Refrigerare

Refrigerarea este un process de inlaturare a caldurii, in care temperatura mediului ambiant este redusa pentru a pastra mancarea in conditii propice, iar pe latura medicala, aceasta se refera la micsorarea temperaturii corpului in scopuri terapeutice. Principala cale de transport este lucrul mecanic, dar poate fi de asemenea condusa de caldura, magnetism, electricitate, lasere etc. Exista o varietate de modele precum: refrigeratoare de uz casnic, de uz commercial, criogene sau aer conditionat. Pompele de caldura pot utiliza productia de caldura a procesului de refrigerare, si pot fi proiectate pentru a fi reversibile.

Aplicatii in istorie

Recoltarea ghetii

Folosirea ghetii cu scopul de a pastra mancarea in stare buna este considerata o metoda ce tine de istorie. Cu mult timp in urma, majoritatea popoarelor antice precum romanii, grecii, chinezii, obisnuiau sa stranga zapada si gheata, stocandu-le in pesteri sau adaposturi improvizate, captusite cu paie sau alte materiale izolante. Aceste adaposturi erau numite de persani “yakhchal”. Principalul lor scop era de a  pastra alimentele proaspete de-a lungul perioadelor calde. Aceasta tehnica a fost folosita de-a lungul mai multor secole, fiind considerata eficienta.

Refrigerarea chimica a fost descoperita pentru prima oara in secolul al XVI-lea si a constituit un pas important spre noi mijloace de refrigerare. Atunci cand sunt adaugate in apa, nitratul de sodium si cel de potasiu scad temperatura acesteia  si creaza un fel de baie de refrigerare pentru substantele de racie. In Italia, o astfel de solutie a fost folosita pentru a raci vinurile si prajiturile.

In prima jumataate a secolului al XIX-lea, recoltarea ghetii a devenit o afacere profitabila in Statele Unite ale Americii. Cunoscut drept Regele Ghetii, Englander Frederic Tudor a lucrat la dezvoltarea izolarii navelor care transporta gheata, in special a celor care se indreapta catre tropic.

Primele sisteme de refrigerare

Prima metoda de refrigerare artificiala a fost demonstrata de William Cullen la Universitatea din Glasglow din Scotia in anul 1756. Acesta a utilizat o pompa pentru a crea un vid partial peste un container de eter dietilic, care apoi a fiert, absorbind caldura din aer.

In 1758, Benjamin Franklin si john hadley, profesor de chimie la Universitatea Cambridge, au efectuat un experiment cu scopul de a intelege principiul evaporarii ca mijloc de racire rapid al unui obiect. Franklin si Hadley au confirmat faptul ca evaporarea lichidelor foarte volatile precum alcoolul si eterul, ar putea duce la micsorarea temperaturii unui obiect dincolo de punctul de inghet al apei. Cei doi au efectuat experimentul cu ajutorul becului unui termometru cu mercur si cu un burduf folosit pentru a “accelera” evaporarea. Acestia au coborat temperatura bulbului termometrului pana la 7 °F (−14 °C), in timp ce temperatura mediului ambiant a fost de 65 °F (18 °C). Franklin a remarcat ca imediat dupa ce a trecut de punctul de inghet al apei (32 °F), un strat subtire de gheata s-a format la suprafata bulbului termometrului si ca masa ghetii a fost de aproximativ un inci grosime atunci cand au oprit experimentul la 7 °F (−14 °C). Franklin a concluzionat: “Din acest experiment, reiese posibilitatea de a congela corpul unui om chiar si intr-o zi torida de vara.”

in 1805, inventatorul american Oliver Evans a proiectat (nereusind sa si construiasca) un sistem de refrigerare bazat pe compresia vaporilor in ciclu de refrigerare, in defavoarea unor solutii chimice sau lichide volatile  precum etil eter.

In 1820, omul de stiinta britanic Michael Faraday a lichefiat amoniacul si alte gaze folosind presiuni mari si temperaturi scazute.

