مبانی سرمایش تراکمی (بخش سوم)

۵ ماه قبل ۱۸۷ ۰

ضریب عملکرد

ضریب عملکرد یک سیکل تبرید (C.O.P) نمایشی از راندمان آن بوده و به صورت نسبت حرارت جذب شده از فضاي سرد شونده، به انرژي حرارتی معادل انرژي داده شده به کمپرسور، بیان می‌شود. یعنی:

ضریب عملکرد

برای سیکل اشباع ساده ضریب عملکرد به صورت زیر نوشته می‌شود:

ضریب عملکرد

نمایش تعاریف بر حسب آنتالپی:

آنتالپی

 

ضریب عملکرد

 

تاثیر دمای تبخیر بر روی راندمان سیکل

راندمان سیکل تراکمی تبخیري، با تغییر دماهاي تبخیر و تقطیر تغییر کرده و تاثیر تغییر دماي تبخیر بیشتر از دماي تقطیر می‌باشد. براي تشریح تاثیر تغییرات دماي تبخیر بر روي راندمان سیکل، دو سیکل اشباع ساده که در دماي تبخیر مختلف کار می‌کنند. در دیاگرام (p – h) شکل ترسیم شده اند. یکی از این دو سیکل در دماي تبخیر 10- درجه سانتیگراد و دماي تقطیر 40 درجه سانتیگراد کار می‌کند و با نقاط E, D, C, B, A مشخص شده و سیکل دیگري که در همان تقطیر ولی در دماي تبخیر 5 درجه سانتیگراد کار می‌کند، با نقاط E', D', C', B', A' مشخص شده است.

سیکل اشباع تبرید تراکمی

 

با مقایسه دو سیکل، معلوم می‌شود که اثر تبرید واحد جرم مبرد در سیکل با دماي تبخیر بالاتر، بیشتر است که در حدود 6% افزایش نشان می‌دهد. علت زیاد بودن اثر تبرید واحد جرم مبرد در سیکل با دماي تبخیر بالاتر، به دلیل کمتر بودن اختلاف دماي تبخیر و مایع ورودي به کنترل‌کننده مبرد می‌باشد که موجب می‌شود قسمت کمتري از مبرد در کنترل‌کننده تبخیر شده و قسمت بیشتري از آن در اواپراتور تبخیر گردد و برودت بیشتري تولید کند.

با توجه به این که اثر تبرید واحد جرم مبرد در سیکل با دماي مکش بالاتر بیشتر است، دبی جرمی مبرد لازم براي تولید هر کیلووات ظرفیت تبرید در سیکل با دماي مکش بالاتر، از سیکل با دماي مکش پائین‌تر، کم‌تر خواهد بود. در سیکل با دماي مکش بالاتر، به دلیل کم بودن اختلاف بین فشار‌های تبخیر و تقطیر، مقدار کار لازم براي تراکم واحد جرم بخار مبرد از فشار تبخیر به فشار تقطیر، از سیکل با دماي مکش پائین‌تر کم‌تر است. بنابراین حرارت تراکم واحد جرم مبرد نیز در سیکل با دماي تبخیر بالاتر، کم‌تر خواهد بود. بنابراین کار تراکمی و توان تئوري نیز به ازاي هر کیلووات ظرفیت تبرید در سیکل با دماي تبخیر بالاتر، کمتر می‌شود. 

زمانی که راندمان کمپرسور نیز در نظر گرفته می‌شود، خواهید دید اختلاف در توان واقعی لازم به ازاي هر کیلووات ظرفیت تبرید در درجات حرارت تبخیر مختلف حتی از توان به دست آمده با محاسبات تئوریک نیز بیشتر است. چون ضریب عملکرد، شاخص توان لازم به ازاي ظرفیت تبرید واحد و در حقیقت راندمان سیکل می‌باشد، می‌توان راندمان نسبی این دو سیکل را با مقایسه ضرایب عملکرد آن‌ها نیز تعیین نمود. 

هر چند در درجات حرارت تبخیر مختلف، معمولا تغییرات دبی جرمی مبرد به ازاي هر کیلو وات ظرفیت تبرید نسبتا کوچک است، حجم بخاري که بایستی در هر ثانیه به وسیله کمپرسور پمپ شود، با تغییر دماي تبخیر شدیدا تغییر می‌کند. این عامل احتمالا یکی از فاکتورهاي مهمی است که ظرفیت و راندمان سیستم تبرید تراکمی تبخیري را تحت تاثیر قرار می‌دهد و معمولا در مطالعه دیاگرام سیکل، مد نظر قرار می‌گیرد. با مقایسه دو سیکل فوق‌الذکر، تغییرات حجم بخار جا به جا شده در هر ثانیه به ازاي هر کیلووات ظرفیت تبرید در درجات حرارت مکش مختلف به وضوح مشخص می‌شود.

واضح است در دماي مکش بالاتر، جزء خیلی کوچکی از کاهش حجم بخار جا به جا شونده به کاهش دبی جرمی مربوط بوده و کاهش حجم بخار به ازاي هر کیلو وات ظرفیت تبرید تا حدود زیادي به کاهش حجم ویژه بخار مبرد در فشار و دماي بالاتر مربوط است. مقدار حرارت پس داده شده در کندانسور به وسیله واحد جرم مبرد براي هر دو سیکل تقریبا یکسان خواهد بود. زیرا هر گونه افزایش یا کاهش در حرارت تراکمی معمولا با افزایش یا کاهش جبرانی در اثر تبرید همراه است. شدت پس دادن حرارت در کندانسور در دماي مکش بالاتر به دلایل زیر کم‌تر است: 

1.دبی جرمی کم‌تر

2.حرارت تراکمی کم‌تر به ازاي واحد جرم مبرد. 

