Refrigeración es el proceso por el cual la temperatura ambiente desciende por debajo de la temperatura exterior.

Aire acondicionado - esta es la regulación de la temperatura y la humedad en la habitación con la implementación simultánea de filtración de aire, circulación y su reemplazo parcial en la habitación.

Ventilación - es la circulación y reposición del aire en una habitación sin cambiar su temperatura. Con la excepción de procesos especiales como la congelación de pescado, el aire suele utilizarse como medio intermedio de transferencia de calor. Por lo tanto, para la implementación de refrigeración, aire acondicionado y ventilación, se utilizan ventiladores y conductos de aire. Los tres procesos mencionados anteriormente están estrechamente interconectados y juntos proporcionan un microclima determinado para las personas, las máquinas y la carga.

Para reducir la temperatura en las bodegas de carga y en los almacenes provisionales durante la refrigeración, se utiliza un sistema de refrigeración cuyo funcionamiento lo proporciona una máquina frigorífica. El calor seleccionado se transfiere a otro cuerpo: un refrigerante a baja temperatura. El enfriamiento del aire acondicionado es un proceso similar.

En los esquemas más simples de unidades de refrigeración, el calor se transfiere dos veces: primero en el evaporador, donde el refrigerante, que tiene una temperatura baja, toma calor del medio enfriado y reduce su temperatura, luego en el condensador, donde se enfría el refrigerante, cede calor al aire o al agua. En los esquemas más comunes de plantas de refrigeración marina (Fig. 1), se realiza un ciclo de compresión de vapor. En el compresor, la presión de vapor del refrigerante aumenta y su temperatura aumenta en consecuencia.

Arroz. 1. Esquema de una unidad de refrigeración con compresor de vapor: 1 - evaporador; 2 - globo termosensible; 3 - compresor; 4 - separador de aceite; 5 - condensador; 6 - secadora; 7 - tubería para petróleo; 8 - válvula de control; 9 - válvula termostática.

Este vapor caliente y presurizado se inyecta en el condensador, donde, dependiendo de las condiciones de aplicación de la planta, el vapor se enfría con aire o agua. Debido a que este proceso se lleva a cabo a una presión elevada, el vapor se condensa por completo. El refrigerante líquido se canaliza a una válvula de control que controla el suministro de refrigerante líquido al evaporador donde la presión se mantiene baja. El aire de la cámara frigorífica o el aire acondicionado pasa a través del evaporador, hace hervir el refrigerante líquido y él mismo, desprendiendo calor, se enfría. El suministro de refrigerante al evaporador debe ajustarse de modo que todo el refrigerante líquido del evaporador se hierva y el vapor se sobrecaliente ligeramente antes de que vuelva a entrar en el compresor a baja presión para su posterior compresión. Así, el calor que se ha transferido del aire al evaporador es transportado por el refrigerante a través del sistema hasta llegar al condensador, donde se transfiere al aire exterior o al agua. En instalaciones donde se utilice un condensador enfriado por aire, como una pequeña unidad de refrigeración provisional, se debe proporcionar ventilación para eliminar el calor generado en el condensador. Para ello, los condensadores refrigerados por agua se bombean con agua dulce o de mar. El agua dulce se usa en los casos en que otros mecanismos de la sala de máquinas se enfrían con agua dulce, que luego se enfría con agua de mar en un enfriador de agua centralizado. En este caso, debido a la mayor temperatura del agua que enfría el condensador, la temperatura del agua que sale del condensador será mayor que cuando el condensador se enfría directamente con agua de mar.

Refrigerantes y refrigerantes. Los fluidos de trabajo de refrigeración se dividen principalmente en refrigerantes primarios y refrigerantes secundarios.

