Program de lucru, linii directoare și
sarcini de testare
pentru studenții din anul II (abreviar) de specialități:
27.12 – tehnologia produsului Catering
35.11 - comercializarea și examinarea mărfurilor
(forme de corespondență y de formare - Facultatea de „Management Tehnologic”
și forme de învățământ seral - Facultatea „Seara”)
www.msta.ru
Moscova - 2002
1. Scopul și obiectivele disciplinei
Prezentați elevilor prin metode fizice obținerea de temperaturi scăzute; refrigerare; ciclu; principalii agenți frigorifici și lichide de răcire, modele de mașini frigorifice, tipuri de frigidere.
Pentru a vă familiariza cu metodele de prelucrare prin refrigerare a materiilor prime și a produselor alimentare cu elementele de bază ale transferului de căldură și masă în timpul tipuri variate prelucrare frigorifică; cu procese care au loc în produsele de origine vegetală și animală atunci când temperatura acestora scade, precum și în timpul depozitării.
Învățați elevii să determine dimensiunile camerelor frigorifice, să calculeze fluxurile de căldură, să construiască un ciclu și să selecteze o mașină de refrigerare pentru diferite condiții tehnologice.
Studentul trebuie să dobândească abilități în calcularea duratei tratamentului frigorific și a temperaturii finale a produsului, să fie capabil să selecteze o metodă adecvată de tratare prin refrigerare și o mașină de refrigerare eficientă.
| Specialitate | Bine | Forma de antrenament | General | Audi. | Total | Lek. | laborator. | Prak. | De sine sclav. | Zach. | Ex. | Tejghea. sclav. | Bine. sclav. |
| 06.16 | 2abr | în lipsă | - | - | - | - | |||||||
| 35.11.00 | 2abr | Seară | - | - | - | - | - |
Ore conform programului academic
3. Planul tematic al prelegerilor
| Nu. | Numele prelegerilor | Abrevierea corespondenței (ore) | Seara (ore) |
| Principii termodinamice de obținere a temperaturilor scăzute, cicluri frigorifice. Refrigeranti. | |||
| Tipuri de frigidere. Tipuri de flux de căldură în camere. Echipamente frigorifice tehnologice. | |||
| Proprietățile de bază ale produselor alimentare. Metode de conservare a materiilor prime și a produselor alimentare. | |||
| Răcirea, congelarea, congelarea produselor alimentare. | |||
| Depozitare la rece. Încălzire și dezghețare. |
4. Plan tematic orele practice(lucrător de laborator)
Literatura de baza
Literatură suplimentară
Program de lucru
Tehnologia frigorifice
7.1.1. Utilaje frigorifice
Metode de obținere a temperaturilor scăzute: tranziții de fază, throttling, dilatare adiabatică, efect de vortex, răcire termoelectrică. A doua lege a termodinamicii. Diagrame termodinamice T-SȘi I - lgp. Ciclul Carnot. Reprezentarea unui proces circular invers în diagrame termodinamice.
Agenți frigorifici, lichide de răcire și proprietățile acestora. Domenii de utilizare. Ciclul unei mașini frigorifice cu o singură treaptă. Determinarea principalelor caracteristici ale ciclului. Coeficient de performanță
Elementele principale ale mașinilor frigorifice: compresoare, condensatoare, evaporatoare, dispozitive de reglare. Scopul lor, principiile de clasificare și selecție.
Influența modurilor de funcționare ale unei mașini frigorifice asupra capacității sale de răcire, puterii și coeficientului de performanță. Asamblare masini frigorifice
7.1.2.Unităţi frigorifice
Tipuri de frigidere. Dispunerea frigiderului. Calcul zona necesară camere frigorifice in functie de capacitatea ceruta si tipul de marfa.
Structuri de închidere a instalațiilor frigorifice. Căldură și materiale de impermeabilizare. Calculul grosimii izolației termice a structurilor de închidere a camerei frigorifice. Modern Deciziile constructiveîn domeniul construcţiilor de întreprinderi frigorifice.
Tipuri de fluxuri de căldură într-o cameră frigorifică. Calculul lor.
Metode de răcire a camerelor frigorifice: directă, folosind lichid de răcire. Sistem unități frigorifice: fără pompă și cu circulație cu pompă. Avantaje și dezavantaje. Scheme de unități frigorifice care funcționează pe freoni.
Principii de automatizare a mașinilor și instalațiilor frigorifice.
Elementele de bază ale funcționării unităților frigorifice. Mod de funcționare optim, cerințe de bază și condiții de întreținere.
Depozitare la rece
Conditii de pastrare a alimentelor in frigidere. Modificări ale produselor în timpul depozitării. Reducerea produselor și măsurile de reducere a acesteia. Formarea și rolul învelișurilor de protecție. Ambalarea produselor și plasarea lor în compartimentele frigiderului. Metode de răcire a camerelor de depozitare și de plasare a dispozitivelor de răcire în ele.
Termenele limită depozitare la rece Produse alimentare. Caracteristicile tehnologiei de depozitare a alimentelor. Depozitarea produselor într-un mediu gazos controlat.
7.2.7. Încălzire și dezghețare
Încălzirea alimentelor refrigerate este o tehnică pentru acest proces. Dezghețarea alimentelor și semnificația acestui proces. Distribuția umidității în produs în timpul dezghețării. Metode de dezghețare în aer (lent și rapid), în mediu abur-aer, în mediu lichid (apă și saramură), cu curenți de frecvență industrială. Evaluare comparativă în diverse moduri decongelare. Moduri de dezghetare.
Test
Când studiază cursul, studentul trebuie să finalizeze un test format din două sarcini:
1. „Construcție și calcul ciclu de refrigerare» conform conditiilor specificate.
2. „Calculul temperaturii în centrul termic e produs refrigerat" de un tip dat.
Selectarea unei opțiuni de efectuat munca de testare pe baza numărului de elev indicat în carnetul de note. Dacă cifrul este format din patru cifre, atunci prima cifră nu este luată în considerare. Dacă cifrul are două sau o cifră, atunci se adaugă zerouri înaintea cifrei pentru a obține o cifră de trei cifre.
Utilizând tabelul Anexa 1, sunt selectate datele pentru sarcina nr. 1. Folosind tabelul Anexa 2, sunt selectate datele pentru sarcina nr. 2.
De exemplu: pentru cifra 057, selecția datelor va fi:
Sarcina 1: tkam= -10°C; tvd1= 20°C; Qo= 80 kW; agent frigorific – R717;
Sarcina nr. 2: produs - carne de porc; model fizic - cilindru; mărime caracteristică - 2R= 0,03 m; durata de racire -- τ =50 min.; temperatura initiala a produsului -- t n=14°C; temperatura agentului de răcire -- ts= 1°C; tip de mediu de răcire - aer.
La finalizarea testului trebuie să:
Scrieți textul cu atenție, fără abrevieri;
Toate calculele trebuie efectuate în sistemul SI;
Toate paginile trebuie numerotate, la sfârșitul textului se indică data finalizării și se semnează lucrarea;
Nu rescrieți textul din instrucțiuni metodologiceși sursele literare;
Furnizați o listă de referințe utilizate.
Tabel cu principalii parametri ai punctelor caracteristice ale ciclului
Conform datelor din tabel, se determină următoarele:
1. Capacitate de refrigerare în masă specifică:
q0 = i1" - i4 , kJ/kg.
2. Lucrări specifice de comprimare a agentului frigorific în compresor:
l= i2 - i1", kJ/kg.
3. Căldura specifică, scos din agentul frigorific din condensator:
qк = i2 + i3", kJ/kg.
4. Ecuația echilibrului termic:
qк = q0+l , kJ/kg.
5. Coeficientul teoretic al ciclului de performanță:
e = qо / l, kg/s
6. Performanța în masă a compresorului, adică masa agentului frigorific circulat de compresor în 1 secundă:
Ma = Q0 / q0, kg/s.
7. Capacitatea de răcire volumetrică specifică a compresorului:
q v = q0 / v1", kJ/m³.
8. Capacitatea volumetrică reală a compresorului, adică volumul de vapori preluat de compresor din evaporator:
V d = M A V1"=Q 0 /q v, m³/s.
9. Volumul descris de pistoanele compresorului:
Vh= V d/ λ, kg/s,
Unde λ – coeficientul de alimentare a compresorului (pierderile de volum în compresor), depinde de modul de funcționare, tipul de agent frigorific, designul compresorului și se calculează:
λ = λi λw.
Aici λi– coeficientul indicator volumetric, ținând cont de pierderile volumetrice din compresor datorate prezenței spațiului mort și rezistenței în supape:
λi = 1 –cu (P La /P 0 – 1),
Unde Cu - spațiu mort relativ în compresor:
Pentru amoniac c = 0,04…0,05;
Pentru freon c = 0,03…0,04.
λw– coeficientul de incalzire, tinand cont de pierderile volumetrice din incalzirea agentului frigorific in cilindrul compresorului.
λw = T 0 /T k = ( 273 +t 0)/ ( 273 + t La ).
10. Puterea teoretică consumată de compresor pentru compresia adiabatică a agentului frigorific:
N T =M A l, kW.
