Curs Practic de Refrigerare - Întelegerea Sistemelor de refrigerare
Sistemele de refrigerare au devenit indi-pensabile în diferite domenii ale vieții noastre de zi cu zi. Acestea asigură condiționarea optimă a aerului din clă-diri, răcirea proceselor industriale și permit depozitarea și congelarea pe termen lung a alimentelor. Cu toate acestea, avantajele sistemelor de refrigerare sunt asociate cu un consum semnificativ de resurse, care este în continuă creștere în întreaga lume și care are un impact negativ asupra climei. Acest lucru face cu atât mai importantă planificarea profesionistă a sistemelor de tehnologii de refrigerare și climatizare, precum și utilizarea cât mai eficientă a acestora.
Un sistem de refrigerare este un sistem de țevi, închis – în mod ideal, ermetic – prin care circulă agenții frigorifici. Refrigerantul, sau agentul frigorific, reprezintă un agent operațional care captează căldura în condiții de temperatură și presiune scăzute și o emană în condiții de temperatură și presiune mai ridicate. Aceste așa numite circuite frigorifice cu comprimare cuprind cel puțin patru componente principale care vor fi descrise pe scurt și mai detaliat în cele ce urmează. Agenții utilizați în cazul sistemelor de refrigerare sunt agentul frigorific și uleiul din compresor. Aceștia sunt selectați în funcție de aplicația vizată și de impactul lor asupra mediului înconjurător.
În acest sens, evaluarea și selecția acestora trebuie să includă următoarele:
• fabricarea componentelor,
• riscul potențial cauzat de agenții utili-zați în caz de lipsă de etanșeitate sau de accident,
• puterea de funcționare necesară pentru a asigura refrigerarea și
• eliminarea corespunzătoare a tehnolo-giilor aferente sistemelor la finalul peri-oadelor de funcționare
1. Parametri asociați cu eficiența sistemelor de refrigerare
O bună valoare comparativă în cazul pompelor de căldură este CDP (Coeficient De Performanță) sau REE (Rata de Eficiență Energetică) pentru sistemele de refrigerare. Acești indicatori de performanță reflectă un raport costuri-beneficii într-un punct special de operare al sistemului și într-un anumit moment prestabilit.
Dacă doriți să luați în considerare efici-ența sistemului de refrigerare pe un an, atunci indicatorul REES (Rata de Eficiență Energetică Sezonieră) este de o importanță și mai mare. În acest caz, evaluarea va include, de asemenea, acțiunea de încărcare parțială a sistemului de refrigerare, pe lângă acțiunea de încărcare completă și faza de proiectare. Condițiile ambientale foarte diferite care apar pe parcursul unui an impun luarea în calcul a sarcinii parțiale ca aspect deosebit de important.
O condiție imperativă în acest sens este reglarea eficientă a performanței în cazul alimentării cu agent frigorific (convertorul de frecvență pentru reglarea performanței compresorului și reglarea vitezei condensatorului sau ventilatoarelor schimbătorului de căldură)! Utilizarea suplimentară și complementară a mediilor de depozitare termică (de exemplu, unități de depozitare a gheții) poate compensa pentru sarcinile parțiale sau sarcinile cu valori ridicate extreme și asigura o fiabilitate operațională superioară și o disponibilitate îmbunătățită a sistemului.
2. Criterii pentru agenți frigorifici fezabili
Teoretic, foarte multe substanțe pot fi utilizate ca agenți frigorifici. Cu toate acestea, nu tot ceea ce este posibil este și permis și rezonabil: diverse cerințe de siguranță, tehnologia disponibilă a sistemului și aspectele legate de mediu restricționează alegerea. Sunt fezabili doar acei agenți (în acest caz, agenți frigorifici) care întrunesc criteriile specifice într-un circuit închis de agenți de refrigerare în timpul operării.
Criterii de selectare a agenților frigorifici
• Presiunea vaporilor este mai mare decât presiunea atmosferică la temperaturile de evaporare cerute.
• Nivelul presiunii de condensare nu impune cerințe peste medie în ceea ce privește rezistența la presiune a componentelor și țevilor (de exemplu, pec maxim = 25 bari la o temperatură exterioară de +35°C). Excepțiile sunt reprezentate de așa numiții agenți frigorifici de înaltă presiune, precum R-410A sau R-744.
• Vaporii supraîncălziți extrași din compresor au un volum redus în contextul respectivelor condiții de aspirație, astfel încât să poată menține dimensiunea compresorului (volumul cursei) la un nivel redus.
• Compatibilitatea materialelor cu materialele utilizate frecvent în tehnologia de refrigerare.
• Cel mai redus nivel posibil de poluare a mediului în timpul producției și eliminării agentului frigorific.
• Operarea în condiții de siguranță ca o chestiune de principiu pentru instalator sau pentru personalul responsabil cu operațiile de service
Cu toate acestea, lista amintită acoperă doar o selecție de funcții importante. Actualmente nu sunt disponibili agenți frigorifici ideali pentru toate aplicațiile. Aceasta înseamnă că întotdeauna sunt necesare compromisuri.
