enfrían, al percibir el calor del medio enfriado y cambiar su estado de agregación, pierden su capacidad de enfriamiento. Por lo tanto, una refrigeración continua sólo es posible con un suministro infinitamente grande de líquido refrigerante. Por lo tanto, para un enfriamiento continuo de la cámara de almacenamiento de alimentos, se puede usar hielo, pero a medida que se derrite, se debe reemplazar por uno nuevo.
Se puede conseguir un enfriamiento continuo con la misma cantidad de refrigerante si, tras obtener el efecto frigorífico, se devuelve a su estado original. Esto se hace en máquinas de refrigeración. Para mantener una temperatura baja constante del fluido de trabajo en la máquina, se utiliza con mayor frecuencia el principio de hervir cuerpos líquidos. Teniendo en cuenta que el punto de ebullición de un líquido depende de la presión, es posible alcanzar la temperatura de ebullición requerida manteniendo una cierta presión en un aparato cerrado que corresponda a las propiedades físicas del líquido en ebullición. A medida que disminuye la presión, disminuye el punto de ebullición. Por ejemplo, el agua a presión atmosférica hierve a 100°C, pero si colocas agua en un recipiente cerrado y reduces la presión a 0,0009 MPa, el agua hervirá a 5°C. El amoníaco a una presión de 0,1 MPa hierve a -33,6°C; cuando la presión disminuye a 0,05 MPa, el punto de ebullición cae a -46,5°C.
Si se coloca un aparato cerrado con un líquido saturado en un ambiente enfriado, cuya temperatura es ligeramente superior al punto de ebullición del líquido a la presión creada en el aparato, entonces el líquido hervirá y el calor necesario para la vaporización disminuirá. ser retirado del ambiente enfriado. Para mantener una presión constante en el aparato y un punto de ebullición bajo y constante del líquido, los vapores resultantes deben eliminarse continuamente.
Enfriamiento por expansión de gases. Cuando un gas comprimido se expande y realiza trabajo externo a expensas de energía interna, la temperatura del gas disminuye. El mayor enfriamiento del aire se puede lograr mediante expansión adiabática, que se produce sin intercambio de calor con el medio ambiente a entropía constante. En este proceso, el trabajo de expansión se realiza únicamente debido a la energía interna del gas. Si el aire, comprimido a 9 MPa a temperatura ambiente, se expande adiabáticamente a 0,1 MPa, su temperatura descenderá a -190 °C.
Enfriamiento por estrangulamiento. La estrangulación es el proceso de reducir la presión de un líquido o gas sin cambiar la entalpía. En la práctica, se lleva a cabo cuando un líquido o gas pasa a través de un tramo estrechado (válvula, grifo, etc.) desde una cavidad de alta presión a una cavidad de menor presión. Este proceso es también una especie de proceso de expansión con una disminución de la energía interna del cuerpo. Sin embargo, no se crea ningún trabajo útil durante el proceso de limitación. La energía interna se gasta en superar la fricción cuando un líquido o gas pasa a través de la sección estrecha de una válvula o grifo.
