Ψυκτικοί Κύκλοι Κύκλοι παραγωγής Ψύξης

Transcript

1 Ψυγεία και Αντλίες Θερμότητας Ο στόχος του ψυγείου είναι η μεταφορά θερμότητας ( L ) από τον ψυχρό χώρο; Ψυκτικοί Κύκλοι Κύκλοι παραγωγής Ψύξης Ο στόχος της αντλίας θερμότητας είναι η μεταφορά θερμότητας ( Η ) προς τον θερμό χώρο. Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 3 Περιβάλλον T >T L Ψυγεία και αντλίες Θερμότητας Ψυγείο Χώρος Θέρμανσης T >T L Ψυγεία και αντλίες Θερμότητας Επιθυμητό αποτέλεσμα Συντελεστής λειτουργίας Απαιτούμενη είσοδος Απαιτούμενη είσοδος Επιθυμητή έξοδος R L L W NET L L Ψυγείο Χώρος ψύξης Τ L Επιθυμητή έξοδος Αντλία θερμότητας Περιβάλλον T L Απαιτούμενη είσοδος Αντλία θερμότητας P WNET L P = R + L Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 2 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 4

2 Ψυγεία και Αντλίες Θερμότητας Ψυκτικός κύκλος Συμπίεσης ατμών Ψυκτική ικανότητα: Ρυθμός μεταφοράς (απομάκρυνσης) θερμότητας από τον ψυχόμενο χώρο. Μονάδες μέτρησης kj/s (kw), kcal/h, BTU/h Τόνος ψύξης: ικανότητα ενός συστήματος ψύξης, το οποίο μπορεί να ψύξει τόνο (~2.000 lb) υγρού νερού στους 0 C (32 F) σε πάγο θερμοκρασίας 0 C, σε 24 ώρες, ισοδυναμεί με τόνο ψύξης. Ένας τόνος ψύξης είναι ισοδύναμος με 2 kj/in, ή με 200 Btu/in. ton Ψύξης= 200 BTU/in = 3.56 kw Τo ψυκτικό φορτίο ενός συνηθισμένου οικήματος επιφάνειας ισοδυναμεί περίπου με 3 τόνους ψύξης (είναι δηλαδή της τάξης των 0 kw). γραμμή υγρού εκτονωτική βαλβίδα A D συμπυκνωτής εξατμιστής B C Κορεσμένος ατμός υπέρθερμος ατμός συμπιεστής Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 5 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 7 Ψυγείο Carnot Βασικές διεργασίες ψυκτικού κύκλου Συμπίεσης Ατμών Σχηματικό και T-s διάγραμμα Carnot T Συμπυκνωτής Κορεσμένο υγρό Υπέρθερμος ατμός W in Στραγγαλιστική βαλβίδα Συμπιεστής Προβλήματα εφαρμογής στην πράξη Χρήση ως μέτρο σύγκρισης για κάθε κύκλο Εξατμιστής T L L Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 6 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 8 2

3 Ιδανικός κύκλος Ψύξης, συμπίεσης ατμού. Σχηματικό και T-s διάγραμμα Ιδανικού κύκλου Ψύξης, συμπίεσης ατμού. Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 9 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια Ανάλυση βασικού ΚΨΣΑ in L h h out 4 Win Wc h 2 h h h 2 3 h h 4 3 Οικιακό Ψυγείο Ψυγεία R in qin h h4 W wnet h2 h net Rax TL T T L Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 0 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 2 3

4 Αντλίες Θερμότητας (eat Pup) Ανάλυση Αντλίας θερμότητας in Wc h h 4 h 2 h out h h 2 3 h h 4 3 Ίδιος κύκλος Ψύξης με διαφορετικό επιθυμητό αποτέλεσμα. Διαφορετικοί τύποι ανάλογα με την πηγή της θερμότητας, το δευτερεύον ρευστό κλπ. Πχ Αέρα-Αέρα, Γεωθερμικές κλπ Αντλία Θερμότητας Carnot: P out qout h2 h3 W wnet h2 h net Pax T T T C Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 3 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 5 Επιλογή Λειτουργίας Ψύξη/Θέρμανση Απόδοση Α.Θ. Οι αντλίες Θερμότητας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την θέρμανση ή την ψύξη ενός χώρου Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 4 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 6 4

