Necesarul e este cantitatea de căldură care trebuie îndepărtată în vederea menţinerii, în cadrul unui proces tehnologic sau al unei incinte, a unei temperaturi mai mică decât cea a mediului ambiant. El are, în primul rând, un caracter tehnologic dar apare şi în procesele de condiţionare a aerului din halele industriale şi clădirile administrative [6].

Mărimea debitului de frig, parametrii de care depinde şi caracteristicile sale, sunt analizate detaliat în [57,58].

Sarcina termică a sistemelor industriale de alimentare cu frig este cantitatea de frig livrată de sursă într-o anumită perioadă.

Regimul de variaţie al frigului livrat nu coincide cu cel al variaţiei necesarului de frig la consumator. Acesta se datorează fie inerţiei termice a diferitor elemente ale sistemului de alimentare cu energie şi a  timpului necesar transportului acestuia, fie existenţei unor eventuale instalaţii de acumulare. Apar diferenţe şi între nivelul termic impus de consumator, faţă de cel al sarcinii termice livrate. Acesta îşi are explicaţia în primul rând în existenţa diferenţei de temperatură minimă necesară transmisiei căldurii în diferitele elemente ale sistemului de alimentare cu energie. De asemenea intervin şi o serie de considerente economice legate de optimizarea condiţiilor de transport  şi distribuţie între  diferitele elemente ale sistemului.

Ca urmare, între necesarul de energie şi sarcina termică a sistemului de alimentare există o legătură elastică, care permite o optimizare tehnico-economică a regimurilor de funcţionare ale sursei, în limitele impuse de necesităţile şi buna desfăşurarea a proceselor la punctele de consum.

Mărimea sarcinii termice a sistemelor de alimentare cu frig  se stabilesc prin însumarea necesarului diferitelor categorii de consumatori luându-se în consideraţie pierderile la transport şi distribuţie.

Determinarea mărimii nominale – de calcul –a sarcinii termice  se face ţinând seama de simultaneitatea consumurilor componente, evitându-se astfel supradimensionările. Din această cauză însumarea diferitelor  consumuri se face numai după cunoaşterea exactă a curbelor de variaţie simultană a consumurilor fiecărui consumator în parte. Însumarea trebuie să ţină seama de caracterul consumului, de parametrii impuşi la consumator şi de natura agentului frigorific utilizat.

Aceasta necesită analiza fiecărui proces tehnologic, a desfăşurării sale în timp şi a caracteristicilor energetice aferente.

    1.3. Principii de producere a frigului artificial

Procedeele termodinamice sunt următoarele: comprimarea de vapori în compresoare mecanice (instalaţii frigorifice cu compresia mecanică); comprimarea de vapori în ejectoare (instalaţii frigorifice cu ejecţie de vapori reci);  comprimarea  de vapori cu compresor termochimic (instalaţii frigorifice cu absorbţie); destinderea de gaze comprimate într-o turbină; destinderea de gaze comprimate într-un organ de laminare; destinderea de gaze comprimate într-un câmp centrifugal.

Procedeele electrice şi magnetice sunt bazate pe: efectul electrochimic de răcire; demagnetizarea adiabatică; efectul termotehnic în He II şi efectul magnetocaloric în supraconductori.

    1.4. Agenţi frigorifici

    Pentru a putea fi folosiţi în instalaţiile frigorifice agenţii frigorifici trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

 să fie inofensivi faţă de organismul uman;

 să nu provoace coroziunea metalelor din care se execută instalaţia frigorifică;

 să nu fie inflamabili şi să nu prezinte pericol de explozie;

 să aibă presiuni moderate la temperaturile de vaporizare şi condensare;

 să aibă volum masic al vaporilor şi căldură masică a lichidului mici, coeficient de conductivitate termică mari, punct de congelare scăzut, punct critic ridicat şi căldură de vaporizare mare;

 să fie inerţi faţă de lubrifianţi;

 să aibă viscozitate mică; 

 să aibă cost redus.

    2.1. Rolul pompelor de căldură în gospodărirea raţională a energiei

    Pompele termice sunt  instalaţii care au rolul de a prelua căldura de la o sursă termică cu temperatură relativ coborâtă şi de a o livra unui consumator la o temperatură mai ridicată [19]. Funcţionând pe baza ciclurilor inversate, aceste instalaţii permit mărirea potenţialului căldurii, adică a nivelului de temperatură a acestuia prin consum de energie din exterior sub diferite forme: mecanică, electrică, termică, solară etc.

Pentru aprecierea eficacităţii pompei termice se recurge la coeficientul de pompare a căldurii denumit şi eficienţă calorifică sau coeficient de performanţă; această mărime este definită ca raportul între căldura  , [kW], furnizată consumatorului şi lucrul mecanic   consumat în acest scop: în care   este căldura preluată de la sursa rece, [kW].

Întrucât  ,rezultă că |Q|=|L||L|,furnizându-se consumatorului o cantitate de căldură de  ori mai mare decât lucrul mecanic consumat,ceea ce înseamnă că pompa termică reprezintă un “amplificator de energie”.

    Ciclurile de funcţionare a pompelor termice sunt axate pe acelaşi procese ca şi instalaţiile frigorifice, de aceea clasificarea acestora este similară, deosebind: pompe termice cu comprimare mecanică de vapori, cu absorbţie (comprimare termochimică), cu ejecţie (comprimare cinetică) şi  termoelectrice.

