Rzeczywisty obieg ziębiarki sprężarkowej

Ziębiarka – pobiera ciepło Q

d

ze źródła o temp niższej od temp otoczenia, pobiera pracę L

ob.

i oddaje ciepło

Q

w

do źródła o temp wyższej od temp otoczenia. Sprawność to stosunek ciepła Q

d

pobranego do

pracypobranej

Obieg rzeczywisty chłodziarki gazowej znacznie różni się od obiegu teoretycznego. Różnice wynikają z
nieodwracalności przemian składowych i spowodowane są stratami energii w procesie sprężania i
rozprężania oraz oporami przepływu czynnika chłodniczego. W rezultacie rzeczywisty współczynnik
wydajności chłodniczej chłodziarki gazowej jest mniejszy, niż to wynika ze wzoru [2-10].

Na rysunku 2-3 pokazano obieg rzeczywisty chłodziarki gazowej w układzie T-s,

przy czym pominięto spadki ciśnienia spowodowane oporami przepływu czynnika
chłodniczego przez aparaty i rurociągi. W stosunku do obiegu teoretycznego 1-2-3-4
w obiegu rzeczywistym l-2'-3-4' występują następujące różnice:

— rzeczywista właściwa praca sprężania /ś jest większa od teoretycznie niezbędnej /

s

w skutek strat zachodzących w sprężarce,

— rzeczywista właściwa praca uzyskana w rozpreżarce l'

T

jest mniejsza od

właściwej pracy rozprężania adiabatycznego \

t

gdzie T-s wskutek strat

energetycznych w rozpreżarce,

— rzeczywista wydajność chłodnicza obiegu jest mniejsza od teoretycznej, czego

bezpośrednią przyczyną są straty energii ponoszone w rozpreżarce. A zatem

właściwa praca sprężania rzeczywistego jest równa /; = l

s

+



l

s

gdzie ńl

s

— straty ponoszone w sprężarce.

Właściwa praca rozprężania wynosi odpowiednio /

r

' = l

r

-Al

r,

gdzie Al

r

— straty ponoszone w rozpreżarce.

Zgodnie z wykresem na rysunku 2-3 (pole powierzchni b-4-4'-ć) straty w rozpreżarce wynoszą Al

r

= <V-«4 =

Aq

a

Oznaczając łączne straty w obiegu rzeczywistym przez Al można napisać, że /'

ob

= l

ab

+



l

A zatem w obiegu rzeczywistym straty ponoszone w sprężarce i w rozprężarce powodują zmniejszenie

współczynnika wydajności chłodniczej. Z uwagi na duże ilości przetłaczanego czynnika chłodniczego, czego
przyczyną jest mała właściwa wydajność chłodnicza gazów, we współczesnych gazowych urządzeniach chłod-
niczych stosuje się wyłącznie sprężarki i rozprężarki przepływowe. Wskaźnikiem jakości energetycznej tych
maszyn roboczych jest sprawność adiabatyczna. Zgodnie z wykresem na rysunku 2-3 można napisać, że
sprawności adiabatyczne dla sprężarki

TJ

S

i dla rozprężarki 77, są równe

Korzystając z tych definicji sprawności określono straty ponoszone w sprężarce i rozprężarce. Z przekształcenia
wzorów otrzymano odpowiednio

'

'

0

0

'

'

0

'

r

s

ob

l

l

q

q

l

q













gdzie q

0

właściwa wydajność chłodnicza w obiegu rzeczywistym.

Właściwa praca obiegu rzeczywistego jest równa

Rzeczywisty obieg

Aby omówić obieg rzeczywisty należy znać obieg teoretyczny.

Sprężarka S

p

zasysa czynnik o ciśnieniu p

o

i spręża go do ciśnienia p

k

(przemiana adiabatyczna 1-2);

sprężony czynnik płynie do wymiennika ciepła (skraplacza Skr), w którym dzięki odprowadzeniu energii q
(przem. Izobaryczna 2-3) ulega skropleniu. Skroplony czynnik następnie ulega rozprężeniu w silniku
zwanym rozprężarką R do ciśnienia p

0

(przem. Adiabatyczna 3-4) .Rozprężony czynnik płynie do

wymiennika ciepła (parownika P) gdzie odparowuje odbierając energie cieplną q

o

(przem. Izobaryczna 4-1).

