frigidere si congelatoare
TRANSCRIPT
FRIGIDERE ȘI CONGELATOARE
Frigiderul este un aparat de uz casnic care este format dintr-un compartiment izolat termic ṣi o pompa de cǎldura (mecanicǎ ,electricǎ sau chimicǎ) care transfera caldura din interiorul frigiderului ȋn mediul ambiant astfel ȋncat temperatura din interior devine mai mica decȃt cea a mediului ambiant.Racirea este o tehnica populara de depozitare a alimentelor folosita ȋn țarile dezvoltate și are ca efect scaderea ratei de reproducere a bacteriilor .
Frgiderul are rolul de a menține temperatura cu cȃteva grade deasupra punctului de ȋngheț al apei .Temperatura optima pentru depozitarea alimentelor perisabile este de trei pȃna la cinci grade Celsius. Un dispozitiv similar dar care menține temperatura sub punctul de ȋngheț al apei este congelatorul.Acesta este folosit atȃt ȋn gospodarii cȃt și ȋn industrie și comerț.Cele mai multe congelatoare lucreaza ȋn jurul valorii de -18 grade Celsius .Congelatoarele casnice pot fi incluse ca un compartiment separat ȋntr-un frigider sau pot fi dispozitive separate.Acestea pot si ȋn poziție verticala (cum sunt frigiderele) sau ȋn pozitie orizontala (de tip lada ).Multe dintre congelatoarele moderne construite ȋn poziție verticala vin și cu dozator de gheața amplasat in ușa.
Unitǎțile comerciale au folosit timp de aproape 40 de ani unitați de racire (cu alt nume decat frigidere sau congelatoare ) ȋnainte sa aparǎ modelele comune pentru casǎ.
1
Acestea foloseau sisteme cu gaz care ocazional aveau scurgeri ceea ce le fǎcea
nesigure pentru uz casnic și scopuri industriale .Frigiderele pentru uz casnic au fost introduse pe piața ȋn 1915 si au cȃștigat
popularitate ȋn SUA iar ȋn 1930 au scǎzut prețurile datoritǎ introducerii gazelor
frigorifice sintetice non-toxice , non-inflamabile cum ar fi freon sau R-12.Ȋnlocuitorii
pentru R12 R-134a au fost introdusi abia ȋn anul 1990.
Principiul de funcționare
Sunt maşini termice care au rolul de a prelua căldură de la un mediu având
temperatura mai scăzută şi de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată.
Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit sursa
rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este denumit
sursa caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură
rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură.
Fig. 1.1 Schema energeti c ă a instalaţiilor frigorifice şi a po m pelor de că ldu ră
2
Mediul cu temperatura mai scăzută, de la care se preia căldură este denumit
sursa rece, iar mediul cu temperatura mai ridicată, căruia i se cedează căldură, este
denumit sursa caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor
de căldură rămân constante chiar dacă acestea schimbă căldură
Conform principiului doi al termodinamicii, pentru transportul căldurii, în
condiţiile prezentate, este necesar un consum de energie, notat cu P.
În cazul instalaţiilor frigorifice, sursa rece se găseşte sub temperatura
mediului ambiant, iar procesul de coborâre a temperaturii sub această valoare, este
denumit răcire artificială.
Agentul de lucru, care evoluează în aceste instalaţii, este denumit agent frigorific.
Pentru a putea să preia căldură de la sursa rece, agentul frigorific trebuie să aibă
temperatura mai mică decât aceasta.
În timpul preluării de căldură de la sursa rece, agentul frigorific se poate
comporta în două moduri diferite:
- se poate încălzi mărindu-şi temperatura;
- poate să-şi menţină temperatura constantă
Cele două posibile variaţii de temperatură (t) a agentului de lucru, de-a
lungul suprafeţelor de schimb de căldură (S), sunt prezentate în figurile 1.2 şi 1 .3.
Cu tr a fost notată temperatura sursei reci, iar săgeţile reprezintă sensul transferului
termic (de la sursa rece la agentul frigorific).
Este evident că menţinerea constantă a temperaturii agentului frigorific în
timpul preluării de căldură, este posibilă numai în condiţiile în care se produce
transformarea stării de agregare şi anume vaporizarea.
3
Fig. 1.2 Încălzirea agentului de lucru în Fig. 1.3 Absorbţia de căldură de la sursa
timpul preluării de căldură rece, cu mentinere
Tipuri de frigidere :
-stilul anilor 1940 (tradițional ) cu congelator sus si frigiderul jos (deși cele mai multe dintre modelele anterioare , unele dintre modelele modelele mai ieftine de mai tarziu și chiar minifrigiderele din prezent utilizeza ceea ce este cunoscut sub numele de “congelator ȋn frigider”).Compartimentul congelator separat (nu se aflǎ ȋn compartimentul frigider mai mare )a devenit un standard ȋn industrie de la ȋnceputul pȃnǎ la mijlocul anilor 1960 -stilul side by side a fost introdus de cǎtre Amana ȋn 1949 dar nu au fost populare pȃnǎ ȋn perioada 1965 – prezent.La acest tip de frigidere partea stangǎ este congelator iar cea dreapta este frigider.-silul frigider ȋn partea de sus și congelator ȋn partea de jos; se folosește de la mijlocul anilor ‘50 si pȃnǎ ȋn prezent.La ȋnceputul anilor 1950 majoritatea frigiderelor era albǎ dar de la jumatatea acelesi perioade designerii si fabricanți au introdus noi game de culori, astfel cǎ la ȋceputul anilor ’60 culori precum turquoise sau roz au devenit populare .Ȋn 1970 cele mai populare culori erau culoarea grȃului la recoltat avocado verde si migdale.La ȋnceputul anilor ’80 culorile și nuanțele erau considerate de lux , iar mai tȃrziu in anii ’90 la fel erau considerate și frigiderele cromate.