5 Ιδανικός κύκλος Ψύξης, συμπίεσης ατμού. ΨΚ2: ΕΠΙΘΕΩΡΗΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΨΥΞΗΣ ΚΑΙ ΚΛΙΜΑΤΙΣΜΟΥ ιάγραμμα P-h Ψυκτικού κύκλου Συμπίεσης ατμού ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΨΥΞΗΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΙ ΟΡΓΑΝΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ- ΑΝΤΙΣΤΑΘΜΙΣΗ ΤΕΛΟΣ Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 7 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 9 Διεργασίες Ιδ. ψυκτικού κύκλου σε διάγραμμα P-h P = = ( - ) (R) h2 h3 ( συμπ) = εξατμ = h h L ( ) (R) 4 P 2 =P S=σταθ W = h h (R) 2 P =P L = W + W in ΛΘΑ = h h ΛΘΑ 4 ΚΨΑ = h h L 4 h 4 =h 3 h h 2 h Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 8 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 20 5

6 P Διεργασίες ψυκτικού κύκλου σε διάγραμμα P-h = = ( - ) (R) h2 h3 ( συμπ) = εξατμ = h h L ( ) (R) 4 Πραγματικός κύκλος Ψύξης, συμπίεσης ατμού. P =P 2 3 S=σταθ 2 W = h h (R) 2 = W + L P 3 =P ΛΘΑ = h 4' h L W in ΚΨΑ = h h h h 4 =h 3 h h h 2 4 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 2 Πτώση πίεσης Υπόψυξη-Υπερθέρμανση Συμπίεση με ψύξη Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 23 Χημική σύσταση ψυκτικών ρευστών Προβλήματα Tα περισσότερα ψυκτικά ρευστά που χρησιμοποιούνται στις ψυκτικές και κλιματιστικές συσκευές καθώς και στις αντλίες θερμότητας προέρχονται από υδρογονάνθρακες (ενώσεις του άνθρακα με υδρογόνο), στους οποίους κάποια άτομα υδρογόνου (Η) έχουν αντικατασταθεί από άτομα χλωρίου (Cl) ή φθορίου (F). Οι ενώσεις αυτές ονομάζονται αλογονομένοι υδρογονάνθρακες και διακρίνονται ανάλογα με τη χημική τους σύσταση σε: - χλωροφθοράνθρακες ρ ρ (CFC) R, R2 - υδροχλωροφθοράνθρακες (CFC) R22, R23 - υδροφθοράνθρακες (FC) R32, R34a Τα ψυκτικά ρευστά χαρακτηρίζονται με το σύμβολο R (Refrigerant), το οποίο ακολουθούν δύο ή τρεις αριθμοί. Στα συνηθισμένα ψυκτικά ρευστά οι αριθμοί αυτοί εκφράζουν τα άτομα φθορίου (F), υδρογόνου (Η) και άνθρακα (C) στη χημική τους ένωση. Τα ψυκτικά ρευστά τα οποία χρησιμοποιούνται σήμερα στις νέες ψυκτικές μονάδες, κλιματιστικές συσκευές και αντλίες θερμότητας είναι: α) Το R-34a, το οποίο υποκαθιστά το R-2. β) Το R-407C, το οποίο υποκαθιστά το R-22. Είναι μίγμα τριών ψυκτικών ρευστών (R-32, 23%, R-25, 25% και R34a, 52%), τα οποία είναι FC και δεν συμβάλλουν στην τρύπα του όζοντος. γ) Το R-40Α, το οποίο επίσης υποκαθιστά το R-22. Είναι μίγμα δύο ψυκτικών ρευστών (R-32, 50% και R-25, 50%), τα οποία είναι FC.. Ένα ψυγείο χρησιμοποιεί ψυκτικό -34a και εργάζεται σε ένα ιδανικό κύκλο συμπίεσης αερίου μεταξύ 0.2 και 0.7 MPa. Η παροχή του ψυκτικού είναι 0.05 kg/s. Δί Δείχτε τον κύκλο σε διάγραμμα δά T-s, και υπολογίστε τους ρυθμούς θερμότητας και έργου και τον. Αν ο ισεντροπικός βαθμός απόδοσης του συμπιεστή είναι 80% πως αλλάζουν οι ποσότητες στον παραπάνω κύκλο; 2. Να αναλυθούν ενεργειακά οι κύκλοι του σχήματος: Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 22 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 24 6

