Refrigeració per compressió
La refrigeració per compressió és un método de refrigeració que consistix en forçar mecánicamente la circulació d'un refrigerante en un circuit tancat dividit en dos zones: d'alta i baixa pressió, en el propòsit de que el decorregut absorbixca calor de l'ambient, en el evaporador en la zona de baixa pressió i ho cedixca en la d'alta pressió, en el condensador.
Història
[editar | editar còdic]
En 1805, l'inventor nortamericà Oliver Evans va descriure un cicle tancat de refrigeració per compressió de vapor per a la producció de gèl per mig d'éter al buit. La calor s'eliminaria de l'ambient reciclant el refrigerante vaporizado, que es mouria a través d'un compressor i condensador i finalment tornaria a la forma líquida per a repetir el procés de refrigeració de nou. En 1834, un nortamericà expatriat en Gran Bretanya, Jacob Perkins, va construir el primer sistema de refrigeració de compressió de vapor que funcionava en el món.[1] Era un cicle tancat que podia funcionar contínuament, com va escriure en el seu palés:
| Estic capacitat per a usar decorreguts volàtils en el propòsit de produir el refredat o congelació de decorreguts i, no obstant, al mateix temps constantment condensando tals decorreguts volàtils, i tornant-los a posar en funcionament sense residus. | I am enabled to use volatile fluids for the purpose of producing the cooling or freezing of fluids, and yet at the same clave constantly condensing such volatile fluids, and bringing them again into operation without waste. |
El seu sistema prototip va funcionar encara que no va tindre èxit comercialment.[2] Un intent similar va ser fet en 1842, pel mege nortamericà, John Gorrie,[3] que va construir un prototip de treball, pero va anar un fracàs comercial. L'ingenier americà Alexander Twining va obtindre una palesa britànica en 1850 per a un sistema de compressió de vapor que usava éter.
Màquina frigorífica per compressió mecànica
[editar | editar còdic]
Una màquina frigorífica per compressió consta de 4 elements fonamentals:
- un compressor,
- un condensador,
- un orgue d'expansió o vàlvula laminadora
- un evaporador.
La refrigeració per compressió es basa en l'aprofitament de les propietats de certs decorreguts, cridats refrigerantes o decorreguts frigorígenos, de les quals, la principal per a este procés, és que la seua temperatura de vaporisació a pressió atmosfèrica és extremadament baixa. Els refrigerantes utilisats comunament, tenen temperatures d'ebullició en condicions normals, al voltant de -40 °C.
Supost un refrigerante en eixes característiques en un circuit frigorífic com el de la figura, s'eleva la seua pressió i temperatura, per mig d'un compressor en un procés isentrópico, fins a alcançar la pressió de condensació. En eixes condicions el decorregut travessa el condensador mentres intercanvia calor en el mig exterior. Com a conseqüència de la cessió de calor es produïx la condensació del decorregut, que ix del condensador i alcança la vàlvula d'expansió totalment en estat líquit. Esta última part del procés, es pot considerar isotèrmica, ya que no varia la temperatura durant el canvi d'estat. El tram del circuit comprés entre el compressor i la vàlvula d'expansió, es coneix com a costat d'alta o zona d'alta pressió.
El dispositiu d'expansió provoca una caiguda repentina de la pressió i la temperatura sense intercanvi de calor, per lo que esta part del procés es pot considerar, idealment, com una transformació adiabàtica o isoentálpica. El decorregut encara en estat líquit i a la pressió de vaporisació penetra en l'evaporador, bescanviador de calor ubicat en el mig que es pretén gelar, del com absorbix l'energia tèrmica corresponent al calor latent de vaporisació, de manera que el decorregut ix del evaporador completament en estat de vapor. La transformació es pot considerar isotèrmica per la mateixa raó que es va donar en el condensador. El tram del circuit des de la vàlvula d'expansió fins al compressor es coneix com a costat de baixa o zona de baixa pressió. A continuació, el vapor és aspirat pel compressor per a iniciar de nou el cicle.
