Studiul variantelor de instalatii frigorifice cu comprimare mecanica de vapori compatibile cu datele de proiectare

STUDIUL VARIANTELOR DE INSTALATII FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANICA DE VAPORI COMPATIBILE CU DATELE DE PROIECTARE

Obtinerea de temperaturi situate in intervalul -20÷ - 90sC se realizeaza in mod obisnuit cu ajutorul instalatiilor frigorifice cu vapori care pot fi cu comprimare intr-o treapta, cu comprimare in doua trepte, cu comprimare in trei trepte si in cascada.

Cele mai sigure instalatii frigorifice, cu comprimare intr-o singura treapta au fost si sunt utilizate pentru scaderea temperaturii pana la -20÷-30sC.

Instalatiile cu comprimare mecanica de vapori intr-o singura treapta sunt alcatuite in genral dintr-un vaporizator  compresor, condensator, ventil de laminare. Pentru imbunatatirea economicitatii instalatiei frigorifice se introduce in schema instalatiei un schimbator de caldura intern sau un subracitor care are rolul de a reduce temperatura agentului frigorific condensat sub temperatura de condensare.

Instalatiile frigorifce cu comprimare mecanica de vapori folosesc ca agenti frigorifici amoniacul si freonii.

Amoniacul este utilizat pe scara larga in instalatiile frigorifice, datorita avantajelor pe care le prezinta:

solubilitate redusa in ulei;

volum specific mic la temperaturile de vaporizare uzuale;

usurinta depistarii scaparilor de amoniac datorita mirosului specific;

nu exercita actiuni corozive asupra uleiului, dar in prezenta apei ataca zincul, cuprul, bronzul, alte aliaje pe baza de cupru cu exceptia bronzului fosforos;

Dintre dezavantaje mentionam faptul ca este toxic si exploziv.

Avantajele pe care le prezinta freonii sunt urmatoarele:

nu sunt toxici;

au inflamabilitate redusa si sunt neexplozivi;

prezinta neutralitate chimica;

au exponenti adiabatici mici si determina temperaturi de comprimare reduse;

Dezavantajele freonilor constau in:

vascozitate foarte redusa care favorizeaza scaparile de agent;

solubilitate reciproca cu uleiul care se accentueaza la marirea presiunii si reducerea temperaturii freonului;

au o densitate mai ridicata ceea ce determina cresterea rezistentelor hidraulice la circulatia lor prin conducte .

In vederea alegerii unei variante optime de instalatie frigorifica cu CMV compatibila cu datele de proiectare, pentru temperature de vaporizare de -10÷-15sC vom lua in studiu: NH; R-407A;R-410A;R 134a;R 152a.

1. Varianta de instalatie frigorifica cu CMV

intr-o treapta cu racire indirecta cu amoniac

Instalatiile frigorifice cu racire indirecta, sunt instalatiile in care racirea aerului din spatiile frigorifice se realizeaza prin intermediul unui agent intermediar lichid, de obicei acest agent fiind CaCl

1. 1 Stabilirea parametrilor ciclului,

a temperaturii de condensare si vaporizare

Temperatura saramurii care circula prin bateriile de racire se determina astfel:

t = t- t

unde

• t= t[sC] = temperatura minima a aerului din camerele depozitului frigorific

t = -2sC

t 4÷6sC (grd)

t= -8sC

Temperatura de vaporizare se determina cu relatia:

t= t - (5÷7)sC

t= -8-7 = -15sC

Temperatura de condensare

t = t+(5÷10)sC

unde

• t=22sC = temperatura apei de racire in condensator

t=30sC

Din tabelele cu proprietatile termodinamice ale NH la saturatie din [5]:

t= -15sC p= 0. 2363 MP= 2. 363 bar

t=30sC p=1. 169 MP=11. 69 bar

Tipul instalatiei frigorifice cu comprimare mecanica de vapori, rezulta din valoarea raportului de compresie H, care se determina astfel:

H== 4. 94 < 8

conform [5] avem o instalatie frigorifica intr-o treapta

Schema instalatiei frigorifice intr-o treapta, precum si ciclul teoretic de functionare reprezentat in diagramele T-9 si lgp-i sunt aratate in figura 6.

Parametrii de stare ai amoniacului sunt:

t[sC] = temperatura;

p[bar] = presiunea;

i[kJ/kg] = entalpia;

v[m³/kg] = volumul specific;

s[kJ/kg · K] = entalpia;

Figura nr. 6

Tabelul nr. 12

1. 2. Calculul schimburilor energetice specifice

ale ciclului teoretic al instalatiei

Pe baza valorilor parametrilor din tabelul nr 12 se calculeaza schimburile de caldura energetice specifice si lucrul mecanic al agentului.

puterea frigorifica specifica a agentului:

q= i - i= 1128. 14 kJ/kg

lucrul mecanic tehnic specific de comprimare:

|l| = i- i = 227. 86 kJ/kg

sarcina termica specifica frigorifica a agentului la condensare:

|q| = i- i = 1326. 22 kJ/kg

puterea specifica frigorifica a subracitorului:

q = i- i = 29. 78 kJ/kg

Verificarea bilantului energetic al ciclului:

q + |l| = |q| + q = 1356 kJ/kg;

Bilantul se verifica.

debitul masic al agentului frigorific este

m = unde:

= 24. 408 KW valoare calculata la subcapitolul 4.

Obtinem: m = 0. 02163 kg/s = 77. 88 kg/h

eficienta frigorifica a ciclului instalatiei:

E = 4. 95

randamentul energetic

2 Varianta de instalatie frigorifica cu CMV

cu racire directa cu R-407c

Instalatiile frigorifice cu racire directa sunt instalatiile la care racirea produselor se realizeaza direct la vaporizator sau prin aerul racit la vaporizator.

