مبانی سرمایش تراکمی (بخش اول)

۶ ماه قبل ۳۹۳ ۰

تبرید

در حالت کلی به هر فرآیندی که منجر به حذف حرارت از محیط می‌گردد، تبرید گفته می‌شود. به شاخه‌ای از علم که در آن، به کاهش و ثابت نگه داشتن دماي یک ماده یا فضا، به دمایی پائین‌تر از دماي محیط پرداخته می‌شود، علم تبرید اطلاق می‌گردد. در تحول تبرید، حرارت از جسم سرد شونده‌ای گرفته می‌شود و به جسم دیگري که دمایی کم‌تر از جسم سرد شونده دارد، منتقل می‌گردد. بنابراین در این تحول هم گرمایش و هم سرمایش وجود دارد و فقط نحوه استفاده از سیستم، آن‌ها را از یکدیگر متمایز می‌سازد.

در تبرید چون حرارت همواره از محل گرم‌تر به محیط سرد‌تر منتقل می‌شود، به طور پیوسته جریان حرارتی بین دو محیط برقرار می‌باشد. براي جلوگیري از آن معمولا محل سرد شونده را به وسیله عایق حرارتی از محیط اطراف جدا می‌کنند.

بار برودتی

شدت جذب حرارت از یک ماده یا فضا را براي به وجود آوردن شرایط دمایی مورد نظر و ثابت نگه داشتن آن، بار حرارتی یا بار برودتی می‌نامند. در اکثر کاربردهاي تبرید مثل سردخانه ها، بار سرمایی کل تجهیزات تبرید، مجموع حرارت‌های حاصل از چندین منبع مختلف می‌باشد که عبارتند از:

1.      حرارت منتقل شده از طریق دیوارهاي عایق کاري شده به وسیله هدایت.

2.      حرارتی که به وسیله هواي گرم ورودي از درزها و درب‌ها وارد سردخانه می‌شود.

3.      حرارتی که باید از جسم سرد شونده ورودي گرفته شود تا دماي آن به دماي سردخانه برسد.

4.      حرارت حاصل از کار افراد، موتورها، لامپ‌ها و سایر وسایل گرمازاي داخل سردخانه.

عامل سرمایی

در تحولات برودتی، ماده جذب‌کننده حرارت یا عامل سرمایی را مبرد یا ماده سرمازا می‌نامند. بسته به تاثیري که حرارت جذب شده بر روي مبرد دارد، می‌توان تحولات برودتی را به دو صورت محسوس و نهان طبقه‌بندی نمود. در صورتی که جذب حرارت موجب افزایش دماي سرد‌کننده شود، تحول برودتی را محسوس و چنانچه موجب تغییر حالت فیزیکی مبرد شود (ذوب یا تبخیر) آن را نهان می‌نامند. در هر دو مورد بایستی دماي مبرد همواره از دماي فضا یا ماده سرد شونده کم‌تر باشد.

موارد زیر عواملی هستند که محدوده‌ی انتخاب مواد را به عنوان مبرد محدود می‌کنند:

1.      نوع سیستم سرمایش و نیازهاي سرمایشی

2.      گرماي نهان تبخیر زیاد

3.      گرماي ویژه کم

4.      سمی نبودن

5.      کمترین اختلاف فشار بین تبخیر و تقطیر

6.      عدم جذب رطوبت

طبقه‌بندی مبردها از نظر ترکیب شیمیایی

1.      مبردهای غیرارگانیک یا معدنی

2.      مبردهای فلوئوروکربنی

2.1.   CFCs

2.2.   HCFCs

2.3.   HFC

2.3.1.     فلوئورومتان

2.3.2.     فلوئورواتان

2.3.3.     فلوئوروپروپان

3.      مبردهای هیدروکربنی

4.      مبردهای مخلوط

مبرد‌هایی که با 400 شروع می‌شوند، بیانگر مخلوط بودن سه نوع مبرد با درصدهاي مختلف است (زئوتروپیک)، مبرد‌هایی که با 500 شروع می‌شوند، بیانگر مخلوط بودن دو نوع مبرد با درصدهاي مختلف است (آزئوتروپیک). ترکیب‌هاي ارگانیک یا آلی با 600 شروع می‌شوند. ترکیب‌هاي غیرارگانیک یا معدنی با 700 شروع می‌شوند.

