PROGRAMUL DE STUDIU SISTEME ELECTRICE FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT IF PROIECTAREA ȘI REALIZAREA SISTEMULUI DE RĂCIRE LA O CAMERĂ CLIMATICĂ DE LABORATOR… [307417]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI

TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

PROGRAMUL DE STUDIU SISTEME ELECTRICE

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT IF

PROIECTAREA ȘI REALIZAREA SISTEMULUI DE RĂCIRE

LA O CAMERĂ CLIMATICĂ DE LABORATOR

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC

Prof.Univ.Dr.Ing. Dorel Anton Hoble

ABSOLVENT: [anonimizat]

2016

[anonimizat].

Tema aleasă prezintă o complexitate ridicată de realizare practică și îmbină perfect două tipuri de instalații și anume instalațiile electrice și instalațiile frigorifice. Tocmai din acest motiv se incadrează în domeniul studiat și în cadrul aplicațiilor care se realizează în laboratoarelor enumerate anterior.

Cap. I. Producerea frigului artificial și părțile componente ale unei instalați frigorifice

Frigul Artificial

Încă din antichitate s-a observat o nevoie a [anonimizat]. Cu toate acestea prima instalație de producere a frigului a [anonimizat] 1862 la expoziția universală de la Londra. Instalație realizată de Ferdinand Carré, instalație frigorifică cu absorbție.

[anonimizat], dezvoltându-se deja instalațiile frigorifice cu compresie mecanică de vapori.

Datorită acestor dezvoltări continue în domeniul frigului și a tehnologiilor sa constatat că frigul artificial se poate folosi în mai multe industrii nu numai în industria alimentară. [anonimizat], [anonimizat], în tehnica spațială și bine cunoscutele frigidere casnice [3]. [anonimizat] a [anonimizat], acesta fiind foarte toxic pentru atmosferă. Din aceste motive se fac cercetări continue pentru reducerea poluări mediului și pentru a diminua cât mai mult consumul de energie electrică.

Instalațiile frigorifice sunt utilizate pentru două mari procedee tehnologice și anume pentru a scădea temperatura unui corp și pentru a [anonimizat] 2 al termodinamici care spune că un corp nu se poate răci pe cale naturală decât până la temperatura mediului înconjurător [3]. [anonimizat], [anonimizat]. Având în vedere cele de mai sus putem observa nevoia în procesul de răcire a minim două corpuri, corpul care realizează răcirea denumit în industria frigului “agent frigorific”, și corpul care se răcește.

Instalațiile de producere a frigului sunt cel mai adesea clasificate în funcție de următoarele trei criterii [3]:

– principiul de funcționare

– periodicitatea

– tipul ciclului frigorific

După principiul de utilizare deosebim cinci tipuri de instalații frigorifice utilizate pe plan industrial: 1.compresie mecanică de vapori

2.compresie de gaze

3.cu absorbție

4.cu ejecție

5.termoelectrice

În afară de aceste principii mai întâlnim și altele cum ar fi cel magnetocaloric care are la bază efectul Ettinghaus și altele, dar în momentul de față acestea nu și-au găsit încă o aplicabilitate pe scală largă. În concluzie putem spune că procedeele de producere a frigului artificial pot fi termodinamice, magnetice și electrice.

Proprietățile elastice ale gazelor și vaporilor de-ași mări temperatura la comprimare și de-ași micșora temperatura la destindere stau la baza instalațiilor frigorifice cu compresie mecanică. Fenomenul principal care stă la baza instalației cu absorbție sau compresie termochimică este fenomenul de absorbție a agentului frigorific de către un mediu absorbant și respectiv desorbția agentului din absorbant. Observăm astfel că aceste instalații utilizează un amestec binar pentru realizarea procesului de lucru, consumându-se energie termică.

Instalațiile cu ejecție utilizează energia cinetică a unui jet de vapori sau gaz. Aceste instalații pot fi cu ejector sau turbionare în funcție de modul de desfășurare a procesului și de construcția ajustajului.

Instalațiile frigorifice termoelectrice au la bază efectul Peltier. Aceste instalații permit obținerea frigului artificial prin utilizarea directă a energiei electrice. După periodicitatea instalațiilor frigorifice distingem două regimuri de funcționare distincte [6]:

– regim staționar sau cu funcționare continuă

– regim nestaționar sau cu funcționare discontinuă

După tipul ciclului frigorific instalațiile funcționează în baza unui proces închis sau deschis. În primul caz agentul frigorific parcurge diferite elemente ale instalației frigorifice într-un contur închis, din această categorie fac parte instalațiile cu compresie mecanică de vapori, cu absorbție, cu ejecție precum și cele cu compresie mecanică de gaze. Instalațiile care funcționează pe baza unui proces deschis sunt caracterizate prin faptul că în timpul funcționări agentul de lucru sau agentul frigorific este total sau parțial extras din instalație. În locul agentului evacuat este introdusă o nouă cantitate de agent proaspăt. Din această categorie fac parte procesele de răcire prin evaporarea apei și prin amestecuri frigorifice.

Agentul Frigorific

Agentul frigorific este acea substanță din interiorul unui circuit a unei instalații frigorifice care circulă prin instalație în două stări de agregare datorită în primul rând procesului endoterm, care realizează schimbarea de fază a substanței din stare lichidă în stare de vapori , în interiorul unui vaporizator, care permite producerea frigului prin absorbție de căldură. Căldură care este evacuată în exteriorul instalației, realizându-se astfel cel de-al doilea proces, cel exoterm, moment în care din nou substanța își schimbă starea de agregare din vapori înapoi în lichid, dar de data aceasta procesul se desfășoară în interiorul unui condensator.

Agenți frigorifici sunt substanțe omogene sau amestecuri de substanțe care îndeplinesc funcția de preluare de căldură de la mediul ce trebuie răcit și ulterior cea de cedare de căldură unui alt mediu exterior, de obicei mediului ambiant. Așadar agentul frigorific trebuie să îndeplinească o serie de cerințe termodinamice, fizico-chimice, fiziologice, economice și nu în ultimul rând de protecția mediului pentru a putea fi utilizați în procesele frigorifice. Principala proprietate a agentului frigorific este proprietatea termodinamică a acestuia care trebuie să respecte cerințele impuse de schema și tipul instalației, precum și nivelul de temperatură al celor două surse de căldură [3]. Agenții frigorifici trebuie să vaporizeze la temperaturi scăzute și la presiuni apropiate de presiunea atmosferică. Căldura latentă de vaporizare trebuie să fie cât mai ridicată. Presiunile de lucru ale agenților frigorifici pentru temperaturile uzuale în aplicațiile industriale și casnice trebuie să fie considerabil sub presiunea critică.

Densitatea și vâscozitatea se recomandă a fi cât mai scăzute, deoarece acestea influențează direct consumul de energie și pierderile de presiune. Pentru a realiza un schimb de căldură cât mai bun se recomandă o conductivitate și un coeficient de conducție cu valori cât mai ridicate.

Vaporii de agent frigorific nu trebuie să fie solubili față de uleiul de ungere a compresorului pentru a evita antrenarea acestuia în instalația frigorifică, fapt ce ar duce la micșorarea coeficientului de căldură, dar totodată trebuie să fie solubili față de apă pentru a evita formarea de blocaje de gheață în interiorul instalației, în special în interiorul detentorului sau filtrului de laminare [3]. Totodată agentul frigorific trebuie să fie inert față de metal pentru a evita coroziunea conductelor instalației, să nu fie inflamabili și să nu fie toxici.

Tab. 1.2. Caracteristici de toxicitate a claselor [5].

În concluzie alegerea agentului frigorific se face în funcție de criteriile economice, particularitățile constructive ale instalației, umiditatea de lucru și nu în ultimul rând în funcție de scopul instalației.

În continuare am să prezint principali agenți frigorifici precum și domeniul de utilizare al acestora.

Tab. 1.3. Principali agenți frigorifici și domeniile de utilizare a acestora [3].

Compresorul frigorific

Compresoarele frigorifice se clasifică în funcție de principiul de funcționare în:

– compresoare mecanice – cu piston

– turbocompresoare

– compresoare cu jet sau ejectoare

– compresoare termochimice

Compresoare mecanice cu mișcare rectilinie-alternativă a pistonului

Acestea se clasifică la rândul lor după mai multe criterii [4]. După puterea frigorifică pe care o realizează la temperaturile și putem clasifica compresoarele în patru categorii cu ajutorul unor valori orientative:

– compresoare mici

– compresoare medii

– compresoare mari

– compresoare foarte mari

În funcție de poziția axelor cilindrilor se observă o echilibrare și un reglaj al puteri frigorifice mai bune și de asemenea turații mai mari dacă poziția cilindrilor este modificată la diverse unghiuri.

