Introdução à Refrigeração

Atenção: Este experimento envolve sistemas com pressões elevadas e uso de refrigerantes, que podem ser tóxicos em altas concentrações. Certifique-se de que as precauções de segurança razoáveis sejam seguidas e que os EPI apropriados sejam usados. Certifique-se de ventilação adequada ao trabalhar com refrigerantes.

1. Fabricação do sistema de refrigeração (ver diagrama e fotografia, Fig. 3)

1. Construa o compressor de vapor conectando primeiro uma porta de um cilindro pneumático de ação dupla a um tee de encaixe do tubo. Instale uma válvula Schraeder na outra porta do cilindro pneumático. Instale válvulas unidirecional (verificação) nas duas outras portas do tee, uma apontando para dentro e outra apontando para fora. Isso permite que o refrigerante seja retirado do evaporador e expelido para o condensador em alta pressão.
2. Usando mais duas tees de encaixe do tubo, instale mordaças de pressão rio acima e rio abaixo do compressor.
3. Uma bomba de piso de bicicleta de alta pressão é usada para acionar o compressor. Remova a conta de borracha (componente da válvula de verificação) do encanamento da bomba de bicicleta. Isso permitirá que o compressor se expanda e desenhe em refrigerante entre os traçados de bombeamento. Conecte a mangueira da bomba de bicicleta à válvula Schraeder no compressor.
4. Forme uma fina bobina de tubulação de alumínio (3,2 mm de diâmetro externo) para atuar como condensador. No sistema protótipo (Fig. 3), a bobina foi formada por envoltório helicoidal da tubulação de alumínio em torno de um núcleo de tubo de borracha rígido de 2,5 cm de diâmetro para quatro voltas (~50 cm de comprimento total). O comprimento da bobina do condensador não é crítico para este experimento em pequena escala.
5. Conecte uma extremidade da bobina do condensador à porta aberta do encaixe do tubo a jusante da gagem de pressão usando um encaixe de compressão (McMaster Inc.part #5272K291 sugerido).
6. Instale um tubo de PVC curto e claro em dois cotovelos de tubulação redutor. Este componente funcionará como o reservatório refrigerante de alta pressão. Conecte o reservatório à saída da tubulação do condensador.
7. Instale uma válvula de esfera em uma camiseta de tubo com um conector de encaixe de sinalização AN/SAE. Esta será a porta de carregamento. Conecte um medidor de fluxo de agulha a um lado da do tubo. Este será o dispositivo de expansão. Usando o tubo de alumínio estreito, conecte a outra porta do tubo ao ponto baixo do reservatório refrigerante.
8. Forme uma segunda bobina de tubulação de alumínio para agir como o evaporador. Conecte-o entre a saída da válvula da agulha e a entrada do compressor.
9. Encha o sistema com ar comprimido (550 kPa se disponível) através da porta de carregamento. Use um spray de água com sabão para identificar quaisquer vazamentos de encanamento e faça reparos conforme necessário.
10. Conecte os termoparles ao condensador e às bobinas do evaporador para medição da temperatura.

Figura 3: a. Diagrama de componentes e conexões em sistema experimental de refrigeração de compressão de vapor. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 4: T - s (a) e P - h (b) diagramas para o ciclo experimental de refrigeração de compressão de vapor R-134a.

2. Carregar o sistema de refrigeração

1. Conecte a porta média de um coletor de carregamento refrigerante à porta de carregamento da geladeira. Conecte uma bomba de vácuo à porta de baixa pressão do coletor e uma lata de refrigerante à porta de alta pressão. R134a é o refrigerante mais disponível, e é usado aqui. R1234ze(E) pode ser uma opção melhor porque sua baixa pressão de saturação permitiria uma operação mais fácil do compressor, e seu baixo GWP reduziria os impactos ambientais de quaisquer vazamentos.
2. Execute a bomba de vácuo e abra gradualmente todas as válvulas do sistema para remover todo o ar. Abra brevemente a válvula do recipiente de refrigeração para limpar qualquer ar do conjunto.
3. Uma vez alcançado o vácuo, isole a bomba de vácuo e feche a porta de baixa pressão no coletor de carregamento refrigerante. Inverta o recipiente de refrigerante e injete refrigerante líquido no sistema até que o nível no reservatório de alta pressão esteja ligeiramente acima do nível da válvula da agulha.

3. Operação

1. Ajuste a válvula da agulha até que ela mal esteja aberta.
2. Opere a geladeira bombeando a bomba de bicicleta conectada ao cilindro pneumático do compressor.
3. Acompanhe as pressões altas e baixas laterais e as temperaturas do evaporador e do condensador até que as condições de estado estáveis sejam atingidas. Registos e valores de temperatura. Note que a maioria dos medidores de pressão relatam pressão de mordia. Isso pode ser convertido em pressão absoluta adicionando aproximadamente 101 kPa.
4. Indicar os pontos de estado (1-4) e curvas de conexão aproximadas em diagramas T-s e P-h (Fig. 4).