11. Puterea indicată consumată în procesul de lucru efectiv pentru comprimarea agentului frigorific din cilindrul compresorului:
N i = N T / ηi, kW ,
unde ηi este randamentul indicatorului, luând în considerare pierderile de energie din schimbul de căldură în cilindru și din rezistența supapelor în timpul aspirației și refurării:
ηi = λw+ b · t O,
Pentru amoniac b = 0,001;
Pentru freon b = 0,0025.
12. Putere efectivă - putere pe arborele compresorului ținând cont de pierderile mecanice (frecare etc.):
Ne = Ni / ηmech , kW,
Unde η mech = 0,7…0,9 – randament mecanic.
13. Puterea arborelui motorului:
Nel = Ne / ηel , kW,
Unde ηel= 0,8…0,9 - coeficientul de performanță (eficiență) al motorului electric.
Tabel pentru selectarea datelor inițiale pentru sarcina nr. 1.
Anexa 2
Date inițiale pentru sarcina nr. 2
| Cifrarea numerelor | Cifră cifra | ||||||
| Ultimul | Al doilea | Primul | |||||
| Produs * | Durata de răcire, τ, min | Temperatura inițială a produsului, tн, °C | Temperatura ambiantă, ts, °C | Tipul de mediu de răcire | |||
| Vedere | Modelul fizic | Dimensiunea caracteristica ** 2R, m | |||||
| Vită | Farfurie | 0,04 | Aer | ||||
| Peşte | Cilindru | 0,05 | Aer | ||||
| Măr | Sferă | 0,06 | Aer | ||||
| Porc | Farfurie | 0,05 | Apă | ||||
| Roșie | Sferă | 0,06 | soluție de CaCl2 | ||||
| Căpșună | Sferă | 0,03 | Aer | ||||
| Morcov | Cilindru | 0,04 | Aer | ||||
| Porc | Cilindru | 0,03 | soluție de CaCl2 | ||||
| Cartof | Farfurie | 0,04 | Apă | ||||
| Pasăre | Farfurie | 0,04 | soluție de CaCl2 |
Note:* - se presupune ca produsul nu are ambalaj, indiferent de proprietatile (tipul) mediului de racire;
** - valoarea mărimii caracteristice ( 2R) corespunde grosimii sale întregi pentru o placă și diametrului său pentru un cilindru și o sferă.
Aplicație 3
REFRIGERARE ȘI TEHNOLOGIE
Ministerul Educației și Științei al Ucrainei
ACADEMIA NAȚIONALĂ DE TEHNOLOGII ALIMENTARE ODESSA
Departamentul de inginerie termică și răcire
Note de curs
„Echipament frigorific”
pentru studenții direcției profesionale 7.090221
forme de învăţământ cu normă întreagă şi cu frecvenţă redusă
Aprobat
consiliu de specialitate
7.090221
Odesa ONAPT 2008
Note de curs la cursul „Echipamente frigorifice” pentru licențe de specialitate 7.090221 cursuri cu frecvență și jumătate / Alcătuit de S.F. Gorykin, A.S. Titlov. – Odesa: ONAPT, 2008. – 188 p.
Întocmit de S.F. Gorykin, Ph.D. tehnologie. Științe, conferențiar
LA FEL DE. Titlov, Ph.D. tehnologie. Științe, conferențiar
Referent: Profesor, Departamentul de Ecologie, Academia Națională de Tehnologii Alimentare din Odesa, Doctor în Inginerie. Științe Geller V.Z.
Responsabil de lansarea S.F. Gorykin, Ph.D. tehnologie. Științe, conferențiar
Introducere
Echipamentul frigorific este un ansamblu de mijloace tehnice interconectate concepute pentru crearea, distribuirea și utilizarea frigului artificial. În acest caz, este necesar să se facă distincția între sistemele de refrigerare și echipamentele tehnologice de refrigerare.
Primul dintre ele este un complex de echipamente frigorifice (unul sau mai multe compresoare, condensatoare, diverse tipuri de evaporatoare, recipiente etc.), în care circulă un agent frigorific producând direct frig artificial. Astfel de complexe se numesc mașini frigorifice. Dintre câteva mașini de refrigerare fundamental diferite, industria alimentară folosește exclusiv mașini de refrigerare cu compresie cu abur.
Al doilea este destinat răcirii, congelarii și depozitării la frigider a produselor alimentare perisabile (PPF). Se numește echipament tehnologic de refrigerare.
Pe baza naturii impactului asupra produselor de siguranță alimentară, se face o distincție între echipamentele frigorifice pentru răcire și cele pentru congelarea produselor. Răcirea (o scădere a temperaturii nu mai mică decât temperatura crioscopică) se efectuează de obicei în camere de răcire (cu excepția SPP lichid). Congelarea (scăderea temperaturii semnificativ sub cea crioscopică) poate fi efectuată fie în camere de congelare (congelatoare cu camere), fie în dispozitive speciale– congelatoare rapide.
Echipamentele frigorifice comerciale și echipamentele frigorifice de uz casnic fac obiectul unei analize separate.
Aceste prelegeri nu ar trebui în niciun caz să fie considerate de către studenți ca singura sursă de informații. În ea, autorii au sistematizat doar materialul din diverse manuale și au încercat, dacă este posibil, să-l apropie de specificul Academiei Naționale de Tehnologii Alimentare din Odesa (ONAPT).
Anexa, pe lângă materialele de referință necesare pentru calculul și selecția echipamentelor frigorifice, include o listă de subiecte pentru munca independentă și întrebări utilizate pentru testare.
La sfârșit există o listă de literatură disponibilă în biblioteca ONAPT, de care studenții ar putea avea nevoie atunci când studiază cursul, realizează o sarcină de calcul și grafică (CGT), sarcini pentru muncă independentă și finalizarea cu succes module.
Curs 1. Aplicatii si principii fizice ale obtinerii temperaturilor scazute
1.1. Domenii de aplicare a refrigerarii artificiale
Frigul artificial (de mașină) este utilizat pe scară largă în economia națională. Cu ajutorul acestuia, sa dovedit a fi posibil să se regleze destul de simplu și eficient viteza diferitelor procese chimice și să se promoveze cursul lor cel mai favorabil.
ÎN Industria alimentară Răceala artificială este folosită în primul rând ca un excelent conservant pentru SPP. Care este baza efectului frigului asupra SPP? Pe doi factori.
În primul rând, în condiții de temperaturi scăzute, rata reacțiilor chimice de degradare a nutrienților valoroși din SPP încetinește și, prin urmare, „alterarea biochimică” a acestora încetinește.
În al doilea rând, temperaturile scăzute încetinesc (și uneori chiar opresc) activitatea vitală a microorganismelor, adică. previne alterarea „microbiană” a SPP.
De când omenirea a realizat că depozitarea la rece a SPP este cea mai mare mod eficient păstrându-și calitățile nutriționale ridicate (și acesta este sfârșitul ultimului - începutul acestui secol), în toate țările industrializate a început construcția intensivă de întreprinderi specializate - frigidere, concepute pentru acumularea pe scară largă și depozitarea pe termen lung a rezervele SPP.
Produsele din camerele unor astfel de frigidere pot fi depozitate la rece sau congelate. Răcirea SPP este o scădere a temperaturii nu mai mică decât cea crioscopică (de obicei la 0...4 С). Înghețarea este o scădere mai semnificativă a temperaturii, semnificativ mai mică decât cea crioscopică (în prezent minus 18...minus 25С).
Cu toate acestea, este greșit să credem că frigul artificial în industria alimentară este folosit doar pentru a crește durata de valabilitate a produselor alimentare. În prezent, frigul este un factor puternic de impact tehnologic asupra SPP. Se știe că, cu ajutorul răcelii artificiale, este posibil, de exemplu, să „clariți” cu succes sucurile și vinurile, să efectuați „coacerea” de înaltă calitate a cărnii și a brânzeturilor, a cerealelor uscate, a coajării boabelor de hrișcă etc.
Un foarte mare consumator de răceală artificială este industria chimica. În diferite etape ale proceselor tehnologice pentru producția de acid azotic, sinteza amoniacului, etilenă, producția de cauciuc, fibre chimice Frigul artificial este utilizat pe scară largă. În multe reactoare chimice, controlul vitezei reactie chimica efectuată folosind răceala artificială. ÎN uleiȘi gazÎn industrie, frigul este folosit pentru purificarea, separarea și lichefierea diferitelor componente și fracții. Există unități de producție specializate pentru purificarea uleiurilor lubrifiante din parafine, separarea xilenilor, lichefierea și purificarea gazelor. ÎN metalurgieȘi inginerie mecanică frigul artificial este utilizat pentru întărirea la temperatură scăzută și îmbătrânirea metalelor și aliajelor, prelucrarea metalelor de ultraprecizie, îndoirea țevilor; constructie tehnologie - pentru combaterea apelor subterane, îmbunătățirea structurii betonului; medicament– pentru stocarea sângelui și crearea unei bănci de organe pentru transplant. ÎN anul trecut se dezvoltă rapid criochirurgie. Academia de Stat de Refrigerare din Odessa (OSAKh) a creat crioinstrumente unice, inclusiv cele pentru microchirurgie a ochiului și a creierului. Avantajul neîndoielnic al criochirurgiei este o luptă mai reușită împotriva sângerărilor interne și a rupturilor.
Trebuie făcută o mențiune specială aer condiționat. Sisteme de confort concepute pentru a crea condiţii confortabile pentru persoanele din locuinţe şi clădiri publice. În astfel de instalații funcționează zeci de milioane de aparate frigorifice – autonome și centralizate – mai ales în țările cu climă caldă. Cu toate acestea, în zilele noastre, din ce în ce mai mult, în construcția clădirilor rezidențiale și publice din țările industrializate, se folosesc sisteme de aer condiționat pe tot parcursul anului, când aceeași mașină frigorifică este folosită vara pentru răcirea aerului din interior, iar iarna pentru încălzirea acestuia. (în modul pompă de căldură).
Pe lângă confort, există și aer condiționat tehnologic. Astfel de sisteme asigură condiții climatice optime pentru un anumit proces tehnologic. Până de curând, toate centrele de calcul erau dotate cu aparate de aer condiționat puternice, deoarece... Calculatoarele, în special cele cu tuburi, nu ar putea funcționa fără îndepărtarea intensivă a căldurii din cameră. La Uzina de inginerie de precizie din Odessa, atelierele uriașe au fost echipate de mult timp cu aparate de aer condiționat care mențin o temperatură de 190,5C pe tot parcursul atelierului. Acest lucru se face pentru a elimina influența fluctuațiilor temperaturii ambientale asupra preciziei prelucrării pieselor.
De asemenea, menționăm că, de regulă, toate facilitățile culturale și sportive, transportul de pasageri și marfă, vehiculele de mare capacitate și macaralele sunt echipate cu sisteme de aer condiționat.
Există și alte utilizări ale răcelii artificiale.
Curs de prelegeri despre fundamente teoretice tehnologia frigorifice
Lectura 1
TNT pentru aprovizionarea cu alimente
Lanțul de frig continuu (CCC) asigură reducerea pierderilor și păstrarea calității produsului cu:
colectare (producție)
prelucrare
transport
depozitare și vânzare.
Tehnologia de refrigerare în industria chimică, petrochimică, gaze și metalurgică.
Producerea de crioproduse O 2 , N 2 , He, Ar, Kr.
Confort și sisteme tehnologice de aer condiționat (SAC)
nuclear SCR – apartamente, cabane
VCS centralizat – clădiri publice și industriale
transport valutar - mașini, trenuri, avioane, nave.
pompe de căldură
instalatii de lichefiere
sisteme de răcire pentru materiale supraconductoare
criosisteme
crioinstrumente
unități de conservare a sângelui la temperatură joasă
criobanci
criogranulatoare
purificarea fluxurilor de gaze
curatarea aerului
capcana
extracţie
Curățarea canalelor de scurgere
eliminarea
covorașul termic al elementelor sistemului de rachete
producerea de oxigen și hidrogen lichefiat
realimentarea rachetei
Secțiuni
Informații generale
Bazele fizice TNT (procese fizice de obținere a temperaturilor scăzute)
Fundamentele termodinamice ale mașinilor frigorifice (metode de analiză a eficienței proceselor și ciclurilor)
Substanțe de lucru ale mașinilor frigorifice
Cicluri și diagrame ale mașinilor frigorifice cu abur
Cicluri și diagrame ale mașinilor frigorifice cu gaz.
Temperaturile scăzute sunt temperaturi sub temperatură mediu inconjurator.
Mediu – aer atmosferic, corpuri de apă, sol.
Temperatura este atribuită scalei de grade Celsius (o C) și scalei Kelvin (K)
Temperatura zero absolut pe scara Celsius este (-273,16 o C)
Întreaga scară Kelvin se bazează pe puncte de referință individuale: 273K este temperatura punctului triplu al apei; 373K este punctul de fierbere al apei; de la 0 la 273 - are și puncte de referință, care se caracterizează prin transformări de fază ale diferitelor substanțe.
Instrumentele care măsoară temperatura sunt calibrate folosind aceste puncte de referință.
TNT este împărțit în mod convențional în:
tehnologie criogenică (rece adâncă)
refrigerare (rece moderată)
Sarcina principală a frigului profund este de a lichefia gazele; separarea gazelor lichefiate pentru a produce produse criogenice (oxigen, azot etc.); tehnologii pentru utilizarea crioproduselor.
Aerul este format din:
Punctul de fierbere normal este punctul de fierbere la presiune atmosferică.
| gaz | punct de fierbere normal |
|
| LA | 0 C |
|
| O2 | 90,36 | -182,8 |
| N 2 | 77,36 | -195,8 |
| aer | 81,16 | -192,0 |
| H 2 | 20,46 | -252,7 |
| El | 4,26 | -268,9 |
Uz practic crioproduse obținute ca urmare a separării aerului:
Oxigen-O2. Folosit la sudarea metalelor, pentru purjarea furnalelor și cuptoarelor Martynov (metalurgie). În chimie, pentru a produce benzină sintetică. În complexul de rachete și spațiu, ca oxidant în motoarele de rachete. În medicina respiratorie (mai ales).
Azot-N2. Purtător de energie (agent frigorific pentru congelarea și depozitarea alimentelor și materiale biologice). În inginerie mecanică, ca mediu neutru în timpul sudării. În chimie, ca materii prime pentru producție îngrășăminte minerale pe bază de amoniac. În medicină, pentru răcirea crioinstrumentelor.
Hidrogen-H2. Producerea sa din apă sau din hidrocarburi (metan-CH 4 ) este un proces necriogenic. Hidrogenul lichefiat este folosit ca combustibil ecologic. De asemenea, este folosit pentru a produce apă grea, care este folosită în tehnologia nucleară.
Gazul natural este un amestec de:
| metan CH4, | t s = -161 o C |
| Etan C2H6 | t s = -9 o C |
| Propan C3H8 | t s = -42 o C |
| Butan C4H10 | t s = -12 o C |
La separarea gazelor, fracțiile grele sunt separate, începând de la propan și mai sus, care se pot condensa la presiunea atmosferică.
Fracțiile ușoare sunt utilizate în industria chimica, și sunt, de asemenea, arse. Principala modalitate de a obține temperaturi criogenice, inclusiv pentru separarea amestecurilor de gaze, este prin extinderea unui gaz precomprimat la nivelul de presiune necesar în șocuri sau mașini de expansiune (expanders).
Instalatiile de separare a aerului si gazelor sunt sisteme complexe, inclusiv compresoare, expansoare și schimbătoare de căldură regenerative.
Crioechipament industrial în producție unică la scară mică.
^ Metoda principală de obținere a temperaturilor de frig moderat.
Un sistem care efectuează un ciclu termodinamic închis se numește mașină frigorifică.
Aparat frigorific(ХМ) este o mașină concepută pentru a transfera căldură dintr-un mediu cu temperatură scăzută, în scopul răcirii acestuia, către un mediu cu o temperatură mai ridicată, datorită furnizării de energie din sursă externă.
Ciclul termodinamic al CM constă din următoarele procese secvenţiale:
Evaporarea (fierberea) sau încălzirea unui agent frigorific la temperatură scăzută și presiune scăzută.
Creșterea presiunii (compresiei) unui agent frigorific de vapori sau gazos.
Condens sau răcire a agentului frigorific la mai mult de temperatura ridicata, cu atât presiunea este mai mare.
Presiune redusă (expansiune) a agentului frigorific.
În funcție de domeniul de aplicare, CM este de obicei împărțit în:
industrial
comercial
gospodărie
Capacitate de racire XM
Este desemnat Q 0 și se măsoară în kW.
XM-urile industriale sunt produse cu capacitate de refrigerare
Q 0 =100…15000 kW
Trading XM
Q 0 =1,0…500 kW
Frig în gospodărie
Q 0 =0,1…5,0 kW
Producția cantitativă se caracterizează prin faptul că substanțele chimice mici sunt produse în milioane de bucăți pe an (substanțele chimice de uz casnic în lume produc 90.000.000 de bucăți/an). Mașinile mari de la 1000 kW și peste sunt produse în cantități de câteva sute.
Cererea aproximativă în Rusia, diferite capacități și scopuri de refrigerare.
| Q0, kW | buc/an | Aplicația principală |
| 0,1 | 4∙10 6 | Frig în gospodărie |
| 1,0 | 4∙10 5 | Comerț la rece |
| 10,0 | 4∙10 4 | |
| 100,0 | 4∙10 3 | |
| 1000,0 | 4∙10 2 | Frig industrial |
| 10000,0 | 40 |
II Bazele fizice ale tehnologiei la temperaturi joase
Definiție
Răcire artificială – scăderea temperaturii unui obiect sub temperatura ambiantă.
Frigul artificial este căldura al cărei nivel de temperatură este mai scăzut decât temperatura ambiantă.
Răcirea naturală este utilizarea temperaturii ambientale pentru a răci diferite procese dacă temperatura este suficient de scăzută. Aceasta include:
Folosind frig aerul atmosferic V timp de iarna al anului
Folosind gheața apei reci acumulate iarna etc.