Tipuri de frigidere pentru uz casnic:Frigiderele șI congelatoarele pentru uz casnic sunt realizate ȋntr-o gama variata de marimi.Cel mai mic frigider de serie este un Peltier care are un volum de patru litri , volum necesar ca sǎ ȋncapa șase cutii de bere.Un frigider mare are o capacitate de 600 de litri este ȋnalt cat o persoana șI are olatime de un metru.Unele modele pentru gospodǎrii mici sunt fǎcute special ca sǎ ȋncapǎ sub suprafețe de lucru din bucatarie.Acestea au o ȋnaltime de aproximativ 86 de centimetri.Frigiderele pot fi combinate cu congelatoare așezate fie suprapus fie alǎturat.Frigiderele cu compresor sunt de departe cel mai comun tip de frigidere .Frigiderele de absorpție sau termoelectrice sunt utilizate ȋn cazul ȋn care este necesarǎ o functionare silentioasa.Acestea sunt alimentate cu energie electrica ȋnsa unitațI de absorpție pot fi proiectate entru a fi alimentate de la orice fel de tip de caldura(solarǎ , flacarǎ , etc..)O diferentǎ importanta intre frigiderele cu compresor si cele cu absorptie este ca cele cu absorptie nu au nevoie de agent frigorific pentru racire aceste folosind o alta metoda . Un inconvenient este faptul ca frigiderele cu absorptie consuma mai multa energie electrica pentru a raci deoarece acestea sunt ineficiente din punct de vedere termodinamic.Pentru a elimina acest inconvenient au fost introduse frigidere solare care au atȃt avantajul ca nu utilizeaza agenti frigorifici cȃt si avantajul cǎ nu consumǎ energie electrica.Frigiderele magnetice funcționeazǎ pe principiul efectului magnetocaloric . Efectul de racire este declanșat de amplasarea unui aliaj ȋntr-un cȃmp magnetic.
4
Frigiderele acustice sunt frigidere care utilizeaza motoare liniare cu piston de rezonanța pentru a genera un sunet care mai apoi este transformat ȋn aer cald si aer rece utilizȃnd heliu comprimat.Cǎldura este disipata iar aerul rece este folosit pentru racire.
Scurt istoric:
Ȋnainte de inventarea frigiderului au fost utilizate case de gheața pentru a pastra alimentele la rece ȋn cea mai mare parte a anului.Mijloace naturale de pǎstrare a alimentelor la rece sunt folosite și ȋn prezent.Ȋn zonele de munte apa provenitǎ de la topirea zǎpezii este idealǎ pentru racirea bǎuturilor iar ȋn timpul iernii alimentele pot fi pǎstrate chiar ȋn aer liber. Ȋn secolul al 11-lea omul de stiintǎ musulman Ibn Sina a inventat serpentina frigorificǎ cu ajutorul careia condensa vaporii plantelor aromatice.Primul proces cunoscut de refrigerare artificialǎ a fost demonstrat de catre Wiliam Cullem la Universitatea din Glasgow in 1748.Inventatorul american Oliver Evans considerat “tatal refrigerarii” a inventat mașina de refrigerare cu vapori in 1805. Cǎldura dintr-o incinta putea fi scoasǎ ȋn mediu prin recircularea unui agent frigorific vaporizat printr-un compresor apoi printr-un condensator unde agentul devenea lichid. Procesul putea fi repetat de nenunarate ori. Cu toate acestea Evans nu a construit nici o unitate de refrigerare.Ȋn 1834 Jacob Perkins a modificat modelul inventat de Evans construind astfel primul frigider cu vaporizare-compresie din lume pe care la și patentat.John Gorrie un medic american din Florida a inventat prima unitate de refrigerare mecanicǎ ȋn 1841 ( bazata pe inventia originala a lui Evans) pe care a folosit-o pentru a face gheața ca sǎ raceascǎ aerul ȋn camerele unde se aflau pacienții cu febrǎ galbenǎ.
Masina de facut gheata Gorrie
Ȋn 1856 Janes Harrison , un emigrant din Scotia care traia ȋn Australia a dezvoltat o mașina de facut gheațǎ folosind amoniac și un compresor cu eter.Aceastǎ mașinǎ a fost folositǎ de fabricile Geelong din Victoria ȋn procesele de fabricare a berii și a ambalǎrii cǎrnii.
Ȋn 1859 Ferdinant Carre din Franta a dezvoltat un sistem ceva mai complex.Spre deosebire de predecesorii sai care aveau mașini de tip compresie-compresie și foloseau aerul ca lichid de rǎcire , echipamentul Carre conținea amoniac.
5
Frigiderul pentru uz casnic cu compresor ȋn partea de jos a carcasei a fost inventat de cǎtre Alfred Mellowes ȋn 1916.Iventia acestuia a fost cumparatǎ de cǎte William C. Durant in 1918 care a inființat compania Frigidaire Company ȋn scopul de a ȋncepe producția ȋn masa a frigiderelor de uz casnic.
Frigiderul cu absorptie a fost inventat de cǎtre Baltzar von Platen si Munters Carl din Suedia ȋn 1922 ȋn timp ce erau ȋnca studenți la Institutul Regal de Tehnologie din Stockholm.Acesta a devenit un succes mondial și a fost comercializat de Electrolux.Pionieri ai frigiderelor au mai fost : Charles Tellier , David Boyle si Raoul Pictet.Carl von Linde a fost primul care a patentat și a facut un frigider practic și compact.
Aceste frigidere de uz casnic necesitau de obicei instalarea de parți mecanice ,motoare si compresoare ȋn subsolul casei sau chiar și o camera adiacenta ȋn timp ce partea de depozitare alimentelor se afla ȋn bucatarie .
Ȋn 1922 se vindea pentru 714$ un model de frigider care consta ȋntr-o cutie de lemn de 0.25 metri cubi , un compresor racit cu apa , și o tava pentru cuburi de gheațǎ.
Ȋn 1923 Frigidaire a introdus prima unitate de sine stǎtǎtoare .Tot ȋn aceastǎ perioadǎ au ȋnceput sǎ aparǎ carcasele de tip porțelan-metal.
Primul frigider produs pentru a se observa amploarea acestor aparate a fost General Electric “Monitor-Top” ȋn 1927. Numele acestuia se trage de la asemanǎrea cu turela de pe nava de rǎzboi USS Monitor din anii 1860.Compresorul acestui dispozitiv emana o cantitate destul de mare de caldurǎ și era amplasat deasupra carcasei ȋnconjurat de un inel decorativ de aici și asemǎnarea cu turela vasului de rǎzboi.Peste un million de unitați au fost produse.
