Documento de título profesional de Técnico superior en refrigeración

La refrigeración fue producida y desarrollada para satisfacer las necesidades de las personas en condiciones de baja temperatura. El siguiente es un documento de título profesional de técnico superior en refrigeración que recomiendo cuidadosamente a todos y espero que les resulte útil. Técnico Superior en Refrigeración Tesis de Título Profesional Parte 1

Análisis de la Tecnología de Refrigeración

Resumen La tecnología de refrigeración fue producida y desarrollada con el fin de adaptarse a las necesidades de las personas en condiciones de baja temperatura. La tecnología de refrigeración es una ciencia y tecnología que reduce la temperatura de un determinado espacio u objeto a una temperatura inferior a la temperatura ambiente circundante y la mantiene a una temperatura baja específica. Continúa desarrollándose con las necesidades de las personas de condiciones de baja temperatura y la mejora de la productividad social. . Existen muchos métodos de refrigeración, los siguientes cuatro más comunes son: refrigeración por gasificación de líquidos, refrigeración por expansión de gas, refrigeración por tubos de vórtice y refrigeración termoeléctrica. Entre ellos, la refrigeración por vaporización de líquidos es la más utilizada. Utiliza el efecto endotérmico de la vaporización de líquidos para lograr la refrigeración. La compresión de vapor, la absorción, la inyección de vapor y la refrigeración por adsorción son todos métodos de refrigeración por vaporización de líquidos. Este artículo se centra en el principio de funcionamiento y varias formas de refrigeración por compresión de vapor.

Palabras clave: Diagrama presión-entalpía de refrigeración por compresión de vapor, coeficiente de refrigeración del ciclo de refrigeración ideal ¿Expansión adiabática?

Ciclo de refrigeración por compresión de vapor de dos etapas

Número CLC: TB6 código de identificación del documento: A

1. El principio de funcionamiento de la refrigeración por compresión de vapor El sistema de refrigeración por compresión de vapor consta de un compresor, un condensador, una válvula de expansión y un evaporador, que están conectados mediante tuberías en un circuito cerrado. sistema.

El medio de trabajo intercambia calor con el objeto a enfriar en el evaporador, absorbe el calor del objeto a enfriar y lo vaporiza. El vapor a baja presión generado es aspirado hacia el compresor, comprimido y descargado. presión alta. El proceso de compresión consume energía. El fluido de trabajo gaseoso de alta temperatura y alta presión descargado del compresor se enfría mediante el medio de enfriamiento de temperatura normal (agua o aire) en el condensador y se condensa en un líquido de alta presión. Cuando el líquido de alta presión pasa a través de la válvula de expansión, se estrangula y se convierte en vapor húmedo de baja presión y baja temperatura, que ingresa al evaporador. El líquido de baja presión se vaporiza y se refrigera nuevamente en el evaporador y el ciclo. repite.

El calor latente debe ser absorbido cuando un líquido se convierte en gas, cuando un sólido se convierte en líquido y cuando un sólido se convierte en gas. Cualquier líquido absorberá calor durante el proceso de ebullición. La temperatura de ebullición (es decir, la temperatura de saturación) y la absorción de calor del líquido cambian con la presión del líquido. Cuanto menor es la presión, menor es la temperatura de ebullición. Además, la presión de saturación, la temperatura de ebullición y la absorción de calor de diferentes líquidos también son diferentes. Como se muestra en la Tabla 1 a continuación

Ejemplo: a 1 atmósfera

Punto de ebullición del refrigerante (℃) Calor latente de vaporización r (kJ/kg)