Clasificarea generală a mașinilor frigorifice.
folositoare de căldură
^ Surse de căldură
Pentru orice motor termic (HM, în care se efectuează un ciclu termodinamic invers, sau un ciclu energetic, în care se efectuează un ciclu termodinamic direct), sunt necesare două surse de căldură: o sursă de căldură la temperatură joasă (LHT) și o sursă de căldură la temperatură înaltă (HHT). Fiecare dintre aceste surse poate transfera căldură către sistem sau poate primi (primi) căldură de la sistem, de exemplu. fi un radiator. Mediul (OS) poate juca rolul INT și IVT. Poate fi o sursă de căldură și un radiator.
Un sistem termodinamic este un set de corpuri care interacționează între ele și cu mediul. Acesta, sau o parte din acesta, este separat de mediu printr-o suprafață de control cu o permeabilitate dată.
CM este un sistem termodinamic care interacționează cu mediul; formele caracteristice de interacțiune sunt termice și mecanice.
Procesele termodinamice și ciclurile chimice sunt efectuate folosind o substanță de lucru - un agent frigorific (RA).
Starea unui sistem termodinamic este caracterizată de parametrii stării substanței de lucru.
Parametrii de stare sunt mărimi fizice:
„” – parametrii termici ai stării.
„entalpie, J; energie interna U, J; entropia S» – parametrii de stare calorică.
Cele mai utilizate: , ; u, ; s, .
Un proces termodinamic este un proces în care cel puțin unul dintre parametrii de stare se modifică.
Un ciclu termodinamic este un set de procese termodinamice secvențiale, în urma cărora sistemul revine la starea inițială în toate privințele.
Ecuațiile de bază pentru calculul și analiza proceselor și ciclurilor termodinamice decurg din prima și a doua lege a termodinamicii.
^ Prima lege a termodinamicii
Cantitatea de căldură furnizată sistemului prin suprafața de control este egală cu modificarea energiei interne și cu munca efectuată de sistem împotriva forțe externe.
(1), PdV = L abs
D = dU + d(PV) (2)
D 
(PV) = PdV + VdP
; VdP = L tech.
L tehnic - aceasta este munca cheltuită pentru compresia și mișcarea substanței de lucru.
Q 1-2 = (2 - 1)-
Q izoentropic = 0,
Isobaric p = const, Q 1-2 = 2 - 1
^ A doua lege a termodinamicii
Căldura nu se poate transfera spontan de la un sistem cu mai puțin la un sistem cu temperatură mai mare. Pentru a efectua un astfel de proces, este necesar să cheltuiți energie. Direcția de alimentare sau de evacuare a căldurii este caracterizată de parametrul de stare – entropia.
Diferența totală de entropie va fi modificarea cantității de căldură pe temperatură.
Entropia se numește căldură redusă.
Q este căldura implicată în proces.
T este temperatura la care are loc procesul.
Entropia este o măsură a reversibilității unui proces
Pentru procesul final, egal cu integrala de la inițială la finală, cantitatea de căldură pe temperatură aici va fi egală sau mai mare.
Pentru un proces reversibil va exista semnul „=”. Pentru ireversibil va exista un semn „>”. Pentru un proces circular ar fi:
Pentru funcționarea ciclică a unei mașini chimice, este necesar să existe nu numai o alimentare cu căldură, ci și o îndepărtare a căldurii și, prin urmare, sunt necesare o sursă de căldură și un radiator.
Aceasta este concluzia cea mai importantă din a doua lege a termodinamicii.
Înlocuind TdS în ecuațiile 1 și 2, obținem
Obținerea temperaturilor scăzute folosind transformări de fază ale substanțelor de lucru.
Transformările de fază sunt: fierbere, evaporare, topire și sublimare.
I – linia de fierbere;
II – linie de topire;
III – linie de sublimare.
Kr - depresiune critică, în care starea de lichid și vapori nu se distinge.
t.A este punctul triplu de echilibru a trei faze: lichidă, solidă și gazoasă.
Pe liniile I, II, III sunt în echilibru, respectiv: lichid – vapori, solid– lichid, solid – vapori. Pe măsură ce temperatura crește, substanța de lucru își schimbă stările de fază.
Pe aceste linii, temperatura și presiunea sunt legate fără ambiguitate: cu cât presiunea este mai mare, cu atât temperatura este mai mare și invers. Aceste linii se numesc linii de saturație.
Pentru fiecare substanță de lucru există un punct de fierbere la presiunea atmosferică, care se numește punct de fierbere normal: T s, K; t s, o C – este o caracteristică importantă a acestei substanțe de lucru.
| t s, o C | tcr, o C | P cr, MPa | t f , o C | Рf, MPa |
|
| Apă H2O | 100 | 374,5 | 22,56 | 0 | 0,00061 |
| amoniac NH3 | -33,35 | 132,4 | 11,52 | -77,7 | 0,6 |
| Dioxid de carbon CO2 | -78,5 | 31,0 | 7,38 | -56,6 | 0,554 |
| Aer | -192 | -140 | 3,76 | -208 | 0,01 |
Fierbere– un proces care are loc cu alimentare de căldură la presiune constantă și la temperatură constantă (pentru monosubstanțe).
Nivelul de temperatură necesar este asigurat de nivelul de presiune corespunzător (vezi figura de mai sus). Dacă punctul de fierbere este sub temperatura ambiantă, răcirea poate fi efectuată folosind acest proces.
Efectul de răcire este determinat de căldura de vaporizare, notată Literă latină„r”.
x – gradul de uscăciune.
Primul termen: - căldură interioară vaporizare, cheltuită pentru a conferi energie necesară moleculelor unei substanțe în timpul tranziției de la lichid la vapori.
Al 2-lea termen: - căldură exterioară de vaporizare, cheltuită pentru a depăși presiunea exterioară (diferență în volume specifice).
Pe măsură ce presiunea crește, punctul de fierbere crește, iar căldura de vaporizare scade și în punctul critic (la Tcr) r = 0.
Procesul de vaporizare prin fierbere este utilizat la mașinile frigorifice vapor-lichid. În practica de laborator și în unele procese tehnologice Se utilizează efectul vaporizării: aer lichid, azot și alte gaze lichefiate.
Punctul de fierbere necesar este asigurat de presiunea suficient de scăzută la care are loc procesul.
Evaporare este un proces de vaporizare care are loc pe suprafața liberă a unui lichid la o temperatură mai mică temperatura normala fierberea unei substanţe. Acest proces este asociat cu starea de neechilibru a fazei de vapori deasupra lichidului și a lichidului însuși.
Efectul de evaporare al apei care se evaporă în condiții de umiditate relativă scăzută la 0 grade este de 2500
Sublimare. În regiunea de sub punctul triplu (vezi figura), substanța este fie solidă, fie în interior stare gazoasă. Punctele curbei III sunt determinate de temperaturile și presiunile la care fazele solidă și gazoasă sunt în echilibru. Procesul de trecere de la starea solidă la starea gazoasă se numește sublimare.
Procesul de sublimare este foarte eficient deoarece... căldura de sublimare este egală cu suma căldurilor de fuziune și vaporizare (fierbere).
În practică, sublimarea dioxidului de carbon CO 2 (gheață carbonică), al cărui punct triplu este mai mare decât presiunea atmosferică (vezi tabelul) P f = 0,528, este utilizată pe scară largă; P atm = 0,1 MPa.
La presiunea atmosferică și temperatura -77,7 o C (indicată pe tabletă), căldura de sublimare este de 573.
Procesul de sublimare este folosit pentru uscare la rece. Dacă un produs congelat care conține apă este plasat în vid sub presiunea punctului triplu al apei (0,00061 MPa), atunci când este furnizată căldură, apa se va sublima - părăsiți produsul și produsul va fi deshidratat.
Topire– procesul de trecere a unei substanțe de lucru de la starea solidă la starea lichidă, care are loc odată cu absorbția căldurii, în timp ce căldura de fuziune este absorbită. Pentru gheața de apă, căldura de fuziune este 334,88
Pentru a obține temperaturi scăzute folosind efectul de topire, se folosesc soluții de săruri (apoase) și acizi. În acest caz, temperatura de topire scade, dar în același timp și căldura de topire scade comparativ cu gheata. Deci, de exemplu, o soluție de 30%. sare de masă ne permite să obținem o temperatură de -21,2 o C și o căldură de fuziune de 192,55.O soluție de clorură de calciu în apă ne permite să obținem -55 o C. Temperatura de topire realizată în soluții apoase de săruri se caracterizează printr-o concentrație - diagrama temperaturii (T-x).
În punctul E, soluția este saturată cu ambele componente simultan. Sub punctul E sunt două faze solide, respectiv saturate, cu predominanța componentelor A și B. Deasupra curbelor, soluția este în stare lichida, sub curbe - în solid.
Astfel, linia 1 și 2 sunt linia de topire sau cristalizare. Concentrația x E se numește eutectică, iar temperatura T E se numește temperatură eutectică. Pentru o anumită pereche de substanțe, nu se poate atinge o temperatură mai scăzută.
Cartea de referință conține o cantitate imensă de date despre parametrii soluțiilor eutectice din diferite componente. În practică, acest efect este utilizat în viața de zi cu zi (pungă - frigider, transport rutier).
În transportul rutier: o caroserie izolată de camion, ai cărui pereți sunt formați din panouri umplute cu o soluție eutectică și este încorporat un schimbător de căldură tubular, este conectată la CM, care pompează lichidul de răcire prin acesta.
