ΘΕΡΜΑΝΣΗ-ΨΥΞΗ-ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ Ι ΑΣΚΗΣΕΙΣ

Transcript

1 ΘΕΡΜΑΝΣΗ-ΨΥΞΗ-ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΣ Ι ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Ψυκτική εγκατάσταση που ακολουθεί στοιχειώδη ψυκτικό κύκλο συμπίεσης ατμών με ψυκτικό μέσο R134a, εργάζεται μεταξύ των ορίων πίεσης 0,12 MΡa και 1 MΡa. Αν η παροχή μάζας του ψυκτικού μέσου είναι 0,05 kg/s, να υπολογιστούν: α) Η ψυκτική ικανότητα της εγκατάστασης β) Η απαιτούμενη ισχύς του συμπιεστή γ) Η θερμική ισχύς που απορίπτεται στο περιβάλλον δ) Ο θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς 2. Η θερμοκρασία του ατμοποιητή σε μια ψυκτική εγκατάσταση που χρησιμοποιηεί ψυκτικό R134a και ακολουθεί τον ψυκτικό κύκλο συμπίεσης ατμών είναι 6 ο C. Αν η θερμοκρασία στο συμπυκνωτή είναι 24 ο C, να υπολογιστεί ο συντελεστής συμπεριφοράς, η ψυκτική ισχύς ανά kw προσδιδόμενης ισχύος και η αντίστοιχη αποβαλλόμενη θερμική ισχύς ανά kw προσδιδόμενης ισχύος στο συμπιεστή. 3. Ψυκτικό R134a εισέρχεται σε αδιαβατικό συμπιεστή σαν κεκορεσμένος ατμός με πίεση 120 kρa και με παροχή όγκου 0,3 m 3 /min και εξέρχεται με πίεση 1 MΡa. Αν η ισεντροπική απόδοση του συμπιεστή είναι 80%, να υπολογιστούν: α) Η θερμοκρασία του ψυκτικού στην έξοδο του συμπιεστή β) Η ισχύς του συμπιεστή γ) Διάγραμμα (t-s) ως προς τις γραμμές κορεσμού 4. Δίνεται στοιχειώδης ψυκτικός κύκλος συμπίεσης ατμών με ψυκτικό μέσο R12. Η θερμοκρασία συμπύκνωσης είναι 40ºC και η θερμοκρασία ατμοποίησης 10ºC. Κεκορεσμένος ατμός θερμοκρασίας 10ºC εισέρχεται στο συμπιεστή και κεκορεσμένο υγρό θερμοκρασίας 40ºC εξέρχεται του συμπυκνωτή. Η παροχή μάζας του ψυκτικού μέσου είναι 0,008 kg/s. Να υπολογιστούν: α) Η απαιτούμενη ισχύς του συμπιεστή β) Η ψυκτική ικανότητα του κύκλου γ) Ο θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς του κύκλου δ) Ο συντελεστής συμπεριφοράς του αντίστοιχου κύκλου Carnot 5. Σε ψυκτική εγκατάσταση συμπίεσης ατμών η ψυκτική ισχύς που παράγεται είναι 100 kw. Η εγκατάσταση εργάζεται με ψυκτικό μέσο R22. Να υπολογιστεί η απαιτούμενη ισχύς του συμπιεστή (η i =0,75) και η ροή θερμότητας που πρέπει να 1

2 αποδοθεί στο περιβάλλον. Θερμοκρασία ατμοποίησης του ψυκτικού μέσου να θεωρηθεί -35ºC και θερμοκρασία συμπίκνωσης 25ºC. Να υπολογιστεί επίσης ο θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς. 6. Ψυκτική εγκατάσταση συμπίεσης ατμών χρησιμοποιεί ψυκτικό R134a και έχει ψυκτική ικανότητα 80 kw. Η θερμοκρασία ατμοποίησης είναι -8ºC και η θερμοκρασία συμπύκνωσης είναι 42ºC. α) Καθορίστε την ογκομετρική παροχή του ψυκτικού μέσου σε m 3 /s στην είσοδο του συμπιεστή β) Την απαιτούμενη ισχύ του συμπιεστή γ) Την ποιότητα του ψυκτικού μέσου στην είσοδο του ατμοποιητή με βάση τη μάζα και με βάση τον όγκο 7. Ψυκτικό μέσο R134a εργάζεται σε ψυκτικό κύκλο συμπίεσης ατμών, μεταξύ των οριακών πιέσεων 1 MPa και 0,14 MPa. Το ψυκτικό μέσο εξέρχεται από το συμπυκνωτή σαν κεκορεσμένο υγρό και στραγαλίζεται σε θάλαμο ανάμιξης που λειτουργεί σε πίεση 0.5 MPa. Το ψυκτικό αφήνοντας το συμπιεστή χαμηλής πίεσης στα 0.5 MPa, οδηγείται επίσης στο θάλαμο ανάμιξης. Κατόπιν αυτών ο ατμός του θάλαμου ανάμιξης συμπιέζεται στην πίεση του συμπυκνωτή από το συμπιεστή υψηλής πίεσης και το υγρό στραγγαλίζεται στην πίεση του ατμοποιητή. Αν υποτεθεί ότι το ψυκτικό μέσο εξέρχεται από τον ατμοποιητή στην κατάσταση κεκορεσμένου ατμού και ότι οι δύο συμπιεστές λειτουργούν ισεντροπικά, να υπολογιστούν: α) Η παροχή μάζας του ψυκτικού μέσου στον κύκλο χαμηλής πίεσης για παροχή μάζας, διαμέσου του συμπυκνωτή, ίση με 0,25 kg/s. β) Η ψυκτική ισχύς του κύκλου γ) Ο συντελεστής συμπεριφοράς του κύκλου 8. Υπολογίστε τη συνολική απαιτούμενη ισχύ σε πολυβάθμιο ψυκτικό κύκλο συμπίεσης ατμών που χρησιμοποιεί ΝΗ 3 για ψυκτικό μέσο και έχει 2-βάθμια συμπίεση και 2-βάθμιο στραγγαλισμό. Η ψυκτική ισχύς είναι 250 kw σε θερμοκρασία ατμοποίησης -25ºC. Η θερμοκρασία συμπύκνωσης είναι 35ºC. 9. Η διάταξη ψυκτικής εγκατάστασης που φαίνεται στο παρακάτω Σχήμα, λειτουργεί με ψυκτικό μέσο R134a και χρησιμοποιείται για την παραγωγή ψύξης σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες Τ 5 =-5ºC και Τ 7 =-40ºC. Η εγκατάσταση θεωρείται ότι εργάζεται χωρίς υπόψυξη και με ισεντροπική συμπίεση. Το ψυκτικό μέσο εξέρχεται 2

3 από τον Ατμοποιητή ΙΙ σε κατάσταση κορεσμού, ενώ από τον Ατμοποιητή Ι σε υπέθερμη κατάσταση, η δε υπερθέρμανση χρησιμοποιείται για παραγωγή ψύξης. Η ψυκτική ισχύς του Ατμοποιητή ΙΙ είναι 28 kw και του Ατμοποιητή Ι 14kW. Η θεμοκρασία συμπύκνωσης είναι Τ 4 =50ºC. Συμπυκνωτής Ατμοποιητής ΙΙ Ατμοποιητής Ι Ζητούνται: α) Τα διαγράμματα (p-h) και (t-s) του ψυκτικού κύκλου β) Η ροή μάζας σε κάθε ατμοποιητή γ) Ο συντελεστής συμπεριφοράς της εγκατάστασης δ) Η μηχανική ισχύς του συμπιεστήγια την παραγωγή της ψυκτικής ισχύος των 42 Kw 10. Ψυκτική εγκατάσταση που εργάζεται με τον αντίστροφο κύκλο Stirling και εργαζόμενο μέσο α) αέρα, β) υδρατμό. Δίνονται: t 1 =400 ο C, p 2 =1,8 bar, t 4 =100 ο C, p 4 =0,5 bar Να υπολογιστούν για τα δύο μέσα: α) Το προσφερόμενο έργο στην εγκατάσταση β) Ο συντελεστής συμπεριφοράς του κύκλου γ) Να σχολιαστούν τα αποτελέσματα των δύο μέσων 11. Ιδανικός ψυκτικός κύκλος Brayton λειτουργεί με αέρα. Ο αέρας εισέρχεται στο συμπιεστή στους 12 ο C και στα 50 kpa και στο στρόβιλο στους 47 ο C και στα 250 kpa. Η παροχή μάζας του αέρα στον κύκλο είναι 0,08 kg/s. Να υπολογιστούν: α) Η ψυκτική ισχύς β) Η καθαρή ισχύς εισόδου γ) Ο συντελεστής συμπεριφοράς του κύκλου (γ=1,4 και c p =1,005 kj/kgk) 12 Αέρας υγροποιείται με τη μέθοδο Linde. Η συμπίεση είναι στα 200 bar και η θερμοκρασία μετά τη συμπίεση είναι 300 Κ. Το δοχείο διαχωρισμού διατηρείται σε πίεση 1 bar και ο αέρας που δεν έχει υγροποιηθεί εγκαταλείπει τον εναλλάκτη 3

