Me han dicho que debo descongelar mi congelador para ahorrar energía, wiki, aquí y aquí, por ejemplo, pero ninguno de los sitios enlazados es una revista de papel explicando por qué (la wiki el artículo no tiene referencias), y no me parece obvio. No entiendo cómo funciona el mecanismo, y te pido un buen papel de leer sobre el tema o una explicación.
Respuestas
¿Demasiados anuncios?Los refrigeradores y congeladores de trabajo mediante la ejecución de un clima muy frío líquido a través de tubos de refrigeración instalado en la cavidad que se va a enfriar. Este flujo (el compresor) se apaga cuando la temperatura que se alcanza, el más rápido de la temperatura que se alcanza, al menos de energía, el dispositivo utiliza.
Líquido frío en $T_c$ se ejecuta a través de los tubos de refrigeración. La cavidad se enfría, se a $T_f$. Ahora echemos un vistazo a la pequeña área de $A$ en la superficie de un enfriamiento de la tubería.
Cuando el enfriamiento de la tubería es limpio (no mate más), a continuación, Newton del enfriamiento de la ley nos dice que el flujo de calor (cantidad de calor eliminado por unidad de tiempo) $\dot{q}$ a través de $A$ es:
$$\dot{q}_\textrm{clean}=hA(T_f-T_c)$$
Donde $h$ es el coeficiente de transferencia de calor.
Pero cuando la superficie es mate con porosa de hielo, entonces:
$$\dot{q}_\textrm{frosted}=uA(T_f-T_c)$$
$$\frac{1}{u}=\frac{1}{h}+\frac{\theta}{k}\implies u=\frac{hk}{k+h\theta}$$
Donde $\theta$ es el espesor de la helada material y $k$ la conductividad térmica de la helada material.
Debido a la helada material es un mal conductor de calor ($k$ tiene un bajo valor):
$$h>\frac{hk}{k+h\theta}$$
(Tenga en cuenta que la helada material no es hielo puro, es altamente porosa de hielo que contiene mucho aire atrapado, con lo que se reduce aún más el $k$ valor de la escarcha). Y esto significa que todas las otras cosas que son iguales:
$$\dot{q}_\textrm{clean}>\dot{q}_\textrm{frosted}$$
Multiplique esto por supuesto, para el total de la superficie de los tubos de refrigeración. Para limpiar tubos de refrigeración se llevan el calor más rápidamente, con lo que el compresor funcionando para tiempos más cortos para llegar a la temperatura establecida. Esto ahorra energía, tenga en cuenta también cómo los congeladores que se han congelado a lo largo de más (mayor espesor de la escarcha $\theta$) peor desempeño.
Un poco más detallado:
$$\dot{q}_\textrm{clean}=u_1A(T_f-T_c)$$ $$\dot{q}_\textrm{frosted}=u_2A(T_f-T_c)$$ Aquí se puede demostrar que:
$$\frac{1}{u_1}=\frac{1}{h_1}+\frac{\theta_1}{k_1}+\frac{1}{h_2}$$ Y: $$\frac{1}{u_2}=\frac{1}{h_1}+\frac{\theta_1}{k_1}+\frac{\theta_2}{k_2}+\frac{1}{h_3}$$
Pero aquí también, porque la escarcha conduce el calor muy mal, ($k_2$ es pequeña):
$$u_1>u_2$$
Para que limpie los tubos de llevar el calor más rápidamente, siendo todas las otras cosas iguales.
Símbolos utilizados en esta sección:
$h_1$: coeficiente de transferencia de calor por convección, el fluido de enfriamiento del metal.
$h_2$: coeficiente de transferencia de calor por convección, de metal al aire.
$h_3$: coeficiente de transferencia de calor por convección, heladas al aire.
$k_1$: conductividad térmica, de metal.
$k_2$: conductividad térmica, de las heladas.
$\theta_1$: de espesor, de metal.
$\theta_2$: de espesor, de las heladas.
tvo
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220
El siguiente punto no fue tomada en las otras respuestas. La eficiencia de un ciclo de refrigeración está determinada por su coeficiente de rendimiento (COP), que se define como:
$$ COP = \frac{|Q_L|}{|W|} $$
$Q_L$ es el calor extraído del congelador y $W$ el (eléctrica), que impulsa el ciclo, es decir, la energía del compresor. Por un ideal, reversible, en el ciclo de refrigeración, tales como un ciclo de Carnot, la COP sólo depende de la temperatura de los reservorios de calor con la que los intercambios de calor:
$$ COP = \frac{T_L}{T_H - T_L} $$
$T_L$ es la baja temperatura (por ejemplo, el interior de un congelador), y $T_H$ la alta temperatura (por ejemplo, temperatura ambiente de la sala).
En la práctica, no son finitos, diferencias de temperatura entre el refrigerante y el depósito de calor en ambos lados del ciclo de refrigeración. Con el fin de extraer el calor desde el congelador, el refrigerante debe tener una temperatura de $T_l < T_L$, y al revés en el condensador de lado (lado posterior del congelador) donde el refrigerante debe tener una temperatura superior a la ambiente ($T_h > T_H$). Esto limita la COP:
$$ COP = \frac{T_l}{T_h-T_l} < \frac{T_L}{T_H - T_L} $$
La resistencia térmica impuestas por la formación de hielo aumenta la diferencia entre los $T_l$ $T_L$ y por lo tanto reduce la COP aún más. Como resultado, la formación de hielo reduce la eficiencia de un congelador, lo que significa que hay más potencia eléctrica necesaria para la unidad.
Comentario
Por supuesto, real de los sistemas de refrigeración tienen menor COP que el ciclo de Carnot, porque de irreversibilities. Sin embargo, la anterior tendencia también es aplicable a sistemas reales.
deadprogrammer
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656
La adición de muy buena Gert la respuesta me gustaría señalar a los demás, no de manera científica, las razones.
- El hielo no está formado generalmente como sólido libre de vacío, pero es muy porosa. Que la porosidad lleva incluso a menor conductividad térmica y baja capacidad térmica ($J/K\ m^3$).
- Si suponemos que la condensación/desublimation tasa es proporcional a la superficie, podemos suponer que con escarcha en el congelador de la tasa está aumentando. Cuando el hielo se forma se libera calor de $h_{evap}$ $h_{melt}$ y este calor adicional debe ser "enfriado".
- Cuando el sólido se forma el hielo, debido a que se limita la conductividad (capa superficial se funde por vapor de condensación y fluye hacia abajo, donde se congela), y es capaz de trabajar como disipador de calor, el congelador es generalmente en la condición en la que el hielo impide la correcta estanqueidad.
- Hay, probablemente, un simple lazo de control que swiches el compresor y así mantener la temperatura en el rango de, digamos, -10 -11 C. Si usted tiene helado de búfer solo en refrigeración lado tienen a "enfriada" hielo cerca de las paredes, causando el congelador opperates en el rango de, digamos, -9.5 a -11.5 C debido a su lazo de control es ligeramente disminuido. Si el sensor de temperatura está cubierto, su lazo de control es demasiado lento y usted fácilmente puede operar en el rango de -5 a -15 C.
- Correctamente diseñado buffer (de alta capacidad, un buen aislamiento, alta conductividad) aumenta la eficiencia de una manera bastante eficaz. Pero helado de espuma y poroso formado por hielo en el congelador tiene ni la alta capacidad térmica (con respecto a su volumen), ni una buena conductividad.
Gert
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4819
Otro modelo:
Una bobina o a través de la serpentina que el refrigerante líquido fluye tiene una longitud total $x=L$. La cavidad está perfectamente aislado. La temperatura de $T_f(t)$ dentro de la cavidad se considera dependiente del tiempo solo (uniforme espacial de la distribución de la temperatura).
La temperatura de la bobina/de la serpentina es tanto tiempo y dependiente de la posición: $T_c(x,t)$.
