دانلود تحقیق تبرید

فصل یکم
1- روشهای مختلف در تبرید
1-1- مقدمه
در سیستمهای تبرید حرارت را در درجه حرارت پائین گرفته و در درجه حرارت بالا خارج خواهیم کرد.

به طور کلی روشهائی از سرد کردن که در حالتهای مختلف تبرید خواهیم داشت به صورت زیر است:
1- بالا رفتن درجه حرارت مبرد
2- تغییر فاز
3- انبساط مایع
4- انبساط گاز ایده آل
5- مرحله تولید خلاء
6- انبساط گاز حقیقی
7- مراحل الکتریکی و مغناطیسی
2-1-بالا رفتن درجه حرارت مبرد
در اثر بالا رفتن حرارت مبرد مقداری حرارت از محیط گرفته می شود که از رابطه زیر بدست می آید:

که در آن Q مقدار حرارت از دست رفته در فشار ثابت، m جرم، به ترتیب حرارت مخصوصی در فشار ثابت و افزایش درجه حرارت مبرد می باشد.

3-1-تغییر فاز
مقداری حرارتی که مبرد در اثر تغییر فاز جامد به مایع، مایع به بخار، و یا جامد به بخار از دست می دهد که به ترتیب حرارت ذوب، حرارت نهان تبخیر و حرارت تصعید (sublimation) نامیده می شود.

در این مورد مثلا انیدریدکربنیک جامد (یخ خشک) در فشار جو در درجه حرارت از حالت جامد به بخاردر آمده و حرارت جذب می کند که می تواند مبرد خوبی در درجات حرارت پائین باشد.

رابطه ای که مقدار حرارت منتقل شده را در اثر تغییر فاز می دهد به صورت زیر است.

Q=m.L
که در آن Q حرارت منتقل شده و m جرم مبرد و L تغییرات انتالپی در اثر تغییر فاز که ممکن است حرارت ذوب یا تبخیر و یا تصعید باشد.

عمل اپراتور در سیکلهای تراکمی که مایع در آن تبخیر می شود و سرما تولید کند نمونه ای از آن است.

4-1- انبساط مایع
انبساط مایع موجب نقصان درجه حرارت آن شده و اگر همراه با تغییر فاز مایع به بخار باشد نقصان درجه حرارت قابل توجهی خواهیم داشت.

مثلا در شکل
(1-1) دیاگرام (TS) که در آن منحنی های مایع و بخار اشباع و فشار ثابت در ناحیه ای که سیال به صورت مایع است رسم شده، نقطه 1 و 2 به ترتیب قبل و بعد از انبساط ایزآنتروپ مایع باشد.

اگر این انبساط برگشت ناپذیر و آدیاباتیک باشد، نقطه بعد از انبساط سمت راست 2 واقع می شود.

به هر حال ملاحظه می شود که درجه حرارت کمی در اثر این انبساط تغییر کرده که عملا قابل توجه نیست.

شکل (1-1)
برعکس در اثر انبساط ایزآنتروپ مایع اشباع شده نقطه 3 به نقطه 4 در ناحیه مخلوط بخار و مایع خواهید رسید که در این تحول، نقصان درجه حرارت قابل توجهی داشته و در اینحالت نیز اگر تحول برگشت ناپذیر و آدیاباتیک باشد بجای نقطه 4 به نقطه خواهیم رسید که نقصان درجه حرارت با حالت ایزوآنتروپ 4-3 یکسان است.

مرحله انبساط مایع یکی از مراحل سیکل تراکم بخار می باشد، که در لوله موئین و یا شیر انبساط صورت میگیرد.

5-1- انبساط گاز کامل در جریان ثابت
وقتی گاز کاملی انبساط می شود نقصان درجه حرارتی خواهیم داشت.

رابطه گازهای کامل به صورت زیر است:

حرارتهای مخصوص نیز ثابت بوده و داریم:

که در آن u و h به ترتیب انرژی داخلی و انتالپی می باشد.

رابطه انرژی در جریان ثابت برابر با:

که در آن q و w به ترتیب حرارت مبادله شده و کار انجام گرفته روی سیستم می باشد.

حال اگر تحول خفگی را در لوله شکل (2-1) بررسی کنیم در رابطه (1-1) با صرفنظر کردن انرژی پتانسیل و حرکتی خواهیم داشت:

چون انتقال حرارت صفر( تحول آدیاباتیک) بوده و کاری هم روی سیال انجام نداده ایم بنابراین:



شکل (2-1)
یعنی انتالپی ثابت و نقصان درجه حرارتی نخواهیم داشت.

در حالیکه تغییرات انرژی حرکتی صرفنظر کردنی نباشد و قطر لوله در دو طرف یگی در نظر گرفته شود، سرعت در 2 ممکن است بیش از سرعت در 1 باشد که از رابطه پیوستگی مشاهده می گردد.