Ca mediu de refrigerare aceste frigidere foloseau fie dioxid de sulf care este coroziv pentru ochi și poate duce la pierderea vederii , poate produce leziuni grave ale pielii si arsuri , fie formiat de metal care este foarte inflamabil , nociv pentru ochi și toxoc dacǎ este inhalat sau ingerat.
Unitǎți de acest fel mai sunt funcționabile și ȋn ziua de astazi dar ȋn cazul ȋn care agentii frigorifici descriși mai sus se descompun sau se scurg din instalatieacestea nu pot fi reȋcǎrcate in mod legal.
Frigiderul
6
GENERAL ELECTRIC “MONITOR-TOP”Introducerea freonului ȋn1920 a extins piata frigiderelor și ȋn acelasi timp a facut ca frigiderele sǎ devina mai sigure din punct de vedere al toxicitații agenților frigorifici.
Congelatoarele separate de frigider au aparut in anii 1940 insa aceste dispozitive nu au intrat in productia de masa pentru uz casnic pana dupa al doilea razboi mondial .
Ȋnanii 1950-1960 s-au adus imbunatatiri frigiderelor cum ar fi dezghetarea automata sau tehnologia autaoamata de facere a ghetii.
In anii ’70 ’80 chiar daca problemele de mediu au dus la interzicerea agentilor frogorifici foarte eficienti (freon) au fost dezvoltate frigidere si mai eficiente .
Prima aplicatie de succes pentru congelarea alimentelor a fost dezvoltata atunci cand Marjorie Merriweather mostenitoare a General Foods (apoi sotial lui Joseph E. Davies , ambasador al Statelor Unite fata de Uniunea Sovietica ) a lansat o fabrica de congelatoare de de calitate industriala in Spaso House , Ambasada USS in Moscova.
Congelatoarele de uz casnic de sine statatoare au fost produse in sua in 1940 , astfel alimentele congelate candva considerate un lux au devenit ceva obisnuit.
Funcționare
Ciclul de compresie al vaporilor este fenomenul pe care ȋl regǎsim la majoritatea frigiderelor de uz casnic.In acest ciclu un agent frigorific cum ar fi R134a intra intr-un compresor sub forma de vapori de joasa presiune care au o temperatura egala sau apropiata cu cea din interiorul frigiderului.Apoi vaporii sunt comprimati si ies din compresor sub forma de vapori de inalta presiune supraincalziti.Vaporii supraincalziti circula prin serpentinele sau tuburile condensatorului care sunt racite pasiv prin expunerea la aerul din camera.Vaporii se racesc si se lichefiaza astfel.
Cȃnd agentul frigorific pǎrǎsește condensatorul acesta este ȋnca sub presiune dar acum are o temperaturǎ doar cu cȃteva grade mai mare fața de temperatura camerei.Refrigerantul lichid este apoi forțat sǎ treacǎ printr-un dispozitiv de mǎsurare sau de reglare cunosut ca valvǎ de expansiune ȋntr-o zonǎ cu presiune mult mai micǎ.
Scǎderea bruscǎ a presiunii face ca lichidul sǎ se transforme ȋn vapori. Cǎldura latentǎ absorbitǎ de evaporarea instant a lichidului este atrasǎ din refrigerantul care ȋnca este sub formǎ lichidǎ.Acest fenomen este cunoscut sub numele de auto-refrigerare.
Lichidul rece și parțial vaporizat ȋsi continuǎ ciclul prin evaporator.Un ventilator sulfa aer rece din compartimentul frigider sau congelator ȋn serpentinele sau tuburile evaporatorului moment ȋn care refrigerantul se vaporizeaza complet . Aerul este introdus din nou ȋn compartimentul frigider sau congelator mentinȃndu-se astfel aer rece ȋn compartimentul respectiv.Aerul rece din frigider sau congelator este ȋnca mai cald decat agentul frigorific din evaporator
Dupa acest pas lichidul de refrigerare paraseste evaporatorul usor ȋncalzit și complet vaporizat , se ȋntoarce la intrarea compresorului iar ciclul se poate relua.
7
Ciclul agentului frigorific prin instalatie
Frigiderul cu absorptie funcționeaza diferit fața de un frigider cu compresor. Acesta foloseste o sursa de caldura cum ar fi enegia solara , cǎldura datoratǎ arderii gazelor naturale sau cǎldura de la un element de ȋncalzire electric. Aceste surse de cǎldurǎ sunt mult mai silențioase decȃt compresorul propriuzis.
Un ventilator sau o pompa sunt singurele piese aflate in mișcare; recurgerea la convecție este consideratǎ nepracticǎ.
Pe principiul frigiderului cu absorptie funcționeazǎ și aparatele de aer conditionat folosite la caldirile de dimensiuni mari cum ar fi teatrele si universitǎțile.
Multe dintre frigiderele moderne au congelatorul ȋn partea de sus a șasiului și frigiderul ȋn partea de jos.
Deasemenea frigiderele moderne pot fi controlate de cǎtre calculator.Calculatorul este cel care controleaza viteza ventilatorului și debitul de aer in funcție de temperatura la care este setat sǎ meargǎ.
8
9
Construcţia frigiderului
Fig. 1.19 Schema instalaţiei frigorifice a frigiderului
Schema instalaţiei prezentată aparţine unui frigider. Aceasta se compune după cum se vede şi în imagine din :
1. capsulă agregat frigorific cu: EM - electromotor, Cp - compresor frigorific;
2. colector de aspiraţie;
2’ racord de umplere;3. colector de refulare;
4. condensator;
10
5. filtru impurităţi şi deshidrator;
6. tub capilar;
7.subracitor generativ;
8.vaporizator.
Astfel, grupul electrocompresor (EM şi Cp) este montat într-o carcasă etanşă,
capsula agregatului frigorific, poziţia 1. Pentru a face posibilă montarea
electrocompresorului capsulă se realizează din două componente: carcasa superioară,
capacul capsulei şi carcasa inferioară, baia de ulei a capsulei, sudate între ele. Aparatele
schimbătoare de căldură ale instalaţiei: condensatorul, poziţia 4 şi vaporizatorul, poziţia
8, sunt racordate la capsula agregatului frigorific prin lipire, cu alamă sau cu argint, prin
intermediul colectoarelor de aspiraţie, poziţia 2 şi respectiv de refulare, poziţia 3. Pentru
umplerea agregatului cu ulei şi agent frigorific, pe capsulă este prevăzut un racord
special, poziţia 2'.
