Introduzione alla refrigerazione

Attenzione: questo esperimento coinvolge sistemi a pressioni elevate e l'uso di refrigeranti, che possono essere tossici ad alte concentrazioni. Assicurarsi che vengano seguite ragionevoli precauzioni di sicurezza e che vengano indossati DPI appropriati. Garantire un'adeguata ventilazione quando si lavora con refrigeranti.

1. Fabbricazione del sistema di refrigerazione (vedi diagramma e fotografia, Fig. 3)

1. Costruisci il compressore di vapore collegando prima una porta di un cilindro pneumatico a doppia azione a un tee di raccordo per tubi. Installare una valvola Schraeder sull'altra porta del cilindro pneumatico. Installare valvole unità (di ritegno) sulle altre due porte del tee, una rivolta verso l'interno e una rivolta verso l'esterno. Ciò consente di aspirare il refrigerante dall'evaporatore ed espellerlo nel condensatore ad alta pressione.
2. Utilizzando altri due tee di raccordo per tubi, installare misuratori di pressione a monte ea valle del compressore.
3. Una pompa da pavimento per biciclette ad alta pressione viene utilizzata per azionare il compressore. Rimuovere il perla di gomma (componente della valvola di ritegno) dall'impianto idraulico della pompa della bicicletta. Ciò consentirà al compressore di espandersi e aspirare refrigerante tra una corsa di pompaggio e l'altro. Collegare il tubo della pompa della bicicletta alla valvola Schraeder sul compressore.
4. Formare una sottile bobina di tubolare in alluminio (diametro esterno 3,2 mm) per fungere da condensatore. Nel sistema prototipo (Fig. 3), la bobina è stata formata avvolgendo elicoidale il tubo di alluminio attorno a un'anima in tubo di gomma rigido di 2,5 cm di diametro per quattro giri (~ 50 cm di lunghezza totale). La lunghezza della bobina del condensatore non è critica per questo esperimento su piccola scala.
5. Collegare un'estremità della bobina del condensatore alla porta aperta del tee del raccordo del tubo a valle del misuratore di pressione utilizzando un raccordo a compressione (McMaster Inc.part #5272K291 suggerito).
6. Installare un breve tubo in PVC trasparente in due gomiti del tubo riducente. Questo componente fungerà da serbatoio di refrigerante ad alta pressione. Collegare il serbatoio all'uscita del tubo del condensatore.
7. Installare una valvola a sfera in un tee di tubo con un connettore an/SAE flare fitting. Questa sarà la porta di ricarica. Collegare un misuratore di portata ad ago a un lato del tee del tubo. Questo sarà il dispositivo di espansione. Utilizzando lo stretto tubo di alluminio, collegare l'altra porta del tee del tubo al punto più basso del serbatoio del refrigerante.
8. Formare una seconda bobina di tubo di alluminio per fungere da evaporatore. Collegarlo tra l'uscita della valvola a spillo e l'ingresso del compressore.
9. Riempire il sistema con aria compressa (550 kPa se disponibile) attraverso la porta di ricarica. Utilizzare uno spruzzo di acqua saponata per identificare eventuali perdite idrauliche ed effettuare le riparazioni necessarie.
10. Collegare le termocoppie alle bobine del condensatore e dell'evaporatore per la misurazione della temperatura.

Figura 3: a. Schema dei componenti e delle connessioni nel sistema sperimentale di refrigerazione a compressione di vapore. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Diagrammi T - s (a) e P - h (b) per il ciclo sperimentale di refrigerazione a compressione di vapore R-134a.

2. Ricarica del sistema di refrigerazione

1. Collegare la porta centrale di un collettore di carica del refrigerante alla porta di ricarica del frigorifero. Collegare una pompa per vuoto alla porta a bassa pressione del collettore e una lattina di refrigerante alla porta ad alta pressione. R134a è il refrigerante più comunemente disponibile e viene utilizzato qui. R1234ze(E) potrebbe essere un'opzione migliore perché la sua bassa pressione di saturazione consentirebbe un funzionamento più semplice del compressore e il suo basso GWP ridurrebbe l'impatto ambientale di eventuali perdite.
2. Azionare la pompa per vuoto e aprire gradualmente tutte le valvole del sistema per rimuovere tutta l'aria. Aprire brevemente la valvola del contenitore del refrigerante per eliminare l'aria dall'assieme.
3. Una volta raggiunto il vuoto, isolare la pompa per vuoto e chiudere la porta a bassa pressione sul collettore di carica del refrigerante. Invertire il contenitore del refrigerante e iniettare refrigerante liquido nel sistema fino a quando il livello nel serbatoio ad alta pressione è leggermente superiore al livello della valvola a spillo.

3. Funzionamento

1. Regolare la valvola a spillo fino a quando non è appena aperta.
2. Azionare il frigorifero pompando la pompa della bicicletta collegata al cilindro pneumatico del compressore.
3. Tenere traccia delle pressioni dei lati alti e bassi e delle temperature dell'evaporatore e del condensatore fino a raggiungere le condizioni di stato stazionario. Registrare queste pressioni e valori di temperatura. Si noti che la maggior parte dei manometri riporta la pressione del misuratore. Questo può essere convertito in pressione assoluta aggiungendo circa 101 kPa.
4. Indicare i punti di stato (1-4) e le curve di collegamento approssimative sui diagrammi T-s e P-h (Fig. 4).