În funcție de sensul de circulație a vaporilor în cilindrul, compresoarele frigorifice pot fi:

– în echicurent, aceste modele de compresoare sunt mai lente dar prezintă un coeficient de lucru mai ridicat

– în contracurent, aceste modele de compresoare sunt compresoare rapide

După agentul frigorific utilizat deosebim două modele de compresoare unul pentru amoniac și unul pentru freoni sau agenți halogenați.

După gradul de etanșare și acționare a compresorului deosebim trei modele și anume cele deschise care au acționare exterioară, cele capsulate în care motorul funcționează într-o atmosferă de vapori de agent frigorific fără presetupă de etanșare și modele semi capsulate care sunt asemănătoare celor capsulate dar acestea au presetupă de etanșare și capac demontabil.

Tab. 1.4. Clasificarea componentelor cu piston după poziția axelor cilindrilor [4].

În funcție de turația arborelui motor întâlnim compresoare cu funcționare lentă care nu depășesc 600 [rot/min], compresoare rapide cu turație între 600 și 3600 [rot/min] și compresoare foarte rapide care depășesc 3600 [rot/min].

Construcția și părțile componente ale compresoarelor

Ansamblul carte cilindru este cel care formează corpul compresorului,acest ansamblu poate fi turnat într-un singur bloc sau separat, îmbinarea fiind realizată cu șuruburi prevăzute cu garnituri pentru a realiza etanșarea [4]. Accesul la sistemul bielă-manivelă este posibil prin gura de vizitare a carterului. Scăpările de agent frigorific sunt blocate deoarece corpul compresorului și a chiuloasei sunt turnate din fontă cu adaos de nichel.

Supapele compresorului de aspirație și refulare sunt elementele componente a distribuției acestuia. Datorită celor două forțe, o forță de presiune și una de apăsare exercitată de către un resort, spunem ca supapele compresorului sunt autocomandate, adică se închid și se deschid în funcție de aceste forțe. În funcție de tipul compresorului mai precis în funcție de sensul de circulație a vaporilor în cilindru deosebim trei variante de montaj și construcție a supapelor.

În figura alăturată sunt prezentate părțile componente ale compresoarelor mecanice.

Fig. 1.1. Părțile componente ale unui compresor mecanic [4].

1carter; 2arbore cotit; 3lagăr; 4cuzinet lagăr; 5pompă de ungere; 6presetupă de etanșare; 7volant; 8bloc cilindru; 9bielă; 10piston; 11segment de ungere; 12segment de etanșare; 13segment de compresie; 14bolțul pistonului; 15arc cilindric; 16placă cu supapă de refulare; 17circuit apă de răcire; 18capacul cilindrului;

În prima variantă aspirația vaporilor are loc prin cart, în această situație se produce o antrenare a uleiului de ungere care poate ajunge în condensator sau vaporizator dacă nu este realizată separarea. În ce-a de-a două variantă supapa de aspirație este montată în piston, în acest caz vapori nu se află în contact cu uleiul din interiorul carterului [4]. Ce-a de-a treia variantă constructivă unește supapa de refulare și de aspirație formând astfel un corp comun montat la sfârșitul cilindrului. Această variantă constructivă nu se folosește pentru acei agenți frigorifici care formează un amestec omogen cu uleiul de ungere.

Fig. 1.2. Variantele sistemului de distribuție a compresorului cu piston vertical [4].

Pentru micșorarea zgomotelor produse prin lovirea discului de etanșare de limitatorul de curse, pe acesta se montează un amortizor. Pistonul compresorului este compus din mai multe elemente și anume corpul pistonului, segmenți de etanșare, segmenți de ungere și bolțul pistonului. Prin aceste elemente realizându-se etanșeitatea cilindrului în timpul funcționări, transmiterea de căldură și răspândirea uniformă a uleiului pe pereți cilindrului. Segmenți de ungere au rolul de îndepărtare a uleiului excesiv de pe suprafața cilindrului. Legătura dintre piston și bielă se realizează printr-o îmbinare articulată cu bolțul pistonului. Legătura dintre piston și arborele compresorului se face prin intermediul ansamblului bielă-manivelă.

Principalul rol al bielei este acela de a transforma mișcarea de rotație primită de la arbore în mișcare rectilinie alternativă transmisă pistonului [4]. Datorită solicitărilor mecanice și fizice de întindere și de flambaj în timpul funcționări constatăm faptul că biela trebuie să prezinte o rezistență și o rigiditate mare. Arborele cotit execută două mișcări concomitent, cea de rotație și cea de transmitere a energiei primite de la motorul de antrenare pistonului.

Rolul sistemului de ungere a unui corp este foarte important, acesta reduce uzura pieselor aflate în mișcare, elimină căldura emanată de frecarea a două sau mai multe piese intre ele, îmbunătățește etanșeitatea și totodată reduce consumul de putere prin frecare.

Fig. 1.3. Tipuri de pistoane [4].

Uleiurile utilizate în sistemul de ungere a compresoarelor frigorifice trebuie să îndeplinească următoarele cerințe: punct de congelare scăzut, vâscozitate ridicată la temperaturi mari, aciditate minerală nulă, să nu fie higroscopic, să nu conțină apă și să aibă o temperatură de ardere de 200. În practică întâlnim două metode de ungere prin barbotaj și prin presiune.

Reglarea puterii frigorifice la compresoarele cu piston și mișcare rectilinie alternativă se face în funcție de necesarul de putere frigorifică cerută de vaporizator.

Relația care exprimă puterea frigorifică este [4]:

1.1

Unde: N- numărul de cilindri

S-cursa pistonului [m]

d-diametrul cilindrului [m]

n-turația compresorului [rot/min]

este puterea frigorifică [J/]

În funcție de acești parametri putem regla puterea frigorifică, deosebim astfel două metode de reglaj și anume reglaj continuu și reglaj discontinuu. Cele mai simple metode de reglaj sunt metodele de reglaj în trepte sau discontinue, acestea fiind și cele mai economice. Metodele de reglaj în trepte sunt următoarele:

– Reglaj prin variația vitezei mai precis a turației compresorului. Pentru această metodă este necesar un motor electric cu rotorul în scurt circuit și cu statorul prevăzut cu mai multe bobinaje la care se realizează schimbarea numărului de perechi de poli, turația fiind redusă invers proporțional cu numărul de perechi de poli[4].

– Reglaj prin mărirea spațiului vătămător

– Reglaj prin porniri și opriri succesive a compresorului

– Reglaj prin mers în gol

Metodele de reglaj continue sunt mai complicate și necesită dispozitive speciale ceea ce duce la un cost mai ridicat decât a metodelor de reglaj discontinuu. Metodele de reglaj continuu sunt următoarele:

– Reglaj prin variația progresivă a vitezei

– Reglaj prin laminarea vaporilor aspirați

– Reglaj prin închiderea întârziată a supapelor de aspirație

– Reglaj dinamic

– Reglaj prin trecerea de vapori comprimați din conducta de refulare în conducta de aspirație și cu șpriț de lichid

Condensator Frigorific

Condensatorul frigorific este acel element al unei instalații frigorifice prin care agentul frigorific cedează căldură mediului ambiant, căldură pe care a preluat-o în urma procesului de comprimare și de la consumator.

Puterea termică a unui condensator se exprimă prin relația [4]: [W], unde este puterea frigorifică a instalației și este puterea consumată de compresor pentru comprimarea vaporilor.

Condensatoarele frigorifice se clasifică în funcție de agentul frigorific utilizat, deosebim astfel trei tipuri de condensatoare:

– condensator răcit cu apă

– condensator răcit cu aer

– condensator răcit mixt

Condensatoare răcite cu apă

Aceste condensatoare se folosesc pentru instalații cu putere frigorifică mai mare de 3 [kW]. Întâlnim patru tipuri de condensatoare răcite cu apă:

Condensator cu serpentină înecată

Modelul acesta de condensatoare se utilizează foarte rar, datorită dificultăți de montare și de curățare a serpentinei dar și a factorului de transfer termic foarte mic.

Fig. 1.4 Condensator cu serpentină înecată [4].

Condensatoare cu conducte concentrice și circulație a mediilor în contracurent

Observăm că în conducta interioară circulă apa de răcire, iar condensarea agentului se face în spațiul inelar, deasemenea în partea inferioară avem un cilindru de captare a condensului de agent. Acest sistem permite și creșterea factorului de transfer termic dintre cele două medii prin creșterea vitezei de circulație a apei prin conductă.

Fig. 1.5 Condensator cu circulație a mediilor în contrasens [4].

Condensatoare multitubulare orizontale

Fig. 1.6 Condensator multitubular orientat orizontal [4].

Elementele componente ale condensatorului sunt:

1placă tubulară din oțelcu găuri pentru conducte;

2manta cilindrică din conductă de oțel laminat;

3conducte de oțel laminat fără sudură, realizând o suprafață de schimb termic având un diametru între 2550 [mm];

4capace;

5racoarde de intrare și ieșire a agentului frigorific;

Condensatoare multitubulare verticale

Fig. 1.7 Condensator multitubular orientat vertical [4].

Condensatoare răcite cu aer

Acest tip de condensator este cel mai răspândit la ora actuală, fiind utilizat pentru instalații cu puteri variabile până la zeci de kilowați.

Modul de circulație a aerului depinde de puterea frigorifică a instalației, întâlnim astfel două metode una cu circulație naturală a aerului și alta cu circulație forțată a aerului. De exemplu pentru frigiderele casnice datorită puteri mici a instalației frigorifice se utilizează condensatoare cu circulație naturală a aerului. Aceste condensatoare sunt construite din două bucăți de tablă de aluminiu care se laminează la cald și se sudează una peste alta, cu excepția traseului conductei care traversează aceste table. Condensatoarele cu circulație naturală a aerului au un coeficient ridicat de transfer termic.

Pentru puteri Frigorifice mari se utilizează condensatoare cu circulație forțată a aerului, acestea fiind montate pe același șasiu cu, compresorul formând astfel agregate frigorifice, sau pentru instalații foarte mari se poate alege varianta de montaj modular.

Relația de calcul a suprafeței unui condensator este [4]:

1.2

Unde:

Llungimea fasciculului de condensare;

Nnumărul de rînduri în secțiune transversală;

Znumărul de rînduri pe direcția de scurgere a aerului;

fsuprafața conductei cu lamele;

Fig.1.8 Condensator răcit cu aer și conducte cu lamele [4].

Transferul termic este cu atât mai bun cu cât viteza aerului este mai mare, dar viteza aerului este limitată datorită zgomotului produs prin lovirea aerului de paletele ventilatorului și de șuieratul aerului la trecerea prin lamele.

Condensatoare răcite mixt

Aceste tipuri de condensatoare sunt utilizate pentru a reduce consumul de apă pentru răcire. Aceste condensatoare trebuie montate în exterior sau pe acoperiș cu mențiunea că trebuie ferite de soare, deci este necesară construcția de incintă specială pentru acestea.

Fig. 1.9 Condensatoare mixte [4].

1distribuitor de apă;

2pompă de recirculație a apei;

3colector de condens;

acondensator atmosferic varianta simplă;

b condensator atmosferic varianta cu prize intermediare;

Vaporizatoare frigorifice

Vaporizatoarele sunt acele elemente ale instalațiilor frigorifice care realizează transferul de căldură de la mediul ce urmează a fi răcit la agentul frigorific[4].

Vaporizatoarele se clasifică în trei categorii în funcție de natura agentului de lucru folosit și corpul ce urmează a fi răcit:

– vaporizatoare pentru răcirea unui gaz

– vaporizatoare pentru răcirea unui lichid

– vaporizatoare-congelatoare

1.5.1.Vaporizatoare pentru răcirea unui lichid

a)Vaporizatoare imersate cu serpentine

Din punct de vedere constructiv avem trei tipuri [4]:

cu serpentină în ac

cu serpentină rectangulară

cu serpentină spirală

Din punct de vedere a agentului frigorific utilizat acesta trebuie sa fie unul miscibil cu uleiul, iar puterea frigorifică sub 20 [kW].

b)Vaporizatoare imersate cu grătar

Vaporizatoarele imersate cu grătar se folosesc în mod deosebit acolo unde agentul de lucru este amoniacul sau R22. Din punct de vedere constructiv se recomandă una din următoarele tipuri:

Fig. 1.11. Vaporizatoare imersate cu grătar [4].

c)Vaporizatoare cu conducte concentrice

Vaporizatoarele cu conducte concentrice se utilizează foarte rar deoarece este nevoie de un sistem de demontare la fiecare cot al traseului conductei în vederea curățiri acestea.

1.5.2.Vaporizatoare pentru răcirea unui gaz

În general gazul răcit este aerul, aerul din interiorul unei incinte pentru a forma un climat rece în interior.

Întâlnim două posibile variante de răcire a aerului, una când aerul este răcit sub zero grade Celsius și alta când aerul este adus la o temperatură pozitivă mai mică decât temperatura inițială dar nu sub zero grade Celsius. Pentru construcția vaporizatoarelor care răcesc gazul sub zero grade Celsius trebuie să ținem cont de gheața care se poate forma pe suprafața care realizează schimbul de căldură, gheață care ulterior duce la micșorarea coeficientului de transfer termic.

Vaporizatoarele pentru răcirea unui gaz se pot clasifica în funcție de trei criterii:

– după natura agentului de lucru

– vaporizatoare pentru amoniac

– vaporizatoare pentru freoni

– după sensul de circulație a gazului

– cu circulație naturală

– cu circulație forțată

– după forma suprafeței

– din conducte netede

– conducte cu aripioare

a)Vaporizatoare cu circulație naturală a gazului și conducte netede

Când agentul frigorific este amoniacul conductele care formează serpentine plane sau spirale sunt din oțel. În cazul în care agentul de lucru este freonul sau clorura de metil conductele sunt confecționate din cupru(Cu). Vaporizatoarele cu conducte netede au greutăți mari raportate la puterea frigorifică ceea ce reprezintă un dezavantaj al acestora.

b)Vaporizatoare cu circulație naturală a gazului și conducte cu aripioare

Aceste vaporizatoare au o suprafață de schimb termic de 10-20 de ori mai mare decît vaporizatoarele cu conducte netede datorită aripioarelor. Pentru creșterea transferului de căldură se montează ecrane care permit ghidarea aerului la intrare și ieșire din vaporizator. Pentru determinarea secțiunilor prin care trece aerul avem nevoie de lungimea camerei în direcția în care are loc ghidarea aerului.

Fig. 1.12. Schemă de montaj a răcitoarelor cu circulație naturală a aerului [4].

Secțiunea de intrare a aerului cald este

Secțiunea de ieșire a aerului rece este

c)Vaporizatoare cu circulație forțată a aerului

Datorită tehnologiilor moderne vaporizatoarele din conducte netede și în acest caz sunt foarte rar utilizate în schimbul lor se preferă cele cu aripioare. Construcția vaporizatoarelor cu aripioare este influențată de agentul frigorific și de condițiile de funcționare. Alegerea amplasări aripioarelor se face în funcție de temperatura dorită în interiorul camerei, umiditatea și frecvența congelărilor. Totodată întâlnim și două variante de amplasare a conductelor conform următoarelor figuri, cu precizarea că pentru un transfer de căldură mai intens se optează pentru așezarea în șah.

Fig. 1.13. Montajul în șah respectiv montajul în coridor al unui răcitor de aer [4].

1.6.Aparate auxiliare utilizate în instalațiile frigorifice

1.6.1.Separatorul de ulei

Separatorul de ulei se utilizează în special la instalațiile care utilizează ca și agent frigorific amoniacul. Acesta se montează pe conductele de refulare.[4] Alegerea separatorului se face în funcție de diametrul acestuia, diametru care se calculează cu următoarea relație [4]:

1.3

Unde

– este debitul volumului de vapori

w – este viteza de circulație a vaporilor

Fig.1.14. Schema separatorului de ulei Tehnofrig [4].

1.6.2.Rezervorul de lichid

Rezervorul de lichid asigură colectarea de agent frigorific din condensator, o porțiune a instalației sau are rolul de rezervor-tampon.

Fig. 1.15. Rezervor de lichid frigorific realizat de Frigotehnica București [4].

1.6.3.Filtrul

În instalațiile frigorifice filtrul are rolul de a reține corpurile străine care circulă prin conductele sau aparatele instalației. Filtrele se montează în amonte de compresor pe ramura aspirației și înaintea ventilului pe partea de lichid.

Fig. 1.16. Filtru freon de 40 grame produs de Dena Italia. (Sursa: http://www.frigotehnie.ro/filtre-frigorifice/659-filtru-freon-40-grame-2010000044797.html)

Fig. 1.17. DML165 Danfoss filtru freon, filet, 5/8 inch(Sursa: http://www.frigotehnie.ro/filtre-frigorifice/518-dml165-danfoss-filtru-deshidrator-freon-2010000058367.html)

1.6.4. Electroventilul

Electroventilul, valva solenoidă sau valva electromagnetică este acel element din instalația frigorifică care prin intermediul unui electromagnet închide sau deschide, în funcție de semnalul electric pe care-l primește bobina de excitație a valvei, o conductă de aspirație sau refulare. La ora actuală sunt foarte multe modele pe piață, alegerea acesteia făcându-se în funcție de mai mulți parametri cum ar fi: presiunea maximă de lucru, temperatura minimă și maximă suportată fără a influența funcționarea ei, puterea electrică, tipul curentului electric ( curent alternativ sau curent continuu), capacitatea etc.