2. 1. Stabilirea parametrilor ciclului, a

temperaturii de condensare si vaporizare

Temperatura de vaporizare se calculeaza astfel:

t = t - (5÷8) grd

unde

• t = temperatura minima a aerului din depozit

t = -2sC

t = -2-8 = -10sC

Temperatura de condensare:

t= t+ (5÷10) grd

t = 22sC

t= 30sC

Din tabelel diagrama lgp-i pentru agentul R-407c rezulta

t = -10sC p = 3. 52 bar

t 30sC p = 12. 5 bar

Raportul de comprimare :

H= = 3. 55 instalatie intr-o treapta de comprimare

Schema instalatiei si ciclul teoretic reprezentat in diagramele T-S; lgp-i sunt aratate in figura nr 7.

Parametrii de stare ai agentului 407c in punctele caracteristice ciclului se citesc in diagrama lgp-i din [5] si se gasesc sintetizati in tabelul nr 13.

Figura nr. 7

Tabelul nr. 13

2. 2. Calculul schimburilor energetice

specifice ale ciclului teoretic al instalatiei

Pe baza valorilor parametrilor din tabelul 13 se calculeaza schimburile energetice specifice sub forma de caldura si lucru mecanic ale agentului frigorific:

puterea frigorifica specifica a agentului:

q = i- i= 171 kJ/kg

lucrul mecanic tehnic specific de comprimare:

|l| = i- i= 36 kJ/kg

sarcina specifica tehnica a agentului la condensare:

q = i- i = 202 kJ/kg

puterea frigorifica specifica schimbatorului intern de caldura:

q = i- i= 9 kJ/kg

Verificarea bilantului energetic al ciclului:

l+ q= q

36+171=207 kJ/kg

Bilantul se verifica

debitul masic de agent frigorific

m = unde:

= 21. 357 KW (valoare calculata la subcapitolul 4. )

Obtinem: m = 0. 1249 kg/s = 449. 6 kg/h

eficienta frigorifica a ciclului teoretic instalatiei este:

E = 4. 75

-randamentul energetic

3. Varianta de instalatie cu CMV

functionand cu R-410A

Din tabelele cu proprietati termodinamice pentru R-410A la saturatie rezulta:

t = -10sC p= 7 bar

t = 30sC p=18 bar

H = = 3. 16<8 instalate intr-o treapta

3. 1. Stabilirea parametrilor si a schimburilor

energetice specifice ale ciclului teoretic al instalatiei

Schema instalatiei si dfiagramele sunt aceleasi ca in figura 7. Parametrii agentului R-410A in puctele caracteristice ciclului se citesc din diagrama lgp-i din [5] si sunt trecuti in tabelul nr 14.

Tabelul nr 14

Pe baza  valorilor parametrilor din tabelul nr 14 se calculeaza schimburile energetice specifice sub forma de caldura si lucru mecanic ale agentului frigorific:

q= i- i= 180 kJ/kg

|l| = i- i= 36 kJ/kg

q = i- i = 214 kJ/kg

q= i - i = 10 kJ/kg

Verificarea bilantului energetic al ciclului:

|q| = q + |l| = 214 kJ/kg;

Bilantul se verifica.

debitul masic al agentului frigorific este

m = 0. 119 kg/s = 428. 4 kg/h

Eficienta frigorifica a ciclului instalatiei:

E = 5

Randamentul energetic

4. Varianta de instalatie frigorifica cu CMV

functionand cu R134a

t = -10sC p= 2. 0 bar

t = 30sC p=7. 7 bar

H = p/ p= 3. 85<8

Conform [5] se foloseste  o instalatie frigorifica intr-o treapta. Schema instalatiei frigorifice, precum si ciclul teoretic de functionare reprezentat in diagramele T-s si lgp-i sunt aceleasi ca in figura 7.

Parametrii de stare ai agentuluiR134a in punctele caracteristice ciclului se citesc in diagrama lgp-i din [14] si se gasesc sintetizati in tabelul nr. 1

Tabelul numarul 15

Pe baza  valorilor parametrilor din tabelul nr 15 se calculeaza schimburile energetice specifice sub forma de caldura si lucru mecanic ale agentului frigorific:

q= i- i= 157 kJ/kg

|l| = i- i= 27 kJ/kg

q = i- i = 183 kJ/kg          

q= 7 kJ/kg

Verificarea bilantului energetic al ciclului:

|q| = q + |l| = 183 kJ/kg;

Bilantul se verifica.

debitul masic al agentului frigorific este

m = 0. 136 kg/s = 489. 6 kg/h

Eficienta frigorifica a ciclului instalatiei:

E = 820

Randamentul energetic:

5 Varianta de instalatie frigorifica cu CMV

functionand cu R152a

Aceasta varianta a fost analizata pe calculator folosind entalpiile agentului din diagrama lgp-i

i= 351 KJ/Kg

i= 407. 52 KJ/Kg

i= 356. 22 KJ/Kg

i = 125 KJ/Kg

i= 119. 78 KJ/Kg

i= 119. 78 KJ/Kg

Cunoscand aceste date obtinem:

q= i- i= 231. 22 KJ/Kg

|l| = i- i= 51. 37 KJ/Kg

q = i- i = 282. 59 KJ/Kg

q= i - i= 22 KJ/Kg

Verificarea bilantului energetic al ciclului:

|q| = q + |l| = 282. 59 KJ/Kg;

Eficienta frigorifica a ciclului : E = 4. 501

Randamentul energetic: