9. 5. scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. scheme de automatizare a...

20
5.1. Principii generale de întocmire a schemelor de automatizare pentru instalații frigorifice 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) În acest capitol sunt prezentate scheme de automatizare specifice diferitelor tipuri de instalații frigorifice care au fost descrise sumar în cap. 1. Pentru fiecare caz în parte se redau modul de realizare concretă a buclelor de reglare automată, a protecției și controlului automat precum și ansamblul elementelor de automatizare aferente schemei de automatizare. În general, s-a adoptat modul de tratare de la simplu la complex, de la instalații de capacități frigorifice mici până la instalații de capacități frigorifice foarte mari. În final, sunt prezentate exemple de scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice utilizate în tehnologii specifice. 1.43 5.1. Principii generale de întocmire a schemelor de automatizare pentru instalații frigorifice Întocmirea schemei de automatizare a unei instalații frigorifice trebuie precedată de întocmirea schemei detaliate a instalației frigorifice și de stabilirea condițiilor de preluare a căldurii de la obiectul răcit Deoarece însă între schema instalației frigorifice și schema de automatizare a acesteia există strânse interdependențe, încă de la stabilirea schemei instalației frigorifice, se vor avea in vedere unele aspecte de automatizare a acesteia. De asemenea, pe lângă schema instalației frigorifice se vor lua în considerare și caracteristicile modului de preluare a căldurii de la obiectul răcit. Date despre obiectul răcit, cronograma de funcționare a instalației frigorifice ș.a. Pentru stabilirea mărimilor fizice care necesită atenție din punct de vedere al automatizării, acestea vor fi grupate în două mari categorii: mărimi interne - care determină funcționarea instalației frigorifice propriu-zise (temperaturi, presiuni și debite ale agentului frigorific, nivelul de agent lichid în recipienți, puterea frigorifică a compresoarelor șa.), mărimi externe - care caracterizează interacțiunile instalației frigorifice cu obiectul răcit sau/și agentul intermediar de răcire (aer, soluții alcoolice, soluții saline ș a.) cum ar fi temperaturi și umidități relative ale aerului, concentrația soluțiilor șa., cu mediul de răcire la condensator, subrăcitor șa, cum temperaturi, debite, presiuni ș.a. Un aspect de o importanță deosebită pentru realizarea obiectivelor reglării o constituie alegerea locului de amplasare în mediul reglat a elementelor sensibile. Elementul sensibil măsoară valoarea mărimii fizice din locul în care este amplasat, în timp ce mărimea fizică reglată are valori, diferite în spațiul recipientul sau conducta în care se află. De aceea se impune ca locul de amplasare a elementului sensibil să caracterizeze cât mai corect o valoare medie a mărimii fizice reglate. În cazul reglării temperaturii aerului interior din spațiile frigorifice elementul sensibil pentru temperatura aerului din incintă se va amplasa într-o zonă de circulație a aerului care să nu fie influențată direct de răcitoarele de aer, de uși sau de orice sursă de căldură, dar care să permită însă accesul ușor chiar în cazul în care spațiul este încărcat cu produse, Amplasarea elementului 149

Upload: others

Post on 31-Aug-2019

79 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.1. Principii generale de întocmire a schemelor de automatizare pentru instalații frigorifice

9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

În acest capitol sunt prezentate scheme de automatizare specifice diferitelor tipuri de instalații frigorifice care au fost descrise sumar în cap. 1. Pentru fiecare caz în parte se redau modul de realizare concretă a buclelor de reglare automată, a protecției și controlului automat precum și ansamblul elementelor de automatizare aferente schemei de automatizare. În general, s-a adoptat modul de tratare de la simplu la complex, de la instalații de capacități frigorifice mici până la instalații de capacități frigorifice foarte mari. În final, sunt prezentate exemple de scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice utilizate în tehnologii specifice.

1.43 5.1. Principii generale de întocmire a schemelor de automatizare pentru instalații frigorifice

Întocmirea schemei de automatizare a unei instalații frigorifice trebuie precedată de întocmirea schemei detaliate a instalației frigorifice și de stabilirea condițiilor de preluare a căldurii de la obiectul răcit Deoarece însă între schema instalației frigorifice și schema de automatizare a acesteia există strânse interdependențe, încă de la stabilirea schemei instalației frigorifice, se vor avea in vedere unele aspecte de automatizare a acesteia. De asemenea, pe lângă schema instalației frigorifice se vor lua în considerare și caracteristicile modului de preluare a căldurii de la obiectul răcit. Date despre obiectul răcit, cronograma de funcționare a instalației frigorifice ș.a. Pentru stabilirea mărimilor fizice care necesită atenție din punct de vedere al automatizării, acestea vor fi grupate în două mari categorii:

• mărimi interne - care determină funcționarea instalației frigorifice propriu-zise (temperaturi, presiuni și debite ale agentului frigorific, nivelul de agent lichid în recipienți, puterea frigorifică a compresoarelor șa.),

• mărimi externe - care caracterizează interacțiunile instalației frigorifice cu obiectul răcit sau/și agentul intermediar de răcire (aer, soluții alcoolice, soluții saline ș a.) cum ar fi temperaturi și umidități relative ale aerului, concentrația soluțiilor șa., cu mediul de răcire la condensator, subrăcitor șa, cum temperaturi, debite, presiuni ș.a.

Un aspect de o importanță deosebită pentru realizarea obiectivelor reglării o constituie alegerea locului de amplasare în mediul reglat a elementelor sensibile. Elementul sensibil măsoară valoarea mărimii fizice din locul în care este amplasat, în timp ce mărimea fizică reglată are valori, diferite în spațiul recipientul sau conducta în care se află. De aceea se impune ca locul de amplasare a elementului sensibil să caracterizeze cât mai corect o valoare medie a mărimii fizice reglate. În cazul reglării temperaturii aerului interior din spațiile frigorifice elementul sensibil pentru temperatura aerului din incintă se va amplasa într-o zonă de circulație a aerului care să nu fie influențată direct de răcitoarele de aer, de uși sau de orice sursă de căldură, dar care să permită însă accesul ușor chiar în cazul în care spațiul este încărcat cu produse, Amplasarea elementului

