CALCULUL INSTALATIEI FRIGORIFICE

CALCULUL INSTALATIEI FRIGORIFICE

In acest capitol se va efectua un calcul termic preliminar pentru o instalatie frigorifica cu comprimare mecanica de vapori, ce foloseste drepr agent frigorific NH₃ .

1. Studiul termic al variantelor comparate cu date de proiectare in vederea alegerii variantei optime.

Calculul temperaturii de vaporizare:

Se determina functie de temperatura agentului secundar la iesirea din vaporizator tinand seama de anumite considerente.

a)pentru tunelul de refrigerare

t₀₁ = t_r - Dt_r

t_r = temperatura din incinta rece = - 1 C

Dt_r = (6 - 10)^oC, din considerente economice adoptam Dt_r = 8^oC

t₀₁ = - 1 - 8 = - 9^oC, temperatura de vaporizare.

b)pentru tunelul de congelare

t₀₂ = t_c - Dt_c

t_c = - 20 C

Dt_c = (6 - 10)^oC, din considerente economice adoptam Dt_c = 8^oC

t₀₂ = - 20 - 8 = - 28^oC.

c)pentru produsele refrigerate din depozit

t₀₃ = t_dr - Dt_r

t_dr = 0 C

Dt_r = (12 - 18)^oC, din considerente economice adoptam Dt_r = 12^oC

t₀₃ = 0 - 12 = - 12^oC.

d)pentru produsele congelate din depozit

t₀₄ = t_dc - Dt_c

t_dc = -18 C

Dt_c = (6 - 10)^oC, din considerente economice adoptam Dt_c = 8^oC

t₀₄ = -18 - 8 = - 26^oC.

t

t_de

t_W1 Dt

t₀

S

Calculul temperaturii de condensare:

Se determina functie de temperatura agentului de racire la iesirea din condensator, tinand seama de anumite considerente economice.

t_c = t_W2 + Dq_c

t_W2 = temperatura apei de racire la iesirea din condensator

t_W2 = 28 C

Dq_c = (2 - 4)^oC:se adopta 2^oC

t_c = 28 + 2 = 30^oC.

t

t_c Dq_c

t_W2

t_W1

S

Pentru stabilirea solutiei de proiectare trebuie studiate comparativ urmatoarele variante:

I.            Varianta cu 4 instalatii diferite:

-o instalatie intr-o treapta pentru nivelul de - 9^oC

-o instalatie intr-o treapta pentru nivelul de - 12^oC

-o instalatie in doua trepte pentru nivelul de - 28^oC

-o instalatie in doua trepte pentru nivelul de - 26^oC

II.         Varianta cu 3 instalatii diferite:

-o instalatie in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 9^oC si - 28^oC

-o instalatie in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 26^oC

-o instalatie intr-o treapta pentru nivelul de - 12^oC

III.       Varianta cu doua instalatii:

-o instalatie in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 9^oC si - 26^oC

-o instalatie in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 12^oC si - 28^oC

IV.      Varianta cu trei instalatii:

-o instalatie in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 12^oC si - 28^oC

-o instalatie intr-o treapta pentru nivelul de - 9^oC

-o instalatie in doua trepte pentru nivelul de - 26^oC

V.         Varianta cu 3 instalatii diferite:

-o instalatie in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 9^oC si - 26^oC

-o instalatie intr-o treapta pentru nivelul de - 12^oC

-o instalatie in doua trepte pentru nivelul de - 28^oC

Debitul de frig pentru depozitarea produselor refrigerate:

Q₀₁ = 49303.6 [Kcal / h] la temperatura de - 26^oC

Debitul de frig pentru depozitarea produselor congelate:

Q₀₂ = 9541.83 [Kcal / h] la temperatura de - 12^oC

Debitul de frig pentru congelarea produselor :

Q₀₃ = 21886.95 [Kcal / h] la temperatura de - 28^oC

Debitul de frig pentru refrigerarea produselor :

Q₀₄ = 3586.96 [Kcal / h] la temperatura de - 9^oC

Pentru stabilirea criteriului cu ajutorul caruia se poate compara calitatea proceselor, trebuie determinate valorile energetice ale proceselor in diferite variante.