کاربرد روغن در تبرید

در صنعت تبرید از روغن به منظور روانکاری و کنترل دمای کمپرسور استفاده می‌شود. روغن‌های روانکار به طور عمده دارای منشاء نفتی هستند و با ایجاد لایه نازکی از روغن بر روی سطوح متحرکی که با یکدیگر در تماس هستند، از ساییدگی و فرسودگی آنها جلوگیری می‌کند. روغن‌های مورد استفاده در سیستم‌های سرمایش تراکمی باید دارای ویژگی‌های زیر باشد:

1.      در دما و فشار دو سمت مکش و دهش حلالیت مناسبی داشته باشد به صورتی که به راحتی نیز قابل جداشدن از مبرد باشد.

2.      دارا بودن ویسکوزیته مناسب در دما و فشار دو سمت مکش و دهش

3.      پایداري مناسب در فعل و انفعالات شیمیایی، عدم تجزیه در فشار و دماي بالا، مقاومت در برابر اکسیداسیون

4.      عدم تاثیر شیمیایی بر مبرد و کاهش قابلیت‌های آن

5.      عدم خورندگی

6.      مقاومت الکتریکی زیاد به خصوص براي استفاده از کمپرسور‌های بسته و نیمه بسته که روغن و مبرد در تماس مستقیم با سیم پیچ الکتروموتور است.

انواع روغن‌های مورد استفاده در سیستم‌های سرمایش تراکمی به شرح زیر است:

1.      روغن‌های معدنی  (MO)

2.      روغن الکیل بنزن  (AB)

3.      روغن‌های مخلوط معدنی و الکیل بنزن  (MO+AB)

4.      روغن‌های پلی الستر  (POE)

5.      روغن پلی آلفااولفین

6. روغن پلی آلکالین گلیکول  (PAG)

سرمایش تراکمی، مبانی سرمایش تراکمی، چیلر تراکمی

سیکل تراکمی

نمونه‌ای از سیکل تراکمی تبخیري در شکل زیر نشان داده شده است. در این سیکل مبرد مایع با دما و فشار زیاد از مخزن به کنترل‌کننده ماده مبرد جریان می‌یابد و فشار آن پس از عبور از کنترل‌کننده به فشار اواپراتور تقلیل می‌یابد. به این ترتیب دماي اشباع مبرد ورودي به اواپراتور از دماي فضاي سرد شونده کم‌تر می‌گردد.

سرمایش تراکمی، مبانی سرمایش تراکمی، چیلر تراکمی

مایع ورودي به اواپراتور، با جذب حرارت نهان تبخیر از فضاي اواپراتور در فشار و دماي ثابت تبخیر شده و در اثر مکش از طریق لوله مکش، وارد کمپرسور می‌گردد. بخار خروجی از اواپراتور، اشباع بوده و فشار و دماي آن برابر فشار و دماي مایع تبخیر شونده می‌باشد ولی در حین عبور از لوله مکش (از اواپراتور تا کمپرسور) با جذب حرارت از محیط سوپر هیت می‌شود. هر چند درجه حرارت بخار در اثر سوپر هیت شدن در لوله مکش، مقداري افزایش می‌یابد ولی فشار آن تغییري نمی‌کند و فشار بخار ورودي به کمرپسور، برابر فشار تبخیر می‌باشد.

دما و فشار بخار در اثر تراکم در کمپرسور افزایش می‌یابد و بخار پر فشار و با دماي زیاد از کمپرسور وارد لوله گاز داغ می‌شود و از طریق آن به کندانسور جریان می‌یابد. بخار ورودي به کندانسور، حرارت خود را به هواي نسبتا سردي که به وسیله فن روي کندانسور جریان دارد، پس می‌دهد و درجه حرارت آن به دماي اشباع فشار جدید تقلیل می‌یابد و با از دست دادن حرارت بیشتر به مایع تبدیل می‌شود. تا رسیدن مبرد به انتهاي کندانسور، بخار مبرد به مایع تبدیل می‌شود و مایع حاصل در مخزن ذخیره مایع جمع شده و مجددا در سیستم جریان می‌یابد.