149

Page 2: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

sensibil se va face însă ținând seama și de anumite condiții tehnologice impuse. De exemplu, dacă se impune ca temperatura aerului să nu depășească o anumită valoare în nici o zonă a spațiului frigorific, atunci elementul sensibil se va amplasa în tocul cei mai cald din incintă. Dimpotrivă, dacă se impune ca temperatura aerului să nu scadă sub o valoare limită în nici o zonă a spațiului frigorific, atunci elementul sensibil se va amplasa în curentul de aer rece care iese din răcitorul de aer, iar dacă spațiul frigorific este fără circulație de aer se va amplasa cât mai aproape de pardoseală. În general, în depozitele frigorifice, elementul sensibil se amplasează pe un perete al incintei, la jumătatea înălțimii acestuia, la o depărtare de câțiva centimetri de acesta, fără a avea contact direct cu peretele. Elementul sensibil propriu-zis se va monta pe direcție perpendiculară pe perete și nu paralel cu acesta, pentru a reduce la maximum schimbul de căldură prin radiație cu peretele. În cazul reglării temperaturii unui fluid care curge printr-o conductă, în funcție de forma și dimensiunile elementului sensibil, de regimul de curgere a fluidului și de precizia impusă reglării, este necesar ca elementul sensibil să fie astfel amplasat și montat încât să măsoare cât mai fidel temperatura medie a fluidului fără a fi influențat de temperatura din jurul conductei respective. În acest sens se vor respecta recomandările date de firma constructoare a elementului sensibil. În cazul reglării temperaturii unui agent intermediar într-un bazin de răcire, elementul sensibil va fi amplasat într-o zonă cu circulație cât mai activă a agentului, de obicei la intrarea sau ieșirea agentului intermediar din bazin După analiza mărimilor interne și externe, se stabilesc acele mărimi care necesită atenție din punct de vedere al automatizării instalației și se stabilesc dispozitivele de automatizare necesare. Dispozitivele de automatizare se vor grupa, după funcția pe care o vor plini, în două mari grupe:

• pentru reglare propriu-zisă; • pentru protecție, control, semnalizare și comandă, În cadrul aceluiași proces, cele două mari categorii de funcții după care s-a făcut gruparea de mai sus, sunt de multe ori intim legate, intercondiționându-se reciproc. Concepția de ansamblu a schemei de automatizare precum și gradul de automatizare a instalației, inclusiv tipurile de echipament de automatizare vor fi rezultatul unui studiu amplu în care se vor avea în vedere următoarele considerente generale redate în continuare: (a) Considerente tehnice

• asigurarea producerii unei puteri frigorifice egale sau foarte apropiate de necesarul de frig în orice moment, independent de perturbațiile care pot apare în condițiile exterioare sau interioare instalației, cu un consum minim de energie și cu păstrarea în limite admise a tuturor mărimilor fizice care determină funcționarea și integritatea tuturor aparatelor componente și ale întregii instalații;

• menținerea temperaturii obiectului sau spațiului răcit la valorile prescrise, cu o precizie care să satisfacă necesitățile impuse de tehnologia deservită de instalația frigorifică; sunt de preferat, din acest punct de vedere, regulatoarele continue sau discontinue care asigură legi de comandă de tipul: proporțional, proporțional-integral, proporțional-integral-diferențial;

• alegerea unor elemente de automatizare cu caracteristici tehnice superioare privind proprietățile de precizie și de fiabilitate;

• asigurarea posibilității funcționării în condiții cât mai bune a instalației din punct de vedere al protecției personalului de exploatare, al aparatelor și mașinilor componente;

• reducerea riscurilor datorate erorilor de exploatare referitoare atât la instalația frigorifică, cât și la produsele sau obiectele răcite;

• reducerea la maximum sau simplificarea, pe cât posibil, a manevrelor manuale și a controlului manual în cadrul instalației,

150

Page 3: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori

• realizarea automată a unor procese tipice auxiliare, cum ar fi decongelarea suprafețelor de răcire a aerului, purjarea aerului din instalație, întoarcerea uleiului în carterele compresoarelor ș.a.,

(b) Considerente economice

• asigurarea rentabilității instalației frigorifice în ansamblul ei, adică suma costurilor de amortizare și a costurilor de exploatare să nu fie mai mare decât venitul rezultat din producerea frigului. Se va ține seama și de faptul că pe măsura creșterii gradului de automatizare al unei instalații crește și necesarul de operații de întreținere și reparații ale aparatelor de automatizare;

• considerarea cerințelor impuse de către beneficiar sau client, adică de titre cel care plătește conceperea și realizarea automatizării;

• corelarea dintre exigențele impuse reglării cu costurile dispozitivelor de automatizare. În acest scop se vor alege dispozitivele ale căror caracteristici de funcționare sunt cele mai apropiate scopului ce trebuie realizat, justificate aparate cu precizie și stabilitate mai mari decât este strict necesar

• asigurarea unei reduceri a personalului de exploatare; • îmbunătățirea unor indici economici (consum de apă de răcire, de agent frigorific sau

intermediar ș.a.); • asigurarea reducerii consumurilor energetice atât a celor globale, cât și a celor specifice, pe

unitatea de frig produsă; • creșterea duratei de exploatare a utilajelor prin menținerea mărilor fizice, din instalație la

valorile nominale; • reducerea numărului de întreruperi în funcționarea instalațiilor datorită reducerii numărului de

avarii sau defecțiuni în instalație.

1.44 5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori

Deoarece instalațiile frigorifice cu comprimare mecanică de vapori dețin cea mai mare pondere în diverse utilizări în raport cu alte tipuri de instalații, în continuare se vor analiza mai pe larg diversele scheme de automatizare ale acestora.

1.1.73 5.2.1. Instalații cu compresor cu piston, de capacitate frigorifică mică Din această categorie de instalații fac parte frigiderele și congelatoarele casnice, precum și instalațiile frigorifice comerciale. Capacitatea frigorifică a acestor instalații ajunge, în general, până la valori de cca.10 kW în condiții de referință standard pentru ciclul frigorific.

1.1.73.1 5.2.1.1. Instalații cu un singur spațiu răcit la temperaturi ale aerului răcit mai mari decât 0 °C

Cea mai simplă schemă de automatizare, utilizată în cazul unor instalații frigorifice comerciale, este redată în fig. 5.1, a și constă în principal din reglarea bipozițională a temperaturii vaporilor de agent în ultima parte a vaporizatorului. Termostatul de vaporizator 7 al cărui bulb este fixat pe serpentina vaporizatorului, aproximativ la o treime de ieșirea din acesta, comandă pornirea și oprirea compresorului în intervalul ∆t0 al temperaturii de vaporizare, ceea ce corespunde intervalului ∆t, al temperaturii aerului răcit, așa cum rezultă din fig. 5.2.

Bulbul termostatului este parțial influențat de temperatura suprafeței vaporizatorului și parțial de temperatura aerului răcit din jurul lui. Termostatul de vaporizator se ajustează astfel încât el va comanda întreruperea curentului electric înainte ca să se brumeze și ultima parte a vaporizatorului.

151

Page 4: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

Fig. 5.1. Schemă de automatizare a instalației frigorifice cu compresor ermetic și motor monofazat pentru

spații cu temperaturi ale aerului mai mari ca 0 °C, cu vaporizator alimentat prin robinet de laminare presostatic;

a - schema automatizării instalației; b - schemă electrică, 1 - compresor ermetic cu motor electric monofazat; 21 condensator răcit cu aer în convecție naturală; 3 - filtru deshidrator; 4 - schimbător de căldură internă; 5 - robinet de laminare presostatic. 6- vaporizator; 7 - termostat de vaporizator, 8 - motor electric monofazat; 9 - înfășurare electrică de pornire; 10 - înfășurare electrică de lucru; 11 - condensator electric. 12 - releu termic de protecție; 13 - releul termostatului; 14 -

butonul de pornire; 15 - butonul becului electric; 16 - bec electric.

Laminarea agentului frigorific lichid se face la trecerea prin robinetul automat de laminare presostatic 5, montat la intrarea în vaporizatorul 6. În schema electrică a automatizării (fig. 5.1, b) s-au reprezentat cele două înfășurări ale motorului electric monofazat 8 și anume înfășurarea 10 conectată direct la rețea și înfășurarea 9 conectată în serie cu un condensator electric 11 care realizează defazajul.

152

Page 5: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori Protecția la suprasarcină a motorului electric se realizează prin releul termic 12 sau printr-o siguranță fuzibilă.

Pig.5.2. Reprezentarea grafică a curbelor caracteristice ale compresorului și vaporizatorului la reglarea cu

ajutorul termostatului de vaporizator (v. și fig.5.1); Φ0 - puterea frigorifică a compresorului; Φvap - puterea frigorifică a vaporizatorului; t0 - temperatura de

vaporizare (egală cu temperatura de aspirație).

Schema de automatizare redată mai sus poate fi folosită numai la variații mici ale sarcinii frigorifice. în locul robinetului automat de laminare presostatic 5 se poate utiliza un tub capilar așa cum este cazul aproape tuturor frigiderelor și congelatoarelor casnice. Dacă, în locul condensatorului 2 răcit cu aer în convecție naturală, se utilizează un condensator cu convecție forțată, atunci termostatul de vaporizator; comandă simultan cu motorul compresorului și motorul ventilatorului. Dacă se utilizează condensator răcit cu apă, atunci schema de automatizare trebuie să cuprindă și reglarea presiunii de condensare care se realizează cu ajutorul unui robinet presostatic de apă. Reglajul cu ajutorul termostatului de vaporizator are dezavantajul unei eficacități mai mici a vaporizatorului la începutul perioadei de răcire față de sfârșitul perioadei atunci când vaporizatorul este plin cu agent frigorific lichid. La începutul perioadei de răcire, supraîncălzirea vaporilor în vaporizator este foarte mare și scade de obicei către sfârșitul perioadei de răcire, când termostatul comandă oprirea compresorului. Acest dezavantaj este eliminat prin înlocuirea robinetului automat de laminare presostatic printr-un robinet de laminare termostatic, așa cum rezultă din fig. 5.3. Schema cuprinde reglarea bipozițională a temperaturii aerului cu ajutorul termostatului 10 care comandă pornirea sau oprirea motorului compresorului și a ventilatorului condensatorului. Termostatul 8 are rolul de semnalizare a atingerii unor temperaturi ale aerului peste valoarea maximă admisă. Decongelarea vaporizatorului se realizează cu ajutorul aerului din incinta răcită și este comandată secvențial prin intermediul dispozitivului de programare. Acesta comandă, la intervale de timp prestabilite, oprirea compresorului și a ventilatorului condensatorului. Ventilatoarele vaporizatorului funcționează în perioadele de decongelare pentru a activa topirea zăpezii depuse.

153

Page 6: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

Fig.5.3. Schema de automatizare a instalației de tip comercial cu compresor ermetic și vaporizator alimentat

prin robinet de laminare termostatic, pentru temperaturi ale aerului mai mari ca 0°C: 1 - compresor ermetic; 2 - vizor indicator de umiditate; 3 - subrăcitor, 4 - robinet de laminare termostatic; 5 - ventilatoare vaporizator; 6 - vaporizator, 7 - izolație termică; 8,10 - termostate; 9 - dispozitiv de programare a

decongelării; 11 - condensator, 12 - ventilatorul condensatorului; 13 - filtru deshidrator.

În timpul perioadei de răcire, compresorul va lucra la o capacitate frigorifică mai mare decât în schema precedentă din fig. 5.1 deoarece presiunea de aspirație medie va fi mai mare. Într-adevăr, robinetul automat de laminare din schema precedentă, deschide doar atunci când diferența de presiune a scăzut până la valoarea de lucru, așa cum rezultă din fig. 5.4.

Fig. 5.4. Variația presiunii de vaporizare în timpul perioadei de răcire în cazul utilizării robinetului de

laminare termostatic (a) și respectiv a robinetului de laminare presostatic (b).

La instalațiile de capacitate frigorifică ceva mai mare, în locul compresoarelor capsulate, se folosesc compresoare semi-ermetice sau chiar de tip deschis. În aceste cazuri se utilizează motoare electrice trifazate cu rotorul in scurtcircuit. Automatizarea instalației poate fi asemănătoare cu cea redată în fig.5.5 Alimentarea cu agent frigorific lichid a vaporizatorului 6 se realizează cu ajutorul robinetului de laminare termostatic 4 montat pe conducta de intrare a agentului în vaporizator.

154

Page 7: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori

Fig. 5.5.Schemă de automatizare a instalației frigorifice de tip comercial, cu compresor de tip deschis,

pentru spațiu cu temperaturi ale aerului mai mari decât 0°C: 1 - compresor, 2 - vizor indicator de umiditate; 3 - subrăcitor; 4 - robinet de laminate termostatic; 5 -

ventilatoare-vaporizator; 6 - vaporizator, 7 - izolație termică; 8 - termostat semnalizare; 9,10 - presostate; 11 - dispozitiv de programare, 12- condensator, 13 - ventilator condensator; 14 - filtru deshidrator

Presostatul 9 realizează o reglare bipozițională a presiunii de aspirație prin comenzile de oprire-pornire a motorului electric al compresorului 1. Releele de protecție A și B ale motorului compresorului și respectiv motorului ventilatorului condensatorului au contactele în circuitul electric de comandă

155

Page 8: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

Fig. 5.6. Schema electrică a automatizării instalatei frigorifice de tip comercial, pentru spații cu temperaturi ale aerului mai mari ca 0°C; cu compresor de tip deschis și motor trifazat:

A, B - relee electromagnetice; Rt1, Rt2 - relee termice; M1, M2 - motoarele asincrone ale compresorului și respectiv a ventilatorului condensatorului; SF, ,SF, - siguranțe fuzibile, PC - presostat de aspirație; PD -

dispozitiv de programare, I - întrerupător general.

În fig. 5.7 este prezentată o schemă de automatizare în care se reglează automat temperatura aerului răcit. Alimentarea cu agent lichid a vaporizatorului 8 se realizează cu robinetul de laminare termostatic 3, cu cap de distribuție 4.

Fig. 5.7. Schemă de automatizare a Instalației frigorifice de tip comercial pentru spații cu temperaturi ale

aerului mai mari ca 0 ºC cu reglarea temperaturii aerului: 1 - compresor; 2 - presostat combinat de înaltă și joasă presiune; 3 - robinet de laminare termostatic; 4 - cap

de distribuție; 5 - incinta izolată termic; 6 - ventilatoare; 7 - termostat de ambianță; 8 - vaporizator 9 - deshidrator; 10,14 - vizoare indicatoare de umiditate; 11 - robinet presostatic de apă; 12 - condensator răcit

cu apă; 13 - separator de ulei.

Termostatul de ambianță 7 reglează bipozițional temperatura aerului răcit prin comenzile de pornire-oprire ale motoarelor ventilatoarelor 6. Presostatul combinat de înaltă și joasă presiune 2 realizează, pe de o parte, reglarea bipozițională a presiunii de aspirație prin pornirea-oprirea motorului compresorului și pe de altă parte, protecția compresorului împotriva creșterii presiunii de refulare peste o limită maximă. Presiunea de condensare este reglată cu ajutorul robinetului presostatic de apă 11 . Atunci când presiunea de condensare scade sub o anumită valoare robinetul montat pe conducta de intrare a apei de răcire în condensator se închide. Închiderea acestuia conduce la înrăutățirea răcirii și implicit la creșterea presiunii de condensare. La atingerea unei anumite presiuni de condensare

156

Page 9: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori robinetul se deschide. Ca efect al acestui fapt presiunea de condensare începe să scadă iar procesul de reglare bipozițională se continuă. Reîntoarcerea automată a uleiului în carterul compresorului este asigurată prin intermediul separatorului de ulei 13 În interiorul căruia se menține constant nivelul de ulei cu ajutorul unui robinet de laminare cu flotor.

1.1.73.2 5.2.1.2. Instalații pentru răcirea lichidelor

în cazul in care instalația frigorifică este destinată răcirii unui lichid schema de automatizare poate fi realizată ca în fig. 5.8, care cuprinde

• reglarea supraîncălzirii vaporilor la ieșire din vaporizatorul 2, • reglarea bipozițională a temperaturii lichidului răcit prin pornirea și oprirea compresorului 1

la comanda termostatului 8 al cărui bulb este montat pe conducta de ieșire a lichidului răcit, • reglarea presiuni de condensare cu ajutorul robinetului presostatic de apă 4, • protecția automată a compresorului la scăderea exagerată a presiuni de aspirație, cu

ajutorul presostatului 9 și la creșterea exagerată a presiunii de refulare, cu ajutorul presostatului 10,

• protecția automată împotriva înghețului lichidului răcit cu ajutorul termostatului 7 care comandă oprirea instalației la atingerea unei temperaturi prea scăzute a lichidului răcit.

Fig. 5.8. Schemă de automatizare a instalației frigorifice cu compresor de tip deschis de mică capacitate, pentru răcirea lichidelor 1 - compresor, 2 - vaporizator, 3 - condensator 4 - robinet presostatic de apă; 5 - filtru deshidrator. 6 - robinet de laminare termostatic, 7 - termostat de protecția împotriva înghețului; 8 -

termostat; 9,10 - presostate, 11 - separator de ulei.

1.1.73.3 5.2.1.3. Instalații cu un singur spațiu răcit la temperaturi ale aerului mai mici decât 0 °C

Aceste instalații funcționează cu temperaturi de vaporizare mai reduse decât în cazul instalațiilor prezentate anterior. Motorul electric al compresorului are o putere instalată corespunzătoare condițiilor normale de funcționare. Deoarece însă, după decongelarea vaporizatorului sau după perioade mai lungi de nefuncționare, presiunea de aspirație este mult mai mare decât presiunea din timpul perioadelor de răcire, motorul electric al compresorului ar fi supus unor suprasarcini periculoase. Pentru a proteja motorul electric, se prevede un regulator de demaraj, așa cum se poate observa în fig. 5.9, poziția 2.

157

Page 10: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

Fig. 5.9. Schemă de automatizare a instalației frigorifice cu compresor de mică capacitate, cu un singur

spațiu răcit la temperaturi ale aerului mai mici decât 0 C. 1 - compresor; 2 - regulator de demaraj; 3, 11, 20 - presostate; 4 - schimbător de căldură internă; 5,15 -

ventilatoare; 6 - incintă izolată termic; 7 - robinet de laminare termostatic; 8 - vaporizator; 9 - termostat; 10 - dispozitiv de programare a decongelării; 12 - robinet de reținere; 13 - separator de ulei; 14, 17 - regulatoare

de presiune; 16 - condensator; 18 - rezervor de lichid; 19 - regulator de nivel al uleiului; 20, 23 - vizoare indicatoare de umiditate; 22 - deshidrator - motoare electrice.

Pentru a se asigura o bună alimentare cu agent lichid a vaporizatorului 8, indiferent de temperatura aerului de răcire a condensatorului 16, se prevăd regulatoarele de presiune 17 și 14. Regulatorul de presiune de condensare 17 nu permite scurgerea lichidului în rezervorul 18 decât la o anumită valoare a presiunii de condensare. Atunci când presiunea de condensare scade sub valoarea prescrisă, regulatorul strangulează scurgerea agentului în rezervor, iar agentul lichid se acumulează în condensator. Prin aceasta se reduce capacitatea termică a condensatorului, presiunea de condensare crescând spre valoarea prescrisă. Regulatorul de presiune 14 este montat pe o conductă de by-pass intre partea superioară a condensatorului și rezervor Acest regulator este astfel reglat încât deschide dacă presiunea în rezervor scade cu 0.5...1 bar sub presiunea normală de condensare. În acest fel se asigură o presiune constantă a agentului lichid înaintea robinetului de laminare termostatic 7. Se observă că prin intermediul celor două regulatoare de presiune, 17 și 14, se asigură o bună alimentare cu lichid a vaporizatorului indiferent de sezon sau de temperatura aerului ambiant la condensator sau rezervor. Încărcătura cu agent și volumul rezervorului trebuie să fie mai mari decât ar fi suficient pentru funcționarea instalației, astfel încât iama să fie suficient lichid pentru alimentarea vaporizatorului chiar dacă o parte din el rămâne în condensator. Vara, rezervorul trebuie să poată acumula excesul de încărcătură de agent dat fiind faptul că în acest caz în condensator nu se acumulează lichid. Separarea uleiului din vaporii refulați de compresor, se face cu ajutorul separatorului de ulei 13. Reîntoarcerea automată a uleiului separat către carterul compresorului este asigurată de către regulatorul de nivel cu flotor 19, montat în interiorul separatorului.

158

Page 11: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori Presostatul de joasă presiune 11 reglează bipozițional presiunea de aspirație prin pornirea și oprirea compresorului 1. Presostatul de înaltă presiune 21 asigură protecția compresorului împotriva creșterii periculoase a presiunii de refulare. Presostatul de înaltă presiune 3, ajustat la o presiune de consemn mai mare decât cea la care este ajustat presostatul 11, comandă terminarea decongelării răcitorului de aer. Schema de automatizare cuprinde și dispozitivul de programare 10, care comandă începutul decongelării la momente fixate. În fig. 5.10 este redată schema electrică a automatizării instalației. Circuitul de forță cuprinde motorul electric M1, de antrenare a compresorului, motorul electric M2 de antrenare a ventilatorului condensatorului și rezistențele electrice de încălzire EH pentru decongelarea răcitorului de aer Cuplarea la rețea a motoarelor și a rezistențelor de încălzire se face prin contactoarele C1, C2 și respectiv C3.

Fig. 5.10. Schemă electrică a automatizării instalației (v. fig.5.9) a - circuitul de forță; b - circuitul de

comandă.

Circuitul de comandă cuprinde; dispozitivul de programare T(10) a decongelării răcitorului de aer, cu contactele 1 pentru funcționare pe regim de răcire și 2 pentru regim de decongelare; bobinele contactoarelor C1, C2 și C3 și contactele corespunzătoare 1C1, 1C2, 2C2, 1C3 și 2C3; contactul presostatului PC (11) pentru reglarea bipozițională a presiunii de aspirație; contactul presostatului PS (21) de protecție împotriva presiunilor de refulare prea ridicate; contactul presostatului PS (11) de comandă a terminării decongelăm răcitorului de aer; termostatul de ambianță TS (9) pentru semnalizarea atingerii unor temperaturi prea ridicate a aerului în incinta răcită; lampa de semnalizare L; soneria de avertizare S; butonul de oprire BO a soneriei; motoarele de puteri mici M3, M4, M5 ale ventilatoarelor răcitorului de aer; releele termice RT1 motorului compresorului și RT2 ale motorului ventilatorului condensatorului. La funcționarea pe regim de răcire, contactul 1T (10) al dispozitivului de programare a decongelării se află pe poziția 1, iar motoarele M3, M4, M5 aIe răcitorului de aer sunt în funcțiune; prin bobina contactorului C3 nu trece curent; contactul 2C3 este închis. Să presupunem că presiunea de aspirație este peste valoarea de regim prescrisă. În consecință, contactul presostatului PC (11) este închis și astfel se pune sub tensiune bobina contactorului C2 și astfel pornește motorul M2 al ventilatorului condensatorului și se închide contactul 2C2. În acest fel se pune sub tensiune bobina contactorului C1 și motorul compresorului pornește. După un anumit timp de funcționare, presiunea de aspirație scade sub valoarea prescrisă, iar presostatul PC (11)

159

Page 12: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

își deschide contactul său, comandând oprirea motoarelor compresorului și a ventilatorului condensatorului. în timpul funcționării pe răcire, dacă presiunea de refulare crește peste valoarea periculoasă, presostatul PS (21) comandă oprirea motorului compresorului, motorul ventilatorului condensatorului continuând să funcționeze. Același lucru se întâmplă dacă acționează releul termic de protecție RT1, al motorului compresorului. În sfârșit, dacă motorul ventilatorului condensatorului este suprasolicitat, releul termic de protecție RT2 comandă oprirea motorului. La funcționarea pe regim de decongelare, dispozitivul de programare T (10) comută contactul 1T (10) pe poziția 2, motoarele răcitorului de aer se opresc. Se acționează contactorul C3, care blochează prin deschiderea contactului 2C3, funcționarea motoarelor M1 și M2, alimentând în același timp rezistențele de încălzire EH. La sfârșitul decongelării, presiunea de aspirație crește, iar presostatul PC (3) comandă scoaterea de sub tensiune a rezistențelor de încălzire. Contactul 2Cs revine pe poziția închis, iar instalația reintră pe regim de răcire.

1.1.73.4 5.2.1.4. Instalații cu mai multe spații răcite

Instalații frigorifice de acest tip pot răci spații cu aceleași temperaturi ale aerului sau spații cu temperaturi diferite ale aerului. în primul caz, dacă sarcinile frigorifice în spațiile răcite sunt constante în timp sau au variații foarte mici, schema de automatizare poate fi asemănătoare cu cele redate în fig. 5.5, fig. 5.7 sau fig. 5.9. Dacă există însă variații importante de sarcină frigorifică, aceste scheme de automatizare prezintă ca principal dezavantaj alimentarea diferită cu agent lichid a vaporizatoarelor. Astfel, la vaporizatorul la care este cel mai mare necesar de frig, presiunea de vaporizare va fi cea mai ridicată și, în consecință, acel vaporizator va fi mai puțin alimentat cu agent frigorific decât celelalte vaporizatoare. Pentru înlăturarea acestui dezavantaj, se poate utiliza schema de automatizare redată în fig. 5.11, în care pe conducta de alimentare cu agent lichid din fiecare spațiu răcit, sunt montate câte un robinet electromagnetic 3 comandate de câte un termostat de ambianță 1. Compresorul se oprește la comanda dată de presostatul de joasă presiune 6, după ce toate termostatele au comandat închiderea robinetelor electromagnetice

160

Page 13: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori

Fig. 5.11. Schemă de automatizare a instalației frigorifice cu compresor de capacitate mică cu mai multe spații răcite la aceeași temperatură:

1 - termostat; 2 - robinet de laminare termostatic; 3, 17 - robinete electromagnetice; 4 - vaporizator; 5 - regulator de presiune; 6, 7 - presostate; 8 - robinet de reținere. 9 - separator de ulei; 10 - regulator de nivel;

11 - robinet presostatic de apă; 12 - condensator răcit cu apă; 13 - presostat diferențial de ulei; 14 - filtru deshidrator; 15 - vizor indicator de umiditate; 16 - compresor 19 - schimbător de căldură internă.

Ajustarea puterii frigorifice se face continuu cu ajutorul regulatorului de presiune de aspirație 5 prin by-pass-area vaporilor refulați în conducta de aspirație. Robinetul de injecție termostatic 18 asigură reducerea supraîncălzirii vaporilor la aspirație și astfel reduce temperatura vaporilor refulați. Reglarea presiunii diferențiale de ulei se realizează cu ajutorul regulatorului 13. În rest, schema de automatizare cuprinde o serie de elemente I cunoscute din schemele anterioare. Buclele de reglare a temperaturii aerului, care în schema de mat sus sunt realizate bipozițional, pot fi realizate și cu ajutorul regulatoarelor electronice continue, așa cum se poate observa în fig. 5.12. Utilizarea regulatoarelor electronice de temperatură oferă în acest caz, în report cu reglarea bipozițională tradițională, avantaje nete. De exemplu, în cazul utilizării robinetului electric KVQ cu regulatorul electronic EKS 67, produse de firma Danfoss se obține o precizie ridicată a reglării temperaturii aerului, respectiv ± 0,5 ºC Și reducerea costurilor de exploatare cu cca. 15 % prin reducerea duratelor de funcționare cu cca 40 %

Fig. 5.12. Schemă de reglare continuă cu regulator electronic a temperaturii aerului:

1 - incintă frigorifică; 2 - vaporizator; 3 - ventilator; 4 - robinet de laminare termostatic; 5 - robinet electromagnetic; 6 - robinet electric tip KVQ (Danfoss); 7 - regulator electronic tip EKS (Danfoss); 8 -

traductor de temperaturi.

Realizarea unor temperaturi diferite în spațiile răcite se poate realizai principial pe mai multe căi: (a) cu aceeași presiune și temperatură de vaporizare, cu alimentarea în paralel a vaporizatoarelor dar cu diferențe medii de temperatură între agentul frigorific și aer, (b) cu aceeași presiune de vaporizare, cu alimentarea în serie al vaporizatoarelor, se utilizează în cazul instalațiilor de foarte mică capacitate; (c) cu presiuni și temperaturi de vaporizare diferite.

161

Page 14: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

În cazul (a), în spațiile răcite, sunt instalate suprafețe de răcire corespunzătoare diferite; este o metodă neeconomică și este aplicabilă în cazurile în care sarcinile frigorifice sunt constante în timp în toate spațiile răcite. În cazul (b) se pot utiliza mai multe scheme de înseriere a vaporizatoarelor și scheme de automatizare aferente acestora. Astfel, in fig. 5.13 este redată schema de automatizare și schema electrică aferentă a unei instalații frigorifice de foarte mică capacitate, cu două spații răcite: unul cu temperatura aerului t1 < 0 ºC și celălalt cu temperatura aerului t2 > 0 °C. Alimentarea cu agent frigorific a vaporizatoarelor înseriate se face prin tubul capilar 8. Agentul frigorific lichid, după răcirea în schimbătorul de căldură interna subrăcitor 4, intră în vaporizatorul 7 al spațiului de temperatură scăzută și apoi în vaporizatorul 5 al spațiului de temperatură ridicată. Termostatul de vaporizator 6 este prevăzut cu o rezistență electrică de încălzire 13, denumită stabilizator de temperatură, cu o putere de 6...10 W, dispusă în apropierea capilarului 8, care determină micșorarea duratei de staționare a compresorului. În acest fel compresorul va funcționa în medie o durată mai mare decât în cazul în care nu ar exista rezistența de încălzire, asigurând astfel menținerea temperaturii aerului din incintă la valori mai apropiate de cea dorită, cu fluctuații mai mici. În fig. 5.13, b este redată schema electrică aferentă acestei scheme de automatizare.

Fig. 5.13. Instalație frigorifică cu compresor de foarte mică capacitate, cu două spații răcite la temperaturi

diferite, cu vaporizatoare înseriate. a - schema automatizării; b | schema electrică; 1 - compresor; 2 - condensator, 3 - filtru deshidrator; 4 - subrăcitor; 5 - vaporizatorul spațiului de

temperatură ridicată; 6 - termostat; 7 - vaporizatorul spațiului de temperatură scăzută; 8 - tub capilar; 9 - înfășurare de pornire; 10 - înfășurare de lucru; 11 - condensator electric; 12 - releu termic de protecție; 13 - stabilizator de temperatură; 14 - releul termostatului; 15 - buton de pornire; 16 - butonul becului; 17 - bec

electric; 18 - rezistența electrică de protecție împotriva condensării; 19 - motor electric.

În fig.5.14 sunt redate variante îmbunătățite de scheme cu vaporizatoarele înseriate.

162

Page 15: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.2. Automatizarea instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanică de vapori

Fig. 5.14. Schema automatizării instalației frigorifice de foarte mică capacitate cu două spații răcite la

temperaturi diferite: a - cu separator de lichid; b - cu reglarea presiunii în vaporizatorul de temperatură înaltă și dispozitiv de laminare la intrarea agentului în primul vaporizator; c - cu robinet electromagnetic;

1 - compresor, 2 - condensator; 3,10 - termostate; 4 - vaporizator de temperatură înaltă; 5 - vaporizator de temperatură scăzută; 6 - subrăcitor 7 - filtru deshidrator 8 - dispozitiv de laminare; 9,14- separatoare de lichid; 10 - robinet de presiune constantă amonte; 12 - robinet electromagnetic; 13 - robinet de presiune

constantă aval.

Schema 5.14, a utilizează la ieșirea din vaporizatorul 5 al spațiului de congelare, un separator de lichid 9, alimentarea celui de-al doilea vaporizator 4, din spațiul de refrigerare, făcându-se cu lichid separat în separatorul de lichid. Deoarece bulbul termostatului este montat la ieșirea din vaporizatorul 5, nu mai este necesar stabilizatorul de temperatură. Schema 5.14, b utilizează pe conducta dintre cele două vaporizatoare, un regulator de presiune amonte în alimentarea în serie a vaporizatoarelor și se deosebește de cea din schema precedentă prin aceea că primul vaporizator alimentat este cel de temperatură ridicată Prin această schemă se realizează o bună reglare a temperaturilor din cele două spații răcite. Schema cea mai perfecționată este redată în fig. 5.14, c în care se utilizează un robinet de laminare comun 8, prin care se alimentează cu lichid subrăcit separatorul de lichid 14, un regulator de presiune aval 13, montat pe conducta de alimentare a vaporizatorului 4 din spațiul de refrigerare și un robinet electromagnetic 12 montat pe conducta de la separatorul de lichid la vaporizatorul 5 al spațiului de congelare. Pentru reglarea temperaturii din cele două spații răcite este prevăzut câte un termostat. Atunci când în spațiul de refrigerare temperatura crește peste valoarea maximă de consemn, termostatul de vaporizator 3 comandă închiderea robinetului electromagnetic prin robinetul regulatorului de presiune 13 în vaporizatorul 4 și de aici în vaporizatorul 5 al spațiului de congelare, vaporii formați fiind aspirați din compresor. Temperatura în spațiul de refrigerare scade, iar la atingerea valorii minime de consemn, termostatul vaporizatorului 4 comandă deschiderea robinetului electromagnetic 12. Agentul frigorific trece din separatorul de lichid spre vaporizatorul spațiului de congelare, în debit mai mare decât spre vaporizatorul spațiului de refrigerare, deoarece pe acest din urmă traseu rezistențele hidrodinamice sunt mult mai mari. Atunci când în spațiul de congelare se atinge temperatura de consemn, termostatul vaporizatorului 5 va comanda oprirea compresorului. Într-o schemă asemănătoare cu cea precedentă, realizată de firma Danfoss, reglarea temperaturilor în spațiile de refrigerare și respectiv de congelare ale unui dulap frigorific comercial, se realizează tot cu termostate de vaporizator pentru cele două vaporizatoare înseriate. Schema utilizează un robinet electromagnetic cu trei căi.

163

Page 16: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

În fig. 5.15 este redată schema de automatizare pentru o instalație frigorifică cu două spații răcite de temperaturi diferite, cu vaporizatoarele înseriate și prevăzută cu posibilitatea de decongelare automată cu vapori calzi de agent.

Fig. 5.15. Instalație frigorifică cu compresor de foarte mică capacitate, cu două spații de temperaturi diferite:

cu vaporizatoarele înseriate, cu decongelare cu vapori calzi de agent: a - schema automatizării; b - schemă electrică;

1 - compresor; 2 - robinet electromagnetic; 31 condensator; 4 - termostat; 5 - vaporizator de temperatură scăzuți; l 6 - dispozitiv de laminare; 7 - vaporizator de temperatură ridicată; 8 - rezistență electrică; 9 -

subrăcitor; 10 - motor electric; 11 - releul termostatului; 12 - buton de pornire; 13 - stabilizator de temperatură; 14- bobina robinetului electromagnetic; 15 - rezistență electrică de încălzire; 16 - înfășurare de

pornire; 17 - butonul dispozitivului de comandă a decongelării; 18 - butonul becului; 19 - dispozitiv de comandă a decongelării; 20 - bec electric; 21 - releu termic de protecție; 22 - înfășurare I de lucru; 23 -

condensator electric.

Pentru realizarea decongelării, schema prevede robinetul electromagnetic 2 montat între conducta de refulare a compresorului 1 și conducta de alimentare cu lichid a vaporizatorului 5 al spațiului cu temperatură mai scăzută, precum și o rezistență electrică de încălzire 8 montată într-un tronson special de țeavă la ieșirea din vaporizatorul 7 al spațiului de temperatură ridicată La anumite intervale de timp fixate, se comandă decongelarea vaporizatoarelor: închiderea robinetului electromagnetic 2 și punerea sub tensiune a rezistenței de încălzire 8 din vaporizator. Rezistența de încălzire asigură revaporizarea agentului condensat în vaporizatoare. Stabilizatorul de temperatură 13 (vezi schema electrică din fig. 5.15 b) este înseriat în circuitul electric al motorului compresorului, fiind pus sub tensiune atunci când termostatul de vaporizator 4 comandă oprirea compresorului. În acest fel se menține temperatura aerului din incintă la valori mai apropiate de cea dorită și cu fluctuații mai mici. În cazul (c), așa cum s-a menționat deja, temperaturile diferite din spațiile răcite se realizează cu presiuni și temperaturi de vaporizare diferite, cu alimentarea în paralel a vaporizatoarelor. Este soluția cea mai utilizată in instalațiile frigorifice comerciale. O schemă tipică de automatizare este redată în fig. 5.16, în care termostatele de cameră 15 comandă robinetele electromagnetice 7 și 9 montate pe conductele de alimentare cu lichid a vaporizatoarelor. Dacă ambele robinete electromagnetice sunt închise, schema de comandă asigură oprirea compresorului. Reglarea presiunii de vaporizare în vaporizatorul spațiului ce temperatură mai ridicată, se realizează cu ajutorul regulatorului 10. Acest regulator este montat pe conducta de ieșire a vaporizatorului cu temperatură de vaporizare mai ridicată. Robinetul de reținere 11 are scopul da a evita pătrunderea de agent din vaporizatorul de temperatură mai ridicată către cel de temperatură mai scăzută.

164

Page 17: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.7 Automatizarea pompelor de căldură

Fig. 5.16. Schemă de automatizare a instalației frigorifice cu compresor de mică capacitate, cu două spații

răcite la temperaturi diferite și mai mari ca 0°C: 1 - compresor; 2, 13 - presostate; 3 - condensator 4 - rezervor de lichid; 5 - ventilatoare 6 - distribuitor de

lichid; 7,9 - robinete electromagnetice; 8 - filtru deshidrator 10 - regulator de presiune în amonte. 11 - robinet de reținere; 12 - colector de vapori; 14 - dispozitiv de programare pentru decongelare 16 - termostate da

ambianță; 16 - vaporizatoare; 17 - robinete de laminare termostatice

Dacă temperaturile aerului din cele două spații sunt mai mari decât 0 ºC atunci decongelarea vaporizatoarelor se realizează la comande dată de dispozitiv de programare, la anumite intervale de timp prin oprirea compresorului și preluare de căldură de la aer Schema de automatizare poate fi utilizată și în cazul unor temperaturi foarte diferite ale aerului în spațiile răcite unul dintre spații fiind destinat de exemplu refrigerării unor produse alimentare, iar celălalt fiind destinat depozitării unor produse congelate. În acest caz însă, decongelarea vaporizatoarelor nu se mai poate realiza cu aer din spațiile răcite și se folosesc în acest scop, de exemplu, rezistențe electrice de încălzire eop351

1.1.74 5.2.2. Instalații cu compresor cu piston, de capacitate frigorifică medie și mare

1.45 5.7 Automatizarea pompelor de căldură

1.1.75 5.7.1. Particularități ale automatizării pompelor de căldură Așa cum s-a arătat anterior la §.1.3.7., pompele de căldură sunt sisteme frigorifice utilizate în scopuri de încălzire.

165

Page 18: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

În cazul pompelor de căldură de mică capacitate de încălzire, uneori ele sunt astfel concepute încât să poată funcționa atât în regim de iarnă a produce căldură, deci pe ciclu de pompă de căldură, cât și în regim de vară pentru a produce frig. În consecință, la acest sistem de pompă termică sunt prevăzute aceleași elemente de automatizare similare ca și la o instalație frigorifică de mică capacitate (v. §.5.2.1.). Practic toate pompele de căldură destinate încălzirii spațiilor (iarna) și răcirii spațiilor (vara) sunt prevăzute cu termostate de cameră cu funcționalitate bivalentă atât pentru regim de încălzire, cât și pentru regim de răcire. Comutarea regimului de funcționare a termostatului se poate face fie automat în funcție de temperatura aerului fie manual prin intermediul unui comutator. Atunci când pentru încălzire se utilizează, pe lângă pompa termică și un sistem de preluare a suprasarcinilor termice, de exemplu rezistențe electrice de încălzire, acestea din urmă sunt comandate de către a doua treaptă a termostatului de cameră. Pentru a se micșora consumul de energie electrică pentru încălzire se prevăd unul sau mai multe termostate cu bulburile plasate în aerul exterior, care limitează numărul de rezistențe electrice de încălzire sub tensiune atunci când temperatura aerului exterior este superioară unei anumite limite. În cazul pompelor de căldură de tip industrial, de mare capacitate se utilizează uneori ajustarea automată a puterii termice a compresoarelor printr-o buclă de reglare proporțională. Celelalte elemente ale automatizării (protecție automată, comandă automată ș.a.) sunt asemănătoare cu cele din cazul instalațiilor frigorifice. De asemenea, o serie de procese tipice, cum ar fi decongelarea vaporizatoarelor, dezaerarea ș.a. se automatizează în mod similar ca și la instalațiile frigorifice. Pompele de căldură de tipul aer-aer sau aer-apă pot fi, în unele cazuri prevăzute cu posibilități de reglare pe circuitul de aer. În acest caz se utilizează voleți automați, trape acționate prin servomecanisme ș.a. montate în conductele de aer. Utilizarea acumulatoarelor de căldură conduce la: reducerea puterii instalate a pompei termice, micșorarea fluctuațiilor temperaturii mediului și simplificarea schemei de automatizare.

