Ce este ciclul de refrigerare și cum este definit?

Evelyn Maitee Marin
Inginer industrial, MSc în fizică și EdD

Un ciclu de refrigerare se referă la procesul termodinamic repetitiv în care o substanță este utilizată ca agent frigorific schimbă faze printr-un circuit, iar funcția sa este de a absorbi căldura dintr-un spațiu pentru a fi condiționat pentru a elibera căldură într-un altul regiune. Spre deosebire de alte cicluri termodinamice precum puterea, în sistemele utilizate pentru refrigerare, scopul nu este obţinerea energiei pentru vânzare sau consum, ci mai degrabă condiţionarea termică a unui spaţiu, de exemplu, a cameră.

Cu o schemă de funcționare similară cu cea a ciclurilor frigorifice, există pompe de căldură, care, spre deosebire de aer Condiționate, sunt folosite pentru a încălzi un spațiu, adică pentru a extrage căldură din mediul exterior pentru a o elibera în incinta dorită. condiție.

Din punct de vedere teoretic, ciclurile frigorifice pot fi studiate având în vedere componentele care alcătuiesc sistemul precum şi diferitele etape prin care trece agentul frigorific în diferitele stări. Următorul grafic prezintă clasificarea sistemelor frigorifice:

Tipuri de sisteme frigorifice

Componentele de bază ale unui ciclu de refrigerare

Potrivit celui de-al doilea lege al Termodinamica, fluxul de căldură are loc spontan întotdeauna dintr-o regiune mai mare temperatura la o temperatură mai scăzută și, în caz contrar, este necesar un dispozitiv sau mecanism pentru a efectua procesul de refrigerare. Pentru a face acest lucru, orice sistem de refrigerare necesită cel puțin patru componente:

• Compresor: este un dispozitiv responsabil cu creșterea presiunii agentului frigorific odată ce acesta s-a evaporat. În condiții ideale, procesul de compresie este la entropie constantă, deși în practică are loc o creștere a entropiei.

• Evaporator: acest sistem este practic un schimbător de căldură prin care circulă agentul frigorific pentru a absorbi căldura din spațiul de condiționat și drept consecință, amestecul se schimbă într-o stare de aburi.

• Supapa de expansiune: numită și tub capilar sau expandor. În considerente ideale, acest dispozitiv funcționează isentalpic (la entalpie constantă), iar funcția sa este de a scădea presiunea agentului frigorific în zona de amestec.

• Condensatorul: este format dintr-o serpentina prin care agentul frigorific trece in stare de vapori, la o presiune si temperatura mai mari decat conditiile din vaporizator. În timpul trecerii prin condensator, agentul frigorific eliberează căldură în mediul extern și condensează până devine lichid. În mod ideal, procesul de condensare apare la presiune constantă, deși în realitate se manifestă de obicei scăderi de presiune.

Componentele de bază ale unui frigider

Coeficient de performanță (COP)

După cum sa menționat deja, pentru a extrage căldură dintr-un spațiu (răcire) și a face ca agentul frigorific să schimbe fazele într-un proces ciclic, sunt necesare dispozitive care funcționează consumând energie (electric sau combustibil), iar acesta reprezintă un cost, care ar trebui încercat să fie minimizat, maximizând funcția care se așteaptă de la ei în cadrul ciclului.

În ciclurile de putere, performanța termică sau electrică este determinată de obicei din randamentul ciclului sau componentele sale și, ca atare, această valoare ar trebui să se situeze întotdeauna între 0 și 1 (în termeni procentuali, ar fi între 0 și 100 %). Cu toate acestea, în ciclurile de refrigerare, cel mai frecvent este a analiza performanța sa folosind ca parametru de referință coeficientul de performanță, prescurtat prin acronimul său în engleză ca COP (coeficient de performanță), a cărui valoare este aproape întotdeauna mai mare decât unitatea, este întotdeauna pozitivă și este determinată din următoarea expresie:

Ciclu de refrigerare cu compresie de vapori ideal

În scopul maximizării coeficientului de performanță al ciclurilor frigorifice, au fost concepute diferite metode, cele mai Cea mai simplă dintre acestea este refrigerarea prin compresie de vapori, care este formată din patru stări care sunt prezentate în continuare imagine):

• Un proces de compresie izoentropică în compresor (stările 1 – 2),

• Un proces de respingere a căldurii cu presiune constantă în condensator (stările 2 – 3),

• Un proces de expansiune isentalpică în supapa de expansiune (stările 3 – 4),

• Un proces de absorbție a căldurii în evaporator la presiune constantă (stările 4 – 1).

Următoarea schemă arată a diagramă de temperatură (T) vs entropia (s) unde sunt indicate diferitele stări prin care trece agentul frigorific în timpul trecerii acestuia prin componentele sistemului pentru a finaliza ciclul frigorific prin comprimare a aburi:

Q_L este căldura absorbită din spațiul condiționat, Q_h este căldura respinsă în exterior și W_comp reprezintă munca compresorului.

După cum este descris, fluidul de lucru din ciclurile de refrigerare este agentul frigorific și există o mare varietate de acestea pe piață. Agenții frigorifici au evoluat, iar în prezent, tendința este de a opta pentru cele mai puțin poluante, netoxice și care au caracteristicile cerute în sistemul de instalat.

Unele dintre cele mai utilizate tipuri de agenți frigorifici

Acest grup de agenți frigorifici reprezintă 90% din agenții frigorifici utilizați în Statele Unite.