Elev : Mihaescu Alexandru

1. FRIGIDERUL • Elev : Mihaescu Alexandru

2. PRELIMINARII - PRINCIPII TERMODINAMICE • Într-un lichid, atomii şi moleculele sunt dispuse mult mai aproape unele de celelalte, în structuri mult mai stabile, prin comparaţie cu un gaz. Pentru a schimba lichidul în gaz, deci pentru realizarea fenomenului de vaporizare (evaporare), este nevoie de energie pentru a înfrânge rezistenţa datorată forţelor care ţin atomii şi moleculele lichidului în structura de fluid. Această energie, sub formă de căldură, este extrasă din volumul din jurul oricărui lichid atunci când se petrece ceea ce numim evaporare, astfel apărând efectul de răcire din timpul acestei transformări. Aşadar, evaporarea unui lichid răceşte volumul învecinat zonei în care se produce fenomenul. Frigiderele folosesc această proprietate, adică absorb căldura din compartimentul cu alimente prin evaporarea lichidului refrigerent.

3. Punctul de vaporizare al unui lichid creşte odată cu presiunea la care acesta se găseşte. Aceasta înseamnă că multe substanţe care la temperatura camerei sunt gaze, pot fi transformate în lichide prin comprimare. La scoaterea de sub presiune, lichidul revine foarte repede la starea gazoasă prin evaporare, fenomen însoţit de consecinţele termice anterior menţionate. Frigiderele utilizează pentru răcire ceea ce se numeşte un agent frigorific - o substanţă cu temperatura de vaporizare (fierbere) scăzută, putând deci să absoarbă căldură la temperaturi mai mici decât ale mediului ambiant. Frigiderele mai noi folosesc drept agent de răcire propanul, preferat freonului folosit mai demult, deoarece s-a dovedit că acesta din urmă are un efect distructiv asupra stratului de ozon care ne protejează de efectele nocive ale radiaţiilor ultraviolete. Prin comprimarea sau mărirea volumului unui gaz, acestuia i se poate ridica, respectiv coborî temperatura. Căldura circulă într-o singură direcţie, de la cald la rece.

4. COMPUNEREA FRIGIDERULUI • Aşa cum se poate vedea în imaginea de mai jos, o vedere laterală, în componenţa unui frigider intră următoarele (temperaturile sunt aproximative):

5. o reţea de conducte de lichefiere montate în exterior pe partea din spate a frigiderului, vopsite de obicei în negru ţi care fac parte dintr-un subansamblu denumit condensator; • un compresor electric care acţionează asupra agentului frigorific. Este acţionat electric şi transferă frigiderului energie sub formă de lucru mecanic, în schimbul energiei electrice utilizate; • un circuit interior de răcire, format din canale (ţevi) interioare prin care curge agentul frigorific, circuit denumit uneori şi vaporizator; • o valvă de expansiune. • lichidul de răcire, denumit şi agent frigorific sau agent refrigerent, despre care am vorbit anterior.

6. INTERIORUL FRIGIDERULUI • Frigiderul este echipat aşadar cu o reţea etanşă de ţevi şi conducte dintre care primele sunt dispuse în interiorul său (circuitul de răcire),  iar celelalte în exterior, pe peretele posterior (condensatorul).  Prin acest sistem continuu de ţevi şi conducte curge agentul frigorific. În funcţie de locaţia sa în cadrul reţelei de ţevi la un moment dat, refrigerentul este fie în stare lichidă, fie în stare gazoasă. • La momentul surprins în fotografia de dedesubt, când circulă prin circuitul de răcire, lichidul de răcire se află în stare gazoasă, la temperaturi scăzute. Atunci când aerul încălzit de alimentele proaspăt introduce în frigider ia contact cu ţevile reci, se produce un transfer de căldură dinspre alimente spre gazul refrigerent, rezultând o răcire a compartimentului pentru depozitarea alimentelor, respectiv încălzirea refrigerentului, care curge spre compresor.

