پروژه طراحی سیستم های تبرید و سردخانه

تاریخچه و موارد استفاده از تبرید

روشهای مختلف تبرید

کمپرسورها

کندانسورهای هوایی و آبی

اوپراتورها

سیستم های تبرید جذبی

مبردها و لوله کشی

سیستم تبرید ترموالکتریکی

پروژه ضیافت و داده ها

پالت چینی و محاسبه حجم محصول

تعیین مصالح ساختمانی و محاسبه ضریب کلی انتقال حرارت

مجموع بارهای حرارتی برای هر فضا

انتخاب اوپراتورها

شکل سیکل

محاسبه قدرت کمپرسورها

انتخاب کندانسور هوایی

لوله کشی سردخانه

نقشه موتورخانه

تاریخچه و موارد استفاده تبرید:

در کتابهای چین قدیم از چگونگی نگهداری یخ مطالبی بدست آمده است که تبرید را به عنوان یک حرفه شناخته شده در هزاران سال قبل معرفی می نماید. همچنین گفته اند که روسها و یونانینها برف فشرده را در انبارها نگهداری و در فصول گرم از آنها نگهداری می کردند. هندیها و مصری ها و ایرانی های قدیم با پر کردن ظروف سفالی و نگهداری آن در منطقه های مخصوص آب سرد تهیه می کردند. اما حمل قطعات یخ و نگهداری آن در انبارها که بین سالهای ۱۸۱۰ تا ۱۸۵۰ میلادی رواج پیدا کرد و استفاده از برودت را در سطح وسیعی گسترش داد به عنوان تاریخ پیدایش تبرید ثبت شده است.

در همین سالها شخصی به نام Todur با ساختن یک سردخانه که از خاک اره بجای استفاده از عایق بکار برده بود، قدم موثری جهت حمل و نگهداری یخ برداشت. حمل یخ به نقاط مختلف دنیا و استفاده از آن بتدریج مهارت و زندگی مردم را تغییر داد تا اینکه در سال ۱۸۸۰ کارخانه یخ مصنوعی برای رفع نیاز مردم ساخته شد. اولین ماشین تبرید که با دست کار می کرد، در سال ۱۸۳۴ در انگلستان ساخته شد. در سال ۱۸۵۱ یک مخترع آمریکایی ماشین یخ سازی خود را که از هوا به جای مبرد استفاه می کرد عرصه کرد. در سال ۱۸۶۰ نیز اولین ماشین با سلفوریک برای ایجاد تبرید در استرالیا ساخته شد که در صنایع نوشابه سازی مورد استفاده قرار می گرفت.

در اولین سال ۱۸۹۰ تبرید مصنوعی رواج یافت و سیستمهای مختلف تبرید> از جمله سیستم تبرید مکانیکی (تراکمی) عمومیت یافت و سیستم تبرید جذبی نیز در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت.

در اوایل قرن نوزدهم، کمپرسورهای سیستم های تراکمی هنوز با بخار کار می کردند و سرعت آنها در حدود ۵۰ دور در دقیقه بود. در سال ۱۹۰۳ انجمن ماشین آلات تبرید و در سال ۱۹۰۴ انجمن مهندسین و متخصصین تبرید بوجود آمد. در سال ۱۹۰۵ که کمپرسورهای ؟؟؟ به ثبت رسید و تا سال ۱۹۱۱ که تکمیل گردید، سرعت آن از ۱۰۰ به ۳۰۰ دور بر دقیقه افزوده شد و در سال ۱۹۱۵ اولین کمپرسور مدرن دوزمانه ساخته شد و تا سال ۱۹۴۰ به خوبی از آن استفاده می شد. و در همین سالها بود که تولیدات صنایع تبرید و تهویه مطبوع به اوج خود رسید و دستگاههای تبرید صنعتی و خانگی قابل توجهی تولید گردید. تا سال ۱۹۶۰ که خراب نشدن غذاها در اثر انجماد به ثبوت رسید، تسهیلات و تغییراتی در ساختمان سردخانه ها بوجود آمد. در چند ساله اخیر نیز پیشرفتهای فراوانی در صنعت تبرید حاصل گردیده که تاثیر مستقیم آنها بر زندگی (انسانها) کاملا مشهود است.

موارد استفاده تبرید:

زمانی از صنعت تبرید فقط برای تهیه یخ استفاده می شد ولی امروزه برای تهیه و نگهداری مواد غذایی بطور موثر و در عملیات صنعتی و تهویه مطبوع برای خنک سازی در سطح وسیعی از تبرید استفاده می شود. کاربرد تبرید در رشته های مختلف صنعتی و زندگی موجودات زیاد بوده ولی بطور خلاصه می توان آنها را به چهار دسته تقسیم کرد:

۱ – در تهیه و نگهداری مواد غذایی

۲ – در صنایع شیمیایی

۳ – در دستگاههای سرد کننده

۴ – در تهویه مطبوع و تهویه صنعتی

۱ – تهیه غذا:

مراحل مختلف این امر را در تهیه، نگهداری و تضییع می توان خلاصه کرد. به این ؟؟؟ که بعضی از مواد غذایی مثل انواع گوشت و سبزی جات و میوه جات که در زمانی از سال فراوان است می توان در سردخانه ها نگهداری و در فصول دیگر آنها را به بازار عرضه کرد. بعضی دیگر از مواد غذایی روزانه مخثل شیر و بستنی نیز بودن استفاده از دستگاهای سردکننده قابل استفاده نخواهد بود. مثلا وقتی شیر در مزرعه و گاوداریها دوشیده می شود تا زمانی که به کارخانه برسد بایستی در ظروف مخصوصی سرد و نگهداری شود. واضح است که در کارخانه در زمان عملیات پاستوریزه و بسته بندی احتیاج به نگهداری شیر در درجات پائین بوده و حتی در مرحله توزیع نیز بایستی از ماشینهایی که دارای اتاقهای سرد کننده می باشند، استفاده شود. همچنین برای تهیه و توزیع بستنی نیز در کلیه مراحل، استفاده از عملیات سرد کنندگی لازم و ضروری است.

در مورد گوشت از موقع ذبح و بسته بندی تا زمان مصرف از دستگاههای تبرید و سردخانه ها جهت حفظ آن از فاسد شدن استفاده می شود. حتی محل بسته بندی و برش گوشت نیز باید به وسیله دستگاههای تبرید سرد شوند. همچنین برای نگهداری گوشت به مدت طولانی از سردخانه هائیکه دارای درجه حرارتهای حدود باشند، باید استفاده کرده و اگر که لازم باشد گوشت به صورتی منجمد صادر شود، در حدود  تا  منجمد می کردند. دستگاههای سرد کننده تنها در ساختمانها که در وسایل حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند. مثلا وقتی که ماهی صید می شود تا زمانی که کشتی به بندر برگردد و از آنها به سردخانه منتقل گردد، در این مدت سرد کردن و نگهداری ماهی در کشتی یک امر حیاتی است. در داخل کشتی سرد کردن ماهی بوسیله یخ و نگهداری آن برای مدت کوتاه امکان پذیر است. منتها انجماد سریع بوسیله دستگاههای تبرید در داخل کشتی در کیفیت و سالم ماندن ماهی کمک موثری می نماید.

کارخانه های تهیه مشروبات و نوشابه ها و آب میوه نیز ملزم به استفاده از وسایل تبرید هستند، بخصوص که، طعم نوشابه ها در دو حالت سردی بهتر و گواراتر است. در موقع تهیه آب پرتغال و حتی سایر ب آب میوه ها برای اینکه مزه بهتری داشته باشند، آنها را در فشار کمتری می جوشانند و جهت نگهداری درجه حرارتی معادل  پیشنهاد و برای رفع توزیع نیز، وسایل حم و نقل خنک لازم است.

فریزرهای خانگی نیز قادر به نگهداری بعضی از این مواد (مواد غذایی) در حالت انجماد می باشند ذایی در حالت انجماد می باشند.

صنایع شیمیایی: قسمت وسیعی از کاربرد تبرید در صنایع شیمیایی است و ؟؟؟ متفاوت بودن تاسیسات شیمیایی، دقت ؟؟؟ کافی در این رشته مورد نیاز است.

خدماتی که بوسیله تبرید، در عملیات مختلف صنایع شیمیایی سرویس می شوند عبارتند از:

۱ – جدا کردن گازها ۲ – تقطیر گازها ۳ – رطوبت گیری هوا ۴ – جدا سازی ماده از محلول ۵ – نگهداری مایع در فشار کم ۶ – عملیات سرد کردن ۷ – دفع حرارت در تحولات شیمیایی ۸ – کنترل تخمیر ترکیبات شیمیایی

۳ – مصارف مخصوص: توسع روز افزون دستگاههای مختلف تبرید دگرگونی محسوسی در زندگی ما بوجود آورده و هنوز هم در حال توسعه و تکمیل است. یکی از مصارف اختصاصی تبرید سرد کردن فلزات تا حدود   بمنظور عملیات سفت کردن آنها است که در دستگاهای مخصوص و در مدت تعیین شده برای هر نوع فلز با روش خاصی انجام می پذیرد. در حرفه داروسازی نیز برای تهیه انواع مختلف دواجات بخصوص برای نگهداری خون با گروههای مختلف که در یخچالهای مخصوصی به نام بانک خون نامیده می شود در سطح وسیعی از فن تبرید استفاده می شود. از دیگر مصارف مخصوص تبرید در سالنهای اسکی روی یخ می باشد که با عبور ماده سرمازا و ایجاد برودت از داخل لوله هایی که در کف سالن جاسازی شده اند ب موجآب موجود در کف سالن منجمد می گردد. در ساختمانهای بتونی، بخصوص در ایجاد سدها نیز از اعمال سرد کردن بتون قبل از بتن ریزی یعنی کم کردن حجم مخصوص آن و در نتیجه فشردگی بیشتر ذرات در همدیگر و استحکام و مقاومت سد در مقابل فشار آب و لرزش و عوامل مخرب دیگر استفاده می شود. شیرین کردن آب دریا که از ضروریات زندگی امروز انسانها می باشد و در آینده نیز مسئله مهمی برای ادامه زندگی بشر خواهد بود با استفاده از تبرید امکان پذیر است. به این ترتیب که با انجماد آب شور دریا و جدا شدن نمک از یخ و آب کردن مجدد یخ و تبدیل آن به آب شیرین یکی از روشهای شیرین کردن آب دریا می باشد. استفاده روز افزون یخ در رستورانها و منازل و صنایع، ساخت انواع ماشینهای یخسازی را افزایش داده و در نتیجه تهیه یخ به اندازه و فرمهای مختلف خود یکی از کاربردهای موثر تبرید به شمار می رود.