En el cicle de refrigeració ideal, en els balanços d'energia de l'equip, es desprecia qualsevol pèrdua o guany de calor en les canonades, considerant que els únics intercanvis de calor que es produïxen en el sistema, ocorren en el evaporador i en el condensador. No obstant, en el cicle real el decorregut refrigerante sofrix una llaugera caiguda de pressió i temperatura per les pèrdues per fricció, sobretot en evaporador i condensador i en les restriccions de les vàlvules d'admissió i d'escape. Açò fa que el cicle real resulte llaugerament distorsionat respecte del cicle ideal de la figura.
Règim sec i règim humit
[editar | editar còdic]Règim sec
[editar | editar còdic]L'arribada de líquit al compressor, per poc que siga,[4] produïx els cridats colps de líquit que són molt destructius per al sistema de compressió de la màquina. En la finalitat d'evitar este problema, per mig de la vàlvula d'expansió, que també fa les voltes de regulador de cabal, és molt comú controlar el volum de líquit que aplega al evaporador, de manera que la calor absorbida recaliente el vapor d'eixida, és dir, alcance una temperatura per damunt de la de saturació (sobrecalentamiento). Esta acció, ademés de preventiva, aumenta el efecte frigorífic, que és la diferència d'entalpies entre l'entrada i l'eixida del evaporador, representada per la quarta etapa[5] del cicle en el diagrama Ph. Es conseguix també este aument de l'efecte per mig del subenfriamiento a l'eixida del condensador, fent circular a contracorrent, en un menut bescanviador auxiliar, el vapor fret del evaporador i el líquit calent provinent de l'eixida del condensador. Quan l'equip està treballant en estes condicions, es diu que ho fa en règim sec o sobrecalentado.[6]
Règim humit
[editar | editar còdic]Si es deixa molt oberta la vàlvula de laminación, aplega molt líquit al evaporador. El compressor aspira el decorregut en estat de vapor humit, pero en un títul que permeta que al final de la compressió, en l'interior del cilindre hi haja vapor saturat sec. Esta forma de treball produïx una baixada de temperatura del compressor, ya que partix de la calor de compressió és absorbit per l'evaporament de la part líquida que du el decorregut aspirat. Pero la major ventaja es produïx en l'evaporador, a on en haver més líquit, aumenta la superfície mullada dels tubos i per tant, es millora el coeficient de película i en general el coeficient global de transmissió i en això l'intercanvi de calor en l'ambient.
Es pot resumir dient que en una instalació frigorífica de compressió, deu treballar-se en règim sec en el compressor i lo més humit possible en el evaporador.[7] Açò es conseguix intercalando entre el evaporador i el compressor un recipient de líquit en el que se separen les partícules líquides que vénen del evaporador.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Robert T. Balmer (2011). Modern Engineering Thermodynamic, Academic Press. ISBN 978-0-12-374996-3.
- ↑ Burstall, Aubrey F. (1965). A History of Mechanical Engineering, The MIT Press. ISBN 0-262-52001-X.
- ↑ «"Improved process for the artificial production of isse", U.S. Patent Office, Patent 8080, 1851». Archivat des d'el original, el 28 de juliol de 2017. Consultat el 3 d'abril de 2017.
- ↑ Tenint en conte la incompresibilidad dels líquits. R.J.Rapin.
- ↑ correspon a la llínea horisontal inferior del cicle, traçada sobre la isoterma corresponent a la temperatura de vaporisació i la pressió de la qual de vapor es pot llegir en la seua prolongació fins a l'eix d'ordenades. Les entalpies s'indiquen en l'eix de abcisas
- ↑ R.J.Rapin. Instalacions frigorífiques. Capítul 9
- ↑ L.T.Zamaro.Tècnica de les instalacions frigorífiques industrials. pag.139 Edicions G.Gili S.A.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Refrigeración por compresión» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.