تقسیم‌بندی سیستم تبرید تراکمی

یک سیستم تبرید براساس فشار مبرد به دو قسمت تقسیم می‌شود. 1- قسمت کم فشار که شامل کنترل‌کننده مبرد، اواپراتور و لوله مکش بوده و فشار آن‌ها برابر فشار تبخیر مبرد در اواپراتور می‌باشد. این فشار، فشار قسمت کم فشار، فشار اواپراتور، فشار مکش یا فشار پشت نامیده می‌شود و می‌توان با نصب یک فشارسنج ترکیبی در محل مخصوص بر روي شیر سرویس کمپرسور، مقدار آن را در حین کار اندازه گرفت. 2- قسمت پر فشار: سیستم شامل کمپرسور، لوله تخلیه یا لوله گاز داغ، کندانسور، مخزن ذخیره مایع و لوله مایع بوده و فشار آن‌ها برابر فشار تقطیر مبرد در کندانسور می‌باشد. این فشار، فشار تقطیر، فشار رانش نامیده می‌شود.

نقاط جداکننده قسمت‌های پر فشار و کم فشار سیستم، کنترل‌کننده مبرد که در آن فشار مبرد از فشار تقطیر به فشار تبخیر کاهش می‌یابد و سوپاپ‌های رانش کمپرسور – که بخار پر فشار پس از تراکم از طریق آن‌ها تخلیه می‌شود ـ است. باید دقت نمود که سوپاپ‌های مکش رانش کمپرسور با شیرهاي سرویس مکش و رانش اشتباه نشوند. سوپاپ‌های مکش و رانش یک کمپرسور رفت و برگشتی وظیفه سوپاپ‌های ورودي و خروجی موتور اتومبیل را انجام می‌دهند و براي کار کمپرسور ضروري هستند. این در حالی است که شیرهاي سرویس ورودي و خروجی تا زمانی که کمپرسور در مدار قرار دارد، کار مفیدي انجام نمی‌دهند و صرفا جهت تسهیل در امر تعمیرات به کار می‌روند.

باید توجه نمود گرچه کمپرسور به عنوان جزئی از قسمت پر فشار سیستم در نظر گرفته می‌شود، لکن فشار طرف مکش و محفظه میل لنگ کم می‌باشد و تغییر فشار مبرد در طول تحول تراکم و در داخل سیلندر انجام می‌شود.

سرمایش تراکمی، مبانی سرمایش تراکمی، چیلر تراکمی

 

سرمایش تراکمی، مبانی سرمایش تراکمی، چیلر تراکمی

سیکل تبرید اشباع ساده

سیکل تبرید اشباع ساده، یک سیکل تئوریک می‌باشد که در آن فرض می‌شود بخار مبرد به صورت اشباع در دما و فشار تبخیر از اوپراتور خارج و وارد کمپرسور می‌گردد و مایع به صورت اشباع در فشار و دماي تقطیر از کندانسور خارج و وارد کنترل‌کننده مبرد می‌شود. هر چند سیکل تبرید واقعی تا اندازه‌ای با سیکل اشباع ساده تفاوت دارد. تحلیل سیکل اشباع ساده چندان بی‌ارزش نخواهد بود، زیرا در این سیکل می‌توان به راحتی تحول‌هاي اصلی تشکیل‌دهنده سیکل‌های تبرید تراکمی تبخیري را شناخته و با استفاده از آن، راندمان نسبی سیکل‌های تبرید واقعی را در شرایط گوناگون کار، تعیین نمود.

سرمایش تراکمی، مبانی سرمایش تراکمی، چیلر تراکمی

 

لینک های مرتبط :

مبانی سرمایش تراکمی (بخش دوم)

مبانی سرمایش تراکمی (بخش سوم)

مبانی سرمایش تراکمی (بخش چهارم)

 

نگارش : محمد جعفر نیری، پیمان ابراهیمی ناغانی

منبع : بخشی از کتاب روشهای تولید و توزیع برودت در سیستم‌های تهویه مطبوع - مولف : پیمان ابراهیمی ناغانی، سید علیرضا ذوالفقاری، محمد جعفر نیری - انتشارات نوآور


۰ دیدگاه