Para un infinitesimal de la serpentina elemento $dx$ $x$ un infinitesimal flujo de calor está dada por: $$d\dot{q}=udA[T_f(t)-T_c(x,t)]=up[T_f(t)-T_c(x,t)]dx$$ Donde $p$ es el perímetro de la tubería, (por ejemplo,$2\pi r$, en el caso de un tubo cilíndrico), por lo $dA=pdx$.
La absorción de calor provoca un infinitesimal aumento de la temperatura: $$dq=dmc_{p.c}dT_c(x,t)$$ Y con $$\frac{dm}{dt}=\dot{m}$$ $$d\dot{q}=\dot{m}c_{p,c}dT_c(x,t)$$ La combinación de ambas expresiones e integrando se obtiene: $$T_c(x,t)=T_f(t)+[T_{c,0}-T_f(t)]e^{-\alpha x}$$ Con: $$\alpha=\frac{up}{\dot{m}c_{p,c}}$$ Para $x=L$: $$T_c(L,t)=T_f(t)+[T_{c,0}-T_f(t)]e^{-\alpha L}$$ De forma similar: $$dq=-CdT_f(t)$$ $$\frac{dq}{dt}=-C\frac{dT_f(t)}{dt}$$ Donde: $$C=\displaystyle \sum_1^nm_ic_{p,i}$$ Asumimos $t=0$ es el momento en que la bomba esté encendida y de que el termostato está configurado para llegar a una temperatura fija $T_s$ (la bomba se apagará): $$T_c\leq T_s\leq T_f(0)$$ El uso de las expresiones anteriores algunos más pueden ser derivados de:
1. Tiempo $t_s$ necesario para llegar a $T_s$: $$t_s=\frac{1}{1-e^{-\alpha L}}\frac{C}{\dot{m}c_{p,c}}\frac{T_{f,0}-T_s}{T_{c,0}-T_s}$$
Esto confirma el papel del coeficiente de transferencia de calor $u$, porque como $u$ aumenta el factor de $\frac{1}{1-e^{-\alpha L}}$ disminuye. Los altos valores de $u$ reducir así el tiempo de vaciado $t_s$.
2. El tiempo de evolución de $T_f$: $$T_f(t)=\frac{\beta T_{c,0} t-T_{f,0}}{\beta t-1}$$ Donde: $$\frac{1}{\beta}=\frac{1}{1-e^{-\alpha L}}\frac{C}{\dot{m}c_{p,c}}$$
3. Final-temperatura del refrigerante:
$$T_c(L,t_s)=T_s+[T_{c,0}-T_s]e^{-\alpha L}$$
De nuevo la influencia de la $u$ es clara: mayor $u$ baja $T_c(L,t_s)$.
Notas:
Tenía la esperanza de que una descripción más detallada del modelo permite a la dirección de los Hassassin y Turion inquietudes, con respecto a la segunda parte del ciclo'. El argumento es que a pesar de bombeo se reduce el tiempo, que no dice nada acerca de la energía necesaria para enfriar el eluido de refrigerante de vuelta a $T_{c,0}$. Este modelo no es muy claro que se trate.
Esto puede, en parte debido al hecho de que los refrigeradores/congeladores realmente no funcionar de la manera que se describe en este modelo simple. En lugar de una baja temperatura de líquido se bombea a través de la serpentina y el calor es llevado como calor latente de vaporización del refrigerante. La serpentina de la temperatura por lo tanto debe ser aproximadamente constante. La eficiencia de la nevera/congelador calor del motor puede ser la clave para una mejor comprensión de por qué limpiar los aparatos a utilizar menos energía.
Steve C
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1
La descongelación sólo ahorra energía, ya que la parte interna puede ser congelado hasta la restricción de flujo de aire que hace que el ventilador tiene que trabajar más. También la más cosas que tienes en el congelador al menos el aire que se necesita para ser enfriado después de que se abre y se cierra.