(2-2)
سطوح مساوی بوده رابطه گازهای بین 1 و 2 به صورت زیر خواهد شذ:

که در آن اگر اختلاف درجه حرارت قابل ملاحظه نباشد حجم مخصوص بزرگتر از می باشد، زیرا نقصان فشاری بین 1 و 2 خواهیم داشت.

بنابراین از رابطه (2-1) و از رابطه (1-1) نتیجه می شود و یا
اگر گاز کاملی در یک موتور و یا توربین عایق بندی شده ای منبسط شود، شکل (3-1) و تغییرات انرژی حرکتی صرفنظر کردنی باشد، رابطه (1-1) به صورت زیر خلاصه خواهد شد: در نتیجه و یا
این مرحله در سیکل هوا مشاهده می شود.

شکل (3-1) 6-1-مرحله تخلیه اگر گازی را به فشار کمتری منبسط کنیم نقصان درجه حرارتی خواهیم داشت شکل (4-1) شمای ساده مرحله تخلیه را نشان می دهد که در آن زمان جرم ورودی dm بوده و اگر به ترتیب جرم و انرژی داخلی سیال در شروع و اتمام تحول باشد، از قانون اول ترمودینامیک داریم: = حرارت افزوده شده+ انرژی اولیه در تانک+ انرژی ورودی در (1) کار+ انرژی نهائی در تانک+ انرژی از دست رفته در (2) اگر این تساوی به صورت فرمول نوشته شود داریم: شکل (4-1) در جریان ثابت در مرحله تخلیه که در آن تحول آدیاباتیک بوده و کاری انجام نشده و انرژی پتانسیل و انرژی حرکتی صرفنظر کردنی می‌باشد، نیز برابر صفر و معادله (3-1) به صورت زیر خلاصه می شود: رابطه فوق را به صورت دیفرانسیل و u و dm را به ترتیب انرژی داخلی و جرم آنی در نظر گرفته، خواهیم داشت: و یا با خواهیم داشت: از این رابطه مقادیر m ، مثبت بوده بنابراین یکی از دو مقادبر du و یا باید منفی باشد، منفی بودن du یعنی درجه حرارت سیال داخل تانک نقصان یافته و منفی بودن نشان می دهد که درجه حرارت گازی که خارج می شود کمتر از درجه حرارت گازی است که در داخل می باشد، یعنی تبرید انجام می گیرد.

7-1- انبساط گاز حقیقی وقتی یک گاز حقیقی منبسط می شود، حتی در انتالپی ثابت درجه حرارت ممکن است تغییر کند (زیاد شود، کم شود، ثابت بماند) در صورتیکه در گازهای کامل با آنچه که در قسمت (5-1) دیدیم در تحولی که انتالپی ثابت باشد درجه حرارت نیز ثابت خواهد بود.

تغییرات درجه حرارت نسبت به فشار در انتالپی ثابت برای گازهای حقیقی ضریب ژول تامسون نامیده می شود یعنی: مطابق شکل(5-1) اگر خفگی از 1 تا 2 باشد درجه حرارت افزایش یافته و در نقطه 2 درجه حرارت ماکزیمم و ضریب ژول تامسون صفر است که این یک نقطه معکوس است، زیرا از آن پس در تحول 2 تا 3 درجه حرارت نقصان خواهد یافت.

استفاده از این روش، (ضریب ژول تامسون) در مایع کردن بعضی از گازها در درجات حرارت پائین مانند هوا برای تهیه ازت و اکسیژن مایع بکار خواهد رفت.

شکل (5-1) 8-1-مراحل مغناطیسی و الکتریکی در اثر خواص مغناطیسی و الکتریکی نیز می توان بدو طریق تولید تبرید نمود.

یکی قرار دادن ملکولها در امتداد یک میدان مغناطیسی که این روش بیشتر برای تعیین درجه صفر مطلق بکار رفته و در آن میدان مغناطیسی، درجه حرارت ماده ای بنام سولفات گادولونیم را که خواص مغناطیسی دارد بالا برده و حرارت از هلیم که اطراف این ماده قرار گرفته دفع خواهد شد.

دیگری اثر معکوس یک ترموکوپل می باشد.

می دانیم یک ترموکوپل از دو فلز مختلف الجنس که در دو نقطه جوش خورده اند تشکیل شده و اگر این دو نقطه را در درجات حرارت مختلف قرار دهیم، مدار ولتاژی تولید کرده که اثر (Peltier) نامیده می شود.

عکس این موضوع نیز صحت دارد، یعنی اگر ولتاژی در مدار برقرار کنیم افزایش درجه حرارت در یک نقطه و نقصان درجه حرارت در نقطه دیگر از اتصال دو فلز خواهیم داشت.

از این روش بیشتر در آزمایشگاه استفاده می شود.