4 θερμότητας στη θερμοκρασία των 297 Κ. Ποιό είναι το κλάσμα του αέρα που υγροποιείται και ποιά είναι η θερμορασία του αέρα που διοχετεύεται στη στραγγαλιστική βαλβίδα. 13. Σε μία απλή ψυκτική εγκατάσταση απορρόφησης που χρησιμοποιεί το μίγμα (LiBr/H 2 O), υπολογίστε τη ροή μάζας του ψυκτικού μέσου διαμέσου των συσκευών. Η παροχή μάζας που διέρχεται από την αντλία είναι 0,6 kg/s και οι θερμοκρασίες στις διάφορες συσκευές αναφέρονται στο παρακάτω σχήμα. Στη συνέχεια να υπολογιστούν τα ποσά θερμότητας που διακινούνται διαμέσου των συσκευών και ο αντίστοιχος θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς. Ατμογεννήτρια 100 C Συμπυκνωτής 40 C Αντλία Εκτονωτικές βαλβίδες Απορροφητής 30 C Ατμοποιητής 10 C 14. Στην παραπάνω άσκηση 1 εάν τοποθετήσουμε έναν εναλλάκτη διαλύματος έτσι ώστε η θερμοκρασία της πτωχής διάλυσης πριν την ατμογεννήτρια είναι 52 C, να υπολογιστούν εκ νέου τα ποσά που διακινούνται στην ατμογεννήτρια και τον απορροφητή, καθώς και ο νέος θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς.υπάρχει πρόβλημα κρυσταλλωποίησης εάν η θερμοκρασία του συμπυκνωτή πέσει στους 34 C. 15. Ψυκτική μονάδα απορρόφησης με εργαζόμενο μίγμα (NH 3 /H 2 O) εργάζεται μεταξύ των πιέσεων 20 bar και 2 bar, διαθέτει εναλλάκτη διαλύματος και έχει τα εξής χαρακτηριστικά: Κατά μάζα σύσταση NH 3 της πτωχής διάλυσης 10% Κατά μάζα σύσταση NH 3 της πλούσιας διάλυσης 40% Κατά μάζα σύσταση NH 3 της ατμώδους φάσης 98% Ψυκτική ικανότητα εγκατάστασης 10MW Ζητούνται: α) Να παρασταθεί ο ψυκτικός κύκλος τόσο σε διάγραμμα (p-1/t), όσο και σε διάγραμμα (h-ξ) 4

5 β) Ποια η θερμοκρασία της ατμώδους φάσης γ) Η ροή μάζας του μίγματος που απαιτείται στον ατμοποιητή δ) Τα ποσά θερμότητας που απορρίπτονται τόσο στο συμπυκνωτή όσο και στον απορροφητή ε) Το ποσό θερμότητας που απορροφάται στην ατμογεννήτρια στ) Το ποσό θερμότητας που συναλλάσσονται η πτωχή και η πλούσια διάλυση στον εναλλάκτη διαλύματος ζ) Ο θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς της εγκατάστασης Ατμογεννήτρια Συμπυκνωτής Εναλάκτης διαλύματος Αντλία Εκτονωτικές βαλβίδες Απορροφητής Ατμοποιητής 16. Ψυκτικός θάλαμος του οποίου οι εσωτερικές διαστάσεις είναι 4x8x20 m 3 διατηρείται σε σταθερή θερμοκρασία 2 ο C και σχετική υγρασία 95%. Κάτω από τις πιο δυσμενείς συνθήκες, η ποσότητα διείσδυσης του αέρα είναι 0,3 αερομεταβολές ανά ώρα σε συνθήκες περιβάλλοντος 30 ο C και 90% σχετική υγρασία. Χρησιμοποιώντας ψυχρομετρικό διάγραμμα, να προσδιοριστεί το συνολικό φορτίο διείσδυσης στον ψυκτικό θάλαμο. 17. Σε ψυκτικό θάλαμο διαστάσεων 10x10x4 m 3 πρόκειται να καταψύξουμε 30 τελάρα πολυπροπυλενίου με μήλα των 20 kg. Βάρος τελάρου 2,5 kg (c p,δ =1,9 kj/kgk). Θερμοκρασία περιβάλλοντος 30 ο C και σχετική υγρασία 60%. Θερμοκρασία κατάψυξης -5 ο C και σχετική υγρασία θαλάμου 50%. Η ολοκλήρωση της διεργασίας κατάψυξης επιτυγχάνεται εντός 5 ωρών. Ο αριθμός εναλλαγών είναι ACH=2. 1. Να υπολογιστεί το φορτίο διείσδυσης του αέρα (h fg =2430 kj/kg στη θερμοκρασία των 30 ο C) 2. Να υπολογιστεί το φορτίο του προϊόντος για την κατάψυξή του στους -5 ο C 5

6 3. Εάν το φορτίο μετάδοσης θερμότητας είναι 20 kw, το φορτίο φώτων, ηλεκτροκινητήρων και ανθρώπων είναι 4 kw και το φορτίο εξοπλισμού ψύξης είναι 5% του συνολικού φορτίου ψύξης, να εκτιμηθεί η απαιτούμενη ισχύς του συμπιεστή μονοβάθμιου συστήματος ψύξης με συμπίεση ατμών όταν COP=3 4. Ποια η απαιτούμενη παροχή μάζας ψυκτικού μέσου R134a όταν η θερμοκρασία στο συμπυκνωτή είναι 40 ο C και η θερμοκρασία στον ατμοποιήτη -10 ο C. Ισεντροπικός βαθμός συμπιεστή 80% 5. Εάν ο ατμοποιητής είναι ιδανικός, η ψυκτική εγκατάσταση έχει υπόψυξη; 6