¿Cuál es el principio de refrigeración del frigorífico?

Confiamos en el refrigerante y utilizamos la reacción endotérmica o exotérmica de los cambios de materia en tres estados para lograr el efecto de "refrigeración". Este es el principio más básico del refrigerador...

Calor, La relación entre el frío y la temperatura

Explicado desde la ciencia molecular, el calor es un tipo de energía de movimiento molecular. Debido a que toda la materia está compuesta de innumerables moléculas, y todas estas moléculas se mueven rápida e irregularmente, la energía cinética promedio de este movimiento es también la temperatura. Cuando las moléculas se mueven más rápido, el calor aumenta y la temperatura aumenta; por el contrario, cuando las moléculas se mueven lentamente, el calor disminuye y la temperatura disminuye. Esto es como si la luz se atenuara cuando se debilita, por lo que si deseas reducir la temperatura de un objeto, solo necesitas eliminar parte del calor contenido en él.

El calor es una condición necesaria para la creación y el desarrollo de la vida, pero también acelera la destrucción y destrucción de la vida; el frío es el término relativo del calor: si no hace calor, hace frío. se quita el calor, hace frío. Por lo tanto, frío generalmente significa "baja temperatura". El frío dificulta la creación y el desarrollo de la vida, pero también retrasa el crecimiento y la proliferación de las células. Por lo tanto, también retrasa la destrucción y destrucción de la vida y ayuda a mantener la vida. Por lo tanto, los alimentos deben almacenarse con "frío".

La temperatura se utiliza para representar con precisión el grado real de "frío" o "calor" de un objeto. No es un tipo de energía térmica. Cuanto mayor es la temperatura, es decir, cuanto más rápido se mueven las moléculas del material, mayor es la energía cinética de las propias moléculas, y cuanto más calor tienen, menor es la temperatura, más lento es el movimiento de las moléculas del material; y cuanta más energía tienen las moléculas, cuanto más pequeñas, menos calor. Por lo tanto, la temperatura sólo indica la energía de cada molécula en la sustancia y el grado percibido de calor y frío. No indica la cantidad de calor de la sustancia, porque el calor de la sustancia es la suma de la energía de las moléculas. . Por ejemplo, hay dos bloques de hierro de diferentes pesos, uno pesa 1 kilogramo y tiene una temperatura de 60°C, y el otro pesa 20 kilogramos y tiene una temperatura de 30°C, aunque la temperatura de este último es menor que esa. del primero, su calor es mayor que el del primero.

Calor

A mediados del siglo XVIII, los experimentos realizados por el profesor escocés J. Black y su asistente J. Watt descubrieron que el calor no sólo se puede medir en cantidad. Indica que su " La fuerza" también se puede medir.

El termómetro era producto de aquella época y se utilizaba para indicar la intensidad del calor. En cuanto a la cantidad de calor indicada, los científicos primero establecieron una unidad básica de calor como base para la medición. Es decir, acordaron unánimemente que el calor necesario para elevar la temperatura de 1 libra de agua en 1°F se llama Térmica Británica. Unidad o BTU. (La unidad métrica de calor son las kilocalorías, que es el calor necesario para elevar la temperatura de 1 kilogramo de agua en 1 °C. La relación de conversión es 1 BTU = 252 calorías, 1 kilocaloría = 3,9 BTU).

Sabemos que el agua debe fluir de mayor a menor, el flujo de aire también fluirá de alta presión a baja presión, lo cual es una tendencia natural, y el calor también fluirá de alta temperatura a baja temperatura (ver Figura 1), así que si quieres Para que el calor de un objeto fluya hacia otro, debe haber una diferencia de temperatura entre los dos objetos. Si la temperatura de B es menor que la de A, cuando los dos entran en contacto o se mezclan, el calor debe fluir de A a B. A pierde calor y la temperatura disminuye, pero B gana calor y la temperatura aumenta hasta que las dos temperaturas se igualan. igual. Para A a B, B es un "cuerpo refrigerante"; para B a A, A es un "cuerpo calefactor".

Un frigorífico no enfría directamente los alimentos, sino que en realidad saca el calor de los alimentos de la caja. Por eso, cuando hablamos de congelación, debemos hablar primero del calor. El calor es un tipo de energía. La energía se puede transferir o transformar en otro tipo de energía, pero nunca desaparecerá ni se producirá sin motivo alguno.

El calor debe fluir desde un objeto de mayor temperatura (más caliente) a un objeto de menor temperatura (más frío). Este es el principio básico utilizado en los refrigeradores.

Tres Estados de la Materia

Existen tres formas de la materia: sólida, líquida y gaseosa.

Los tres estados de la materia suelen cambiar debido a la absorción de calor o la liberación de calor, por eso utilizamos las reacciones endotérmicas y exotérmicas de los cambios en los tres estados de la materia para lograr nuestros propósitos de "enfriamiento". " y "calefacción". En aplicaciones de refrigeración, utilizamos los cambios físicos entre líquidos y gases para lograr el efecto de "refrigeración", es decir, nos basamos en la absorción de calor generada cuando una sustancia química llamada "refrigerante" se condensa y se evapora en el sistema de refrigeración. liberación, que también es uno de los principios básicos utilizados en los refrigeradores.

Calor sensible y calor latente

Existen dos tipos de energía térmica: calor sensible y calor latente.

En los tres estados de la materia, si el aumento o disminución de calor hace que la temperatura de la sustancia suba o baje sin cambiar la forma de la sustancia, se llama calor sensible o calor sensible. Es decir, el calor provocado por el cambio de temperatura provocado por un objeto que absorbe o libera calor. Por ejemplo, el agua a 0°C cambia a 100°C. Este es el calor que se puede medir y sentir con un termómetro.

En los tres estados de la materia, si el aumento o disminución de calor solo cambia la forma de la sustancia y no produce una reacción de subida o bajada de temperatura, el calor añadido o absorbido por la sustancia se llama Calor latente o calor oculto. Por ejemplo, el hielo a 0°C se transforma en agua a 0°C, y el agua a 100°C se transforma en vapor de agua a 100°C. La temperatura no cambia, pero el estado físico cambia completamente. El calor requerido se llama latente. calor.

La fusión de varios objetos tiene el mismo fenómeno, es decir, cuando es sólido, absorbe calor y aumenta su propia temperatura hasta alcanzar el punto de fusión del objeto. El punto de fusión de cada objeto es diferente. Cuando alcanza el punto de fusión, el objeto comienza a absorber mucho calor, pero la temperatura se detiene. Simplemente comienza a cambiar de forma, fundiéndose de sólido a líquido y, de manera similar, el líquido se evapora y se convierte en gas, y ocurre el mismo proceso.

Aplicación del calor latente

Cada sustancia tiene dos tipos de calor latente El primero es el calor absorbido al fundir un sólido en un líquido. Este calor se denomina "calor latente de fusión". ", como La fusión del hielo en agua requiere absorción de calor (ver Figura 2a); el segundo tipo es el calor absorbido por el líquido que se evapora al estado gaseoso. Este calor se llama "calor latente de evaporación", como el agua hirviendo. y evaporándose en vapor de agua (ver Figura 2b). Por el contrario, el calor liberado cuando un líquido se condensa en estado sólido se denomina "calor latente de condensación"; el calor liberado cuando un gas se condensa en estado líquido se denomina "calor latente de condensación". Por ejemplo, el calor latente de fusión del agua es de 80 calorías/g y el calor latente de evaporación es de 539 calorías/g.

En la aplicación de la ingeniería de refrigeración, la utilización del calor latente es la más importante. En términos generales, el "calor latente" es mucho mayor que el "calor sensible". El calor latente de evaporación absorbe más calor que el calor latente de fusión. La maquinaria de refrigeración utiliza el calor latente de evaporación y condensación del refrigerante para alcanzar la baja temperatura que necesitamos. Los refrigeradores modernos también utilizan este fenómeno para lograr el propósito de absorber calor y enfriar.

La relación entre calor y temperatura

La temperatura a la que una sustancia cambia de forma depende de su presión. Cuanto mayor es la presión, mayor es la temperatura al cambiar de forma; a la inversa, cuanto menor es la presión, menor es la temperatura al cambiar de forma, por lo que la temperatura al cambiar de forma cambia en proporción a la presión. Por ejemplo, bajo una atmósfera de presión, la temperatura de evaporación (temperatura de ebullición) del agua es de 100°C. Si se aumenta la presión, el agua debe hervir a una temperatura superior a 100°C. Por el contrario, si se reduce la presión. a una atmósfera, la temperatura de evaporación debe ser de 100°C.

