schimbatoare de caldura
Cum functioneaza aparatele schimbatoare de caldura
Functionarea majoritatii aparatelor schimbatoare de caldura (aparate de aer conditionat sau frigidere) se bazeaza pe proprietatile fizice ale gazelor supuse fenomenelor de compresie si depresie (fac exceptie panourile radiante).
In momentul in care un gaz este fortat prin compresie mecanica sa-si reduca volumul, acesta isi schimba entropia (energia caracteristica) implicit temperatura si trece de la stare gazoasa la starea lichida.
Volumul ocupat de totalitatea moleculelor cantitatii de gaz devine din ce in ce mai mic. Acestea, moleculele, nu sunt in stare de repaus nici in starea gazoasa nici in cea lichida. Ele, permanent se afla intr-o miscare haotica in spatiul dat fenomen care este recunoscut ca agitatie termica (miscare Browniana).
Miscarea browniana este cu atat mai mare cu cat temperatura este mai mare si scade cu cat densitatea este mare. Deci, agitatia termica este direct proportionala cu temperatura si invers proportionala cu densitatea.
Prin comprimare, creste densitatea gazului, implicit scade agitatia termica si gazul cedeaza energie termica mediului inconjurator. Apare un paradox pentru un observator mai putin avizat. Acesta va constata ca recipientul in care se afla gazul in proces de compresie se incalzeste. Va presupune ca gazul in sine este cald. In realitate gazul aflat in proces de compresie tinde sa se raceasca si cedeaza energie recipientului incalzindu-l.
Simularea miscarii browniene a unei particule macroscopice (particula de praf) în timpul coliziunii ei cu un mare numar de particule microscopice (molecule de gaz) ce se misca cu diferite viteze si in directii diferite.
Procesul fizic pe care se bazeaza functionarea aparatelor schimbatoare de caldura presupune o cedare de energie a gazului sub forma de caldura.
Practic gazul transformat in lichid a cedat caldura (energie) pentru a-si micsora volumul. Sau se pote spune si ca prin comprimare mecanica gazul este fortat sa-si reduca volumul. Gazul isi creste densitatea. Moleculele incep sa se deplaseze mai greu fortate sa se miste intr-un mediu mai dens si sunt nevoite sa cedeze din energia lor mediului inconjurator adica tevilor prin care circula (in cazul aparatelor schimbatoare de caldura).
Tevile prin care gazul aflat in proces de transformare in lichid circula, devin calde. Acest fenomen (compresia) este asigurat de compresor, in cazul aparatelor schimbatoare de caldura (aparate de aer conditionat sau aparate frigorifice).
Reprezentare schematica a ciclului de functionare prin vaporizare-condensare pentru scimbatoare de caldura: 1) condensator, 2) supapa de expansiune, 3) vaporizator, 4) compresor.
Radiatorul sau condensatorul este acea parte a aparatului care este calda si care trebuie racita.
La frigidere este in spatele frigiderului iar la aparatele de aer conditionat este la unitatea exterioara.
Dupa comprimarea gazului de catre compresor, lichidul rece rezultat este injectat intr-o serpentina metalica (din cupru) care este pozitionata in asa fel incat sa fie parcursa de curentii de aer pe care dorim sa-l racim.
La frigidere constituie partea de congelare (congelatorul) iar la aparatele de aer conditionat unitatea de interior, cea peste care se „sufla”, cu ajutorul ventilatoarelor, aerul care trebuie racit.
Aerul cedeaza caldura (tinde sa incalzeasca serpentina). Lichidul din serpentina tinde prin preluarea acestei calduri sa devina iarasi gaz (se dilata). Agitatia termica (miscarea browniana) creste (moleculele incep sa se miste mai repede). Rezultatul este cresterea presiunii lichidului din serpentina.
La capatul acestei serpentine (partea de iesire) exista o supapa de expansiune. La o anumita valoare a presiunii supapa de expansiune se deschide si lasa lichidul sa se transforme iar in gaz, oferindu-i un spatiu in care sa se dilate. Ca sa se transforme iar in gaz, lichidul are nevoie de caldura. Aceasta este preluata din mediul inconjurator racind tevile.
Ciclul se repeta permanent (cat timp compresorul lucreaza, deci nu in timpul regimului de asteptare „stand by”). Compresorul circula gazul in instalatie.
Ciclul, in cazul aparatelor schimbatoare de caldura este compus dintr-o compresie mecanica (lichefiere) si o dilatare termica (vaporizare).
Termenul de „Schimbator de caldura” se poate intalni si sub forma „Pompa de caldura”. Cei doi termeni definesc acelasi lucru.
Pont: Daca pe radiatorul din spatele frigiderului puneti un prosop ud, radamentul frigiderului creste si implicit cansumul de energie electrica scade. La fel se intampla si in cazul aparatelor de aer conditionat in timpul verii. Cand sunt setate pe racire, daca unitatea exterioara este montata undeva la umbra si are ventilatie buna, randamentul creste.
Agentul termic (gazul) folosit de in cazul aparatelor schimbatoare de caldura se numeste freon.
Acest freon este de mai multe feluri si din cauza aceasta a aparut si se foloseste foarte des termenul de freoni.
Primi freoni folositi, find foarte insabili, in stare libera afectau (distrugeau) patura de ozon. Aparatele nu sunt perfect etanse si pierd in timp freon care se combina cu ozonul distrugandul. Patura de ozon este singurul strat al atmosferei care protejeaza viata, oprind inrtr-o mare masura radiatiile ultraviolete (UW).
De-a lungul timpului s-au sintetizat asa numiti freoni pe cale artificiala care sa nu aiba implicatii ecologice si care sa pastreze calitatile freonilor initiali.
Exista mai multe tipuri de freoni care nu pot fi combinati. Daca un aparat de aer conditionat este realizat cu un anumit tip de freon si doresti sa-i schimbi freonul, este bine sa il inlocuiesti cu acelasi tip de freon pentru conservarea randamentului.
Se poate schimba freonul dar trebuie schimbat tot. Freonii find gaze obtinute prin sinteza si find insabili, nu se recomanda combinarea lor. Combinarea lor poate duce la scaderea randamentului schimbatorului de caldura si chiar la defectrea compresorului prin suprasolicitare.
Concluzie
Chiar si cele mai bune aparate de aer conditionat sau a cele mai bune aparate frigorifice, functioneaza pe acelasi principiu pe care functioneaza si cele mai proaste. Diferenta o face randamentul, fiabilitatea, calitatea matrialelor si componentelor folosite, accesoriile, designul, montajul etc.