El refrigerante bajo la influencia del compresor circula a través del condensador y el sistema de evaporación. El refrigerante debe tener ciertas propiedades que cumplan con los requisitos, como hervir a baja temperatura y sobrepresión y condensar a una temperatura cercana a la temperatura del agua de mar y presión moderada. El refrigerante también debe ser no tóxico, a prueba de explosiones, no inflamable, no corrosivo. Algunos refrigerantes tienen una temperatura crítica baja, es decir, una temperatura por encima de la cual el vapor refrigerante no se condensa. Esta es una de las desventajas de los refrigerantes, en particular el dióxido de carbono, que se ha utilizado en los barcos durante muchos años. Debido a la baja temperatura crítica del dióxido de carbono, la operación de barcos con plantas de refrigeración de dióxido de carbono en latitudes con altas temperaturas del agua de mar se vio significativamente obstaculizada y, debido a esto, se tuvieron que utilizar sistemas de condensadores de enfriamiento adicionales. Además, las desventajas del dióxido de carbono incluyen la muy alta presión a la que funciona el sistema, lo que a su vez conduce a un aumento de la masa de la máquina en su conjunto. Después del dióxido de carbono, el cloruro de metilo y el amoníaco fueron ampliamente utilizados como refrigerantes. Actualmente, el cloruro de metilo no se usa en los barcos debido a su naturaleza explosiva. El amoníaco todavía tiene algunos usos, pero debido a su alta toxicidad, se requieren sistemas de ventilación especiales cuando se usa. Los refrigerantes modernos son compuestos de hidrocarburos fluorados que tienen varias fórmulas, con la excepción del refrigerante R502 ( de acuerdo con estándar internacional(MC) HCO 817 - para la designación de refrigerantes, se utiliza el símbolo del refrigerante, que consiste en el símbolo R (refrigerante) y un número de definición. En este sentido, al traducir, se introdujo la designación de refrigerantes R.), que es una mezcla azeotrópica (punto de ebullición fijo) ( una mezcla específica de diferentes sustancias que tiene propiedades que son diferentes de las propiedades de cada sustancia por separado.) refrigerantes R22 y R115. Estos refrigerantes se conocen como freones ( Según GOST 19212 - 73 (cambio 1), se establece el nombre freón para freón), y cada uno de ellos tiene un número definitorio.

El refrigerante R11 tiene una presión de operación muy baja, y para obtener un efecto de enfriamiento significativo, es necesaria una circulación intensiva del agente en el sistema. La ventaja de este agente es especialmente evidente cuando se utiliza en instalaciones de aire acondicionado, ya que se requiere relativamente poca energía para el aire.

El primero de los freones, después de que fueron descubiertos y estuvieron disponibles, recibió una amplia uso práctico freón R12. Sus desventajas incluyen una presión de ebullición baja (por debajo de la atmosférica), como resultado de lo cual, debido a cualquier fuga en el sistema, el aire y la humedad son absorbidos por el sistema.

En la actualidad, el refrigerante más común es el R22, que proporciona refrigeración a un nivel de temperatura suficientemente bajo a una presión de ebullición excesiva. Esto le permite obtener cierta ganancia en el volumen de los cilindros del compresor de la unidad y otras ventajas. El volumen descrito por el pistón del compresor que funciona con freón R22 es aproximadamente un 60 % en comparación con el volumen descrito del pistón del compresor que funciona con freón R12 en las mismas condiciones.

Se obtiene aproximadamente la misma ganancia cuando se usa freón R502. Además, debido a la baja temperatura de descarga del compresor, se reduce la probabilidad de coquización del aceite lubricante y fallas en las válvulas de descarga.

Todos estos refrigerantes no son corrosivos y se pueden usar en compresores herméticos y sin sello. En menor medida, el refrigerante R502 utilizado en motores eléctricos y compresores afecta a barnices y materiales plásticos. En la actualidad, este prometedor refrigerante sigue siendo bastante caro y, por lo tanto, no se ha usado mucho.

Los refrigerantes se utilizan en grandes instalaciones de aire acondicionado y en plantas de refrigeración que enfrían la carga. En este caso, el refrigerante circula por el evaporador, que luego se envía a la habitación para ser enfriado. El refrigerante se utiliza cuando la instalación es grande y ramificada, con el fin de eliminar la necesidad de circulación en el sistema un número grande un refrigerante caro que tiene un poder de penetración muy alto, es decir, puede penetrar a través de las más mínimas fugas, por lo que es muy importante minimizar el número de conexiones de tuberías en el sistema. Para las unidades de aire acondicionado, el refrigerante habitual es agua dulce, que puede tener la adición de una solución de glicol.

El refrigerante más común en las grandes unidades de refrigeración es la salmuera, una solución acuosa de cloruro de calcio a la que se le agregan inhibidores para reducir la corrosión.

El principio de funcionamiento de la unidad de refrigeración.

Para obtener frío artificial, la tecnología utiliza la propiedad de un líquido de cambiar su punto de ebullición en función de la presión.

Para convertir un líquido en vapor, se le debe aplicar cierta cantidad de calor. Por el contrario, la transformación de vapor en líquido (el proceso de condensación) ocurre cuando se elimina el calor del vapor.

La unidad de refrigeración consta de cuatro partes principales: un compresor, un condensador, una válvula de control y un enfriador de aire (evaporador), conectados en serie por tuberías.

En este esquema, un refrigerante circula en un circuito cerrado, una sustancia capaz de hervir a bajas temperaturas, dependiendo de la presión de vapor en el enfriador de aire. Cuanto menor sea esta presión, menor será el punto de ebullición. El proceso de ebullición del refrigerante va acompañado de la eliminación de calor de ambiente, en el que se encuentra el enfriador de aire, como resultado de lo cual se enfría este medio.

