Relația dintre temperatură și presiune este unul dintre factorii principali care determină starea agentului frigorific atât în vaporizator cât și în condensator, precum și într-un container convențional cu agent frigorific. Mai jos sunt explicații mai detaliate ale efectului temperaturii și presiunii asupra stării agentului frigorific.
Apă fierbinte când presiunea scade
Știm că pentru a aduce apa la fierbere la presiune atmosferică este suficient să se încălzească la 100 ° C. În același timp, atunci când circuitul de răcire este evacuat în scopul deshidratării acestuia, apa care poate fi în circuit are o temperatură ambiantă, adică mult mai mică de 100 ° C. Utilizând un experiment simplu, al cărui schemă este prezentată în Fig. 1.1, este posibil să se arate efectul evacuării asupra procesului de fierbere a apei: lăsați recipientul transparent cu apă, de exemplu la o temperatură de 3 ° C, să fie conectat la atmosferă, adică la presiune atmosferică. Se poate vedea că apa este încă și nu fierbe.
Cu toate acestea, atunci când rezervorul este conectat la o pompă puternică de vid, după începerea evacuării, se poate observa că apa începe să fiarbă, deși temperatura acesteia este de numai 3 ° C. Acest fenomen poate fi explicat după cum urmează: suprafața apei este sub acțiunea a două forțe conjugate, care sunt îndreptate unul împotriva celuilalt (vezi Figura 1.2).
Acest fenomen poate fi explicat după cum urmează:
- Suprafața apei este sub acțiunea a două forțe conjugate, care sunt îndreptate unul împotriva celuilalt (vezi Figura 1.2).
- Prima forță Fi este forța interioară a lichidului, îndreptată în sus de jos și tinzând să forțeze apa din vas. (vezi figura 1.2)
- A doua forță a Fe este o forță exterioară, care, dimpotrivă, tinde să mențină apă în interiorul vasului.
Atât timp cât forțele orientate opus Fi și Fe sunt echilibrate, ele sunt neutralizate reciproc și nimic nu se întâmplă în vas.
Aspirarea provoacă fierberea apei, deoarece scade presiunea asupra lichidului și astfel reduce rezistența Fe. În consecință, atunci când, ca rezultat al evacuării, forța Fe devine mai mică decât forța Fi, apa nu poate rămâne în interiorul vasului și începe să-l lase ca vapori (apa se fierbe).
Încălzirea apei provoacă, de asemenea, fierberea, deoarece crește simultan forța internă care acționează în lichid. În mod similar, atunci când, ca urmare a încălzirii, forța Fi devine mai mare decât forța Fe, forța externă nu mai poate menține apă în vas și începe evaporarea.
Deci, pentru a face lichidul să fiarbă, este suficient fie să crească forța interioară (încălzirea lichidului), fie să scadă presiunea externă pe suprafața sa liberă (aspirarea vasului).
Cum să provoace apă fiartă prin turnarea unui borcan de apă rece:
În experimentul precedent, am fiert apa, evacuând vasul și încălcând astfel echilibrul dintre forțele Fi și Fe.
Când apa se fierbe complet, închidem vana de izolare a vasului la ieșirea din el (vezi Figura 1.3). Încălzirea se oprește complet. Aceasta se datorează faptului că moleculele de vapori formate în timpul fierberii lichidului, acumulând deasupra suprafeței sale, ridică presiunea în vas. Atunci când creșterea presiunii devine suficientă pentru a stabili o nouă stare de echilibru între forțele Fe și Fi, fierberea se oprește imediat. Cu toate acestea, dacă este întreruptă, fierberea începe cu o nouă forță dacă vasul este udat cu apă rece.