شکل (6-1) روش مغناطیسی را نشان می دهد.

شکل (6-1) اهمیت اقتصادی موضوع کاهش مصرف انرژی در چیلرها در صنعت یکی از روش های تولید برودت استفاده از برودت مرکزی است.

در این روش یک دستگاه مرکزی کار تولید سرما را بر عهده دارد و انتقال این برودت به قسمت های مختلف تأسیسات توسط یک سیستم واسط انجام می گیرد.

همان طور که می دانیم یکی از پرمصرف ترین دستگاه هائی که کار تولید برودت را بر عهده دارد چیلرها می باشد.

در کشور ما ایران که جزء کشورهای گرمسیر می باشد، مسئله سرمایش، جزء مسائل مطرح در صنعت کشور است.

اکثر چیلرهای مورد استفاده در کشور، از نوع چیلرهای تراکمی و با توجه به مصرف انرژی بالای چیلرهای تراکمی، کم کردن مصرف انرژی یعنی بالا بردن راندمان چیلرها، اهمیت بسزایی خواهد داشت.

نگاهی گذارا به مصرف برق در سالهای اخیر، نشان دهنده اهمیتی است که انواع انرژی پیدا کرده است و مصرف انرژی برق را به نسبت زیادی افزایش داده است.

طی دوره سال های 1372- 1355 مصرف برق کشور با میانگین نرخ رشد سالانه حدود 9/9% افزایش یافته و از 10758 میلیون مگا وات ساعت در سال 1355 به 58144 میلیون مگا وات ساعت در سال 1372 رسیده است.

این نرخ رشد نشان دهنده افزوده شدن سالانه به طور متوسط 2785 میلیون مگا وات ساعت به کل مصرف برق در کشور می باشد.

همچنین مصرف برق خانگی طی دوره 72- 1355 به طور متوسط از رشد سالانه ای برابر 4/13% برخوردار بوده است و از 2630 میلیون مگا وات ساعت در سال 1355 به 22143 میلیون مگا وات ساعت در سال 1372 رسیده است.

با توجه به این که در صنعت تهویه مطبوع، چیلر یکی از اجزاء بسیار مهم و رایج می باشد و روزبه روز به میزان تولید و استفاده از آن افزوده می گردد و نیز با عنایت به این که وسیله یکی از پرمصرف ترین وسایل و تجهیزات به لحاظ میزان مصرف انرژی الکتریکی می باشد، افزایش بازدهی و کاهش میزان مصرف انرژی آن از جهات مختلف اقتصادی مورد توجه و اهمیت است.

لذا تعیین میزان مصرف انرژی چیلرها در شرایط استاندارد به عنوان یک دستگاه برودتی که استفاده از آن به دلیل کارا بودن در نقاط بسیاری معمول گردیده موضوع بسیار مهمی است.

فصل دوم 2-سیکل تراکمی بخار THE VAPOR-COMPRESSION CYCLE 1-2-مقدمه سیکل تراکمی بخار یکی از مهمترین سیکلهای تبرید می باشد که در آن بخار تقطیر شده در کندانسور به کمک شیر انبساط در اواپراتور تبدیل به بخار شده و تولید سرما خواهد کرد.

بخار تولید شده در اواپراتور در کمپرسور متراکم شده و حرارت دریافت شده در اوپراتور و کمپرسور را در کندانسور از دست داده و تبدیل به مایع می گردد.

این تحولات در یک سیکل تراکمی بخار متناوباً انجام می پذیرد.

در سیکل مقایسه ای کارنو برای سیکل تبرید و ماشینهای حرارتی که در شکل (a1-2) نشان داده شده ملاحظه می شود که در ماشینهای حرارتی حرارت از محیط با درجه حرارت بالا گرفته شده و به محیط با درجه حرارت پائین پس داده خواهد شد، در صورتیکه سیکل کارنو در تبرید عمل معکوس انجام می دهد، یعنی انرژی را از درجه حرارت پائین گرفته و به درجه حرارت بالا منتقل می کند، شکل (b1-2).

بنابراین در سیکل تبرید تحولات به صورت زیر است: 2-1،تراکم آدیاباتیک یا ایزآنتروپ 3-2،خارج کردن حرارت در درجه حرارت ثابت 4-3،انبساط آدیاباتیک یا ایزآنتروپ 1-4، افزایش حرارت در درجه حرارت ثابت.

شکل (a1-2) شکل (b1-2) 2-2-ضریب عملکرد سیکل تبرید نسبت بین سرمای مفید به کار خالص ضریب عمل کرد سیکل تبرید می باشد، یعنی: ضریب عملکرد = همواره باید سعی کرد که ضریب عمل کرد بالا باشد تا سرمای بیشتری در برابر کار کمتر تولید نمود.

باید دید به چه صورت می توان این ضریب عمل کرد را بالا برد.