Părțile componente ale unui electroventil sunt prezentate în figura următoare :

Fig. 1.18. EVR 2(NC) (Sursa:Carte tehnică Danfoss, Valva solenoidă )

1-Bobină; 2-Mufă DIN; 3-Capac de protecție/cutie de borne; 4-Soclu DIN; 5-Armătură; 6-Placă de supapă; 7-Garnitură; 8-Corpul supapei; 9-Scaunul supapei; 10-Orificiu de montare;

1.6.5. Electromagnetul

Electromagnetul poate fi definit pe baza principiului de funcționare, astfel spunem că este un magnet temporar care atrage sau respinge o armătură feromagnetică, în funcție de prezența unui curent electric în circuitul de excitație.

Elementele componente ale unui electromagnet sunt:

– bobinaj de excitație

– armătură fixă

– armătură mobilă

Formele constructive ale electromagnetului de curent alternativ monofazat sunt:

– formă de U cu mișcare de translație a armături și spire în scurt circuit pe două coloane

– formă de T cu spire și scurt circuit pe coloanele externe

– formă de E cu spire în scurt circuit pe cele două coloane externe

Fig. 1.19. Tipuri constructive de electromagneți [1].

Electromagneți sunt utilizați în foarte multe domenii inclusiv în instalațiile frigorifice mai precis în echipamentele frigorifice, cum ar fi electroventilul sau valva electromagnetică [4].

Clasificarea electromagneților se face după mai multe criterii după cum urmează:

a)După modul de lucru:

– de atragere

– de reținere

b)După forma constructivă:

– de tip plonjor

– cu armătură executând o mișcare de translație sau rotație

– cu armătură fixă având formă de E,I și U

c)După felul curentului de excitație:

– de curent continuu

– de curent alternativ

d)După durata de exploatare:

– cu durată de exploatare continuă

– cu durată de exploatare intermitentă

– de timp limitat

e)După rapiditatea de acționare:

– întârziat

– normal

– rapid

Având în vedere construcția electromagnetului prin care distingem trei elemente, un sistem electric, un sistem magnetic și un sistem mecanic, [1]putem deci descrie funcționarea electromagnetului printr-un sistem de trei ecuații după cum urmează:

1.4

Unde

m este masa armături mobile

r constanta de amortizare a amortizorului

k este constanta de elasticitate a resortului

este energia magnetică

f este forța cu care este atrasă armătura mobilă

1.6.6. Siguranțele fuzibile

Siguranțele fuzibile sunt o clasă a aparatelor electrice de protecție la scurt circuit. Acestea prezintă o formă constructivă simplă însă fenomenele care apar la funcționare și în special la apariția arcului electric sunt foarte complexe.

Funcționarea siguranței se bazează pe efectul Joule al curenților electrici care traversează firul fuzibil, producând topirea acestuia, deci întreruperea curentului pe ramura circuitului pe care-l protejează.

Siguranțele fuzibile se clasifică din mai multe puncte de vedere, ca de exemplu:[1]

a)După felul instalației:

– siguranțe pentru instalații interioare

– siguranțe pentru instalații exterioare

b)După numărul de poli:

– siguranțe monopolare

– siguranțe multipolare

c)După capacitatea de rupere:

– siguranțe normale

– cu mare putere de rupere

d)După modul schimbării elementelor de înlocuit:

– siguranțe cu elemente de înlocuire schimbabile sub tensiune

– siguranțe cu elemente de înlocuire neschimbabile sub tensiune

– siguranțe cu elemente de înlocuire blocate

– siguranțe cu elemente de înlocuire calibrate

e)După modul de protecție:

– protejate contra atingerilor accidentale cu părțile aflate sub tensiune

– neprotejate

Dar cea mai importantă clasificare a siguranțelor fuzibile este în funcție de caracteristica de topire a firului fuzibil, astfel avem siguranțe lente, rapide și ultrarapide.

Elementele constructive ale unei siguranțe fuzibile sunt:

– patronul fuzibil

– soclul siguranței

– elementul de calibrare

Fig. 1.20. Elementele constructive ale siguranței [1].

Patronul Fuzibil

Acesta este elementul constructiv de bază, în interiorul căruia regăsim firul fuzibil și materialul de umplere. Firul fuzibil este cel mai important element al siguranței, în funcție de forma constructivă și materialul din care este realizat firul, se stabilesc caracteristicile de lucru a siguranței fuzibile.

În funcție de tipul constructiv al firului fuzibil se realizează o stingere cât mai rapidă a arcului electric și prin urmare un control al apariției acestuia.

Fig. 1.21. Formele constructive ale firului fuzibil [1].

În figura 1.21 a este reprezentat un fir fuzibil construit practic din trei fire fuzibile din materiale diferite [2], deci avem trei puncte de topire diferite, astfel realizându-se topirea pe rând a fiecărui fir în parte. În acest fel împiedicând apariția de supratensiuni capacitive la capetele siguranței.

În figura 1.21 b este reprezentat un fir fuzibil cu secțiune variabilă, având în mijloc amplasată o pastilă dintr-un material diferit cu punct de topire mai scăzut, în acest fel arcul electric apare în zona de mijloc și se alungește spre capetele siguranței fuzibile.

În figura 1.21 c este reprezentat un fir fuzibil la care arcul electric apare în zona de mijloc și se alungește spre extremități prin dreptul perforațiilor, realizându-se prin această metodă și o alungire a arcului electric.

Materialul de umplutură este un material granulat care se introduce în interiorul patroanelor, iar în funcție de proprietățile sale fizico-chimice două tipuri de materiale de umplutură și anume: materiale de umplutură greu fuzibile și materiale de umplutură ușor fuzibile [2]. Rolul materialului de umplutură este de a micșora volumul de aer din interiorul patronului, preluarea de căldură de la arcul electric și totodată stingerea arcului electric.

Construcția patroanelor fuzibile se face în funcție de curentul nominal și tensiunea nominală de lucru. Deosebim astfel următoarele variante constructive:

În figura 1.22 a este reprezentat patronul fuzibil de uz general. În figura 1.22 b sunt reprezentate patroane fuzibile pentru siguranțe cu mare putere de rupere prescurtat MPR. În figura 1.22 c este reprezentat patronul fuzibil pentru siguranțe de medie tensiune montat în soclu.

Fig. 1.22a) Siguranțe fuzibile de uz general(Sursa: Catalog Moeller)

Fig. 1.22b) Siguranță fuzibilă cu mare putere de rupere (MPR)

Fig. 1.22c) Siguranță fuzibilă de medie tensiune

(Sursa: http://turda.all.biz/sigurante-fuzibile-de-medie-tensiune-g48944#.V2xRUvl942w)

Soclul siguranței

Este acel element care asigură realizarea legăturii electrice dintre patron și instalația în care acesta este utilizat. Din punct de vedere constructiv acesta are o parte electroizolantă realizată de obicei din ceramică și o parte din bun conductor de curent care reprezintă defapt căile de curent și elementele de conectare ale patronului fuzibil cu instalația electrică în vederea protejări acesteia.

Fig. 1.23. Soclu siguranțe fuzibile 3×25 [A] – 600 [V]

Elementul de calibrare

Este utilizat la siguranțele fuzibile de uz general, fiind un dispozitiv electroizolant care are rolul de a nu permite montarea unui patron, cu o valoare a curentului nominal mai mare decât cea prescrisă, în soclul siguranței. Acest lucru se realizează printr-o corelare a diametrului exterior al patronului fuzibil cu diametrul interior al elementului de calibrare.

1.6.7. Contactoare electrice

Contactorul este un echipament electric utilizat pe scară largă în instalațiile electrice pe partea de comandă și acțiune, acestea se utilizează în cazul în care avem un număr mare de conectări și deconectări. Contactorul fiind capabil să reziste la un număr de aproximativ manevre ale circuitelor electrice de forță în regim normal dar și la suprasarcină.

Când contactorul primește o comandă electrică pe bobina de excitație acesta își închide contactele de forță și le menține în această poziție atât timp cât primește comandă electrică. În momentul în care se întrerupe comanda electrică de pe bobina de excitație acesta își deschide contactele de forță, spunem deci că sunt în poziție de normal deschis.

[1]Pentru acele aparate care în poziția de repaus au contactele normal închis denumirea tehnică a acestora este de ruptoare.