El vapor refrigerante formado en el enfriador de aire es aspirado por el compresor, comprimido en él y forzado al condensador. Durante la compresión, la presión y la temperatura del vapor refrigerante aumentan. Así, el compresor crea, por un lado, una presión reducida en el enfriador de aire, que es necesaria para que el refrigerante hierva a baja temperatura, y, por otro lado, una presión de descarga aumentada, a la que el refrigerante puede pasar de el compresor al condensador.

En el condensador, los vapores calientes del refrigerante se condensan, es decir, se convierten en líquido. La condensación de vapor se lleva a cabo como resultado de la eliminación de calor de ellos por el aire que enfría el condensador.

Para obtener frío, es necesario que la temperatura de ebullición (evaporación) del refrigerante sea inferior a la temperatura del medio enfriado.

La unidad frigorífica AR-3 es una unidad única montada sobre un bastidor con una pared termoaislante que separa la parte evaporativa (enfriador de aire) del resto del equipo. La parte evaporativa entra en una abertura realizada en la pared frontal del espacio de carga. El aire exterior es aspirado a través del condensador por un ventilador axial hacia la sala de máquinas.

En el mismo eje que el ventilador del condensador, hay un ventilador enfriador de aire que hace circular el aire en el espacio de carga.

Así, en la unidad frigorífica AR-3 existen dos sistemas de aire independientes:
— sistema de circulación de aire enfriado en el espacio de carga (el aire del piso del espacio de carga es aspirado por el ventilador axial hacia el enfriador de aire a través del conducto de aire guía, enfriado y expulsado bajo el techo del espacio de carga);
— sistema de refrigeración del condensador.

Un ventilador axial ubicado en el interior de la sala de máquinas aspira el aire del ambiente a través de las persianas del panel frontal de la carrocería, ingresa al condensador, lo enfría y lo expulsa a través de las persianas instaladas en las puertas laterales de la sala de máquinas.

Para enfriar el motor del carburador, se toma aire a través de una ventana especial en la pared frontal de la carrocería y se arroja a la sala de máquinas. El aire caliente de la sala de máquinas sale por las contraventanas de las puertas laterales.

Panel de control y todos los dispositivos de automatización, así como instrumentos de medición ubicados en el lado izquierdo (a lo largo del vehículo) de la unidad de refrigeración y tienen libre acceso.

El combustible se suministra al motor del carburador desde un tanque fijado en la parte superior de la unidad.

La unidad de refrigeración es un sistema hermético cerrado que consta de cuatro partes principales: un enfriador de aire, un compresor de freón, un condensador y una válvula de expansión termostática, conectados en serie por tuberías. Este sistema está lleno de refrigerante freón-12, que circula continuamente por él, pasando1 de una parte a otra.

El compresor aspira el vapor de freón formado durante la ebullición del enfriador de aire 8, los comprime a la presión de condensación. Simultáneamente con un aumento en la presión del vapor, su temperatura también aumenta a 70-80 ° C. El vapor de freón calentado del compresor se bombea a través de la tubería hacia el condensador. El vapor de freón se condensa en el condensador, es decir, se convierte en líquido. La condensación de los vapores se lleva a cabo como resultado de la privación de ellos. calor por el aire que sopla sobre la superficie exterior del condensador.

El freón líquido del condensador ingresa al receptor (tanque de reserva). Desde el receptor, el freón líquido se envía al intercambiador de calor, donde, al pasar por los serpentines, se sobreenfría debido al intercambio de calor con el vapor de freón frío que se mueve desde el enfriador de aire. Luego, el freón líquido ingresa al filtro secador, donde se limpia de humedad y contaminantes con una sustancia absorbente de humedad: gel de sílice.

Arroz. 2. Refrigeración
1 - panel de control; 2 - panel de instrumentos; 3 - bloque de ventiladores; 4 - condensador 5 - filtro secador; 9- intercambiador de calor; 10- pared termoaislante; 1er motor UD-2; 15 - relé-regulador RR24-G; 16 - presor termostático FV-6; 19 - motor eléctrico A-51-2;

Desde el filtro secador, el freón líquido se dirige a una válvula de expansión termostática, que sirve para regular la cantidad de freón que ingresa al enfriador de aire (evaporador).

En la válvula termostática, al pasar a través de un orificio de pequeño diámetro, el freón se estrangula, es decir, reduce bruscamente su presión. En este caso, su presión disminuye desde la presión de condensación hasta la presión de evaporación.

Una disminución de la presión conduce a una disminución de la temperatura del freón. El freón en forma de una mezcla de vapor y líquido ingresa al enfriador de aire a través del distribuidor de líquido y el ciclo se repite.

El freón, que fluye a través de los tubos del enfriador de aire a baja presión, hierve intensamente y, al evaporarse, pasa del estado líquido al estado de vapor.