Agua 100 2256

R717 (amoniaco) -33,4 1368

R22 -40,8 375

Según las propiedades térmicas del líquido refrigerante (llamado refrigerante) utilizado, se pueden determinar Se crean las condiciones de presión, la baja temperatura requerida se puede obtener dentro de un cierto rango. Para realizar el ciclo de refrigeración es necesario instalar determinados equipos y utilizar el consumo de energía como compensación. El ciclo de refrigeración por compresión de vapor utiliza equipos como compresores para compensar el trabajo mecánico consumido para cambiar cíclicamente el estado del refrigerante, obteniendo así una capacidad de enfriamiento continua y estable y baja temperatura en situaciones de frío. En el ciclo de refrigeración, el refrigerante sufre cambios de estado como vaporización, compresión, condensación, estrangulación y expansión. Para analizar, comparar y calcular el rendimiento del ciclo de refrigeración, es necesario conocer las reglas cambiantes de los parámetros del estado del refrigerante. Para los refrigerantes de uso común actualmente, las relaciones entre estos parámetros de estado se han convertido en varios diagramas y tablas para representarlos.

Diagrama de propiedades termodinámicas del refrigerante. Los diagramas de propiedades termodinámicas de uso común incluyen el diagrama de entropía de temperatura (T-S) y el diagrama de entalpía de presión (㏒p-h). En el diagrama, x=0 es el saturado. línea de líquido, x =1 es la línea de vapor saturado y el área entre las dos líneas es el área de vapor húmedo, incluida la línea de sequedad media (x=0,1, x=0,2?).

Dado que el calor absorbido y liberado en el proceso de presión constante y el consumo de energía del compresor en el proceso de compresión adiabática se pueden expresar en el diagrama p-h, calculado utilizando la diferencia de entalpía específica entre los estados inicial y final. del proceso, por lo tanto, el diagrama p-h ha sido ampliamente utilizado en cálculos termodinámicos de ciclos de refrigeración.

Dado que los parámetros térmicos h y s del refrigerante son todos valores relativos, al utilizar las tablas y diagramas de propiedades termodinámicas anteriores, debe prestar atención a si los puntos de referencia de h y s entre ellos son consistentes. Para puntos de referencia con valores diferentes. ​o unidades, es mejor no mezclar diagramas o tablas que sean inconsistentes entre sí, de lo contrario será necesario realizar conversiones y correcciones.

2. ¿Ciclo de refrigeración ideal? Ciclo de Carnot inverso

El ciclo de Carnot se divide en ciclo de Carnot directo y ciclo de Carnot inverso, los cuales están compuestos por dos temperaturas constantes y dos procesos adiabáticos. , son un ciclo ideal. El objetivo principal del estudio del ciclo de refrigeración por compresión de vapor es analizar diversos factores que afectan el ciclo de refrigeración y encontrar formas de ahorrar el consumo de energía de refrigeración. El ciclo de Carnot inverso hace que el fluido de trabajo (refrigerante) pase a través del dispositivo de refrigeración después de absorber calor de la fuente de calor de baja temperatura, compense el trabajo externo y luego fluya hacia la fuente de calor de alta temperatura. El ciclo inverso es un ciclo que consume trabajo. El ciclo de refrigeración se lleva a cabo de acuerdo con el ciclo inverso. En el diagrama de temperatura-entropía o presión-entalpía, cada proceso del ciclo cambia en el sentido contrario a las agujas del reloj.

Diagrama esquemático del equipo de ciclo de Carnot inverso

2. Condiciones necesarias para realizar el ciclo de Carnot inverso:

(1) La temperatura del calor de alta y baja temperatura las fuentes son constantes;

(2) No hay diferencia de temperatura de transferencia de calor entre el fluido de trabajo en el condensador y el evaporador y la fuente de calor externa

(3) No hay ninguna interna; pérdida irreversible cuando el fluido de trabajo fluye a través de cada equipo

(4) Los equipos necesarios para realizar el ciclo de Carnot inverso son compresores, condensadores, expansores y evaporadores.

El ciclo de Carnot inverso es un ciclo de refrigeración ideal reversible que no considera las pérdidas internas y externas irreversibles del fluido de trabajo durante los cambios de flujo y estado. Aunque el ciclo de Carnot inverso no se puede realizar, las conclusiones extraídas del análisis de este ciclo tienen una importante importancia orientadora para el ciclo de refrigeración real.

3. ¿Coeficiente de refrigeración?