W technice chłdniczej zrezygnowano ze stosowania rozprężarki i tym samym z odzyskiwania właściwej
pracy rozprężania l

o

. Obniżanie ciśnienia , a tym samym temperatury, uzyskuje się przez dławienie

przepływu zaworem regulacyjnym ZR. Taki obieg nosi nazwę mokrego lub Lindego ponieważ wszystkie
przemiany znajdują się miedzy krzywymi x=0 i x=1 .

W powyższym obiegu przyjęto pewne uproszczenia. Znaczącym uproszczeniem jest założenie że

proces sprężania czynnika zachodzi adiabatycznie. Pominięto opory przepływu czynnika przez
poszczególne aparaty i rurociągi urządzenia zakładając, że przemiany są izobaryczne. Pominięto również
wymianę ciepła pomiędzy czynnikiem a otoczeniem, zakładając że występuje ona tylko w wymiennikach.
Takich uproszczeń nie można przyjmować w rozważaniach dotyczących obiegów rzeczywistych.

W obiegach rzeczywistych straty objętościowe i energetyczne występują przede wszystkim w

sprężarce chłodniczej.

-

straty objętościowe – wynikają z niezupełnego wykorzystania jej objętości skokowej
podczas zasysania czynnika. Przestrzeń szkodliwą tworzy szczelina między głowicą i dnem
tłoka, gdy zajmuje on martw położenie na zakończenie suwu sprężania.

-

Głównymi przyczynami strat energetycznych procesie sprężania są:

o

Cieplne oddziaływanie scianek cylindra

o

Opory przepływu przez układ ssawny i tłoczny sprężarki.

3. Działanie chłodziarki absorpcyjnej

Chłodziarka to maszyna robocza, której zadaniem jest obniżenie temperatury czynnika, najczęściej kosztem
włożonej pracy (w urządzeniach sorbcyjnych wykorzystywane jest ciepło). Chłodzonym czynnikiem może
być np. powietrze w lodówce lub komorze chłodniczej. Zdecydowana większość chłodziarek to urządzenia
sprężarkowe, realizujące termodynamiczny obieg Lindego będący odwróceniem obiegu silnika cieplnego.
Ciepło jest pobierane przez czynnik roboczy (freon, amoniak, sprężony dwutlenek węgla) w parowniku
(dolne źródło ciepła), w którym czynnik odparowuje i trafia do sprężarki, w której rośnie energia
wewnętrzna czynnika (a więc i temperatura), a następnie w skraplaczu oddaje ciepło (górne źródło ciepła)
skraplając się i przez zawór dławiący trafia z powrotem do parownika.

Absorpcyjne urządzenia chłodnicze składają się ze skraplacza Skr, zaworu regulacyjnego ZjR

t

i z

parownika P (tj. z elementów, które są także w urządzeniu sprężarkowym) oraz z zespołu złożonego z

absorbera A, z pompy roztworu roboczego PR i z warnika Wz kolumną rektyfikacyjną KR; zespół ten
pełni funkcję sprężarki (rys. 2-47).
Zasada działania absorpcyjnych urządzeń chłodniczych polega na wykorzystaniu własności fizycznych
roztworów dwuskładnikowych (p. 1.3). Para czynnika chłodniczego odpływa z parownika, gdyż pochłania
ją ciekły roztwór roboczy wypełniający absorber. Energią napędową obiegu jest energia cieplna
doprowadzana do warnika, w którym następuje odparowanie czynnika chłodniczego z roztworu
roboczego. Para czynnika chłodniczego dopływa do skraplacza i dalej obieg chłodniczy realizowany jest
jak w przypadku parowych chłodziarek sprężarkowych. A zatem działanie absorbera odpowiada zasysaniu
czynnika przez sprężarkę, działanie zaś warnika — tłoczeniu.
W absorpcyjnych urządzeniach chłodniczych można wyróżnić dwa obiegi: obieg czynnika chłodniczego
(przez skraplacz, zawór regulacyjny i parownik) oraz obieg ciekłego roztworu roboczego o zmieniającym
się stężeniu (przez absorber, pompe (1) roztworu, warnik i zawór regulacyjny ZR2).

W chłodziarkach absorpcyjnych stosowane są następujące czynniki:
— amoniak w roztworze z wodą,
W chłodziarkach absorpcyjnych stosowane są następujące czynniki:
— amoniak w roztworze z wodą,
— woda w roztworze z bromkiem litu.