Laminarea agentului frigorific se realizează folosind o ţeavă cu un diametru
interior de mici dimensiuni, numit tub capilar, poziţia 6. Pentru evitarea obturării tubului
capilar cu particule antrenate mecanic sau prin formarea de dopuri de gheaţă, între
serpentina condensatorului şi tubul capilar se montează un filtru de impurităţi şi
deshidrator, poziţia 5. Pentru creşterea performanţei instalaţiei frigorifice se procedează
la subracirea agentului frigorific, la trecerea lui prin tubul capilar, subrăcire ce are loc în
subracitorul regenerativ, poziţia 7, realizat prin montarea tubului capilar prin interiorul
colectorului de aspiraţie.
Până în 1990, în instalaţia frigorifică a frigiderului s-a folosit ca agent frigorific
freonul RI2, iar în ultimii ani, conform convenţiilor internaţionale privind folosirea unor
agenţi frigorifici mai ecologici, se foloseşte freonul R134a.
În continuare vor fi analizate constructiv şi funcţional principalele părţi componente ale
instalaţiei frigorifice ce echipează acest frigider casnic.
Capsula agregatului frigorific
Compresorul frigorific (Cp) aspiră un amestec de vapori de agent frigorific şi
ulei din interiorul capsulei şi îl refulează pe colectorul de refulare (3). Acest colector,
fiind singura legătură rigidă a ansamblului electrocompresor cu capsula agregatului,
11
pentru a atenua vibraţiile electrocompresorului ce se transmit prin el, acesta se realizează
sub forma unei serpentine arcuite (litera M). Tot pentru a atenua vibraţiile ce se transmit
instalaţiei, electrocompresorul se fixează pe baia de ulei prin intermediul a trei arcuri
elicoidale, echidistanţe, cu rol de şuruburi elastice, iar capsula agregatului frigorific este
fixată pe rama metalică a frigiderului prin intermediul a patru suporţi de cauciuc, cu
şuruburi.
Pentru a evita pătrunderea aerului umed şi respectiv pierderile de agent frigorific
şi de ulei capsula agregatului frigorific este etanşă. Etanşarea capsulei se face prin
asamblarea nedemontabilă, prin sudare pe contur a carcaselor capsulei agregatului
frigorific, după ce în prealabil a fost montat electrocompresorul pe baia de ulei.
Alimentarea cu energie electrică a electrocompresorului, în condiţiile asigurării etanşări
capsulei, se face folosind contacte de trecere ermetice, montate în peretele băii de ulei.
Electromotorul (EM) de antrenare al compresorului frigorific este un
electromotor monofazic, asincron cu rotor în scurtcircuit, cu doi poli, de curent alternativ,
cu tensiunea de 220 V şi frecvenţă de 50 Hz, care funcţionează cu o turaţie între 2800 şi
3000 rpm. El funcţionează în interiorul capsulei agregatului frigorific, în mediu de freon
şi ulei, dar fără conţinut de umiditate. Din această cauză el trebuie realizat într-o variantă
constructivă simplă şi sigură, din materiale care nu interacţionează chimic cu freonul şi
uleiul de ungere, rezistent la temperaturi ridicate.
Pentru a rezolva problema pornirii, respectiv pentru a scoate din repaus rotorul
electromotorului, la pornite, cu ajutorul unei bobine secundare montate geometric
decalat, pe stator, cu 90 faţă de bobina principală, se generează un câmp magnetic decalat
cu 90 faţă de câmpul magnetic principal. Bobinele statorului sunt realizate din fir de
cupru emailat, cu diametrul de 1 - 1,5 mm, pentru bobina principală şi, respectiv, cu
diametrul de 0,5 mm, pentru bobina secundară. Pentru electrocompresorul cu puterea de
1/6 CP, rezistenţa bobinei principale este de 15,74 I Ω iar cea a bobinei secundare de 49 I
Ω.
Compresorul frigorific (Cp) al agregatului frigiderului este un compresor cu
piston orizontal (CFO), monocilindric, cu mecanism culisant, amplasat în partea
superioară a capsulei agregatului frigorific, montat peste electromotor. Pentru
electrocompresorul cu puterea de 1/6CP, compresorul frigorific are o cilindree de 6,06
12
cm3 , (D=27 mm şi S=10,58 mm). Pistonul C.F.O. este fără segmenţi; astfel, pentru a
asigura etanşarea lui în cilindru lungimea suprafeţei de contact dintre cele două piese este
mare iar ajustajul alunecător se realizează prin rodare reciprocă şi împerecheate.
Distribuţia CFO este cu supape de tip lamelar, în contra curent. Ungerea părţilor
în mişcare ale electrocompresorului frigorific (lagărul de sprijin al CFO şi lagărele
electromotorului, culisa şi piston) se face cu ulei, preluat din baia de ulei printr-un canal
de ungere în spirală practicat în arborele electrocompresorului.
Astfel, prin rotirea arborelui (3000 rpm), sub acţiunea forţei centrifuge, uleiul se
ridică prin acest canal asigurând ungerea sub presiune a lagărelor, iar de aici mai departe,
prin fusul excentric al manivelei, jetul de ulei loveşte capacul capsulei frigorifice, şi
imprastiindu-se asigură ungerea prin ceaţă de ulei a culisei pistonului.
Schema compresor frigorific:
1 ) manivelă;
2 ) culisă;
3 ) glisieră (ghidaj);
4 ) piston;
5 ) cilindru;
PMI - punct mort interior;
PME - punct mort exterior
D - diametru cilindru;
Fig. 1.21 Schema sistemului de distribuţie a compresorului frigorific
Schema sistemului de distribuţie a compresorului frigorific
1 ) garnitura supapei de aspiraţie (foarte subţire I´=0,5 mm);
13
2 ) lamela supapei de aspiraţie;
3 ) placa supapelor;
4 ) lamela supapei de refulare;
5 ) garnitura supapei de refulare; (mai groasă I´=2
mm)
6 ) umăr (bosaj) limitator cursă lamelă supapă de
refulare;
7 ) degajare pt. asigurare cursă lamelă supapă de
aspiraţie;
8 ) cilindru;
9 ) piston.