VARIANTA I:

1.1.1.O instalatie in doua trepte pentru nivelul de -28 C:

-agent frigorific NH₃

-puterea frigorifica Q₀₃ = 21886.95 [Kcal / h]

-temperatura de vaporizare t₀₂ = -28 C

-temperatura de condensare t_c = 30 C

C₀₁ = compresor de joasa presiune (prima treapta);

C₀₂ = compresor de inalta presiune (a doua treapta);

BRI = baterie de racire intermediara;

VL_1-2 = ventile de laminare.

Transformarile din instalatia frigorifica:

= comprimare in prima treapta;

= racirea in BRI;

= comprimarea in treapta a doua;

= racirea vaporilor;

= condensarea vaporilor;

= subracirea lichidului in BRI;

= laminarea de joasa presiune;

= laminarea de inalta presiune.

Presiunea intermediara se determina astfel:

t₆ = t_int + (2 - 4)^oC = -2 + 3 = 1^oC

t₄ = t_sr = t_w1 + 2^oC = 24 + 2 = 26^oC

Pe baza parametrilor din tabel se calculeaza:

1.Puterea frigorifica specifica a agentului:

q₀₃ = i₁ - i₇ = 392.64 - 121.81 = 270.83 [Kcal / Kg]

2.Puterea specifica volumica la aspiratia vaporilor in compresor:

q_0v = q₀ / s₁ = 270.83 / 0.88 = 307.76 [Kcal / m³]

3.Sarcina termica specifica a agentului la condensare:

| q_c | = i₃ - i₄ = 473.203 - 155.2 = 318 [Kcal / Kg]

Lucrul mecanic tehnic specific de comprimare in treapta de joasa presiune:

| I_c |= i₂ - i₁ = 456.19 - 392.4 = 63.55 [Kcal / Kg]

5.Cantitatea de agent ce circula prin trepte de joasa presiune:

3.Debitul de agent ce circula prin trepte de inalta presiune:

Randamentul exergetic:

1.1.2.Instalatia in doua trepte pentru nivelul de -26 C:

Presiunea intermediara se determina astfel:

Pe baza parametrilor din tabel se calculeaza:

1.Cantitatea de agent ce circula prin trepte de joasa presiune:

2.Puterea frigorifica specifica a agentului:

q₀₃ = i₁ - i₇ = 397 - 102 = 295 [Kcal / Kg]

3.Debitul de agent ce circula prin trepte de inalta presiune:

Randamentul exergetic:

1.1.3. Instalatia intr-o treapta pentru nivelul de -26 C:

1. Randamentul exergetic:

1.1. Instalatia intr-o treapta pentru nivelul de -9 C:

1. Randamentul exergetic:

VARIANTA a II - a :

1.1.5. Instalatia in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 9^oC si - 28^oC:

1.Cantitatea de agent ce circula prin treapta de joasa presiune:

2.Puterea frigorifica specifica agentului:

q₀₃ = i₁ - i₇ = 393.63 - 93 = 300.63 [Kcal / Kg]

3.Debitul de agent ce circula prin treapta de inalta presiune:

Randamentul exergetic:

1.1.6. Instalatia in doua trepte pentru nivelul de - 26^oC:

h_ex2

1.1.7. Instalatia intr-o treapta pentru nivelele de - 12^oC:

h_ex2

VARIANTA a III - a :

1.1.8. Instalatia in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 12^oC si - 28^oC:

1.Cantitatea de agent ce circula prin treapta de joasa presiune:

2.Puterea frigorifica specifica agentului:

q₀₃ = i₁ - i₇ = 392.6 - 90 = 302.6 [Kcal / Kg]