El freón percibe el calor necesario para la evaporación (calor latente de vaporización) a través de las paredes del enfriador de aire del aire del espacio de carga que sopla el ventilador a través de la superficie con aletas del enfriador de aire.

Arroz. 3. Esquema de flujos de aire en la unidad de refrigeración: A - flujo de aire para enfriar el condensador; B - flujo de aire para enfriar el motor del carburador

Bajo estas condiciones, la temperatura del aire del espacio de carga disminuye y los productos en el espacio de carga se enfrían al transferir su calor al aire más frío.

La válvula de expansión divide el sistema de freón en dos partes: alta presión(presión de descarga o condensación) - desde la cavidad de descarga del compresor hasta la válvula de expansión y la línea baja presión(presión de succión o evaporación) - desde la válvula de expansión hasta el lado de succión del compresor.

Desde el enfriador de aire, el compresor succiona los vapores de freón a través de la tubería de succión y los alimenta al intercambiador de calor, donde, al pasar por el espacio anular, se sobrecalientan con el freón líquido que pasa por el serpentín. Luego, el vapor de freón ingresa al compresor y el proceso de circulación de freón en la unidad de refrigeración que se describe a continuación ocurre en un ciclo cerrado.

En el condensador, el freón, al pasar de vapor a líquido, emite calor al aire soplado desde la atmósfera circundante, y en el enfriador de aire, al pasar de líquido a vapor, absorbe el calor del aire del espacio de carga, lo que reduce la temperatura en el espacio de carga.

Por lo tanto, en la unidad de refrigeración, circula el refrigerante - freón-12, que en sí mismo no se consume, y solo se gasta la energía mecánica del compresor accionado por un carburador o motor eléctrico para producir frío.

La potencia de una unidad de refrigeración está determinada por la capacidad de refrigeración por hora de operación y se mide por la cantidad de calor (kilocalorías por hora) que la unidad de refrigeración puede tomar dentro de una hora del medio refrigerado, en este caso de la carga del refrigerador. espacio.

El compresor de la unidad de refrigeración es accionado a través de una transmisión de correa en V por un motor de carburador, y cuando funciona desde una red eléctrica, por un motor eléctrico.

Desde la polea del compresor, el movimiento también se transmite mediante una correa trapezoidal al generador de CC y al eje del ventilador, que crean flujos de aire a través del condensador y el enfriador de aire.

La temperatura (de -15° a +4°С) en el área de carga de la carrocería se mantiene automáticamente por medio de un termostato de dos posiciones TDDA.

Cuando se requiere mantener una temperatura positiva en el espacio de carga de la carrocería, la capacidad de refrigeración de la unidad se puede reducir drásticamente por medio de una válvula de control en la línea de succión. En este caso, el carrete de la válvula debe girarse completamente en el sentido de las agujas del reloj.

Capacidad de enfriamiento- esta es la cantidad de calor que la unidad de refrigeración puede eliminar del líquido enfriado. Este es el indicador más importante que refleja la eficiencia de la unidad de refrigeración y afecta su costo, por lo tanto, al elegir uno o equipos de refrigeración, es necesario prestar atención principalmente a la capacidad de enfriamiento de esta unidad. La capacidad de refrigeración se calcula al seleccionar la unidad y puede variar desde unas pocas unidades hasta varios miles de kW.

refrigerante- la sustancia de trabajo de una máquina de refrigeración que, durante la ebullición y en el proceso de expansión isotérmica, toma calor del objeto enfriado y luego, después de la compresión, lo transfiere al medio de enfriamiento debido a la condensación (agua, aire, etc.) . Anteriormente en maquinas frigorificas Freón fue el más utilizado, pero ahora está siendo reemplazado por sustancias alternativas, ya que daña el medio ambiente.

Energía- esta es la cantidad de frío producido por la unidad por unidad de tiempo. Los equipos de baja temperatura, por regla general, tienen más potencia que los equipos de temperatura media, pero no siempre. Cuanto mayor sea la potencia, más rápido la unidad de refrigeración produce la temperatura requerida y ajusta con mayor precisión el funcionamiento posterior de la máquina de refrigeración cuando cambian las condiciones ambientales.

Área de visualización- este es el espacio previsto para la colocación de mercancías que el comprador ve. Cuanto mayor sea la relación entre el área de exhibición y el área total de equipos comerciales, mejor. Por ejemplo: el área de exhibición en este caso consiste en un estante dentro de una vitrina y un pequeño estante superior ubicado afuera. La profundidad de exposición en este caso es de 775 mm (585 + 190) con una profundidad real de exposición de 795 mm. Sin duda, el área de exhibición aumenta si la vitrina tiene varios niveles, sin embargo, en este caso, debe recordarse que si hay muy poca distancia entre los niveles, o si todos los estantes tienen la misma longitud, entonces se superpondrán los productos. colocado en los estantes inferiores.

consumo de energía es la cantidad de electricidad consumida por el enfriador. Hay varios indicadores de consumo de energía: cuánta electricidad consume la unidad por día, por semana, por año o por unidad de bienes. Este parámetro es de suma importancia a la hora de elegir el equipo frigorífico y el tipo de unidad frigorífica (remota o empotrada), ya que el consumo energético para el funcionamiento de este equipo puede variar significativamente.

