Dwutlenek węgla: jego własności i wykorzystanie w urządzeniach

Paweł Pranga
Dwutlenek węgla: jego własności i
wykorzystanie w urządzeniach chłodniczych i
klimatyzacyjnych
Część I - własności
Dwutlenek węgla należy do grupy naturalnych czynników chłodniczych w skład tej
grupy wchodzą również takie czynniki jak: amoniak węglowodory( propan, butan), woda i
powietrze.
Historia:
1835 r.- CO2 zostaje zastosowany w postaci suchego lodu jako środek powodujący
krzepnięcie rtęci
1867 r.- S.C. Lowe opisuje jak zastosować dwutlenek węgla w urządzeniu chłodniczym
1869 r.-zostaje zastosowany w praktyce w U.S.A.
W europie pionierem w dziedzinie instalacji z CO2 Carl von Linde, który w 1882
zaprojektował pierwsze urządzenie na R 744 i rozwój techniki opartej na zastosowaniu tego
czynnika trwał do lat 1931-34 kiedy to nastała era „freonów”.
Schemat obiegu CO2 w przyrodzie
CO2 wykres fazowy
Na powyższym wykresie widzimy iż przy ciśnieniu atmosferycznym CO2 może występować
tylko w postaci lodu i pary, a poniżej -78,40C występuje w postaci tzw. suchego lodu.
Dla tego czynnika punkt potrójny to jest taki w którym następuje równowaga trzech faz
występuje przy temperaturze -56,60 C ciśnieniu 5,2 bar. Punkt krytyczny czyli taki w którym
gęstość cieczy i pary równoważy się, co prowadzi do powstania fazy gazowej którą nazywa
się obszarem nadkrytycznym występuje przy cisśnieniu 73,7 bar i temperaturze 31.10C.
Właściwości fizyczne CO2
•
Indywidualna stała gazowa
0,18892 kJ/kgK
•
Temperatura krytyczna
31,05 °C
•
Ciśnienie krytyczne
73,771 bar
•
Gęstość krytyczna
467,9 kg/m³
•
Ciśnienie punktu potrójnego
5,18 bar
•
Temperatura punktu potrójnego
-56,6 °C
•
ODP
0
•
GWP
1
•
Właściwości dla temperatury nasycenia -20°C:
•
Ciśnienie nasycenia
16,831 bar
•
Gęstość właściwa cieczy
1057,29 kg/m³
•
Gęstość właściwa pary
•
Entalpia parowania
•
Ciepło właściwe cieczy
•
Ciepło właściwe pary
•
Współczynnik przewodności cieplnej cieczy
•
Współczynnik przewodności cieplnej pary
0,0164W/(m·K)
•
Lepkość dynamiczna cieczy
124,4 μPas
•
Lepkość dynamiczna pary
13,64 μPas
•
Lepkość kinematyczna cieczy
•
Lepkość kinematyczna pary
•
Liczba Prandtla cieczy
•
Liczba Prandtla pary
•
Stała Poissona
•
Wykładnik izentropy
1,292
•
Napięcie powierzchniowe
8,81 mN/m
44,31 kg/m³
289,75 kJ/kg
2,154 kJ/kgK
1,292 kJ/kgK
0,0394 W/(m·K)
0,1202 μm²/s
0,261 μm²/s
6,808
1,073
1,725
Zalety
•
Tani i łatwo dostępny
•
niepalny, nietoksyczny
•
Obojętny chemicznie
•
Nieszkodliwy dla artykułów spożywczych
•
Względnie mały stosunek sprężu
•
Dobra współpraca z olejami smarnymi
•
Wysoka objętościowa wydajność chłodnicza
•
Niskie opory przepływu
•
Nadciśnienie w instalacji
•
ODP=0 GWP=1
Wady
•
Bezwonny i gęstszy od powietrza
•
Konieczność chłodzenia zbiornika z CO2
•
Wysokie ciśnienia robocze
Porównanie R744 z innymi czynnikami chłodniczymi.