۴ – مورد استفاده تبرید در تهویه ساختمانها: تهویه مطبوع ساختمانها به منظور رفاه و سلامتی ساکنین آن یک امر ضروری است که این عمل در ساختمانهای مسکونی بنام تهویه مطبوع و در کارخانجات و مراکز صنعتی بنام تهیه صنعتی نامیده می شود. در تهویه مطبوع بایستی که منظور اصلی سرد کردن هوای داخل ساختمانها می باشد، از دستگاههای تبرید تراکمی و یا جذبی در سطح وسیعی استفاده می شود. تهویه صنعتی نیز به عنوان یک امر حیاتی در کارنجات و آزمایشگاههای مانند کارخانه چاپ، کارخانجات ذوب آهن، کارخانجات نساجی، و امثال آنها مورد نیاز است.

که در آنجا نیز قسمت، بخصوص در فصول گرم با دستگاههای تبرید خواهد بود.

روشهای مختلف تبرید:

مقدمه: تبرید عبارت است از جذب حرارتی از مواد و رفع آن به محیط خارج

و درکلیه سیستمهای عملی تبرید، حفظ سرما مستلزم گرفتن حرارت از موادی با درجه حرارت پائین تر و خارج کردن این حرارت به محیطی با رویه حرارتی بالاتر می باشد.

در این فصل مراحل بنیادی و اساسی تبرید مورد بحث قرار می گیرد که آن مراحل عبارتند از:

۱ – افزایش درجه حرارت مبرد ۲- تغییر فاز ۳- انبساط مایع ۴- انبساط گاز ائده آل ۵- تولید خلاء ۶- انبساط گاز حقیقی ۷- عملیات الکتریکی

در مراحل ۱ و ۲ عمل جذب کردن از مواد و ایجاد تبرید بوسیله ماده مبرد در درجه حرارت پائین بوجود می آید و بقیه عملیات سیکل برای حفظ برودت لازم است.

۱-۱ افزایش درجه حرارت مبرد: Rise in temperatued of coolant

یکی از روشهای جذب حرارت از ماده، تماس دادن آن با یک ماده سرد دیگر است که اینجا مبرد نامیده می شود. بعنوان مثال: برای سرد کردن وسایل داخل ساختمان می توان هوای سرد تهیه کرده و به داخل ساختمان ؟؟؟؟ برای اینکه مقداری شیر در درجه حرارت پائین نگهداری می شود، با افزایش درجه حرارت آب سرد یا آب نمک که مجاور ظرف است، این کار عملی می گردد که در اینجا مبرد آب سرد یا آب خنک خواهد بود. حتی از مواد جامد نیز می توان به عنوان مبرد استفاده کرد. اگر جریان Q مقدار حرارتی باشد (بر حسب poto یا Bto/hr) که بوسیله مبرد در فشار ثابت و جریان یکنواخت جذب می شود، رابطه زیر برقرار است:

Q=m.Cp(lf-li)         ۱-۱

M= جرم بر حسب lb یا نسبت وزن جریانی بر حسب lb/hr

Q= حرارت مخصوص مبرد در فشار ثابت بر حسب

Lf-lt= افزایش درجه حرارت مبرد بر حسب

۲-۱- تغییر فاز Change of plese

مقدار حرارتی که در اثر تغییر فاز یا تغییر حالت از جامد به مایع، از مایع به بخار یا از جامد به بخار به وسیله مبرد جذب می گردد معمولا برای ایجاد برودت بکار می رود. تغییر حالت از جامد به مایع را ذوب و مقدار حرارت جذب شده بوسیله مبرد را، حرارت نهان دون گویند و بهترین مثال برای این حالت ذوب یخ است. احتیاج بشر بوجود یخها به سالها پیش بر می گردد و کاربرد آن در منازل رستورانها، فروشگاهها برای سرد کردن مواد و استفاده آن در صنایع، ضروریست از محاسن استفاده از یخ به منظور ایجاد برودت عدم احتیاج بوسایل و ماشینهای مکانیکی است ولی از عیوب عدمه آن یکی ذوب آن و باقی گذاشتن آب بوده و دیگری محدود بودن درجه حرارت پائین آن تا است.

یک روش فنی که درجه ذوب و انجماد آنرا تقلیل می دهد اضافه کردن نمک به آب است. تغییر فاز از حالت مایع به بخار  را (تبخیر) و مقدار حرارت جذب شده را (حرارت نهان تبخیر) گویند. ایجاد برودت بوسیله این تغییر حالت معمولترین روش در تبرید بوده و اساس کار سیکلهای تبرید تراکمی تبخیری را تشکیل می دهد. در این سیکلها کنترل فشار تبخیر در تنظیم درجه برودت مبرد موثر می باشد. نوع دیگر تغییر فاز که باعث ایجاد برودت می گردد تغییر حالت از جامد به بخار است که آنرا (تصعید) نامیده و مقدار حرارت جذب شده را (حرارت نهان تصعید) گویند. در تصعید جسم از حالت جامد بدون گذشتن از مرحله مایع مستقیما به حالت بخار می آید. معمولا عمل حالت، جهت ایجاد برودت یخ خشک می باشد که همان انیدریک کربنیک جامد بوده و در اثر گرم شدن در فشار اتمسفر، مستقیما از جامد به بخار تبدیل می شود. یخ خشک در  تصعید مقدار حرارتی که در تغییر فاز یک مبرد جذب می شود از رابطه اصلی زیر بدست می آید.

Q=M.L (1-2)

که در آن Q= مقدار حرارت انتقالی بر حسب BIV یا

M= جرم مبرد بر حسب lb یا

L= تغییرات انتقالی بر حسب (ممکن است حرارت ذوب تبخیر و یا تصعید باشد).

۲-۱- انبساط مایع Expansion of a liquid

انبساط مایعات باعث تقلیل درجه حرارت آنها می شود. بخصوص اگر انبساط با تغییر حالت مایع به بخار همراه باشد. نقصان درجه حرارت قابل توجهی حاصل می گردد. قبلا موضوع انبساط آیزونتروپیک یک مایع خیلی سرد شده (Subcooled) را به یک فشار کمتر در نظر داشته باشید. شکل (۱-۱) دیاگرام درجه حرارت- انتروپی (T-S) که در آن منحنی های مایع و بخار اشباع و همچنین خطوط فشار قابت در ناحیه مایع اشباع ترسیم شده است نشان می دهد. اگر نقطه فشار قبل از انبساط و نقطع ۲ بعد از انبساط آیزونتریک مایع باشد با توجه به دیاگرام، افت درجه حرارت برای ما معلوم می شود. با علم اینکه خطوط فشارز ثابت با مقیاس رسم نشده و از مقیاس که در شکل نشان داده می شود، نزدیک به خط مایع اشباع می باشد، معلوم می شود که مقدار افت درجه حرارت از ۱ به ۲ کمتر از مقیاس نشان داده شده در شکل می باشد. اگر انبساط از نقطه برگشت ناپذیر و آدیاباتیک باشد، نقطه ۲ بعد از انبساط در سمت راست قرار می گیرد که در هر حال مقدار افت درجه حرارت کم و تا حدودی قابل توجه است. اگر فرض کنید که انبساط آیزونتروپیک از قسمت مایع اشباع و از نقطه ۳ در دیاگرام (۱-۱) با فشار کمتری اتفاق می افتد، (نقطه ۴) تغییر قابل توجهی در درجه حرارت مشاهده می شود. اگر عملیات بصورت آدریاباتیک برگشت ناپذیر باشد، نتیجتا از نقطه ۳ به ۴ خواهیم رسید که در این صورت نیز کاهش درجه حرارت به همان اندازه که در حالت آیزونتروپیک بود زیاد خواهد شد. بنابراین مشاهده می شود که انبساط مایع اشباع، با کاهش قابل توجه درجه حرارت توام خواهد بود و این یکی از عملیات لازم در سیکلهای تبرید تراکمی تبخبری می باشد.

شکل ۱-۱

۴-۱- انبساط گاز ایده آل در جریان ثابت: Sleudy-flow expansion a pufext gas

در یک جریان ثابت وقتی یک گاز ائده آل منبسط می شود، کاهش درجه حرارت بوجود می آید. مقدار افت درجه حرارت ممکن است جزئی و یا قابل توجه باشد که بستگی به وضعیت محل انبساط خواهد داشت. رابطه گازهای ائده آل عبارت است از:

P.V=R.T

که در آن:

P= فشار گاز بر حسب ( نیرو)

V= حجم مخصوص بر حسب (lbجرم/lt3) جرم/lb نیرو lt

R= عدد ثابت گازها بر حسب

T= درجه حرارت مطلیق بر حسب

مقدار حرارت مخصوص ها ثابت بوده و عبارت است از:

که در آن: Cv , Cp: بترتیب حرارتهای مخصوص در فشار ثابت و حجم ثابت:

U: انرژی داخلی بر حسب

h: ؟؟؟ بر حسب

معادله انرژی در جریانهای ثابت عبارتست از:

که در آن

V= سرعت بر حسب (ft/sec)

Gc= شتاب ثقل بر حسب ft-lb/)lb)(sec)2

Y= ضریب تبدیل و عبارت است از:(BTU/lb نیرو۷۷۸(ft

z= /؟؟ بر حسب (lbجرم/BTU)

Q= حرارت انجام شده سیستم بر حسب ‌(lb جرم/BTU)

W= کار انجام شده بوسیله سیستم بر حسب (pbجرم/BTU)

حال اگر جریان ثابتی را در لوله شکل (۲-۱) که قسمت ۱ و ۲ بترتیب ورودی و خروجی سیستم می باشد، فرض کنیم، با توجه به شکل مذکور و مانعی که در سر راه جریان در داخل لوله وجود دارد می توان تحول خفگی (؟؟؟ ثابت) را در آن بررسی کرد. با مراجعه به رابطه انرژی و صرف نظر کردن از انرژی پتانسیل و انرژی سنیک خواهیم داشت:

چون تحویل آریاباتیک بوده و ضمنا کاری در سیستم انجام نگرفته پس مقدار انتقال حرارت صفر است. بنابراین رابطه فوق به صورت زیر در می آید:

یعنی ؟؟؟ ثابت و کاهش درجه حرارت ندارمی. در حالیکه از تغییرات انرژی حرکتی صرفنظر نشده باشد و اگر قطر لوله در دو طرف یکسان باشد، با توجه به شکل (۲-۱) سرعت در نقطه ۲ از سرعت نقطه ۱ بیشتر خواهند بود. و این موضوع با مراجعه به رابطه پیوستگی معلوم می شود.