Temperatura ambiente también juega un papel importante en la elección del equipo de refrigeración. Esto sucede porque el refrigerante en el proceso de atravesar las paredes de los tubos está constantemente en contacto con ambiente externo(por aire). Como resultado del intercambio térmico, el aire se enfría, sin embargo, si la temperatura ambiente no corresponde a la temperatura establecida, el refrigerante no tiene tiempo de pasar por todo el ciclo de transformaciones de un estado líquido a un estado gaseoso, lo que conduce a un deterioro en el funcionamiento del equipo de refrigeración, o su avería. En base a este parámetro, los equipos de refrigeración pueden diseñarse para instalarse solo en interiores o exteriores.

2. El principio de funcionamiento de los equipos de refrigeración.

La unidad de refrigeración es un sistema cíclico cerrado, cuyo propósito es enfriar el aire. Principal partes constituyentes son evaporador, compresor, receptor y condensador. Entre ellos, estos elementos están conectados por tubos de conexión, dentro de los cuales hay un refrigerante (una sustancia que, debido a su conductividad térmica y la capacidad de cambiar fácilmente de un estado a otro, quita energía térmica sustancia enfriada y la transfiere al medio ambiente).

El compresor extrae el refrigerante gaseoso del evaporador y lo envía al condensador, donde se enfría rápidamente bajo la acción del aire frío que soplan los ventiladores y pasa a estado líquido, emitiendo calor. En la siguiente etapa, en el receptor, se acumula el refrigerante. Debido a la alta conductividad térmica, cuando la sustancia ingresa al evaporador, hierve y se convierte en vapor, absorbiendo así el calor del aire circundante. Es en esta etapa cuando la unidad produce frío. El refrigerante vaporizado luego ingresa al condensador de la misma manera, bajo la acción del compresor.
Así, la unidad de refrigeración produce tanto frío como calor. Esto es extremadamente importante cuando se trata de elegir una unidad de refrigeración remota o empotrada.

Para habitaciones grandes (a partir de 100 m²), a menudo se utilizan unidades remotas, que incluyen un compresor, un evaporador y un condensador autónomos. Se instalan en una sala separada fuera del piso comercial y, utilizando tuberías especiales, suministran aire frío directamente a las máquinas de refrigeración. Dado que la unidad de refrigeración se coloca fuera del piso comercial, esto, en primer lugar, permite aumentar el área de exhibición, ya que no ocupa espacio directamente dentro del equipo de refrigeración y, en segundo lugar, no produce ningún ruido. Además, cada unidad de refrigeración genera calor en el ambiente. Cuantas más unidades de refrigeración hay en la habitación, más aguda surge la cuestión de la refrigeración y el aire acondicionado de esta habitación, por lo que requiere mucha energía. Una unidad remota evita este problema, ya que todo el calor generado por esta instalación sale naturalmente al exterior de la estancia. Además, una unidad de refrigeración remota que produce frío para varias máquinas de refrigeración es mucho más económica en términos de consumo de energía. Sin embargo, existen algunos inconvenientes: el mantenimiento y la instalación de un sistema de generación de refrigeración remota es un proceso bastante laborioso que solo puede realizar un especialista.

Para habitaciones pequeñas (menos de 100 m²), el equipo con una unidad incorporada es más adecuado. Operación e instalación de equipos con incorporado unidad de refrigeración mucho más simple que el equipo con enfriamiento remoto y no requiere espacio adicional fuera del piso de negociación. Las desventajas en este caso son el ruido producido por la unidad y la reducción del área de visualización debido a la ubicación de la unidad directamente dentro del enfriador. Con una gran cantidad de enfriadores con una unidad integrada, surge la cuestión de eliminar el calor que generan durante el funcionamiento. Por lo tanto, los equipos con una unidad incorporada son mucho menos económicos que los enfriadores remotos.

Conceptos básicos relacionados con el funcionamiento de la máquina frigorífica

El enfriamiento en los acondicionadores de aire se lleva a cabo debido a la absorción de calor durante la ebullición del líquido. Cuando hablamos de un líquido hirviendo, naturalmente lo consideramos caliente. Sin embargo, esto no es del todo cierto.