Cursul 3 .
Diagrama stării substanțelor de lucru.
În prezent, pentru orice substanță de lucru (refrigerant) utilizată, au fost elaborate ecuații de stare care descriu relația în parametrii termici ai stării: P, MPa; t (T), o C (K); υ, m 3 /kg – și două calorice: , ; S.
Folosind ecuația de stare, diagramele de fază sunt construite pentru calcule inginerești. Se folosesc două tipuri de diagrame: S – T, – P. Pentru diagrama S – T se trasează izolinii P=const, =const, =const pe teren, precum și linia de saturație x=0 și x=1 (x este gradul de uscăciune al substanței în zona de saturație). În regiunea de saturație, sunt trase linii x=const (linia grad constant uscăciunea substanței).
Diagrama S – T este folosită pentru analiza proceselor și ciclurilor, iar diagrama P este folosită pentru calculele de inginerie chimică.
Pentru diagramă – sunt trasate P, T=const, =const, S=const, x=const, x=0, x=1.
O diagramă generală a stării substanței de lucru în coordonatele S – T, care reflectă toate stările posibile ale substanței de lucru:
A) materie solidă;
B) Stare bifazată solid - lichid;
B) Substanță lichidă.
D) Lichid în două faze - vapori;
D) Substanță vaporoasă;
E) Substanță gazoasă în intervalul de temperatură peste Tcr.
Regiunile: I – lichid-vapori;
II – abur supraîncălzit uscat;
III – lichid suprarăcit;
IV – solid-vapor;
V – solid-lichid;
VI – corp solid suprarăcit.
Procese: 1-2 – fierbere lichidă (P=const);
1-3 – stroflarea lichidului cu ↓ presiune în zona umedă
4-5 – topire;
6-7 – sublimare;
8-9 – stropit în zona aburului supraîncălzit (gaz);
8-10 – dilatarea izoentropică a aburului (gazului);
11-12 – throttling gaz în afara liniei de inversare;
5-1 – încălzirea lichidului până la o stare de saturație conform P=const.
4-5-1-2-8 – izobară.
^ Răcirea prin expansiune a gazelor.
Aceasta înseamnă că gazul este precomprimat la o presiune p 1 și apoi extins la mai mult presiune scăzută, de exemplu, la atmosferic. Răcirea realizată depinde de metoda de expansiune.
(2) forțe externe. si revine pe primul loc
Răcire prin accelerare.
Reglarea gazului este procesul de scădere a presiunii substanței de lucru pe măsură ce aceasta curge prin constricțiile din canal. Proprietăți caracteristice stropit:
a) Fluxul de gaz nu efectuează lucrări externe;
b) Presiunea scade rapid fără schimb de căldură cu mediul;
c) Procesul are loc de-a lungul liniei, iar energia internă U și energia volumetrică PV se modifică.
La stropit, energia este cheltuită împingând gazul printr-o secțiune transversală îngustă, în timp ce energia cinetică (viteza) crește brusc și temperatura scade. După o secțiune transversală îngustă, viteza gazului scade brusc și pierderile ireversibile asociate cu împingerea gazului încălzesc fluxul.
Procesul de =const (ℐ=const) este executat numai pe punctele finale.
Se respectă legea conservării energiei
U 1 + P 1 V 1 = U 2 + P 2 V 2
Temperatura T2<Т 1 , если U 2 P 1 V 1
În principiu, în funcție de regiune a diagramei de stare care are loc accelerarea, răcirea (T 2<Т 1) и охлаждение (Т 1 <Т 2).
Pentru a evalua rezultatul așteptat, se utilizează efectul diferenţial Joule-Thompson.
Este raportul dintre o modificare infinitezimală a temperaturii și o modificare infinitezimală a presiunii.
Dacă , atunci va fi răcire;
Dacă , atunci va fi răcire;
Dacă la punctele de inflexiune ale dreptei =const în diagrama de stări. Dacă aceste puncte din diagrama de stare sunt conectate între ele, atunci aceasta va fi o linie de inversare.
În conformitate cu ecuaţiile diferenţiale ale termodinamicii
Pentru un gaz ideal ale cărui isentalpe și izoterme coincid, efectul de răcire sau încălzire a gazului este o proprietate a gazului real.
Efectul de throttling integral este o modificare finită a temperaturii pentru o schimbare finită a presiunii.
În practică, se utilizează efectul diferenţial corespunzător unei schimbări de presiune de 1 bar (0,1 MPa), apoi
Pentru aer despre C
^ Efect de reglare izotermă.
Aceasta este capacitatea de răcire care poate fi obținută prin încălzirea aburului de la T2 la T1.
Procesul de throttling este ireversibil, are loc cu creșterea entropiei, este ineficient și nu este utilizat în tehnologia frigorifică, dar este utilizat în tehnologia criogenică în instalațiile de lichefiere și separare a gazelor împreună cu alte procese de răcire, de exemplu, în ciclul Linde
^ Răcirea când gazele se extind pentru a produce lucru.
Gazul precomprimat poate fi extins la o presiune mai scăzută în mașinile de expansiune numite expansoare. Se folosesc expansoare turbo și, în unele cazuri, expandoare cu piston.
Lucrul îndepărtat de pe arborele expansor poate fi folosit pentru a comprima gaz și a genera energie electrică.
Când gazele de gaz precomprimat se extind de la presiunea P 1 la P 2 în mașina de expansiune, odată cu revenirea muncii, temperatura gazului scade în toate cazurile.
Lucrul se realizează prin modificarea entalpiei gazului în expansiune. Daca procesul are loc fara pierderi si fara schimb de caldura cu mediul, atunci se va desfasura de-a lungul liniei S=const si deci va fi reversibil. Efectul de răcire într-un proces de expansiune izoentropică reversibil este caracterizat de raportul dintre modificarea infinitezimală a temperaturii și modificarea infinitezimală a presiunii.
Conform ecuaţiei diferenţiale a termodinamicii
 | ; |
 |
Efect integral
Pentru aer 
Efect izotermic
Pentru a calcula acest efect, puteți folosi ecuația aproximativă:
, unde k este exponentul adiabatic
În condiții: P 1 = 1 MPa (10 bar), T 1 = 300 K. Expansiune la presiunea atmosferică,
este temperatura când gazul se extinde la presiunea P 2 de-a lungul isentropului. Aceasta este temperatura scăzută maximă posibilă care poate fi obținută la T, P 1, P 2 dat. Prin urmare, diferența de temperatură este utilizată ca standard pentru evaluarea eficienței răcirii prin expansiune a gazului.
În realitate, această diferență de temperatură nu poate fi realizată, deoarece procesul de expansiune are loc cu pierderi, cu o creștere a entropiei, iar temperatura reală la care s-a răcit gazul expandat va fi mai mare, adică. Și 
Eficiența temperaturii procesului este determinată de:
^ Răcirea prin expansiune a gazului într-un tub vortex. Efectul Ranque.
Gazul precomprimat este furnizat conductei printr-o duză direcționată tangențial la conductă. În conductă, gazul se învârte în spațiul dintre diafragmă și supapă. Când fluxul se învârte, partea sa centrală eliberează energie straturilor periferice și se răcește la o temperatură. Aerul răcit, din care o fracțiune, este evacuat prin diafragmă; partea încălzită a aerului, din care o fracțiune, este îndepărtată din tub prin supapă. Aerul încălzit are o temperatură.
Schimbând poziția supapei de-a lungul axei tubului, puteți modifica raportul dintre debitul de gaz rece și fierbinte. În acest caz, se vor modifica și temperaturile Tg și Tx. Procesul de expansiune într-un tub vortex este în mod evident ireversibil, la fel ca throttling (are loc cu entropie). Se știe că dacă, după expansiune, curgerile calde și reci sunt amestecate între ele, atunci temperatura va fi egală cu T dr.
Caracteristicile procesului într-un tub vortex.
Graficul arată dependența scăderii temperaturii realizate în conductă de fracția de răcire cu aer. Răcirea maximă se realizează la o fracție de aer de răcire de .
Termic și material
Gazul prin duzele din rotorul distribuitorului este furnizat periodic tuburilor receptor cu o frecvență egală cu viteza de rotație a rotorului înmulțită cu numărul de duze ale rotorului. În receptor, gazul se contractă și se extinde periodic.
Ca urmare a acestui proces pulsatoriu, în el se stabilește o distribuție constantă a temperaturii de la (0,7...0,9)T 1, la începutul receptorului, până la (1,7...2,0)T 1, la sfârșitul receptor.
Presiunea la intrarea în receptor variază de la aproape p 2 (de exemplu, 0,1 MPa) la o presiune mai mare, dar puțin mai mică decât p 1.
De la capătul fierbinte al receptorului, căldura este transferată în mediu, adică. o parte din energia gazului comprimat este eliberată.
Procesul de pulsație este asemănat cu procesul de expansiune a gazului cu eliminarea energiei (în principiu, căldura îndepărtată poate fi folosită util).
În acest sens, eficiența temperaturii acestui proces este destul de ridicată și se poate apropia de eficiența expansiunii gazului într-un expander.
