instalatii cu freoni

7/24/2019 Instalatii Cu Freoni

1/18

CAPACITATEA INDUSTRIEI CHIMICE DE A PRODUCE SUBSTANECU UN SET DE PROPRIETI CUNOSCUTE. FREONII

Principiul de funcionare a instalaiilor frigorifice i pompelor de cldur

Instalaiile frigorifice i pompele de cldur,sunt maini termice care au rolul de a preluacldur de la un mediu avnd temperatura mai sczut i de a o ceda unui mediu avndtemperatura mai ridicat, aa cum se observi pe schema energeticdin figura 1. Aceastschem poate s fie considerat cel mai simplu model de instalaie frigorific, deoarece nuconine nici un element de naturconstructiv. Din acest punct de vedere, poate sfie asimilatcu o "cutie neagr",care trebuie deschis pentru a i se studia principiul de funcionare icomponena.

Fig. 1Schema energetica instalaiilor frigorifice i a pompelor de cldur

Mediul cu temperatura mai sczut, de la care se preia cldureste denumit sursa rece, iarmediul cu temperatura mai ridicat, cruia i se cedeaz cldur, este denumit sursa cald.Deoarece au capacitate termicinfinit, temperaturile surselor de cldurrmn constantechiar dacacestea schimbcldur.

Puterea termic absorbit de la sursa rece a fost notat cu 0Q& , iar puterea termic cedat

sursei calde, a fost notat cu kQ& .

Conform principiului doi al termodinamicii, pentru transportul cldurii, n condiiileprezentate, este necesar un consum de energie, notat cu P.

Agentul de lucru,care evolueazn aceste instalaii, este denumit agent frigorific.

Pentru a putea s preia cldur de la sursa rece, agentul frigorific trebuie s aibtemperatura mai micdect aceasta.


2/18

n timpul prelurii de cldurde la sursa rece, agentul frigorific se poate comporta n doumoduri diferite:

- se poate nclzi mrindu-i temperatura;- poate s-i menintemperatura constant.

Cele douposibile variaii de temperatur(t) a agentului de lucru, de-a lungul suprafeelor deschimb de cldur(S), sunt prezentate n figurile 2 i 3. Cu tra fost notattemperatura surseireci, iar sgeile reprezintsensul transferului termic (de la sursa rece la agentul frigorific).

Este evident cmeninerea constanta temperaturii agentului frigorific n timpul prelurii decldur, este posibilnumai n condiiile n care se produce transformarea strii de agregare ianume vaporizarea.

Fig. 2nclzirea agentului de lucru n timpulprelurii de cldur

Fig. 3Absorbia de cldurde la sursa rece, cumeninerea constanta temperaturii

Relaiile pentru calculul cldurii absorbite (Q0) n cele dousituaii sunt:],kJ[tcmQ p10 = (1)

pentru cazul fr schimbarea strii de agregare, unde m1[kg] este cantitatea de agent delucru care se nclzete, cp[kJkg

-1K] este cldura specific, iar t[K] este variaia temperaturiiagentului frigorific ntre strile de ieire i intrare, n contact termic cu sursa rece, respectiv:

],kJ[rmQ 20 = (2)

pentru cazul cu schimbarea strii de agregare,unde m2[kg] este cantitatea de agent de lucrucare vaporizeaz, iar r[kJkg-1] este cldura latent de vaporizare a agentului frigorific, latemperatura de vaporizare t0.

Pentru a se realiza un transfer termic eficient, n practict este limitat la cel mult ctevagrade.

n aceste condiii, pentru orice substanr>>cpt. Comparnd relaiile (1) i (2) apare evidentc pentru a absorbi aceeai cldur Q0, fr schimbarea strii de agregare, este necesar ocantitate mult mai mare de agent frigorific, dect n cazul cu schimbarea strii de agregare,deci m1>>m2. Acesta este unul din motivele pentru care este preferabil varianta cuschimbarea strii de agregare.Un alt motiv, este reprezentat de faptul ctransferul termic ladiferene mari de temperatur(situaie n care s-ar putea reduce cantitatea de agent frigorific),este nsoit de ireversibiliti care determin creterea cantitii de lucru mecanic, necesar

funcionrii instalaiilor de acest tip.


3/18

Dac se consider cazul funcionrii continue a acestor tipuri de instalaii, mrimeacaracteristicpentru intensitatea transferului termic nu mai este cldura, ci puterea termicabsorbit de agentul frigorific de la sursa rece, mrime notat cu 0Q& . n cazul instalaiilor

frigorifice aceastmrime este denumitiputere frigorific.Pentru a rescrie relaiile (1) i(2), folosind aceastmrime, cantitile de agent frigorific, m1i m2, trebuie sfie nlocuite cudebitele masice, notate cu 1m& respectiv 2m& . Dac se mpart cele dou relaii la timp, seobine:

],kW[tcmQ p10 = && (3)

].kW[rmQ 20 = && (4)

n aceast situaie, transferul termic dintre sursa rece i agentul frigorific, n condiiilevaporizrii celui din urm, este caracterizat prin debite masice mult mai reduse dect nabsena schimbrii strii de agregare.