7. COMPRESORUL ŞI CONDENSATORUL • Agentul frigorific trece acum printr-un proces în urma căruia este extrasă căldura pe care acesta a absorbit-o din alimentele depozitate în frigider, revenind astfel la o temperatură scăzută. Ce se întâmplă de fapt in această etapă? • La început compresorul presurizează gazul, proces care îl încălzeşte asemenea felului în care o pompă de bicicletă se încălzeşte în timpul umflării unei roţi. Acum un gaz foarte fierbinte, agentul frigorific traversează reţeaua de conducte de lichefiere a condensatorului, care se găseşte, după cum am  menţionat anterior, în exteriorul frigiderului, în partea din spate a acestuia. Pe măsură ce traversează conductele de lichefiere, gazul eliberează căldura acumulată, motiv pentru care aerul este cald în spaţiul din spatele frigiderului. De-a lungul reţelei de conducte, agentul se răceşte suficient pentru a trece prin condensare în formă lichidă. Practic are loc un proces de lichefiere, care este întotdeauna însoţit de cedare de căldură (vezi figura de mai jos).

8. VALVA DE EXPANSIUNE • Lichidul, încă destul de cald şi sub presiune, trece prin valva de expansiune şi se transformă într-un amestec  lichido-gazos aflat la o presiune mai mică , ceea ce duce la vaporizarea şi răcirea sa considerabilă, în cadrul unui proces asemănător cu ceea ce simţim când folosim spray-ul unui deodorant. La ieşirea din valva de expansiune, agentul este un amestec suficient de rece pentru a fi capabil să îngheţe hrana din congelatorul frigiderului d-voastră. Dar la momentul când revine în reţeaua de ţevi din interiorul frigiderului, ajunge la o temperatură optimă pentru răcire şi care nu mai produce şi îngheţarea alimentelor. Ciclul reîncepe apoi cu agentul frigorific absorbind căldura alimentelor de-abia introduse în frigider, permiţând astfel păstrarea lor pentru perioade mai lungi de timp decât ar fi posibil la temperatura camerei.

9. O PERSPECTIVĂ TERMODINAMICĂ • Aşa cum am descris anterior, efectul de răcire se obţine în cazul frigiderului printr-un ciclu de condensări şi vaporizări ale unui compus chimic, freon sau propan. Etapele acestui ciclu de refrigerare, explicate dintr-o perspectivă termodinamică în cele ce urmează, sunt numerotate în figura următoare de la 1 la 6 (în cadrul figurii punctele albastre simbolizează că agentul frigorific este în stare gazoasă, iar zonele complet albastre semnifică faptul că agentul este în stare lichidă la acele momente. De remarcat şi zonele de tranziţie între lichid şi gaz, unde avem de-a face cu un amestec între cele două):

10. În exteriorul containerului frigiderului, compresorul electric efectuează lucru mecanic asupra gazului frigorific, mărindu-i presiunea, ceea ce, conform principiilor termodinamicii, îi creşte şi temperatura. • În continuare, acest gaz la presiune mare şi temperatură ridicată pătrunde în conductele de lichefiere ale condensatorului din spatele frigiderului. • Căldura (q) circulă dinspre gazul aflat la o temperatură ridicată spre zona de temperatură mai scăzută din jurul condensatorului. Această pierdere de căldură face ca gazul aflat la presiune mare să condenseze într-un lichid (mişcarea moleculelor de gaz ale agentului de răcire este încetinită în momentul pierderii de căldură, ceea ce permite formarea legăturilor între moleculele substanţei specifice stării de agregare lichide - Astfel, lucrul mecanic efectuat asupra gazului de către compresor este urmat de o transformare de stare de agregare a agentului frigorific în cadrul unei reacţii cu cedare de căldură, căldură cedată aerului din mediul imediat apropiat condensatorului. Dacă aţi atins vreodată ţevile din spatele frigiderului aţi simţit căldura eliberată la condensarea agentului de răcire. • Apoi, lichidul de răcire trece printr-o valvă de expansiune intrând în circuitul de răcire din interiorul frigiderului. În aceste momente lichidul este la presiune scăzută datorită expansiunii şi are o temperatură inferioară celei a mediului în care se află (aerul din frigider). • Căldura se transferă  dinspre zonele cu temperatură mai mare (unde sunt depozitate alimentele) spre circuitul de răcire, reducând temperatura din frigider. Energia absorbită sub formă de căldură învinge forţele de atracţiile dintre moleculele lichidului de răcire, favorizând vaporizarea acestuia. • Când tot lichidul de răcire a vaporizat, ciclul poate reîncepe. • Ciclul acesta nu continuă la infinit, ci este controlat de un termostat. Atunci când temperatura din interiorul frigiderului creşte peste valoarea setată, termostatul porneşte compresorul. În momentul în care interiorul frigiderului a fost adus sub temperatura de răcire dorită, compresorul este oprit. Acest mecanism de control permite economisirea energiei electrice.