Primero, el punto de ebullición de un líquido depende de la presión ambiental. A mayor presión, mayor punto de ebullición y viceversa: a menor presión, menor punto de ebullición. A presión atmosférica normal, igual a 760 mm Hg. (1 atm), el agua hierve a más 100°C, pero si la presión es baja, como, por ejemplo, en las montañas a una altitud de 7000-8000 m, el agua comenzará a hervir ya a una temperatura de más 40- 60°C.

En segundo lugar, bajo las mismas condiciones, diferentes líquidos tienen diferentes puntos de ebullición.

Por ejemplo, el freón R-22, muy utilizado en refrigeración, tiene un punto de ebullición de menos 4°,8°C a presión atmosférica normal.

Si el freón líquido está en un recipiente abierto, es decir, a presión atmosférica y temperatura ambiente, inmediatamente hierve, mientras absorbe una gran cantidad de calor del ambiente o de cualquier material con el que esté en contacto. En una máquina de refrigeración, el freón no hierve en un recipiente abierto, sino en un intercambiador de calor especial llamado evaporador. Al mismo tiempo, el freón que hierve en los tubos del evaporador absorbe activamente el calor del flujo de aire que lava la superficie exterior, por regla general, con aletas de los tubos.

Consideremos el proceso de condensación de vapor líquido en el ejemplo del freón R-22. La temperatura de condensación del vapor de freón, así como el punto de ebullición, dependen de la presión ambiental. Cuanto mayor sea la presión, mayor será la temperatura de condensación. Entonces, por ejemplo, la condensación del vapor de freón R-22 a una presión de 23 atm comienza ya a una temperatura de más 55°C. El proceso de condensación de vapor de freón, como cualquier otro líquido, va acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor al ambiente o, en relación con una máquina de refrigeración, la transferencia de este calor a un flujo de aire o líquido en un calor especial. intercambiador llamado condensador.

Naturalmente, para que el proceso de hervir freón en el evaporador y enfriar el aire, así como el proceso de condensación y eliminación de calor en el condensador sean continuos, es necesario "verter" constantemente freón líquido en el evaporador, y suministre constantemente vapor de freón al condensador. Tal proceso continuo (ciclo) se lleva a cabo en una máquina de refrigeración.

La clase más extensa de máquinas de refrigeración se basa en un ciclo de refrigeración por compresión, la principal elementos estructurales los cuales son un compresor, un evaporador, un condensador y un regulador de flujo (tubo capilar), conectados por tuberías y que representan un sistema cerrado en el cual el compresor hace circular el refrigerante (freón). Además de proporcionar circulación, el compresor mantiene una alta presión de alrededor de 20 a 23 atm en el condensador (en la línea de descarga).

Ahora que se han considerado los conceptos básicos asociados con la operación de la máquina de refrigeración, pasemos a una consideración más detallada del diagrama del ciclo de refrigeración por compresión, diseño y propósito funcional nodos y elementos individuales.

Arroz. 1. Esquema del ciclo de refrigeración por compresión.

Un acondicionador de aire es la misma máquina de refrigeración diseñada para el tratamiento de calor y humedad del flujo de aire. Además, el acondicionador de aire tiene capacidades significativamente mayores, un diseño más complejo y numerosas opciones adicionales. El procesamiento del aire implica darle ciertas condiciones, como la temperatura y la humedad, así como la dirección del movimiento y la movilidad (velocidad de movimiento). Detengámonos en el principio de funcionamiento y los procesos físicos que ocurren en la máquina de refrigeración (aire acondicionado). El enfriamiento en el acondicionador de aire es proporcionado por circulación continua, ebullición y condensación del refrigerante en un sistema cerrado. El refrigerante hierve a baja presión y baja temperatura, y se condensa a alta presión y alta temperatura. Un diagrama esquemático de un ciclo de refrigeración por compresión se muestra en la fig. una.

Comencemos la consideración de la operación del ciclo desde la salida del evaporador (sección 1-1). Aquí el refrigerante está en estado de vapor con baja presión y temperatura.

El refrigerante en forma de vapor es aspirado por el compresor, que eleva su presión a 15-25 atm y la temperatura a más 70-90°C (sección 2-2).

Más adelante en el condensador, el refrigerante en forma de vapor caliente se enfría y se condensa, es decir, pasa a la fase líquida. El condensador puede ser enfriado por aire o por agua dependiendo del tipo de sistema de refrigeración.

A la salida del condensador (punto 3), el refrigerante se encuentra en estado líquido a alta presión. Las dimensiones del condensador se eligen de modo que el gas se condense completamente dentro del condensador. Por tanto, la temperatura del líquido a la salida del condensador es algo inferior a la temperatura de condensación. El subenfriamiento en los condensadores enfriados por aire es típicamente alrededor de más 4-7°C.