1.1.76 5.7.2. Exemple de automatizare a pompelor de căldură În fig.5.31 este prezentată schema de automatizare a unei pompe de căldură de mică capacitate destinate încălzirii apei (a) respectiv modul de variație a temperaturilor de condensare tk, a apei calde tac, a aerului ta și de vaporizare t0 în raport cu variația debitului de apă caldă Dac (b). Ca sursă de căldură se utilizează aerul atmosferic sau aerul evacuat din încăperi ocupate de persoane, aspirat peste suprafața vaporizatorului 5 de către ventilatorul 6. În recipientul de încălzire a apei 10, izolat termic se găsește pe lângă condensatorul 8 al pompei termice și rezistența electrică de încălzire apei 11. Apa rece este introdusă în recipient prin robinetul de reținere 2 și circulă către consumatori prin conducta 12. Reglarea temperaturii apei încălzite este realizată prin intermediul termostatului 3 al cărui bulb se află montat în recipientul 10 și care comandă bipozițional motorul compresorului capsulat 1 și motorul 7 al ventilatorului 6 de circuitul de aer al vaporizatorului 5 alimentat cu agent lichid prin robinetul de laminare termostatic 4. Termostatul 9 comandă bipozițional rezistența electrică de încălzire 11. Presupunând că temperatura aerului la intrare în vaporizatorul 5 și temperatura apei la intrare în recipientul de încălzire 10 rămân constante la o variație a consumului de apă caldă corespunde variația temperaturilor apei calde tac și a temperaturii de condensare tk ilustrate în fig. 5.31, b.

166

Page 19: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5.7 Automatizarea pompelor de căldură

Fig. 5.31. Pompă de căldură de capacitate mică pentru încălzirea apei:

A - schema instalației; b - variația în timp a temperaturilor și a debitului de apă caldă; 1 - compresor ermetic; 2 - robinet de reținere; 3,9 - termostate; 4 - robinet de laminare termostatic; 5 -

vaporizator; 6 - ventilator centrifugal; 7 - motor electric; 8 - condensator; 0 - recipient de încălzire a apei; 11 - rezistență electrică de încălzire; 12 - conductă de apă caldă; 13 - robinet electromagnetic.

În fig.5.32 este prezentată schema de automatizare a unei pompe de căldură utilizată pentru încălzirea unei piscine și respectiv pentru uscarea aerului recirculat în sala piscinei, realizată cu aparatură de automatizare Danfoss (44).

Fig.5.32. Schemă de automatizare a unei pompe de căldură pentru încălzirea apei unei piscine și uscarea

aerului: 1 - compresor; 2, 22, 23, 24 - presostate; 3 - regulator de diferență de presiune pilot; 4,18 - robinete

electromagnetice; 5,17 - robinete pilotate; 6 - vizor; 7 - deshidrator; 8 - rezervor de lichid; 9,10 - robinete de reținere; 11 - termostat; 12,15 - condensatoare; 13 - încălzitor de apă; 14,21 - tubulaturi de circulație a aerului; 16 - robinet regulator de temperatură; 19 - robinet de laminare termostatic; 20 - vaporizator.

Ca sursă de căldură se folosește căldura din aerul viciat, aspirat din sala piscinei, vaporizatorul 20 fiind plasat în tubulatura 21 de retur al aerului din sala piscinei. Schema instalației cuprinde două

167

Page 20: 9. 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice ... · 5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331) sensibil se va face însă ținând seama și de

5. Scheme de automatizare a instalațiilor frigorifice (pg. 331)

condensatoare montate în paralel; condensatorul 15 montat pe tubulatura 14 de reîncălzire a aerului după ce a fost dezumidificat la trecerea peste vaporizatorul 20 și respectiv condensatorul 13 destinat încălzirii apei pentru dușuri. Pe conducta de refulare a vaporilor calzi către condensatorul 15 este montat robinetul pilotat 17, normal închis. Prin deschiderea robinetului electromagnetic 18 se asigură deschiderea robinetului principal 17. Dacă temperatura aerului de retur din sala piscinei crește peste valoarea fixată, robinetul pilot 16 se deschide descărcând presiunea în conducta de refulare în aval de robinetul principal 17. Acesta din urmă începe să închidă, iar la atingerea valorii de consemn a temperaturii aerului, închide total. În această situație, robinetul pilot 3 determină deschiderea robinetului pilotat 5 și astfel intră în funcțiune condensatorul 13 destinat încălzirii apei. La atingerea unei anumite temperaturi a apei încălzite în 13, termostatul 11 comandă oprirea compresorului 1. Reglarea capacității de încălzire a compresorului este asigurată de presostatul de înaltă presiune 2 și de presostatul de joasă presiune 23. La depășirea unei anumite valori a presiunii de refulare, presostatul 2 comandă reducerea cu 50 % a puterii de încălzire prin blocarea supapelor de aspirație la jumătate din numărul de cilindri ai compresorului. În mod similar, atunci când presiunea de aspirație scade sub o anumită valoare, presostatul 23 comandă reducerea cu 50 % a capacității compresorului. Dacă presiunea de aspirație scade în continuare, la atingerea unei anumite valori a acesteia, presostatul de siguranță 24 oprește compresorul. Presostatul 22 are rol de protecție împotriva atingerii unor presiuni prea ridicate de refulare. în multe situații, pompele de căldură sunt folosite împreună cu alte sisteme de căldură. Pentru exemplificare, în fig.5.33 lipsa !!!!!! este redată schema de automatizare a unui sistem de încălzire a spațiilor care folosește o instalație solară de încălzire a apei, o pompă de căldură și instalația de încălzire urbană, schema este realizată cu elemente de automatizare Danfoss.

168