در سیکل تبرید کارنو انتقال حرارت در تحول برگشت پذیر ایزآنتروپ از رابطه بدست می آید.

مثلا در شکل (b1-2) سطح (6-2-3-5) مقدار حرارتی است که توسط سیال مبرد خارج و سطح (6-1-4-5) مقدار حرارتی است که اخذ گردیده و سطح (4-3-2-1) کار انجام شده می باشد.

از آنجا رابطه ضریب عملکرد به صورت زیر نوشته می شود: ضریب عملکرد ملاحظه می شود که ضریب عملکرد بستگی به درجه حرارت منبع سرد T1و منبع گرم T2 داشته و ممکن است از صفر تا بینهایت تغییر کند.

با نقصان درجه حرارت T2 ضریب عملکرد بالا رفته و با ازدیاد درجه حرارت T1 هم در صورت و هم در مخرج کسر تغییر حاصل شده بنابراین تغییرات T1 اثر بیشتری نسبت به تغییرات T2 در ضریب عملکرد ایجاد خواهد کرد، در نتیجه برای بالا بردن ضریب عملکرد باید T1 را بالا برده و T2 را پائین آورد.

3-2- سیکل کارنو در پمپ حرارتی در یک پمپ حرارتی همان تجهیزاتی که در سیکل تبرید داریم خواهیم داشت، با این تفاوت که در پمپ حرارتی مقدار حرارتی که در درجه حرارت بالا تولید می شود مورد نظر بوده شکل (2-2)، در صورتیکه در سیستمهای تبرید منظور مقدار حرارتی است که در درجه حرارت پائین گرفته می شود.

گاهی ممکن است یک سیکل عمل پمپ حرارتی و سیستم تبرید را با هم انجام داده و یا به طور متناوب به صورت، پمپ حرارتی و یا سیستم تبرید از آن استفاده نمود که در تهویه مطبوع خواهیم داشت، یعنی دستگاه در زمستان تولیدگرما نموده و تابستان ایجاد سرما می نماید.

ضریب عملکرد پمپ حرارتی به صورت زیر بدست می آید: شکل (2-2) = ضریب عملکرد پمپ حرارتی در شکل (2-2) سطح (5-6-2-3) حرارت خارج شده از سیکل و سطح(4-3-2-1) کار انجام شده می باشد، از آنجا: = ضریب عملکرد پمپ حرارتی ضریب عملکرد تبرید در همین درجات برابر است با و از آنجا ضریب عملکرد پمپ حرارتی برابر است با : و یا 1+ ضریب عملکرد سیکل تبرید ضریب عملکرد پمپ حرارتی این ضریب از 1 تا بینهایت تغییر خواهد کرد.

4-2- کاربرد گاز به صورت مبرد اگر سیکل تبرید را برای یک گاز مانند هوا رسم کنیم مطابق شکل(3-2) ملاحظه می شود که تراکم و انبساط ایزآنتروپیک به صورت 2-1 و 4-3 بوده و 3-2 و 1-4 تحول تولید گرما و سرما در فشار ثابت می باشد.

فرق بین این سیکل با سیکل کارنو برای درجات حرارت یکسان افزایش سطوح X و Y می باشد.

در نقطه 4 درجه حرارت مبرد باید کمتر از درجه حرارت محیطی که باید سرد شود بوده و از آنجا گاز مبرد مقداری حرارت در فشار ثابت کسب خواهد کرد که موجب افزایش درجه حرارت آن خواهد شد.

به همین دلیل درجه حرارت T2 نیز بیش از درجه حرارت هوای محیط بوده که تدریجا نقصان می یابد.

شکل (3-2) تاثیر سطح X افزایش کار انجام شده و سطح Y علاوه بر افزایش کار انجام شده نقصان اثر تبرید نیز خواهد بود که هر دو نقصانی در ضریب عملکرد ایجاد می کنند.

مبرد ممکن است در مرحله از دست دادن حرارت به جوش آمده و تبدیل به گاز گردد، در این مبردها سیکل کارنو بین منحنی مایع اشباع و بخار اشباع قرار خواهد گرفت، شکل (4-2)، در تحول 3-2 و 1-4 که در درجه حرارت و فشار ثابت انجام می گیرد، مخلوطی از مایع و بخار خواهیم داشت که به ترتیب تقطیر در کندانسور و تبخیر در اواپراتور می باشد.

در این شکل 2-1 مرحله تراکم و 4-3 مرحله انبساط است.

مرحله تراکم ممکن است مرطوب 2-1 از شکل (4-2) باشد که در این حالت ممکن است مایع در قسمت بالای سیلندر و یا سوپاپها ضایعاتی ایجاد کرده و یا موجب شستن روغن جدار سیلندر شود، اینست که به جای تراکم مرطوب بهتر است تراکم خشک بکار برد.

