Ciclul frigorific real

În condiţii reale, se manifestă o serie de abateri ale ciclurilor de funcţionare a

instalaţiilor frigorifice de la condiţiile ideale sau teoretice analizate în ciclurile prezentate

anterior. Astfel, transferul termic în condensator şi vaporizator, are loc la diferenţe finite de

temperatură, iar comprimarea din compresor este o adiabată ireversibilă, datorită frecărilor şi

altor procese ireversibile. În figura 18, este reprezentat într-o diagramă T-s, un ciclu care ţine

seama de aceste ireversibilităţi.

Valorile diferenţelor de temperatură din vaporizator ΔT0 şi din condensator ΔTk, vor fi

analizate ulterior. În compresor, datorită ireversibilităţilor interne, creşte entropia agentului

frigorific, ceea ce detemină deplasarea spre dreapta a curbei care reprezintă procesul de

comprimare.

Analizând diagrama, se observă că toate ireversibilităţile duc la creşterea suprafeţei

ciclului, despre care, conform analizelor termodinamice, se ştie că este proporţională cu lucrul

mecanic necesar funcţionării instalaţiei.

Fig. 1Ciclu frigorific - vaporizare şi condensare la diferenţe finite de temperatură şi

comprimare ireversibilă

Ireversibilităţile menţionate pot fi considerate de două tipuri:

- ireversibilităţi externe (transferul termic la diferenţe finite de temperatură);

- ireversibilităţi interne (frecări, turbulenţe, omogenizări, etc.).

În cele două categorii de ireversibilităţi pot fi încadrate şi o serie de alte pierderi care se

întâlnesc în mod uzual în instalaţiile frigorifice.

Astfel procesul 1-2, reprezintă comprimarea adiabatică, iar 1-2r reprezintă comprimarea

reală (politropică) având indice politropic (n) variabil, diferit de indicele adiabatic (k). Pe durata

comprimării, de altfel foarte scurtă, se produc şi ireversibilităţi externe datorate transferului

termic la diferenţe finite de temperatură între vaporii de agent frigorific şi pereţii (cămaşa)

cilindrului, dar şi ireversibilităţi interne datorate frecărilor dintre straturile de agent, dintre

acestea şi pereţii cilindrului, sau datorate turbulenţelor şi omogenizărilor. Se observă că datorită

ireversibilităţilor, în timpul comprimării reale, entropia vaporilor creşte.

Transformarea 2r-3 reprezintă un proces complex de desupraîncălzire a vaporilor, sau

răcire a acestora până la saturaţie în prima parte a condensatorului, urmat de condensatrea

propriu-zisă. Acest proces este în condiţii reale caracterizat nu numai de ireversibilităţi

externe, datorate transferului termic la diferenţe finite de temperatură, ci şi de ireversibilităţi

interne, datorită cărora se poate constata chiar şi o oarecare cădere de temperatură pe

condensator.

Procesul 3-4 reprezintă laminarea adiabatică în dispozitivul de laminare, caracterizată

de ireversibilităţi interne, care generează creşterea entropiei. Titlul vaporilor la sfârşitul

procesului de laminare adiabatică, are valori de cca. 0,15...0,25.

Procesul 4-1 reprezintă vaporizarea însoţită de ireversibilităţile interne tipice pentru

procesele de curgere, datorită cărora scade presiunea, dar şi de ireversibilităţi externe, datorate

transferului termic la diferenţe finite de temperatură.

Ciclul pompei de caldura

Pentru modelarea funcționării mașinilor termice reale, transformările din ciclu sunt considerate cvasistatice (nu depind de timp).

Exemplu al unui ciclu termodinamic motor reprezentat în diagrama p-V.

Ciclurile termodinamice se pot reprezenta în diagrame care au pe axe parametri conjugați, cum sunt p-V, respectiv T-s. Într-o astfel de diagramă un ciclu termodinamic este o buclă închisă. Suprafața închisă de buclă este chiar o măsură a lucrului mecanic ciclic, L.

.

Lucrul mecanic ciclic este egal cu bilanțul de căldură al ciclului:

unde Q și Q₀ sunt căldurile intrată, respectiv evacuată din ciclu.

Relația (2) arată că un ciclu este similar cu o transformare izotermă: chiar dacă energia internă variază în timpul ciclului, când ciclul s-a încheiat energia sistemului este identică cu cea din momentul începerii ciclului.

Dacă ciclul se desfășoară de-a lungul buclei în sens orar, este vorba de un ciclu motor, care produce lucru mecanic, consumând căldură, iar dacă ciclul se desfășoară de-a lungul buclei în sens trigonometric, este vorba de un ciclu generator, care consumă lucru mecanic, pompând căldură. Exemple de cicluri motoare: ciclul motorului cu ardere internă, ciclul termocentralelor etc. Exemple de cicluri generatoare: ciclul după care funcționează un frigider cu compresie, ciclul unei pompe de căldură

Date: 2015-12-11; view: 1018