Pentru a putea s cedeze cldur sursei calde, agentul frigorific trebuie s aibtemperatura mai mare dect aceasta.

n timpul cedrii de cldur ctre sursa cald, agentul frigorific se poate comporta, ca i ncazul interaciunii termice cu sursa rece, n aceleai doumoduri diferite:

- se poate rci micorndu-i temperatura;- poate s-i menintemperatura constant.

Cele douposibile variaii de temperatur(t) a agentului de lucru, de-a lungul suprafeelor deschimb de cldur(S), sunt prezentate n figurile 4 i 5. Cu tca fost notattemperatura surseicalde, iar sgeile reprezint sensul transferului termic (de la agentul frigorific spre sursa

rece).

Este evident cmeninerea constanta temperaturii agentului frigorific n timpul cedrii decldur, este posibilnumai n condiiile n care se produce transformarea strii de agregare ianume condensarea.

Fig. 4Rcirea agentului de lucrun timpul cedrii de cldur

Fig. 5Cedarea de cldurspre sursa cald,cu meninerea constanta temperaturii


4/18

Relaiile pentru calculul cldurii cedate (Qk) n cele dousituaii sunt:],kJ[tcmQ p1k = (5)

pentru cazul fr schimbarea strii de agregare, unde m1[kg] este cantitatea de agent delucru care se rcete, cp[kJkg

-1K] este cldura specific, iar t[K] este variaia temperaturiiagentului frigorific ntre strile de intrare i ieire, n contact termic cu sursa cald, respectiv:

],kJ[rmQ 2k = (6)pentru cazul cu schimbarea strii de agregare,unde m2[kg] este cantitatea de agent de lucrucare condenseaz, iar r[kJkg-1] este cldura latent de condensare a agentului frigorific latemperatura de condensare tk, egalcu cldura latentde vaporizare la aceeai temperatur.

Din aceleai considerente, menionate la schimbul de cldurcu sursa rece, pentru a avea untransfer termic eficient cu sursa cald, t este limitattot la cel mult cteva grade.

Acelai raionament aplicat n situaia prelurii de cldurde la sursa rece, evideniazci ncazul transferului termic dintre agentul frigorific i sursa cald, este necesaro cantitate mai

micde agent frigorific n varianta cu schimbarea strii de agregare, motiv pentru care estepreferabilvarianta cu schimbarea strii de agregare.

Pentru cazul funcionrii continue a acestor tipuri de instalaii, utiliznd puterea termiccedatde agentul frigorific sursei calde, sau puterea termica condensatorului, mrime notatcu kQ& i debitele masice, notate tot cu 1m& respectiv 2m& , mprind relaiile (5) i (6) la timp,se obine:

],kW[tcmQ p1k = && (7)

].kW[rmQ 2k = && (8)

Din nou transferul termic dintre sursa de clduri agentul frigorific, n condiiile schimbriistrii de agregare, este caracterizat prin debite masice mult mai reduse dect n absen aacesteia.

Acest aspect are implicaii importante asupra ntregii instalaii. Debite mai reduse nseamnconsumuri de energie mai reduse pentru vehicularea agentului de lucru, diametre mai reduse

pentru conducte, respectiv elemente geometrice mai reduse din punct de vedere dimensional,pentru schimbtoarele de cldur.

Din motivele prezentate anterior, n majoritatea covritoare a instalaiilor frigorifice i apompelor de cldur, este preferat transferul termic ntre agentul de lucru i sursele decldur, prin schimbarea strii de agregare.

Cele dou aparate componente ale instalaiei frigorifice, sau pompei de cldur, aflate ncontact cu sursele de cldur, sunt unele dintre cele mai importante pri ale acestor instalaiii se numesc, vaporizator (notat cu V) i condensator (notat cu K).

Efectul util al instalaiilor frigorifice,saufrigul artificial,se realizeazn vaporizator,prinpreluare de cldurde la sursa rece.

Efectul util al pompelor de cldur, se realizeaz n condensator,prin cedare de cldursursei calde.


5/18

Conform principiului doi al termodinamicii, cldura nu poate s treacde la sine, de la o

temperatur mai sczut (sursa rece) la una mai nalt (sursa cald), fr un consum de

energie (mecanicsau de altnatur) din exterior.

