Freoni si Pompa de caldura

Freoni si Pompa de caldura

Freonii, fabricati in foarte multe tipuri calitative, sunt utilizati in prezent in mai toate procesele termodinamice ale instalatiilor frigorifice precum frigiderele, congelatoarele sau instalatiile de climatizare. Si totusi, cu toata expansiunea cantitativa si calitativa dobandita, utilizarea generala a tuturor freonilor (clorofluorocarboni - CFC) este pusa sub semnul intrebarii, datorita distrugerii stratului de ozon din stratosfera, ceea ce permite acumularea pe Pamant a unei cantitati mari de radiatii ultraviolete cu efecte daunatoare pentru oameni, animale si plante. Totodata, alaturi de alte gaze rezultate din procesele industriale, gazul de freoni contribuie la retinerea in atmosfera terestra a radiatiei termice ascendente, din cauza persistentei sale in stratosfera, fapt ce genereaza binecunoscutul efect de sera. Limitarea utilizarii freonilor in aparatele mentionate s-a stabilit drept obiectiv inca de la finalul anilor 1970 - atunci cand a fost publicat primul studiu in care s-a demonstrat distrugerea produsa de freoni asupra stratului de ozon.
La noi in tara sunt cunoscute cercetarile intreprinse la Universitatea Politehnica Bucuresti, in cadrul Catedrei de Termotehnica, Masini Termice si Frigorifice, pe linia studierii efectului de separare energetica in camp turbionar a gazelor comprimate, cat si pe cea a dezvoltarii ventilatoarelor de presiune. Totodata, preocupari si realizari in domeniul dezvoltarii unor tehnologii si instalatii pentru incalzire-racire in spot sau continuu, prin utilizarea ca sursa de energie a aerului presurizat, are si colectivul Fluide la Institutul National ICMET Craiova. In tara noastra nu se realizeaza instalatii de climatizare utilizand agenti de racire nepoluanti, precum aerul comprimat. Ca si piata mondiala, piata din Romania comercializeaza instalatii realizate de firme cunoscute, precum Whirlpool, Sanyo sau Vortex. Dar toate aceste instalatii sunt realizate in tehnologia de racire cu agenti frigorifici de tipul freonilor, gaze deosebit de poluante pentru mediul inconjurator. Tot cu agenti frigorifici din categoria freonilor sunt realizate si instalatiile de climatizare din industria de automobile. Ca o noutate in domeniu, firma Exair Corporation USA si Meech Airtech Co.England, realizeaza incalzire si racire in spot la care agentul frigorific (de aceasta data aerul din mediul ambient) este procesat de un generator turbionar de aer comprimat, utilizand efectul de separare energetica Ranque-Hilsch.

O pompa de caldura este o instalație care, consumand lucru mecanic, transfera caldura de la un mediu de temperatura mai joasa (mai rece) la altul de temperatura mai inalta (mai cald). Cantitatea de caldura transmisa mediului cald este mai mare decat lucrul mecanic consumat. Aceste instalații se folosesc in general pentru incalzire. In Romania, aproximativ 160 de sisteme de incalzire și racire pe baza de pompe de caldura au fost comercializate in anul 2008. Costul unui astfel de sistem de incalzire și racire este de circa 25.000 de euro pentru o casa de 100.000 de euro cu o suprafața de pana la 120-150 de metri patrați. Pompa de caldura este un dispozitiv cu ajutorul caruia se poate transporta caldura de la o locație ('sursa') la o alta locație ('radiator' sau 'schimbator de caldura') folosind lucru mecanic, de obicei in sens invers direcției naturale de mișcare a caldurii. Majoritatea pompelor de caldura sunt folosite pentru a muta caldura de la o sursa cu temperatura mai mica la un radiator cu temperatura mai mare. Cele mai comune exemple de astfel de pompe se regasesc in frigidere, congelatoare, aparate de aer condiționat și invertoare de caldura.