3.Debitul de agent ce circula prin treapta de inalta presiune:

Randamentul exergetic:

1.1.9. Instalatia in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de - 9^oC si - 26^oC:

1.Cantitatea de agent ce circula prin treapta de joasa presiune:

2.Puterea frigorifica specifica agentului:

q₀₃ = i₁ - i₇ = 393 - 94 = 299 [Kcal / Kg]

3.Debitul de agent ce circula prin treapta de inalta presiune:

Randamentul exergetic:

VARIANTA a IV - a

1.1.10. Instalatia in doua trepte pentru nivelul de - 26^oC:

Aceasta instalatie s-a intalnit si la varianta I.

h_ex1

1.1.11. Instalatia in doua trepte cu doua medii de racire pentru nivelele de - 12^oC si - 28^oC:

h_ex2

1.1.12. Instalatia in doua trepte pentru nivelul de - 9^oC:

Aceasta instalatie s-a intalnit si la varianta I.

h_ex3

VARIANTA a V - a:

1.1.13. Instalatia in doua trepte pentru nivelul de - 28^oC:

Aceasta instalatie s-a intalnit si la varianta I.

h_ex1

1.1.1 Instalatia in doua trepte cu doua medii de racire pentru nivelele de - 9^oC si - 26^oC:

Aceasta instalatie a dost intalnita la varianta 3.

h_ex2

1.1.15. Instalatia intr-o treapta pentru nivelul de - 12^oC:

Aceasta instalatie a fost intalnita la varianta 1.

h_ex3

In continuare, aceste rezulatate sunt concluzionate in tabelul 1.1. notandu-se valorile randamentului exergeric al fiecarui proces din fiecare varianta:

2.Calculul termic al instalatiei frigorifice optime:

a)Pentru instalatia cu doua medii racite pentru nivelele de -12 si

C:

Temperatura la iesirea din serpentina buteliei:

t₆ = t_int +(2 - 4) C = - 12 + 3 = -9 C

Pentru calculul termodinamic al ciclului se calculeaza:

Puterea frigorifica specifica agentului:

q₀₃ = i₁ - i₇ = 392.64 - 90 = 302.64 [Kcal / Kg]

Debitul de agent la nivelul T₀₂ :

Puterea frigorifica specifica agentului:

q₀₂ = i₂^' - i₄' = 397.7 - 129.5 = 268.3 [Kcal / Kg]

Debitul masic de vapori care circula prin trepte de inalta presiune rezulta din bilantul de fluxuri de masa si de puteri termice pentru B.R.I.

Bilantul de masa in aparat:

m = m₀ + m'

Bilantul de caldura in aparat:

m₀ i₂ + m₀' i₂' + m i₅ + m₀ i₄' = m₀ i₆ + m₀' i₅' + m i₂'

Din bilantul de masa in aparat:

m = m₀ + m' T m' = m - m₀

m' = 0.03 - 0.02 T m' = 0.01 [Kcal / Kg]

Capacitatea frigorifica specifica la nivelul de temperatura T₀₁ :

q₀₁ = i₁ - i₇ = 392.64 - 90 = 302.64 [Kcal / Kg]

Sarcina specifica a condensatorului:

q_cd = i₃ - i₄ = 448.18 - 135 = 313.68 [Kcal / Kg]

Sarcina specifica a subracitorului:

Q_sr = i₄ - i₄' = 135 - 129.5 = 5 [Kcal / Kg]

Lucrul mecanic specific schimbat in prima treapta de comprimare:

L₀₁ = i₂ - i₁' = 417 - 395 = 22 [Kcal / Kg]

Lucrul mecanic schimbat in treapta a doua de comprimare:

L₀₂ = i₃ - i₂' = 447.18 - 397.7 = 50.48 [Kcal / Kg]

Puterea consumata de compresor C₀₁ :

P₁ = m₀ ^. I₀₁ = 0.02 ^. 22 ^. 1868 = 1584 [Kcal / h]

1 KW = 859.85 Kcal / h T

T P₁ = 1.84 KW

Puterea consumata de compresor C₀₂ :

P₂ = m₀ ^. I₀₂ = 0.03 ^. 50.48 = 5451.8 [Kcal / h]

1 KW = 859.85 Kcal / h T

T P₂ = 6.34 KW

Puterea totala:

P = P₁ + P₂ = 1.84 + 6.34 = 8.18 KW

Randamentul exergetic:

Debitul volumic al compresorului C₀₁ din prima treapta:

V₁ = m₀ ^. V₁' = 0.02 ^. 0.94 = 0.018 [m³/s]

Debitul volumic al compresorului C₀₁ din treapta a doua:

V₂ = m₀ ^. V₂' = 0.03 ^. 0.44 = 0.013 [m³/s]

Cantitatea de apa ce trece prin condensator:

Eficienta frigorifica:

b)Pentru instalatia in doua trepte cu doua medii racite pentru nivelele de -9 si -26 C.

Temperatura la iesirea din B.R.I.:

t₆ = t_int +(2 - 4) C = - 9 + 3 = - 6 C

Debitul de agent la nivelul T₀₁ :

Puterea frigorifica specifica agentului la nivelul T₀₁ :

q₀₁ = i₁ - i₇ = 393.67 - 94 = 299.67 [Kcal / h]

Debitul de agent la nivelul T₀₂ :

Puterea frigorifica specifica agentului la nivelul T₀₂ :

q₀₂ = i₂^' - i₅ = 398 - 128 = 270 [Kcal / h]

BILANTUL BUTELIEI:

Bilantul de masa in aparat:

m = m₀ + m'

Bilantul de caldura in aparat:

m₀ i₂ + m₀' i₂' + m i₅ + m₀ i₄' = m₀ i₆ + m₀' i₅' + m i₂'

dar i₄' = i₅ , deci rezulta:

Sarcina specifica a condensatorului:

q_cd = i₃ - i₄ = 444 - 135 = 309 [Kcal / Kg]

Sarcina specifica a subracitorului:

Q_sr = i₄ - i₄' = 135 - 128 = 7 [Kcal / Kg]

Lucrul mecanic specific schimbat in prima treapta de comprimare:

L₀₁ = i₂ - i₁' = 418 - 396 = 22 [Kcal / Kg]

aceasta daca are loc supraancalzirea:

i₂ = 417 [Kcal / Kg] si i₁' = 395 [Kcal / Kg]

Lucrul mecanic schimbat in treapta a doua de comprimare:

L₀₂ = i₃ - i₂' = 444 - 398 = 46 [Kcal / Kg]

Lucrul mecanic specific total:

L = L₀₁ + L₀₂ = 22 + 46 = 68 [Kcal / Kg]

Puterea consumata de compresor C₀₁ :

P₁ = m₀ ^. L₀₁ = 0.045 ^. 22 ^. 1868 = 3363 [Kcal / h]

1 KW = 859.85 Kcal / h T

T P₁ = 144 KW

Puterea consumata de compresor C₀₂ :

P₂ = m₀ ^. L₀₂ = 0.057 ^. 46 ^. 1868 = 9440.89 [Kcal / h]

1 KW = 859.85 Kcal / h T

T P₂ = 10.977 KW

Puterea totala:

P = P₁ + P₂ = 144 + 10.977 = 15.12 KW = 128073 [Kcal / h]

Randamentul exergetic este:

Debitul volumic al compresorului C₀₁ din prima treapta:

V₁ = m₀ ^. V₁' = 0.045 ^. 0.8 = 0.036 [m³/s]

Debitul volumic al compresorului C₀₁ din treapta a doua:

V₂ = m₀ ^. V₂' = 0.057 ^. 0.42 = 0.023 [m³/s]

Cantitatea de apa ce trece prin condensator:

Eficienta frigorifica: