Chłodziarki :

1.Wiadomości wstępne:

Chłodnicze urządzenie, chłodziarka, urządzenie chłodnicze służące do obniżania temperatury poniżej temperatury otoczenia. Ciepło przenoszone jest z ciała zimniejszego do cieplejszego, co wymaga wykonania pracy (II zasada termodynamiki). Wykorzystuje się w tym celu zwłaszcza energię mechaniczną lub elektryczną.

CHŁODNICZY OBIEG, obieg wsteczny, zespół następujących po sobie przemian termodynamicznych czynnika chłodniczego (pary lub gazu), w którym stan końcowy czynnika jest identyczny z początkowym (termodynamiczny obieg), a średnia temperatura czynnika przy pobieraniu ciepła jest niższa niż przy oddawaniu; do wykonania obiegu chłodniczego jest niezbędne doprowadzenie pewnej ilości energii; obieg chłodniczy jest obiegiem urządzenia chłodniczego lub pompy cieplnej.

Czynnik chłodniczy, substancja stosowana w urządzeniach chłodniczych, mająca za zadanie odbieranie ciepła z ośrodka chłodzonego i oddawanie go powietrzu atmosferycznemu lub wodzie chłodzącej. Najczęściej stosowanymi czynnikami chłodniczymi są: amoniak, chlorek metylu, dwutlenek węgla, dwutlenek siarki oraz freony

Dwutlenek węgla (CO₂), bezbarwny gaz, pozbawiony zapachu, niepalny, cięższy od powietrza, dobrze rozpuszczalny w wodzie. Łatwo ulega skropleniu. W temperaturze -78,5°C sublimuje. W przyrodzie występuje w stanie wolnym lub związanym. W laboratorium otrzymywany w reakcji kwasu solnego z marmurem. W przemyśle, źródłami CO₂ są: wypalanie wapieni, spalanie koksu w powietrzu, procesy fermentacyjne.

Dwutlenek węgla jest wykorzystywany do produkcji sody amoniakalnej, wody sodowej, suchego lodu. Stężenie w powietrzu atmosferycznym - ok. 0,03%, w powietrzu wydechowym - ok. 4-5%, w powietrzu pęcherzykowym - 5-6%. Dwutlenek węgla jest czynnikiem regulującym oddychanie przez działanie pobudzające ośrodek oddechowy.

Niedobór dwutlenku węgla we krwi (hipokapnia, hipokarbia) powoduje spłycenie oddychania, a nawet chwilowy bezdech. Nadmiar tego gazu (hiperkapnia, hiperkarbia) wywołuje pogłębienie i przyspieszenie oddychania, a następnie porażenie ośrodka oddechowego, utratę przytomności i bezdech.

Stłumienie czynności ośrodka oddechowego, np. przez narkotyki, środki nasenne, wywołuje spłycenie i zwolnienie oddychania, doprowadza do zalegania (retencja) dwutlenku węgla w ustroju (hiperkapnia, hiperkarbia) i kwasicy oddechowej. Typowymi cechami klinicznymi tego stanu są: przyspieszenie tętna, wzrost ciśnienia tętniczego krwi, zaczerwienienie skóry i pocenie się.

Prawidłowa prężność dwutlenku węgla we krwi tętniczej wynosi 5,3 kPa (40 mm Hg). Wzrost prężności powyżej 60 mm Hg wymaga, w celu usunięcia nadmiaru dwutlenku węgla, sztucznego zwiększenia wentylacji płuc przez zastosowanie oddechu wspomaganego lub kontrolowanego (hiperkapnia, hipokapnia, depresja oddechowa).

Freony, pochodne chlorowcowe węglowodorów nasyconych, zawierające w cząsteczce jednocześnie atomy fluoru i chloru, niekiedy także bromu, np. dichlorodifluorometan CCl₂F₂ (F-12), dichlorotetrafluoroetan C₂Cl₂F₄ (F-114). Niższe freony mają dużą prężność pary w niskich temperaturach i duże ciepło parowania, są bezwonne lub mają zapach eteru, pozbawione barwy, nietrujące i niepalne, nie powodują korozji metali, są łatwe do skroplenia, odznaczają się małym napięciem powierzchniowym i lepkością.

Niższe freony można otrzymać w reakcji tetrachlorometanu z fluorowodorem. Wyższe freony wykorzystywane są jako smary i oleje izolacyjne. Gazowe freony były szeroko stosowane w urządzeniach chłodniczych oraz jako propelenty w rozpylaczach kosmetycznych i gaśnicach.

Amoniak, NH₃, bezbarwny gaz o charakterystycznym zapachu i temperaturze wrzenia -33,4^οC. Jego cząsteczki mają kształt tetraedryczny i są polarne. Amoniak jest dobrze rozpuszczalny w wodzie (700 objętości amoniaku na 1 objętość wody). Z kwasami tworzy sole amonowe, z metalami aktywnymi chemicznie - amidki (np. NaNH₂). Dalsze pochodne amoniaku i metali to imidki (np. CaNH) i azotki (np. Mg₃N₂). Amoniak spalany w tlenie daje azot i wodę, a w obecności katalizatora platynowego - tlenek azotu i wodę.

Przemysłowo jest otrzymywany w wyniku bezpośredniej syntezy z azotu i wodoru na katalizatorach żelazowych (tzw. metoda Habera-Boscha). W laboratorium można go wydzielić w reakcji soli amonowych z zasadami. W przyrodzie występuje jako produkt gnicia ciał białkowych.Amoniak jest podstawowym surowcem do produkcji kwasu azotowego i azotanów, mocznika, ponadto nawozów azotowych i sody. Jest także stosowany jako czynnik chłodniczy w chłodziarkach.

Dwutlenek siarki (SO₂), bezbarwny gaz o ostrym, charakterystycznym zapachu, cięższy od powietrza, w temperaturze -10,02 ^oC ulega skropleniu. Dwutlenek siarki dobrze rozpuszcza się w wodzie, tworząc kwas siarkawy (H₂SO₃). Ciekły dwutlenek siarki ulega autodysocjacji (do jonów SO⁺² i SO₃^-2). Jest on rozpuszczalnikiem wielu związków, zarówno nieorganicznych, jak i organicznych. Dwutlenek siarki jest związkiem bardzo reaktywnym.

W laboratorium SO₂ otrzymuje się działając kwasem siarkowym na wodorosiarczyn sodowy lub metaliczną miedź. W przemyśle SO₂ jest wytwarzany przez spalanie siarki elementarnej, prażenie siarczków (np. FeS₂, ZnS) lub redukcję anhydrytu. Dwutlenek siarki stanowi podstawowy surowiec do otrzymywania kwasu siarkowego. Ponadto znajduje zastosowanie w produkcji celulozy oraz jako środek bielący i dezynfekcyjny.

Spalanie paliw dla celów energetycznych jest głównym źródłem emisji SO₂ do atmosfery, powodującym znaczne szkody w środowisku. SO₂ należy do silnie toksycznych składników smogu. U ludzi dwutlenek siarki powoduje uszkodzenie dróg oddechowych oraz wywołuje reakcje ogólnoustrojowe, m.in. przez modyfikację aktywności niektórych enzymów.

2.Główne typy urządzeń chłodniczych:

1.absorpcyjne - roztwór czynnika chłodniczego w pochłaniaczu (zwykle amoniak w wodzie) jest podgrzewany (np. elektrycznie) w tzw. warniku, co powoduje wydzielenie amoniaku z roztworu; amoniak przepływa przez skraplacz, gdzie oddaje ciepło, zawór rozprężny i parownik, gdzie paruje, pobierając ciepło od chłodzonych produktów; z parownika trafia do absorbera, gdzie rozpuszcza się w wodzie, zaś powstały roztwór zostaje przepompowany do desorbera,

2.sprężarkowe - czynnik chłodzący (freon lub amoniak) krąży dzięki sprężarce zasysającej go z parownika i sprężającej; skroplony i rozprężony przepływa do parownika, gdzie parując, odbiera ciepło chłodzonemu pomieszczeniu (urządzenia chłodzące sprężarkowe stosuje się głównie w magazynach, samochodach chłodniach, także w lodówkach),

3. strumienicowe - czynnik chłodniczy to woda, jej obieg wymusza strumienica, której ssące działanie sprawia, że woda przy niskim ciśnieniu paruje w parowniku, z parą tą miesza się dopływająca z kotła tzw. para napędowa, mieszanina przepływa przez dyfuzor do skraplacza, zaś woda schłodzona w parowniku jest podawana przez pompę do miejsc wymagajacych chłodzenia (ten typ chłodziarek jest optymalny w przypadku zapotrzebowania na wodę o temp. 10°C - np. w klimatyzacji przemysłowej)

4. termoelektryczne - wykorzystujące zjawisko Peltiera: z podstawowych termoelementów tworzy się moduły, z tych zaś specjalne baterie (stosowane w urzadzeniach medycznych i elektronicznych),

5. gazowe - wykorzystujące efekt obniżania się temp. sprężonego (w tym wypadku w sprężarce) gazu przy jego rozprężaniu się: gaz (np. powietrze) może krążyć w układzie zamkniętym lub po rozprężeniu być wypuszczany do chłodzonego pomieszczenia (typ chłodziarek stosowany m.in. w górnictwie i lotnictwie)

3.Lodówka:

Najbardziej popularnym urządzeniem chłodniczym jest chłodziarka szafowa, czyli lodówka.

Lodówka służy do przechowywania żywności w gospodarstwach domowych i sklepach. Lodówka posiada także przedział temperaturze poniżej 0°C, czyli zamrażalniku. W lodówce chłodzenie odbywa się za pomocą chłodniczego urządzenia absorpcyjnego lub sprężarkowego. W lodówce ciecz zwana czynnikiem chłodniczym (płyn parujący przy niskiej temperaturze) pobiera ciepło z chłodzonego otoczenia przechodzi przez parownik (powyginana esowato rurka). Parownik jest najzimniejszą częścią lodówki, zwykle umieszcza się go w zamrażalniku. Większość domowych lodówek to chłodziarki sprężarkowe. Chłodziarka sprężarkowa wyposażona jest w sprężarkę napędzaną silnikiem elektrycznym, który zmusza czynnik chłodzący do krążenia w obiegu. Sprężarka zwykle tłokowa przetłacza parę czynnika chłodniczego do skraplacza, w którym para skrapla się oddając ciepło, następnie czynnik paruje pobierając ciepło od chłodzonych produktów. Niepożądanemu podnoszeniu się temperatury w lodówce zapobiega zainstalowany w niej termostat, który włącza agregat, gdy temperatura podnosi się i wyłącza go, gdy za bardzo spada. Tym samym powoduje, że lodówka nie pracuje na okrągło, przez co zmniejsza się zużycie energii elektrycznej. Lodówka musi być wyizolowana termicznie. Ciepło z zewnątrz nie może się dostać do wnętrza lodówki. Ciepło dostające się do środka lodówki powodowałoby włączenie przez termostat agregatu chłodniczego i pobieranie dużych ilości energii, aby agregat mógł pracować bez przerwy utrzymując odpowiednią temperaturę wewnątrz lodówki.

Rys. Tył chłodziarki sprężarkowej oraz diagram ukazujący jej zasadę działania. Silnik elektryczny napędza sprężarkę, która wprawia czynnik chłodzący w ruch wewnątrz agregatu. Ciecz chłodząca wędruje do parownika, w którym rozpręża się i odparowywuje zabierając jednocześnie energię z komory zamrażalnika W ten sposób komora ochładza się. Gaz następnie przechodzi przez sprężarkę i jest kondensowany - skraplany- w skraplaczu, gdzie oddaje na zewnątrz energię pobrana z zamrażalnika

4. Jednostopniowe sprężarkowe urządzenia chłodnicze :

a)schemat

b)obieg

PAR - parownik , PM - pomieszczenie SKR- skraplacz SPR- sprężarka ZR- zawór regulacyjny

6

---