Funcționarea pompelor de caldura se bazeaza pe proprietațile unui fluid la schimbarea starii de agregare, mai precis la lichefiere si evaporare. Cel mai adesea pompele de caldura extrag caldura din aer sau pamant, motiv pentru care unele din ele nu mai lucreaza eficient cand temperatura mediului scade sub -5 °C.

Istorie

Istoricul agenților frigorifici incepe in anul 1834, cand americanul Jacob Perkins breveteaza o mașina frigorifica funcționand prin comprimare mecanica de vapori, utilizand ca agent frigorific oxidul de etil. Utilizarea unei asemenea mașini s-a dovedit rapid limitata de nivelul ridicat de inflamabilitate al acestui agent. In 1876 Carl von Linde, datorita utilizarii amoniacului ca agent frigorific, permite adevarata dezvoltare a instalațiilor frigorifice prin comprimare mecanica de vapori. In 1880, introducerea unui nou agent frigorific, anhidrida carbonica, reprezinta inceputul utilizarii instalațiilor frigorifice pentru imbarcarea la bordul navelor a produselor alimentare. In 1920, prin utilizarea anhidridei sulfuroase și a clorurii de metil, apar primele mașini frigorifice de uz casnic sau comercial. Incepand din 1930, apar primele hidrocarburi fluorurate și clorurate. Datorita caracteristicilor foarte interesante din punct de vedere termodinamic și datorita marii lor stabilitați atat termice cat și chimice, utilizarea acestora va aduce o ameliorare considerabila atat a fiabilitații cat și a siguranței in funcționare a instalațiilor frigorifice cu comprimare mecanica. Așa se explica de ce in comparație cu amoniacul și clorura de metil, aceste substanțe poarta denumirea de agenți frigorifici de siguranța.

In numeroase țari, pe langa denumirea de freoni, agenții frigorifici pot fi intalniți și sub diverse denumiri comerciale, care pentru același produs difera de la țara la țara și de la un producator la altul. R12 de exemplu, este numit Forane 12 (denumirea comerciala a Uzinei Kuhlmann din Franța), Flugene 12 (denumirea comerciala a firmei Pechine Saint-Gobain din Franța), sau Genetron 12 (denumirea comerciala a societații Allied Chemical din S.U.A.). In unele publicații științifice, chiar și denumirea de freoni, pentru desemnarea agenților frigorifici, este considerata comerciala.

Compoziție chimica

Din punct de vedere al compoziției chimice, freonii, care sunt hidrocarburi fluorurate, pot fi imparțiți in trei mari categorii:

• CFC (clorofluorocarburi), freonii clasici, care conțin Cl foarte instabil in molecula;
• HCFC (hidroclorofluorocarburi), freoni denumiți de tranziție, care conțin in molecula și hidrogen, datorita caruia Cl este mult mai stabil și nu se descompune atat de ușor sub acțiunea radiațiilor ultraviolete;
• HFC (hidrofluorocarburi), considerați freoni de substituție definitiva, care nu conțin de loc in molecula atomi de Cl.