Energia consumat din exterior, pentru funcionarea instalaiei, este o putere mecanic sau

termic, a fost notatpe figura 1 cu P i se msoarn [kW].

Dacse efectueazun bilanenergetic de puteri pentru instalaiile frigorifice, sau pompele decldur, respectiv dacse aplicprincipiul nti al termodinamicii, se observcsuma dintre

puterile introduse n sistem, adic putetrea termic a vaporizatorului 0Q& i puterea P, este

egalcu puterea termicevacuatdin sistem i anume puterea termica condensatorului kQ& .Matematic acest lucru se poate scrie sub forma:

].kW[PQQ 0k += && (9)

Temperaturii t0la care vaporizeazagentul frigorific, denumittemperaturde vaporizare,i

corespunde o presiune de saturaie unic, notatp0i denumitpresiune de vaporizare.

Analog, temperaturii la care condenseaz agentul frigorific, denumit temperatur decondensare, i corespunde o presiune de saturaie unic, notat pk i denumitpresiune decondensare.

n figura 3 se observ c deoarece agentul frigorific are n orice punct al vaporizatoruluitemperatura mai mic dect temperatura sursei reci, atunci t0tc. Pentru ctemperaturile surselor de cldursunt n relaia evidenttc>tr, rezultclar ctemperatura de condensare este mai mare decttemperatura de vaporizare (tk>t0), deci este evident c i pk>p0. Valorile presiunilor devaporivare i condensare vor fi asigurate de alte dou aparate care trebuie s intre ncomponena acestor instalaii.

innd seama de nivelul de temperaturla care se schimbenergie ntre agentul frigorific isursele de cldur, se poate reprezenta, ca n figura 6, o schema fluxurilor energetice dininstalaiile frigorifice i pompele de cldur.


6/18

Fig. 6Schema fluxurilor energetice din instalaiile frigorifice i pompele de cldur

Ca o aplicaiea celor prezentate anterior, se poate arta cvaporizarea se realizeaznscopul prelurii de cldurde ctre agentul de lucru aflat iniial n stare lichidi la sfrit nstare de vapori, iar condensarea se realizeazn scopul evacurii de cldurde ctre agentulde lucru aflat iniial n stare de vapori i la sfrit n stare lichid.

Prile componente ale instalaiilor frigorifice

S-a artat anterior cpresiunea de condensare are o valoare mai ridicat dect cea devaporizare (pk>p0), deci n instalaiile de acest tip, se consum energie pentru creterea

presiunii vaporilor furnizai de vaporizator, unde s-au format prelund cldur de la sursarece, pnla presiunea din condensator,unde vor ceda cldursursei calde.

Acest proces se poate realiza ntr-o main denumit compresor, avnd tocmai rolul de a

comprima vapori sau gaze, bineneles cu ajutorul unui consum de energie mecanic.Existialte soluiitehnice pentru realizarea comprimrii vaporilor n instalaii frigorifice sau pompede cldur, utiliznd nsenergie termicn locul celei mecanice.

Dacvaporizatorul i condensatorul sunt schimbtoare de clduri prezinto suprafadetransfer termic pentru asigurarea interfeei dintre agentul frigorific i sursele de cldur,compresorul este o main mai complex din punct de vedere constructiv, n carecomprimarea se realizeazprin reducerea volumului agentului de lucru antrenat.Putereanecesar din exterior, pentru desfurarea procesului, numitputere de comprimare, senoteazcu Pc[kW].

Dupcomprimare, vaporii de agent frigorific cedeazcldurn condensator, sursei calde iaa cum s-a artat, condenseazla valoarea pka presiunii, deci la sfritul procesului, agentul


7/18

frigorific prsete aparatul schimbtor de cldurn stare lichid. Condensul, pentru a revenin vaporizator trebuie s-i micoreze presiunea pnla valoarea p0.

Din punct de vedere energetic, destinderea se realizeazcel mai eficient, ntr-o mainnumitdetentor.Aceasta are avantajul cproduce energie mecanic, respectiv putere, capabil s

compenseze o parte din consumul necesar pentru antrenarea compresorului. Indiferent deconstrucie, agentul de lucru cedeazunei componente n micare a detentorului, o parte dinenergia sa potenialde presiune i astfel se destinde pnla presiunea de vaporizare. Putereafurnizatn timpul destinderii, numitputere de destindere,se noteazcu Pd[kW].

Pputerea (P) necesardin exterior pentru funcionarea acestor instalaii, este reprezentatdediferena dintre puterea de comprimare (Pc) i puterea de destindere (Pd), deci:

].kW[PPP dc = (10)

Agentul frigorific la presiunea p0, n stare lichid, intrn vaporizator, unde absoarbe cldurde la sursa rece, vaporizeaz i apoi ptrunde n compresor, iar n continuare funcionareainstalaiei se realizeaz prin parcurgerea continu a celor patru aparate. Procesele de lucrucare se desfoar n acestea, respectiv vaporizare, comprimare, condensare i destindere,alctuiesc mpreun ciclul termodinamic inversat ideal, dup care funcioneaz instalaiilefrigorifice i pompele de cldur.