En este caso, la temperatura de condensación es aproximadamente 10-20 °C superior a la temperatura del aire atmosférico.

Luego, el refrigerante en fase líquida a alta temperatura y presión ingresa al regulador de flujo, donde la presión de la mezcla disminuye bruscamente, mientras que parte del líquido puede evaporarse, pasando a la fase de vapor. Así, una mezcla de vapor y líquido ingresa al evaporador (punto 4).

El líquido hierve en el evaporador, eliminando el calor del aire circundante y nuevamente pasa al estado de vapor.

Las dimensiones del evaporador se eligen de manera que el líquido se evapore completamente dentro del evaporador. Por lo tanto, la temperatura del vapor a la salida del evaporador es superior al punto de ebullición, se produce el llamado sobrecalentamiento del refrigerante en el evaporador. En este caso, incluso las gotas más pequeñas de refrigerante se evaporan y no entra líquido en el compresor. Cabe señalar que si el refrigerante líquido ingresa al compresor, es posible que se produzca el llamado "golpe de ariete", daños y roturas de válvulas y otras partes del compresor.

El vapor sobrecalentado sale del evaporador (punto 1) y se reinicia el ciclo.

Así, el refrigerante circula constantemente en un circuito cerrado, cambiando su estado de agregación de líquido a vapor y viceversa.

Todos los ciclos de compresión de refrigeración incluyen dos niveles de presión específicos. El límite entre ellos pasa por la válvula de descarga a la salida del compresor por un lado y la salida del regulador de flujo (del tubo capilar) por el otro lado.

La válvula de descarga del compresor y la salida de control de flujo son los puntos de división entre los lados de alta y baja presión del enfriador.

En el lado de alta presión están todos los elementos operando a presión de condensación.

En el lado de baja presión están todos los elementos operando a presión de evaporación.

Aunque hay muchos tipos de máquinas de refrigeración por compresión, el diagrama de ciclo básico es casi el mismo.

Ciclo de enfriamiento teórico y real.

El ciclo de refrigeración se puede representar gráficamente como un diagrama de presión absoluta versus contenido de calor (entalpía). El diagrama (Fig. 2) muestra una curva característica que muestra el proceso de saturación del refrigerante.

La parte izquierda de la curva corresponde al estado de líquido saturado, la parte derecha corresponde al estado de vapor saturado. Las dos curvas se unen en el centro en el llamado “punto crítico”, donde el refrigerante puede estar tanto en estado líquido como vapor. Las zonas a la izquierda y derecha de la curva corresponden a líquido sobreenfriado y vapor sobrecalentado. Dentro de la línea curva se sitúa una zona correspondiente al estado de la mezcla de líquido y vapor.

Considere un diagrama de un ciclo de refrigeración teórico (ideal) para comprender mejor los factores que actúan (Fig. 3).

Consideremos los procesos más característicos que ocurren en el ciclo de enfriamiento por compresión.

Comprimir vapor en un compresor.

El refrigerante saturado de vapor frío entra en el compresor (punto C'). En el proceso de compresión, su presión y temperatura aumentan (punto D). El contenido de calor también aumenta en una cantidad determinada por el segmento HC'-HD, es decir, la proyección de la línea C'-D sobre el eje horizontal.

Condensación.

Al final del ciclo de compresión (punto D), el vapor caliente ingresa al condensador, donde comienza a condensarse y pasa de un estado de vapor caliente a un estado líquido caliente. Esta transición a un nuevo estado ocurre a presión y temperatura constantes. Cabe señalar que aunque la temperatura de la mezcla permanece casi sin cambios, el contenido de calor se reduce debido a la eliminación de calor del condensador y la transformación de vapor en líquido, por lo que se muestra en el diagrama como una línea recta paralela a el eje horizontal.

El proceso en el condensador ocurre en tres etapas: eliminación del sobrecalentamiento (D-E), condensación propiamente dicha (EA) y sobreenfriamiento del líquido (A-A`).

Consideremos brevemente cada etapa.

Eliminación de sobrecalentamiento (D-E).

Esta es la primera fase que ocurre en el condensador, y durante esta fase la temperatura del vapor refrigerado se reduce a la temperatura de saturación o condensación. En esta etapa, solo se elimina el exceso de calor y no hay cambio en el estado de agregación del refrigerante.

Aproximadamente del 10 al 20 % del calor total eliminado en el condensador se elimina en esta sección.

Condensación (E-A).

La temperatura de condensación del vapor enfriado y del líquido resultante permanece constante a lo largo de esta fase. Hay un cambio en el estado de agregación del refrigerante con la transición de vapor saturado al estado de líquido saturado. En esta sección, se elimina el 60-80% de la eliminación de calor.

Subenfriamiento del líquido (A-A`).

