Le caratteristiche di un refrigerante possono essere illustrate in un diagramma utilizzando le proprietà primarie come ascissa e ordinata.
Per i sistemi di refrigerazione le proprietà primarie sono normalmente scelte come contenuto energetico e pressione. Il contenuto energetico è rappresentato dalla proprietà termodinamica dell'entalpia specifica, che quantifica la variazione del contenuto energetico per unità di massa del refrigerante durante i processi in un sistema di refrigerazione.
Un esempio di diagramma basato su specifiche entalpia (ascissa) e pressione (ordinata) può essere visto sopra. Per un refrigerante l'intervallo tipicamente applicabile per la pressione è ampio e quindi i diagrammi utilizzano una scala logaritmica per la pressione.
Il diagramma è disposto in modo da visualizzare le regioni del liquido, del vapore e della miscela per il refrigerante. A sinistra si trova il liquido (con un basso contenuto energetico) – a destra il vapore (con un alto contenuto energetico). Nel mezzo trovi la regione della miscela. Le regioni sono delimitate da una curva, chiamata curva di saturazione. Vengono illustrati i processi fondamentali di evaporazione e condensazione.
L'idea di utilizzare un diagramma del refrigerante è che rende possibile rappresentare i processi nel sistema di refrigerazione in modo tale che l'analisi e la valutazione del processo diventi facile.
Quando si utilizza un diagramma che determina le condizioni operative del sistema (temperature e pressioni) la capacità di refrigerazione del sistema può essere trovata in modo relativamente semplice e rapido. I diagrammi sono ancora utilizzati come strumento principale per l'analisi dei processi di refrigerazione. Tuttavia, sono diventati generalmente disponibili numerosi programmi per PC in grado di eseguire la stessa analisi più velocemente e con maggiori dettagli.
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Processo di refrigerazione, diagramma pressione/entalpia
- tc = temperatura di condensazione
- pc = pressione di condensazione
- tl = temperatura del liquido
- t0 = temperatura di evaporazione
- p0 = pressione di evaporazione
Il refrigerante condensato nel condensatore è nella condizione A che si trova sulla linea per il punto di ebollizione del liquido. Il liquido ha quindi una temperatura tc, una pressione pc detta anche temperatura e pressione satura.
Il liquido condensato nel condensatore viene ulteriormente raffreddato nel condensatore a una temperatura inferiore A1 e ora ha una temperatura tl e un'entalpia h0. Il liquido è ora sottoraffreddato, il che significa che viene raffreddato a una temperatura inferiore rispetto alla temperatura satura.
Il liquido condensato nel ricevitore è nella condizione A1 che è liquido sottoraffreddato. Questa temperatura del liquido può cambiare se il ricevitore e il liquido vengono riscaldati o raffreddati dalla temperatura ambiente. Se il liquido viene raffreddato, il sottoraffreddamento aumenterà e viceversa.
Quando il liquido passa attraverso la valvola di espansione, la sua condizione cambierà da A1 a B. Questo cambiamento condizionale è causato dal liquido in ebollizione a causa della caduta di pressione a p0. Allo stesso tempo si produce un punto di ebollizione più basso, t0, a causa della caduta di pressione.
Nella valvola di espansione l'entalpia è costante h0, in quanto non viene né applicato né sottratto calore.
All'ingresso dell'evaporatore, punto B, è presente una miscela di liquido e vapore mentre nell'evaporatore in C è presente vapore saturo. All'uscita dell'evaporatore 4. Processo di refrigerazione, diagramma pressione/entalpia punto C1 è presente vapore surriscaldato, il che significa che il gas aspirato viene riscaldato ad una temperatura superiore alla temperatura satura. Pressione e temperatura sono le stesse nel punto B e nel punto di uscita C1 dove il gas è surriscaldato l'evaporatore ha assorbito calore dall'ambiente circostante e l'entalpia è cambiata in h1.
Quando il refrigerante passa attraverso il compressore, la sua condizione cambia da C1 a D. La pressione sale alla pressione di condensazione pc. La temperatura sale a thot-gas che è superiore alla temperatura di condensazione tc perché il vapore è stato fortemente surriscaldato. È stata inoltre introdotta più energia (dal motore elettrico) sotto forma di calore e quindi l'entalpia cambia in h2.
All'ingresso del condensatore, punto D, la condizione è quindi di vapore surriscaldato alla pressione pc. Il calore viene ceduto dal condensatore all'ambiente circostante in modo che l'entalpia cambi nuovamente al punto principale A1. Dapprima nel condensatore si verifica un passaggio condizionale da vapore fortemente surriscaldato a vapore saturo (punto E), quindi una condensazione del vapore saturo. Dal punto E al punto A la temperatura (temperatura di condensazione) rimane la stessa, in quanto la condensazione e l'evaporazione avvengono a temperatura costante. Dal punto A al punto A1 nel condensatore il liquido condensato viene ulteriormente raffreddato, ma la pressione rimane la stessa e il liquido viene ora sottoraffreddato.
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