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