Contactoarele se pot clasifica în funcție de mai multe criterii cum ar fi:

După natura comenzi electrice

de curent continuu

de curent alternativ

După numărul de poli

monopolare

bipolare

tripolare

tetrapolare

În funcție de mișcarea de translație a contactelor avem

contactoare cu mișcare de translație verticală

contactoare cu mișcare de translație orizontală

contactoare cu mișcare de rotație

Trebuie menționat faptul că acele contactoare care au mișcarea de translație a contactelor verticală sau orizontală sunt mai des utilizate datorită gabaritului mai scăzut decât a contactoarelor cu mișcare de rotație.

În funcție de mediul de stingere

cu stingere în aer

cu stingere în ulei

În schemele electrice contactorul are următorul simbol:

În care cu R S T sunt notate contactele principale de forță, se mai utilizează și A B C sau . Cu simboluri numerice sunt notate contactele auxiliare, iar bobina cu 0 și 1 sau .

Fig.1.25 Simbolul contactorului [1].

Construcția contactoarelor

Având în vedere rorlul acestora și funcțiile pe care le îndeplinesc de închidere, deschidere sau comutație în circuitele electrice și de faptul ca au nevoie de o comandă electrică de anumiți parametri pentru a o îndeplini, delimităm două părți constructive ale contactoarelor. O parte electrică care include de asemenea sistem electromagnetic și o parte mecanică care include sistemul mecanic.

Sistemul electromagnetic este compus din următoarele elemente:

electromagnet

contacte principale

contacte auxiliare

Electromagnetul contactoarelor trebuie să îndeplinească următoarele cerințe[1]:

la 1,05 trebuie să funcționeze nelimitat fără ca încălzirea bobinei să depășească limitele admisibile

la 0,7armătura mobilă trebuie să rămână în poziție atrasă

la 0,85 armătura mobilă trebuie să fie atrasă și reținută

la 0,7-0,35 în curent alternativ sau 0,7-0,15 armătura mobilă trebuie să se desprindă

Sistemul mecanic al unui contactor este format din resort, traversă portcontacte, carcasă, șuruburi de prindere, toate aceste elemente și altele ale sistemului mecanic formează două subsisteme după cum urmează:

sistem de transmitere a mișcări de la electromagnet la contacte

carcasa pentru asamblarea elementelor componente

Fig.1.24Construcția contactorului [1].

1Carcasa electroizolantă a contactoarelor; 2Borna de alimentare a contactelor auxiliare; 3Carcasa electroizolantă a bobinei; 4Partea fixă a miezului feromagnetic a bobinei; 5Bobină de acționare; 6Borna de alimentare a bobinei; 7Partea mobilă a miezului feromagnetic; 8Contact auxiliar fix; 9 Contact auxiliar mobil; 10Traversa mibilă cu contacte; 11Borna contactului fix principal; 12Contact fix principal; 13Pastila contactului fix principal; 14Resort; 15Pastila contactului mobil principal; 16Contact mobil principal;

De asemenea mărimea contactoarelor este influențată și de curentul nominal al acestuia astfel avem mai multe mărimi constructive. În figura următoare sunt prezentate câteva exemple:

Fig. 1.25 Modele de contactoare electrice.

1.6.8. Întreruptoare automate

Întreruptorul automat are un avantaj foarte mare față de alte aparate de comutație deoarece acesta este singurul cu două funcții de protecție, întreruptorul automat oferă deci funcția de protecție a unui circuit electric atât la scurt circuit cât și la suprasarcină. Iar prin intermediul unor aparate auxiliare întreruptoarele sau disjunctoarele pot realiza o gamă foarte mare de alte funcții [1]. Așadar disjunctorul este aparatul de bază în orice instalație electrică.

Funcțiile unui disjunctor într-o instalație electrică sunt:

separare(izolare)

comandă

regim normal de funcționare

deconectare de urgență

protecție la

suprasarcină

scurtcircuit

defect de izolare

tensiune minimă

comandă la distanță

semnalizare

În figura 1.26 este reprezentat un disjunctor(întreruptor automat) de joasă tensiune care este structurat pe trei părți respectiv A, B și C. Blocul A este reprezentat prin mecanismul întreruptorului, care deschide piesele de contact prin intermediul dispozitivului de declanșare la apariția unui supracurent. Tot aici se găsește și pârghia de acționare manuală. Blocul B este reprezentat prin dispozitivele de declanșare automată. Acestea pot cuprinde un dispozitiv termic și magnetic. Lama bimetalică are rolul de declanșare doar în momentul în care apare un curent de suprasarcină, iar declanșatorul electromagnetic doar în cazul unui scurtcircuit. Blocul C este reprezentat prin componentele de comutație, în componența sa intrând contactele fixe și mobile, dar și camera de stingere a arcului electric.

Fig. 1.26. Întreruptor automat.

Parametri nominali al unui întreruptor automat sunt:

– Tensiunea nominală , la această tensiune întreruptorul funcționează în condiții normale.

– Curentul nominal , acesta reprezintă valoare maximă a curentului la care disjunctorul poate funcționa nelimitat.

– domeniul de reglaj al curentului la declanșare.

– capacitatea de deconectare, care se notează pentru întreruptoarele automate casnice și pentru cele industriale.

Pentru o alegere corectă a unui disjunctor trebuie sa ținem cont de caracteristica de declanșare a acestuia, deoarece nu dorim ca disjunctorul să întrerupă circuitul în cazul unor curenți de vârf de scurtă durată, ca de exemplul curenți de pornire a unui motor, doar daca este necesar. Astfel distingem trei clase de funcționare [1]:

– Caracteristică de declanșare de tip B, pentru protecția consumatorilor casnici și a cablurilor

– Caracteristica de tip C, pentru acele circuite care conțin motoare electrice

– Caracteristica de tip D, pentru protecția transformatoarelor și a motoarelor cu regim greu de pornire.

Fig. 1.27 Caracteristicile de declanșare a disjunctoarelor (Sursa: Catalog Moeller)

Capitolul II. Alegerea părților componente și execuția instalației frigorifice

II.1. Alegerea compresorului frigorific

Pentru o alegere corespunzătoare a compresorului pe care dorim să-l utilizăm trebuie să avem în vedere mai mulți factori determinanți spre exemplu: dimensiunile incintei care urmează să fie supusă procesului de răcire, puterea frigorifică a compresorului, tipul de alimentare a acestuia, metoda de pornire și metoda de răcire, dar unul din cei mai importanți facturi este temperatura pe care dorim să o obținem și totodată trebuie să ținem cont și de partea financiară, adică prețul compresorului.

În prima etapă sa calculat volumul incintei știind că aceasta are următoarele dimensiuni: l=45 [cm], L=50 [cm] și h=40 [cm]. Rezultă deci un volum total al incintei .

În cea de-a doua etapă am stabilit temperatura minimă pe care dorim să o obținem. Aceasta se alege în funcție de determinările care urmează să fie executate, stabilindu-se astfel că o temperatura de θ = 5 este suficient de scăzută pentru a satisface determinările ulterioare.

Astfel analizând factori prezentați și calculați anterior și comparând mai multe modele de compresoare, sa ales varianta cea mai optimă și anume utilizarea unui compresor frigorific specific frigiderelor casnice mai precis model reprezentat în figura 2.1.

Fig. 2.1. Compresor frigorific produs de Matsushita Electric, actuala Panasonic Corporation.

Compresor frigorific prezentat în figura 2.1. și utilizat în instalație este modelul DA110E13RBY5 fabricat de Panasonic Corporation pentru care avem următoarele date tehnice:

– Tensiunea de alimentare și frecvența

– Puterea la următoarele temperaturi de vaporizare:

– pentru avem

– pentru avem

– pentru avem

– pentru avem

– pentru avem

– Tipul motorului este RSIR/RSCR (RSIR Resistance Start Induction Run, RSCR Resistance Start Capacitor Run), adică pornirea se face prin legarea unei bobine și a unui condensator de start.

– Răcirea compresorului este o răcire statică (ST- Static cooling) și este protejat termic

– Greutatea compresorului este de 9.5 [Kg]

– Se încarcă cu 280 [ml] de ulei mineral

– Tipul de agent frigorific folosit este R600a

– Și are următoarele dimensiuni prezentate în figura 2.2.

Pentru amplasarea compresorului am consultat datele tehnice referitoare la dimensiunile acestuia, date tehnice prezentate în figura 2.2. În urma acestei analize sa ajuns la concluzia de a mai construi o incintă auxiliară, pentru a amplasa compresorul, de dimensiunile , și . Compartimentul compresorului a fost astfel construit în partea laterală a incintei principale, construcția compartimentului sa desfășurat prin următoarele etape:

– proiectarea scheletului de rezistență și construcția acestuia prezentată în figura 2.3.a.

– fixarea părți de jos pe care va sta compresorul, care la rândul lui a fost prins de partea de jos prin intermediul a patru șuruburi. Iar pentru atenuarea vibrațiilor compresorului am montat pe picioarele acestuia șaibe de cauciuc suplimentare.