Detentorul din instalaiile frigorifice ar fi o mainfoarte complexi i n consecinfoarte

scump, indiferent de construcia acestuia.Complexitatea constructiva detentorului, nu estejustificatde producerea unui efect util pe msur, deoarece destinderea agentului frigorific,se produce n domeniul n care agentul frigorific se gsete preponderent n fazlichid, (ndetentor intrlichidul furnizat de condensator) i este cunoscut cprin destinderea lichidului,

se produce un lucru mecanic, respectiv o putere de destindere mult mai redusdect n cazuldestinderii vaporilor. Cu toate c din punct de vedere termodinamic i energetic, cea maieficientsoluie pentru realizarea destinderii, este reprezentatde utilizarea detentorului, din

punct de vedere tehnologic i economic, acesta nu este rentabil. Practic, n construciainstalaiilor frigorifice, detentorul este nlocuit de un dispozitiv mult mai simplu din punct devedere constructiv, n care destinderea este realizat prin curgerea agentului frigorific

printr-o seciune ngustat,procesul fiind denumitlaminare.Acest dispozitiv este fie un tubcapilar,n sistemele de putere frigorigorificredus, fie un ventil de laminare, n sistemele iinstalaiile de putere frigorificmedie sau mare.

Instalaiile frigorifice avnd n componen aceste dispozitive de destindere, sunt ceva mai

puin eficiente dect cele cu detentor, deoarece nu mai produc lucru mecanic, respectiv puterede destindere, dar sunt mult mai rentabile din punct de vedere tehnico-economic, reprezentndpractic singurele soluii tehnice utilizate n prezent, n construcia instalaiilor frigorifice cucomprimare mecanicde vapori, de tipul celor prezentate anterior.


8/18

n figura 8 este prezentato schemconstructiva unei instalaii de putere frigorificredusn care laminarea este realizatprin tub capilar, iar n figura 9, schema unei instalaii de puterefrigorificmedie, n care laminarea este realizatntr-un ventil de laminare termostatic.

Fig. 8Instalaie frigorificcu tub capilar Fig. 9Instalaie frigorificcu ventil de laminaretermostatic

Bulbul care poate fi observat pe conducta de aspiraie, are rolul de a controla procesul delaminare, n vederea eliminrii pericolului ca eventuale picturi de lichid nevaporizat sajungn compresor. Laminarea este controlatprin valoarea temperaturii vaporilor la ieireadin vaporizator, de unde provine i denumirea acestui aparat: ventil de laminare termostatic.


9/18

Comparaie ntre instalaiile frigorifice i pompele de cldur

Din punct de vedere principial, ciclul termodinamic inversat, dup care funcioneaz celedou tipuri de instalaii, este identic. Ceea ce difer, este numai nivelul de temperatur lacare se gsesc sursele de cldur, fade temperatura mediului ambiant, notat cu ta [C],

respectiv Ta[K].

Fig. 10Scheme de instalaii funcionnd dupcicluri termodinamice inversatea) Instalaie frigorific; b) Pompde cldur; c) Instalaie combinat.

n figura 10, sunt prezentate trei scheme de instalaii funcionnd dupcicluri termodinamiceinversate:

- Instalaiile frigorifice,au temperatura sursei reci tr[C] sau Tr[K], mai micdect temperatura mediuluiambiant ta[C] sau Ta[K]. n aceastsituaie particular, sursa rece mai este denumiti mediu rcit.Rolulacestor instalaii este de a prelua cldur de la mediul rcit, n scopul rcirii sau meninerii unei

temperaturi sczute a acestuia. Cldura absorbit Q0, sau puterea frigorific absorbit 0Q& , reprezintefectul util al acestor instalaii. Sursa cald, n cazul instalaiilor frigorifice este reprezentatde mediulambiant. Ciclul de lucru este reprezentat prin strile 1,2,3,4.

