UNIVERSITATEA “DUNĂREA DE JOS” GALAŢI FACULTATEA DE AUTOMATICĂ, CALCULATOARE, INGINERIE ELECTRICĂ SI ELECTRONICĂ Domeniul: INGINERIE ELECTRICĂ Specializarea: ELECTROMECANICĂ Disciplina: ECHIPAMENTE ELECTROCASNICE
PROIECT F R I G I DERE DER E SI SI CONGEL ATOAR ATO ARE E
Profesor Îndrumător:
Student:
Ș.l.drd.ing. M.Oancă
Manea Alexandru
2012-2013
Cuprins
Capitolul 1.
Noţiuni introductive……………………………………………….... introductive………………………………………………....……… ………3 3 1.1
Istoric…………………………………………………………... Istoric………………………………………………………… ...… ….…….3 …….3
1.2
Principiul de funcţionare……………………………………….... funcţionare……………………………………… ....……. …….4 4
1.3
Cicluri frigorifice……………………………………………… frigorifice……………………………………………….... ....…….. ……..6 6
Capitolul 2.
Aparatele componente ale instalaţiilor frigorifice.......................................9
Capitolul 3.
Construcţia Construcţi a frigiderului.................... frigideru lui............................................... ............................... .... ....................................14 3.1 Capsula agregatului a gregatului frigorific.................................... frigorific........................................................... ...........................16 ....16 3.2 Condensatorul....................... Condensatorul............................................. .............................................. ............................................18 ....................18 3.3 Filtrul........................................... Filtrul................................................................. .............................................. ......................................21 ..............21 3.4 Tubul capilar......................... capilar.............................................. .............................................. ............................................22 ...................22 3.5 Vaporizatorul.............................. Vaporizatorul.................................................... ............................................. ......................................22 ...............22
Capitolul 4.
Schema electrică a unui frigider......................... frigider.................................... ........................................24 .............................24
Capitolul 5.
Clasificare, tipuri de frigidere şi congelatoare..........................................27 congelatoare..........................................27
Capitolul 6.
Modele de frigidere şi congelatoare............................................................29
Bibliografie……………………………………………………………………………….......31 Bibliografie……………………………………………………………………………… .......31
Cuprins
Capitolul 1.
Noţiuni introductive……………………………………………….... introductive………………………………………………....……… ………3 3 1.1
Istoric…………………………………………………………... Istoric………………………………………………………… ...… ….…….3 …….3
1.2
Principiul de funcţionare……………………………………….... funcţionare……………………………………… ....……. …….4 4
1.3
Cicluri frigorifice……………………………………………… frigorifice……………………………………………….... ....…….. ……..6 6
Capitolul 2.
Aparatele componente ale instalaţiilor frigorifice.......................................9
Capitolul 3.
Construcţia Construcţi a frigiderului.................... frigideru lui............................................... ............................... .... ....................................14 3.1 Capsula agregatului a gregatului frigorific.................................... frigorific........................................................... ...........................16 ....16 3.2 Condensatorul....................... Condensatorul............................................. .............................................. ............................................18 ....................18 3.3 Filtrul........................................... Filtrul................................................................. .............................................. ......................................21 ..............21 3.4 Tubul capilar......................... capilar.............................................. .............................................. ............................................22 ...................22 3.5 Vaporizatorul.............................. Vaporizatorul.................................................... ............................................. ......................................22 ...............22
Capitolul 4.
Schema electrică a unui frigider......................... frigider.................................... ........................................24 .............................24
Capitolul 5.
Clasificare, tipuri de frigidere şi congelatoare..........................................27 congelatoare..........................................27
Capitolul 6.
Modele de frigidere şi congelatoare............................................................29
Bibliografie……………………………………………………………………………….......31 Bibliografie……………………………………………………………………………… .......31
Capitolul 1.
1.1.