7 Προβλήματα 32. Αντλία θερμότητας με ψυκτικό -34a θερμαίνει ένα σπίτι χρησιμοποιώντας σαν πηγή θερμότητας υπόγειο νερό στους 8 C. Οι απώλειες του σπιτιού είναι 60,000 kj/h. Το ψυκτικό εισέρχεται στον συμπιεστή σε 280 kpa και 0 C, και εξέρχεται σε MPa και 60 C. Το ψυκτικό εξέρχεται από τον συμπυκνωτή στους 30 C. Υπολογίστε (a) την ισχύ του συμπιεστή, (b) τον ρυθμό απορρόφησης θερμότητας από το νερό, και (c) την αύξηση της κατανάλωσης ηλεκτρικής ισχύος αν αντί για αντλία θερμότητας χρησιμοποιούταν ηλεκτρική αντίσταση. Απαντήσεις: (a) 3.55 kw, (b) 3.2 kw, (c) 3.2 kw Ψυκτικά συστήματα σταδιακής ψύξης δύο βαθμίδων Ψυκτικό σύστημα δύο βαθμίδων με το ίδιο ψυκτικό Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 25 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 27 Προβλήματα Ιδανικός κύκλος σταδιακής ψύξης δύο βαθμίδων μεταξύ πιέσεων 0,4 MPa 0,4 MPa και 0,8 MPa και A = 0.05 kg/s. Υπολογίστε B, L, W t, -Συστήματα ψύξης πολλαπλών βαθμίδων -Συστήματα ψύξης αερίου -Άλλα συστήματα και εφαρμογές ψύξης Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 26 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 28 7

8 Ψυκτικά συστήματα δύο βαθμίδων Ψυκτικό σύστημα δύο βαθμίδων με Θάλαμο ανάμιξης Υγροποίηση Αερίων Κύκλος υγροποίησης Linde-apson Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 29 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 3 Ψυκτικά συστήματα απλού συμπιεστή ειδικών εφαρμογών Απλός κύκλος Ψύξης αερίου Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 30 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 32 8

9 Αντιστρεπτός κύκλος ψύξης Carnot Αναγεννητικός κύκλος ψύξης αερίου Ο αντιστρεπτός κύκλος Carnot παράγει περισσότερη ρη ψύξη (επιφάνεια κάτω από την B) με λιγότερο έργο εισόδου (επιφάνεια A3B). Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 33 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 35 Ανοιχτός κύκλος ψύξης Αεροσκάφους Ψυκτικός κύκλος προσρόφησης με αμμωνία Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 34 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 36 9

10 Υπολογισμός του μέγιστου ενός συστήματος ψύξης με απορρόφηση Σε ένα ανοιχτό θερμοηλεκτρικό κύκλωμα δημιουργείται διαφορά δυναμικού Θερμοηλεκτρική Ψύξη Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 37 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 39 Θερμοηλεκτρική Ψύξη. Θερμοηλεκτρική Ψύξη Όταν μια από τις επαφές δύο ανόμοιων μετάλλων θερμανθεί ρεύμα διαρρέει τα κλειστό κύκλωμα Σχηματικό διάγραμμα θερμοηλεκτρικής γεννήτριας ισχύος Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 38 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 40 0

11 θερμοηλεκτρική γεννήτρια ισχύος Θερμοηλεκτρικό ψυγείο Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 4 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 43 Όταν διέρχεται ηλεκτρικό ρεύμα από την επαφή δυο ανόμοιων μετάλλων, η επαφή ψύχεται Θερμοηλεκτρική Ψύξη Ψυκτικοί Κύκλοι. Ψυγεία και αντλίες Θερμότητας 2. Ψυγείο Carnot 3. Ψυκτικός κύκλος Συμπίεσης ατμών 4. ιεργασίες ψυκτικού κύκλου, διαγράμματα Τ-S, P-h 5. Αποδόσεις ψυκτικών κύκλων ΣΑ 6. Χημική σύσταση ψυκτικών ρευστών 7. Ψυκτικά συστήματα δύο βαθμίδων 8. Κύκλος Ψύξης αερίου 9. Ψυκτικός κύκλος προσρόφησης 0.Θερμοηλεκτρική Ψύξη Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 42 Κεφάλαιο 0, Ενότητα, Διαφάνεια 44