در حالت تراکم خشک تحول بخار اشباع شده متراکم شده و در کمپرسور بخار خشک خواهیم داشت که درجه حرارت آن بالاتر از درجه حرارت تقطیر می باشد، سطحی از سیکل که بالاتر از درجه حرارت تقطیر می باشد، سطح هاشور خورده کلاهک داغ (superheat horn) نامیده می شود که یک افزایش کار در تراکم خشک می باشد.

در شیر انبساط که تحول خفگی صورت می گیرد انرژی پتانسیل و حرکتی تغییر کرده ولی انتالپی ثابت و تحول برگشت ناپذیر است و در طول تحول انتروپی افزایش یافته و تحول 4-3 و به در خواهد آمد، با آنچه گفته شد سیکل استاندارد تراکمی بخار مطابق شکل(4-2) شامل مراحل زیر است: تراکم آدیاباتیک و برگشت پذیر از بخار اشباع به بخار خشک در فشار کندانسور، خارج کردن حرارت به صورت برگشت پذیر در فشار ثابت از مرحله بخار خشک تا مایع اشباع شده.

انبساط برگشت ناپذیر در انتالپی ثابت از حالت مایع اشباع تا فشار اواپراتور.

افزایش برگشت پذیر گرفتن حرارت در اثر تبخیر در فشار ثابت تا حالت بخار اشباع.

شکل 4-2 5-2- نمودار و خواص مبردها نمودارهائی که برای مبردهای مختلف موجود است عبارتند از درجه حرارت انتروپی، فشار انتالپی، فشار حجم و انتالپی انتروپی، در شکل (5-2) دیاگرام فشار انتالپی نشان داده شده که در آن منحنی مایع اشباع، بخار اشباع و درجه حرارت و آنتروپی و حجم مخصوص ثابت نشان داده شده است.

شکل (5-2) خط درجه حرارت ثابت در ناحیه مخلوط بخار و مایع افقی بوده زیرا در این ناحیه درجه حرارت باید با فشار اشباع مطابقت داشته باشد.

مایع سردتر از اشباع (Subcooled) در قسمت چپ منحنی مایع اشباع قرار گرفته که در این ناحیه خط درجه حرارت ثابت عملا عمودی است.

در ناحیه بخار خشک (Superheat) خط درجه حرارت ثابت کمی به سمت راست متمایل شده و سپس به طور قائم پائین می‌آید.

سیکل بخار در نمودار فشار انتالپی در شکل (6-2) نشان داده شده است.

6-2- واحد تبرید واحد تبرید تن تبرید که برابر است با: و آن مقدار سرمائی است که یک تن آب را در مدت یک شبانه روز تبدیل به یک تن یخ بنماید.

چون هر تن 20001b بوده و حرارت ذوب یخ در شرایط متعارف می باشد می توان نوشت: 7-2- عملکرد سیکل استاندارد تراکمی بخار از نمودار فشار انتالپی شکل(6-2) می توان عملکرد سیکل بخار را تعیین نمود.

کار تراکم که روی سیکل مبرد انجام می گیرد بر حسب برابر با یعنی اگر معادله انرژی را در جریان ثابت بنویسیم: که در آن از تغییرات انرژی پتانسیل و حرکتی سیکل صرفنظر شده و انتقال حرارت به خارج q=0، بنابراین کار انجام شده که مقدار آن منفی بوده، نشان می دهد که کار روی سیال انجام گرفته است.

حرارت از دست رفته برابر با که در این حالت نیز تغییرات انرژی پتانسیل و انرژی حرکتی و همچنین کار انجام شده صزفنظر کردنی است.

مقدار منفی است، یعنی مبرد حرارت از دست داده است.

اثر تبرید در تحول 1-4 ظاهر می شود که حرارت اخذ شده وسیله سیال مبرد برابر با از آنجا ضریب عملکرد سیکل بخار استاندارد از رابطه زیر بدست می آید: - ضریب عملکرد حجم سیال مبرد معمولا بر حسب یا بوده که حجم ورود به کمپرسور نقطه (1) در نظر گرفته می شود.

قدرت برای تن Power per ton یا از مشخصات سیکل بوده که عکس ضریب عملکرد می باشد در سیستمهای تبرید که با راندمان خوب کار می کند، قدرت برای تن کم و ضریب عملکرد بالا دارند.

8-2- مبدل در سیکل تراکمی در سیکلهای تبرید مبدلی مطابق شکل (8-2) قرار می دهند که این مبدل مایعی را که از کندانسور می آید، به کمک بخاری که از اواپراتور به کمپرسور می رود، خنک خواهد کرد، بنابراین مایع اشباع شده از نقطه 3 تا نقطه 4 سرد شده و بخار اشباع شده از نقطه 6 تا نقطه 1 گرم خواهد شد، که تبادل حرارتی آن برابر با: و اثر تبرید برابر با و یا خواهد بود.

