Tehnologii Criogenice

Definitii

- Criogenia- are ca obiect frigul adanc

- Scaderea temperaturii unui sistem in conditii exterioare

impuse, se produce odata cu scaderea entropiei

sistemului

- Entropie=Mărime termodinamică de stare, care reflectă

ireversibilitatea proceselor fizice macroscopice.

- Entropie= mărime care, în termodinamică, permite

evaluarea degradarii energiei unui sistem.

- Criogenia este ansamblul tehnicilor folosite pentru :

 producerea,

 stocarea

 utilizarea gazelor lichefiate.

C1- Tehnologii Criogenice 4

temperatura critică, respectiv presiunea critică T - şi volumul critic. c, Pc, Vc

H - schimbul de entalpie datorită vaporizării (căldura latentă de vaporizare); v

densitatea gazului la Tvr - ; g

densitatea lichidului la Tvr - ; l

temperatura punctului triplu unde coexistă în echilibru fazele gazoasă, lichidă şi

solidă;

T - t

T - temperatura de vaporizare (sau lichefiere) la 1 atmosferă; v

Kr 119,7 115,9 2200 8,33 108 210,1 54,0 1,28

CH 111,6 90,68 423 1,82 510 190,5 45,4 6,14 4

O 90,2 54,4 1140 4,47 213 154,6 50,4 2,29 2

Ar 87,3 83,8 1394 5,8 163 150,8 48,0 1,90

F 85,0 53,48 1502 5,63 175 144,3 51,5 1,74 2

CO 81,6 68,1 790 4,5 216 132,9 34,5 3,32

N 77,3 63,1 809 4,614 199 126,2 33,5 3,18 2

Ne 27,09 24,6 1236 9,58 86,2 44,4 26,9 2,07

T 25,04 20,6 257 3,14 231 40,4 18,3 9,2 2 (p)

D 23,63 18,69 161 2,30 305,3 38,3 16,28 14,97 2 (p)

H 20,27 13,80 71 1,338 445,4 32,98 12,76 31,82 2 (p)

4He 4,215 - 125 16,9 20,5 5,25 2,26 14,4

3He 3,19 - 58 25,6 7,53 3,32 1,15 24,3

[K] [K] [K] [atm]

Hv Tc Pc Vc rg rTv Tt l

Lichidul

criogenic

Proprietăţile lichidelor criogenice

- Heliul lichid, cu punct de fierbere la 3,19 sau 4,2 K

serveşte pentru obţinerea celei mai joase temperaturi.

- Pentru obţinerea azotului în tehnică, se foloseşte

lichefierea şi distilarea fracţională a aerului. În acelaşi

proces se mai obţin pe lângă azot: oxigen, argon, neon

şi heliu. Azotul are temperatura critică la 126,2 K,

presiunea critică 33,45 bar, are o densitate de 0,8 ×103

kg / m3 şi căldura latentă de 4800 J/kg. Este puţin solubil

în apă şi se dizolvă în cantităţi mici în unele metale.

- Zăpada carbonică (CO2 solid) are temperatura de

vaporizare la 194,6 K, temperatura critică la 304,16 K,

iar presiunea critică la 72,9 bari, având densitatea de 1,6

×103 kg / m3 şi căldura latentă de 13700 J / kg. Dioxidul

de carbon se dizolvă uşor în apă şi este mult mai solubil

în alcool eter.

ISTORIC

- Etapa I- Punerea in evidenta

- Inceputul: eclipsa din 18 august 1868 - punerea in evidenta a heliului de

catre francezii Jansen si Lockyer prin analiza spectrala a radiatiilor emise

de soare

- 1877- se pune in evidenta fenomenul de lichefiere a aerului de catre

Caillet in Franta (care produce ceata de aer lichid) si de Pictet in Elvetia

(care obtine oxigen lichid in cantitati mici)

- 1880- la Universitatea din Cracovia se obtine oxigen lichid in cantitati

suficiente pentru a putea fi studiat

- 1881- la Universitatea din Cracovia se obtine ceata de hidrogen lichid

- Etapa II- Pastrarea

- 1888- D’Arsonval, in Franta construieste primul criocontainer – vas de

sticla cu peretii dubli si vid intre ei, destinat pastrarii gazelor lichefiate

- 1892- in Anglia James Dewar perfectioneaza criocontainerul si introduce

un ecran pentru micsorarea radiatiei termice prin argintatrea unuia din

pereti, asigurand in acest fel pastrarea mai indelungata a fluidelor

criogenice.

- Etapa III- Aplicatii industriale

- 1895 – se infiinteaza Compania Linde

- 1898- James Dewar reuseste sa lichefieze hidrogenul

- 1902- se infiinteaza Societatea L’air liquid, unde se produc cantitati

industriale de aer lichid

- 1907- Linde construieste prima statie de lichefiere a aerului in

America

- 1914- Ramsey si Crookes pun in evidenta heliul in sisturi

bituminoase

- 1933- prin metoda de demagnetizare adiabatica se ating temperaturi

sub 0,1K

- 1933 – sovieticul Kapitza inventeaza turbina de detenta pentru

lichefactorul de heliu fapt care face posibila producerea industriala a

cestuia.

- Etapa IV- Cercetari fundamentale si dezvoltarea aplicatiilor

- -anii 1940- studiul materialelor pentru determinarea caracteristicilor

si utilizarea lor la temperaturi criogenice

- -aplicatii diverse in domenii multiple

Aplicatii - Arborele criogenic

(Oshima)

- 1- tehnica vidului

- 2- chimie

- 3- fizica

- 4- termodinamica tehnica

- 5- Constructii de masini

- 6- Electrotehnica

- 7- Electronica

- 8- Criotehnica

- 9- Siguranta in exploatare

- 10- Randament

- 11- Supraconductori

- 12- Tehnica masurarilor

- 13- Circuite electronice

- 14- Campuri magnetice

- 15- Acceleratoare magnetice

- 16- Aplicatii medicale

- !&- Aplicatii in industria alimentara

- 19- Biologie

- 20- Aeronautica

- 21- etc.