– prinderea pereților laterali și montarea unei uși de acces, rezultatul final este prezentat în figura 2.3.b.

Fig. 2.2. Dimensiunile compresorului (Sursa:Catalog Caracteristici tehnice Panasonic Corporation, http://www.datasheetarchive.com/dl/Datasheet-024/DSA00416600.pdf).

– A = 195.2 [mm]; – B = 73.0 [mm]; – C = 122.2 [mm]; – D = 84.7 [mm];

– E = 71.2 [mm]; – F = 86.0 [mm]; – S reprezintă țeava de aspirație;

– P reprezintă țeava de alimentare; – reprezintă țeava de refulare;

Fig.2.3.a. Scheletul compartimentului; Fig.2.3.b. compartimentul final.

Fig.2.4. Poziția finală a compresorului.

Înainte de poziționarea finală a compresorului am fost nevoit să stabilesc traseul conductelor care duc la condensator și la vaporizator. După stabilirea traseului am realizat sudarea țevilor de Cupru (Cu), condensatorul, vaporizatorul, filtrul și tubul capilar fiind deja alese corespunzător subcapitolelor II.2, II.3, II.4. După ce am închis circuitul frigorific următoarea etapă a fost încărcarea condensatorului cu ulei mineral și cu agent frigorific R600a corespunzător indicațiilor tehnice,etapă prezentată în figura 2.5. Etapa imediat următoare a fost verificarea presiuni care trebuie sa rămână constantă, deoarece așa ne dăm seama daca sudurile au fost executate corect sau dacă există scăpări pe care trebuie să le corectăm.

Fig.2.5. Încărcarea compresorului cu agent frigorific.

După punerea în funcție a instalației trebuie să așteptăm câteva minute pentru a constata funcționarea corespunzătoare a acesteia prin verificarea condensatorului care trebuie să se încălzească și prin conducta care întră în vaporizator și cea care iese, acestea trebuie să brumeze ca și în figura următoare(Fig. 2.6.).

Fig. 2.6. Compresorul frigorific în timpul funcționări.

II.2. Alegerea Condensatorului frigorific

La alegerea condensatorului trebuie să ținem de asemenea cont de dimensiunea incintei dar și de temperatura specifică a agentului frigorific la ieșirea din compresor și puterea termică pe care trebuie să o realizeze in vederea cedări de căldură acumulată de agentul frigorific de la vaporizator. Deci prin urmare am mers pe varianta cea mai optimă ținând cont și de partea financiară și am ales un condensator răcit cu aer și circulație naturală a aerului și cu aripioare.

Pentru determinarea suprafeței condensatorului sa utilizat următoarea relație [4]:

[] 2.1

Cunoscând puterea termică a condensatorului care se estimează pentru cazul nostru în funcție de dimensiunea incintei, temperatura de condensare , temperaturile aerului la intrarea și ieșirea din condensator și și suprafața conductei cu aripioare dată de forma geometrică aleasă f, iar diferența medie de temperatură se calculează cu ralația următoare [4]:

] 2.2

Pentru cazul nostru

Având în vedere circulația aerului, care este pe cale naturală coeficintul global de transfer de căldură este .

Rezultă

Având suprafața determinată prin calcul S a condensatorului, vom alege un model cât mai apropiat acesta fiind un condensator utilizat în construcția frigiderelor cu dimensiunea de l=55.5 [cm] și L=65[cm], reprezentat în figura 2.7.

Fig. 2.7. Condensator Frigorific.

II.3. Alegerea Vaporizatorului frigorific

Pentru răcirea incintei cu dimensiunea de , se utilizează vaporizatoare pentru răcirea unui gaz deoarece atmosfera interioare a incintei este o atmosferă gazoasă formată din aer. În această situație avem două cazuri de circulație a aerului și anume vaporizatoare cu circulație naturală a aerului și cu circulație forțată a aerului, iar prin montarea unui ventilator avem posibilitatea de a utiliza un vaporizator cu circulație forțată a aerului când ventilatorul este pornit sau vaporizator cu circulație naturală a aerului când ventilatorul este oprit.

Prin cele prezentate mai sus sa ajuns la proiectarea și execuția unui vaporizator din țevi de cupru cu diametrul , formând mai multe serpentine, care vor fi montat pe pereți incintei. În continuare se va calcula lungimea necesară a țevi de cupru cu ajutorul următoarelor relații [4]:

2.3

2.4

2.5

Pentru cazul nostru

– suprafața de transfer termic 2.6

– temperatura de vaporizare a agentului frigorific R600a

– temperatura aerului la intrare

– temperatura aerului la ieșire

– Lungimea totală a țevi

În cazul coeficientului global de transfer de căldură k avem două valori utilizate pentru acesta după cum urmează:

– pentru circulație naturală a aerului k=1214 [W/K]

– pentru circulația forțată a aerului k=2935 [W/K]

În final lungimea țevi care formează vaporizatorul a fost dimensionată superior pentru un randament mai ridicat, astfel lungimea totală L=9.5 [m]. Vaporizatorul fiind reprezentat în figura 2.8. Figură în care vaporizatorul este și montat în poziția finală.

Fig. 2.8. Vaporizatorul Frigorific.

II.4. Filtrul și tubul capilar.

Filtrul și tubul capilar se montează împreună la ieșirea din condensator și înainte de a intra în vaporizator. Primul fiind filtrul deoarece avem piese mecanice care se află în mișcare în interiorul compresorului și în urma acestor mișcări este posibil să apară impurități metalice sau este posibil ca și agentul frigorific să prezinte impurități și să înfunde tubul capilar. Imediat dupa filtru este montat tubul capilar, de obicei se montează direct pe filtru.

Tubul capilar realizează o diferență de presiune, astfel în partea din spre condensator vom avea lichid saturat la o presiune ridicată , iar în momentul în care agentul frigorific trece de tubul capilar acesta se expandează, iar datorită acestei expandări își scade foarte mult temperatura și în această situație nu mai avem deaface cu un lichid saturat la o presiune înaltă, în schimb avem o presiune scăzută față de cea precedentă și o prezență a agentul frigorific în două stări de agregare atât lichidă cât și gazoasă.

În figura de mai jos se reprezintă poziția filtrului și a tubului capilar în circuitul instalației, tub capilar cu o lungime de 2 metri, lungime standard pentru instalațiile frigorifice care utilizează compresoare pentru frigiderele casnice.

Fig. 2.9. Filtrul și Tubul capilar

II.5. Controler Digital

Pentru controlul porniri și opriri compresorului am ales varianta utilizări unui controler digital în schimbul unui termostat deoarece cu acesta este posibilă comanda atât a compresorului în funcție de temperatura pe care o setăm cât și comanda ventilatorului pentru uniformizarea aerului din interior[8]. Controlerul ales este unul Dixell XR06CX care este un controller bazat pe un microprocesor, recomandat pentru aplicații în mediu ambiant sau în unități de refrigerare cu temperaturi joase. În figura 2.10. avem o imagine frontală a programatorului. Acesta Este prevăzut cu un releu pe ieșire pentru a controla compresorul și degivrarea. Este de asemenea prevăzut cu intrări pentru 2 sonde NTC, una pentru controlul temperaturii, a doua pentru a fi montată pe evaporator pentru a controla temperatura de sfârșit de degivrare precum și ventilația, este de asemenea prevăzut cu o intrare digitală configurabilă. Controlerul XR06CX trebuie montat pe tablou vertical intr-o gaură de 29×71 [mm] și fixat folosind suporții de prindere furnizați. Limita de temperatură permisă pentru o operare corectă este 060 °C. Trebuie evitată montarea echipamentul în zone cu vibrații puternice, gaze corozive, praf ori umiditate excesivă. Aceleași recomandări se aplică și pentru sonde.

Fig. 2.10. Panou frontal Dixell RX06CX

Programatorul Dixell RX06CX are următoarele date tehnice [8]:

Depozitarea: sistem propriu de stingere ABS.

Carcasa: frontal 32×74 mm; adâncime 60mm;

Montare: montaj în tablou cu decupare de 71x29mm

Protecție: IP20; Protecție frontală: IP65

Conexiuni: bloc de conexiuni cu șuruburi 2,5 mm2 .

Putere de alimentare: conform model 230Vac 10%, 50/60Hz – 110Vac 10%, 50/60Hz Puterea absorbita: 3.5VA max

Display: 2 digits, red LED, 14,2 mm high; Inputs: Up to 2 NTC.

Intrări digitale: tensiuni de contact libere

Ieșiri pe releu: compresor SPST 8(3) A, 250Vac; SPST 16(6)A 250Vac or 20(8)A 250Vac degivrare: SPDT 8(3) A, 250Vac ventilatoare: SPST 8(3) A, 250Vac ori SPST 5(2) A

Stocare date: memorie non-volatilă (EEPROM).