در اینحالت اثر تبرید بیشتر شده، و افزایش کاری نیز در تراکم خشک خواهیم داشت.

ملاحظه می شود که از این لحاظ این مبدل از نظر ترمودینامیکی فایده چندانی نداشته ولی از آنجای که در کمپرسور بخار خشک داشته و ضایعاتی در اثر وجود مایع ایجاد نخواهد شد ضرورت دارد.

از طرف دیگر احتمالا مایعی که به شیر انبساط می آید ممکن است محتوی بخار باشد که در این مبدل بیشتر سرد شده و تبدیل مایع می گردد.

شکل(9-2) یک نمونه از مبدل حرارتی در سیکل تراکمی را نشان می دهد.

شکل (9-2) 9-2- سیکل بخار حقیقی سیکل استاندارد بخار با سیکل حقیقی بخار متفاوت بوده که تفاوت آن در شکل (10-2) مشاهده می شود.

فرق اساسی این دو سیکل به قرار زیر است: در سیکل استاندارد تغییر فشاری در کندانسور و اوپراتور به نظر نمی رسد در صورتیکه در سیکل حقیقی وجود اصطکاکهای داخلی تغییر فشاری ایجاد خواهد کرد.

در سیکل حقیقی مایع کندانسور را قدری از حد مایع اشباع سردتر می کنند (Subcooled) تا بخار از شیر انبساط عبور نکرده و بخار اوپراتور را نیز قبل از ورود به کمپرسور قدری خشک می نمایند تا در کمپرسور مایع وارد نشود.

فرق دیگر آن اینست که تراکم سیکل حقیقی کاملا ایزآنتروپیک نبوده و به علت اصطکاکها و سایر اتلافات دیگر افت راندمان خواهیم داشت.

شکل (10-2) شکل (11-2) یک واحد تقطیر که شامل کمپرسور و کندانسور هوائی می باشد را نشان می دهد.

که شیر انبساط و اواپراتور آن در قسمت دیگری می باشد.

شکل (11-2) شکل (12-2) شمای یک سیکل تراکمی را نشان می دهد.

شکل (12-2) فصل بیست و چهارم 24- تبرید با سیستم جذبی (Absorption Refrigeration) 1-24-مقدمه سیستم جذبی اولین بار در سال 1860 وسیله (Ferdinand Carre) فرانسوی کشف شد، به این ترتیب اگر در سیستم تراکمی بخار، به جاب کمپرسوریک ژنراتور و یک جذب کننده (Absorber) قرار دهیم، نتیجه یک سیستم جذبی ساده خواهد شد.

شکل (1-24) شمای یک سیستم جذبی را نشان می دهد که در آن ژنراتور و جذب کننده، مبرد تبخیر شده در فشار اواپراتور را به فشار کندانسور می رساند.

طرز کار به این صورت است که بخار تبخیر شده در اواپراتور وارد جذب کننده شده درجه حرارت محلول جاذب را بالا می برد.

این حرارت به کمک یک کویل سرد خارج خواهد شد.

محلول جاذب در این مرحله قوی بوده، زیرا از مبرد غنی می باشد، این محلول به کمک پمپ وارد ژنراتور خواهد شد.

در ژنراتور درجه حرارت آن با افزایش حرارت بالا رفته و بخار مبرد در درجه حرارت و فشار بالا به طرف کندانسور رانده می شود.

محلول جاذب داخل ژنراتور به علت از دست دادن بخار مبرد محلول ضعیفی شده و با تقلیل فشار به جذب کننده برمی گردد، در صورتیکه بخار مبرد مانند سیکل تراکمی به کندانسور و شیر انبساط و اوپراتور خواهد رفت.

در سیستم جذبی کار مکانیکی کمی لازم است، زیرا به جای کمپرسور که کار مکانیکی زیادی انجام می دهد پمپ با کار مکانیکی صرفنظر کردنی بکار رفته و کسب انرژی به صورت انرژی حرارتی از ژنراتور خواهد بود.

2-24- سیستم جذبی آب- آمونیاک (Aqua-ammonia system) در این سیستم مبرد آمونیاک و سیال جاذب، آب می باشد.

سیستم جذبی آب آمونیاک که تنها سیستم جذبی بوده که سال ها در صنایع از آن استفاده می گردید، امروزه نیز، خصوصاً در تبرید با درجات حرارت پائین به کار می رود.

روش دیگر استفاده از سیستم لیتوم برومید- آب (Lithium bromide-Water system) می باشد که امروزه برای تولید آب سردwarerChillingدرتهویه مطبوع و غیره بکار می رود.

قبل از اینکه سیستم آب-آمونیاک را مطالعه کنیم محلول این دو را بررسی می نمائیم.

نمودار (1-24) خواص محلول آمونیاک و آب را در حالت مایع و بخار نشان می دهد.

با استفاده از دیاگرام و با معلوم بودن فشار و درجه حرارت می توان سایر مشخصات را بدست آورد.

مثلا در فشار و درجه حرارت سایر مشخصات مطابق شکل(2-24) از نمودار (1-24) بدست می آید.

مقدار مایع آمونیاک پاند آمونیاک برای پاند مخلوط، انتالپی مایع به پاند مخلوط، انتالپی بخار به پاند مخلوط ومقدار بخار آمونیاک در مخلوط بخار خواهد بود.

با آنچه گفته شد که با در دست داشتن فشار و درجه حرارت در مراحل مختلف می توان عمل کرد یک سیستم جذبی را بدست آورد.

یعنی با تعیین مقدار حرارتی که در ژنراتور کسب شده و مقدار حرارتی که در جذب کننده و کندانسور از دست رفته می توان مقدار سرمائی را که در اواپراتور حاصل شده تعیین نمود.

سیستم آب آمونیاک در فشار بالا کار کرده و ضریب عملکرد آن نسبت به سیستم لیتیوم برومید و آب خیلی کمتر میباشد که یکی از دلایل اصلی جایگزینی سیستم های لیتیوم برومید و آب به جای سیستم های آب آمونیاک می باشد.

در قدیم از یستم جذبی در یخچالهای نفتی خانگی استفاده می گردید که شمای آن در شکل (3-24) داده شده است و هنوز هم در روستاهائی که برق رسانی نشده از آن استفاده مینمایند که ژنراتورآن با فتیله نفتی گرم می شود.

3-24- سیستم جذبی تکمیل شده در سیستم جذبی مذکور می توان برای بالا بردن راندمان تغییراتی داد.

مثلا با تقلیل آبی که در اواپراتور جریان خواهد یافت، راندمان را می توان بالا برد، کار دیگری که می توان برای بالا بردن راندمان نمود قرار دادن یک مبدل حرارتی جذب کننده و ژنراتور می باشد، شکل (5-24) شمای یک سیستم جذبی تکمیل شده را نشان می دهد، که در آن یک رکتیفاتر (Recifier) و یک آنالیز (Analyser) برای نقصان مقدار مایعی را که احتمالاً وارد کندانسور خواهد شد در نظر گرفته شده.(Analyser) از یک سری پره تشکیل شده که در بالای ژنراتور قرار می گیرد، محلول قوی جذب کننده از این پره ها عبور کرده و بخاری که از ژنراتور بالا می رود بدین وسیله سرد شده و علاوه بر این مقداری از بخار آب را نیز تقطیر خواهد کرد.

در رکتیفابر نیز کویل آب سرد خواهیم داشت.

مقداری بخار آب و (قدری آمونیاک) تقطیر شده به ژنراتور برمی گردد.

مبدلی که بین جذب کننده و ژنراتور قرار می دهند مفید بوده، زیرا محلول قوی که از جذب کننده به ژنراتور فرستاده می شود، گرم شده و محلول ضعیف ژنراتور که به جذب کننده برمی گردد سرد خواهد شد.

در حقیقت با این مبدل از مقدار حرارتی که به ژنراتور و مقدار سرمائی که بجذب کننده باید داده شود کاسته خواهد شد.

4-24- سیستم لیتیوم برومید- آب (Lithum bromide-water system) از چند سال قبل سیستمی که در آن جاذب Lithium bromide و مبرد آب می باشد، متداول شده که از قدرت 3 تن تا چند صد تن برای تهویه ساختمانها و غیره ساخته می شود.

در این سیستم چون مبرد آب می باشد، درجه حرارت اواپوراتور باید بالاتر از باشد،برای همین است که این سیستم بیشتر در تهویه مطبوع و تبرید در درجات حرارت بالا به کار می رود.

در این سیستم، سیکل مشابه سیستم آب- آمونیاک بوده، شکل (1-24)، به این ترتیب که آب در ژنراتور بخار شده و در کندانسور جریان یافته و تبدیل مایع می گردد که از آنجا از مجرای تقلیل دهنده فشار عبور کرده و وارد اواپراتور خواهد شد.

بخار خارج شده از اوپوراتور وارد جذب کننده شده وسیله محلول لیتیوم برومید جذب می گردد.

از آنجا محلول جذب کننده را ترک کرده که در این مرحله نسبت لیتیوم برومید در محلول کم و نسبت آب زیاد می باشد.

در محلولی که ژنراتور را ترک و بطرف جذب کننده می رود، نسبت لیتیوم برومید و نسبت آب کم خواهد بود.

لیتیوم برومید هنگامی که به صورت محلول نباشد جامد بوده و هنگامی که نسبت آب به 30 درصد برسد به حالت مایع در می آید.