- Instalaiile de pomp de cldur, au temperatura sursei calde tc[C] sau Tc[K], mai mare decttemperatura mediului ambiant ta[C] sau Ta[K]. n aceast situaie particular, sursa cald mai estedenumit i mediu nclzit. Rolul acestor instalaii este de a ceda cldur mediului nclzit, n scopulnclzirii sau meninerii unei temperaturi ridicate a acestuia. Cldura cedatQk, numituneori i cldur

pompat, sau puterea termic a condensatorului kQ& , reprezint efectul util al acestor instalaii. Sursarece, n cazul pompelor de cldureste reprezentatde mediul ambiant. Ciclul de lucru este reprezentat

prin strile 5,6,7,8.-Instalaiile combinate, au temperatura sursei reci, egal cu temperatura de vaporizare, mai mic dect

temperatura mediului ambiant, iar temperatura sursei calde, egal cu temperatura de condensare, maimare dect temperatura mediului ambiant. Rolul acestor instalaii este de a absorbi cldurde la mediulrcit i simultan de a ceda cldur mediului nclzit. Aceste echipamente au un dublu efect util,

reprezentat evident de sarcinile termice ale vaporizatorului 0Q& i conden-satorului kQ& . Ciclul de lucru

este reprezentat prin strile 9,10,11,12.


10/18

AGENI FRIGORIFICI

Pentru a permite funcionarea ciclic a instalaiilor frigorifice i a pompelor de cldur,agenii termodinamici de lucru din acestea, preiau cldurprin vaporizare i cedeazcldur

prin condensare, la temperaturi sczute sau apropiate de ale mediului ambiant, deci trebuie s

fie caracterizate de unele proprieti particulare, care i deosebesc de agenii termodinamicidin alte tipuri de instalaii. Din acest motiv, aceste substane poart i denumirea de ageni

frigorifici.

Proprieti ale agenilor frigorifici

Proprietile agenilor frigorifici sunt impuse de schema i tipul instalaiei, precum i denivelurile de temperaturale celor dou surse de cldur. Cteva dintre aceste proprieti sunturmtoarele:

- temperatura de vaporizare la presiunea normal, trebuie s fie mai redus decttemperatura ambiant;

- cldura preluatde un kilogram de agent, prin vaporizare, trebuie sfie ct mai mare,pentru a se asigura debite masice reduse;

- volumul specific al vaporilortrebuie sfie ct mai redus, pentru a se obine dimensiunide gabarit reduse, ale compresoarelor;

- presiunea de vaporizarela temperaturile sczute de lucru, trebuie sfie apropiatdepresiunea atmosferici uor superioaracesteia, pentru a nu apare vidul n instalaie;

- presiunea de condensare trebuie s fie ct mai redus, pentru a nu apare pierderi deagent frigorific i pentru a se realiza consumuri energetice mici n procesele de comprimareimpuse de funcionarea acestor instalaii;

- cldura specificn stare lichidtrebuie sfie ct mai mic, pentru a nu apare pierderimari prin ireversibiliti interne, n procesele de laminare adiabatic;- snu prezinte pericol de inflamabilitate, exploziei toxicitate;- snu fie poluani (este cunoscut faptul cunii ageni frigorifici clasici i anume cteva

tipuri de freoni, contribuie la distrugerea stratului de ozon al stratosferei terestre).

Pentru a nu se utiliza denumirile chimice complicate ale acestor substane, agenii frigorifici aufost denumii freoni, sunt simbolizai prin majuscula R, (de la denumirea n limba englez -Refrigerant) i li s-a asociat un numr care depinde de compoziia chimic. Unii dintre cei maicunoscui ageni frigorifici sunt prezentai n tabelul 1, mpreun cu temperatura normal devaporizare i indicele transformrii adiabatice.

Tabelul 1Temperatura de vaporizare i indicele transformrii adiabatice (k),pentru civa ageni frigorifici

DenumireaTemperatura normalde

vaporizare [C]

k

[]

Amoniac (R717)R12R22

Clorurde metilR502CO2

R134a

33,35 29,80 40,84 23,74 45,60 78,52 26,42

1,301,141,161,20

-1,301.14


11/18

Se observ c aceti ageni au proprietatea de a vaporiza (fierbe) la temperaturi sczute,putnd deci sabsoarbcldur, la temperaturi mai mici dect ale mediului ambiant.

Istoric

Istoricul fluidelor frigorificencepe n anul 1834, cnd americanulJacob Perkinsbreveteazomainfrigorificfuncionnd prin comprimare mecanicde vapori, utiliznd ca agent frigorificoxidul de etil.Utilizarea unei asemenea maini s-a dovedit rapid limitatde nivelul ridicat deinflamabilitate al acestui agent.

n 1876 Carl von Linde, datorit utilizrii amoniacului (NH3) ca agent frigorific, permiteadevrata dezvoltare a instalaiilor frigorifice prin comprimare mecanicde vapori.

n 1880, utilizarea anhidridei carbonice(CO2) ca agent frigorific, reprezintnceputul utilizriiinstalaiilor frigorifice pentru mbarcarea la bordul navelor a produselor alimentare.

n 1920, prin utilizarea anhidridei sulfuroase(SO2) i a clorurii de metil(CH3Cl),apar primelemaini frigorifice de uz casnic sau comercial.

ncepnd din 1930, apar primele hidrocarburi fluorurate i clorurate (CFC). Datoritcaracteristicilor foarte interesante din punct de vedere termodinamic i datorit marii lorstabiliti att termice ct i chimice, utilizarea acestora va aduce o ameliorare considerabilatta fiabilitii ct i a siguranei n funcionare a instalaiilor frigorifice cu compresie mecanic.Aa se explic de ce n comparaie cu amoniacul i clorura de metil, aceste substane poartdenumirea de ageni frigorifici de siguran.

n numeroase ri, pe lngdenumirea de freoni, agenii frigorifici pot fi ntlnii i sub diversedenumiri comerciale, care pentru acelai produs diferde la arla ari de la un productor laaltul. R12 de exemplu, este numit Forane 12 (denumirea comercial a Uzinei Kuhlmann dinFrana), Flugene 12 (denumirea comercial a firmei Pechine Saint-Gobain din Frana), sauGenetron 12 (denumirea comerciala societii Allied Chemical din S.U.A.). n unele publicaiitiinifice, chiar i denumirea de freoni, pentru desemnarea agenilor frigorifici, este consideratcomercial.


12/18

Compoziia chimica freonilor

Din punct de vedere al compoziiei chimice, freonii, care sunt hidrocarburi fluorurate, pot fimprii n trei mari categorii:

- CFC (clorofluorocarburi), freonii clasici, care conin Cl foarte instabil n molecul;

-

HCFC (hidroclorofluorocarburi), freoni denumii de tranziie, care conin n moleculi hidrogen, datoritcruia Cl este mult mai stabil i nu se descompune att de uorsub aciunea radiaiilor ultraviolete;

- HFC (hidrofluorocarburi), considerai freoni de substituie definitiv, care nu coninde loc n moleculatomi de Cl.

Tabelul 2Cele trei tipuri de freoniCFC HCFC HFC

Hidrogen Hidrogen

Clor Clor

Fluor Fluor Fluor

Carbon Carbon Carbon

Tabelul 3Cteva exemple de freoni uzualiCFC HCFC HFC

R11 R22 R134a

R12 R123 R125

R113

R114

Amoniac (NH3sau R717)agent frigorific natural

nu este un freon

Pe lngcele trei categorii de ageni frigorifici menionate, existi ageni frigorifici naturali,ntre care amoniacul (NH3), simbolizat i prin R717, este cel mai important i cel mai utilizat,datoritproprietilor sale termodinamice care l fac cel mai performant agent frigorific din punct

de vedere al transferului termic.


13/18

Legtura dintre freoni i stratul de ozon

Poluarea produs de freoni, o problem att de mediatizat i discutat n ultimii ani,reprezint la ora actual unul din motivele care explic numrul foarte mare de agenifrigorifici ntlnii n diverse aplicaii ale tehnicii frigului.

La nceputul anilor 80, msurtori ale grosimii stratului de ozon (O3) de deasupra Antarcticii,au evideniat cgrosimea acestuia devenise mult mai redusdect n mod normal. Stratul deozon, avnd un rol extrem de benefic, deoarece filtreaz radiaiile ultraviolete, aa cum seobservn figura alturat.

Stratul de ozon, se gsete n stratosfera atmosferei terestre, aproximativ ntre 12 50 kmaltitudine, aa cum este indicat n figura alturat

Regiunile atmosferei terestre


14/18

Dacnu ar exista stratul de ozon, intensitatea radiaiei ultraviolete, provenite de la Soare, ar fimult prea puternic pentru numeroase forme de via de pe Pmnt. n acest context, esteevidentimportana monitorizrii att a grosimii stratului de ozon, ct i a impactului pe carel au diveri factori naturali, sau artificiali, asupra acestei grosimi.

n partea stnga imaginii din figura anterioar, sunt reprezentate n culorile rou, galben ialbastru, radiaiile provenite de la Soare, n spectrul luminii vizibile, iar cu violet a fostreprezentatradiaia ultraviolet, invizibilpentru ochiul uman. n partea dreapta imaginii afost reprezentat cu culoare roie sub forma sgeilor ondulate, radiaiile infraroii, deasemenea invizibile, percepute de om, sub form de cldur. O parte din aceste radiaiiinfraroii, ca i cele ultraviolete, sunt reflectate de atmosfera terestr, n timp ce Pmntul,care absoarbe aceastradiaie, degaji el radiaii n spectrul infrarou.

n aceeai perioadde nceput a anilor 80, s-a constatat de asemenea ciarna i primvara,grosimea stratului de ozon este cu cca 20% mai redus dect vara i toamna, ceea ce adeterminat studierea atent a fenomenului. Astfel s-a constatat c sub aciunea radiaiilor

ultraviolete avnd intensiti diferite n anotimpuri diferite, moleculele de ozon (O3) setransform n mod natural iarna i primvara n molecule de oxigen (O2), iar moleculele deoxgen (O2) se transform n mod natural vara i toamna n molecule de ozon (O3). Acestfenomen natural explicpe de-o parte variaia grosimii stratului de ozon, dar pe de altparte,n perioada efectuarii acestor msurtori, grosimea acestui strat, devenise mult mai subiredect ar fi fost normal, n urma desfurrii procesului natural descris anterior.

Astfel a aprut ipoteza csubierea stratuluii de ozon este posibil sfie datorataciunii unorsubstane produse de om. Din acest moment nu a mai fost dect un pas pn la includereafreonilor, pe lista substanelor nocive pentru stratul de ozon, deci poluante.

Poluarea produsde freoni este un proces care se produce n stratosfera terestri care esteprezentat ntr-o manier schematic, n tabelul 4. Analiznd mecanismul acestui proces seobservcn ceea ce privete freonii, principalul responsabil pentru aciunea distructivasupraozonului, este atomul de Cl, din moleculele CFC-urilor.

Tabelul 4Mecanismul distrugerii stratului de ozonde ctre atomii de Cl din moleculele de CFC

Molecula de CFC estesupusradiaiilor

ultraviolete

Se elibereazClmonoatomic

Cl monoatomicinteracioneazcu

molecula de ozon O3

Se formeazO2i oxidde Cl

Oxidul de Clinteracioneazcu

atomi de O liberi

Se formeazmoleculede O2i se elibereaza

Cl monoatomic


15/18

Sub aciunea razelor ultraviolete provenite de la soare, din moleculele freonilor se elibereazCl (clor monoatomic), deoarece din punct de vedere chimic, acesta prezinto legturfoarteslab (instabil) n cadrul moleculelor de CFC. Clorul monoatomic reacioneaz chimic cuozonul (O3), care se gsete n stratosfer i rezultoxigen biatomic O2i oxizi de clor. nacest mod, se distruge treptat stratul de ozon al planetei, avnd un binecunoscut rol protector

prin filtrarea radiaiilor ultraviolete, nocive pentru sntatea uman. Problema este cu att maigrav cu ct oxizii de clor rezultai din reacia descris, nu sunt nici acetia stabili i sedescompun, elibernd din nou Cl. Se produc astfel reacii n lan, prin care un singur atom deCl poate s distrug un numr impresionant de molecule de O3. Aa se explic apariia,deocamdatdeasupra celor doi poli ai planetei a aa numitelor guri n statul de ozon (zone ncare perioade lungi din an ozonul lipsete complet). Fenomenul a fost posibil cu att mai multcu ct nu numai freonii, prin atomii de Cl, ci i alte substane chimice, n primul rnd CO2,

produc efecte asemntoare.

n prezent exist n ntreaga lume, numeroase instalaii de puteri frigorifice mici i mijlociincrcate cu ageni frigorifici poluani (n sensul pericolului pentru stratul de ozon), care pun

n continuare probleme legate de posibila lor "scpare" n atmosfer. Totodat se puneproblema gsirii unor ageni de substituie care sfie utilizai n instalaiile frigorifice noi.

n urma dovedirii tiinifice a efectelor nocive asupra stratului de ozon, produse de freoni,comunitatea internaionala luat numeroase msuri de reducere pnla zero a utilizrii acestora.De exemplu, n SUA una dintre primele msuri luate, a fost interzicerea spray-urile de orice tip,care utilizeazca agent propulsor CFC-urile.


16/18

n 1987,Protocolul de la Montreal,revizuit n iunie 1990, deReuniunea de la Londra,a ngheatpentru civa ani utilizarea CFC-urilor nainte de interdicia definitiva acestora. Ulterior, n

1992,Reuniunea sub egida ONU, desfuratla Copenhaga,ntrzierile programate la Londra,privind utilizarea CFC, au fost reduse.

Reglementrile internaionale pentru CFC i HCFC, stipuleazn prezent urmtoarele:Pentru CFC:- oprirea produciei ncepnd din 31.12.1994;- interzicerea comercializrii i utilizrii, ncepnd din 1.01.1999, cu o derogare pentru

meninerea n funciune a instalaiilor existente, pnn 31.12.1999.Pentru HCFC:- producia este autorizatpnn 31.12.2014;- utilizarea n echipamente noi este interzisdin 1.01.1996 n frigidere, congelatoare,

aparate de condiionarea aerului de pe automobile particulare, transport public irutier, iar din 1.01.1998 i pe trenuri;

- utilizarea este interzisdin 1.01.2000 n echipamente noi ale antrepozitelor frigorificei ncepnd din 1.01.2001 n toate echipamentele frigorifice i de climatizare (cuunele excepii);

- utilizarea va fi interzis i pentru meninerea n funciune a instalaiilor existente,ncepnd din 1.01.2008.