El coeficiente de refrigeración comúnmente utilizado en los ciclos de refrigeración representa su rendimiento económico circular. El coeficiente de refrigeración es igual a la capacidad de refrigeración producida por unidad de consumo de energía.

　?=q/?W

　q: 1kg de refrigerante absorbe calor q (kJ/kg) del objeto a enfriar a temperatura T0

　W: El trabajo consumido al hacer circular 1 kg de fluido de trabajo

Para el ciclo de Carnot inverso:

?c=T0/(Tk- T0)

T0: evaporación Temperatura; Tk: temperatura de condensación

Se puede ver en la fórmula que el coeficiente de refrigeración del ciclo de Carnot inverso solo está relacionado con las temperaturas alta y baja de la fuente de calor y no tiene nada que ver con las propiedades termofísicas. del refrigerante. Dado que el ciclo de Carnot inverso no considera varias pérdidas y el compresor utiliza el trabajo producido por el expansor, el coeficiente de refrigeración del ciclo de Carnot inverso es el mayor en el rango de fuente de calor de temperatura alta y baja constante, y otros procesos realizados en este rango de temperatura Los coeficientes de refrigeración de varios ciclos de refrigeración son más pequeños que los coeficientes de refrigeración del ciclo de Carnot inverso.

Por tanto, el coeficiente de refrigeración del ciclo de Carnot inverso se puede utilizar para evaluar la perfección térmica de otros ciclos de refrigeración.

3. Ciclo teórico de refrigeración por compresión de vapor y cálculo termodinámico

1. El ciclo de refrigeración teórico se diferencia del ciclo de Carnot inverso en los siguientes aspectos:

( 1) El refrigerante circula en el condensador y el evaporador según un proceso isobárico y tiene una diferencia de temperatura de transferencia de calor.

　(2) El refrigerante utiliza una válvula de expansión para la regulación adiabática, en lugar de utilizar un expansor para; expansión adiabática;

　p>

(3) El compresor aspira vapor saturado en lugar de vapor húmedo.

Pérdida por estrangulamiento tras sustituir el expansor por una válvula de expansión: no solo aumenta el consumo eléctrico del ciclo frigorífico, sino que también se pierde capacidad frigorífica. Las pérdidas de estas dos partes reducirán inevitablemente el coeficiente de refrigeración y la perfección térmica.

2. La pérdida de sobrecalentamiento después de reemplazar la compresión húmeda por compresión seca incluye:

(1) La pérdida por estrangulamiento después de reemplazar el expansor con una válvula de expansión tiene las siguientes consecuencias: estrangulamiento de la válvula de expansión es un proceso irreversible, y el valor de entalpía permanece sin cambios antes y después de la estrangulación, aumenta la sequedad del refrigerante, disminuye el contenido de líquido, disminuye la capacidad de enfriamiento, aumenta el consumo de energía y disminuye el coeficiente de refrigeración. de reducción se llama pérdida por estrangulamiento.

El tamaño de la pérdida por estrangulamiento está relacionado con los siguientes factores: está relacionado con la diferencia entre la temperatura de condensación y la temperatura de evaporación, y la pérdida por estrangulamiento aumenta a medida que aumenta. Está relacionado con las propiedades físicas del refrigerante. los refrigerantes con grandes pérdidas por estrangulamiento tendrán pequeñas pérdidas por sobrecalentamiento. Está relacionado con la presión de condensación. Cuanto más cercana esté la presión de condensación Pk a la presión crítica Pkr, mayor será la pérdida por estrangulamiento.

(2) Utilice compresión seca para reemplazar la pérdida de saturación después de la compresión húmeda.