باید متنذکر شد در این سیستم، لیتیوم برومید از ژنراتور به طرف کندانسور نرفته در صورتیکه در سیستم آمونیاک و آب ممکنست کمی بخار آب همراه بخار آمونیاک از ژنراتور به طرف کندانسور برود که در سیستم های تکمیل شده میتوان با آنچه شد آن را به حداقل رساند.

خواص محلول لیتیوم برومید- آب در نمودار (2-24) و (3-24) داده شده که مشخصات محلول لیتیوم برومید را می دهد.

در مورد بخار آب از آنجایی که لیتیوم برومید قرار نیست، بخار آب را می توان 100 درصد در نظر گرفته و انتالپی بخار را با استفاده از تابلوهای بخار در فشار و درجه حرارت مورد نظر بدست آورد.

ممکن است بجای لیتیوم برومید و آب از محلول لیتیوم کلرید و آب استفاد نمود، که دیاگرام محلول آن نیز موجود می باشد.

فشار این سیستم معمولاً خیلی از فشار جو کمتر بوده، مثلاً برای درجه حرارت اواپراتور برابر 1/23 kpa میباشد.

5-24- سیستم لیتیوم برومید- آب صنعتی سیستم لیتیوم برومید- آب صنعتی در شکل (6-24) نشان داده شده که در آن اواپراتور و جذب کننده از یک واحد در پائین دستگاه قرار گرفته و کندانسور و ژنراتور سیستم نیز از یک واحد در بالای دستگاه قرار خواهد گرفت، علاوه بر این سیستم تغییراتی نیز به سیکل اولیه داده شده که به قرار زیر است: یک مبدل حرارتی بین محلول ضعیف و قوی برای بالا بردن راندمان قرار داده و پمپهائی نیز برای جریان انداختن سیال برای اواپراتور و جذب کننده به سیستم اولیه اضافه گردیده است.

شکلهای (7-24) و (8-24) و (9-24) سیستم جذبی و اتصال لوله های آنرا نشان می دهد.

گاهی در سیستم های جذبی ژنرانور با مشعل گاز کرده که آن را شعله مستقیم (Direct Fire) می نامند که در اینحالت قدری در مصرف سوخت صرفه جوئی خواهد شد، گاهی هم ممکنست دو عمله (Double effect) باشد که شرح داده میشود.

سیستمهای جذبی معمولاً برای قدرتهای بالای 100tons تبرید مناسبتر از سیستمهای تراکمی بوده، یکی از مشکلات سیستم های جذبی کریستاله شده محلول در بین ژنراتور و جذب کننده می باشد که باید مطابق دستور سازنده از این مشکل جلوگیری نمود.

گاهی تمام دستگاهها در یک استوانه جا داده شده، یعنی کندانسور و ژنراتور که در یک فشار هستند در قسمت فوقانی و اواپراتور و جذب کننده نیز که در یک فشار می باشند در قسمت زیرین استوانه قرار خواهند گرفت.

6-24- خواص محلول لیتیوم برومید لیتیوم برومید یک نمک جامد و کریستالی میباشد که در معرض بخار آب، بخار آب را جذب کرده و تبدیل محلول مایع میگردد.

فشار بخار آب در محلول بستگی به درجه حرارت و درصد لیتیوم برومید خواهد داشت.

اگر دو ظرف شکل( 10-24) را که در آن آب خالص و دیگری محلول لیتیوم برومید و آب باشد.

هر یک از محلول ها دارای فشار بخاری می باشد که در حال تعادل این فشار بخارها یکسان خواهد بود.

در شکل(10-24) ملاحظه میشود که آب خالص با محلول 59% لیتیوم برومید در فشار 7/38 kpa در حال تعادل می باشند، البته این فشار در درجات و در غلظت های دیگری از لیتیوم برومید نیز خواهد بود که از نمودار (2-24) مشخص میگردد مثلاً در نمودار (2-24) که درجه بخار اشباع، فشار و غلظت محلول لیتیوم برومید را نشان میدهد.

محلول 54% لیتیوم برومید و نیز دارای فشار بخار 7/38kpa خواهد بود.

7-24- ضریب عملکرد در سیستم های جذبی ضریب عملکرد در سیستم های جذبی به صورت زیر است: وقتی ضریب عملکرد سیکلهای تراکمی را با سیکلهای جذبی مقایسه نمائیم ضریب عملکرد سیکل جذبی خیلی کمتر به نظر میرسد، مثلاً ممکنست (3 برابر 7% ) باشد ولی باید توجه کرد که ضریب عملکرد در سیکل جذبی با سیکل تراکمی کاملاً متفاوت است زیرا در سیکل جذبی حرارت مبادله شده در ژنراتور منظور شده در حالیکه در سیکل تراکمی کار کمپرسور منظور میگردد.

انرژی که در اثر کار حاصل میشود معمولاً خیلی گرانتر از انرژی است که از حرارت بدست میآید.