Tipul acțiunii: 1B; Grad de poluare: 2;Clasa software: A.;

Impulsuri de tensiune: 2500V; Overvoltage Category: II

Temperatura de operare: 0÷60 °C;

Temperatura memorată: -25÷60 °C.

Umiditate relativă: 2085% (fără condens)

Domeniu de măsurare și reglare: NTC -40÷110°C;

Rezoluție: 0,1 °C or 1°C or 1 °F (selectabil);

Acuratețe (ambient temp. 25°C): ±0,1 °C ±1 digit

Controlul sarcinilor

Controlul sarcinilor se face în funcție de temperatura măsurată de senzorii de temperatură în sensul că dacă temperatura crește și atinge un punct maxim setat de către noi compresorul este pornit [8], iar când temperatura atinge un punct minim setat de noi compresorul se oprește până se atinge din nou punctul maxim și secvența se tot repetă cât timp este asigurată alimentarea cu tensiune electrică a programatorului, secvență reprezentată grafic în figura 2.11. În cazul în care senzorul este defect, pornirea și oprirea compresorului este contorizată cu parametrii „Cy” și „Cn”.

Fig. 2.11. Caracteristica de funcționare a controlerului(Sursa: Manual dixell xr06cx)

Degivrarea

Pentru funcția de degivrare avem disponibile două moduri prin intermediul parametrului td astfel:

– când td = EL atunci avem degivrare electrica, iar compresorul este oprit.

– când td = in atunci avem o degivrare cu gaze fierbinți, iar compresorul este pornit.

Pentru controlul intervalului dintre ciclurile de degivrare este utilizat parametrul Id, durata maximă Md și totodată avem doua metode de degivrare: prin temporizare sau degivrare controlată de senzorii de pe evaporator [8]. La sfârșitul degivrării există un timp de drenaj care este pornit, lungimea sa este setata prin intermediul parametrului dt, astfel dacă dt =0 timpul de drenaj este dezactivat. Pentru instalația realizată de noi nu avem nevoie de degivrare motiv pentru care aceasta este anulată.

Controlul ventilatoarelor

Controlul ventilatoarelor se face cu ajutorul parametrului FC astfel:

– FC = cn caz în care ventilatoarele sunt pornite și oprite odată cu compresorul și fără să meargă pe timpul degivrării;

– FC = on caz în care ventilatoarele vor merge chiar dacă compresorul este oprit, dar nu și în timpul dejivrării [8]; După degivrare există un timp de drenaj, setat din parametrul Fd, acesta reprezintă o întârziere la pornirea ventilatoarelor, pentru a permite apei strânse în timpul degivrării să se evapore.

– FC = cy caz în care ventilatoarele merg deodată cu compresorul , dar și în timpul degivrării;

– FC = oY caz în care ventilatoarele merg încontinuu , chiar și în timpul dejivrării.

Un parametru adițional FS , permite controlarea temperaturii citite de sonda de pe evaporator, temperatură în funcție de care ventilatoarele pot fi oprite. Acesta este utilizat pentru a crea o circulație de aer doar dacă temperatura este mai mică decât valoarea setată pentru FS.

Comenzile de pe panoul frontal

Pe panoul frontal după cum se observă în figura 2.10. are dispuse patru butoane câte unul în fiecare colț al panoului, iar funcțiile acestor butoane sunt:

– Butonul este pentru afișarea set point-ului, iar în modul de programare selectează un parametru sau confirmă o operație.

– Butonul se acționează în cazul în care dorim o degivrare manuală.

– Butonul se utilizează pentru a vizualiza temperatura maximă setată, iar în programare ajută la trecerea de la un parametru la altul sau la schimbarea unei valori prin creștere.

– Butonul se utilizează pentru a vizualiza temperatura minimă setată, iar în programare ajută la trecerea de la un parametru la altul sau la schimbarea unei valori prin descreștere.

Aceste butoane pe lângă acționarea lor individuală permit realizarea combinațiilor astfel:

– Combinația + blochează sau deblochează tastatura.

– Combinația + întră în program.

– Combinația + pentru o ieșire rapidă din program.

Tabelul 2.1. Led-uri de semnalizare (Sursa: Manual dixell xr06cx)

Pe lângă cele patru butoane avem dispus central și un afișaj cu led-uri care ne indică temperatura măsurată de sondă, plus adițional mai avem cinci led-uri de semnalizare cu funcțiile prezentate în tabelul 2.1.

Pentru vizualizarea set point-ului se execută următoarele comenzi:

1. Apăsați scurt tasta SET: pe afișaj vă apare valoarea SET POINT;

2. Apăsați scurt tasta SET sau așteptați 5 secunde pentru reapariția valorii sondei;

Pentru modificarea set point-ului se execută următoarele comenzi:

1. Apăsați tasta SET pentru cel puțin 2 secunde;

2. Valoarea SET POINT-ULUI va fi afișată și LED-ul cu simbolul °C sau °F va încep să clipească;

3. Pentru a schimba valoarea Set-ului apăsați butonul cu săgeată in jos sau în sus, într-un interval mai mic de 10s;

4. Pentru a memora noile valori ale SET POINT-ului apăsați tasta SET în mai puțin de 10s;

Pentru a schimba valoarea parametrilor se procedează astfel:

1. Intrați în Modul Programare apăsând tastele Set + pentru 3s (LED-urile °C sau °F încep să clipească).

2. Selectați parametrul dorit. Apăsați tasta SET pentru a afișa valoarea.

3. Utilizați butoanele cu săgeți(,) pentru a schimba valoarea.

4. Apăsați butonul SET pentru a memora noua valoare și pentru a trece la următorul parametru.

Pentru ieșire: Apăsați SET + sau așteptați 15s fără a mai apăsa nici o tasta. Valoarea setului este memorată chiar dacă s-a așteptat: expirarea tipului de 15s.

Intrarea în meniul ascuns [8]:

1. Intrați în modul programare apăsând tastele Set + pentru 3s (LED-urile °C sau °F vor începe să clipească).

2. Eliberați tastele, apoi apăsați din nou Set+ mai mult de 7s. Eticheta L2 va fi afișată imediat urmată de parametrul HY. ACUM SUNTETI IN MENIUL ASCUNS.

3. Selectați parametrul dorit.

4. Apăsați SET pentru a afișa valoarea lui.

5. Utilizați sau pentru a schimba valoarea.

6. Apăsați SET pentru a memora noua valoare și pentru a trece la următorul parametru. Pentru ieșire: Apăsați SET+ sau așteptați 15s fără a mai apăsa vre-o tastă.

NOTA1: dacă nici un parametru nu este în L1, după 3s mesajul „nP” va fi afișat. Țineți tastele apăsate până când mesajul L2 este afișat.

NOTA2: valoarea setului este memorată chiar dacă s-a ieșit prin metoda: expirarea tipului de 15s.

Mutarea unui parametru din meniul ascuns în primul nivel și invers se face pentru fiecare parametru prezent în Meniul Ascuns, acesta poate fi mutat în Primul Nivel apăsând “SET + ”. Când un parametru din Meniul Ascuns este prezent și în Primul Nivel este activat punctul zecimal al acestuia.

Parametri [8]:

Hy Diferențial: (0,1 ÷ 25,5°C / 1÷255 °F) Intervenție diferențială pentru set point. Compresor pornit înseamnă Set Point + diferențial (Hy). Compresor oprit înseamnă că temperatura a atins valoarea de set point;

LS Minimum SET POINT: (- 55°C÷SET/-67°F÷SET): Setați valoarea minimă acceptată pentru Set Point;

US Maximum SET POINT: (SET÷99°C/ SET÷99°F). Setați valoarea maximă pentru Set Point;

ot Calibrarea sondelor termostatului: (-9.9÷9.9°C / -17°F ÷ 17°F) permite ajustarea temperaturii senzorilor;

P2 Reprezintă sonda evaporatorului: n= sondă lipsă; y= degivrarea se oprește în funcție de temperatură;

oE Calibrarea sondei 2: (-9.9÷9.9°C / -17°F ÷ 17°F) permite posibilitatea de ajustare a off set-ului pentru sonda 2;

od Activarea întârzierii ieșirilor la pornire: (0÷99min) Această funcție este activată la startul inițial al instrumentului și dezactivează orice ieșire pe perioada setată în parametru;

AC Protecție la porniri dese: (0÷50 min) intervalul minim între oprirea compresorului și următoarea pornire;

Cy Durata de funcționare a compresorului cu senzor defect: (0÷99 min) perioadă de timp în care compresorul este activ cu un senzor defect. Când Cy=0 compresorul va fi mereu oprit;