Condensatorul instalaţiei frigorifice a frigiderului este un schimbător de căldură
prin suprafaţa care asigură răcirea şi condensarea vaporilor fierbinţi de agent frigorific
refulaţi de compresor, folosind ca agent de răcire aerul ambiant, în circulaţie liberă. El se
află amplasat în spatele frigiderului şi este vopsit în negru pentru a asigură evacuarea
căldurii şi prin radiaţie. Iniţial condensatorul frigiderului a fost realizat, din două foi de
tablă de aluminiu lipite prin presare, cu tehnologia „Rool Bond" ( figura 1.22)
Fig. 1.22 Schema tehnologie „Rool Bond"
1 ) foaie inferioară, din tablă aluminiu;
2 ) strat din pulbere de grafit;
3 ) foaie superioară, din tablă aluminiu;
4 ) racord aer comprimat;
5 ) masă fixă presă;
6 ) falcă mobilă presă.
Realizarea unui schimbător de căldură după
această tehnologie presupune următoarele etape
consecutive:
Etapa 1: Peste foaia inferioară din tablă de aluminiu, poziţia 1, fixată pe masa unei prese,
cu ajutorul unui sistem automat şi al unui tipar, se presară pulbere de grafit respectând
14
forma viitoarei serpentine, poziţia 2. Peste foaia inferioară, astfel pregătită, se aşează
foaia superioară, poziţia 3;
Etapa 2: Falca mobilă a presei, poziţia 6, presează ansamblul realizat în etapa anterioară
cu peste 150 bari şi astfel, foile din tablă de aluminiu, anterior decapate foarte bine, se
lipesc prin difuzie atomică în zona unde nu există grafit. În zona serpentinei lipirea prin
difuziune între cele două foi nu este posibilă din cauza grafitului;
Etapa 3: Falca mobilă se retrage 0,5 cm şi prin racord, poziţia 4, se suflă aer comprimat la 0,8 bar; astfel, zona nelipită, se umflă sub formă de serpentină, iar grafitul este evacuat prin suflare. Astfel, prin această tehnologie se realizează un schimbător de căldură compact cu performanţe foarte bune: din aluminiu, material cu conductivitate termică mare, fără rezistente termice între suprafaţa suplimentară de schimb de căldură (aripioare sau tole) şi serpentină.Datorită regimului ridicat al solicitărilor termice şi mecanice la care este supus în funcţionare condensatorul frigiderului (temperaturi interioare între 50 şi 70A°C, ceea ce, pentru freonii R12 şi R134a corespunde unor presiuni de saturaţie între 12 şi 21 bar, la care se adaugă şi vibraţiile ce se transmit de la capsula agregatuluifrigorific), în exploatare s-a constatat că, după o anumită perioadă de funcţionare, foile
din tablă de aluminiu ale condensatorului se dezlipesc şi astfel compromit funcţionarea
frigiderului. Pentru a depăşi această problemă s-a apelat la un compromis: s-a renunţat la
tehnologia „Rool Bond" pentru fabricarea condensatorului şi s-a adoptat o soluţie mult
mai rezistentă, dar cu performanţe termice mai scăzute şi respectiv cu o suprafaţa de
transfer termic mai mare, prin utilizarea unui schimbător de căldură cu serpentină din
ţeavă de oţel sau de cupru montată prin sertizare, fixare prin deformare, pe o suprafaţă
suplimentară de răcire din tablă de fier ( Fig. 1.23 )
Fig. 1.23 Schema condensatorului frigiderului casnic
1 ) serpentină din ţeava de oţel;
2 ) suprafaţă suplimentară din tablă de fier
O altă variantă constructivă, folosită mai ales în
cazul condensatoarelor instalaţiilor frigorifice comerciale,
ce echipează frigidere şi dulapuri frigorifice cu puteri frigorifice medii şi mari, este cea a
unui schimbător de căldură compact realizat dintr-o serpentină de cupru. Suprafaţa
suplimentară de răcire (tolele din tablă de aluminiu) se fixează pe serpentină prin
sertizare sau prin brazare, fixare prin lipire (Fig. 1.24).
15
Tehnologia de realizare a acestui schimbător de căldură, în cazul asamblării prin
sertizare, cuprinde o primă etapă în care tolele, poziţia 2, sunt fixate în poziţia de lucru,
cu un dispozitiv special, pe masa maşinii, iar ţevile, poziţia 1, sunt montate în bateria de
tole. În continuare, prin ţevi se întroduc tiranţii, poziţia 3, pe care se vor fixa pastilele
conice, poziţia 4, deformatoare (Fig. 1.25). Astfel, prin tragerea tirantilor prin interiorul
ţevilor, pastilele conice vor deforma ţevile fixându-le prin sertizare în bateria de tole. În
final, schimbătorul de căldură se definitivează prin lipirea în poziţie corectă a racordurilor
dintre ţevi (coturi), poziţia 3, Fig. 1.24
Fig. 1.24 Condensator cu serpentină
1 ) ţeavă;
2 ) suprafaţa suplimentară- tolă;
3 ) racord.
Fig 1.25 Schema tehnologiei de sertizare a tolelor pe
serpentină
1 ) ţeava serpentină;
2 ) suprafaţa suplimentară - tolă;
3 ) tirant;
4 ) pastilă conică deformatoare.
Principalul dezavantaj al acestui aparat schimbător de
căldură îl reprezintă rezistenţele termice în zonele de fixare a
tolelor precum şi regimul termic neuniform al transferului de căldură, diferit atât pe
verticală unui rând de serpentină, cât şi pentru diferitele rânduri consecutive de serpentine
verticale.
Filtrul montat pe circuitul instalaţiei frigorifice are rolul de a reţine impurităţile
mecanice care pot proveni din rodajul electro-compresorului sau din impurităţile
existente în schimbătoarele de căldură la momentul montajului. De asemenea, el are rolul
să absoarbă umiditatea pătrunsă prin neetanseitati, odată cu aerul atmosferic, în partea de
joasă presiune a instalaţiei. Astfel, prin reţinerea apei în filtru deshidrator se evită atât
creşterea acidităţii uleiului de ungere a compresorului cât şi obturarea circuitului de agent
frigorific prin formarea dopurilor de gheaţă la ieşirea din ventilul de laminare.