Natura sursei de căldură influenţează, în mare măsură, caracteristicile funcţional-constructive, precum şi performanţele pompelor termice. De aceea acestea pot fi clasificate, în funcţie de sursa de căldură în următoarele categorii:

 pompe termice aer-aer care utilizează drept sursă de căldură aerul atmosferic, iar ca agent termic, de asemenea, aerul. Dezavantajul acestor pompe termice constă în variaţia importantă a temperaturii aerului, care atinge valori minime în perioadele de încărcare termică maximă, precum şi în valorile reduse ale coeficientului de convecţie , ceea ce impune fie mărirea suprafeţei de transfer de căldură a vaporizatorului, fie creşterea diferenţei de temperatură; la scăderea temperaturii sub 00C are loc depunerea de chiciură pe suprafaţa vaporizatorului, ceea ce îngreunează condiţiile de schimb de căldură. Coeficientul de eficienţă nu depăşeşte valoarea de 2,5;

 pompe termice apă-aer care preiau căldura de la apele de suprafaţă (râuri, lacuri) sau de adâncime, apele calde evacuate din centralele termoelectrice etc.; nu se recomandă din punct de vedere economic utilizarea apei de reţea. Apa permite realizarea unor coeficienţi  mari, însă utilizarea ei trebuie precedată de un studiu al regimului de temperatură pentru a evita îngheţarea acesteia pe pereţii vaporizatorului în timpul iernii. Trebuie luat în considerare, de asemenea, consumul de energie necesar pompelor de circulaţie care poate atinge 15-20% din cel al compresorului pompei termice. Coeficientul de performanţă al acestor pompe are valori ridicate de-a lungul întregului an. Agentul termic este şi în acest caz, aerul;

CAPITOLUL 1

MAŞINI FRIGORIFICE

1.1. Blocul frigorific

1.2. Necesarul de frig şi sarcina termică a sistemelor de alimentare cu frig

1.3. Principii de producere a frigului artificial

1.4. Agenţi frigorifici

1.5. Aplicaţiile frigului

1.6. Producerea temperaturilor foarte joase – criogenie

CAPITOLUL 2

POMPE DE CĂLDURĂ

2.1. Rolul pompelor de căldură în gospodărirea raţională a energiei

2.2. Clasificarea pompelor de căldură. Sursele de căldură

2.3. Schema de principiu şi ciclul de funcţionare a pompei decăldură cu comprimare de vapori

2.4. Agenţii de lucru ai pompelor de căldură cu comprimare mecanică

2.5. Folosirea instalaţiilor cu pompă termică în sistemele de alimentare cu căldură

2.6. Domenii de utilizare a pompelor de căldură

2.7. Asimilarea industrială a producerii de pompe termice în ţara noastra

CAPITOLUL 3

MAŞINI PRODUCĂTOARE DE EFECTE TERMICE

3.1. Domeniul de temperatură exploarat

3.2. Tipuri de maşini care produc efecte termice

3.3. Caracteristica diferitelor tipuri de maşini care produc efecte termice

CAPITOLUL 4

OPTIMIZAREA CICLULUI UNEI MAŞINI CU GAZ

4.1. Maşină cu gaz cu ciclu reversibil

4.1.1. Ciclul Joule inversat

4.1.2. Câteva valori numerice

4.2. Ciclurile ireversibile ale unei maşini cu gaz

4.2.1. Ciclul ireversibil ale unei maşini cu gaz

4.2.2. Ciclul ireversibil cu regenerare al unei maşini cu gaz

CAPITOLUL 5

OPTIMIZAREA UNEI MAŞINI CU COMPRIMARE MECANICĂ DE VAPORI

5.1. Generalităţi privind maşinile cu comprimare de vapori

5.1.1. Ciclul Carnot inversat

5.1.2. Principalele fluide frigorifice

5.2. Ciclul real al maşinilor cu comprimare de vapori

5.2.1. Reprezentarea unui ciclu real în diagrama entalpică

5.2.2. Particularităţi ale laminării

5.2.3. Îmbunătăţiri şi variante ale ciclurilor

5.2.3. Îmbunătăţiri şi variante ale ciclurilor

5.3.2. Minimul de putere necesară unei pompe de căldură cu putere termică impusă.

CAPITOLUL 6

OPTIMIZAREA UNEI MAŞINI TRITERME CU CICLU INVERSAT

6.1. Principiul maşinilor triterme – diferite tipuri de maşini

6.1.1. Istoric

6.1.2. Clasificare succintă

6.1.3. Schema de principiu a unei maşini cu absorbţie

6.2. Formularea matematică a problemei

6.2.1. Modelarea problemei

6.2.2. Formularea în funcţie de timpii de contact cu sursele de căldură

6.2.3. Adimensionalizare

6.3. Optimizare şi rezultate

6.3.1. Metoda de optimizare

6.3.2. Exemple de rezultate obţinute

CAPITOLUL 7

STUDIUL EXPERIMENTAL ALTRANSFERULUI TERMIC CONVECTIV MONOFAZIC LA CURGEREA FORŢATĂ TRANSVERSALĂ PESTE UN CILINDRU ŞI PESTE UN FASCICUL DE CILINDRI

7.1.Descrierea instalaţiei

7.2 Caracteristicile tehnice ale instalaţiei

CONCLUZII