*Doar pentru distribuire
^ Răcire folosind efecte electrice și magnetice.
Efect termoelectric (răcitoare cu semiconductori)
Efectul termoelectric se bazează pe fenomenul de apariție a EMF într-un circuit de doi conductori diferiți dacă joncțiunile acestor conductori au temperaturi diferite. Termocuplurile utilizate pentru măsurarea temperaturii sunt construite pe acest principiu.
Deschis în 1812 Seebeck. În 1834 Peltier a descoperit efectul opus, adică. încălzirea și răcirea joncțiunilor opuse.
Structura elementului semiconductor:
Doi semiconductori diferiți 1 și 2 sunt conectați unul la altul printr-o joncțiune, celălalt capăt este conectat printr-o joncțiune fierbinte, conectată la o sursă de curent continuu. Ca urmare a trecerii curentului, conform efectului Peltier, una dintre joncțiuni este răcită și i se poate furniza căldură Q 0 de la obiectul răcit. A doua joncțiune se încălzește și căldura Q g este îndepărtată în mediu. Efectul de răcire depinde în primul rând de proprietățile materialului semiconductor, și anume de fem-ul lor termic, notat cu litera, . Transferat de efectul Peltier este egal cu
diferența dintre FEM termică a semiconductorilor, înmulțită cu puterea curentului și temperatura absolută a joncțiunii reci.
Materialele semiconductorilor 1 și 2 sunt selectate în așa fel încât coeficientul Peltier pentru ele să fie egal ca valoare și opus ca semn.
Atunci capacitatea de răcire conform efectului Peltier va fi egală cu Q = 2T x.
Implementarea deplină a efectului Peltier este împiedicată de doi factori fizici: 1) conductivitatea termică a semiconductorilor, în urma căreia căldura curge înapoi de la joncțiunea caldă la joncțiunea rece; 2) încălzirea semiconductorilor din căldura Joule generată de conductor atunci când curentul trece prin acesta.
Capacitatea de răcire a elementului semiconductor:
(1)
Introducere
Aparat frigorific
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice prin compresie
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice cu absorbție
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice cu ejector de abur
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice care utilizează răcitoare vortex
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice termoelectrice
Introducere
Refrigerarea este o disciplină științifică și ramură a tehnologiei care acoperă metode de obținere și utilizare a temperaturilor scăzute (rece) pentru producerea și depozitarea produselor alimentare.
Utilizarea tehnologiei de refrigerare face posibilă păstrarea proprietăților produselor alimentare, precum și obținerea de produse alimentare cu proprietăți noi.
Fără tehnologia de refrigerare, este imposibil să aprovizionezi o populație în creștere cu alimente de calitate. În procesul de producție și creșterea volumului vânzărilor de produse alimentare, rolul echipamentelor frigorifice este important, ceea ce permite:
crearea stocurilor de produse alimentare perisabile într-o gamă largă;
crește durata de valabilitate a produselor alimentare congelate;
vinde produse alimentare produse sezonier în mod egal pe tot parcursul anului;
reducerea pierderilor de mărfuri în timpul depozitării și transportului produselor alimentare;
introducerea unor metode progresive de prestare a serviciilor populației de către întreprinderile comerciale și de alimentație publică.
Aparat frigorific
O mașină de refrigerare este un dispozitiv folosit pentru a îndepărta căldura dintr-un corp răcit la o temperatură mai mică decât temperatura ambiantă. Procesele care au loc în mașinile frigorifice sunt un caz special de procese termodinamice, adică acelea în care există o modificare consistentă a parametrilor de stare ai substanței de lucru: temperatură, presiune, volum specific, entalpie. Mașinile frigorifice funcționează pe principiul unei pompe de căldură - preiau căldură din corpul care se răcește și, folosind energie (mecanică, termică etc.), o transferă într-un mediu de răcire (de obicei apă sau aer ambiental), care are o putere mai mare. temperatură decât corpul care este răcit. Mașinile frigorifice sunt folosite pentru a obține temperaturi de la 10°C până la -150°C. Regiunea temperaturilor mai scăzute se referă la tehnologia criogenică. Funcționarea unei mașini de refrigerare se caracterizează prin capacitatea sa de răcire.
Primele mașini frigorifice au apărut la mijlocul secolului al XIX-lea. Una dintre cele mai vechi mașini de refrigerare este absorbția. Invenția și designul său sunt asociate cu numele lui J. Leslie (Marea Britanie, 1810), F. Carré (Franța, 1850) și F. Windhausen (Germania, 1878). Prima mașină de compresie a vaporilor alimentată cu eter a fost construită de J. Perkins (Marea Britanie, 1834). Mai târziu, mașini similare au fost create folosind eter metilic și dioxid de sulf ca lichid de răcire. În 1874, K. Linde (Germania) a construit o mașină frigorifică cu comprimare a vaporilor de amoniac, care a marcat începutul ingineriei frigorifice.
Funcționarea frigiderelor se bazează pe ciclul frigorific. Un ciclu simplu de abur al unei mașini de refrigerare mecanică este implementat folosind patru elemente care formează un circuit de refrigerare închis - un compresor, un condensator, o supapă de accelerație și un evaporator sau un răcitor (Fig. 1). Aburul din evaporator intră în compresor și este comprimat, determinând creșterea temperaturii acestuia. După ieșirea din compresor, aburul de temperatură și presiune ridicată intră în condensator, unde este răcit și condensat. Unii condensatori folosesc un mod de subrăcire, de ex. răcirea în continuare a lichidului condensat sub punctul său de fierbere. Din condensator, lichidul trece prin supapa de accelerație. Deoarece temperatura de fierbere (saturație) pentru o anumită presiune este mai mică decât temperatura lichidului, începe fierberea intensivă a acestuia; în acest caz, o parte din lichid se evaporă, iar temperatura părții rămase scade la temperatura de saturație de echilibru (căldura lichidului este cheltuită pentru transformarea sa în abur). Procesul de reglare este uneori numit răcire internă sau auto-răcire deoarece procesul reduce temperatura agentului frigorific lichid la nivelul dorit. Astfel, lichidul saturat și aburul saturat ies din supapa de accelerație. Aburul saturat nu poate elimina eficient căldura, așa că este ocolit de evaporator și furnizat direct la admisia compresorului. Între clapete de accelerație și evaporator este instalat un separator, în care sunt separate aburul și lichidul.
Orez. 1. Diagrama ciclului frigorific.
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice prin compresie
Frigiderele cu compresie sunt cele mai comune și versatile. Principalele componente ale unui astfel de frigider sunt:
un compresor care primește energie din rețeaua electrică;
condensator situat în afara frigiderului;
evaporator situat in interiorul frigiderului;
supapă de expansiune termostatică, TRV, care este un dispozitiv de reglare;
agent frigorific, o substanță care circulă în sistem cu anumite caracteristici fizice.
Toate elementele mașinii frigorifice trebuie să aibă o etanșeitate ridicată. În funcție de tipul de compresor frigorific, mașinile de compresie sunt împărțite în piston, turbocompresor, rotativ și șurub.
Agentul frigorific sub presiune intră în evaporator printr-un orificiu de reglare (capilară sau supapă de expansiune), unde, din cauza scăderii brusce a presiunii, lichidul se evaporă și se transformă în abur. În acest caz, agentul frigorific ia căldură de pe pereții interiori ai evaporatorului, datorită căruia interiorul frigiderului este răcit.
Compresorul atrage agentul frigorific din evaporator sub formă de abur, îl comprimă, datorită căruia temperatura agentului frigorific crește și îl împinge în condensator.
În condensator, agentul frigorific încălzit ca urmare a compresiei se răcește, eliberând căldură mediului extern și se condensează, adică se transformă în lichid. Procesul se repetă din nou.
Astfel, în condensator, sub influența presiunii înalte, agentul frigorific se condensează și se transformă în stare lichidă, eliberând căldură, iar în evaporator, sub influența presiunii joase, fierbe și se transformă în stare gazoasă, absorbind căldură.
O supapă de expansiune termostatică (TEV) este necesară pentru a crea diferența de presiune necesară între condensator și evaporator la care are loc ciclul de transfer de căldură. Vă permite să umpleți corect (cel mai complet) volumul intern al evaporatorului cu agent frigorific fiert. Zona de curgere a supapei de expansiune se modifică pe măsură ce sarcina termică pe evaporator scade; pe măsură ce temperatura din cameră scade, cantitatea de agent frigorific circulant scade. Un capilar este un analog al unei supape de expansiune. Acesta nu își modifică secțiunea transversală, ci clasează o anumită cantitate de agent frigorific, în funcție de presiunea la intrarea și de ieșire a capilarului, diametrul acestuia și tipul de agent frigorific.
De obicei există și un schimbător de căldură care egalizează temperatura la ieșirea din condensator și evaporator. Ca urmare, agentul frigorific deja răcit intră în clapetă, care este apoi răcit în continuare în evaporator, în timp ce agentul frigorific care vine din condensator este încălzit înainte de a intra în compresor și condensator. Acest lucru vă permite să creșteți eficiența frigiderului.
Când temperatura necesară este atinsă, senzorul de temperatură deschide circuitul electric și compresorul se oprește. Când temperatura crește (din cauza unor factori externi), senzorul pornește din nou compresorul.
