Холодопроизводительность, работа.

В изотермическом процессе 4—1 (см. рис. 2) каждый килограмм циркулирующего холодильного агента получает от охлаждаемого тела теплоту q₀, которая называется удельной массовой холодопроизводительностью холодильного агента, выражается площадью а — 4—1— b и равенством q₀ = T_H (Sb – Sa). (1)

В адиабатическом процессе 1—2 при затрате работы холодильный агент сжимается и его температура повышается от Тн до Тос. В изотермическом процессе 2— 3 каждый килограмм циркулирующего холодильного агента отдает окружающей среде теплоту q, измеряемую площадью а—3 — 2—b: q = To.c (Sb - Sa). (2)

В заключительном адиабатическом процессе 3— 4 холодильный агент расширяется с получением l_K, в результате температура его понижается с Тос до Тн.

Работа l превращается в теплоту, подводимую к холодильному агенту, и определяется как разность работ: работы l к, затраченной на сжатие холодильного агента, и работы l р, полученной при его расширении: l = lk – lp. (3)

В соответствии с первым законом термодинамики сумма энергии, подведенной к холодильному агенту, должна быть равна сумме энергии, отведенной от него: q = q₀ + l. (4)

Отсюда l = q – q₀. (5)В S T - диаграмме работа цикла выражается площадью 1—2— 3--4.

Отношение теплоты, полученной холодильным агентом от охлаждаемого тела q₀, к работе цикла l называется холодильным коэффициентом, который характеризует эффективность осуществления холодильного цикла: ε = q₀ / l (6)С учетом равенств (1) и (2) холодильный коэффициент можно выразить через температуры: ε = T_H / (Toc – T_H). (7)

Из этого следует, что при температуре окружающей среды Тос затраты работы на единицу отведенной теплоты будут тем больше, чем ниже температура Тн.

Обратимый цикл теплового насоса также может быть представлен циклом Карно 5—6— 7— 8 (см. рис. 2).

В этом случае теплота q_0, полученная 1 кг холодильного агента от окружающей среды, соответствует площади с— 8— 5— d, а теплота qb, отданная телу с высокой температурой Тв, выражается площадью с— 7—6—d.

Работа цикла l = qb – q₀ соответствует площади 5— 6— 7— 8.Эффективность цикла теплового насоса определяется отношением полученной теплоты к затраченной работе: μ = qb / l или через температуру: μ = Т_B / (Т_В – Тo.c). (8)

Это отношение называется коэффициентом преобразования теплоты μ.Как следует из этого выражения, величина μ всегда больше единицы. Это свидетельствует о том, что с энергетической точки зрения для отопления целесообразно применять цикл теплового насоса, а не электрический нагреватель. Но при этом надо учитывать, что стоимость холодильного оборудования выше, чем теплового. Работа комбинированного обратного цикла соответствует площади 9— 10— 11— 12, а отведенная от охлаждаемого тела теплота — площади е—12— 9—f. По такому циклу могут работать машины, одновременно охлаждающие (например, пищевые продукты) и нагревающие (воду или воздух) для технологических либо бытовых целей.

Рис. 2. Обратные циклы Карно

 

Типы холодильных машин.

Для получения холода используются безмашинные и машинные способыохлаждения. Безмашинные способы охлаждения основываются на плавлении, испарении, сублимации.По виду затрачиваемой энергии подразделяются на; компрессионные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины используют механическую энергию; теплоиспользующие — тепловую от источников теплоты, температура которых выше окружающей среды; термоэлектрические —электрическую.

При охлаждении в компрессионных и теплоиспользующих машинах теплота переносится в результате совершаемого рабочим телом — холодильным агентом (хладагентом) обратного кругового процесса, а в термоэлектрических — при воздействии потока электронов на атомы вещества. Охлаждение в термоэлектрических машинах основано на термоэлектрическом эффекте, известном как эффект Пельтье, заключающемся в том, что при пропускании постоянного лектрического тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников или полупроводников, один из спаев нагревается (горячий спай), а другой охлаждается (холодный спай). Для того чтобы холодный спай термоэлемента имел постоянную низкую температуру и был источником холода, горячий спай нужно охлаждать.В зависимости от вида рабочего тела (холодильного агента) подразделяют на паровые и газовые.

В испарителе паровой холодильной машины происходит испарение рабочего тела при переходе к нему теплоты от охлаждаемого объекта, а в конденсаторе — его конденсация при переходе теплоты от рабочего тела в окружающую среду (в воздух или воду).В качестве рабочего тела в паровых холодильных машинах используют аммиак и хладоны — фтористые и хлористые производные предельных углеводородов, в газовых — воздух.

В зависимости от способа подачи рабочего тела в конденсатор холодильные машины подразделяют на компрессионные, сорбционные и пароэжекторные. В компрессионных холодильных машинах рабочий цикл совершается за счет механической работы компрессора, в абсорбционных, сорбционных и пароэжекторных — за счет затрат теплоты.

2. Цели и задачи дисциплины.

Холодильная техника — это отрасль науки, исследующая и разрабатывающая различные способы получения искусственного холода, а также технические средства получения и применения холода. Холодильная технология продуктов питания — отрасль науки, которая изучает рациональные и научно обоснованные способы использования холода в пищевой промышленности, решает задачи сохранения сырья и продуктов питания с помощью холода и применения его в их производстве.

Задачи холодильной технологии как науки следующие:

• изучение влияния холодильной обработки и хранения на пищевые продукты и определение оптимальных условий проведения технологических процессов (охлаждение, замораживание, хранение и др.) с учетом особенностей продуктов и свойственных им изменений;

• разработка научно обоснованных методов снижения потерь массы продуктов при холодильной обработке и хранении;

• совершенствование и создание новых технологий холодильной обработки и хранения совместно с другими методами консервирования, позволяющими

минимизировать изменения свойств и потери массы продуктов.Холодильная техника и холодильная технология базируются на знаниях из курсов термодинамики, механики, других наук физического цикла, биологии животных и растений, микробиологии, химии органических и неорганических соединений, биологической, коллоидной и физической химии.