Acumularea frigului prin depunere de gheata pe tevile vaporizatorului

Exista situatii in care instalatiile frigorifice sunt solicitate sa faca fata unor variatii semnificative ale necesarului de frig, intr-un interval de 24 de ore. Un asemenea exemplu sunt situatiile in care puterea frigorifica necesara prezinta varfuri de sarcina, pe durate relativ scurte. Aceste varfuri de sarcina apar datorita particularitatilor tehnologiilor de fabricatie respective.

In industria alimentara asemenea situatii apar in fabrici de prelucrarea a laptelui, sau in fabrici de bere.

In figura este prezentata o asemenea diagrama de variatie a necesarului de frig, care prezinta un varf de sarcina.

Diagrama de variatie in timp a necesarului de frig

Notatiile de pe diagrama au urmatoarea semnificatie:

Solutia proiectarii unei instalatii avand puterea frigorifica Ф_p+Ф_s, nu este recomandata din punct de vedere economic, deoarece in cea mai parte a timpului (τ₁=τ_p-τ_s), o asemenea instalatie va functiona mult sub capacitatea sa nominala (la puterea frigorifica Ф_p).

O solutie mult mai eficienta este sa se proiecteze o instalatie capabila sa acumuleze frig in perioadele cu solicitare minima de frig, prin depunere de gheata pe tevile vaporizatorului. O asemenea instalatie va avea puterea frigorifica nominala Ф₀, mai mare decat puterea frigorifica a consumatorilor de frig cu functionare permanenta Ф_p, dar mai mica decat puterea frigorifica corespunzatoare perioadei de suprasarcina Ф_p+Ф_s.

In aceste conditii, in perioada cand necesarul de frig este red us, excesul de putere frigorifica al instalatiei, poate fi utilizat pentru formarea unui strat de gheata pe serpentinele vaporizatorului. Durata acestei perioade a fost notata cu τ_a.

Valoarea puterii frigorifice Ф₀ a acestei instalatii se determina din conditia ca in perioada τ_a cantitatea de frig acumulata, aria 4,5,6,7, sa fie egala cu necesarul de frig corespunzator suprasarcinii, aria 1,2,3,4. Matematic aceasta corelatie intre cele doua cantitati de frig, se poate scrie sub forma:

Din punct de vedere constructiv, asemenea vaporizatoare se realizeaza de obicei sub forma unor bazine cu apa in care se amplaseaza serpentinele alimentate cu agent frigorific lichid.

Schema construnctiva a unui asemenea vaporizator, produs de Frigotehnica Bucuresti, este prezentata in figura.

Vaporizator cu acumulare de frig, produs de Frigotehnica Bucuresti

In continuare sunt prezentate alte variante ale unor asemenea acumulatoare de frig.

Vaporizator cu acumulare de gheata

Vaporizator imersat pentru acumulare de gheata

Vaporizator cu acumulare de gheata

Vaporizator cu acumulare de gheata, dublu

Colectorul de vapori al acumulatorului de gheata

Constructia acestor vaporizatoare permite acumularea de gheata in cochilii, avand diametrele mai reduse decat distanta dintre tevi, pentru ca aceste cochilii sa nu se uneasca intre ele, ceea ce ar duce la formarea unor blocuri de gheata, care s-ar topi mult mai greu in perioada de suprasarcina.

Cantitatea maxima de frig acumulata pe un metru de teava, q_g, se calculeaza cu relatia:

unde:

La proiectarea acestor vaporizatoare, se va calcula lungimea necesara a tevilor, avand in vedere ca aparatul va functiona in mai multe regimuri de lucru si va trebui sa faca fata in toate aceste regimuri:

Lungimea serpentinei vaporizatorului trebuie sa faca fata tuturor acestor regimuri. In consecinta se va calcula pentru fiecare din cele patru regimuri, cate o lungime necesara a tevii vaporizatorului, iar in final se va construi aparatul, cu lungimea de teava maxima rezultata.