Motivo: en el funcionamiento real del compresor de refrigeración, si se aspira vapor húmedo, se producirá líquido. martilla y ocupa el El volumen del cilindro reduce el volumen de succión y la capacidad de enfriamiento. Después de que ingresa demasiado líquido al cilindro del compresor, es difícil vaporizarlo por completo. En este momento, no solo destruye la lubricación del compresor, sino que también provoca un golpe de ariete, lo que daña el compresor. Por lo tanto, la compresión húmeda está estrictamente prohibida en el funcionamiento real de los equipos de refrigeración por compresión de vapor. Se requiere que el refrigerante que ingresa al compresor sea vapor seco saturado o vapor sobrecalentado, lo cual es un indicador importante para el funcionamiento normal de los equipos de refrigeración por compresión seca. Para lograr la compresión seca, como se muestra en la figura siguiente, se puede agregar un separador de líquido a la salida del evaporador. El vapor saturado seco en la parte superior del separador es aspirado por el compresor para asegurar la compresión seca. El punto del estado del refrigerante que ingresa al compresor está ubicado en la línea de vapor saturado. El proceso de compresión adiabática del refrigerante tiene lugar en la zona de vapor sobrecalentado. Por lo tanto, el refrigerante en el condensador no es un proceso a temperatura constante, sino un proceso a presión constante.

Cálculo térmico de la capacidad frigorífica por unidad de masa del refrigerante en el evaporador:

q0 = h1-h4[kJ/kg]

Masa unitaria de del compresor Consumo de potencia de compresión adiabática:

W= h2- h1 [kJ/kg]

Capacidad de refrigeración del refrigerante por unidad de volumen:

Qv= q0/V [ kJ/m3]

Coeficiente de refrigeración teórico: ?= q0/ W

3. Mejora del ciclo de refrigeración por compresión de vapor

Para fabricar el refrigerante líquido delante de la válvula de expansión. Para obtener reenfriamiento se puede utilizar un subenfriador o un ciclo de recuperación.

(1) Configure un subenfriador. Para el mismo refrigerante, la pérdida por estrangulamiento está relacionada principalmente con la diferencia de temperatura (Tk-T0) antes y después de la estrangulación. Cuanto menor es la diferencia de temperatura, menor es la estrangulación. pérdida. Generalmente, se puede agregar un subenfriador después del subcondensador para permitir que el agua de enfriamiento pase a través del subenfriador y luego ingrese al condensador. Después del reenfriamiento, el refrigerante líquido se puede volver a enfriar hasta el punto de estado 3° bajo la presión de condensación. 3-3° en la figura es el proceso de reenfriamiento del refrigerante líquido a alta presión en el reenfriador. y la temperatura Tr que se puede alcanzar mediante el reenfriamiento se denomina temperatura de reenfriamiento, y la diferencia ΔTr entre la temperatura de condensación y la temperatura de reenfriamiento se denomina grado de reenfriamiento. Este ciclo con reenfriamiento se denomina ciclo de reenfriamiento.

El aumento del subenfriamiento puede aumentar el coeficiente de refrigeración: por cada 1 ℃ de subenfriamiento del refrigerante R717, el coeficiente de refrigeración se puede aumentar en un 0,46%; por cada 1 ℃ de subenfriamiento del refrigerante R22, el coeficiente de refrigeración puede aumentar; aumentó un 0,85%.

(2) Para aumentar el grado de reenfriamiento del líquido delante de la válvula de expansión y reducir aún más la pérdida por estrangulamiento, al tiempo que se garantiza un cierto grado de sobrecalentamiento de la succión del compresor, se requiere un ciclo de recuperación. Se puede añadir al sistema de refrigeración un regenerador. La función del regenerador es intercambiar calor entre el líquido refrigerante frente a la válvula de expansión y el vapor del refrigerante antes de que el compresor sea aspirado, de modo que el vapor aspirado por el compresor tenga un cierto grado de sobrecalentamiento debido al sobrecalentamiento. (sobrecalentamiento △q), la compresión aumenta. El consumo de energía de la máquina (△w). Por lo tanto, si se mejora el coeficiente de refrigeración del ciclo de recuperación de calor depende de la relación de △q/△w.

A continuación se muestran los cambios en el coeficiente de refrigeración y la temperatura de escape de varios refrigerantes de uso común después de usar el ciclo de recuperación de calor.