Jacob Perkins, un american stabilit in Marea Britanie, a obtinut primul brevet pentru un compresia vaporilor in ciclu de refrigerare, in anul 1834. Perkins a construit un un prototip care, desi a fost functional, nu a beneficiat de succes pe piata. In 1842, un fizician american pe nume John Gorrie, a proiectat primul sistem de refrigerare al apei cu scopul de a produce gheata. De asemenea, si ideea de a folosi sistemul sau de refrigerare pentru a crea confortul necesar in case si spitale (ex: aerul conditionat) ii apartine. Sistemul sau comprima aerul, apoi racea partial cu ajutorul apei aerul cald comprimat, inainte de a-i permite sa se extinda in timp ce acesta conducea la evacuarea aerului comprimat. Acea expansiune  entropica, constanta, a racit aerul pana la o temperatura suficient de scazuta pentru a ingheta apa (obtinand gheata), sau pentru a curge “printr-o conducta pentru efectuarea unei altfel de refrigerari” dupa cum se mentioneaza in brevetul sau acordat de catre Oficiul de Brevete din SUA in 1851. Gorrie a realizat un prototip functional, insa acesta s-a dovedit a fi un esec comercial.

 Folosirea pe scara larga

Inca din anul 1870, un client important al fabricilor producatoare de aparate de refrigerare au fost fabricile de bere, desi unele din ele inca mai apelau la gheata recoltata. Desi industria ghetii recoltata s-a dovedid a fi una de succes la sfarsitul secolulului al XX-lea, poluarea si impuritatile au inceput sa afecteze gheata naturala, acest lucru constituind o problema majora in suburbiile metropolitane. Cu timpul, fabricile de bere au inceput sa se planga rand pe rand  de gheata contaminata. Acest lucru a facut ca cererile pentru sistemele de refrigerare moderna sa creasca.

Carl von Linde, profesor inginer la Universitatea Tehnologica Munich din Germania, a patentat in 1876 o metoda imbunatatita de lichefiere a gazelor. Acest proces la care a lucrat, a facut posibila folosirea gazelor precum amoniacul, dioxid de sulf (SO2) si clorura de metil (CH3Cl) pe post de refrigeranti, astfel ca au fost folosite in acest scop pana la sfarsitul anilor ’20.

In anii ’40, au fost introduse in Statele Unite masini frigorifice feroviare pentru a transporta pe rute mici produse lactate. In anul 1867, J.B. Sutherland din Detroit, Michigan, a brevetat masina frigorifica prevazuta cu cisterna de gheata. In acelasi an, in San Antonio, Texas, Andrew Muhl, un imigrant francez, a construit o masina ce producea gheata, pentru a-si ajuta afacerea cu carne de vita sa se extinda inainte de a o muta in Waco in 1871. Brevetul pentru aceasta masina a fost contractat de catre Columbus Iron Works in 1873, o companie achizitionata de W. C. Bradley Co. , care a continuat sa produca primele masini comerciale de produs gheata.

In 1914, in aproape fiecare locatie unde avea loc procesul de ambalare a carnii, era folosita refrigerarea artificiala. Cei mai mari ambalatori de carne:  Armour, Swift si Wilson au achizitionat cele mai scumpe unitati pe care le-au instalat in vagoanele trenurilor si in locatiile de distributie din zonele mai indepartate.

Pana la mijlocul secolului XX, aceste unitati de refrigerare nu erau proiectate pentru a fi instalate pe camioane. Acum insa, astfel de vehicule cu sistem de refrigerare sunt folosite pentru a transporta lucruri perisabile precum mancaruri inghetate, fructe, legume si chiar chimicale sensibile la temperaturi ridicate. Cele mai moderne refrigeratoare pastreaza temperatura intre -40°C si 20 °C si au o sarcina utila maxima de aproximativ 24,000kg greutate cu incarcatura (in Europa).

Folosirea acestora de catre clienti acasa

Odata cu realizarea refrigeratoarelor sintetice (bazate in special pe chimicalul clorofluorocarbon (CFC) ),  a fost posibila utilizarea acestora acasa, de catre clienti. Freonul este o marca inregistrata a Corporatiei Dupont si se refera la aceste CFC-uri, la hidroclorofluorocarburi  (HCFC) si hidrofluorocarburi (HFC), agenti frigorifici dezvoltati la sfarsitul anilor ’20. La vremea respectiva, acestia erau considerati mai putin daunatori decat cei mai des folositi precum: amoniacul, dioxidul de sulf etc.  Principalul scop a fost crearea unui echipament special care sa poata fi folosit acasa fara a reprezenta un pericol, iar raspunsul la aceasta cerinta a fost refrigerantul CFC. In anii ’70, s-a descoperit faptul ca, compusii acestuia reactioneaza cu ozonul din atmosfera (o protective importanta impotriva razelor ultraviolete), astfel ca utilizarea lor ca agenti frigorifici a fost redusa in timpul Protocolului de la Montreal in 1987.

Metode de refrigerare

Refrigerarea non-ciclica

In procesul de refrigerare non-ciclica, racirea se realizeaza cu ajutorul ghetii topite sau prin sublimarea ghetii carbonice (uscate). Astfel de metode sunt folosite numai la scara mica ( ex: laboratoare, lazi frigorifice). Gheata isi datoreaza eficienta ca agent de racire punctului sau de topire (0 °C (32 °F) ) la nivelul marii. Pentru a se topi, gheata trebuie sa absoarba 333.55 kJ/kg (aproximativ 334944 m2/s2) caldura. Produsele alimentare mentinute la o astfel de temperatura s-au dovedit a avea o perioada de stocare mai mare.

Dioxidul de carbon solid nu are faza lichida la presiune atmosferica normala si sublimeaza direct de la solid la gazos la o temperatura de -78.5 °C (-109.3 °F), fiind efcient pentru mentinerea produselor la temperaturi scazute in timpul procesului de sublimare.

Refrigerarea ciclica

In procesul ciclic de refrigerare, caldura este mutata din rezervorul de temperatura scazuta si transferata in rezervorul de temperatura ridicata. In ciclul de putere, caldura este oferita de catre o sursa de caldura ceva mai inalta a motorului, o parte fiind folosita la obtinerea puterii si cealalta fiind eliminata cu ajutorul unui exapament, nu inainte de a trece printr-o zona ceva mai rece. Acest lucru satisface cea  de-a doua lege a termodinamicii. Un astfel de ciclu se refera la schimbarile care au loc intr-un refrigerator- absoarbe si respinge caldura care circula in interiorul sau. Acesta se aplica si in cazul sistemului CVAC (Caldura, Ventilatie si Aer Conditionat).

In mod natural, cursul caldurii este de la cald la rece. Sistemul se foloseste pentru a raci un spatiu locuibil sau pentru volumul de stocare prin pomparea caldurii de la o sursa de temperatura scazuta la o sursa cu o temperatura mult mai ridicata. Izolatia este folosita pentru a reduce munca dar si energia folosita pentru a mentine o temperatura mai scazuta intr-un spatiu rece. Principiul de operare al ciclului de refrigerare a fost descris in termeni matematici de Sadi Carnot in 1824 ca un motor termic. Exista doua tipuri de procese ciclice de refrigerare: ciclul aburului si ciclul gazului. Ciclul vaporului (aburului) este clasificat la randul sau in ciclul de compresie a vaporilor si ciclul de absortie al vaporilor.

Unitatea de refrigerare

Cand facem referire la masurarea capacitatii de refrigerare, vorbim de unitati de putere. In ceea ce priveste refrigeratoarele de uz casnic si cele comerciale, capacitatea acestora poate fi masurata in kJ/s, insa in cea ce priveste sistemele industriale de refrigerare, unitatea principala preferata de majoritate este kilowatt-ul (kW). De obicei, in America de Norm, aceste sisteme comerciale si industriale sunt evaluate in  „tone de refrigerare” (TR- reprezentand rata de indepartare a energiei care ar putea ingheta cu usurinta o tona de apa la 0 °C (32 °F) intr-o singura zi ). Valoarea unei astfel de unitati asa cum a fost stabilita cu ceva timp in urma era de 11,958 Btu/hr (3.505 kW), fiind acum restabilita la exact 12,000 Btu/hr (3.517 kW).

Un factor important in determinarea eficientei unui sistem de ansamblu este coeficientul de putere (CdP), reprezentand capacitatea masurata in kW impartita la energia de intrare (KW) si nu se foloseste in cazul sistemelor de refrigerare in SUA. De obicei, atat producatorii cat si detinatorii unor astfel de sisteme  folosesc factorul de performanta (FP)- energia unui sistem exprimata in cai putere divizata  de capacitatea sa de refrigerare in TR. Atat CdP cat si FP pot fi aplicate fie intregului sistem, fie doar anumitor componente din structura lor.

Inapoi!

[Total: 0    Average: 0/5]
Toate materialele de pe acest site apartin Gko Cryosonics SRL, sunt protejate de Legea Drepturilor de Autor si pot fi reproduse numai cu acordul explicit al autorului. Incalcarea drepturilor de proprietate intelectuala se pedepseste conform Codului Penal