16
Filtrul cu care este echipat frigiderul, a cărui schemă constructivă este
prezentată în Fig. 1.19, este capabil să oprească impurităţile mecanice cu dimensiuni de la
0,5 mm până la 0,5 μm, având la intrare o sită grosieră, poziţia 2, şi la ieşire o sită fină,
realizată prin sinterizare, poziţia 3. Pentru reţinerea umidităţii, el este încărcat cu granule
de silicagel.
Fig 1.26 Schema constructivă a filtrului deshidrator
1. corp filtru; 2. sită grosieră; 3. sită fină;
4. racord dinspre condensator; 5. racord spre tubul capilar;
6. silicagel.
Tubul capilar are rolul de a lamina agentul frigorific astfel încât să se realizeze
efectul Joule Thomson pozitiv αh = (dT/dp)h > 0 , respectiv de a asigura scăderea
temperaturii odată cu cea a presiunii.
Frigiderul este echipat cu un tub capilar cu diametrul interior de 0,6 până la 0,7
mm, diametrul exterior de 2 mm şi o lungime variabilă în funcţie de puterea frigorifică a
instalaţiei şi respectiv de debitul de agent ce trebuie asigurat. Spre deosebire de ventilul
de laminare clasic, unde pierderea de presiune este locală, la trecerea prin duză, în tubul
capilar pierderea de presiune este distribuită de-a lungul tubului. Astfel, pentru frigiderul
cu capacitatea de 240 1, lungimea tubului capilar este l = 2300 mm, asigurând un debit de
5,5 ± 0,5 l/min, iar pentru frigiderul cu capacitatea de 180 l, lungimea tubului capilar este
1 = 2200 mm, asigurând un debit de 3,9 ± 0,4 1/ min.
Având în vedere forma şi regimul de funcţionare, tuburile capilare se
realizează (se trag) din cupru. Acest material, având o conductivitate termică ridicată,
asigură şi transferul de căldură din zona subracitorului regenerativ, de tip ţeavă în ţeavă,
de pe colectorul de aspiraţie, poziţia 7, Fig. 1.19
Vaporizatorul instalaţiei frigorifice este un schimbător de căldură prin suprafaţă,
care asigură răcirea aerului din interiorul frigiderului. Aici, preluând căldura, agentul
frigorific se vaporizează.
17
Aerul este agentul purtător de frig între vaporizator şi produsele depozitate în
spaţiul frigorific. De regulă, vaporizatoarele frigiderelor asigură răcirea aerului prin
convecţie naturală. Mai nou, pentru a intensifica transferul de căldură, în frigidere se
folosesc vaporizatoare ventilate, deci cu convecţie forţată. Asigurarea amorsării
circulaţie naturale a aerului din incinta frigiderului şi o uniformizare cât mai bună a
temperaturii în spaţiul răcit se obţine prin montarea vaporizatorului în partea superioară a
spaţiului frigorific şi prin realizarea rafturilor din interiorul frigiderului sub formă de
grătar. Pentru a absorbi cât mai bine căldura, minimizând radiaţia termică, vaporizatorul
se vopseşte întotdeauna în alb.
Spre deosebire de condensator, vaporizatorul este un schimbător de căldură care
funcţionează la presiuni (p 0 =l. .2 bar) şi temperaturi (t0 = -30..-15 oC) mult mai mici.
Astfel, el fiind supus unor solicitări termice şi mecanice mai reduse, atât tehnologia Rool-
Bond cât şi aluminiul, ca material de execuţie, reprezintă soluţia ideală pentru realizarea
vaporizatorului frigiderului.
ZONE DE TEMPERATURA
Unele frigidere moderne sunt structurate ȋn patru zone pentru diferitele tipuri de alimente:
- -18 grade Celsius ȋn congelator- 0 grade Celsius ȋn compartimentul pentru pǎstrarea cǎrnii- 5 grade Celsius ȋn frigider- 10 grade Celsius ȋn compartimentul de pǎstrare a legumelor și a fructelor
18
Capacitatea de stocare a unui frigider se masoarǎ ȋn litri sau ȋn metri cubi. Ȋn general un aparat care conține și frigider și congelator este proporționat ȋn urmatorul fel : 100 litri (3.53 metri cubi) pentru congelator și 140 litri ( 4.94 metri cubi ) pentru frigider dar aceste valori variaza ȋn funcție de constructor.
Setǎrile de temperaturǎ pentru frigidere și congelatoare sunt adesea arbitrar alese de cǎtre producator dar ȋn general o temperatura de 3-5 grade Celsius pentru frigider și o temperatura de – 18 grade Celsius pentru condelator este suficienta pentru pǎstrarea alimentelor.
Frigiderele și congelatoarele europene au un sistem de evaluare exprimat ȋn stele:o o stea [*] : temperatura minimǎ de -6 grade Celsuis.Timpul maxim de stocare a
alimentelor pre-congelate este de o sǎptǎmȃnǎo doua stele [**] : temperatura minima de -12 grade Celsius. Timpul maxim de
stocare a alimentelor pre-congelate este de o luna.o trei stele [***] : temperatura minima de -18 grade Celsius . Timpul maxim de
stocare a alimentelor pre-congelate este cuprins intre 3 luni și un an in funcție de tipul acestora ( carne ,legume, peste)
o patru stele [*[***] : temperatura minima de -18 grade Celsius . Timpul maxim de pastrare a alimentelor este cuprins ȋntre 3 luni și un an dar la acest tip de frigider se pot congela alimente și ȋn mod direct farǎ a mai fi nevoie de pre-congelare.Acest tip de congelator are și funcție de congelare rapidǎ (compresorul merge la -26 de grade Celsius farǎ sa se opreascǎ pȃnǎ la congelarea completǎ a alimentelor depozitate)
Ȋn congelatoarele evaluate cu trei stele este interzisa introducerea de alimente care nu au fost ulterior congelate deoarece temperatura poate creste inacceptabil și poate deteriora aparatul.
19
Schema electricǎ a unui frigider
20
Schema electrică prezentată aparţine unui frigider Arctic. Aceasta se compune
după cum se vede şi în imagine din :
- motor (parte componentă a condesatorului prezentat în capitolul anterior);- releu de pornire;- releu de protecţie;- baretă de conexiuni;- termostat;- întrerupător lampă.
