I processi termodinamici nel ciclo di refrigerazione sono complessi. Il calcolo tramite formule e tabelle richiede uno sforzo considerevole a causa dei tre diversi stati del refrigerante: liquido, bollente e gassoso. Pertanto, per ragioni di semplificazione, è stato introdotto il diagramma log ph.
Concetto del ciclo di refrigerazione
In generale, un diagramma log-ph mostra lo stato aggregato di una sostanza, in funzione della pressione e del calore. Per la refrigerazione, il diagramma è ridotto alle regioni interessate liquido e gassoso così come il loro forma mista.
L'asse verticale mostra la pressione logaritmica e l'asse orizzontale mostra la centalpia specifica con scala lineare. Di conseguenza, le isobare sono orizzontali e le isoentalpi sono verticali. La scala logaritmica consente di rappresentare processi con grandi differenze di pressione.
La curva del vapore saturo e la curva del punto di ebollizione si incontrano nel punto critico K.
• pressione p
• entalpia specifica h
• temperatura T
• volume specifico v
• entropia specifica S
• contenuto di gas X
Diagramma del ph di registro
La caratteristica distintiva del ciclo frigorifero è che si svolge in senso antiorario, cioè in senso opposto al ciclo joule o vapore. Un cambiamento di stato si verifica quando il refrigerante scorre attraverso uno dei quattro componenti principali dell'impianto di refrigerazione. Il ciclo frigorifero vero e proprio è costituito dai seguenti cambiamenti di stato:
- Verde = compressore
- Rosso = condensatore
- Giallo = valvola di espansione
- Blu = evaporatore
- 1 – 2 compressione politropica alla pressione di condensazione (per confronto compressione isoentropica 1 – 2')
- 2 – 2'' raffreddamento isobarico, deriscaldamento del vapore surriscaldato
- 2'' – 3' condensazione isobarica
- 3' – 3 raffreddamento isobarico, sottoraffreddamento del liquido
- 3 – 4 espansione isentalpica alla pressione di evaporazione
- 4 – 1' evaporazione isobarica
- 1' – 1 riscaldamento isobarico, surriscaldamento del vapore
Quantità specifiche di energia
Il quantità specifiche di energia che possono essere assorbiti e rilasciati per raggiungere i punti di stato sono contrassegnati come linee nel diagramma log ph. L'entalpia specifica h può essere letto per ogni punto di stato separato direttamente dal diagramma log ph.
Se la portata massica del refrigerante è nota, il valore associato resa termica può essere calcolato mediante l'entalpia specifica nel rispettivo punto di stato.
- la linea h1 – h4 = q0 corrisponde al raffreddamento e dà come risultato la capacità di refrigerazione moltiplicandola per la portata massica.
- la linea h2 – h1 = pv corrisponde al lavoro tecnico del compressore, che viene effettivamente trasferito al refrigerante.
- la linea h2 – h3 = qc corrisponde al calore emesso e dà come risultato la capacità del condensatore moltiplicandola per la portata massica. È il calore di scarto di un impianto di refrigerazione.
Limitare le isobare
- p1 pressione di evaporazione
- p2 pressione di condensazione
Processo di compressione
- individuando il punto di intersezione delle isobare p1 con la temperatura all'ingresso del compressore T1 dà allo Stato il punto 1.
- individuando il punto di intersezione delle isobare p2 con la temperatura all'ingresso del condensatore T2 dà allo Stato il punto 2.
- la connessione tra i due punti di stato 1 e 2 descrive il processo di compressione
Espansione isentalpica
individuando il punto di intersezione delle isobare p2 con la temperatura T3 all'uscita del condensatore dà lo stato punto 3.
L'espansione è un processo isentalpico. Pertanto il punto di intersezione precedentemente segnato può essere collegato alle isobare p1 da una linea verticale. Ciò si traduce nell'ultimo stato punto 4 con la temperatura di evaporazione T4
Rivelare i valori di entalpia specifica
Nel calcolare gli stati di funzionamento di un impianto di refrigerazione è necessario determinare le entalpie specifiche dei singoli cambiamenti di stato. La procedura è la seguente:
L'entalpia specifica può essere letta collegando verticalmente i punti di stato e l'asse x.
- h1 spec. entalpia dopo l'evaporatore
- h2 spec. entalpia dopo il compressore
- h3 spec. entalpia dopo il condensatore
- h4 spec. entalpia dopo la valvola di espansione
La capacità di refrigerazione specifica q0 e la capacità di condensazione specifica qc può essere letto direttamente dal diagramma log ph.
capacità di refrigerazione specifica q0 = h1 – h4
capacità di condensazione specifica qc = h2 – h3
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
The log p-h diagram plots the logarithmic pressure (p) against the enthalpy (h) of the refrigerant, providing a comprehensive view of the refrigerant’s state changes during the refrigeration cycle. The diagram shows the relationships between pressure, temperature, and enthalpy, enabling engineers to visualize the refrigerant’s state changes and identify the different regions of the cycle, such as compression, condensation, expansion, and evaporation.
The log p-h diagram in a refrigeration cycle typically shows three key regions: the liquid region, the boiling region, and the gaseous region. The liquid region represents the refrigerant’s state during the condensation process, while the boiling region represents the refrigerant’s state during the evaporation process. The gaseous region represents the refrigerant’s state during the compression process. The diagram may also show the mixed forms of these regions, such as the liquid-gas mixture during the expansion process.
The log p-h diagram can help identify inefficiencies in a refrigeration cycle by revealing deviations from the ideal cycle. For example, if the diagram shows a larger than expected pressure drop during the expansion process, it may indicate an inefficient expansion valve. Similarly, if the diagram shows a higher than expected temperature during the condensation process, it may indicate an inefficient condenser. By analyzing the log p-h diagram, engineers can identify areas for improvement and optimize the refrigeration cycle for better performance and efficiency.
Yes, the log p-h diagram can be used for other types of refrigeration cycles, including absorption refrigeration. While the specific regions and processes may differ, the log p-h diagram provides a general framework for analyzing the thermodynamic state changes of the refrigerant. By adapting the diagram to the specific characteristics of the absorption refrigeration cycle, engineers can use it to analyze and optimize the performance of these systems.
The log p-h diagram is related to other thermodynamic diagrams, such as the T-s diagram, in that they all provide visual representations of the thermodynamic state changes of a system. While the log p-h diagram plots pressure against enthalpy, the T-s diagram plots temperature against entropy. Both diagrams can be used to analyze the refrigeration cycle, but the log p-h diagram is particularly useful for refrigeration systems due to its ability to show the relationships between pressure, temperature, and enthalpy.