Acest fenomen, la prima vedere, este extrem de paradoxal, se explică prin faptul că o mică masă de vapori de apă conținută într-un vas se răcește mult mai repede decât o masă mare de apă. Ca urmare, vaporii de apă se contractează mai puternic decât lichidul, iar forța externă Fe (care acționează în faza de vapori) scade mai repede decât forța internă Fi (care acționează în lichid). Când forța Fe devine mai mică decât forța Fi, echilibrul lor este încălcat și fierberea se reia în mod natural (acest experiment ușor de realizat poate fi realizat cu un instrument cunoscut sub numele de flacon Franklin).
Diferența dintre masa specifică a lichidului și a vaporilor acestuia.
Vorbind despre masa specifică a corpului, subliniem faptul că prin acest termen se înțelege o anumită masă corporală per unitate de volum (de exemplu, știm că 1 litru de apă are o masă de 1 kg). Pentru Freon R22 1 litru de lichid la o temperatură de 20 ° C are o masă de aproximativ 1,2 kilograme dar 1 litru de vapori R22 la aceeași temperatură și la presiunea atmosferică are o masă de aproximativ 0,038 kg, adică 1,210,038 = 31 ori mai mici.
În consecință, la 20 ° C și la presiunea atmosferică, 31 litri de vapori R22 au aceeași masă ca 1 litru de lichid R22 (vezi figura 1.4).
Astfel, ca urmare a evaporării lichidului R22 la 20 ° C, vaporii care rezultă ocupă un volum de 31 ori mai mare decât volumul lichidului din care s-au format.
Prin urmare, diametrul liniilor de lichid din circuitele de agent frigorific este întotdeauna mai mic decât diametrul conductelor de evacuare, deși presiunile din aceste două linii sunt aproape identice.
Relația dintre presiune și temperatură:
calibre de refrigerare, pe care le folosim de obicei, arată relația dintre presiunea de vapori și temperatură pentru agenții frigorifici 3 x tip cele mai utilizate în ultimii ani, (R12, R22 și R502).
Cu toate acestea, în viitor vom avea mai multe și mai obișnuiți cu noul agent frigorific (R134a, R404A, etc). Pentru a ne consolida cunoștințele despre comportamentul agenților frigorifici la diferite temperaturi, luăm în considerare Fig. 1.5 și să încerce să-și imagineze ce se întâmplă în interiorul vasului soderzhaschego R22 în fază lichidă, când temperatura crește ego: într-un prim lichid vas este R22 la 20 ° C și indicatorul indică faptul că presiunea rezervorului este de 8 bari.
Dacă temperatura crește, o cantitate mică de lichid este vaporizat, ceea ce duce la o scădere a nivelului lichidului din vas și o ușoară creștere a volumului de vapori. Cu toate acestea, ținând cont de faptul că volumul de cazare de vapori formate prin evaporarea unui volum de lichid, este necesar spațiu, de aproximativ 30 de ori mai mare decât volumul care este ocupată de lichid vaporizat, vaporii din vasul este comprimat iar presiunea crește în aceasta, în măsura în care , pe măsură ce crește temperatura.
Prin urmare, în cel de-al doilea vas, a cărui temperatură este de 27 ° C. manometrul indică o presiune de 10 bari. Dacă temperatura continuă să crească și atinge, de exemplu, până la 34 ° C. cantitatea de vapori crește mult mai rapid decât nivelul de lichid scade, iar presiunea în cazul nostru ajunge la 12,2 bari.
Astfel, pe măsură ce crește temperatura lichidului, crește forța internă Fi, ceea ce duce la evaporarea cantității necesare de lichid. Eliberat din cauza acestui volum este prea mic pentru cantitatea de vapori formate, acestea sunt comprimate, presiunea crește în timp ce creșterea forței externe Fe și atât de mult timp până când un echilibru al forțelor Fe și Fi. Astfel, într-un vas închis cu o stare de generare a amestecului de vapori de lichid (denumit vapori saturați sau a unui amestec vapori-lichid într-o stare de saturație) satisface relația foarte precisă (depinde de natura lichidului) între temperatura lichidului și presiunea vaporilor.