Releul de pornire este alimentat serie cu înfăşurarea normală (primară) a
motorului. La pornire, înfăşurarea primară ia un curent mare (pentru că motorul stă pe
21
loc) şi ca urmarea acelui curent mare se atrage armătura releului de pornire care cuplează
înfăşurarea ajutătoare (de pornire). După ce motorul porneşte, curentul în înfăşurarea
primară scade şi releul îşi desface contactul care alimentează înfăşurarea ajutătoare. Acest
releu este prevăzut şi cu o termosiguranta care decuplează motorul în cazul în care releul
de pornire rămâne cuplat prea mult timp. Modelele mai noi de frigidere nu mai utilizează
relee electromagnetice ci integrate electronice. Rolul releului de protecţie este, aşa cum îi
spune numele, de a proteja instalaţia de un scurt circuit. În cazul în care compresorul nu
funcţionează corect, consumă multă energie electrică datorită unui scurt sau este blocat,
releul opreşte compresorul pentru o scurtă perioadă de timp.
Termostatul este cel care comandă motorul frigiderului şi în funcţie de
temperatura din interiorul acestuia porneşte sau opreşte funcţionarea. În general un
frigider este în parametrii normali de funcţionare dacă merge între cel puţin 5 minute şi
cel mult 20 de minute şi ia pauză pentru 7-15 minute. Aceste valori depind de mai mulţi
factori cum ar fi ventilaţia camerei, temperatura camerei, masa pe care trebuie să o
răcească frigiderul, etc.
La frigidere tremostatul este situat, în general în interior, pe partea dreaptă (cum
privim frigiderul din faţă), imediat sub congelator (vaporizator). Acesta se poate distinge
prin rotiţa de reglare a nivelului de îngheţ pe care trebuie să-l creeze frigiderul.
Termostatul are o ansă (conductă metalică) învelită într-un strat de cauciuc pe o
anumită porţiune. Pe această conductă subţire se află un gaz termosensibil (care se dilată
şi se contractă foarte mult la schimbările de temperatură). Ansa are contact direct cu
vaporizatorul pentru ca transferul de temperatură să fie foarte rapid. Ansa începe dintr-o
perniţă din metal inoxidabil care conţine acelaşi tip de gaz. La contractarea gazului din
ansă şi din perniţă este schimbat un comutator, în acest caz pe "oprit". Asta înseamnă că
temperatura din interior a ajuns la pragul minim şi termostatul opreşte compresorul. La
creşterea temperaturii în interiorul frigiderului gazul din conducta termostatului se dilată
(creşte presiunea acestuia) şi comutatorul este schimbat de o pârghie pe modul "pornit".
În această situaţie motorul porneşte pentru a pune freonul în mişcare şi a elimina căldura
din interior. Astfel, ciclul se repetă.
Pragurile de temperatură între care acţionează termostatul pot fi alterate prin
schimbarea poziţiei rotiţei acestuia către un număr mai mare sau mai mic.
22
Bareta de conexiuni reprezintă totalitatea conductoarelor de legătură între aceste componente şi este formată din fire conductoare izolate
RECICLARE
Reciclarea frigiderelor se face astazi prin programe susținute de guvernele statelor de pe ȋntreg globul.
Programele pot consta ȋn cumpararea de frigidere vechi de cǎtre firmele specializate care le reparǎ ,le restaureazǎ și le fac mai eficiente din punct de vedere electric și apoi le vȃnd la prețuri mai mici familiilor cu posibilitați materiale slabe sau ȋn reducerea unei anumite sume de bani din pretul unui frigider nou daca cel care doreste sǎ-și cumpere un frigider nou ȋl aduce și ȋl depoziteazǎ pe cel vechi la un centru unde este valabil acest program.
EFECTE ASUPRA STILULUI DE VIAȚA
Frigiderul permite familiilor moderne sǎ-și țina mancarea proaspǎtǎ o peroada mai mare de timp. Aceasta inventie ȋmpreuna cu magazinele de tip supermarket permite unei familii (care nu are posibilitatea sǎ-și planteze legumele ȋn propria grǎdina și sǎ-și creascǎ propriile animale) sǎ adopte o dieta variata de aici rezultand un stil de viațǎ mai sǎnǎtos.
Deasemenea datoritǎ frigiderului este posibilǎ menținerea fructelor exotice foarte perisabile pentru o duratǎ mai mare de timp.
Pe de altǎ parte ȋn frigidere se stocheaza și mancarea de tip fast-food care este consideratǎ mai puțin sanatoasǎ. Studii recente au aratat cǎ exista o relație ȋntre mȃcarea de tip fast-food și obezitate.
Congelatoarele permit stocarea unei cantitati mai mari de alimente. Datoritǎ acestui lucru se pot economisi bani din cumpǎrarea en-gross a alimentelor.
Ȋnghețata un produs popular al secolului 20 altǎdatǎ trebuIa sǎ parcurgǎ un drum lung de la fabricǎ pȃnǎ la consumator ȋnsa acum poate fi savuratǎ la fața locului datoritǎ menținerii ȋn frigidere și congelatoare.
CARACTERISTICI ALE FRIGIDERELOR
Modelele de frigidere mai noi pot include :
- dezghețare automatǎ - avertizarea utilizatorului cu privire la avarii la partea de comandǎ sau partea de
putere a frigiderului . Avertizarea se poate face prin aprinderea unui led sau prin afișarea unui mesaj de eroare pe un display.
- pot avea ȋn ușa dispozitive care sǎ rǎceasca apǎ sau care sǎ ofere cuburi de gheața principalul avantaj fiind cǎ utilizatorul nu trebuie sǎ mai dechida ușa frigiderului pentru a avea acces la apǎ sau la cuburile de gheațǎ
- unele frigidere pot avea si filtre de apǎ pentru apa pe care o racesc și o oferǎ utilizatorului.Acestea au deasemenea și un indicator penru schimbarea filtrului.
23
- Suprafețe din materiale laminate pentru a facilita curǎțarea si igienizarea ȋn interior și exterior
Primele tipuri de frigidere acumulau cristale de gheata in jurul unitatilor de congelare ca rezultat al aerului ce intra in interior odata cu deschiderea usilor .Datorita diferentei de temperatura dintre piesele reci ale congelatorului si aerul care intra cand usa este deschisa apare o condensare pe piesele congelatorului care in timp se transforma in gheata.