Pentru a crește eficiența economică a unei mașini de refrigerare (reducerea costurilor energetice pe unitatea de căldură eliminată din corpul care este răcit), aburul aspirat de compresor este uneori supraîncălzit, iar lichidul este suprarăcit înainte de clasificare. Din același motiv, se folosesc mașini frigorifice în mai multe etape sau în cascadă pentru a obține temperaturi sub -30°C.
La mașinile frigorifice cu mai multe etape, aburul este comprimat secvenţial în mai multe etape, cu răcire între etape individuale. În acest caz, la mașinile frigorifice în două trepte, punctul de fierbere al agentului frigorific ajunge la -80 °C.
În mașinile frigorifice în cascadă, care sunt mai multe mașini frigorifice conectate în serie, care funcționează cu diferiți agenți frigorifici care sunt cei mai potriviti din punct de vedere al proprietăților lor termodinamice pentru condiții de temperatură date, se obține un punct de fierbere de până la -150 ° C.
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice cu absorbție
Substanța de lucru din frigiderele cu absorbție sunt soluții din două componente cu puncte de fierbere diferite la aceeași presiune. Componenta care fierbe la o temperatură mai scăzută acționează ca agent frigorific; al doilea servește ca absorbant. În intervalul de temperatură de la 0 la -45°C, se folosesc mașini în care substanța de lucru este o soluție apoasă de amoniac (agent frigorific - amoniac). La temperaturi de răcire peste 0°C, se folosesc în mod predominant mașini de absorbție care funcționează pe o soluție apoasă de bromură de litiu (lichid de răcire - apă).
Sistemele de absorbție rețin condensatorul, supapa de accelerație și evaporatorul, dar înlocuiesc compresorul cu alte patru elemente: absorbant, pompă, generator de abur (refierbător) și supapă de reducere a presiunii. Aburul din evaporator intră în absorbant. Acolo vine in contact cu un lichid absorbant, care absoarbe agentul frigorific in faza de vapori; presiunea din absorbant scade, ceea ce asigura un flux continuu de abur din evaporator. În timpul procesului de absorbție, căldura este eliberată, prin urmare, absorbantul trebuie răcit, de exemplu, prin circulația apei. Amestecul rece de lichid absorbant și agent frigorific intră în pompă, unde presiunea acesteia crește. Deoarece o creștere a presiunii fluidului este însoțită doar de o ușoară modificare a volumului său, munca necesară pentru aceasta este mică. După părăsirea pompei, lichidul rece de înaltă presiune intră în refierbător, unde îi este furnizată căldură și cea mai mare parte a agentului frigorific se evaporă. Acest abur de înaltă presiune moderat supraîncălzit trece prin condensator și trece prin ciclul de refrigerare normal, în timp ce absorbantul este răcit și returnat la absorbant (prin intermediul unei supape de reducere a presiunii) pentru a repeta ciclul. Ciclul real de absorbție diferă de cel ideal prin aceea că o parte a absorbantului se evaporă în cazan și este transportată împreună cu vaporii de agent frigorific. Dacă nu este separat de agent frigorific înainte de a intra în evaporator, aceasta va determina creșterea temperaturii din evaporator sau, în practică, presiunea din evaporator va fi semnificativ mai mică decât presiunea de saturație la temperatura la care ar trebui să fie evaporator. Separarea absorbantului de agent frigorific are loc parțial într-un separator, care este situat între condensator și cazan și servește la condensarea absorbantului și la returnarea acestuia în cazan împreună cu o cantitate mică de agent frigorific asociat. Lucrarea mecanică a unităților frigorifice cu absorbție este mult mai mică decât a unităților frigorifice prin compresie, dar costurile totale ale energiei sunt semnificativ mai mari. Energia furnizată cazanului este mult mai mare decât cea eliminată din absorbant prin răcirea apei. Acolo unde electricitatea este scumpă, iar apa de încălzire și răcire sunt ieftine, instalațiile de absorbție sunt mai rentabile decât instalațiile de compresie. Utilizarea mașinilor de absorbție este foarte benefică în întreprinderile în care sunt disponibile resurse energetice secundare (abur rezidual, apă caldă, gaze reziduale din cuptoarele industriale etc.).
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice cu ejector de abur
O metodă de producere a frigului fără a efectua lucrări mecanice este ejectarea aburului din evaporator. Într-o astfel de instalație, agentul frigorific este apa, astfel încât temperatura din camera frigorifică nu poate fi sub 0 ° C.
Un frigider cu ejector de abur constă dintr-un ejector, un evaporator, un condensator, o pompă și o supapă de expansiune. Apa servește ca agent frigorific; aburul la o presiune de 0,3-1 MN/m2 este folosit ca sursă de energie, care intră în duza ejectorului, unde se dilată. Ca urmare, se creează o presiune redusă în ejector și, drept consecință, în evaporatorul mașinii, ceea ce corespunde unui punct de fierbere al apei puțin peste 0°C (de obicei aproximativ 5°C). În evaporator, datorită evaporării parțiale, apa rece furnizată consumatorului este răcită. Aburul aspirat din evaporator, precum și aburul de lucru al ejectorului, intră în condensator, unde se transformă în stare lichidă, dând căldură mediului de răcire. O parte din apa din condensator este furnizată la evaporator pentru a umple pierderea de apă răcită.
Unitățile de ejectare a aburului sunt folosite în industrie, unde există abur de înaltă și medie presiune și apă ieftină pentru răcire. Aceste unități sunt folosite și pe nave, deoarece numărul mic de părți mobile le face ușor de întreținut și reparat.
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice care utilizează răcitoare vortex
Răcirea se realizează datorită expansiunii aerului precomprimat de un compresor în blocuri de răcitoare speciale vortex.
Nu s-a răspândit din cauza nivelului ridicat de zgomot, a necesității de a furniza aer comprimat (până la 10-20 atm), a consumului foarte mare și a eficienței scăzute. Avantaje - siguranță mai mare de utilizare, deoarece nu se utilizează electricitate și nu există părți mecanice în mișcare sau compuși chimici periculoși în proiectare; durabilitate, fiabilitate.
Mașinile frigorifice cu expansiune în aer aparțin clasei de mașini frigorifice cu gaz. Agentul frigorific este aer. La temperaturi de până la aproximativ -80°C, eficiența economică a mașinilor cu aer este mai mică decât cea a mașinilor de compresie a vaporilor. Mai economice sunt mașinile de refrigerare cu aer regenerativ, în care aerul este răcit înainte de expansiune fie într-un schimbător de căldură în contracurent, fie într-un schimbător de căldură cu regenerator. În funcție de presiunea aerului comprimat utilizat, mașinile de refrigerare cu aer se împart în mașini de înaltă și joasă presiune. Există mașini de aer care funcționează într-un ciclu închis și deschis.
Principiul de funcționare al mașinilor frigorifice termoelectrice
Frigiderul termoelectric este construit pe elemente Peltier, este silentios, dar nu este utilizat pe scara larga datorita costului ridicat al racirii elementelor termoelectrice. Cu toate acestea, pungile frigorifice, frigiderele pentru mașini mici și răcitoarele de apă potabilă sunt adesea realizate cu răcire Peltier.
Un frigider termoelectric funcționează pe baza efectului Peltier, care implică eliberarea sau absorbția de căldură atunci când un curent electric trece printr-o joncțiune de termocuplu. În fig. Figura 2 prezintă schematic secțiunea transversală a unui astfel de frigider cu un volum de 65 dm3, capabil să mențină temperatura camerei frigorifice cu 10 ° C sub temperatura ambiantă. În partea de sus sunt 72 de termocupluri care asigură răcirea, consumând majoritatea celor 135 de wați de electricitate necesari pentru a funcționa frigiderul. Există nervuri speciale în canalul de suflare a aerului pentru o mai bună îndepărtare a căldurii, iar plăcile sunt instalate în cameră pentru a crește suprafața de transfer de căldură. Astfel de frigidere de pe nave sunt concepute pentru a stoca șase tone de alimente congelate sau refrigerate. Industria produce și alte tipuri de frigidere termice, în special termostate pentru nevoile de laborator.
Orez. 2. Frigider termoelectric (se poate face portabil). 1 – aripioare de răcire; 2 – ventilator; 3 – jaluzele; 4 – termoelemente; 5 – izolatie termica; 6 – farfurii reci.
Conţinut
|
Introducere. Principii fizice de obținere a temperaturilor scăzute………………………………………………………………………………... | |
|
Scheme și cicluri ale mașinilor frigorifice…………………………… | |
|
Compresoare frigorifice………………………………………... | |
|
Agenții frigorifici…………………………………………………………………… | |
|
Scheme și cicluri de compresie în două etape…………. | |
|
Schimbătoare de căldură ale mașinilor frigorifice…………….. | |
|
Mașini frigorifice cu absorbție ……………... | |
PRELEZA 1
Introducere.
Principii fizice de obţinere a temperaturilor scăzute.
