4.1. Procedee de răcire în circuit deschis
a) Răcirea prin evaporarea apei se aplică, mai ales, în condiţionarea aerului. Principiul metodei este următorul: când un lichid este în contact cu un gaz, o parte din lichid se vaporizează, până la saturarea gazului. Căldura necesară vaporizării este furnizată de gaz sau de lichid până la stabilirea echilibrului termic. În acest caz intensitatea procesului de răcire depinde de: mărimea suprafeţei de contact dintre apa care se evaporă şi aerul care se răceşte, precum şi de viteza şi debitul acestuia. În general, se recomandă viteze şi debite mari ale aerului. Alte lichide care se pot vaporiza sunt gazele lichefiate, care au temperaturi de vaporizare scăzute şi călduri latente de vaporizare mari. Procedeul se aplică în industria alimentară pentru congelarea fructelor şi legumelor, a unor produse de patiserie şi panificaţie, pentru congelarea cărnii, peştelui, a unor preparate culinare şi semipreparate din carne, pentru îngheţată. Agenţii criogenici folosiţi sunt azotul şi aerul lichid, dioxidul de carbon şi protoxidul de azot.
b) Utilizarea gheţii şi a amestecurilor refrigerente
Gheaţa hidrică, sub formă de blocuri sau mărunţită este mult folosită în industria alimentară pentru refrigerarea unor produse cum ar fi: peşte, legume şi altele, care necesită atât o răcire rapidă, cât şi o menţinere a suprafeţei lor în stare umedă. Viteza de refrigerare este cu atât mai mare cu cât gheaţa este mai bine mărunţită. Se poate folosi şi dioxid de carbon solid, aşa numita zăpadă carbonică. Aceasta are proprietatea de a sublima la temperatura de –78 0C. Răcirea cu amestecuri frigorifice se practică, mai mult, în laborator. Amestecurile frigorifice sau frigorigene sunt amestecuri de apă (sau gheaţă) cu săruri a căror căldură de dizolvare este negativă (dizolvare cu absorbţie de căldură). Temperatura minimă se atinge cu amestecuri cu o anumită compoziţie (amestecuri eutectice).
4.2. Procedee de răcire în circuit închis
Principiul de producere a frigului în sistemele frigorifice se bazează pe utilizarea agentului frigorific în ciclul Carnot de transformări, prezentat în diagrama temperatură - entropie în figura 4.1. Ciclul Carnot este reversibil şi constă din comprimare adiabatică (1-2), urmată de condensare izotermă (2-3) a vaporilor saturaţi, destinderea adiabatică a agentului frigorific lichid (3-4) şi vaporizarea izotermă (4-1). Căldura necesară vaporizării este luată din mediul ambiant al vaporizatorului. După încheierea ciclului, agentul frigorific se găseşte în starea iniţială pentru a relua ciclul. Ciclul Carnot este un ciclu ideal care serveşte drept standard de comprimare, pentru că transformarea ciclică a agentului frigorific decurge cu eficienţă maximă.
Fig.
4.1. Reprezentarea unui ciclu Carnot în diagrama
temperatură-entropie.
Pentru a măsura performanţa unui sistem frigorific s-a introdus coeficientul de performanţă (COP). Acesta se defineşte ca fiind raportul dintre căldura îndepărtată la temperatura cea mai joasă şi lucrul mecanic introdus în sistem (Perry, 1998).
(8.1)
După cum s-a arătat deja, în sistemele frigorifice are loc următoarea succesiune de operaţii: evaporarea într-un evaporator, comprimarea, răcirea şi condensarea într-un condensator, unde căldura este cedată mediului, şi destinderea agentului frigorific comprimat. Principala diferenţă între diversele procedee constă în modul în care se face comprimarea: prin folosirea lucrului mecanic într-un compresor, prin folosirea energiei termice (pentru absorbţie şi desorbţie) sau prin diferenţă de presiune (în ejector). Aceste aspecte sunt ilustrate şi în figura 4.2 (Perry, 1998).