Noţiuni introductive
Istoric
Frigiderul, sau mai exact, posibilitatea de a p ăstra la temperaturi scazute gheaţ ghea ţa necesar ă r ăcirii alimentelor, a constituit o preocupare straveche a oamenilor. Inainte de anul 1000 I.C., chinezii tă tăiau si stocau gheaţ ghea ţa ca sa o folosească foloseasc ă pentru pă păstrarea alimentelor. 500 de ani mai târziu, egiptenii si indienii faceau ghea ţa in nopţile nopţile friguroase lă lăsând apa in vase de ceramică ceramic ă. Primele camere de pastrare a gheţ ghe ţii erau reprezentate de niş ni şte găuri să să pate in pămant, captuş captuşite cu lemn si umplute cu gheaţ ghea ţa sau ză z ă padă padă. Acestea au fost pentru mult timp primele frigidere din istorie. Istoricul fluidelor frigorifice începe în anul 1834, când americanul Jacob Jacob Perkins brevetea breveteazză
o maş maşină ină frigorifică frigorifică funcţ funcţionând prin comprimare mecanică mecanică de
vapori, utilizând ca agent frigorific oxidul de etil. Utilizarea unei asemenea maşin maşinii s-a dovedit rapid limitată limitată de nivelul ridicat de inflamabilitate al acestui agent. În 1876 Carl von Linde, datorită datorită utiliză utilizării rii amoniacului ca agent frigorific, permite adevă adevărata dezvoltare a instalaţii instalaţiilor lor frigorifice prin comprimare mecanic mecanicăă de vapori. În 1880, introducerea unui nou agent frigorific, anhidrida carbonic ă , reprezintă reprezint ă începutul utilizăr utilizăr iiii instalaţiilo instalaţiilorr frigorifice pentru îmbarcarea la bordul navelor a produselor alimentare. În 1920, prin utilizarea anhidridei sulfuroase şi a clorurii de metil, apar primele maşini maşini frigorifice de uz casnic sau comercial. Începând din 1930, apar primele hidrocarburi fluorurate şi clorurate (CFC). Datorită Datorită caracteristicilor foarte interesante din punct de vedere termodinamic şi datorită datorită marii lor stabilităţ stabilităţii atât termice cât şi chimice, utilizarea acestora va aduce o ameliorare considerabilă considerabil ă atât a fiabilităţi fiabilităţiii cât şi a siguranţe siguranţeii în funcţ funcţionare a instalaţ instalaţiilor frigorifice cu compresie mecanică mecanică. Aşa se explică explică de ce în comparaţi comparaţiee cu amoniacul şi clorura de metil, aceste substanţ substanţe poartă poartă denumirea de agen ţ i frigorifici de siguran ţă.
Fig. 1.1 Frigidere „Monitor Top” produse de General Electric in 1927
În numeroase ţări, pe lângă denumirea de freoni, agenţii frigorifici pot fi întâlniţi şi sub diverse denumiri comerciale, care pentru acelaşi produs difer ă de la ţar ă la ţar ă şi de la un producător la altul. R12 de exemplu, este numit Forane 12 (denumirea comercial ă a Uzinei Kuhlmann din Franţa), Flugene 12 (denumirea comercială a firmei Pechine Saint-Gobain din Franţa), sau Genetron 12 (denumirea comercială a societăţii Allied Chemical din S.U.A.). În unele publicaţii ştiinţifice, chiar şi denumirea de freoni, pentru desemnarea agenţilor frigorifici, este considerată comercială. 1.2.
Principiul de functionare
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 căldur ă, este denumit sursa caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schim bă căldură.
Fig. 1.2 Schema energetică a instalaţiilor frigorifice şi a pompelor de căldură
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 căldur ă, este denumit sursa caldă. Deoarece au capacitate termică infinită, temperaturile surselor de căldură rămân constante chiar dacă acestea schim bă 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 aceast ă valoare, este denumit răcire artificială. Agentul de lucru, care evoluează în aceste instalaţii, este denumit agent frigorific. Pentru a putea să preia căldur ă de la sursa rece, agentul frigorific trebuie să aibă temperatura mai mică decât aceasta. În timpul preluării de căldur ă 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 căld ră (S), sunt prezentate în figurile 1.2 şi 1.3. Cu t 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 căldur ă, este posibilă numai în condiţiile în care se produce transformarea stării de agregare şi anume vaporizarea.
Fig. 1.3 Încălzirea agentului de lucru în timpul preluării de căldură
Fig. 1.4 Absorbţia de căldură de la sursa rece, cumenţinerea constant a temperaturii
1.3 Cicluri frigorifice
1.3.1
Ciclul frigorific teoretic
Detentorul în care se realizează destinderea adiabatică a ciclului ideal, este o maşină foarte complexă din punct de vedere constructiv, indiferent dacă prezintă cilindri în care pistoanele sub acţiunea agentului de lucru furnizează energie mecanică sistemului bielă manivelă, sau dacă este o turbomaşină cu palete montate în rotor. În plus, lucrul mecanic obţinut în detentor are o valoare destul de scăzută, deoarece titlul vaporilor care se destind, este foarte redus, deci agentul de lucru se găseşte preponderent în stare de lichid, iar acesta fiind incompresibil, furnizează puţină energie mecanică prin destindere. În consecinţă, complexitatea constructivă a detentorului nu este justificată de lucrul mecanic obţinut, redus ca valoare, iar acest aparat a fost înlocuit în instalaţiile frigorifice comerciale, de un dispozitiv mult mai simplu din punct de vedere constructiv, denumit ventil de laminare, sau ventil de reglaj.
În ventilul de laminare, notat cu VL pe figura 1.5, asemănător din punct de vedere constructiv cu un robinet, sau cu o diafragmă, care prezintă o secţiune de curgere îngustată, reglabilă sau nu, se realizează un proces de laminare adiabatică. Presiunea scade de la presiunea de condensare pk, în amonte de ventilul de laminare, până la presiunea de vaporizare p0, în aval de acest aparat. Procesul este adiabatic, pentru că se desfăşoară fără schimb de căldură cu mediul ambiant şi deoarece nici nu se produc interacţiuni cu exteriorul sub formă de lucru mecanic tehnic. În aceste condiţii este evident că laminarea se desfăşoară cu menţinerea constantă a entalpiei.
Fig.1.5 Schema unei instalaţii frigorifice
Ireversibilităţile interne ale procesului de laminare adiabatică: frecări, turbionări, omogenizări şi altele, determină creşterea entropiei agentului de lucru. Creşterea entropiei poate fi explicată şi prin faptul că lucrul mecanic de destindere se transformă prin frecare în căldură, iar aceasta este înglobată de agentul frigorific, determinând creşterea entropiei. În unele maşini frigorifice, în special cele de puteri frigorifice reduse, destinderea se realizează într-un dispozitiv chiar mai simplu şi anume un tub capilar lung şi de secţiune redusă. Aici scăderea presiunii se realizează tot datorită particularităţii curgerii. Aceasta este foarte complexă şi de regulă se studiază experimental, modelarea matematică fiind dificilă. Din p unct de vedere termodinamic, transformarea din tubul capilar este considerată tot o laminare adiabatică. Pentru ventilul de laminare, sau tubul capilar se utilizează uneori în practica exploatării instalaţiilor frigorifice, în mod abuziv şi incorect tot denumirea de detentor, impusă de firmele producătoare, care le numesc astfel. Procesul de comprimare al ciclului Carnot inversat are loc în domeniul vaporilor umezi, iar reglajul maşinii frigorifice, astfel încât comprimarea să se termine exact pe curba vaporilor saturaţi, este practic imposibil. Prezenţa picăturilor de lichid în cilindrul
compresorului C este nedorită, deoarece dacă acesta nu vaporizează complet şi rămâne în spaţiul mort la sfârşitul cursei de comprimare, poate să provoace aşa numitele lovituri hidraulice, iar acestea pot deteriora unele părţi componente ale compresorului, în special supapele, care prezintă cea mai redusă rezistenţă mecanică. Din acest motiv, în maşinile şi instalaţiile frigorifice, procesul de comprimare se desfăşoară în domeniul vaporilor supraîncălziţi, ceea ce are ca efect creşterea siguranţei în funcţionare, a compresorului. În figura 1.5 este prezentată schema instalaţiei frigorifice funcţionând după ciclul teoretic, în domeniul de vapori umezi, iar în figurile 1.6 şi 1.7 este redat în diagramele T-s, respectiv lgp-h, ciclul teoretic în domeniul de vapori umezi.
Fig. 1.6 Ciclul frigorific
Fig. 1.7 Ciclul frigorific
teoretic. Diagrama T-s
teoretic. Diagrama lgp-h
Analizând diagramele în care a fost reprezentat ciclul frigorific teoretic, se constată uşor, că la ieşirea din compresor, agentul frigorific are o temperatură mai mare decât cea de condensare, considerată egală cu a mediului ambiant. Deoarece această temperatură este înregistrată la ieşirea din compresor, poartă şi denumirea de temperatură de refulare W = h ; Tref = T2.
Capitolul 2.
Aparatele componente ale instalaţiilor frigorifice
Cele mai simple maşini frigorifice, ca cea prezentată în figura 1.9, funcţionează după ciclul teoretic prezentat anterior, cu precizarea că există anumite diferenţe între temperaturile surselor de căldură şi temperaturile agentului frigorific din vaporizator şi condensator. În continuare se vor prezenta mai detaliat cele patru aparate componente care nu pot să lipsească din maşinile frigorifice.
Fig. 1.8 Schema unei maşini frigorifice simple, de putere frigorifică redusă În figura 1.10 este reprezentat în secţiune un compresor frigorific. Se poate observa motorul electric 1, al cărui rotor 2 se continua cu arborele cotit. Este reprezentat şi sistemul bielă-manivelă cu bielele 3 şi pistoanele 4. Aspiraţia vaporilor se realizează prin supapele de aspiraţie 5 la coborârea pistoanelor, iar refularea prin supapele de refulare 6 la urcarea pistoanelor.
Fig. 1.9 Compresor frigorific
Vaporii calzi refulaţi din compresor ajung în condensator (reprezentat în culoarea roşie), acesta fiind poziţionat în schema instalaţiei ca în figura 1.11. Pe diagramele din figurile 1.3 şi 1.4 se observă cum în acest aparat, se produce întâi de supraîncălzirea vaporilor şi apoi condensarea propriu-zisă.
Fig1.10 Locul condensatorului în schema instalaţiei Din punct de vedere constructiv, figura 1.11 prezintă un condensator ale cărui serpentine schimbătoare de căldură sunt răcite cu aer. Se observă că există şi nervuri pentru extinderea suprafeţei şi intensificarea transferului termic. Aerul este circulat forţat cu ajutorul unui ventilator. Există şi construcţii de condensatoare răcite cu apă, de tip multitubular, ca cel din figura 1.12 sau mixt, cu apă şi aer, ca în figura 1.13.
Fig. 1.11 Condensator multitubular orizontal racit cu apa
Fig. 1.12 Condensator cu răcire mixtă (apă şi aer)
Dispozitivul de destindere este ventilul de laminare, având rolul de a reduce presiunea lichidului până la valoarea presiunii de vaporizare, aşa cum se observă şi în figura 1.14. În instalaţiile de putere frigorifică mică, acest dispozitiv este înlocuit adesea de tuburile capilare
Fig. 1.13 Reducerea presiunii în ventilul de laminare
Fig. 1.14 Dispozitivul de laminare in schema instalatiei Poziţia dispozitivului de laminare (reprezentat colorat) în schema instalaţiei este indicată în figura 1.15
11
Datorită secţiunii interioare mici şi lungimii mari a capilarului, respectiv datorită secţiunii îngustate prezente în ventilul de laminare, în timpul curgerii se produce căderea de presiune de la pk la p0, sugerată de manometrele montate la intrarea şi ieşirea ventilului de laminare. Odată cu reducerea presiunii, agentul frigorific ajunge în domeniul vaporilor umezi, iar la ieşirea dispozitivului de laminare, se obţine un amestec de lichid şi vapori saturaţi la presiunea de vaporizare, în care predomină lichidul, titlul acestor vapori fiind în jur de 15…25%. În figura 1.16 este prezentat locul de amplasare a vaporizatorului (reprezentat în culoarea albastră), în care se realizează efectul util al instalaţiei. Lichidul aflat la temperatur ă redusă, sub cea a mediului ambiant, în timp ce îşi schimbă starea de agregare r ăceşte în acest caz aer, dar este posibil să se răcească şi apă sau alte lichide, respectiv gaze sau chiar substanţe solide. Din punct de vedere constructiv vaporizatoarele răcitoar e de aer se aseamănă cu condensatoarele r ăcite cu aer, fiind realizate dintr-o serpentină pe care se montează nervuri. Dacă vaporizatorul funcţionează sub 0°C atunci pasul dintre nervuri va fi mult mai mare decât la condensator, pentru a permite şi depunerea de brumă sau gheaţă, fără a obtura spaţiul de curgere a aerului circulat forţat de către ventilator. Evident, în acemenea cazuri, este necesar ă decongelarea periodică a vaporizatorului, proces denumit şi degivrare.
Fig. 1.15 Locul vaporizatorului în schema instalaţiei
12
Vaporizatoarele pot avea diverse construcţii, în funcţie de tipul procesului de răcir e pe care îl realizează. În figura 1.17 este prezentat un vaporizator pentru răcirea aerului, iar în figura 1.18 unul imersat într-un bazin pentru r ăcirea apei.
Fig. 1.16 Vaporizator pentru r ăcirea aerului
Fig. 1.17 Vaporizator pentru r ăcirea ape
13
Capitolul 3.
Construcţia frigiderului
Fig. 1.18 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; 5. filtru impurităţi şi deshidrator; 14
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 f rigiderului 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.
15
3.1. 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, 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. 3.1.1
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 16
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. 3.1.2 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 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; 17
Fig. 1.19 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); 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. 3.2.
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)
18
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. Fig. 1.20 Schema tehnologie „Rool Bond"
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 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 19
între 12 şi 21 bar, la care se adaugă şi vibraţiile ce se transmit de la capsula agregatului frigorific), în exploatare s-a constatat că, după o anumită perioadă de funcţionare, f oile 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 )
1 ) serpentină din ţeava de oţel; 2) suprafaţă suplimentară din tablă de fier
Fig. 1.21 Schema condensatorului frigiderului casnic 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). 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
20
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 1.22 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. 3.3.
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. 21
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 1.23 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. 3.4. 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 3.5. Vaporizatorul instalaţiei frigorifice este un schimbător de căldură prin
suprafaţă, care asigură răcirea aerului din interiorul frigiderului. Aici, preluând căldura, agentul frigorific se vaporizează. 22
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 (t 0 = -30..-15 oC) mult mai mici. Astfel, el fiind supus unor solicitări termice şi mecanice mai reduse, atât tehnologia RoolBond cât şi aluminiul, ca material de execuţie, reprezintă soluţia ideală pentru realizarea vaporizatorului frigiderului.
23
Capitolul 4.
Schema electrică a unui frigider
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.
24
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 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 por nire 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 com presorul 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
temper atura 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 25
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. Bareta de conexiuni reprezintă totalitatea conductoarelor de legătură între
aceste componente şi este formată din fire conductoare izolate.
26
Capitolul 5.
Clasificare, tipuri de frigidere şi congelatoare
Există mai multe clasificări care se pot face pentru frigidere 1.
Frigidere statice - Sunt clasicele frigidere tradiţionale, fără ventilaţie internă
forţată. Frigidere No-Frost - Sunt frigiderele în care frigul ventilat, repartizat pentru
fiecare compartiment, atât în frigider cât şi în congelator, trece printr -un sistem de canale 2.
Frigiderele încorporabile se grupează în patru categorii:
- Combinate - acolo unde frigiderul este suprapus congelatorului, pentru o mai bună accesabilitate. Cele două părţi, la modelul cu bicompresor, sunt alimentate fiecare de către propriul compresor de către două termostate independente, putând fi reglate separat sau oprite individual. La modelul cu monocompresor termostatul este unic pentru ambele compartimente. - Cu două uşi - cu un congelator de capacitate minimă, poziţionat în partea superioară a aparatului. Are un singur termostat. - Cu o uşă - disponibile atât în versiunea "tutto frigo",care conţin celula "freezer" în interiorul compartimentului congelator. Are un singur termostat. - Sub mobilă - pentru introducerea sub blatul de lucru al bucătăriei. Cu un singur termostat. 3.
Frigidere în funcţie de numărul de stele:
- o stea - indică o temperatură care poate să scadă până la -6 grade C; produsul putând fi conservat pentru o săptămâna. - două stele - indică o temperatură care poate să scadă până la -12 grade C; produsul putând fi conservat pentru o lună. - trei stele - indică o temperatura care poate să scadă până la -18 grade C; 27
produsul putând fi conservat pentru mai multe luni. - patru stele - indică o temperatură care poate să scadă sub -18 grade C; produsul fiind congelat la -18 grade C în 24 de ore. 4.
Conform Directivei 94/2 CE
- frigidere fără compartiment de temperatură scăzută - frigidere cu compartiment cantină (5A°-10A°) - frigidere cu compartiment de temperatură scăzută fără stele - frigidere/congelatoare cu compartiment cu o stea / două stele / trei stele - congelatoare verticale - congelatoare orizontale - aparatură cu mai mult de două uşi 5. Conform clasei climaterice din care face parte aparatul SN recomandat pentru temperatură ambientală cuprinsă între 10A° şi 32A° N recomandat pentru temperatură ambientală cuprinsă între 16A° şi 32A° ST recomandat pentru temperatură ambientală cuprinsă între 18A° şi 38A° T recomandat pentru temperatură ambientală cuprinsă între 18A° şi 43A° 6.
După metoda folosită pentru decongelare
- automată - are loc periodic, fără nicio intervenţie din partea consumatorului, în timpul pauzelor compresorului - semiautomatată - este efectuată de către utilizator printr -o pulsantă - manuală - este nevoie de a readuce la zero potenţiometrul de reglare a frigului (termostatul), adunarea apei condensate şi repornirea frigiderului. 28
Capitolul 6.
Modele de frigidere şi congelatoare
29
30