Refrigerante R717 R22 R502

Tasa de aumento y disminución del coeficiente de refrigeración % -4,18 -1,88 +3,02

Cambio de temperatura de descarga ℃ 140,3?102 84,7?53,5 66,5 ? 37.3

Se puede ver en la tabla anterior que el coeficiente de refrigeración no necesariamente aumenta después de usar el ciclo de recuperación. El coeficiente de refrigeración no disminuye mucho después de usar el ciclo de recuperación para el refrigerante R22, pero sí la compresión en seco. Se garantiza un funcionamiento estable de la válvula de expansión térmica, por lo que en la práctica se utiliza el ciclo de recuperación de calor. R502 y R12 son adecuados para ciclos de recuperación. R11 y R717 no son adecuados para el ciclo de recuperación de calor porque el coeficiente de refrigeración es mucho menor.

IV.Ciclo de refrigeración por compresión de vapor de dos etapas

Para el ciclo de refrigeración de una sola etapa del compresor de refrigeración de pistón, en circunstancias normales, generalmente solo se puede producir

Temperatura de evaporación superior a -25 ℃ ~ -35 ℃. Si se utiliza un ciclo de refrigeración de una sola etapa para obtener una temperatura de evaporación más baja, ocurrirán muchos factores dañinos, tales como:

(1) La temperatura de escape del compresor es muy alta, lo que no solo aumenta la pérdida por sobrecalentamiento, pero también reduce la eficiencia de la refrigeración. El coeficiente disminuye y el efecto del aceite lubricante se deteriorará, afectando la vida útil y el funcionamiento normal del compresor.

(2) La relación de compresión (Pk/P0) aumenta. A temperatura ambiente normal, cuando la temperatura de evaporación T0 disminuye, Pk/P0 aumenta, la eficiencia volumétrica del compresor disminuye y el volumen de succión real. Disminuye la capacidad de enfriamiento y cuando la relación de compresión alcanza un cierto valor, el refrigerador de pistón ya no puede realizar el enfriamiento en este momento.

(3) La pérdida por estrangulación aumenta, la capacidad de enfriamiento de la unidad del refrigerante disminuye, el consumo de energía aumenta y el coeficiente de refrigeración disminuye.

(4) Una temperatura de evaporación demasiado baja puede hacer que las condiciones de funcionamiento del sistema de refrigeración superen las condiciones de diseño y uso especificadas en las normas del compresor, provocando situaciones peligrosas no permitidas. Por ejemplo, la relación de compresión de un compresor de pistón (refrigerante R22) puede ser superior a 6 (máquina de alta temperatura) y 16 (máquina de baja temperatura) y la diferencia de presión (Pk-P0) no puede ser superior a 1,6 MPa; descarga de un compresor de tornillo (refrigerante R22) La temperatura del gas no puede ser superior a 105 ℃ Cuando la relación de compresión del refrigerante R22 es ?10, se utiliza la compresión de una sola etapa. Cuando la relación de compresión es >10, se utiliza la compresión de dos etapas. Cuando la relación de compresión del refrigerante R717 es ?8, se utiliza compresión de una sola etapa. La relación de compresión >8 utiliza compresión de dos etapas. Por lo tanto, para los compresores de pistón, cuando T0 es inferior a -25~-35 ℃, los efectos adversos anteriores se pueden mejorar mediante el uso de un ciclo de refrigeración bipolar. Para los compresores de tornillo, debido a su buen dispositivo de enfriamiento de aceite, la temperatura de escape es más baja que la de los compresores de pistón, y la relación de compresión permitida y la diferencia de presión son mayores. Por lo tanto, un ciclo de refrigeración de una sola etapa con compresor de tornillo general puede producir temperaturas bajas de aproximadamente -40°C (Tk está entre 40°C y 45°C). El compresor de una unidad de bomba de calor de fuente de aire debe poder funcionar normalmente al menos a una temperatura de evaporación de -15°C ~ +15°C (la compresión de dos etapas puede alcanzar -35°C) y una temperatura de condensación de 65° DO.