Si ponemos una sustancia a baja presión, si la presión hace que se evapore y absorba calor en un gas a baja temperatura, y luego comprimimos el gas evaporado para aumentar su presión, de modo que pueda evaporarse. a una temperatura más alta, la condensación libera calor en un líquido y luego se evapora a baja presión y baja temperatura. En este ciclo, los trópicos de baja temperatura se llevan a temperaturas altas y los trópicos de la habitación de menor temperatura se trasladan a la temperatura más alta. temperaturas más altas al aire libre, logrando así el propósito de "enfriar" la habitación. Por lo tanto, cuanto mayor sea el calor latente de evaporación de dichos materiales reciclados, más significativo será el efecto de refrigeración y más rápida será la refrigeración. Por lo tanto, en proyectos de refrigeración, todos utilizamos materiales con mayor calor de evaporación como refrigerantes reciclados.

Los científicos holandeses Van Marum y Van Troostwyk descubrieron que cuando un gas se comprime en un líquido, también se libera el calor latente de evaporación originalmente absorbido por el líquido.

Descubrieron que cada objeto se condensaba a la misma temperatura a la que hervía. Esta era una temperatura muy distinta, nada tolerante, como una línea divisoria. Es líquido en un lado del límite y se vuelve gaseoso una vez que cruza esta línea divisoria de temperatura. Ya sea de lo caliente a lo frío o de lo frío a lo caliente, la línea divisoria separa claramente estas dos formas.

Lo más importante es que la "presión" puede desplazar esta línea divisoria de temperatura. Por ejemplo, el agua hierve hasta convertirse en vapor a 100 °C y el vapor se condensa en agua a esta temperatura. Por encima de 100 °C, es un estado gaseoso, y por debajo de 100 °C, es un estado líquido. línea entre los dos estados. Pero si se aplica presión al vapor, no se condensará a 100°C, sino a una temperatura superior a 100°C. Cambiar la cantidad de presión aplicada puede cambiar la temperatura a la que se condensa el vapor.

El refrigerante amoniaco hierve y se evapora a -33 °C, y la temperatura de su vapor es sólo ligeramente superior a esta temperatura, por lo que el vapor de baja temperatura aún absorbe calor del aire interior. Si esperamos que el vapor de amoníaco pueda liberar calor para que lo absorba el aire interior, la temperatura del vapor debe elevarse por encima de la temperatura del aire interior, es decir, la temperatura de condensación del vapor debe elevarse por encima de la temperatura del aire.

Esto sólo se soluciona con presión. La presión puede comprimir el vapor, por lo que la temperatura aumenta. Dado que la temperatura es solo una medida de la intensidad del calor, la concentración de calor muestra un aumento de temperatura, y su temperatura también puede aumentar sin agregar calor adicional. El calor se puede transferir al exterior y licuar.

Describir tanto conocimiento relevante no es más que facilitar que las personas comprendan el proceso de refrigeración del refrigerador, porque los diversos fenómenos mencionados anteriormente son requisitos principales indispensables para las aplicaciones de refrigeración.

Sistema de refrigeración

La figura 3 es el proceso del ciclo de refrigeración más simple. La figura muestra cómo el refrigerante absorbe calor y libera calor para lograr el efecto de enfriamiento. Si observamos detenidamente el frigorífico de nuestra casa, veremos que no se diferencia del sistema que se muestra en la imagen.

La imagen 4 es un refrigerador moderno. Supongamos que se han retirado todas las cosas del refrigerador. El refrigerador vacío se verá así, excepto que las conexiones de las tuberías también se muestran en la imagen. componentes:

1. Evaporador

El evaporador (ver Figura 4a) está hecho de dos placas de metal con múltiples ranuras soldadas entre sí. La ranura se convierte en un tubo canal para el refrigerante líquido. El refrigerante se evapora en estos tubos y absorbe el calor en la caja para convertirse en gas, que luego sale del refrigerador.

2. Compresor

Cuando el vapor refrigerante se descarga del frigorífico, se debe eliminar el calor contenido en él y devolverlo a su estado líquido original para su reutilización.

El refrigerante líquido puede hervir a temperaturas muy bajas bajo cero, mientras que la temperatura del vapor del refrigerante es sólo ligeramente superior a la del líquido, todavía muy bajo bajo cero, por lo que no puede hervir a temperatura ambiente normal (es decir, 15 ~ 37 ℃) enfríe. Debido a que el calor sólo puede fluir de una temperatura alta a una temperatura baja, nunca puede fluir de una temperatura baja a una temperatura alta.

Por lo tanto, se necesita un compresor para comprimir el vapor, de modo que el volumen se hace más pequeño y la temperatura aumenta, superando la temperatura del aire interior, luego se puede descargar el calor. Otra función es que el evaporador genera baja presión y el condensador genera alta presión. El refrigerante puede fluir solo cuando las presiones son diferentes.

3. Condensador

El condensador (ver Figura 4b) es cuando el refrigerante gaseoso de alta presión y alta temperatura se envía aquí desde el compresor, puede liberar calor de manera efectiva, lo que permite el refrigerante se condense y se recupere en líquido.

4. Filtro secador

Su función es filtrar la humedad y las impurezas del refrigerante.

Por lo general, queda una cantidad muy pequeña de humedad en el sistema de refrigeración. Durante el uso prolongado, se producirá humedad debido a la descomposición del aceite lubricante en el sistema de refrigeración. necesario para evitar que la humedad se congele en los tubos capilares y obstaculice la circulación del refrigerante, o pueda condensarse en el evaporador y reducir la eficiencia del sistema de refrigeración. Además, el agua y el refrigerante reaccionan para formar ácido, que corroerá el metal y provocará fallas en el ciclo de refrigeración.

Esta estructura consiste en instalar una red cortina en forma de copa en la entrada para filtrar las impurezas del refrigerante y sellar un desecante (generalmente compuesto de sílice, sulfato de calcio, óxido de calcio, etc.) para absorber la humedad en el sistema .

Además de las piezas mencionadas anteriormente, hay otra pieza que en realidad no realiza ninguna carga de trabajo sustancial, pero controla el flujo de refrigerante por todo el sistema.

Para que el compresor acumule presión en el condensador, debe haber cierto grado de resistencia en el extremo de descarga. Al mismo tiempo, el evaporador también debe mantener una presión baja para facilitar la ebullición y. evaporación del refrigerante líquido. El evaporador debe tener baja presión en el lado de succión del compresor y el condensador debe tener alta presión en el lado de descarga. Hay una tubería conectada entre la salida del condensador y la entrada del evaporador. Esta tubería no se puede desbloquear; de lo contrario, las presiones alta y baja se equilibrarán inmediatamente y el compresor no podrá establecer una diferencia de presión alta y baja. Sin embargo, no se puede bloquear por completo. De lo contrario, el refrigerante no podrá circular. Por lo tanto, esta tubería debe tener resistencia para permitir la separación de altas y bajas presiones y permitir el paso de la cantidad requerida de refrigerante circulante. El tubo capilar tiene este efecto.

5. Tubo capilar

El diámetro del tubo capilar (ver Figura 4c) es muy pequeño, lo que puede producir la resistencia requerida, permitiendo al compresor establecer la presión requerida para la condensación. Por otro lado, el refrigerante líquido se ralentiza. Al hacerlo, se genera una caída de presión, facilitando que el refrigerante se evapore en el evaporador.

6. Control de temperatura

Cuando la temperatura del refrigerador ha bajado lo suficiente, es necesario detener el compresor. El termostato es un interruptor de temperatura que puede detectar la temperatura ambiente. Conecta o abre los contactos del circuito para arrancar y detener el compresor para mantener el rango de temperatura requerido en el refrigerador. Este control se utiliza en refrigeradores domésticos.

La estructura del termostato se muestra en la Figura 5. La tubería cerrada conectada por la caja de aire, el tubo capilar y el cilindro sensor de temperatura está llena de refrigerante.

El cilindro sensor de temperatura se coloca en el evaporador (consulte la Figura 8). Cuando la temperatura del evaporador aumenta, el cilindro sensor de temperatura absorbe calor y expande el gas refrigerante. Por lo tanto, la caja de aire se expande y empuja la "varilla de acción", lo que hace que los contactos plateados entren en contacto (se cierren). Por el contrario, cuando la temperatura del evaporador desciende a cierto nivel, el gas refrigerante se contrae y la caja de aire se contrae, lo que hace que los contactos plateados se abran. Al conectar los contactos plateados en serie al cable de alimentación del motor del compresor, el compresor puede funcionar y detenerse automáticamente en el momento oportuno para mantener constante la temperatura de congelación. La Figura 6 muestra la ubicación del termostato en el circuito frigorífico.

7. Refrigerante

El refrigerante se encarga de absorber el calor y liberarlo cuando cambia su forma, por lo que es necesario elegir un refrigerante con buen rendimiento para trabajar satisfactoriamente. Los requisitos para que el refrigerante pueda hervir a bajas temperaturas o a temperaturas cercanas al punto de congelación del agua antes de que pueda usarse para enfriar y conservar alimentos. También debe ser no tóxico ni explosivo, y debe poder mezclarse con aceite de refrigeración para lubricar el compresor.

El refrigerante freón se obtiene reorganizando las moléculas de tetracloruro de carbono (CCI4). El tetracloruro de carbono se puede utilizar como agente extintor y agente de limpieza y es un líquido químico común. Retire dos de los cuatro átomos de cloro (CI4) y agregue dos átomos de flúor (F2) para formar un nuevo agente químico con la fórmula molecular CCI2F2 (difluorodiclorometano), que es el clorofluorocarbono 12 (R-12 o F-12) comúnmente utilizado.

Después de realizar diferentes combinaciones de los tres átomos de carbono, cloro y flúor en la molécula, se inventaron muchos refrigerantes de clorofluorocarbonos artificiales, cada uno de los cuales tiene diferentes puntos de ebullición y son adecuados para diversas ocasiones (ver Tabla 1).

Actualmente, el clorofluorocarbono es el refrigerante más adecuado y se utiliza mucho en sistemas de refrigeración de todos los tamaños.

Proceso del ciclo del sistema frigorífico

Hemos descrito los componentes principales del frigorífico. Ahora combinamos todos los componentes para ver el proceso de funcionamiento del frigorífico. (Ver Figura 7)

Cuando el refrigerante líquido de baja presión y baja temperatura fluye a través del evaporador, debido a que su temperatura es menor que la temperatura dentro de la caja, la existencia de esta diferencia de temperatura provoca que el calor de la comida en la caja será absorbida por el refrigerante, y el refrigerante después de absorber el calor, se evapora a un estado gaseoso (calor latente de evaporación) y luego regresa al compresor, donde se comprime a alta presión y alta -Temperatura del refrigerante gaseoso y enviado al condensador. En este momento, la temperatura del refrigerante es superior a la temperatura del aire fuera de la caja. Y debido a esta diferencia de temperatura, el refrigerante libera el calor absorbido en la caja y el calor es absorbido por el aire. Después de que el refrigerante libera calor, se condensa en un estado líquido (calor latente de condensación) y luego pasa a través del tubo capilar. Debido a la resistencia del tubo capilar, la presión del refrigerante se reduce. se ve obligado a absorber parte de su propio calor en el proceso capilar en respuesta a la caída repentina de presión. Cuando la temperatura aumenta, parte del refrigerante se evaporará a un estado gaseoso (para todo el refrigerante líquido, solo se evapora una pequeña cantidad, este fenómeno es llamado flasheo). El refrigerante líquido que sale del capilar y ingresa al evaporador continuará circulando, evaporándose y absorbiendo calor y logrará el propósito de refrigeración.

La fusión de los tipos de refrigeración y congelación

El refrigerador doméstico combina una cámara de congelación de baja temperatura y una cámara de almacenamiento en frío ligeramente por encima del punto de congelación. La cámara superior almacena pescado y la cámara inferior. almacena alimentos frescos. Para frutas, verduras, bebidas, etc., la segunda cámara utiliza un conjunto de compresor y condensador.

El principio de funcionamiento se muestra en la Figura 8. El refrigerante se envía primero a la cámara de congelación y la temperatura interior es de aproximadamente -25 °C. El refrigerante líquido que no se ha evaporado ni hervido en la cámara de congelación se envía luego al tubo de la placa de enfriamiento, donde continúa evaporándose y absorbiendo calor, suficiente para mantener una temperatura adecuada para almacenar frutas y verduras frescas en el frío. sala de almacenamiento, aproximadamente 5°C.

En resumen, el refrigerante líquido primero llega al serpentín de la cámara de congelación, luego pasa a través de la placa de enfriamiento de la cámara fría y finalmente es aspirado nuevamente al compresor.