1. Scurt istoric al dezvoltării tehnologiei frigorifice.
2. Răcire cu gheață și sărat cu gheață.
3. Răcirea în timpul tranzițiilor de fază.
4. Strongling.
5. Expansiunea adiabatică.
6. Efectul de vortex.
7. Răcire termoelectrică.
Metodele de acumulare și utilizare a frigului natural sunt cunoscute de multe secole. Acestea includ: acumularea de gheață și zăpadă în ghețari speciali, depozitarea alimentelor în gropi adânci (folosind temperatura medie scăzută a solului), răcirea apei pe măsură ce se evaporă.
Prima mașină de refrigerare din lume a fost proiectată în 1834 la Londra și a funcționat cu eter etilic, dar nu a fost utilizată pe scară largă. În 1872, englezul Boyle a inventat mașina de refrigerare cu amoniac, care a marcat începutul utilizării industriale a echipamentelor frigorifice.
Inițial, refrigerarea artificială a început să fie folosită pe scară largă în prepararea și transportul produselor alimentare. Prima instalație pentru congelarea cărnii a fost construită la Sydney în 1861. În același an (tot în Australia), la o rafinărie de petrol a fost instalată o mașină frigorifică pentru a separa parafina de țiței, ceea ce a marcat începutul introducerii refrigerației artificiale în industria chimică. Până la sfârșitul anilor 70 și începutul anilor 80. Ultimul secol datează de la primele încercări de a transporta carne din America de Sud și Australia în Franța și Anglia pe nave frigorifice cu mașini frigorifice cu aer și absorbție. Transportul alimentelor în vagoane de cale ferată răcite cu gheață a început în 1858 în Statele Unite. Primul frigider mare a fost construit în Boston (SUA) în 1881. În același an, a fost construit un frigider la Londra, iar în 1882 - la Berlin.
În Rusia, refrigerarea a început să prindă contur mai târziu și s-a dezvoltat încet. Primele mașini de refrigerare au apărut în 1888 în pescuitul din Astrakhan. În 1889, la fabricile de bere au fost construite două instalații frigorifice. Din 1892, mici fabrici de gheață au început să apară în Caucaz, Asia Centrală și Crimeea. Primul frigider cu o capacitate de 250 de tone a fost construit în 1895 la Belgorod. Primul transport feroviar în vagoane răcite cu gheață a început în Rusia, în același timp cu în străinătate, și anume în 1860. Până în 1914 au fost construite doar 29 de frigidere cu o capacitate totală de 45.600 de tone.În acest moment, capacitatea frigiderelor din Statele Unite. Statele se apropiau de 2 milioane de tone.În toate ramurile industriei din Rusia existau 296 de unități frigorifice. În total, în 1917 existau 58 de frigidere cu o capacitate totală de 57 300 de tone.Transportul frigorific era și el insuficient dezvoltat: în 1917 în Rusia existau doar 650 de vagoane de cale ferată cu două osii, cu răcire cu sare cu gheață și o navă frigorifică (refrigerată).
Orice corp încălzit poate fi răcit în mod natural la temperatura din jur. Este posibil să răciți corpul la o temperatură mai mică decât temperatura mediului doar în mod artificial.
Căldura poate fi îndepărtată dintr-un corp doar de un alt corp a cărui temperatură este mai mică decât temperatura corpului care este răcit. Cantitatea de căldură pe care un corp de răcire o elimină din corp sau din mediul care este răcit determină efectul său de refrigerare sau capacitatea de răcire.
Mediul răcit poate fi aerul unei camere cu produse perisabile, apa la obținerea gheții, pământul de pământ la scufundarea minelor etc.
Corpurile care efectuează procese fizice care au loc la temperaturi scăzute cu absorbție semnificativă de căldură sunt folosite ca răcitoare. Acestea includ procese de modificare a stării fizice a corpului, procese de expansiune, procese termoelectrice etc.
Răcirea folosind procese de modificare a stării fizice a corpurilor. Procesele de modificare a stării de agregare au loc fără modificarea temperaturii corpului, deoarece căldura absorbită (sau eliberată) de organism în aceste procese este cheltuită pentru depășirea (sau creșterea) forțelor de aderență dintre molecule. Pentru răcire, se folosesc procese de modificări ale stării de agregare care apar cu absorbția căldurii:
topire - trecerea solidelor în stare lichidă;
sublimare - trecerea solidelor direct în stare de vapori;
fierbere este trecerea corpurilor lichide într-o stare de vapori.
Corpurile cu temperaturi posibil scăzute de topire, sublimare, fierbere și cu căldură mare de topire de sublimare și fierbere sunt folosite în tehnologia frigorifică ca lichide de răcire.
Cel mai accesibil corp de răcire este gheața de apă cu un punct de topire de 0° C. Capacitatea de răcire a 1 kg de gheață corespunde căldurii sale de fuziune g = 335 kJ/kg. Gheața eutectică, care este o soluție înghețată de apă și sare, precum și un amestec de gheață zdrobită sau zăpadă cu sare, are un punct de topire mai scăzut. Scăderea punctului de topire al acestor corpuri sub 0°C se explică prin faptul că în ele, pe lângă topire, are loc și procesul de dizolvare a sării în apă, însoțit de o scădere a punctului de topire al amestecului și o scăderea căldurii de fuziune. Temperatura și căldura de topire a amestecului depind de tipul de sare și de conținutul acesteia din amestec.
Cele mai comune amestecuri sunt: clorură de sodiu cu gheață (punct de topire până la -21,2 ° C) și clorură de calciu cu gheață (punct de topire până la - 55°C).
Un corp care are o temperatură scăzută și căldură mare de sublimare este dioxid de carbon solid (dioxid de carbon CO2), care se numește gheață carbonică. În condiții atmosferice, o astfel de gheață trece din starea solidă direct în starea gazoasă (ocolind faza lichidă) la o temperatură de -78,9 ° C și fiecare kilogram din ea absoarbe aproximativ 575 kJ de căldură.
În unele cazuri, lichidele cu un punct de fierbere foarte scăzut sunt folosite pentru răcirea artificială, de exemplu aer lichid (punct de fierbere -192 C), oxigen lichid (-183 ° C), azot lichid (-196 ° C).
Utilizarea unei modificări a stării de agregare (topirea gheții, fierberea aerului lichid, sublimarea dioxidului de carbon solid) în scopul răcirii are o serie de dezavantaje. În special, corpurile de răcire, percepând căldura din mediul răcit și schimbându-și starea de agregare, își pierd capacitatea de răcire. Prin urmare, răcirea continuă este posibilă numai cu o cantitate infinit de mare de fluid de răcire. Deci, pentru răcirea continuă a camerei de depozitare a alimentelor, puteți folosi gheață, dar pe măsură ce se topește, trebuie înlocuită cu una nouă.
Răcirea continuă se poate realiza cu aceeași cantitate de lichid de răcire dacă, după obținerea efectului frigorific, acesta revine la starea inițială. Acest lucru se face în mașinile frigorifice. Pentru a menține o temperatură constantă scăzută a fluidului de lucru din mașină, cel mai des este utilizat principiul fierberii corpurilor lichide. Având în vedere că punctul de fierbere al unui lichid depinde de presiune, este posibilă atingerea temperaturii de fierbere necesare menținând o anumită presiune într-un aparat închis, corespunzătoare proprietăților fizice ale lichidului de fierbere. Pe măsură ce presiunea scade, punctul de fierbere scade. De exemplu, apa la presiunea atmosferică fierbe la 100°C, dar dacă puneți apă într-un vas închis și reduceți presiunea la 0,0009 MPa, apa va fierbe la 5°C. Amoniacul la o presiune de 0,1 MPa fierbe la -33,6°C; când presiunea scade la 0,05 MPa, punctul de fierbere scade la -46,5°C.
Dacă un aparat închis cu un lichid saturat este plasat într-un mediu răcit, a cărui temperatură este puțin mai mare decât punctul de fierbere al lichidului la presiunea creată în aparat, atunci lichidul va fierbe și căldura necesară pentru vaporizare va fi să fie îndepărtate din mediul răcit. Pentru a menține presiunea constantă în aparat și un punct de fierbere scăzut constant al lichidului, vaporii rezultați trebuie îndepărtați continuu.
Răcirea prin expansiune a gazelor. Când un gaz comprimat se extinde și efectuează un lucru extern în detrimentul energiei interne, temperatura gazului scade. Cea mai mare răcire a aerului poate fi realizată prin expansiune adiabatică, care are loc fără schimb de căldură cu mediul la entropie constantă. În acest proces, munca de expansiune se realizează numai datorită energiei interne a gazului. Dacă aerul, comprimat la 9 MPa la temperatura ambiantă, este expandat adiabatic la 0,1 MPa, temperatura acestuia va scădea la -190 ° C.
Răcire din cauza clapetei. Reglajul este procesul de reducere a presiunii unui lichid sau gaz fără a modifica entalpia. În practică, se realizează atunci când un lichid sau un gaz trece printr-o secțiune îngustă (supapă, robinet etc.) dintr-o cavitate de înaltă presiune într-o cavitate de presiune mai mică. Acest proces este, de asemenea, un fel de proces de expansiune cu o scădere a energiei interne a corpului. Cu toate acestea, nu este creată nicio lucrare utilă în timpul procesului de throttling. Energia internă este cheltuită pentru a depăși frecarea atunci când un lichid sau un gaz trece prin secțiunea îngustă a unei supape sau robinet.
