INSTALATII FRIGORIFICE CU COMPRIMARE IN TREPTE

INSTALATII FRIGORIFICE CU COMPRIMARE IN TREPTE

In cazul in care functionarea instalatiei frigorifice impune valori ale gradului de crestere a presiunii mai mari de 6.8, comprimarea trebuie realizata in mai multe trepte. Acest lucru este necesar deoarece:

• cresterea presiunii de refulare conduce la scaderea volumului de gaz aspirat (fig. 3.19) - vezi si 2.2.2.;
• cresterea temperaturii agentului frigorific si a compresorului pot conduce la deteriorarea uleiului utilizat pentru ungerea compresorului (pentru valori ale temperaturii mai mari de 145⁰C);
• creste consumul de energie al compresorului daca acesta are o singura treapta de comprimare.

Ca urmare, instalatia frigorifica cu doua trepte de comprimare se va utiliza atunci cand temperatura de vaporizare trebuie sa scada sub -15.-27⁰C pentru amoniac, respectiv sub -20.-35⁰C pentru R22.

Evitarea cresterii excesive a temperaturii la comprimarea in doua trepte presupune un proces de racire intermediara a agentului frigorific, la iesirea sa din prima treapta si inainte de a intra in cea de a doua treapta. Racirea intermediara se poate realiza:

• cu apa;
• cu agent frigorific.

3.5.1. Racirea intermediara cu apa

Schema de principiu a instalatiei frigorifice cu doua trepte de comprimare este prezentata in fig. 3.20; in prima treapta de comprimare (C1), presiunea agentului creste de la p₀ la p_i (procesul 1-2, fig. 3.21), iar in cea de a doua treapta (C2) presiunea creste de la p_i la p_k (procesul 2'-2''). Dupa cum s-a mentionat anterior, daca raportul de crestere a presiunii este acelasi pentru fiecare din cele doua trepte, presiunea intermediara se determina cu relatia:

Se remarca prezenta prezenta racitorului intermediar (RI), amplasat intre cele doua trepte de comprimare; in racitorul intermediar temperatura agentului scade, la presiunea constanta p_i (procesul 2-2', fig. 3.21). Procesul de racire intermediara are loc in domeniul vaporilor supraincalziti sau, altfel spus, nu se atinge curba de saturatie (racire incompleta) deoarece:

• pentru eficienta racirii intermediare, diferenta dintre temperatura agentului frigorific si cea a agentului de racire (apa) trebuie sa fie de minimum 10⁰C;

• la nivelele uzuale ale presiunii intermediare p_i, atingerea curbei de saturatie (racirea completa) impune temperaturi aflate in apropierea punctului de inghet al apei.

Fata de cazul in care comprimarea s-ar realiza intr-o singura treapta (procesul 1-II), comprimarea in doua trepte are urmatoarele avantaje:

• lucrul mecanic specific consumat de catre compresor se reduce cu Dl (fig. 3.21a), micsorandu-se de la l'_c la l_c (fig. 3.21b);
• scade temperatura la sfarsitul procesului de comprimare (punctul 2'' la comprimarea in doua trepte, respectiv punctul II la comprimarea intr-o singura treapta - fig. 3.21a).

3.5.2. Racirea intermediara cu agent frigorific

Racirea vaporilor de agent frigorific refulati din prima treapta de comprimare pana la atingerea curbei de saturatie (racire completa) este posibila doar prin utilizarea, pentru racirea intermediara, a agentului frigorific din acele zone ale instalatiei in care temperatura este mai scazuta decat cea a apei de racire. In functie de tipul agentului frigorific utilizat in instalatie, racirea intermediara cu agent frigorific se poate realiza:

• cu butelie de racire intermediara;
• cu schimbator intern de caldura.

3.5.2.1. Racirea cu butelie de racire intermediara

Schema de principiu a instalatiei frigorifice cu butelie de racire intermediara este prezentata in fig. 3.22, iar diagrama ciclului de functionare este prezentata in fig. 3.23.

Instalatia este prevazuta cu doua ventile de laminare, (VL1) si (VL2); ventilul de laminare (VL1) asigura destinderea izentalpica a agentului iesit din subracitorul (SR) pana la nivelul presiunii intermediare p_i, acesta fiind apoi trimis catre butelia de racire intermediara (BRI) - procesul 6 7, fig. 3.23. Astfel, in butelia de racire intermediara va exista un amestec de lichid si vapori, la o temperatura inferioara celei a vaporilor refulati de prima treapta a compresorului (C1) si raciti in racitorul intermediar (RI) - T₃ < T_2'. Lichidul se va separa la partea inferioara a buteliei de racire, in timp ce vaporii se vor gasi la partea superioara a acesteia. Vaporii supraincalziti refulati de catre prima treapa a compresorului si trecuti prin racitorul intermediar trec prin masa de lichid din butelia intermediara; astfel vaporii supraincalziti se racesc complet, in timp ce o parte din lichid se incalzeste, vaporizandu-se partial.

Vaporii din partea superioara a buteliei, raciti pana la parametrii punctului (3), sunt aspirati in cea de a doua treapta a compresorului (C2) - procesul 3 4. Urmeaza apoi trecerea prin condensator (procesul 4 5) si prin subracitor (procesul 5 6). O parte din lichidul frigorific trece prin (VL1), asigurand astfel compensarea pierderilor de lichid (prin vaporizare si antrenare in aspiratia compresorului C2) din butelia intermediara, in timp ce o alta parte trece prin ventilul de laminare (VL2) - procesul 6 8 - si ajunge in vaporizator.

Trebuie remarcat ca, practic, butelia de racire intermediara are rolul unui schimbator de caldura prin amestec.

Exista variante constructive ale acestui tip de instalatie frigorifica la care temperatura scazuta a lichidului din butelia de racire este folosita pentru o a doua subracire a agentului frigorific; schema instalatiei este prezentata in fig. 3.24, iar ciclul de functionare rezulta din fig. 3.25.

Instalatia foloseste acelasi principiu pentru racirea vaporilor intre cele doua trepte de comprimare, utilizand in acest scop butelia de racire intermediara (BRI, fig. 3.24). La partea inferioara a buteliei de racire intermediara se gaseste o serpentina (subracitorul SR2), care are rolul de a subraci suplimentar lichidul, inainte ca acesta sa ajunga la ventilul de laminare (VL2) - procesul 6 8, fig. 3.25. Acest lucru este posibil deoarece temperatura lichidului din butelia de racire intermediara este inferioara temperaturii lichidului la iesirea din primul subracitor (SR1) - temperatura t_i este inferioara temperaturii t₆ corespunzatoare punctului (6).

3.5.2.2. Racirea intermediara cu schimbator intern de caldura

Aceasta varianta constructiva este utilizata in cazul instalatiilor frigorifice ce functioneaza cu freoni; schema instalatiei este prezentata in fig. 3.26, iar ciclul de functionare este prezentat in fig. 3.27.

Instalatia este echipata cu trei schimbatoare interne de caldura (Si1), (Si2) si (Si3). Schimbatorul (Si3) asigura o subracire interna a lichidului inainte de intrarea in ventilul de laminare (VL2), in mod asemanator solutiei constructive din fig. 3.13 (vaporii reci care ies din vaporizatorul V realizeaza subracirea lichidului - procesul 6 9 - in timp ce temperatura vaporilor creste inainte de aspiratia in prima treapta a compresorului - procesul 11

Ventilul de laminare (VL1) realizeaza destinderea lichidului pana la presiunea p_i (procesul 6 7); temperatura lichidului avand parametrii punctului (7) este mai mica decat temperatura lichidului la iesirea din condensator (punctul 5), iar in schimbatorul de caldura (SI2) are loc tot o subracire (procesul 5 6). Astfel, inainte de a ajunge in ventilul de laminare (VL2), lichidul saturat iesit din condensator sufera doua procese de subracire (5

In schimbatorul de caldura (Si1) lichidul frigorific trecut prin primul ventil de laminare (VL1) asigura o a doua racire intermediara a vaporilor refulati de prima treapta a compresorului (procesul 2' 2''), prima racire intermediara fiind realizata in racitorul (RI, procesul 2 2'). Lichidul frigorific utilizat pentru racirea intermediara in (Si1) se vaporizeaza prin preluarea caldurii de la vaporii refulati, in cea de a doua treapta a compresorului fiind aspirati atat vaporii refulati din prima treapta, cat si cei formati din lichidul utilizat pentru racirea intermediara in (Si1).

3.5.3. Instalatii frigorifice cu comprimare in trei trepte

La temperaturi de vaporizare sub -60⁰C instalatiile frigorifice cu doua trepte de comprimare impun utilizarea unor rapoarte de crestere a presiunii mari, cu toate dezavantajele mentionate anterior. In aceste cazuri se recurge la comprimarea in trei trepte; o posibilitate de obtinere a comprimarii in trei trepte este cea din fig. 3.28.

Presiunile intermediare se determina din conditia realizarii acelorasi rapoarte de crestere a presiunii:

Fig. 3.28 - Instalatie frigorifica cu trei trepte de comprimare, cu butelii de racire intermediara

C1, C2, C3-trepte de comprimare; BRI1, BRI2-butelii de racire intermediara; VL1, VL2, VL3-ventile de laminare; K-condensator; V-vaporizator.

Instalatiile frigorifice cu trei trepte de comprimare prezinta unele dezavantaje si particularitati:

• au o constructie complicata si sunt dificil de exploatat;
• coeficientul de debit al primei trepte are valori relativ reduse, uneori aceasta functionand in conditii de depresiune atat pe aspiratie cat si pe refulare;
• de obicei pentru prima treapta (si uneori si pentru a doua) se folosesc compresoare rotative, deoarece utilizarea compresoarele cu piston este neeconomica in conditiile existentei unor solicitarilor mecanice reduse.