قبلاً نشان دادیم که حرارت پس داده شده در کندانسور به وسیله واحد جرم مبرد عبارت است از مجموع حرارت‌های جذب شده به وسیله واحد جرم مبرد در اواپراتور (اثر تبرید) و حرارت تراکمی واحد جرم مبرد در کمپرسور. چون افزایش دمای تبخیر سیکل، ضمن کاهش حرارت تراکمی موجب افزایش اثر تبرید می‌گردد، مقدار حرارت پس داده شده در کندانسور به وسیله واحد جرم مبرد براي هر دو سیکل تقریبا یکسان خواهد بود.

تاثیر دماي تقطیر بر روي راندمان سیکل                    

هر چند بررسی اثر تغییر دماي تقطیر بر روي راندمان سیکل، به اندازه اثر تغییر دماي تبخیر نیست، با این حال بررسی آن چندان بی‌اهمیت نمی‌باشد. به طور کلی با ثابت بودن دماي تبخیر، راندمان سیکل با افزایش دماي تقطیر کاهش می‌یابد. براي تشریح تاثیر دماي تقطیر بر روي راندمان سیکل دیاگرام‌های دو سیکل اشباع که در دماهاي تقطیر مختلف کار می‌کنند، در نمودار (p – h) شکل ترسیم شده است. سیکل E, D, C, B, A داراي دماي تقطیر 40 درجه سانتیگراد می‌باشد سیکل E', D', C', B', A' در دماي تقطیر 50 درجه سانتیگراد کار می‌کند. دماي تبخیر هر دو سیکل، یکسان و 10- درجه سانتیگراد می‌باشد.

سیکل اشباع تبرید تراکمی

 

با افزایش دماي تقطیر، دماي مایع ورودي به کنترل‌کننده افزایش و اثر تبرید واحد جرم مبرد کاهش می‌یابد.در نتیجه دبی جرمی مبرد، لازم براي فراهم نمودن واحد ظرفیت تبرید، بیشتر خواهد بود. چون دبی جرمی مبرد (به ازاي واحد ظرفیت تبرید) در دماي تقطیر بالاتر بیشتر می‌باشد، حجم بخار پمپ شده به وسیله کمپرسور نیز بیشتر خواهد بود. در سیکل اشباع ساده حجم بخار مکش تنها به دماي تبخیر بستگی دارد و به دلیل برابر بودن دماي تبخیر در دو سیکل یاد شده، حجم ویژه بخار خروجی از اواپراتور برابر خواهد بود. 

ملاحظه می‌شود میزان افزایش دبی حجمی دقیقا برابر افزایش دبی جرمی است. به دلیل زیاد بودن اختلاف فشار تبخیر و تقطیر، در سیکل با دماي تقطیر بالاتر، کار تراکمی به ازاي واحد جرم مبرد نیز بیشتر خواهد بود. به دلیل زیاد بودن کار تراکمی واحد جرم مبرد و بیشتر بودن دبی جرمی مبرد به ازاي هر کیلو وات ظرفیت تبرید در سیکل با دماي تقطیر بالاتر و توان تئوریک لازم به ازاي واحد ظرفیت تبرید افزایش می‌یابد. همانطور که ملاحظه می‌شود، در دماي تقطیر بالاتر، درصد افزایش توان لازم براي هر کیلو وات ظرفیت تبرید از درصد افزایش کار تراکمی واحد جرم مبرد بیشتر است. بدیهی است تاثیر افزایش دماي تقطیر روي راندمان سیکل، دقیقا عکس افزایش دماي تبخیر می‌باشد، در حالی که افزایش دماي تبخیر، اثر تبرید واحد جرم مبرد را افزایش، کار تراکمی را کاهش و ظرفیت تبرید به ازاي واحد توان را افزایش می‌دهد. افزایش دماي تقطیر، اثر تبرید واحد جرم مبرد را کاهش، کار تراکمی را افزایش و ظرفیت تبرید به ازاي واحد توان را کاهش می‌دهد.

هر چند مقدار حرارت دفع شده به وسیله واحد جرم مبرد جریانی در کندانسور با تغییر دماي تقطیر به طور جزئی تغییر می‌کند (زیرا هر گونه تغییر در حرارت تراکمی با تغییر جبرانی در اثر تبرید همراه است)، به دلیل تغییر جرم مبرد جریانی، کل حرارت دفع شده به ازاي واحد ظرفیت تبرید به طور قابل توجهی تغییر خواهد یافت. در بخش نشان داده شده است که کل حرارت دفع شده به ازاي واحد ظرفیت تبرید در کندانسور (Qc)، همواره برابر حرارت جذب شده در اواپراتور (Qe) و حرارت تراکمی (Qw) به ازاي واحد ظرفیت تبرید می‌باشد. چون (Qe) ثابت می‌باشد (1kw)، (Qc) تنها به حرارت تراکمی به ازاي واحد ظرفیت تبرید (Qw) بستگی خواهد داشت و چون با افزایش دماي تقطیر (Qw) افزایش می‌یابد، (Qc) نیز افزایش خواهد یافت.

در حالی که در دماي تقطیر بالاتر، افزایش حرارت محسوس دفع شده در کندانسور قابل ملاحظه می‌باشد. حرارت نهان به طور جزئی کاهش می‌یابد. این امر نشان می‌دهد در درجه حرارت تقطیر بالاتر، قسمت بیشتري از سطح کندانسور صرف کاهش دماي بخار خروجی از کمپرسور تا دماي تقطیر کندانسور می‌گردد.

 

 

لینک های مرتبط

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