Soggetti:
- Introduzione
- Processo circolare
- Grafico del ph del registro
- Confronta R134a con R1234yf
Introduzione:
Il processo di raffreddamento nel climatizzatore di un'auto sfrutta i cambiamenti nello stato di una sostanza. Durante un cambiamento di stato, come la transizione da liquido a vapore, cambia la struttura molecolare della sostanza, che richiede calore. Il calore viene assorbito quando il liquido si trasforma in vapore e, nel caso opposto, quando si passa dal vapore al liquido, il calore viene rilasciato.
Se osserviamo il trasferimento di calore da e verso l'ambiente, vediamo che durante il processo di evaporazione l'ambiente si raffredda, mentre durante la condensazione viene rilasciato calore e l'ambiente si riscalda. Questo raffreddamento dell'ambiente avviene nell'evaporatore, mentre il riscaldamento avviene nel condensatore. Questo processo si ripete continuamente, motivo per cui è noto come processo circolare.
Nella pagina “Presentazione dell'aria condizionata” viene descritto in modo pratico il ciclo con i vari componenti dell'aria condizionata. In questa pagina approfondiremo ulteriormente questo processo del ciclo attraverso il diagramma del pH logaritmico.
Processo di riciclaggio:
Prima di mostrare un diagramma completo del pH, iniziamo con il processo del ciclo di condizionamento dell'aria. In questo ciclo di processo utilizziamo lo schema del refrigerante R134a. In questo diagramma si distinguono tra loro le aree del gas, del gas-liquido e del liquido. Il punto critico è in alto, a 101 gradi Celsius e una pressione di 40 bar. Queste sono la temperatura e la pressione massime alle quali il refrigerante è chimicamente stabile. Il contenuto di calore (entalpia) viene tracciato rispetto alla pressione sull'asse x. Anche se spesso lo chiamiamo “grafico del pH”, in realtà è un “grafico del pH log” a causa della scala logaritmica.
- Nel punto 1 dello schema si avvia il compressore che aspira il refrigerante dall'evaporatore. La pressione è di 2 bar;
- Il gas viene compresso da 1 a 2, aumentando la pressione e il contenuto di calore. La pressione e la temperatura salgono a 15 bar e 70 gradi Celsius. Il gas è surriscaldato;
- A causa del rilascio di calore nel condensatore, il contenuto di calore diminuisce e quindi inizialmente la temperatura. Il gas perde il suo surriscaldamento tra i punti 2 e 3, facendo scendere la temperatura da 70 a 55 ° C.
- Dal punto 3 al punto 4 si ha rilascio di calore a temperatura costante. Qui il gas viene convertito in liquido. La pressione rimane costante;
- Un ulteriore raffreddamento fa sì che il liquido diventi leggermente sottoraffreddato (da 4 a 5). Il liquido sottoraffreddato sotto l'alta pressione di 15 bar raggiunge una strozzatura nel punto 5: il capillare o valvola di espansione. Qui l'alta pressione viene separata dalla bassa pressione. Del compressore possiamo anche dire che la pressione di scarico è separata dalla pressione di aspirazione.
A causa dell'improvviso calo di pressione nella strozzatura, il punto di ebollizione del refrigerante nella fase liquida si abbasserà, provocando un'evaporazione spontanea. Il calore necessario a tale scopo viene prima estratto dal refrigerante stesso e dall'ambiente circostante. Questo rimane il contenuto di calore è quasi costante. Successivamente avviene l'evaporazione completa nell'evaporatore dal punto 6 al punto 1. La temperatura di ebollizione del refrigerante scende tra i punti 5 e 6 di 50° C a -10°C, eventualmente riscaldandosi fino al punto 1 come gas a 0°C. Il contenuto di calore del refrigerante aumenta, mentre il calore necessario viene estratto dall'ambiente, in questo caso dall'aria che passa attraverso l'evaporatore. La pressione e la temperatura rimangono praticamente costanti. Il refrigerante esce dall'evaporatore sotto forma di vapore e viene nuovamente risucchiato dal compressore nel punto 1. Il processo si ripete.
Grafico del registro del pH:
Nella sezione precedente è stato mostrato il diagramma logaritmico del pH che mostra il processo del ciclo (dall'evaporazione alla condensazione del refrigerante. L'immagine seguente mostra la condizione del refrigerante ad una certa pressione in relazione all'entalpia (contenuto di calore), in cui il processo di riciclaggio è indicato dalla linea blu scuro.
Sul lato sinistro del diagramma c'è l'area del fluido. A bassa entalpia il refrigerante è in forma liquida. All'aumentare dell'entalpia si raggiunge la linea liquida. La pendenza di questa linea indica le variazioni di pressione ed entalpia per la fase liquida.
Al centro del diagramma c'è la zona del vapore saturo. Qui il refrigerante è in equilibrio termico, con presenza sia di liquido che di vapore.
A destra vediamo la linea del vapore saturo, che segna il limite oltre il quale il refrigerante è completamente evaporato e si trova in una fase di vapore surriscaldato.
Nella parte superiore del diagramma si trova il punto critico, che segna il confine tra liquido e vapore. Qui scompare la distinzione tra fase vapore e fase liquida, lasciando il refrigerante in uno stato unico. Non esiste una transizione chiara tra liquido e vapore.
Per fornire maggiori informazioni sul diagramma log-ph, sono state aggiunte diverse curve al diagramma seguente: isoentropica, isotermica, isocora e qualità del vapore. Nel disegno sottostante vediamo ancora una volta il processo circolare (colorato in grigio) con la progressione degli altri processi. Ecco una breve spiegazione di ogni cambiamento di stato:
Isoentropico: la linea isoentropica è caratterizzata da entropia costante. Ciò significa che durante un processo lungo questa linea il refrigerante non ha scambio di calore con l'ambiente e non subisce alcuna variazione di entropia. Nello schema è una linea di processo adiabatica (senza scambio di calore) efficiente.
Isoterma: Una linea isotermica nel diagramma log-pH rappresenta un processo a temperatura costante. Durante questo processo, la temperatura del refrigerante rimane costante, il che significa che il calore viene fornito o rimosso per mantenere costante il rapporto pressione-entalpia (ph).
Isocore: Una linea isocora nel diagramma log-pH rappresenta un processo a volume costante. Durante questo processo, il volume specifico del refrigerante rimane costante, ovvero non si verifica alcuna variazione di volume. Ciò consente allo stile della linea di spostarsi verso l'alto o verso il basso nel diagramma a seconda di altri cambiamenti come la pressione e l'entalpia.
- Qualità del vapore: In una tabella del pH del registro del refrigerante, l'asse x indica l'intervallo di qualità, da “x=0” (completamente liquido) a “x=1” (completamente gassoso). Tra questi estremi, il refrigerante è in uno stato bifase, con il valore x che indica il rapporto tra gas e liquido. Una linea da “x=0,10” a “x=0,90” nel diagramma indica che il refrigerante rientra in questo intervallo bifase, con il valore x specifico che indica la partizione gas/liquido. Ciò è fondamentale per comprendere il comportamento del refrigerante in applicazioni quali sistemi di refrigerazione e condizionamento dell'aria.
Nell'immagine sotto vediamo un diagramma log completo del pH del refrigerante R134a.
Confronta R134a con R1234yf:
Utilizzando il diagramma log del pH è possibile confrontare tra loro diversi tipi di refrigeranti. La figura seguente mostra i diagrammi logaritmici del pH e i processi di riciclaggio dell'R134a e dell'R1234yf.
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