دانلود تحقیق پمپ حرارتی

×      هدف:

بررسی سیکل تراکمی و اثر پارامترهای مختلف بر عملکرد آن و مقایسه سیکل واقعی با سیکل ایده آل

×      خلاصه:

پمپ حرارتی وسیله است که به دو منظور از آن استفاده می شود یکی به عنوان یک دستگاه سرماساز و دیگر به عنوان یک دستگاه گرم کننده.

یک پمپ حرارتی از اجزایی همچون کمپرسور،اواپراتور،کندانسور،مبرد و شیر فشار شکن تشکیل شده است. مبرد در اغلب این پمپ ها R-12 می باشد. در یک پمپ حرارتی مبرد کم فشار وارد اواپراتور شده و در یک تحول فشار ثابت حرارت محیط راجذب کرده و سپس وارد کمپرسور شده و در یک تحول آیزنتروپیک فشارش توسط کمپرسورافزایش می یابد تا حرارتی را که جذب کرده در کندانسور پس دهد که این تحول نیز آدیاباتیک است. سپس مبرد وارد شسر فشار شکن شده ودر یک تحول آنتالپی ثابت ( h3=h4 ) که نقطه 3 نقطه ورودی به شیر و نقطه 4 نقطه خروجی از شیر است. کاهش فشارداده و  دوباره وارد اواپراتور شده و سیکل را از ابتدا شروع می کند. هر پمپ حرارتی دارای یک ضریب عملکرد است که در صورت استفاده از پمپ به صورت یک گرم کننده یا سرد کننده  به صورت زیر محاسبه می شود:

 در حالتی که از آن به عنوان گرم کننده استفاده کنیم

 و  حال اگر ازآن به عنوان سرد کننده استفاده  کنیم

که qH گرمای منتقله در کندانسور و ql گرمای منتقله در کندانسور و wc کار ورودی کمپرسور بوده که هر سه بر واحد جرم می باشند.

×      مقدمه:

گرما عبارت است از حرکت مولکولی. تمام اشیاء از مولکولهای بسیار کوچکی تشکیل یافته اند که بطور دائم و با سرعت در حرکتند.هر چه گرما کاهش یابد حرکت مولکولی نیز کاهش پیدا می کند.و اما سرما واژه ایست نشان دهنده حرارت کم،سرما خود به خود تولید نمی شود بلکه حرارتی است که از جسم گرفته می شود و این حالت سرما نام دارد. حرارت همیشه از یک جسم گرمتر به سوی یک جسم سردتر حرکت می کند یعنی از گرمای بیشتر به سمت گرمای کمتر جریان می یابد. حال اگر بخواهیم این عمل را برعکس کنیم و حرارت را از یک جسم با دمای پایین تر گرفته و آن را سردتر کرد با ید از یک پمپ حرارتی استفاده کنیم.کلیه سیستمهای تبرید پمپ حرارتی می باشند که حرارت را ار یک سطح با درجه حرارت پائین جذب وآن را به یک سطح با درجه حرارت بالا تخلیه می کنند.

عمل سرد کردن یا صنعت حفظ مواد غذلیی با استفاده از سرما برای اولین بار در قرن هجدهم از اهمیت اقتصادی برخوردار گردید. یخ مصنوعی برای اولین بار بطور تجربی در سال 1820 ساخته شد ولی تکامل تولید یخ مصنوعی تا سال 1834 بطول انجامید جاکوب پرکینز(jacob perkins) مهندس آمریکایی برای اولین بار دستگاهی برای تولید یخ مصنوعی اختراع کرد که پیشرو دستگاههای سرد کننده کمپرسی و مدرن امروزی است.گر چه میشل فاراده (michel faraday) در سال 1824 اصول سرد کردن از نوع جذبی را کشف نمود ولی در سال 1855 یک مهندس آلمانی اولین مکانیزم سرد کننده از نوع جذبی را تولید کرد. سیستم مکانیکی سرد کننده خانگی برای اولین بار در سال 1910 به وجود آمد.ج.ام.لارسن در سال 1913 یک دستگاه خانگی دستی ساخت و بالاخره در سال 1918 اولین یخچال اتوماتیک ساخت کارخانه کلویناتور وارد بازارهای آمریکا گردید.

از دستگاهای سرد کننده مکانیکی بعنوان یخچال خانگی ،سرد کننده های تجارتی،تهویه مطبوع،تنظیم کننده رطوبت هوا،سرد کننده مواد غذایی،خنک کننده در مراحل مختلف تولید و موارد دیگر استفاده می شود.

پمپ های حرارتی اغلب در اشکال وسیعی به کار می روند. چهار نوع از این پمپ ها را به این ترتیب می توان نام برد:

×      پمپ های حرارتی یکپارچه با سیکل برگشت پذیر

×      پمپ های حرارتی ناحیه ای برای ساختمانهای متوسط و برزگ

×      پمپ های حرارتی با کندانسور دو دسته ای

×      پمپ های حرارتی صنعتی

هر چهار نوع کاربردهای مشترکی دارند اما هر یک پاسخگوی شرایط به خصوصی می باشند. برای درک چگونگی کار یک دستگاه سرد کننده، دانستن خصوصیات فیزیکی و حرارتی مکانیزم بکار رفته برای گرفتن حرارت ،دارای اهمیت زیادی است.حال به توضیحی کوتاه در مورد عمل سرد کردن در یک یخچال می پردازیم.