Datorita acestei acumulari de gheața tipurile de frigidere descrise mai sus necesitau decongelǎri periodice pentru a le mentine eficiența.
Frigidere care au functie de dezghețare automatǎ au fost introduse pe piațǎ ȋn anii ’50 dar nu au fost populare datoritǎ eficientei energetice slabe și a costului ridicat. Acestea foloseau un numarator care la un anumit numǎr de deschideri ale usii unitații comandau decongelarea doar a congelatorului nu și a frigiderului.
Sistemul de dezghețare consta ȋntr-un timer mic și un fir electric care ȋncalzea pereții congelatorului panǎ cand nu mai existau cristale de gheața pe acestia.
O preocupare tot mai mare a oamenilor pentru mediul inconjurator a facut ca se se doreasca eliminarea frigiderelor vechi datorita agentilor frigorifrici precum freonul care este daunator mediului și stratului de ozon dar și datoritǎ materialelor din care erau construite acestea.
Frigiderele moderne folosesc agenti frigorifici precum HFC-134a care nu sunt dǎunǎtori mediului .
Agentul frigorific cel mai folosit tinde sǎ devina R-600A sau Izobutanul.Acesta este natural și are efecte minime asupra atmosferei dacǎ este din greseala eliberat ȋnsa au fost raportate cateava cazuri ȋn care frigiderele au explodat datorita acestuia.
EFICIENTA ENERGETICA A FRIGIDERELOR
Ȋn trecut frigiderele consumau energie electrica mai mult decat orice aparat electrocasnic dar in ultimii douazeci de ani progresul in domeniul electric a facut ca frigiderele construite sa fie din ce in ce mai economice din punct de vedere al consumului de energie,
Modelele din prezent care corespund standardului Energy Star consuma cu cincizeci la suta mai putina energie decat frigiderele fabricat in 1974.Cel mai efficient model de frigider produs in Statele Unite consuma aproximativ jumatate de kW pe zi, insa chiar si modelele mai ieftine sunt destul de eficiente din punct de vedere energetic.
Frigiderele de marimi mai mari care contin si congelatoare de marimi mari sau dispozitive de facut gheata pot consuma aproximativ 4 kW pe zi.
Frigiderele de dimensiuni mici nu sunt la fel de eficiente precum cele mari pentru ca la deschderea usii volumul de aer la temperatura camerei care intra in interior inlocuieste rapid aerul rece din interiorul frigiderului , acesta fiind nevoit sa porneasca pentru a raci masa de aer cald care a intrat. Daca usa acestui tip de frigider va fi deschisa destul de des exista pozibilitatea ca acesta sa stea pornit mult timp ceea ce duce la cresterea consumului de energie electrica.
Dintre diferitele stiluri de frigidere modelele care au congelatorul in partea de sus sunt mai eficiente decat cele care au congelatorul in partea de jos care la randul lor sunt mai eficiente decat modelele care au congelatorul intr-o parte sau alta a frigiderului.
24
Dr. Tom Chalko din Australia a dezvoltat un termostat extern cu ajutorul caruia se poate transforma un frigider intr-un congelator care consuma doa 0.1 kW pe zi. Un dispozitiv asemanator a fost dezvoltat de Johnonson Controls.
Oamenii de stiinta de la Oxford University au reconstruit un frigider inventat in 1930 de catre Leo Szilard si Albert Einstein. Acest tip de frigider functioneaza fara electricitate si fara agenti frigorifici care pot provoca efect de sera. Deasemenea acest tip de frigider nu are piese in miscare.
Multe frigidere facute intre anii 1930-1940 erau mult mai eficiente din punct de vedere electric fata de modelele fabricate mai tarziu datorita faptului ca la cele din urma au fost adaugate optiuni cum ar fi dezghetarea automata.In plus dupa al doilea razboi mondial stilul frigiderelor a deventi mult mai important decat eficienta. Acest aspect a fost valabil mai ales in anii 1970 cand au devenit la moda frigiderele care aveau dozatoare de gheata pentru racirea apei .
Eficienta frigiderelor tine si modul in care acestea aunt izolate . Frigiderele mai ieftine pot avea o eficienta energetica mai mica datorita materialului folosit la izolare care datorita pretului in care trebuie sa se incadreze aparatul are caracteristici mai slabe decat cel folosit la aparatele mai scumpe.
Fabricate fiind dupa cerinte energetice noi frigiderele din prezent sunt mult mai eficiente decat frigiderele fabricate in anii ’30; la aceeasi cantitate de energie consumata frigiderele din prezent au o dimensiune de trei ori mai mare.
Eficienta frigiderelor mai vechi poate fi imbunatatita prin dezghetarea si curatatrea periodica , prin inlocuirea usilor vechi care nu mai etanseaza bine cu unele noi , ajustarea termostatului in functie de alimentele depozitate in frigider (de exemplu daca vrem sa tinem bauturi la rece in frigider este necesara o temperetura de 4 grade) si deasemenea prin inlocuirea izolatiei unde este nevoie.
Unele site-uri recomanda curatarea lunara a conductelor prin care trece agentul frigorific insa s-a dovedit ca aceasta operatiune nu imbunatateste cu mult consumul de energie .
Guvernele multor tari ofera stimulente pentru a incuraja reciclarea frigiderelor vechi . Un exemplu este programul pentru recicalare a frigiderelor numit Phoenix lansat in Australia. Prin acest program guvernul preia frigidere vechi de la cetateni dandu-le acestora bani in schimb. Frigiderele preluate sunt apoi reconditionate acestea devenind cu 10 % mai eficiente si sunt distribuite pentru familiile cu venituri mici
Bibliografie:
1. Chiriac, F. „Instalaţii frigorifice“, Ed. Didactică şi Pedagogică, Bucureşti 1981.2. Mădărăşan, T., Bălan, M., «Termodinamica tehnică» Ed. Sincron, Cluj-Napoca, 19993. Radcenco,V. ş.a. „Procese în instalaţii frigorifice“ EDP Bucureşti, 1983.4. http://www.termo.utcluj.ro/pcif/01curs.pdf ro
25