Agenții frigorifici naturali au crescut semnificativ în importanță în ultimii ani și nu doar ca urmare a intrării în vigoare a unor reglementări din ce în ce mai stricte la nivel mondial (precum Regulamentul UE privind gazele F din 2014). Pe lângă dioxid de carbon (R-744), toate cele menționate mai sus includ gaze de hidrocarburi, cum ar fi izobutanul (R-600A) și propanul (R-290). Utilizarea amoniacului (R-717) a fost extrem de răspândită timp de mulți ani, în special în procesele de refrigerare industrială.
În ceea ce privește atât procesul termodinamic, cât și amprenta climatică, agenții frigorifici naturali sunt caracterizați drept agenți operaționali cu utilizare pe termen lung și fără impact aspra climei.
Aceste caracteristici pozitive fac posibilă utilizarea lor în zone care, în unele cazuri, impun condiții semnificativ mai stricte în ceea ce privește tehnologia sistemelor și lubrifianții. Prin urmare, CO2 și propanul sunt, de exemplu, utilizate în domeniul refrigerării din supermarketuri.
3. Evaluarea agenților frigorifici
a) Valoarea GWP
Potențialul de încălzire globală sau Global Warming Potential (GWP) este o valoare numerică utilizată pentru a descrie impactul unei substanțe asupra atmosferei și, prin urmare, contribuția acesteia la efectul de seră și la încălzirea globală. CO2 cu o valoare numerică de 1 este utilizat ca valoare de referință. Această valoare exprimă măsura în care o cantitate de 1 kg de agent frigorific din atmosferă contribuie la încălzirea globală în comparație cu 1 kg de CO2.
Valoarea potențialului de încălzire globală (GWP) reprezintă astfel un echivalent pentru CO2.
R-12, de exemplu, are un efect de 10.900 de ori mai puternic decat CO2.
b) Valoarea TEWI
Valoarea TEWI (Total Equivalent Warming Impact - impactul total de încălzire echivalent) include și evaluarea ecologică a unui sistem. Acest lucru permite descrierea impac-tului global asupra mediului înconjurător al utilizării unui sistem de refrigerare, de exemplu cu diverși agenți utilizați (agenți frigorifici).
Valoarea TEWI ia în calcul suma emisiilor directe și indirecte de gaze cu efect de seră. Metoda este ideală pentru studii instantanee și comparative. Motivele ecologice menționate anterior dau naștere unei necesități urgente de a garanta faptul că aplicațiile tehnologiei de refrigerare, pe cât posibil, nu implică gaze cu efect de seră dăunătoare. Este absolut esențial ca sigilarea ermetică a circuitelor de agenți de refrigerare să fie cât mai eficientă cu putință, pentru a preveni, în mare, eliberarea în mediul înconjurător a agenților utilizați.
Cu toate acestea, valoarea TEWI descrie și energia primară necesară pentru alimentarea proceselor de refrigerare, care, în funcție de modul de generare a energiei, poate contribui la rândul său la impactul global asupra mediului înconjurător. De aici rezultă că au sens planificare și realizarea unor sisteme eficiente energetic care să necesite cantitatea minimă posibilă de energie primară pentru a asi-gura capacitatea de răcire necesară.
4 Planificarea și eficientizarea funcționării sistemelor de refrigerare
O bună planificare și o eficientizare a funcționării sistemelor de refrigerare impune efectuarea de măsurători precise și evaluarea corectă a acestora.
Orice temperatură de evaporare mai mare cu 1 K sau orice temperatură de condensare mai mică cu 1 K generează o îmbunătățire cu aproximativ 2-3% a nivelului de performanță al respectivului sistem de refrigerare. Supraîncălzirea evaporatorului are, de asemenea, un impact major asupra cantității de căldură transferată din elementele supuse răcirii. Valorile nejustificat de ridicate de supraîncălzire (în general > 8 K) sau semnalele de supraîncălzire instabile conduc la o umplere imperfectă a evaporatorului și, implicit, la o valoare scăzută a capacității de răcire.
În timpul evaluării pot apărea o varietate de erori, cum ar fi:
• precizia insuficientă a instrumentelor de măsură și a senzorilor acestora;
• erori matematice la calculul parametrilor;
• eroare de paralaxă la citirea afișajelor analogice;
• distanța senzorului de măsurare față de punctul de măsurare stabilit.
Datorită proprietăților mecanice ale acestora, instrumentele cu indicatoare analogice utilizate la înregistrarea valorilor de presiune ale sistemului nu au decât o protecție limitată împotriva vibrațiilor și a schimbărilor de temperatură atunci când lucrează instalatorii. Este practic imposibilă evitarea tensiunilor puternice, în special în cazul aeronavelor. În plus, dacă apar modificări semnificative ale valorilor de presiune ambientală (de exemplu, din cauza modificărilor de altitudine), reajustările trebuie efectuate manual. Manifoldurile digitale precum testo 550 combină măsurarea de înaltă precizie a presiunilor cu afișarea exactă a rezultatelor într-un format digital clar. De aici rezultă că interpretările incorecte sunt practic imposibile.