Pe langa cele trei categorii de agenți frigorifici menționate, exista și agenți frigorifici naturali, intre care amoniacul (NH₃), simbolizat și prin R717, este cel mai important și cel mai utilizat, datorita proprietaților sale termodinamice care il fac cel mai performant agent frigorific din punct de vedere al transferului termic.    In ultimul timp incepe sa fie tot mai utilizat ca agent frigorific propanul, simbolizat prin R290, care reprezinta un inlocuitor excelent pentru R22, avand o compatibilitate perfecta cu uleiurile utilzate in compresoarele pentru R20 și asigurand o eficiența frigorifica superioara fața de R22. Propanul este utilizat și in numele tipuri de pompe de caldura. Singura problema legata de utilizarea propanului ca agent frigorific, este reprezentata de inflamabilitatea ridicata a acestuia. Un agent frigorific este o substanța folosita ca agent de lucru in instalații frigorifice sau pompe de caldura, ce sufera reversibil schimbari de faza de la gaz la lichid, transportand astfel caldura de la un mediu la altul. Transferul de caldura se face prin incalzire, vaporizare (trecerea din stare lichida in stare gazoasa preluand caldura) și apoi prin racire și condensare (trecerea din stare gazoasa in stare lichida cedand caldura) la temperaturi scazute sau ale mediului ambiant. Proprietați Proprietațile termodinamice dorite la un agent frigorific sunt: punct de fierbere sub temperatura ținta, presiune de vaporizare cat mai apropiata de presiunea atmosferica, presiunea de condensare cat mai redusa pentru a realiza consumuri energetice mici, caldura latenta de vaporizare sa fie cat mai mare pentru a asigura debite masice reduse, caldura masica in stare lichida sa fie cat mai mica pentru a nu apare pierderi mari prin procesul de laminare adiabatica. Alte proprietați ce trebuie sa le prezinte un agent frigorific sunt: sa nu fie coroziv, sa nu fie poluant, sa nu prezinte pericol de inflamabilitate, explozie și toxicitate, sa aiba o coontribuție nula la incalzirea globala. Freonii, fabricati in foarte multe tipuri calitative, sunt utilizati in prezent in mai toate procesele termodinamice ale instalatiilor frigorifice precum frigiderele, congelatoarele sau instalatiile de climatizare. Si totusi, cu toata expansiunea cantitativa si calitativa dobandita, utilizarea generala a tuturor freonilor (clorofluorocarboni - CFC) este pusa sub semnul intrebarii, datorita distrugerii stratului de ozon din stratosfera, ceea ce permite acumularea pe Pamant a unei cantitati mari de radiatii ultraviolete cu efecte daunatoare pentru oameni, animale si plante. Totodata, alaturi de alte gaze rezultate din procesele industriale, gazul de freoni contribuie la retinerea in atmosfera terestra a radiatiei termice ascendente, din cauza persistentei sale in stratosfera, fapt ce genereaza binecunoscutul efect de sera. Limitarea utilizarii freonilor in aparatele mentionate s-a stabilit drept obiectiv inca de la finalul anilor 1970 - atunci cand a fost publicat primul studiu in care s-a demonstrat distrugerea produsa de freoni asupra stratului de ozon. La noi in tara sunt cunoscute cercetarile intreprinse la Universitatea Politehnica Bucuresti, in cadrul Catedrei de Termotehnica, Masini Termice si Frigorifice, pe linia studierii efectului de separare energetica in camp turbionar a gazelor comprimate, cat si pe cea a dezvoltarii ventilatoarelor de presiune. Totodata, preocupari si realizari in domeniul dezvoltarii unor tehnologii si instalatii pentru incalzire-racire in spot sau continuu, prin utilizarea ca sursa de energie a aerului presurizat, are si colectivul Fluide la Institutul National ICMET Craiova. In tara noastra nu se realizeaza instalatii de climatizare utilizand agenti de racire nepoluanti, precum aerul comprimat. Ca si piata mondiala, piata din Romania comercializeaza instalatii realizate de firme cunoscute, precum Whirlpool, Sanyo sau Vortex. Dar toate aceste instalatii sunt realizate in tehnologia de racire cu agenti frigorifici de tipul freonilor, gaze deosebit de poluante pentru mediul inconjurator. Tot cu agenti frigorifici din categoria freonilor sunt realizate si instalatiile de climatizare din industria de automobile. Ca o noutate in domeniu, firma Exair Corporation USA si Meech Airtech Co.England, realizeaza incalzire si racire in spot la care agentul frigorific (de aceasta data aerul din mediul ambient) este procesat de un generator turbionar de aer comprimat, utilizand efectul de separare energetica Ranque-Hilsch.