La siguiente figura es un diagrama esquemático de un ciclo de refrigeración por compresión de dos etapas:

Un ciclo de refrigeración por compresión de dos etapas generalmente utiliza un separador de vapor flash (economizador) y un intercooler. A continuación se describe un ciclo de refrigeración por compresión de dos etapas con un intercooler. En este ciclo, el vapor refrigerante del evaporador es comprimido por dos compresores (con intercoolers) en serie o dos juegos de cilindros del mismo compresor a modo de relevo. La relación de compresión y la temperatura de escape de cada etapa están en línea con las condiciones de uso del compresor, y se puede obtener una temperatura de evaporación T0 más baja. El coeficiente de refrigeración es mayor que el de un ciclo de refrigeración de una sola etapa con la misma capacidad de refrigeración. así es más económico. A continuación se presenta el ciclo de refrigeración por compresión de dos etapas comúnmente utilizado.

Un ciclo de refrigeración por compresión de dos etapas con una aceleración y un enfriamiento intermedio completo. El llamado enfriamiento intermedio completo significa que el vapor sobrecalentado de la etapa de compresión de la etapa de baja presión se enfría completamente hasta un estado saturado en el intercooler. , como se muestra en la siguiente figura:

p>

Dado que la temperatura de escape del sistema de refrigeración de amoníaco es alta y el sobrecalentamiento de succión no puede ser grande, esta forma de ciclo se usa ampliamente en amoníaco de dos etapas. sistemas de refrigeración. La característica de este sistema es que debido al uso de enfriamiento intermedio completo, se puede reducir la pérdida de sobrecalentamiento. Por lo tanto, el consumo de energía es menor que el de una sola etapa y el coeficiente de enfriamiento es mayor que el de una sola etapa.

Presión intermedia Pm=(Pk.P0)0,5

La temperatura intermedia óptima tjia de la compresión de dos etapas de amoníaco=0,4 Tk+0,6T3 ℃

T0: temperatura de evaporación; : Temperatura de condensación

Relación de compresión = Pk/P0 Pk: Presión de condensación P0: Presión de evaporación

Cuando se conoce la capacidad de enfriamiento Q0, el caudal másico de refrigerante Mr a través del evaporador, entonces Mr = Q0/(h1-h8)

El consumo de energía total teórico del compresor del ciclo de refrigeración es Pth, Pth= Pth1+ Pth2

Pth1 es el consumo de energía teórico del compresor de bajo consumo compresor de etapa de presión (KW )

Pth2 es el consumo de energía teórico (KW) del compresor de alta presión

Coeficiente de refrigeración teórico?th= Q0/ Pth

5. Conclusión

Con el desarrollo de la modernización tecnológica y la mejora continua del nivel de vida de las personas, el papel y el estado de la refrigeración en diversos sectores de la economía nacional como la industria, la agricultura, la defensa nacional, la construcción y la ciencia han adquirido cada vez más importancia. En particular, los requisitos de nivel de vida de las personas han aumentado y las diferentes temperaturas de almacenamiento de alimentos son diferentes. La compresión de doble etapa puede satisfacer los requisitos de temperatura más bajos y las personas pueden probar alimentos frescos en cualquier estación. En la agricultura y la ganadería, la refrigeración se utiliza para tratar semillas de cultivos a bajas temperaturas para construir salas de plántulas con clima artificial. La refrigeración desempeña un papel cada vez más importante en la atención médica y sanitaria y en la producción industrial. En resumen, a través del estudio de este artículo, tengo una comprensión integral de los principios del sistema de refrigeración y cierta comprensión de las medidas para mejorar el coeficiente de refrigeración.

Referencias

Principios y equipos de refrigeración de Wu Yezheng Prensa de la Universidad Xi'an Jiaotong

Yu Chibin Manual práctico de ingeniería de refrigeración y aire acondicionado Maquinaria Prensa industrial

Haga clic en la página siguiente para obtener más información >>>Documento de título profesional de técnico superior en refrigeración