Agenii utilizai n instalaiile frigorifice, permit obinerea unei plaje foarte largi de temperaturi,de la 20C pnla 100C, sau chiar mai sczute n anumite cazuri particulare. Evident, acestetemperaturi nu pot s fie realizate cu un acelai agent frigorific, pentru fiecare domeniu detemperaturi existnd anumii ageni frigorifici specifici recomandai.

Cu toate c pe plan internaional au fost luate msuri drastice privind interzicerea utilizrii

CFC-urilor, n lumea tiinificexisti opinii conform crora, potenialul distructiv al acestor

substane nu este nici pe departe att de ridicat, pe ct s-a susinut. Astfel au fost enunatecteva motive care infirm prezumiile anterioare, privind rolul CFC-urilor n distrugereastratului de ozon, respectiv n creterea nivelului radiaiilor ultraviolete:

- n naturexistnumeroase alte surse generatoare de Cl. Astfel cca. 20% din clorulprezent n stratosfer provine din erupiile vulcanice, care pot accelera semnificativprocesul de reducere a grosimii stratului de ozon;

- n timp ce grosimea stratului de ozon a fost n continuscdere, o lungperioaddetimp, emisiile de CFC au fost n continucretere, deci se poate concluziona cnu aexistat o corelaie directntre emisiile de CFC i problema ozonului;

-

Cu toate c se consider c rolul ozonului este de a filtra radiaiile ultraviolete, nueste demonstrat clar c nivelul radiaiilor ultraviolete a crescut considerabil, caurmare a reducerii grosimii stratului de ozon.

Trecnd peste aceste dispute de ordin teoretic, de altfel extrem de interesante, meritmenionat faptul cdei atunci cnd se vorbete de freoni, acetia sunt asociai cu instalaiilefrigorifice, totui tehnica frigului artificial nu este nici pe departe cea care a emis cele mairidicate cantiti de CFC-uri n atmosfer. Degajri mult mai semnificative de CFC,corespund urmtoarelor ramuri industriale:

- Industria microelectronic - utilizeaz freoni la splarea microcircuitelorelectronice;

-

Industria cosmetic- a utilizat freoni ca agent propulsor pentru substanele activedin spray-uri.


17/18

n ambele situaii prezentate, CFC-urile au fost emise direct n atmosfer, n cantiti mari, ntimp ce n cazul instalaiilor frigorifice, CFC-urile evolueaz n circuit nchis n sistemeetane, neputnd s ajung n atmosfer dect n cazuri de avarie. La ora actual, ninteaoricrei intervenii tehnice, este obligatorie, recuperarea agentului frigorific din instalaii, fiind

interziseliberarea acestuia n atmosfer.

Domenii de utilizare a agenilor frigorifici

Cele mai importante domenii de utilizarea freonilor i agenii de substituie pentru freoniiclasici, sunt prezentate n tabelul 5.

Tabelul 5Domenii de utilizare a agenilor frigorifici

Utilizare

Agent

frigorific

Ageni de

tranziie

Ageni considerai

definitiviAparate casnice R12 R401A (MP39)

R409A (FX56)R134aR290 (Propan)R600a (Izobutan)

Rcitoare de ap R11R12R114R22R117(NH3)

R123

R142bR22

R134a

R404AR117 (NH3)

Frig comercial(temperaturi

pozitive)

R12 R401A (MP39)R409A (FX56)R22

R134a

R404AR507R413A

Frig comercial(temperaturinegative)

R502 R402A (HP80)R408A (FX10)R403BR22

R404AR125

AZ50 R407BFrig industrial R717

(NH3)R22

R22 R717 (NH3)R404A

Frig adnc R13B1R13R503

ES20R23R32

Climatizare R22R500 R409B (FX57)R401B HP66)

R124aR407CKlea 66

Aer condiionat auto R12R500

R401C (MP52)R409B (FX57)R401B (HP66)

R134a


18/18

O mare parte dintre agenii frigorifici, n special cei de substituie, reprezintamestecuri aleunor ali freoni aa cum se observn tabelul 6.

Tabelul 6Domenii de utilizare a agenilor frigorificiAgenti frigorifici Componeni Participaii

R401A R22/152a/124 53/13/34R404A R125/143a/134a 44/52/4R407C R32/125/134a 23/25/52R409A R22/124/142b 60/25/15R500 R12/152a 73.8/26.2R502 R22/R115 48.8/51.2R507 R125/143a 50/50

instalatii cu freoni

Documents