Durante esta fase, el refrigerante, que se encuentra en estado líquido, sufre un enfriamiento adicional, como resultado de lo cual su temperatura disminuye. Resulta un líquido sobreenfriado (en relación con el estado de un líquido saturado) sin cambiar el estado de agregación.

Subenfriar el refrigerante ofrece importantes beneficios energéticos: funcionamiento normal Una disminución de un grado en la temperatura del refrigerante corresponde a un aumento en la capacidad del enfriador de aproximadamente un 1 % para el mismo nivel de consumo de energía.

La cantidad de calor generado en el condensador.

La gráfica D-A` corresponde al cambio en el contenido de calor del refrigerante en el condensador y caracteriza la cantidad de calor liberado en el condensador.

Regulador de caudal (A`-B).

El líquido subenfriado con parámetros en el punto A` ingresa al regulador de flujo (tubo capilar o válvula de expansión termostática), donde se produce una fuerte disminución de la presión. Si la presión aguas abajo del regulador de flujo se vuelve lo suficientemente baja, entonces el refrigerante puede hervir directamente aguas abajo del regulador, alcanzando los parámetros del punto B.

Evaporación del líquido en el evaporador (B-C).

La mezcla de líquido y vapor (punto B) ingresa al evaporador, donde absorbe calor del ambiente (flujo de aire) y pasa completamente al estado de vapor (punto C). El proceso procede a una temperatura constante, pero con un aumento en el contenido de calor.

Como se mencionó anteriormente, el refrigerante de vapor está algo sobrecalentado a la salida del evaporador. La tarea principal de la fase de sobrecalentamiento (C-C`) es garantizar la evaporación completa de las gotas de líquido restantes para que solo el refrigerante en forma de vapor ingrese al compresor. Esto requiere un aumento del área de la superficie de intercambio de calor del evaporador en un 2-3 % por cada 0,5 °C de sobrecalentamiento. Dado que el sobrecalentamiento suele corresponder a 5-8 °C, el aumento de la superficie del evaporador puede ser de aproximadamente un 20 %, lo que sin duda está justificado, ya que aumenta la eficiencia de refrigeración.

La cantidad de calor absorbido por el evaporador.

La gráfica HB-HC` corresponde al cambio en el contenido de calor del refrigerante en el evaporador y caracteriza la cantidad de calor absorbido por el evaporador.

Ciclo de refrigeración real.

En realidad, como resultado de las pérdidas de presión que ocurren en las líneas de succión y descarga, así como en las válvulas del compresor, el ciclo de refrigeración se muestra en el diagrama de una manera ligeramente diferente (Fig. 4).

Debido a las pérdidas de presión en la entrada (sección C`-L), el compresor debe aspirar a una presión inferior a la presión de evaporación.

Por otro lado, debido a las pérdidas de presión en la salida ( sección M-D`), el compresor debe comprimir el vapor de refrigerante a presiones superiores a la presión de condensación.

La necesidad de compensar pérdidas aumenta el trabajo de compresión y reduce la eficiencia del ciclo.

Además de las pérdidas de presión en tuberías y válvulas, la desviación del ciclo real respecto del teórico también se ve afectada por las pérdidas durante el proceso de compresión.

Primero, el proceso de compresión en el compresor difiere del adiabático, por lo que el trabajo de compresión real es mayor que el teórico, lo que también conduce a pérdidas de energía.

En segundo lugar, existen pérdidas puramente mecánicas en el compresor, lo que conduce a un aumento en la potencia requerida del motor del compresor y un aumento en el trabajo de compresión.

En tercer lugar, debido al hecho de que la presión en el cilindro del compresor al final del ciclo de succión siempre es menor que la presión de vapor antes del compresor (presión de evaporación), el rendimiento del compresor también disminuye. Además, el compresor siempre tiene un volumen que no está involucrado en el proceso de compresión, por ejemplo, el volumen debajo de la culata.

Evaluación de la eficiencia del ciclo de refrigeración

La eficiencia del ciclo de refrigeración generalmente se estima mediante el coeficiente acción útil o coeficiente de eficiencia térmica (termodinámica).

El factor de eficiencia se puede calcular como la relación entre el cambio en el contenido de calor del refrigerante en el evaporador (HC-HB) y el cambio en el contenido de calor del refrigerante durante el proceso de compresión (HD-HC).

De hecho, representa la relación entre la potencia frigorífica y la potencia eléctrica consumida por el compresor.

Además, no es un indicador del rendimiento de la máquina de refrigeración, sino un parámetro comparativo para evaluar la eficiencia del proceso de transferencia de energía. Así, por ejemplo, si una enfriadora tiene un coeficiente de eficiencia térmica de 2,5, esto significa que por cada unidad de electricidad consumida por la enfriadora, se producen 2,5 unidades de frío.