چون سطوح A2 , A1 با هم مساوی هستند می توان از آنها صرفنظر کرد. از طرفی رابطه گازهای کامل بین نقاط ۱ و ۲ عبارتست از:

که در آن چون اختلاف فشار بین نقاط ۱ و۲ وجود دارد در صورتیکه اختلاف درجه قابل ملاحظه نباشد، حجم مخصوص V2 از V1 بزرگتر خواهد بود. بنابراین  و از رابطه معادله انرژی نتیجه می شود که h2<h1 و در نتیجه: T2<T1 ­چون در عمل و در تحولی ؟؟؟ ثابت، از انرژی های حرکتی و پتانسیل نمی توان صرفنظر کرد، در نتیجه درجه حرارت نیز در نقاط ۱ و ۲ یکسان نمی باشد. در حالیکه در تحویل انتالپی ثابت یک گاز ؟؟ آن، تغییرات درجه حرارت جزئی می باشد. در انبساط جریان ثابت که کاری انجام گیرد، کاهش درجه حرارت نیز رضایت بخش خواهد بود. اگر گاز ائده آل در داخل یک موتور و یا ؟؟؟ که عایق شده باشد منبسط شود (شکل ۳-۱) و اگر تغییرات انرژی حرکتی قابل صرف نظر کردن باشد، معادله انرژی رابطه بالا بطور خلاصه بصورت زیر خواهد بود:

تا موقعی که کار انجام شده مثبت باشد h2>h1 و لذا آنجا T2>T1 یعنی کاهش درجه حرارت وصل مشاهده خواهد شد. این نحوه اصول کار در سیستم های تبرید بوسیله سیکل هوا است که معمولا کاربرد آن در هواپیما است.

(شکل ۳-۱)

۵-۱ مرحله تولید خلاء: ۱-۵٫ Emptying Process

اگر از مخزن بسته ای گازی را در محیطی با فشار کمتر رها کنیم کاهش درجه حرارت در مخزن دقت فشار حاصل می شود. چنانچه هوا را با فشار محیط به دذاخل مخزنی که دقت خلاء می باشد وارد کنیم، عکس عملی قبلی اتفاق می افتد به این معنی که درجه حرارت در داخل مخزن پس از توازن فشار بیشتر از درجه حرارت هوای محیط می گردد. مرحله تولید خلاء نه جریان ثابت و نه عکس آن بوده بلکه یک مرحله است که دو شکل (۴-۱) بطور شماتیک نشان داده می شود. و وسایل لازم عبارت اند از: مخزن ذخیره که ؟؟؟ به داخل آن وارد و خارج می شود.

شکل (۴-۱)

با توجه به شکل فوق، در یک مرحله تولید خلاء که در زمان dt صورت می گیرد اگر dm1 جرم ورودی سیال بر حسب (LB) در زمان عمل و mf , mi بترتیب جرمهای سیال در داخل مخزن در شروع و خاتمه عمل و uf , ui بترتیب انرژی های داخلی سیال بر حسب BOT/LB و در شروع و خاتمه عمل باشد. با رعایت قانون اول ترمودینامیک برای این حالت می توان نوشت:

کار انجام شده + انرژی نهایی مخزن + انرژی خروجی لوله= حرارت اضافه شده + انرژی اولیه مخزن + انرژی ورودی لولا)

اگر معادله فوق بصورت فرمول نوشته شود خواهیم داشت:

در معادله فوق فرض بر این است که کلیه انرژی های حرکتی سیال در داخل زمین از قبیل انرژی ابتدایی و انتهایی، مربوط به انرژی ورودی است. معادله فوق یک معادله عمومی انرژی است و از همین رابطه می توان معادلات انرژی جریان ثابت سیالات، تولید خلاء و پر کردن را استخراج نمود.

در جریان ثابت ui=uf,mi=mf که در این صورت می توان از mfuf, mivi­ صرف نظر کرده در عملیات غیر جریان ۰=dm1=dm2 که در تمام معادلات مشابه نیز صدق می کند. ولی چون در این قسمت در مرحله تولید خلاء بحث می شود فرض بر این است که تحول آدیاباتیک بوده و کاری انجام نشود و انرژی حرکتی و پتانسیل نیز قابل صرف نظر کردن هستند. برای این مرحله dm1=0 و معادله فوق به صورت خلاصله چنین است:

با نوشتن معادله فوق به صورت دیفرانسیل وبر حرارتی U به جای انرژی داخلی آن ذخیره شده و مخزن و M به جرم آنی خواهیم داشت: با تشخیص d( m.v) و جابجایی برای h2 داریم:

و تا زمانیکه  پس:

در رابطه فوق مقادیر V2-P2-dm2-m بنابراین یکی از مقادیر dv یا (v2+v1) باید منفی باشند. اگر dv منفی باشد، یعنی درجه حرارت سیال داخل مخزن کاهش یافته و در صورتی (v2-v1) منفی باشد، نشان می دهد که درجه حرارت گاز خروجی از گاز داخل کمتر است که عمل تبرید انجام گرفته است. با توجه به اینکه مطالب فوق، ایجاد برودت به روش فوق که دارای ارزش اقتصادی زیادی نیست، به ندرست در مهندسی بکار می رود.

۶-۱- انبساط یک گاز حقیقی: ۱-۶- Expansion of an actual gas

وقتی یک گاز حقیقی منبسط می شود، حتی اگر انتالپی ثابت بماند، تغییری در درجه حرارت بوجود می آید. در گازهای کامل در تحول انتالپی ثابت درجه حرارت نیز ثابت می ماند. با یک گاز حقیقی درجه حرارت ممکن است، زیاد یا کم و یا اینکه ثابت بماند.

مرحله ای که شامل تغییرات زیاد و موثر درجه حرارت باشد، بنام ضریب ژول تامسون نامیده شده و به صورت زیر بیان می شود:

Youl e Themson Coefficient =

که عبارت است تغییرات درجه حرارت نسبت به فشار در انتالپی ثابت.

مناسب ترین راه برای حفظ انتالپی ثابت در عملیات انبساط، ایجاد خفگی است و تا زمانی که افت فشار در این حالت روی منحنی انتالپی ثابت و از چپ به راست بوده و حالت خفگی از حالت نقطه ۱ به ۲ باشد، درجه حرارت افزایش می یابد، در نقطه ۲ درجه حرارت ماکزیمم بوده و ضریب ژول تامسون از صفر است. این نقطه را نقطه معکوس می نامند. زیرا از آن به بعد از نقطه ۲ به ۳ حتی از ۱ به ۳ درجه حرارت کاهش خواهد یافت. از این روش با مقدار مثبت ضریب ژول تامسون برای تولید بعضی از گازها مثل ازت و اکسیژن در درجه حرارت خیلی پائین تهیه می شوند، استفاده می گردد.

آن را اثر Pelfier نامند. البته عکس قضیه هم صادق است. یعنی اگر در مدار یک ترموکوپل، اختلاف ولتاژ ایجاد شود، در یکی از نقاط اتصال افزایش درجه حرارت و در نقطه دیگر کاهش درجه حرارت حاصل می گردد. با قرار دادن اتصال گرم در خارج از محفظه و دفع حرارت به خارج و عایق کاری اتصال دیگر با توجه به حرارت کمتر در داخل محفظه می توان برودت ایجاد کرد و از برودت حاصل در تبرید استفاده کرد. از این روش در آزمایشگاهها و وسایل غیر تجارتی استفاده می شود.

عملیات الکتریکی Electric Process

با استفاده از الکتریسته یا مغناطیس به دو طریق می توان برودت ایجاد کرد. یکی با قرار دادن ملکولها در یک میدان مغناطیسی و دیگر با استفاده از عکس عمل ترموکوپل می باشد. تبرید مغناطیسی عملی است که برای رسیدن به درجه حرارت صفر مطلق بسیار مفید بوده و به کار می رود. اگر جسمی با خواص مغناطیسی خاص در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد درجه حرارت جسم افزایش می یابد و اگر اطراف این جسم را هلیوم احاطه کرده باشد، حرارت بوسیله هلیوم دفع شده و در درجه حرارت  می جوشد. از آن پس جسم مذکور از نظر حرارتی بوسیله هلیوم و میدان مغناطیسی اثر خود را پس می گیرد و جسم در درجه حرارت  صفر مطلق غوطه می گردد.

طریقه دوم ایجاد برودت با استفاده از اثر معکوس ترموکوپل هاست. یکی ترموکوپل عبارت است اتصال دو فلز غیر همجنس در دو نقطه که اگر این دو نقطه را در دو درجه حرارت مختلف قرار دهیم، جریان الکتریکی ضعیفی برقرار می شود.

کمپرسورها: Comoperssors

مقدمه: سیستم های تبرید تراکمی از چهار قسمت عمده: کمپرسور- کندانسور- اوپراتور و وسایل انبساط تشکیل شده اند که هر یک به نوبه خود وظیفه خاصی دارند و هر کدام با دریافت محصول از عضو قبلی، و برای تکمیل عملیات در سیستم، همزمان فعالیت می کنند. هر تغییری که در یکی از اعضای سیستم پیش آید ممکن است در وضعیت عضو دیگر موثر باغشد. مثلا تغییر درجه حرارت آب کندانسور باعث تغییر در مقدار ؟؟؟ جریانی، و ایجاد اختلاف در فشار اوپراتور و از جمله تغییر در کار شیر انبساط می نماید. بررسی کمپرسورها به عنوان قلب یک سیستم تراکمی بوده و معمولترین آنها که سرد کننده ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

کمپرسورهای متقارن reciprocafing compressors

کمپرسورهای دوار rofary compressors

کمپرسورهای گریز از مرکز Cenfrifugal compressors

در کمپرسورهای متقارن که گاهی متناوب خوانده می شوند، از حرکت پیستون در داخل سیلندر استفاده کرده و بوسیله سوپاپهای مکش و فشار گاز، مبرد را متراکم می نمایند. کمپرسورهای دوار (چرخشی) و گریز از مرکز (سانتریفوژ) هر دو در اثر گردش دورانی، محورهای عمل تراکم انجام می دهد. در صورتیکه نوع دوار یک ماشین با جابجایی مثبت بوده و کمپرسورهای گریز از مرکز بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کند.