در یک یخچال حرارت از لا به لای لا یه ها ی عایق و هنگامی که درب یخچال باز می شود به درون آن نشت می کند. این حرارت درون یخچال بوسیله واسطه خنک کننده که درون سیستم سرد کننده(اواپراتور) وجود دارد جذب می شود.(شکل 1) واسطه سرد کننده(مایع سرما ساز) در هنگام جذب حرارت از مایع به حالت گاز تغییر شکل پیدا می کند. پس از جذب حرارت و تبدیل واسطه خنک کننئه به گاز،این گاز توسط تلمبه به خارج دستگاه سرد کننده هدایت می شود.سپس این گاز فشرده شده و حرارت آن در اثر فشار زیاد و سرد شدن در کندانسور گرفته می شود. واسطه سرد کننده آن قدر به جریان خود و انجام سیکل ادامه می دهد تا درجه حرارت مطلوب در درون یخچال بوجود آید و پس از آن پمپ حرارتی از کار باز می ایستد

کمپرسور h1-h2s می باشد. قابل توجه است که با در نظر گرفتن قانون اول ترمودینامیک(w=h1-h2+q) ،h1-h2 امکان دارد از کار ورودی به کمپرسور کمتر یا بیشتر باشد. اگر q مثبت باشد یعنس حرارت از محیط به کمپرسور انتقال یابد،h1-h2 کمتر از کار ورودی است و اگر q منفی باشد حرارت از کمپرسور به محیط منتقل شود،h1-h2 بیشتر از کار ورودی کمپرسور است.

فرایند3-2:

در این فرایند ابتدا بخار super heat  و سپس بترتیب تقطیر و دبی می شود. در اینجا مقدار گرما بر واحد جرم h2-h3 از مبرد به آب منتقل می شود که این خروجی قابل استفاده پمپ حرارتی است.

فرایند4-3:

فرایند انتالپی ثابت (h3=h4). البته بدلیل انتقال حرارت در شیر انبساط، مقدار h4 کمی بیشتر از مقدار h3 است که از این مقدار صرفنظر می نمائیم. در فرایند انبساط(4-3) R-12 از مایع فشار بالا به مایع اشباع فشار پایین با درصدی از بخار می شود.

فرایند1-4:

با انتقال حرارت از محیط به R-12 در اواپراتور، آنتالپی R-12 ازh4 به h1 تبدیل می شود و سوپر هیت می گردد. حرارت منتقله(بر واحد جرم) مساوی h1-h4 است.

قابل توجه است که افت فشار در لوله های اواپراتور ناچیز است.

اما در مورد ضریب عملکرد با توجه به داده های آزمایش می توان این نتیجه گیری را کرد که با افزایش دمای اواپراتور ظرفیت و راندمان سیستم تبرید به طور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد، بدیهی است یک سیستم تبرید بایستی همواره برای کار در بالاترین دمای ممکن اواپراتور طراحی شده باشد. هر چند تاثیر تغییر دمای تقطیر بر روی ظرفیت و راندمان سیکل تبرید به مراتب کمتر از تاثیر تغییرات دمای اواپراتور باشد.عملا نباید آن را ناچیز شمرد.

در مورد علل خطا در آزمایش می توان به عواملی همچون خطای شخص، خطای محیط،خطای وسایل مورد استفاده قرار گرفته در آزمایش و خطای محاسباتی اشاره کرد.

به عنوان مثال می توان به انتقال خرارت در وسایل آزمایش به عنوان یک عامل خطا اشاره کرد. این انتقال حرارت را در لوله ها به دلیل عایق بندی میتوان صرفنظر کرد ولی در کمپرسور که یک فرایند آیزنتروپیک را طی می کند نمی توان صرفنظر کرد. یا در 3 مرتبه اول که ما آزمایش را با فن خاموش انجام دادیم برفکهای موجود بر روی اواپراتور مانع انتقال مناسب حرارت از محیط به مبرد می شد  در موقع خواندن عدد از روی وسایل به دلیل اینکه عقربه ای بودند و با دقتهای بالایی درجه بندی نشده بودند موقعی که عقربه بین دو دجه بود باید عدد پایینی یا بالایی را می خواندیم که این خود نیز باعث خطا می شد. و دیگر می توان به عامل صروصدای موتوهای بنزینی، دیزلی و کمپرسور اشاره کرد که در موقع انتفال اعداد خوانده شده به کسی که در حال نوشتن اعداد است دچار خطا شده و اعداد کمی بالا و پایین می شوند.

برای بهبود کیفیت دز این آزمایش باید از دستگاههای اندازه گیری دیجیتالی بجای دستگاههای مکانیکی استفاده کرد. و اینکه یک روتاتور برای محاسبه دبی آب در این دستگاه قرار داده شود.

و کمپرسور را عایق بندی کرده تا حرارت منتقل نشود.

قانون دوم ترمودینامیک متضمن این مفهوم است  که یک فرایند فقط در یک جهت معین پیش می رود و در جهت خلاف آن قابل وقوع نیست. این محدودیت برای جهت وقوع یک فرایند, مختصه قانون دوم است