Cn Duarata pauzei de funcționare a compresorului cu senzor defect: (0÷99 min) perioadă de timp în care compresorul este oprit având un senzor defect. Dacă Cn=0 compresorul va fi mereu pornit;

CF Unitatea de măsurare: (°C÷°F) °C =Celsius; °F =Fahrenheit. AVERTISMENT: Când se schimbă unitatea de măsurare valoarea Set Point-ului și valorile parametrilor Hy, LS, US, oE, o1, AU, AL trebuie verificate și modificate;

rE Rezoluție (doar °C):(dE ÷ in) dE= decimale între -9.9 și 9.9°C; in= întreg;

Ld Display implicit: (P1 ÷ P2) P1= sonda termostat; P2= sonda evaporator;

dy Întârziere display: (015 min.) când temperatura crește, display-ul este updatat la 1 °C/1°F după acest timp;

FC Modul de operare al ventilatoarelor: (cn, on, cY, oY) cn – funcționează odată cu compresorul, staționează pe timpul degivrării; on – funcționează în mod continuu, staționează pe timpul degivrării; cY – funcționează odată cu compresorul, inclusiv pe timpul degivrării; oY – funcționează în mod continuu, inclusiv pe timpul degivrării;

Fd Întârzierea la pornirea după degivrare: (0÷99 min) Timpul dintre sfârșitul degivrării și pornirea ventilatoarelor de pe evaporator;

FS Temperatura de oprire a ventilatoarelor: (-55÷50°C / -67°F ÷ 99°F) setarea temperaturii, detectată de sonda de pe evaporator, deasupra căreia ventilatoarele sunt mereu oprite;

AU Alarma de temperatură maximă: (AL÷99°C/99°F) când temperatura crește peste această valoare alarma se activează, după o întârzierea de timp setată prin parametrul Ad;

AL Alarma de temperatură minimă: (-55÷AU°C /-67÷AU°F) când temperatura depășește această valoare alarma se activează, după o întârzierea de timp setată prin parametrul Ad;

Ad Întârzierea alarmei de temperatură: (0÷99 min) intervalul de timp dintre detecția condițiilor de alarmă și semnalul de alarmă;

dA Eliminarea alarmei de temperatură la pornire: (0÷99 min) intervalul de timp dintre detecția temperaturii de alarmă și semnalul de alarmă;

iP Polaritatea intrărilor digitale: (oP ÷ cL) oP= Intrările digitale sunt activate prin închiderea contactului; cL= Intrările digitale sunt activate prin deschiderea contactului;

iF Configurarea intrărilor digitale: (EA/bA/do/dF/Au/Hc) EA= alarmă externă: mesajul “EA” va fi afișat; bA= alarmă gravă: mesajul “CA” va fi afișat; do= contact de ușă; dF= activarea ciclului de degivrare; Au =dezactivat; Hc= inversia tipului de acțiune;

di Întârzierea intrări digitale: (0÷99 min) cu iF=EA sau bA întârzierea intrări și detectarea alarmei externe atunci când este semnalizată. iF=do reprezintă alarma de ușă deschisă;

dC Situația compresorului și a ventilatoarelor când ușa e deschisă: (no/Fn/cP/Fc): no= normal; Fn = ventilatoare oprite (OFF); cP = Compresor oprit (OFF); Fc = Compresor și ventilatoare oprite (OFF);

rd Reglare cu ușa deschisă: (n÷y) n = no fără reglare dacă ușa este deschisă; Y= când di este trecut de reglările de început chiar dacă alarma de ușă deschisă este prezentă;

d1 Afișează senzorul de cameră (doar în citire) ;

d2 Afișează senzorul de pe evaporator (doar în citire ) ;

Pt Tabel cu codurile parametrilor;

rL Eliberare Software;

Conexiunile electrice

Instrumentul este prevăzut cu un bloc terminal cu șuruburi pentru conectarea cablurilor cu o secțiune maximă de 2,5 [] . Înainte de punerea sub tensiune trebuie să verificăm dacă tensiunea de alimentare este cea indicată. Sondele trebuie separate de cablurile aflate sub tensiune, de ieșiri și de conexiunile de curenți [8]. Nu este permisă depășirea curentul maxim admis de fiecare contact, în cazul sarcinilor superioare este necesară utilizarea un releu extern.

Senzorii trebuie montați cu bulbul în sus pentru a preveni deteriorarea prin infiltrare de lichid. Se recomandă montarea sondelor departe de curenții de aer sau de ventilatoare pentru o măsurare corectă a temperaturii.

Fig. 2.12. Schema de conexiuni electrice a controlerului Dixell xr06cx

(Sursa: Manual dixell xr06cx )

II.6. Alegerea echipamentelor electrice utilizate.

1. Alegerea siguranței fuzibile.

Pentru alegerea siguranțelor fuzibile am ținut cont de faptul că tensiunea nominală a siguranței trebuie să fie mai mare sau egală cu tensiunea rețelei, iar curentul nominal al siguranței trebuie să satisfacă relația:

2.7

, unde este curentul calculat pe tronsonul respectiv de curent. În cazul nostru siguranța fuzibilă protejează programatorul deci curentul de calcul este curentul nominal al programatorului calculat cu relația:

2.8

Prin această metodă s-a ajuns la utilizarea unei siguranțe fuzibile, pentru protecția programatorului, de 2 X 10 [A] și tensiunea nominală = 230 [V].

2.Alegerea întreruptorului automat.

În vederea alegeri întreruptorului automat pentru protecția compresorului frigorific am ținut cont de cerințele de conectare, de caracteristicile principale a compresorului cum ar fi tensiunea nominală a acestuia și puterea nominală, dar și de curentul absorbit din rețea care a fost calculat cu următoarea relație:

2.9

Deci întreruptorul automat utilizat este un întreruptor de 10 [A].

3.Alegerea contactorului.

Utilizarea unui contactor a fost necesară pentru automatizarea funcționări ventilatorului, care poate fi acționat din două parți, împiedicând totodată și întoarcerea unor curenți în bornele de ieșire a programatorului. Astfel programatorul alimentează bobina de excitație a contactorului, care prin închiderea contactelor de forță alimentează ventilatorul, iar în momentul în care programatorul întrerupe alimentarea bobinei, contactorul își închide contactele rezultând oprirea ventilatorului.

Curentul ventilatorului a fost calculat cu formula

2.10

Pentru satisfacerea acestor nevoi a fost ales contactorul Moeller DL Em-01 cu trei contacte de forță și un contact normal închis, prezentat în figura următoare.

Fig.2.13. Contactor Moeller DL Em-01

II.7. Determinări Experimentale

Am realizat determinarea timpului necesar instalației frigorifice, pentru ca aceasta să reducă temperatura din interiorul camerei climatice cu 20.

Pentru realizarea acestei determinări am procedata conform următoarelor etape prezentate:

Am măsurat temperatura inițială din interiorul incintei înainte de a alimenta cu energie electrică instalația frigorifică, cu ajutorul programatorului dixell xr06cx, ușa fiind închisă. Temperatura inițială a fost .

Având temperatura inițială am trecut la următoarea etapă, adică la pornirea instalației frigorifice și a cronometrului pentru a măsura și timpul în care temperatura scade de la la . În figura 2.14 este reprezentat programatorul în momentul măsurări temperaturi inițiale și finale.

După ce am ajuns la temperatura dorită am oprit instalația, pe tot parcursul funcționări temperaturile fiind înregistrate din 10 în 10 minute, rezultatele măsurătorilor fiind trecute în tabelul 2.1.

Fig.14. Temperatura inițială respectiv temperatura finală

În figura următoare este reprezentat vaporizatorul frigorific în timpul funcționări, temperatura din interiorul camerei climatice având valoarea de 19 , de asemenea ventilatorul este pornit pentru a uniformiza aerul din interiorul camerei climatice.

Fig. 2.15. Vaporizatorul frigorific în timpul funcționării

Tab. 2.1. Valori măsurate.

IV. Bibliografia

Dorel, Hoble. Echipamente electrice. Editura Universității din Oradea, 2013.

Dorel, Hoble. Materiale pentru inginerie electrică și electronică. Editura Universității din Oradea, 2013.

Horia, Necula. Instalații frigorifice. Editura BREN, Editura Universul Energiei București, 2005.

Florea, Chiriac. Instalații frigorifice. Editura didactică și pedagogică București, 1981.

Cornel, Stămătescu. Tehnica frigului Vol. I. Editura Tehnică București, 1972.

Carabogdan, I., Gh., Badea, A., Ionescu, L., Leca, A., Ghia, V., Nistor, I., Cserveny, I. Instalații termice industriale. Editura Tehnică, București, 1978.

Carte tehnică Danfoss, Valva solenoidă.

Manual de utilizare dixell xr06cx.

Catalog Moeller.