۱-۳- کمپرسورهای متقارن

کاربرد کمپرسورهای متقارن شیر در تبرید خانگی و صنعتی است و معمولا با قدرت های متفاوت از چند دهم اسب تا چند صد اسب بخار به بازار عرضه می شوند. کمپرسورهای جدید از یک و یا چندین سیلندر تشکیل شده اند که طور قرار گرفتن سیلندرها ممکن است به شکل v یا w، شعاعی و یا در یک راستا باشند. در شکل ۱-۴ کمپرسوری است با ۱۶ سیلندر که دو به دو یک سیلندر قرار گرفته اند. هنگام مکش پیستون، گاز مبرد از راه سوپاپ مکش وارد سیلندر شده و زمانیکه عمل تراکم را انجام می دهد بوسیله سوپاپ فشار مبرد به خارج فرستاده می شود. سوپاپهای مکش و فشار هر دو جزء قطعات سیلندر هستند. سرعت دورانی کمپرسورهای که اثر مستقیم در مقدار مبرد تراکمی دارد از ؟؟ گذشته بطور مرتب افزایش یافته و از حدود ۱۰۰ دور در دقیقه تا ۳۰۰ دور در دقیقه فزونی یافته است.

شکل ۱-۴

۲-۳- کمپرسورهای نوع بسته: ‌۳-۲ Hermetically sealed compressors:

در کمپرسورهای الکتروموتوری بوسیله محور خود باعث گردش یک کمپرسور می گردد که اگر این موتور جدا از کمپرسور قرار گرفته باشد، کمپرسور از نوع باز و در صورتیکه موتور و کمپرسور هر دو داخل یک محفظه آب ؟؟: شده جای گرفته باشند، کمپرسور نوع بسته نامیده می شوند. شکل مقطع یک کمپرسور نوع بسته با نشان می دهد.

شکل ۲-۴

در کمپرسورهای بسته با وجود اینکه موتور در محفظه کمپرسور و همراه با مبرد می باشند، ولی به علت عایق کاری کامل هیچ گونه اشکالی پیش نمی آید. در بعضی از این نوع حتی لوله مکش از جهت موتور وارد محفظه می شود که به علت ورود گاز سرد از لوله مکش موتور نیز خنک می شود. در این نوع کمپرسورها فقط دو لوله اشکالی که در این کمپرسورها ممکن است پیش آید، وجود رطوبت است که بایستی قبل از ورود به موتور کمپرسور برطرف شود. در یک سیستم تبرید معمولا کمپرسور و کندانسور بصورت واحد مرکب کندانسور هر سه بر روی یک شاسی سوار می شوند.

شکل ۳-۴

دو عامل خیلی مهم که در کمپرسورها مورد توجه است عبارتند از:

۱ – ظرفیت کمپرسور

۲ – قدرت مورد نیاز

که این دو عامل در کمپرسورها بطور موثری بوسیله فشار مکش و رانش تغییر می کنند.

۳ – ابعاد استاندارد: A.S.R.E Rating Conditions

سالها پیش از طرف انجمن مهندسین تبرید آمریکا (ASRE)

(American Socitey of Refrigerating Engineers)

ابعاد استانداردی برای کمپرسورها تعیین گردید تا بدین ترتیب وسیله کارخانجات مختلفی که ساخت انواع کمپرسورها به عهده دارند هماهنگی داشته باشند. مقادیر وضع شده که دیگر قابل استفاده نمی باشد، در کارخانجات یخ سازی و برای انتخاب ابعاد کندانسورها و اوپراتورها مورد استفاده قرار می گرفت. با افزایش روز افزون کاربرد تبرید، ابعاد انتخابی انجمن فوق بصورت گروههای مختلفی که در جدول زیر گرد آوری شده تنظیم و در دسترسی عموم قرار گرفت.

جدول ۱-۴

در جدول فوق گروههای I تا IV درجات حرارت بخار اشباع و بخار ورودی و خروجی را برای کمپرسورهای یک مرحله ای و گروههای V تا XITI مشخصات کمپرسورهای دو مرحله ای را تعیین می نمایند.

۳-۴ طرح و ساخت: Constroction and Design

در طرح کمپرسورهای متناوب برای بدست آوردن قدرت مجاز و با توجه به مسئله اصطکاک حداکثر سرعتی که برای پیستون باید در نظر گرفته شود ۷۸۰ lt/min می باشد. در کمپرسورهای کوچک روغنکاری قطعات متحرک معمولا بصورت ترشحی است در صورتی که کمپرسورهای بزرگ که قدرتی بین ۱۰ تا ۱۵ اسب بخار دارند، عمل روغنکاری بصورت اجباری (بوسیله پمپ) انجام می گیرد. با توجه به اینکه اغلب مسئله جاگیری اهیمت زیادی ندارد، به منظور کاهش افت فشار در شیر آلات که با کاهش سرعت در آنها امکان پذیر می باشد، مقطع عبور مبرد بزرگتر انتخاب می گردد. سرعت گاز ؟؟؟ ۱۲ معادل ؟؟؟؟ خواهد بود. انتخاب سرعت کمتر برای فریون ۱۲ به این دلیل می باشد که دانسیته این گاز بیشتر بوده و افت فشار بیشتری نیز تولید نماید.

۳-۵ کنترل ظرفیت:

در یک سیستم تبرید تراکمی اگر کمپرسور بزرگتر از اندازه لازم انتخاب شود و یا اینکه بار کمتر از میزان باشد درجه حرارت و فشار گاز در اوپراتور کاهش یافته و تا زمانیکه بین بار و ظرفیت تعادل برقرار نشده این اثر مشهود است. کاهش بین از حد درجه حرارت گاز در اوپراتور به دلیل چندی نامطلوب است. مثلا در دستگاههای تهویه باعث برفک زدن لوله های اوپراتور ششده و با محدود شدن جریان هوا درون اوپراتور سبب پائین آمدن فشار نیز می گردد. انواع محصولات غذایی انبار شده در سردخانه ها به علت نزول درجه انجماد ممکن است خراب شوند و در صورتیکه اوپراتور مایعی را سرد می کند، کم شدن زیاد درجه حرارت باعث یخ زدن مایع و صدمه دیدن دستگاه می گردد. روشهای مختلفی برای کاهش ظرفیت کمپرسور معمول است که چند نمونه آن را می توان ذیلا ذکر کرد.

۱ – کنترل مدار برقی کمپرسور بوسایل مختلف که در مواقع مورد نیاز آن را قطع و وصل کند. این روش در سیستمهای سرد کننده کوچک به خوبی عمل می کند.

۲ – تنظیم فشار گاز ورودی به کمپرسور بوسیله کنترل کننده فشار به منظور ثابت نگه داشتن فشار اوپراتور. با این روش کنترل بخوبی انجام می گیرد ولی چندان مطلوب نیست.

۳ – بازگرداندن گاز خروجی از کمپرسور لوله مکش در این حالت کمپرسور داغ شده و اثر مفیدش کمتر است.

۴ – در کمپرسورهای چند سیلندری خارج کردن یک سیلندر از مدار (با باز نگه داشتن مکش وارد سیلندر می گردد و به این وسیله مقداری از ظرفیت اصلی کمپرسور افت می کند. در این مرحله برای ایجاد افت فشار بیشتر، می توان دو یا چند سیلندر را به ترتیب فوق از مدار خارج کرد.

کمپرسوهای دوار Rotaty Compressors

انواع کمپرسورهای دوار: Types of Rolary Compressors

کمپرسورهای دوار معملا با قدرتهای کمتر از یک اسب بخار ساخته می شوند و در صورتی که برای ایجاد فشار کم مورد نیاز باشد. با قدرتهای چند اسب نیز ساخته می شوند. مثل کمپرسورهای مرحله اول در سیستم های چند مرحله ای این کمپرسورها ممکن است در دو نوع غلطکی (roller) و یا تیغه ای (Vence) ساخته شوند که نوع غلطکی در شکل زیر

۴-۱۴

نشان داده شده است و از یک غلطک و یک سیلندر تشکیل شده که محور یا همان غلطک بطور خارج از ؟؟ در داخل سیلندر می چرخد و یک تیغه به کمک فنر قسمت مکش را از قسمت رانش جدا می کند.

در کمپرسورهای دوار از تیغ ای که در اشکال زیر نشان داده شده اند غلطک روی محور خودش می چرخد ولی سیلندر و غلطک هم محور نمی باشند. این غلطک دارای چند تیغه می باشد که به علت خاصیت گریز از مرکز در حال چرخش محور تیغه های به بدنه سیلندر فشرده می شوند. در کمپرسورهای دو تیغه بوده و ذدر نوع چهار تیغه این حجم با چهار برابر سطح هاشور خورده در شکل مربوط متناسب خواهد بود. به این ترتیب ملاحظه می شود که هر چه تعداد تیغه ها بیشتر می گردد حجم جابجایی نیز افزایش می یابد. در هیچ یک از انواع کمپرسورهای تیغه ای فوق سوپاپ مکش وجود ندارد و به این ترتیب ضربه گاز به حداقل می رسد در صورتیکه کمپرسورهای جدید اغلب دارای این سوپاپ نیز هستند.

شکل a-15 و b-15 و ۱۶-۴

کمپرسورهای سانتریفوژ (گریز از مرکز) Centrifugal Compressors

کمپرسورهای سانتریفوژ از جدید ترین نوع کمپرسورهای سیستم های تبرید می باشند. اولین بار که این کمپرسورها در صنایع تبرید بکار برده شد، در سال ۱۹۲۰ توسط Dr.willis-Carrier بود و امروزه بیش از نصفی از کارخانجات سازنده برای سیستم های تبرید از این نوع کمپرسورها تولید می نمایند.

طرز کار Operition

کمپرسورهای سانتریفوژ از نظر ساختمان کاملا مشابه پمپهای سانتریفوژ بوده و بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کنند. به این ترتیب که از طرف پره ها سرعتی به ذرات گاز داده شده و فشار آنرا افزایش می دهد. گازی که با سرعت از پره ها خارج می شود وارد محفظه حلزونی شده مقداری از انرژی سنتیک آن به فشار تبدیل می گردد. کمپرسورهای سانتریفوژ از نوع ماشینهای با ظرفیت زیاد بوده۹ و از حدود ۵۰ تا ۳۰۰۰ تن ظرفیت ساخته می شوند. این کمپرسورها با وجود اینکه معمولا چند طبقه (چند چرخی) ساخته می شوند، ولی برای فشارهای کم می توان از نوع یک طبقه نیز استفاده کرد. در سیستمهایی با کمپرسورهای چند طبقه درجه حرارت اوپراتور تا حدود می تواند کاهش یابد. ولی معمولا بیشترین کاربرد این کمپرسورهای در سیستمهای تهویه مطبوع بوده و برای تهیه آبسرد با درجه حرارت معادل  می باشد شکل زیر برش قطعاتی یک سیستم کامل تبرید را که کمپرسور آن از نوع سانتریفوژ می باشد، نشان می دهد. این کمپرسورها با تراکم آدیاباتیک و راندمان ۷۰٪ تا ۸۰٪ هستند. یکی از محاسن مخزن جدا کم گاز در سیستم دو مرحله ای که افزایش راندمان سیکل ذکر شده است دو سیستم با کمپرسور چند طبقه نیز صدق می کند. وجود این مخازن بین مراحل مختلف تراکم ضروری است.

کندانسورهای هوائی و آبی Water- cooled and Air-cooled Compressors

بخار داغ رانده شده از کمپرسور حرارت خود را در کندانسور به وسیله هوا یا آب از دست داده و تبدیل به مایع می شود. کندانسورها را با عامل خنک کنندگیث آنها که هوا یا آب باشد طبقه بندی کرده و به نام کندانسور هوایی یا کندانسور آبی می نامند. گاهی اوقات از هوا و آب مشترکا برای خنک کردن استفاده می نمایند که در این صورت کندانسور تبخیری نامیده می شود.

کندانسورهای آبی Water-cooled Compressors

از نظر کار و ساختمان کندانسورهای آبی را به انواع: کندانسور افقی پوسته و لوله عمودی پوسته و لوله پوسته و کویل نوع دو لوله تقسیم بندی کرده اند و معمولترین آنها کندانسورهای افقی و نوع پوسته و لوله می باشد. شکل ۱ و ۲

گاز داغ مبرد که از کمپرسور خارج شده است از قسمت فوقانی پوسته وارد و در تمام پوسته پخش شده و در اثر جریان آب در داخل لوله ها و جذب حرارت، گاز مبرد به صورت مایع از قسمت تحتانی پوسته خارج می شود. مایع خروجی از کندانسور مستقیما به طرف شیر انبساط حرکت کرده و اگر مخزن مایعی در سیستم وجود داشته باشد از طریق این مخزن به طرف شیر انبساط و اوپراتور رانده می شود. در بعضی از مخازن مایع لوله باریکی از قسمت بالا به طرف کندانسور کشیده شده که گاز داخلی مخزن را مجددا به کندانسور در بعضی از مخازن مایع لوله باریکی از قسمت بالا به طرف کندانسور کشیده شده که گاز داخلی مخزن را مجددا به کندانسور می فرستند تا در آن جا به مایع تبدیل شود. کندانسورهای عمودی پوسته و لوله نیز عینا شبیه نوع افقی آنهاست فقط حالت استقرار آنها متفاوت است. و این نوع کندانسورها در سیستمهای تبرید با ظرفیت زیاد که با آمونیاک عمل می کند کاربرد دارند. از محاسن کندانسورهای نوع پوسته و لوله جاگیری کمتر و رسوب گیری راحت تر را می توان نام برد.

کندانسورهای نوع پوسته و کویل نیز شبیه نوع اول بوده منتها به جای لوله های مستقیم لوله مارپیچی به شکل کویل در داخل پوسته قرار دارد.

کندانسورهای نوع دو لوله تو در تو تشکیل شده اند که گاز مبرد در لوله خارجی و آب در لوله داخلی و در خلاف جهت یکدیگر جریان دارند و در این کندانسورها مقدار حرارت انتقالی کمتر بوده و در نتیجه در دستگاههای کوچک به کار برده می شوند.

کندانسورهای هوایی Air-Cooled Compressors

در کندانسورها اگر به جای آب از هوا برای جذب کردن حرارت گاز مبرد استفاده شود کندانسور را هوایی می نامند. کندانسورهای هوایی معمولا از لوله های پرده دار ساخته می شوند تا بتوانند حرارت گاز را به هوای جریانی بیشتر منتقل نمایند. تا چند سال پیش کندانسورها هوایی در دستگاههای با قدرت کمتر تا حدود ۲ اسب بخار استفاده می شود ولی با به کار بردن کندانسورهای هوایی که به طور سری ساخته می شوند می توان تا قدرتهای حدود ۱۰۰ اسب بخار نیز از این نوع کندانسورها استفاده کرد. شکل زیر شکل شماره ۳

مقدار حرارت دفع شده Heat- Rejection Rates

برای انتخاب کندانسور با اندازه صحیح اطلاع از مقدار حرارتی که باید دفع شود ضروری است. برای ایجاد یک تن تبرید مقدار حرارت دفع شده در کندانسور مقدار ثابتی نبوده و به درجه حرارت تقطیر در کندانسور بستگی دارد. و کندانسور باید قادر باشد که حرارت اخذ شده در اوپراتور به اضافه حرارت تولیدی در کمپرسور را به خارج دستگاه هدایت کند. مقدار تئوری حرارت دفع شده در کندانسور با استفاده از دیاگرام فشار انتالپی از مبرد مصرفی و اطلاع از درجات حرارت تقطیر و با تبخیر ترسیم سیکل تبرید به آسانی به دست می آید.

انتقال حرارت در کندانسور Compressor Heat Transfer

چون مراحل انتقال حرارت در کندانسورها مشابه همدیگر می باشد اکنون انتقال حرارت در یک کندانسور آبی توضیح داده می شود و این روش برای کندانسور هوایی نیز قابل اجرا خواهد بود.

در این کندانسور فرض بر این سات که آب سرد کننده در داخل لوله ها و مبرد در خارج آن جریان دارد.

شکل ۴ .

مراحل مختلف انتقال حرارت از گاز مبرد به آب داخل لوله به این ترتیب است که اول حرارت از گاز مبرد ؟؟ مایع مبرد که در اطراف لوله به وجود آمده است صورت می گیرد و بعد از سطح خارجی لوله به سطح داخلی و سپس از طریق لایه پوششی به فیلم داخلی آب و از آن جا به آب سرد منتقل می گردد.

شکل ۴

ضریب تقطیر Condising Cofficient

مقدار ضریب هدایت حرارتی برای فیلم بخار تقطیر شده (no) در خارج لوله های افقی و استوانه ای شکل که به وسیله Nusselt به دست آمده به صورت فرمول تحلیلی زیر بیان می شود.

که در آن Kf= ضریب هدایت حرارتی بخار تقطیر شده بر حسب

Pf= چگالی بخار تقطیر شده بر حسب LB/FT3

P­V= چگالی بخار مبرد بر حسب LB/FT3

g= شتاب ثقل بر حسب FT/hr2

Hfy= حرارت نهانی تبخیر بر حسب BTU/LB

N= معدل تعداد لوله در یک ردیف قائم

D= قطر لوله بر حسب FT

Uf= ویسکوزیته بخار تقطیر شده بر حسب LB/(FT)(hr)

=  اختلاف درجه حرارت بخار تقطیر شده و سطح خارجی لوله بر حسب

چون مقدار چگالی بخرا (Pv) ناچیز است می توان در محاسباتن از آن صرفنظر کرده و رابطه فوق را چنین نوشت:

در صورتی که لوله های کندانسور قائم باشند مقدار (n0) عبارت است از

ضریب لایه پوششی Fouling Factor

با وجود اینکه لوله های کندانسور در موقع نصب در دستگاه تمیز هستند و با وجود اینکه سعی می شود آب جریانی در داخل لوله ها تمیز و تا حدودی بدون اصلاح معدنی باشند. ولی همیشه یک لایه رسوب در داخل لوله به وجود می آید که می توان فرمول های زیر را جایگزین فرمول های یاد شده قبلی کرد.

در کندانسور آبی با لوله های مسی با فریون (۱۲) و فریون ۲۲=

ضریب فیلن قسمت آب water side coefficient

ضریب فیلم برای آب (nf) را می توان با استفاده از رابطه NUSSEV در جریانات اجباری به دست آورد.

که در آن

C= عدد ثابت

K= ضریب هدایت حرارتی آب بر حسب BTU-FT/FT2.hr.of

D= قطر داخلی لوله بر حسب FT

V= سرعت متوسط آب بر حسب FT/hr

P= چگالی آب بر حسب LB/FT3

U= ویسکوزیته آب بر حسب LB/FT.hr

C= حرارت مخصوص آب بر حسب BTU/LB-of

در رابطه فوق درجه حرارت انتخابی آب برای تعیین مقادیر هدایت حرارتی،‌ چگالی، ویسکوزیته و حرارت مخصوص آب، عبارتست از میانگین درجه حرارت سطح و آب جریانی در لوله. در رابطه فوق دو سری اعداد بدون دیمانسیون دیده می شود که عبارتند از:

عدد رینولندز  و عدد

مقدار انتخابی برای C توسط (AC.Adams)023/0 بوده ولی (Katz) مقداری را که در بررسی کندانسورهای ایده آل به دست آورده ۱۵٪ بیشتر یعنی برابر ۲۶۴٪ می باشد.

لوله های پره دار Finned Tubes

معادله

معادله بالا را می توان به عنوان هدایت حرارتی در انتقال حرارت بر مبنای سطح داخلی به ترتیب زیر نوشت:

معادله فوق نشان می‌دهد که مقدار Ui با افزایش نسبت سطح خارجی لوله به سطح داخلی (A0/Ai) افزایش می یابد. پس در صورتی که بخواهیم V را افزایش دهیم می توان نسبت A0/Ai را با پره دار کردن سطح خارجی لوله افزایش داد. (شکل ۵)

اکثر کندانسورهائی که با مبرد فریون ۱۲ و ۲۲ کار می کنند دارای لوله های پره دار هستند. معمولا کندانسورهای حامل آمونیاک بدون پره ساخته می شوند مگر اینکه ضریب تقطیر آمونیاک خیلی زیاد باشد. به طور متوسط ضریب تقطیر آمونیاک برابر BUT/FT2.hr.of 1500 است که معادل رقم و ۳۰۰ برابر فریون ۱۲ می باشد. به همین جهت در کندانسورهای آمونیاکی ضریب سمت آب کنترل شده و افزایش نسبت A0/Ai اثر ناچیزی در مقدار V خواهد داشت.

طرح کندانسور

اوپراتورها

دو عضو اصلی از یک سیستم تبرید کمپرسور و کندانسورها می باشد و سومین عضو مهم اوپراتور (تبخیر کننده) می باشد. اوپراتور یک مبدل حرارتی است که در آن حرارت از موادی که بایستی سرد شوند به بخار منتقل می گردد و بسته به نوع سیستم اواپراتور، حرارت ممکن است از هوا به آب و یا سایر مواد گرفته شود. اکنون معمولترین اواپراتورها و طرق محاسبه انتقال حرارت در آنها توضیح داده خواهد شد.

انواع اواپراتورها Types of evaporators

تقسیم بندی اواپراتورها از راههای مختلفی امکان پذیر است.

۱ – از نظر جریانی سیال در اوپراتور که ممکن است به صورت اجباری به وسیله پمپ یا پنکه بوده و یا ممکن است با جریان طبیعی صورت گیرد.

۲ – از نظر محل تبخیر مبرد که ممکن است در داخل لوله و یا خارج لوله عمل تبخیر انجام گیرد. در بیشتر اواپراتورها مبرد در داخل لوله تبخیر شده و سیال سرد شونده در خارج لوله ها جریان می یابد. و در بعضی دیگر مبرد در داخل پوسته تبخیر شده و سیال در داخل لوله های جاری است.

۱ – تقسیم بندی دیگری نیز معمول است که بنام اوپراتور نوع خشک و اواپراتور نوع مرطوب خوانده می شود. اوپراتور مرطوب نوعی است که در تمام سطوح انتقال حراغرت مبرد به صورت مایع وجود دارد در صورتی که در اواپراتور نوع خشک قسمتی اعظم سطح حرارتی با بخار مبرد در تماس می باشد. برای تشخیص این که اوپراتور از نوع مرطوب و یا خشک انتخاب شده است کافی است معلوم شود که در سیستم تبرید، تقلیل دهنده فشار از نوع شیر شناوری بوده و یا از نوع شیر انبساط می باشد.

چون در اوپراتورهای مرطوب اجبارا از شیر شناروی استفاده می شود.

لوله های سرد با جریان طبیعی هوا Natural Convection coils

از این لوله ها بیشتر در سردخانه ها استفاده می شود به این ترتیب که لوله ها را در امتداد سقف و یا دیوارها نصب می کنند و مایع مبرد پس از عبور از شیر انبساط شروع به بخار شدن نموده و تا به انتهازی لوله ها برسد کاملا بخار شده و حرارت هوای محیط را جذب و باعث سرد شدن داخل سردخانه می گردد. اغلب این لوله ها از نوع لوله های معمولی است و بعضی اوقات برای ازدیاد سطوح تبادل حرارت آنها را پره دار انتخاب می کنند. ولی در حال حاضر بیشتر لوله های سرد از نوع وزش اجباری همراه با یک فن ساخته می شوند. از مشخصات لوله های سرد با جریان طبیعی این است که اولا جایی را در کف اشتغال نمی کنند و ثانی هزینه نگهداری کمتری داشته و در آنها مدت زمان لازم برای برفک گیری مجدد طولانی است. از معایب آنها می توان کم بودن ضریب هدایت حرارتی و در نتیجه زیاد بودن سطح تبادل حرارتی را نام برد که در مقایسه با کویلهای سرد با جریان اجباری، دارای لوله های زیاد و در نتیجه مخارج بیشتر خواهد بود.

اواپراتور مرطوب Feloeded evaporator

یک نمونه ساده از اواپراتور مرطوب در شکل زیر نشان داده می شود. در این اواپراتور مایع مبرد وارد شیر انبساط از نوع شیر شناوری شده و به طرف لوله مارپیچ جریان می یابد. حرارت خارج و فشار کم داخلی باعث می شود که مایع مبرد در مسیر خود شروع به بخار شدن نموده و مخلوطی از مایع و بخار به طرف محفظه شیر شناور (جدا کن) جریان یابد. وظیفه این مخزن جدا کردن بخار از مایع مبرد بوده که مایع را به درون لوله های اواپراتور برگردانده و بخار را به طرف کمپرسور هدایت می کند. همچنین وظیفه مخزن جدا کن تجزیه بخار و مایع مبرد به هنگام خروج از شیر شناور می باشد. در این نوع اواپراتورها چون سطوح داخلی تبادل حرارت همیشه با مایع در تماس است راندمان خوبی نیست به انواع دیگر اواپراتورها خواهد داشت. اواپراتور مرطوب همچنین تله خوبی برای روغن جریانی در سیستم خواهد بود و به این دلیل در این نوع سیستم ها روغن خروجی از کمپرسور بایستی در لوله خروجی از گاز تفکیک و به مخزن فرستاده شود.

(شکل ۱)

سردکن مایع (آبسردکن)

در این نوع از سرد کن ها ممکن است مبرد در داخل پوسته و سیال سرد شونده در داخل لوله های و یا بر عکس مبرد در داخل لوله ها و سیال سرد شونده در داخل پوسته جریان داشته باشند. در نوعی که مبرد در پوسته قرار می گیرد سطح مایع چند اینچ از قسمت فوقانی پوسته پائین تر است و در نتیجه محل کافی برای مایع و بخار تفکیک شده وجود دارد در شکل زیر معمولا مایع مبرد از طریق شیر انبساط حرارتی وارد محفظه اواپراتور می گردد و با ادامه جریان در لوله ها شروع به تبخیر نموده و از این نظر آنها را جزء اواپراتورها خشک می نامند.

شکل ۲

کویل انبساط مستقیم direct-expansion

کویل انبساط مستقیم جدا از اواپراتور نبوده بلکه اواپراتوری است از نوع خشک که با جابجایی طبیعی یا اجباری هوا را مستقیما خنک می کنند. این نوع اواپراتور که در شکل زیر نشان داده شده طوری است که شیر انبساط در بالای آن قرار گرفته و در سیستمهائی که با فریون ۱۲ و فریون ۲۲ کار می کنند بکار برده می شود و به روغن اجازه می دهد که به کمپرسور برگردد. در این اواپراتورها هوا از قسمت خارجی کویل که معمولا پرده دار می باشد عبور کرده و سرد می شود که بیشتر در دستگاههای تهویه مطبوع و کولرهای گازی کاربرد داشته و معمولا دستگاههایی که اواپراتور نزدیک کمپروسور قرار گرفته است بکار برده می شود و چنانچه فاصله کمپرسور و محل تهویه بیشتر باشد ترجیح می دهد که به جای هوا آب را خنک کرده و آبسرد را برای خنک کردن هوا به محل بفرستند. (شکل زیر – شکل ۳)

انتقال حرارت در زمان تبخیر neat transfer during boiling

به منظور دست یابی به عملکرد اواپراتورها اطلاع از مقدار ضریب هدایت حرارتی از سمت سطح لوله تا بخار مبرد جریانی لازمست. متاسفانه پیشگوئی و محاسبه ضریب هدایتی بخار مبرد به علت مخدوش بودنش مشکل می باشد. خواص اولیه هر سیال مثل وزن مخصوص غلظت، حرارت مخصوص و ضریب هدایتی حرارتی و مشخصات دیگر آن از قبیل فشار سطحی حرارت نهان- درجه حرارت اشباع در حالت مایع کامل و بخار خالص معلوم و مشخص بوده ولی در حالت مخلوط بودن این خواص کمی تغییر می کنند. سازندگان دستگاههای سرد کننده تبخیری برای به دست آوردن مقدار دقیق انتقال حرارت در زمان تبخیر سرمایه گذاری زیادی نموده اند ولی هنوز به نتیجه مطلوب نرسیده اند.

طرق مختلف تبخیر (جوشیدن) regimes of boiling

جوشیدن (تبخیر) در چند نوع مختلف ممکن است وجود داشته باشد که دو نوع آنر در شکل زیر نشان داده شده و عبارتست از دیاگرام لگاریتمی برای تبخیر آب در فشار جو، ‌آزمایش به وسیله یک مفتول گرم شده در داخل یک ظرف آب انجام می گیرد. در حالت AB از منحنی تبخیر که جوش هسته ای (nucleate boiling) نامیده می وشد حبابهای تشکیل شده در سطح مفتول صعود کرده و به سطح ظرف آب می روند.

معادله این منحنی تقریب به قرار زیر است

Q= مقدار حرارت انتقالی به (BUT/hr)

A= سطح تبادل حرارت به (FT2)

C= عدد ثابت

= اختلاف درجه حرارت سطح فلز و سیال تبخیر شده

اگر طرفین رابطه فوق را به  تقسیم کنیم میتوان آنرا به صورت دیگر نیز نوشت:

که در آن hr عبارت است از ضریب انتقال حرارت در زمان تبخیر، بر حسب BTU/nr.FT.2F با افزایش اختلاف درجه حرارت مقدار Nr نیز افزایش می یابد و از نظر فیزیکی به هم زدن آب نیز در این امر کمک می نماید چون با ایجاد تلاطم در آب حبابهای اطراف مفتول به سرعت از آن جدا و آب جایگزین آنها شده و در نتیجه تبادل حرارت بهتر انجام می گیرد.

مقدار تبخیر آب تا نقطه نهایی B افزایش و از آن پس حبابهای زیادی که روی سطح مفتول باقی مانده باعث قطع تماس مستقیم بین آب و فلز شده و مقدار تبادل حرارت را کاهش می دهند و در نتیجه از نقطه B به بعد با افزایش اختلاف درجه حرارت انتقال حرارت کاهش خواهد یافت.

شکل ۴

تبخیر مبرد reftigercamt boiling

ضرایب تبخیر برای مبرد ها از شکل زیر پیروی می نماید. در حالات معمولی عمل تبخیر در حد AB اتفاق می افتد که معادل ضریب انتقال حرارت به صورت زیر معرفی می گردد.  که در آن عدد ثابت C و توان n برای هر سطح و فشار معین یکی خواهد بود. حالت تبخیر آب داخل یک طرف که کاملا مشابه تبخیر مبرد در داخل پوسته ای است که از لوله های گرم داخل اواپراتور حرارت دریافت می کند. شکل زیر مقادیر مختلف ضریب تبخیر فریون ۱۲ را در در حالتی که تبخیر در خارج لوله صاف و پره دار اتفاق می افتد نشان می دهد. همچنین وقتی که تبخیر مبرد در داخل لوله ها انجام می گیرد تعیین می نماید درصد بخار کم بوده ولی با پیشروی در مسیر مقدار بخار افزایش می یابد که در نتیجه سرعت نیز ترقی می کند. با افزایش سرعت بخار در لوله ضریب بخار نیز افزایش خواهد یافت زیرا که در جریان مغشوش مقدار حرارت انتقالی بیشتر است. (شکل زیر) ۵

پروفسور hollaolay از نتیجه تحقیقات متخصصین مختلفی از جمله Baeker , Asmey و تجربیات کمپانی ؟؟؟ الکتریک رابطه ای را ارائه کرده است:

چون  پس می توان نوشت:

با استفاده از رابطه های یاده شده جواب مناسبی برای hr به دست می آید در صورتی که مبرد فریون ۱۲ بوده و عمل تبخیر بین  در داخل لوله ای با قطر ۸/۵ و یا ۴/۳ انجام می گیرد. با تقلیل فشار تبخیر مقدار hr نیز کاهش خواهد یافت.

ضریب انتقال حرارت سمت سیال Fluid- side heat transfer coefficient

برای تعیین مقدار ضریب حرارتی سمت سیال نخست به حالت مختلفی که در اواپراتورها وجود دارد باید توجه داشت که عبارتند از:

۱ – مایع در داخل لوله اواپراتور جریان دارد.

۲ – مایع در داخل پوسته اواپراتور جریان دارد

۳ – هوا با وزش اجبرای روی لوله های پره دار جریان دارد.

۴ – هوا با وزش طبیعی روی لوله های ساده یا پره دار سرد جریان دارد.

در حالت اول در صورتی جریان مغشوش باشد رابطه (nusselt) را می توان به کار برد

که در آن

Hf= ضریب انتقال حرارت سمت سیال بر حسب

K= ضریب هدایت حرارتی سیال به

D= قطر داخل لوله بر حسب (FT)\

V= سرعت بر حسب (FT/SEC)

P= دانسیته سیال بر حسب (LB/FT2)

U= ویسکوزیته سیال بر حسب (Lb/FT.SEC)

CP= حرارت مخصوص سیال در فشار ثابت بر حسب (BTU/Lb.0F)

C= مقدار عددی C به طور تجربی به دست می آید.

در حالت دوم که مایع در داخل پوسته جریان دارد و از اطراف لوله ها عبور می کند کاربرد نداشته و به طور تجربی رابطه زیر ارائه شده است:  تا

که در آن:

O= وزن سیال جریانی

C= عدد ثابت که نسبت به اواپراتور سیال جریانی تغییر می کند.

برای حالت سوم که جریان اجباری هوا روی لوله های پره دار اتفاق می افتد ضریب انتقال حرارت سمت هوا عبارت است از مقدار هوای جریانی بتوان ۴/۰ تا ۶/۰

برای حالت چهارم که هوا با جریان طبیعی از روی لوله های پرده دار عبور می کند از رابطه زیر نیز می توان استفاده کرد:

که در آن: ta= درجه حرارت هوا، tm= درجه حرارت لوله بر حسب درجه فارنهایت

سطوح پره دار extended surface

در اکثر اواپراتورها هوای اجباری از روی لوله ها جریان می یابد و در بعضی از اواپراتورهای آبسردکن لوله ها را از نوع با پره (fins) می سازند تا با افزایش نسبت سطح خارجی لوله به سطح داخلی ) مقاومت سمت هوا در این حالت در شکل زیر نشان داده می شود. (شکل ۶)

با تجزیه و تحلیل مقطع یک لوله پره دار می توان اثر وجود پره در سطح خارجی لوله ها را بررسی کرد.

اگر طول پره L و ضخامت آن ۲Y و ضریب هدایت فلز K ثابت و ضریب فیلم سمت هوا nf فرض می شود و برای تعیین تغییرات درجه حرارت در نقاط مختلف پره، تعادل حرارتی را برای قطر خیلی کوچک dl می نویسیم: مقدار حرارتی که از طرف انتهای پره به سمت پایه پره منتقل می شود.

در لوله های پره دار که در اواپراتورهای هوای اجباری بکار برده می شود واضح است که هر چه از سطح پره یکسان نیست پس مقدار حرارت انتقالی پره کمتر است از موقعی که تمام پره های دارای درجه حرارتی معادل حرارت پایه آنرا داشته باشد. نسبت مقدار حقیقی حرارت جریان یافته از پره به مقدار حرارتی که پره می توانست انتقال دهد بنام راندمان پره خوانده می شود.

عملکرد کلی over- all performance

با توجه به عمل کرد یک اواپراتور در سیکل تبرید اهمیت آن نسبت به سایر اعضای متشکله دستگاه سرد کننده آشکار می گردد. شکل زیر مقادیر مختلف حرارت مبادله شده در یک آب سرد کن را با مصرف فریون ۱۲ و مقادیر مختلف آب جریانی نشان می دهد. این آبسردکن دارای اواپراتوری از نوع خشک بوده و تبخیر مبرد در داخل لوله ها است و دستگاه دارای شیر انبساط حرارتی می باشد. محور طولی مقدار حرارت انتقالی و محور عرضی مقدار جریان آب را مشخص می کند و هر کدام از خطوط منحنی مقدار حرارت انتقالی را بر اساس اختلاف درجه حرارت لگاریتمی بین آب و مبرد تعیین می نماید. در جدول ملاحظه می شود که در یک اختلاف درجه حرارت متوسط ثابت، با افزایش مقدار جریان آب مقدار ظرفیت حرارتی نیز افزایش می یابد. در جدول یاد شده تغییرات ضریب انتقال حرارت در موقع تبخیر مبرد مشاهده می شود ولی با معلوم بودن مقدار آب جریانی می توان ضریب U را با تقسیم کردن مقدار حرارت انتقالی به سطح و اختلاف درجه حرارت متوسط به دست آورد. شکل ۷

وقتی که مقدار آب جریانی ثابت باشد ضریب حرارتی سمت آب نیز ثابت بوده و در نتیجه تغییرات U متناسب با تغییرات ضریب حرارتی بخار مبرد خواهد بود. (شکل ۸)

شکل ۹

تغییرات فشار مبرد در اواپراتورها refrigerant pressute variation in evaporators

در اواپراتورها به علت مبرد در لوله های مارپیچی به طور قطع، افت فشار حاصل می گردد. بعضی اوقات افت فشار مطلوب بوده مثل افت فشار ناشی از سرعت زیاد مبرد که باعث ازدیاد ضریب انتقال حرارت می گردد ولی به طور کلی افت فشار زیاد حتی از نظر اقتصادی نیز به صرفه نبوده چون باعث ایجاد اختلال در عملکرد اواپراتورها می شود. مناسبت ترین مقدار افت فشار در اواپراتور یک دستگاه تهویه مطبوع که در درجه حرارت  و با فریون ۱۲ حمل میک ند بین ۲ psi تا ۳ psi (پوند بر اینچ مربع) پیشنهاد شده است. در درجه حرارت کمتر افت فشار نیز کمتر از ۲ یا psi 3 خواهد بود که با افت فشار ثابت هر چه درجه حرارت پائین تر باشد ضریب عملکرد نیز بیشتر کاهش می یابد. در اواپراتورهای بزرگ که لوله با طول زیاد مورد نیاز است معمولا لوله ها را به طور موازی و با خمهای دایره ای تهیه می کنند تا به این ترتیب از افت فشار زیاد جلوگیری به عمل آید.

برفک زدن frost

وقتی که سطح خارجی اواپراتور در درجه حرارتی پائین تر از  عمل می کند بخار آب موجود در هوای اطراف سطوح به نقطه شبنم رسیده و برفک زدن لوله ها آغاز می شود. بحث در مورد برفک زدن به دو دلیل حائز اهمیت است:

۱ – لایه های برفک در روی لوله ها به حکم عایق انتقال حرارت خواهند بود.

۲ – در اواپراتوری با جریان اجباری هوا، وجود برفک در روی لوله ها، مقدار هوای جریانی را کاهش می دهند.

می دانیم که دو حالت فوق باعث تقلیل مقدار انتقال حرارت در اواپراتور می گردند. روشهای زیادی برای برفک گیری وجود دارد که ساده ترین آن قطع جریان کمپرسور و توقف کار سیستم است که به مرور، لوله ها با هوای محل تبادل حرکت کرده، برفکها آب می شوند. سریعترین روش برفک گیری بکار بردن عامل حرارت خارجی مثل انرژی الکتریکی یا هوا آب گرم می باشد. معمولترین روش، عبور مستقیم گاز گرم خروج کمپرسور از داخل لوله های اواپراتور می باشد. در این حالت در صورتی که سیستم تبرید دارای چند اواپراتور باشد سعی می شود که موقع برفک گیری هر یک از آنها، سایر اواپراتورها بکار خود ادامه دهند. در بعضی سیستمها از روش جلوگیری از برفک زدن استفاده می شود به این ترتیب که در تمام مدت کار سیستم، محلولی که نقطه انجماد را پائین می آورد به طور مرتب روی لوله های اواپراتور پاشیده می شود که از جمله این محلولها، گیلول- کلرورسدیم- کلرورکلسیم و محلول نمکهای لیتیوم می باشند.

سیستم های تبرید جذبی Absorprion refrigeration systems

در سیتسم تبرید تراکمی اگر به جای کمپرسور یک ژنراتور قرار داده و یک جذب نیز به سیستم اضافه کنیم سیستم را تبرید جذبی گویند- در این سیستم از مواد نفتی و یا الکتریکی برای ایجاد حرارتی در ژنراتور استفاده می شود. در سیستمهای جذبی ممکن است از مواد جذب کننده جامد و یا جاذبهای سیال نیز استفاده می شود ولی دستگاههای جذبی یا مایع از معمولترین آنهاست.

سیستم جذبی با ماده جامد: The solid obsorption system

در شکل زیر یک سیستم جذبی با ماده جذب کننده جامد را نشان می دهد که تا حدودی با سیستمهای تبرید تراکمی قابل مقایسه می باشد. در این سیستم ماده جاذب کلرور نقره (C1.AG) مبرد گاز آمونیاک می باشد. به ژنراتور یا ماده جاذب حرارت داده می شود تا گاز آمونیاک متصاعد شود. حرارت و فشار گاز بالا می رود تا اینکه کندانسور بتواند حرارت را از گاز آمونیاک را گرفته و آنرا به مایع تبدیل کند. پس از اینکه مابع مبرد به طرف مخزن ذخیره رانده، شد حرارت ژنراتور را قطع می کنند. وقتی که درجه حرارت ماده جاذب به حد کافی پائین آمد آمونیاک مایع به حالت گاز در آمده و ملکولهای آن مجددا وارد ماده جاذب می گردند. در این حالت به علت تقلیل فشار در مخزن و تبخیر آمونیاک حرارت از محیط آن گرفته شده و برودت تولید می گردد. در این سیستم وقتی که تمام آمونیاک تبخیر و مجددا در ماده جاذب جذب شده، حرارت دادن به ژنراتور دوباره و عمل ذکر شده تکرار می گردد.

شکل ۱۰

مواد شیمیائی سیستمهائی جذبی Absorption system chemicals

ترکیبات شیمیائی مختلفی در سیستمهای جذبی به کار برده می شوند ولی آمونیاک NH3 به عنوان مبرد و آن به عنوان جاذب از مشهورترین آنهاست.

در سیستمهای تهویه مطبوع و دستگاههایی با ظرفیت برودتی بیشتر از آب به عنوان مبرد و از برومورلیتیوم (Lithium bromide) (Br.Li) یا کلرور لیتیوم (Lithium chloride) به عنوان جاذب استفاده می شود.

سیستم های جذبی یا مایع Typical liquid Absorption system

۱ – سیستم جذبی (آب- آمونیاک)= سیستم تبرید چذبی با مایع دارای مزایای بیشتری است زیرا که آب در فشار و درجه حرارت معمولی مقدار زیادی آمونیاک جذب می کنند و آمونیاک جذب شده نیز با حرارت کمی از آب جدا می شود. همچنین آمونیاک مایع دارای بیشترین حرارت نهان تبخیر می باشد. شکل زیر یک دستگاه سرد کننده جذبی را که با آب و آمونیاک کار می کند و دارای سیلکهای متناوب می باشد نشان می دهد. در این دستگاه مبرد آمونیاک و جاذب آب است و مقداری گاز هیدروژن جهت ایجاد فشار کم، در سیستم جریان دارد تا آمونیاک بتواند در فشار پایین بخار شود.

شکل ۱۱

خواص آمونیاک properties of Aqun-ammonia

دیاگرام شکل زیر خواص محلول آب و آمونیاک را در حالت مایع و بخار نشان می دهد. با معلوم بودن فشار و درجه حرارت و با استفاده از دیاگرام شکل زیر سایر مشخصات محلول را می توان به دست آورد.

شکل ۱۲

P= فشار بر حسب psia

F= درجه حرارت بر حسب فارنهایت

X= نسبت وزنی مایع آمونیاک به وزن محلول اشباع

؟؟؟= نسبت وزنی بخار آمونیاک به وزن بخار مخلوط

Hr= انتالپی بخار مخلوط بر حسب BTU/Lb

NL= انتالپی محلول بر حسب BTU/Lb

پس با داشتن فشار و درجه حرارت، در مراحل مختلف یک سیستم جذبی می توان آنرا به دست آورد یعنی با تعیین مقدار حرارتی که در ژنراتور به دستگاه داده شده است و تعیین مقدار حرارتی که در جذب کننده و کندانسور دفع شده است می توان مقدار حرارتی را که در اواپراتور کسب شده است (مقدار برودت) را حساب کرد.

سیستم جذبی (برمورلیتیوم آب) lithium Bromide- water system

این سیستم نیز مشابه به سیستم جذبی آب و آمونیاک می باشد با این تفاوت که در اینجا مبرد آب و جاذب برومولیتیوم بوده و محلول موجود در ژنراتور برومورلیتیوم و آب خواهد بود.

در ژنراتور در اثر حرارت خارجی آب به حالت بخار درآمده و در کندانسور به علت از دست دادن حرارت مجددد به آب تبدیل می شود. این آب پس از گذشتن از شیر یا مجرای تقلیل دهنده فشار وارد محفظه کم فشار اواپراتور شده و به علت تبخیر مجدد حرارت محیط اواپراتور را جذب می کند.

به خاطر خروجی از اواپراتور  وارد جذب کننده شده و به وسیله محلول غلیظ برومورلیتیوم که از بخار ژنراتور فرستاده شده است جذب می گردد. محصول به دست آمده که در آن نسبت برومولیتیوم کم ولی نسبت آب زیاد است (محلول رقیق) به طرف ژنراتور رانده می شود تا کار سیکل اولی تکرار شود (شکل زیر)‌۱۳

در شکل زیر یک سیستم جذبی که بنام ابزوپشن (Absorption) معروف شده و برای سرد کردن آب برای دستگاههای تهویه مطبوع به کار برده می شود نشان داده شده، قدرت برودتی این سیستمها بین ۳ تا ۷۰۰ تن تبرید می باشد ولی چون مبرد آب بوده و در درجه حرارت پائین تر از  یخ می زند درجه حرارت در اواپراتور بالای نقطه انجماد آب تعیین می گردد.

برومورلیتیوم که جذب کننده خوبی برای آب می باشد به صورت جامده بوده و زمانی که نسبت به آن به ۳۰٪ مخلوط برسد به صورت محلول در می آید. فشار در این سیستمها معمولا کمتر از فشار جو خواهد بود و مثلا در درجه حرارت تبخیر در اواپراتور که  فرض شود فشار مطلق معادل  اینچ جیوه و در درجه حرارت معادل  در ژنراتور، برابر ۲ اینچ جیوه خواهد شد. شکل ۱۴

در شکل زیر دیاگرام خواص محلول برومورلیتیوم و آب را که در آن، درجه حرارت فشار- انتالپی محلول و نسبت وزنی برمورلیتیوم در آب مشخص شده است. نشان داده شده

در مورد بخار مبرد موجود در سیستم باید عنوان ساخت که چون برمولیتیوم فرار نیست پس می توان بخار جریانی در سیستم را صدردصد بخرا آب در نظر گرفت و انتالپی بخار آب را با استفاده از روشهای مخصوص که برای تعیین خواص ترمودینامیکی آب و بخار آب تهیه شده است و به دست آورد.

شکل ۱۵

با وجود اینکه کمپرسور- کندانسور- اواپراتور- شیر انبساط و ماده مبرد از اعضاء مواد اصلی یک دستگاه تبرید تراکمی به شمار می روند لوله کشی و وسایل مربوطه نیز به همان نسبت حائز اهمیت هستند.

هدف از لوله کشی یک دستگاه انتقال مبرد از عضوی به عضو دیگر در سیستم تبرید می باشد و از وسایل لوله کشی نیز برای هدایت و توزیع مبرد به میزان لازم استفاده می شود.م

جریان آرام و مغشوش STREM line and Torblent Flow.

سیالی که در داخل لوله ای جریان دارد ممکن است به دو صورت یکنواخت (آرام) و یا غیر یکنواخت (مغشوش) باشد. سرعت سیال که عامل این دو جریان است در شکل زیر نشان داده شده است.

در جریان آرام حرکت ذرات سیال به موازات یکدیگر بوده در صورتی که در جریان مغشوش این اصل عمل نمی شود. شکل زیر ۱۵

ضریبی که به وسیله آن می توان جریان آرام مغشوش را تفکیک و تعیین کرد عبارتست از عدد رینولدز (Reynolds) که عدد بدون ذدیمانسیون (بدون واحد) می باشد.

که در آن:  سرعت متوسط سیال (FT/SEC)

P3= چگالی سیال (LP/FT23)

D2= قطر داخلی لوله (FT)

UH= ویسکوزیته سیال (Lb/FT.sec)

با استفاده از مشخصات لوله در صورتی که مقدار بدست آمده برای عد رینولدز از ۲۰۰۰ کمتر باشد جریان آرام و با افزایش این عدد از حد ۲۰۰۰، خطوط موازی سرعت به هم خورده و هر چه مقدار افزایش یابد جریان نیز مغشوش تر خواهد بود.

افت فشار برای سیالی که به طور یکنواخت در داخل لوله ای جریان دارد از رابطه زیر بدست می آید:

که در آن:

= افت فشار بر حسب پوند بر فوت مربع (P.S.F)

L= طول لوله (FT)

gC = فاکتور شتاب ثقل= (FT/Sec2) (نیرو Lb/ وزن ۳۲٫۲Lb)

در سیستم های تبرید چون به ندرت جریان سیال در حالت آرام صورت می گیرد. پس مطالعه درباره جریان های مغشوش و محاسبه مقدار افت فشار در این حالت ضروری می باشد.

افت فشار در جریان مغشوش Pressure drop in Turbulent

با مطالعه رابطه افت فشار سیال در یک لوله و با تجزیه و تحلیل دیمانسیونی به مفهوم افت فشار بیشتر پی می بریم. تجزیه و تحلیل دیمانسیونی در این حالت با این سوال آغاز می شود که دیمانسیون افت فشار چه باید باشد؟

فرض اول این است که  تابعی است از U, P, V, D, L

در ارتباط با روش تجزیه و تحلیل دیمانسیونی، رابطه زیر مقدار  را نشان می دهد.

که در آن c عددی است ثابت و n  عبارتست از یک نمای عددی که مقدار هر دوی آنها از راه تجربی تعیین می گردد. با دوباره نویسی رابطه شکل زیر خواهیم داشت شکل ۱۱

 

رابطه زیر در صورتی قبول است که  فرض شود

شکل ۱۲

این فرمول بنام دارسی (Darcy) نامیده شده و اساس محاسبات افت فشار در لوله ها می باشد. برای بهتر نشان دادن عمل اصطکاک پیشنهاد می شود که به جای افت فشار، از جمله افت ارتفاع head loss استفاده شود که در حقیقت همان افت فشاری است که تبدیل به فوت پوند بر پوند FT. Lb/Lb شده است.

اگر افت فشار را با nz نشان دهیم خواهیم داشت

و در این صورت فرمول افت در ارتفاع شکل (۱۲) به صورت زیر نوشته می شود:

 

یک پاسخ به پروژه طراحی سیستم های تبرید و سردخانه

[بالا]

ارسال پاسخ

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *