TERMODYNAM OBIEGÓW CHŁ

W ob chłod mają miejsce określone przem termodyna­m. Ciepło w czasie parowania czyn chłod (Q„) w temp T_o odbierane jest od ochładzanego środow o t wyższej. Doprowadzenie en z zew, np. jako pracy sprężania (N_t) po­zwala czyn osiągnąć t skraplania. Z kolei czyn oddaje do otoczenia ciepło skraplania (Oi). Bilans energ chłodziarki wyraża wzór: Q₀+N_t=Q_k

Środowisko ochładzające (otoczenie): T_k Q_k = Qo + N_t

Rys. Ogólna zasada działania urządzenia chłodniczego

Ob chłod jest realizowany w urządz stanowiącym ukł zamknięty, w którym krąży stale ta sama il czyn chłod. W ukł parowym urządzeń chłod wykorzyst się zjawisko parowania cieczy, w wyniku, którego ciepło jest odprowadz od środow ochładza­nego, oraz zjawisko skraplania pary, wskutek czego ciepło jest oddawane śro­dow ochładzającemu - otoczeniu. Obniżanie t ciekłego czyn chłod odbywa się przez dławienie, tzn. spadek ciśn płynu (cie­czy lub gazu) wskutek przepływu przez przewężenie bez wymiany ciepła z otoczeniem i bez wykonywania pracy zew. _# .

WYBÓR CZYN CHŁODNICZ. Najczęściej stosow jest amoniak. Przyjazne dla środowiska, i spełniające wysokie wymagania tech jest Reclin®134a i Reclin®404a. Ze wzgl na brak atomów Cl nie niszczą warstwy ozonowej. Reclin®404a, w przeciwieństwie do Reclin®134a. charakt się wys potencjałem efektu cieplarnianego. Pożądanymi cechami dobrego czynnika chłodniczego są duże ciepło parow i mała obj właśc pary, co wpływa na wielk instalacji, istotne jest również, by w danym zakresie temp nie występ. zbyt wysokie ciśn. Najb rozpowszech wykresy stanu cz.chł w użyciu są 2:

1) temperatura entropia ( T-s)

2. log z ciśn-entalpia (log p-i).

Na wykr w ukł log p-i lewa krzywa graniczna dotyczy st suchości x=0 i przedst ciecz w stanie wrzenia, a prawa krzywa graniczna x=1 parę nasyconą suchą. Punkt K jest pkt krytycznym o t kryt i ciśn kryt (param zależnych od własności czyn chłod). W obszarze pary nasyc mokrej zbieżnie do pkt K przebiegają krzywe stałego st suchości x (izoiksy). W obszarze tym ponadto określone izotermy (T=const) pokrywają się z izobarami (p=const) gdyż danemu ciśn odpow tylko jedna temp nasyc. Izotermy w obszarze cieczy, powinny być przedst jako lekko odchylone od pionu, ale w praktyce rys są jako proste pionowe, aż do lewej krzywej granicznej x=0. W obszarze pary przegrzanej (od prawej krzywej gran x=1) izotermy ulegają odchyleniu w dół i im temp tym odchylenie to jest bardziej ostre. W dalszym przebiegu zbliżają się one prawie do linii prostych pionowych. Izentropy ( s=const - adiabaty) przebiegają jako krzywe pochylone w prawą str pod kątem ok 45°. Izochory (v=const) to krzywe wychodzące z dolnego lewego rogu wykr rozbieżnie i rosnące ku prawej krzywej gran x=1, a po lekkim odchyleniu w górę biegnące dalej w prawo. Izentalpy (i=const) są wart na rzędnej wykr, a izobary (p = const) na odciętej. Z wykr T-s można określić il ciepła doprow i odprow za pomocą pól powierzchni leżących pod liniami przemian. Na wykr log p-i odcinki równol do osi entalpii wyrażają cieplną równowart pracy przem adiabat odwrac (izentropowych) i il dopro­w i odprow ciepła w przem izobar.

Rys Przem termodynam w ukł log p-i

0B1EGI CHŁODNICZE PAROWE

OBIEG CARNOTA Miernikiem st doskonałości urządz chłod jest st zbliże­nia jego biegu do odwróconego (lewobieżnego) o. Carnota - skład. się z 2 izoterm (odcinki 4-1 i 2-3) oraz 2 odwrac adiabat (odcinki 1-2 i 3-4). Cz chłod podlega przem przebiegającym całkowicie w obszarze p. nas. mokrej.

Rys. O. Carnota: a) T-s, b) log p-i;

Skr - skraplacz, R - rozprężarka P - parownik Spr - sprężarka

W idealnym o.Carnota czyn podlega następuj przemianom termodynam:

1) 1-2 - adiabat sprężanie pary - sprężarka zasysa z parownika p. nas. mokrą o ciśn p_o i temp T_o i kosztem włożonej pracy sprężania (/, - pole 1-2-3-5-1) spręża ją izentropowo do ciśn p₀ i temp T₀ oraz wtłacza do skraplacza czyn, który jest p. nas. suchą x=1);

2) 2-3 - izobaryczne i izotermiczne skraplanie pary - po odebraniu ciepła w il q_k od czyn chłod w skraplaczu przez powietrze lub wodę chłodzącą następuje jego wykropienie przy stałym ciśn skraplania p_k i T_k,. a w punkcie 3 osiąga stan cieczy wrzącej; ciepło oddane skraplaczu {q_k) odpowiada polu 2-3-a-b-2:

3) 3-4 - izentrop rozpręż cieczy - ciekły czynnik (ciś p_k i tem Tk) dopływa do rozprężarki i w wyniku pracy rozprężania (l_r pole 3-4-5-3) jednocześnie jego temp i ciś obniżają się do T₀ i p₀

4) 4-1 - izobar i izoterm parowanie cieczy - rozprężona ciecz dopływa do parownika, gdzie pobierając ze środow ochładzanego ciepło w il q_o, przedst polem 4-l-b-a-4, paruje przy stałym ciśn p₀ i T_o, stając się p.nas. mokrą.

Pracę i ciepło obiegu można określić:

- praca pobrana przez sprężarkę l_s = i₂ - i₁

- praca uzyskana w rozprężarce l_r = i₃ - i₄

- praca obiegu (pole 1-2-3-4-1) l_Ob = l_s - l_r

- ciepło oddane w skraplaczu wynosi

q_k = i₂ - i₃ lub q_k = T_k - Δs

- ciepło pobrane w parowniku wynosi q₀ = i₁ - i₄ lub q_o = T_o * Δs

Bilans cieplny dla ob Carnota:

l_s+q = l_r lub q_k = q₀+l_s-l_r = q_o+ l_Ob

St termodynam doskonał obiegu urządz chłod i czyn chłod (miarą jego sprawności) jest współczynnik wydajno­ści chłodniczej (ε), wyrażony jako stosunek il ciepła pobranego (q₀) ze środow ochładzanego do wykonanej w tym celu pracy (l₀): ε = q₀/l_ob

Wyrażenie to przedstaw wielokrot efektu chłod w stosunku do pracy sprężania. Dla obiegu Carnota

ε_c=T_o*Δs/[(T_k-T₀)-Δs] = T₀/(T_k-T₀)

ε_c = i₁ - i₄ / (i₂ - i₃ ) - (i_l -i₄)

OBIEG MOKRY LINDEGO Urzeczywist ob chłod parowego z rozprężarką w praktyce nie jest możliwe ze wzgl na trudności konstrukcyjne w zbud rozprężarki ciekłego czyn, a ponadto praca odzyskiwana w rozprężarce jest mała w porówn z pracą wkładaną przy sprężaniu czyn. W związku z tym urządz parowych rozprężarkę zastępuje się zaworem dławiącym, spełniającym jednocześnie zadanie zaworu regulującego dopływ czynnika do parownika. Zamiast adiabat rozpręż wyst rozpręż izentalpowe. W ob mokrym wydajność chłod (q₀ = i₁ - i₄) jest mniejsza w po­równaniu z ob Carnota o wart Δq₀. Praca jednost ob teoret jest równa pracy sprężania (l_ob = l_s). Ob mokre w praktyce są b.rzadko realizowane ze wzgl na duże straty energ i wymagania konstrukcyjne dotyczące sprężarek (ude­rzenia hydrauliczne kropelek cieczy znajdującej się w parze mokrej.

RYS Ob. mokry Lindego; a - T-s, b - log p-i Skr - skraplacz, ZR - zawór regulacyjny. P - parownik, Sp - sprężarka

Obieg suchy W ob suchym sprężarka zasysa parę nasyconą suchą, a proces sprężania odbywa się całkowicie w obszarze pary przegrz (adiabata 1-2). W ob tym przed izobar-izoterm skraplaniem (2'-3) musi nastąpić izobar ochłodzenie pary przegrzanej, aż do osiągnięcia temp nasycenia T_k (izobara 2-2'). Aby sprężarka mogła zasysać parę nasyconą suchą, czyn opuszczający parownik i będący na ogół wilg parą nasyc musi być pozbawiony kropelek cieczy. Osuszania par dokonuje się w osuszaczu a oddzielona ciecz wraca do parownika. St suchości x pary płynącej do sprężarki w dużym st zależy od skuteczności działania osuszacza.

Współcz wydaj chłod (ε) dla obiegu suchego jest na ogół mniejszy niż dla ob mokrego o tej samej jednostk wydaj chłod (q_o), lecz jego wart rzeczywista dla ob suchego jest korzystniejsza z uwagi na mniejsze straty cieplnego oddziaływania ścian w cylindrze sprężar­ki, Z tego też wzgl w praktyce stosuje się prawie wyłącznie ob suchy.

Rys O.suchy Lindego: a)T-s. b)logp-i; Skr-skraplacz, ZR-zawór regulacyjny. P-parownik;Spr-sprężarka;.Os-Osuszacz

Obieg suchy z dochlodzeniem

Zmniejszenie jednostk wydaj chłod (q₀), spowodowane zastą­pieniem rozprężarki zaworem regulacyjnym (dławiącym), możemy wyrównać przez dochłodz ciekłego czyn chłod poniżej jego t skraplania {Tk). Dochłodzenie (przemiana 3-6) odbywa się po izobarze pk, która na wykr T-s pokrywa się z krzywą graniczną x=0. W wyniku dochlodzenia następuje przyrost jednostk wydaj chłodze­nia o wartość Δ q₀. Współc wydaj chłodzenia dla ob z dochłodzeniem jest zatem niż dla ob bez dochłodzenia.

RYS O.suchy Lindego z dochlodz:

a-T- s, b - log p- i, Skr-skraplacz, ZR -zawór regul., P-parownik, Spr-sprężarka,Os-osuszacz, D-dochładzacz

Obiec przegrzany

W ob przegrzanym stosow w urządz chłod wew wymiana ciepła polega na tym. że ciekły czyn ze skraplacza dochłodzony jest za pomocą zimnych par wypływających z parownika. Następuje przegrza­nie tych par i w rezultacie sprężarka zasysa parę przegrzaną jednostk wydaj chłodz w tym ob jest niż w ob suchym, ponieważ wynosi q_o=i'₁-i₇. Powiększenie tej wielk nie jest jednak równoznaczne ze współcz wydaj chłodz, gdyż jego wart zależy także od wart pracy ob, która również ulega o pole 1-2-2"-1'-1. W ob. przegrzanym wielk ta może być lub od wart dla ob suchego, przy czym decydują o tym właściw stosow czyn­ chłod.

rys. O przegrzany: a - T-s, b - log p-i, c - schemat urządz: Skr - skraplacz, ZR - zawór regula­cyjny, P - parownik, Spr - sprężarka, D - do-chladzacz, PP-przegrzewaczpary

Obiegi wielostopniowe

Rosnąca różnica między t parowania i skraplania wpływa w coraz stopniu na wydaj chłodzenia oraz pracy obiegu. Ponadto wraz ze stopnia sprężania (p_k/po - sprężu) następuje stopnia przetłaczania sprężarek wywołany silniejszym od­działyw przestrzeni szkodliwej i ścian cylindra na skutek wys t. Aby temu zapobiec, stosuje się ob z 2- lub 3stop sprężaniem. Czyn chłod o param pkt 1 zasssany jest z parownika przez sprężarkę I st i sprężany do ciśn p_m. Sprężona para przepływa przez chłodnicę międzyst (przem izobar 2-3). Następnie para z chłodnicy zasysana jest przez sprężarkę II st i sprężana do ciśn p_k. Dalszy prze­bieg ob jest taki sam, jak w obiegu I st. Pole 2-2'-4-3-2 na wykr T-s przedst zaoszczędzoną wielk pracy ob (Δl) dzięki zastos 2st sprężania, przy niezmiennej wydaj chło­dzenia (q_o= i₁ - i₇) Współcz wydaj chłodz ob.:

ε = i₁ - i₇ / [(i₂ - i₁)+ (i₄ - i₃)]

Rys. O II st z dławieniem I st: a - T-s, b - log p-i, c - schemat urządz, Skr - skraplacz, ZR - zawór regulacyjny, P - parownik, Spr - sprężarka, D - dochładzacz, ChM- chłodnica międzyst

Wielkości charakterystyczne:

1. Jednostkowa wydaj chłodz (q₀ ) il ciepła, którą od­biera ze środow chłodzonego 1 kg czyn chłod podczas parowania przy ciśn p₀ w parowniku: q₀ = i₁ - i₇,

2. Jednost wydaj cieplna skraplacza (q_k) il ciepła, którą oddaje 1 kg czyn do środow chłodzącego skraplacz (np. wody) przy ciśnieniu p_k,: q_k = i₂ - i₃

3. Jednost wydaj cieplna dochładz (q_d) il ciepła oddana przez 1 kg ciekłego czyn chłod do środow chłodzącego w dochładzaczu przy ciśnieniu p_k: q_d = i₃ - i₆

4. Jednost teoret praca obiegu (l_ob) w ob z dławieniem izentalpowym czyn jest równa teoret pracy sprężania (I_s). Jest to praca wyrażona w jednost ciepła, jaką należy włożyć w obieg, aby 1 kg czyn o ciśn p_o sprężyć do ciśnienia p_k. l_ob = l_s = i₂-i₁

5. Właściwa wydajność chłodnicza (q_v) il ciepła pobrana w parowniku przez 1m³ par czyn zasysanych przez sprężarkę, tzn. o stanie 1: p₀, T_0, x=1

q_v=q_o * ρ" ρ_o" - gęst p. nasyc suchej czyn przy ciśn p₀.

q_v =q₀/v” v₀" - obj właśc p. nasyc suchej przy ciśn p₀.

6. Wydajność chłodnicza urządzenia chłodniczego (Q₀) il en cieplnej pobranej w parowniku przez krążący w obiegu czyn chłod­ w jednostce czasu:

Q_o = M * q₀ M - strumień masy (kg/s lub kg/h), czyli ilość czynnika krążącego

7. Wydajność cieplna skraplacza (Q_k) il en cieplnej oddanej w skraplaczu przez krążący w ob czyn chłod w jednostce czasu: Q_k = M * q_k

8. Wydajność cieplna dochładzacza (Q_d) il en cieplnej oddanej do środow chłodzącego w dochładzaczu przez krążący w ob czyn chłod w jednostce czasu: Q_d = M * q_d

9. Strumień obj czyn chłod (V_s) najczęściej odnosi się do stanu czynnika przed sprężarką, tzn. przy ciś p₀ i temp T_o oraz suchości x = 1:

V_s= M * v₀” = Q₀/ q₀ *v₀” = Q₀/q_v

10. Moc teoretyczna sprężarki (N_t) moc teoret potrzebna do realizacji ob, w którym praca sprężania jest pracą teoretyczną, a il krą­żącego czyn rzeczywistą il krążącą w urządzeniu:

N_t = M * l_S

11. Teoret współ wydaj chłodz (Kt) stosowany technice chłodniczej wyraża il odprow ciepła w W na 1 kW doprow energii: K_t = Q₀ / N_t

Budowanie bilansów

Zgodnie z pr zachowania masy i en w stanie ustalonym masa lub en dostarczone do ukł muszą ten ukł opuścić. W stanie nieustalonym, występującym np. przy rozruchu urządz, może występ akumulacja masy lub en, lecz wówczas en czy masa do­prow do ukł = się sumie masy lub en odprow i akumulowanej (przyrost en ukł): ΣE _dopr = ΔE _ukł + Σ E_wypr

Bilans masowy odnosi się do tego czynnika, który wchodzi do ukł i opuszcza go w jednym strumieniu. Wyodrębniamy układ, który podlega badaniu. Powierzchnia ogr obszar, do którego doprow i wyprow są strum wielkości bilansowanych może wynikać z naturalnych cech obiektu lub ukł otacza się w myśli osłoną diabatyczną. Osłona ta cechuje się prze­puszczalnością dla materii, jak i en. Ośrodkiem, w którym zacho­dzą różnego rodz przemiany, jest na ogół subst materialna - czynnik (powietrze, para wodna itp.). Przestrzeń leżącą poza wyodrębnio­nym ukł - otoczenie.

W trakcie przeprowadzania bilansu granice ukł nie mogą ulegać zmia­nie, tzn. wielk i kształt przestrzeni ogr osłoną diabalyczną są w tym czasie niezmienne, jednak cały ukł może znajdować się w ruchu

Energia

Analizowane procesy termodyn polegają na przekszt różnych postaci en nagromadzonej w ukł i otoczeniu:

E_U= E_K+ E_p+ U

E_U - en układu; E_k - en kinet; E_P - en poten; U - en wew.

En ukł znajdującego się w ruchu składa się z en kinet r. postępowego i obrotowego, en po­ten w polu grawitacyjnym oraz en wew:

E_U = (mv²)/2 + (Iω²)/2 +mgh + U

g - przysp ziem: h - wys; I - moment bezwładności: m - masa; r - prędk liniowa: ω - prędk kątowa.

Może dochodzić do wzajemnego przekazywania en między otocze­niem a ukł lub zachodzić mogą przemiany między różnymi postaciami en w samym ukł. En może być dostarczana do ukł razem z czyn lub niezależnie od niego. Najczęściej spotykane sposoby dopro­w i wyprow en to:

- przepływ ciepła związ z różnicą t; - przepływ en elektr:

- praca mechaniczna;

- przepływ ze strum czyn przechodząc przez osłonę diabatyczną.

Typy ukł podleg bilansowaniu

• Ukł zamknięty część przestrzeni materialnej otoczona osłoną diabat, przez której ścianki nie zachodzi przepływ czynnika. Masa ukł jest niezmienna, a przyrost en ukł jest = przyrostowi en wew czyn: ΔE_U = ΔU

Wyróżnić możemy dwa przypadki:

- ukł nie wymienia materii z otoczeniem, a en może być dostarcz lub wyprow w postaci ciepła lub pracy;

- ukł nie wymienia z otoczeniem ani materii ani ciepła; ukł taki nazy­wamy ukł izolowanym (odosobnionym).

Rys. System otoczony osłoną diabatyczną : zamknięty, otwarty

• Układ otwarty część przestrzeni materialnej, przez której powierzchnię ograniczającą zachodzi przepływ substancji. Masa w ukł otw może się zmieniać, bo ukł wymienia masę z otoczeniem. W szcze­g przypadku il czyn odprow i wyprow może być taka sama; masa ukł będzie wówczas stała, ale ukł pozostanie ukł otwartym:

m_d= Δm_u+ m_w

m_d - masa doprow do ukł; m_w— masa wyprow z ukł, mw - masa ukł.

Wraz z doprow lub wyprow masy następuje również przekazywanie en między ukł a otoczeniem.

E_d =ΔE_u + E_w

Ed - en doprow do ukł; E_u - en wew ukł; E_w- - en wyprow z ukł.

W praktyce technicznej mamy do czynienia niemal wyłącznie z układami otwartymi, znajdującymi się w stanie ustalonym lub nieustalonym.

Zmienne stanu

Wielk opisującymi stan ukł są zmienne stanu. Wśród nich wyróżniamy:

• parametry stanu (p. termodyn), mierzone bezpośr metodami fiz: obj (właściwa, molowa), ciś i temp

• funkcje stanu (f. termodyn), czyli zmienne zależne, najczęściej wieloparametrowe, jednoznacznie określone przez parametry stanu ukł. Podstawowe to: entalpia, energia wew, entropię, energię i entalpię swobodną.

Rozróżniamy 2 typy zmiennych stanu:

- Wielk ekstensywne ich wartość zależy od il substan­cji i wraz z nią się . Cechą wielk ekst jest addytywność, tzn. ich wartości dla całego ukł są = sumie wartości poszczególnych skład ukł; np. objętość czy masa.

- Wielk intensywne nie zależą od il substancji, charakteryzują każdą najmniejszą nawet część ukł. np. ciś i temp (t najmniejszej części ukł znajdującego się w stanie równowagi jest taka sarna jak t całości).

Bilanse energeryczne

Bilans energetyczny przedst się w postaci graf, tabelarycznej lub wykresu Sankeya. Wszystkie pozycje bilansu wyrażane są za po­mocą takiej samej jednostki en lub w % sumy en dostar do ukł. W wykr Sankeya każdy ze skład bilansu przedst jest w postaci paska o szerokości propor do wartości en wprow lub wyprow z ukł. Bilans en pozwala na ustalenie strat en w analizowanym procesie lub urządz.

• Sprawność obl na podst bilansu energ - sprawności termicznej i jest stosunkiem en użyt procesu do il en zużytej do jego realizacji.

RYS Bilans en w postaci w. Sankeya

Egzergia

Nie każda en może być użyteczna w realizacji procesów termodyn. Tylko korzysta­nie ze źródeł en nie będących w stanie rów termodyn z oto­czeniem stwarza możliwości realizacji procesu. Źródła takie to bo­gactwa naturalne (paliwa, substancje rozszczepialne, energia słoneczna itp.) Egzergia oznacza max pracę użyt jaką może wyko­nać czynnik termodyn w procesie odwracal, wykorzystując otoczenie jako źródło bezwart ciepła i bezwart subst, jeżeli na końcu tego procesu wszystkie biorące udział w nim subst osiągną stan równ termodyn ze składnikami powszechnie występ w otoczeniu. Omawiane formy en różnią się przydatnością praktyczną: є = B/E

Є - wartościowość egzergii; B - egzergia; E - energia.

Dla użytecznej pracy mech, en pot i en elektr Є = l, praktyczna przydatność ciepła zaś zależy od t źródła ciepła.

Egzergia (w przeciwieństwie do en) nie podlega prawu zachowania. W każdym procesie rzeczywistym dochodzi do strat egzergii. Ponieważ egzergia jest użyt częścią en, istnieje tyle jej rodz, ile rodz en, wyrażana jest również w tych samych jednostkach co en. Istnieją pojęcia: egzergii właściwej, egzergii molowej (kJ/kg; kJ/mol), odpowiednikiem en pot jest egzergia pot, kinet egzergia kinet itp.

Bilans egzegetyczny umożliwia ocenę prakt przydatności różnych form en. Straty egzergii wyst w poszczególnych etapach procesu technolog sumuje się. Prawo Guuya-Stodoli pozwala wykryć miejsca, w których działają czyn sprawność procesu. Bilans energ nie daje takiej moż­liwości i wykazuje tylko ostateczne skutki występ często w znacznej od­legł od występ przyczyny. Bila egzerget przedst się tabelarycznie lub na wykr Grassmanna. W odróżnieniu od bil en bilans egzerget ulega za­mknięciu dopiero po uwzgl strat egzergii:

ΣB_dopr = ΣB_wypr + ΔB_ukl + δB

δB- straty egzergii.

Rys Bilans egzerget w postaci wykr Grassmanna

ZADANIA Z BILANSÓW

Zad 1. Ile sacharozy należy rozpuścić w x% roztw, aby otrzymać V roztw o Ck i g

Zmienia się zawart. s.m. a il. Wody stała. Obl masę roztw końcowego

m_rk= v_r g_r

Masa sacharozy w roztw końcowym

m_sk = m_rk C_k

Obl masę wody

m _w = m_rk = m_sk

Obl zawart cukru w rozt końcowego

Cp = m_sp/(m_sp+m_w)100%

m_sp = (C_p m_sp + C_p m_w)

Bilans masowy:

m_w + m_sp +x_s = m_rk

x_s = m_rk - m_w - m_sp

Zad 2. Do aparatu wprowadzono m przecieru o zawartości s.m. x₁% i m sacharozy. Ile należy odparować wody, aby produkt zawierał x₂% s.m.

a) Nie zmienia się zawart. s.m. a zmienia wody

Bilans s.m.

m_przec C_przec + m_sach C_sach = m_k C_k

m_przec*x₁% + m_sach*1 = m_k*x₂%

m_k=

Bilans masowy

m_przec + m_sach = m_k + w

w =

b) masa odparowanej wody o 20% mniejsza

Zawart s.m w prod taka sama jak w a) m_s = m_p C_p + m_sach C_sach

Ilośc odparow wody o 20% mniejsza

w₂= 0,8w

Bilans masowy

m_p+ m_s = m_k + w

- przed zageszczeniem m_przec+ m_sach

- po zagęszczeniu m_przec+ m_sach - w

zawartośc wody po zagęszczeniu

C_w = (m_przec+ m_sach- w₂) / m_s

[kg wody / kg s.m.]

Zad 3. W celu przyg. napoju do zbiornika wprowadzono m_soku litrów zagęszcz soku, m sacharozy i m wody. Obl obj i gęst uzyskanego napoju, jeśli mamy gęst soku

Bilans masowy

m_soku + m_sach+ m_wody = m_napoju

m_soku = [0,1dm³ = 100 l] V_soku* g_soku

Bilans objętościowy

V_Soku + V_sach + V_wody = V_napoju

V = m/g

Zad 4. Do suszu wprow. m powietrza o t i wilg φ = 5% (0,05). Z prod odparow m wody. Jaka będzie końcowa x jeżeli suszenie przeprowadza się pod p

Masa pow such jest stała, zmienia się masa wody z produktu i powietrza

x₁ = (0,622 φ p_n) / (p-p_n)

m_gazusuch = m_gazu / (1+x₁)

x₂ = x₁ + w / m_gs

Zad 5. Do zbiornika, w którym było X cieczy wlewa się ta ciecz z prędk. V₁, natomiast ciecz opuszcza zbiornik z prędk. M₂. Jaka v wypłynęła po 20h?

V₁ = 0,0083*10^-3*3600

V₂ = M/g

V₁t + (x - było) -V₂t = to co wypłynęło

Zad 6. Detergent należy ogrzać od t₁ do t₂. Cz. grzewczy jest nas. para o p i x. Mamy M i C_w. Obl zużycie pary

a) para oddaje tylko ciepło przem faz

c = x r ( r - ciepło parowania odczyt z tablic mając p)

Qd = Qw (bez strat ciepła)

m_{p grz} x r = m_det c_{w det} ∆t_det

m_{p grz} = m_det c_{w det} ∆t_det / x r

b) skropliny opuszczające wymiennik maja i=251 kJ/kg (odczyt temp cieczy)

m_{p grz} x r + m_{p grz} c_{w wody} ∆t_skroplin =

m_det c_{w det} ∆t_det m_pgrz =

Zad 7 Suszar zasysa pow (gaz) o i₁, w ilości m_g. W podgrzew powiet ogrzewa się, pobierając ciepło od nas.pary o p i x (wyk tylko ciepło przem faz) W suszarce straty ciepła wynoszą 5% ciepła dostarcz, a w podgrzew nie ma strat. Obl zużycie pary grz i i pow opuszcz suszarkę. Bilnas ciepła

- podgrzewacz Q_dost = Q _wyk

m_{p grz} r x= m_g (i₂-i₁)

m_{p grz} = m_g (i₂-i₁)/ r x

- suszarka Q_dost = Q_Wyk + Q_strat

Q_strat= 5%Q_dost 0,95Q_dost= Q _wyk

0,95 m_g (i₂-i₁)= m_g (i₃-i₂) i₃=

Zad 8. W skraplaczu chłodzonym wodą o tpocz 5C skrapla się para o pi x. Woda chłodząca ogrzewa się o 25C a t skroplin = 40C. Obl wyd skrapl jeśli M=

Q_pary+Q_{wody w tpocz}= Q_skrapl+Q_{wody w tkońc}

Mając p odczyt z tablic i' i r

i_pary = i'_pary + r_paryx_pary

i_skrapl = C_w t_skrapl

M_pary i_pary + M_wody C_wody t_pocz =

M_pary i_skrapl + M_wody C_wody t_końc

M_pary =

Zad 9. Pomieszczenie magazynowane ogrzewane jest parą o p i x. Strumień masowy odprowadzonego kondensatu M=, a t skroplin t_skr Temp na zew magazynu t. Obl ciepło tracone z kondensatem i sprawność term

Q_dost = Q_wyk + Q_strat

Za pomocą p odczyt i' i r

i_pary = i' + r x

Z urzadzenia odprow są skropliny o i:

i_skr = c_w t_skr

m_pary i = m_pary (i - i_skr) + Q_strat

Q_{strat =}

Sprawność cieplna η = Q_wyk /Q_dost

Zad 10. Urządz spręż pracuje w o. mokrym w zakresie t₀-t_k z M. Obl zużycie wody chł skraplacz (m_{w skr}) jeśli straty ciepła w parowniku wynoszą 15% a woda podnosi swoja t o ∆t_skr. Woda wyk do produkcji lodu ma t=25C a lód opuszczający urządź t krioskopową.

Odczyt dla amoniaku

x=1: i₁(t₀), i₂(t_k),

x=0: i₃ (t_k) = i₄(t₀ pod i₃)

Bil cieplny parow:

Q_pobr = Q_oddane+ Q_strat

Q_oddane= m_w c_w ∆t +m_w r_{topn lodu}

∆t - różnica t _wody wchodz do par i t _kriosk

Q_pobrane = M q₀

Q_pobr = Q_oddane+ 15%Q_pobrane

0,85 (M q₀) = m_w (c_w ∆t + r_{topn lodu})

q₀= i₁-i₃

Obl mas natęż przepł czyn. chł M=

Bilans cieplny skraplacza

m_{w skr} C_w ∆t_skr = M q_k

q_k = i2- i4

Obl natęż mas wody chł skrapl (zapotrzeb na wodę) m_{w skr}=

Zad 11. Wymiennik 2sek podgrz sok od t₁-t₂. Sok opuszcza 1sek na t_wyj a w 2sek cz grzejnym jest para o p.( z niej odczyt T_pary) Skropliny opuszcz wym maja t_skr. Obl zapotrzeb na pare grz C_{w soku} i g_soku i V

Q_d=Q_w m_sc_{w soku}∆t₁ = m_sc_{w soku} ∆t₂

t₂- t_wyj = tx-t₁ t_x=

m_pgrz r + m_pgrz C_{w wody}(t₂-tx) =

m_{s wsoku} C_{w soku} (t_pary-t_skr)

r tez z tablic m_pgrz=

POMPY zaliczane są do gr maszyn rob. Znajdują szer zastosow, także w p spoż. Służą do podnoszenia cieczy z poziomu na , albo tłoczą ciecz ze zbiornika o p do zbiornika o cp , Działanie opiera się na wytw różnicy p między str ssawną (wlotem do pompy) a tłoczną (wylotem po). W zależności od spo­sobu wytw tej różnicy p rozróżnia się p wypor, wir, specjalne.

Pompy wyporowe Dział pompy wypor polega na wypieraniu określonej il cieczy z przestrzeni ssawnej do przestrzeni tłocznej za pomocą elem roboczego (tłoka, nurnika, skrzydełek, rotora itp.) wykonującego odpowiedni ruch (posuwisto-zwrotny, obrotowo-zwrotny, obrotowy).W pompach wyporowych na skutek ruchu elem robocz następuje powięk przestrzeni komory roboczej łączącej się z przewodem ssawnym, p i zassanie cieczy, po czym połączenie zostaje przerwane, a element roboczy wypiera zassaną porcję cieczy do przewodu tłocznego.

a) Pompa tłokowa jednostr działania skł się z cylin­drycznego korpusu, w którym umieszczony jest tłok wykonujący ruch posuwisto-zwrotny, oraz 2 zawory: ssący i tłoczący. Tłok poł jest odpow mech z silnikiem. W korbowym ruchu tłoka zwiększa się prze­strzeń w cylindrze. Wytw podciś powoduje, że zamyka się zawór tłoczący i otwiera zawór ssący, wskutek czego ciecz wpływa do korpusu pom­py. Po osiągnięciu skrajnego położenia następuje ruch odkorbowy tłoka. P wywierane przez tłok na ciecz w cylindrze powoduje zamknięcie zawo­ru ssąc i otwarcie zaworu tłocz, a ciecz wypychana jest z pompy.

P.tł 1str dział 1-komora rob, 2-tłok, 3-króciec i zawór ssawny, 4-króciec i zawór tłoczny

P tłok 1str działania pracuje cyklicznie. Prędk ruchu tłoka zmienia się w sposób sinusoidalny . W cyklu ssania wydaj pompy równa jest 0. Aby zapewnić różną od 0 wydaj w całym cyklu pracy stosuje się bądź pompy 2str dział, bądź łączy się 2 pompy równol do jednego przewodu przy przesunięciu fazy ruchów tłoka o 180° względem siebie, a także instaluje się powietrzniki tłoczące. Zamknięte w nich powietrze sprężane jest w okresach max wydaj pompy, a gdy wydaj się wtedy powietrze rozpręża się i podtrzymuje przepływ cieczy.

Prędk ruchu tłoka pompy tłokowej

Objętość zassanej, cieczy:

v= (π d² / 4)*s

v- objętość zassanej cieczy [m³]; d -średnica wewnętrzna cylindra pompy [m]; s - skok tłoka [m].

Teor wydaj pompy tł 1str działania :

V,=v*n

V_t - wyd teor pompy [m³/s]; n - liczba pełnych cykli tłoka [l/s], obl na podst liczby obrotów silnika napę­dzającego.

Wydajność pompy 2str działania jest odpowiednio . Ze wzgl na obecność zaworów pompy tłokowe nie działają sprawnie w przy­padku cieczy o lepkości, charakter małe luzy między tłokiem a gładzią cylindra powodują trudności w konserwacji, szczególnie przy tłocze­niu cieczy zawierających zawiesinę ciała stałego.

b) W p. rotacyjnych przekazywanie en cieczy łączy się z obrotowym ruchem eleme rob, poruszających się w ten spo­sób, że początkowo tworzą się przestrzeń. Powstałe podciś powoduje wciągnięcie cieczy w przewód ssawny. Przestrzeń ta zostaje następ­nie odcięta, a obj jej ulega . Wypierana ciecz o p przechodzi przez otwór wylotowy. Zawory są zbędne.. Zalety p rotacyjnych:

• mają stałą wyd przy wszystkich przewidzianych ciśn tło­czenia;

• mogą pracować przy niskich ciśna ssaniu;

• nie wymagają zalewania podczas uruchamiania;

• ze wzgl na brak zaworów nadają się do tłoczenia cieczy o dużej lepkości;

• mają małe wymiary, prostą budowę, ;są higieniczne.

P rot: p krzywkowe, łopatkowe, śrubowe itp.

P. rot. krzywkowa 1-rotor, 2-zgarniacz, 3 - króciec ssawny, 4 - kr tłoczony

POMPY WIROWE Pompy wirowe pracują na zasadzie ciągłego zasysania cieczy za pomocą wirni­ka. W zależności od ukszt wirnika dzielimy je na p. o przepływie prom, prom-osiow i osiowym. W celu uzyskania p stosuje się p. wirowe wielo­stop z kilkoma wirnikami, przez które kolejno przepływa ciecz. W p wir wyst ciągły przepływ cieczy przez korpus w wyni­ku obrotu wirnika z łopatkami, który nadaje cieczy odpow prędk

Pompa odśrodkowa skł się z elem rob wirni­ka osadzonego na wale, który jest bezpośr lub za pomocą sprzęgła połą­czony z silnikiem. Wirnik umieszczony jest w korpusie w kształcie spirali roz­szerzającej się po str tłocznej. Krócięc tłoczący zakończony jest dyfuzorem w kształcie stożka rozszerzającego się w kierunku wypływu cieczy. Króciec ssący znajduje się w osi wału wirnika pompy. Wirnik, jedyny elem ruchomy w p wir, obracając się, przekazuje własną en kin r obrot do cieczy, która pod wpływem siły wyporu i siły odśrod odrzucana jest od osi wirnika ku zew części korpusu pompy. W osi wału, w miejscu usytuowania króćca ssawnego, powstaje podciś umożli­wiające dalsze zassanie cieczy. Ciecz znajdująca się wew korpusu pompy, dzięki odpow wyprofilowanym łopatkom wirnika i spiralnemu kształtowi wew części korpusu, jest kierowana do dyfuzora, w którym następuje zmiana en kin cieczy w en ciśn.

Różnicą między zasadą pracy p. rotacyjnej a wirowej polega na tym, że w p rot ciecz przesuwa się wskutek obrot ruchu elem rob, natomiast w wir odrzucanie cieczy pod wpływem siły odśrodk wzdłuż łopatek na zew wirnika wytwarza podciśn, dzięki któremu ciecz jest zasysana.

Wydaj teoret (V_t) p. wirowej 1stopj

V_t =π-d_s-b-u_s

d_s - śred wew króćca ssawn [m]; b - wys łopatki wirnika [m]; u_s - pręd zasysania [m/s].

Zalety pomp wirowych:

• prosta bud; niewielkie wymiary i ciężar

• możliwość bezp poł z wałem silnika;

• ciągły strumień cieczy pompowanej,

• dzięki dużym swobodnym przelotom nadają się spe­cjalnie do pompowania cieczy zawier zawiesiny c. stałych i cieczy lepkich;

• są ekonom w przypadkach, gdy stosunkowo znaczne il cieczy przetłacza się przy niezbyt dużych wys podnoszenia;

• koszty instalacji i konserwacji są na ogół mniejsze niż wyporowych.

Wady pomp wirowych:

• niewielka sprawność przy niskich ciśn;

• przy rozruchu p.wir należy zalać cieczą przetłaczaną, usu­wając dokładnie niepożądane powietrze z wnętrza korpusu pompy.

Pompy specjalne

Służą one do przesyłania cieczy czystych, obojęt, żrących, gęst, lep­kich oraz zaniecz. Do p specjalnych zalicza się strumieniowe, podnośnikowe i inne.

P specj, nie mają elem rob jako oddzielnej części skład. Przyrost ciś w pompie wywołany jest przepływem dodatk czyn (płynu), różnią­cego się od przetłaczanej cieczy gęst lub szybk przepływu.

W p strumieniowych różnicę p między przestrzenią tłoczną a przestrzenią ssawną wytwarza strum cieczy, gazu lub pary przepływającej z określ prędk. W p strum do dyszy jest do­prow czyn rob (np. woda) pod p niż p cieczy zassanej. Strumień czyn przepływa z dużą prędk przez zwężkę dyszy. Dzięki wytworz podciśn przewodem ssącym zostaje zassana ciecz, która miesza się z czyn rob w komorze mieszania. W ko­morze mieszania prędk obu strumieni (czynn rob i zassanej cie­czy) wyrównuje się, czemu towarzyszy p. Następnie strumień dopływa do dyfuzora, gdzie następuje dalszy p wskutek zmiany energii kinetycznej na energię ciśnienia. Czynnik roboczy i ciecz zasysana mają przy wylocie z dyfuzora p wyż od p strumienia zasysającego dopływającego do komory zassania. W p spożyw pompy te są stos do zasilania wodą kotłów parowych, w aparatach wyparnych i odga­zowywaczach.

P.strum 1-dysza, 2-kom zassania, 3-k.mieszania, 4-przewód dyfuzor, 5- przew ssania

Pompy podnośnikowe są urządz, w których do podnoszenia cieczy wykorzys się en sprężonego powietrza. Pompy te służą do transp buraków w cukrowniach, ziemniaków w gorzelniach itp.

P. strum 1-dysza, 2-kom zassania, 3-kom mieszania, 4-dyfuzor, 5-przewód zssawny

Dobór pompy

1. Cechy systemu pompującego, na które skł się: żądana wydaj pompy, rodzaj i usytuowanie wyposażenia technolog w rurociągach, dług i wymiary przewodów, przewidywane war pracy, wymagana różnica p, czas pracy, liczba cyklów roboczych, pożądana dokładność kontroli przepływu, moc i rodz sterowania, stos materiały i rodz konstrukcji, ewentualne ogr wynikające ze specyfiki montażu pompyi przewodów.

2. Charakter pracy pompy i rurociągu określ: zakres optym wyd pompy w funkcji sprawności i poślizgu pompowanej cieczy wzdłuż ścianek aparatury, zakres szybk pracy pompy, cp ssące odpowiad optym war pracy pompy.

3. Właściw przetłaczanej subst: rodzaj, rzeczyw lepkość uwarunk procesem technolog, gęst, lotność, właśc chem, ścierne i korozyjne, obecność drugiej fazy, wrażliwość na niszczenie pierwotnej struktury wskutek ścinania, finalne wymagania jakościowe

WIELK.CHAR. PRACĘ POMPY

Ciś podnoszenia - użyt wysok podnoszenia określ w metr słupa cieczy przetłaczanej jest to przyrost en cieczy odnoszony do jednostki masy cieczy, wyrażony w metrach słupa przetłaczanej cieczy.

H_u=(p_t-p_s/q*g)+∆z+(u_t²-u_s²/2*g)

p_s - na wlocie do p [Pa]; p_t na wylocie z p [Pa]; u_T - prędk przepływu cieczy przy wylocie [m/s]; u_s - pręd­kprzepływu cieczy przy wlocie [m/s]; q- gęstość płynu [kg/m³]; ∆z - odle­gł pomiaru p [m].

energia dostar­czana do pompy zużywana jest na:

- podniesienie cieczy na poziom położenia;

- wytw różnicy p, w celu wprowadz cieczy w obszarach o p

- en kinet ukł;

- pokonanie oporów przepływu w rurociągu ssawnym i tłocznym;

- pokonanie działan tarcia wew (sił lepkości).

Wydajność rzeczyw pompy albo strumień objęt jest objęt cieczy, którą podaje pompa do przewodu tłocznego przy określ użytecz wysok podnoszenia i prędk obrotowej pompy w jednostce czasu.

Zapotrzebowanie mocy (moc na wale pompy, moc dostarczona) przez pompę, jest mocą mech przekazywaną na wał przez silnik napędowy; N = N_S* ηs

gdzie: N_s - moc silnika określona doświadczalnie [W]; η_s - sprawność mecha­niczna silnika

Moc użyteczna pompy jest częścią mocy na wale zużyw na całk en mech cieczy przetłaczanej

N„=V_rz q g * H_u

V_rz - rzecz objęt wyd pompy określona doświad­czalnie [m³/s].

Sprawność ogólna pompy:

η = N_u / N = η_Q η_h η_m

η_m=0,85-0,95 - spr mech, η_h- spr hy­draul; η_Q spr obj

Sprawność hydrauliczna pompy: η_h =H_u/H

H-teor wys podnoszenia pompy

Sprawność objętościowa:

η_Q =V_rz / (V_rz+V_str)

V_rz - rzecz objęt wyd pompy określ doświad­ [m³/s]; V_str - straty objęt wydaj [m³/s].

Charakterystyki pomp

Charakt przepływu, H = f(V), przedst zależność wysok podnoszenia (H) od natężenia przepływu (wyd objęt) pompy, wyznaczoną przy stałej prędk obrot. Jest to gł charakter pracy pompy. Nazwana jest także krzywą dławienia, ponieważ otrzymuje się ją w trakcie badania pompy przy zmianie jej parametrów przez dławienie prze­pływu na przewodzie tłocznym.

Charakt poboru mocy, N = f (V), jest odniesiona do wału, za pomocą którego moc silnika napędowego jest przekazywana pompie.

Charakter sprawności pompy jest zależnością między sprawno­ścią pompy a jej wydaj η = f(V). Charakter sprawności może mięć w okolicy wartości max płaski lub ostry charakter. Pompa o spłaszczonej charakt sprawności może być eksploatowana w szer­szym zakresie wydaj, przy stosunkowo nieznacznym sprawno­ści w pkt pracy w stosunku do sprawności max. Krzywa charakt sprawn wykazuje max, które odpowiada optym war pracy pompy przy danych obrotach pompy, a odpowiad tym war wielk są nazwane wielk znamio­nowymi: H_n, V_n, N_n.

WSPÓŁPRACA POMP

Równolegle można łączyć ze sobą zarówno pompy o tej samej, jak i o różnych charakter. W układzie 2 pomp o tej samej charakt wspólną charakt otrzymuje się przez zsumowanie stosownych odciętych, co w przypadku jednakowych cha­rakter daje podwojenie krzywej H =f(V) jednej pompy.

Rys Wspólpraca 2 pomp poł równolegle o tej samej charakt

Wspólną charakt pracy 2 pomp połączonych szeregowo otrzymuje się przez po­dwojenie rzędnych wysok podnoszenia w przypadku tej samej wydaj. Z poł szereg 2 pomp wynika, że w dowolnych chwilach natężenie przepływu w obydwu pompach musi być takie samo. Wysok podnoszenia (ciśnienie) w obu pompach są sobie równe, gdy pompy mają prze­biegi o tej samej charakt.

Rys Współpraca 2 pomp poł szereg o różnej charakterystyce

2 pompy połączone równolegle dają zwiększenie natężenia przepływu, natomiast w celu osiągnięcia większego p (wyso­kości tłoczenia) należy łączyć pompy szeregowo.

W ukł pompowych b ważny jest przypadek współpracy ukł pompowego z instalacją przewodów, tzn. z rurociągiem.

Charakt rurociągu zależność między wys oporu hy­draul instalacji a natężeniem przepływu. Obejmuje ona wysok sta­tyczną podnoszenia i wysok oporów ruchu płynu w przewodach w zależności od natężenia przepływu. Pkt przecięcia charakt rurociągu z charakt przepływu pompy wy­znacza pkt pracy pompy. Określa on wysok p i wydajność pompy, która współpracuje z daną instalacją.

Rys Określ pkt pracy z rurociągiem

Metody regulacji pracy pompy

Regulacja podczas stałych obrotow pompy Najczęściej jest stos regulacja dławieniowa, która polega na dławieniu przepływu przymykaniem zaworu na rurociągu tłocznym. Dławienie na ruro­ciągu ssawnym może spowodować powstanie przed pompą zbyt niskiego p i związ z tym niebezp kawitacji lub w ogóle przerwania słupa cieczy. Niekiedy stosuje się tzw. regulację upustową, która polega na odprowadzeniu nadwyżki tłoczonego czyn przewodem upustowym do przewodu ssawnego pompy albo też na zew do innego zbiornika. Często stosuje się kombinowaną regulację upustowo-dławieniową, zwł gdy pompa wirowa spełnia równocześnie rolę pompy dozującej.

Regulacja przez zmianę obrotów wirnika pompy

Metoda ekon i powinna być stos wszędzie tam, gdzie istnieje możliwość łatwej zmiany obrotów silnika napędowego (silniki prądu stałego, silniki komutatorowe itd.). Podczas zmiany częstości obrotów pompy ulega zmianie jej wyd, p.

Rys. Uniwersalna chartka pompy

Zjawisko kawitacji

Jeżeli ciś (p_s) przy wejściu do pompy w króćcu ssącym opadnie poniżej p nasycenia pary przepływającej cieczy, następuje wówczas wrzenie cieczy. W strumtworzą się obszary, w których gromadzi się para i gazy wydzielające się z cieczy. Gdy zaś ciecz z parą znajdzie się w przestrzeni o wyż p, para skrapla się i następuje gwałtowne bombardowanie cieczą ścianek przewodu. Zjawisko to nazywa się kawitacją. Prędk cieczy podczas kawitacji zależy od różnicy między p nasycenia pary danej cieczy i p w króćcu ssącym. W miarę jak t cieczy, p nasyce­nia (p_n) i tym samym również niebezp kawitacji. Ka­witacja jest zjawiskiem szkodliwym, powodującym straty energ, erozję ścianek i szybkie zniszczenie pompy. Wyd, wytwarzane p i sprawność pompy szybko się w wyniku zjawiska kawitacji. Aby zapobiec niszczącemu działaniu kawitacji, należy tak obl wys ssania, żeby p w króćcu ssawnym nie w czasie pracy pom­py poniżej wartości dopuszczalnej, tzn. aby zawsze pozostawała pewna nad­wyżka p nad p nasycenia.

Wysokość ssania obl ze wzoru:

H_s= (p_a-p_s / q*g)-(u_s² / 2*g) - ∆h_s

H_s - geometr wysok ssania [m]; p_d- ciś w zbior dol­nym [Pa]; u_d - prędk przepływu cieczy w zbior dolnym [m/s]; Δh_s - straty ciś na pokonanie oporów przepływu w rurociągu ssawnym [m].

BADANIE URZĄDZEŃ CHŁODNICZYCH

O.teor, który przyjmuje się za wzorzec, nazywa się o.porów Międzynar wzorcem takiego o. jest odwracalny (idealny) o.Carnota lub jeden z o. nieodwrac (najczęściej suchy lub przegrzany). Teor o.chł różni się od rzecz o urządzenia chł ponieważ sprężanie czyn w sprężarce odbywa się nieadiabat, lecz wg politropy o zmiennym wykładniku, zależnym od ro­dz czyn i war pracy sprężarki. Różnice wynikają także z nieod­wrac strat wywołanych wymianą ciepła z otoczeniem, przy określonej różnicy temp. Aby zachodziła w o. wymiana ciepła między środo­w chłodz a ochładzanym (w parowniku, skraplaczu i dochładzaczu), musi istnieć skończona. różnica t.

Ocena pracy sprężarki rzecz w urządz chł Przy ocenie tej pracy należy analizować

Wydajność chłodniczą określa się ze wzoru:

Q_o=M.*(i₁-i₆)

wskaźniki 1 i 6 odpow pkt na wykr z rys 12.d; M - rzecz masowa wydaj sprężarki; i₁ - entalpia właść pary za­sysanej przez sprężarkę; i₆, - entalpia czyn przed zaworem dławiącym lub czyn za skraplaczem dla urządz z przegrzewaczem pary.

Współczynnik przetłaczania ၬ=V/V_t

V- wyd obj sprężarki; V_t - wyd teor (sko­kowa) sprężarki.

Straty termodyn o. rzecz w stosunku do o. teor określ są jako sprawność urządzenia chłodniczego (ၨ_c) w odniesieniu do o.Carnota,

ၨc= ၥ/ၥ_c = ၥ/(T₀/T_k-T₀)

ၥ - współ wyd chłodz o. rzecz; ၥ_c - współ wyd chłodz o.Carnota; K_t - teor współ­cz wyd chłodz o.rzecz; K_c - teor współ­ wyd chłodz o.Carnota.

W o.Carnota czyn przed sprężarką jest cieczą nasyconą, ą t parow i skrapl odpow temp panującej w badanym urządz. Do oceny wartości teor współ wyd chłod o. wystarczająca jest temp parow i skrapl. O.Carnota jest wzorem absolutnym, niezależnym od własności czyn, ale różniącym się w dużym stopniu od o. realizowanych w technice. Różnice te są następujące:

- przejście czyn z p skrapl do p parow odby­wa się w o. rzecz przez dławienie czyn (izentalpowo). a nie w rzeczy przem adiabat;

- w o. suchym proces skraplania odbywa się przy stałym p, a nie przy stałej t

- o.Carnota nie uwzgl dochłodz skroplonego czynnika.

Rys. O. porów urządz chłod wg parametrów zew: a-Carnota, b-suchy, c-przegrzany, d-rzeczy

W o.teor suchym para zasysana przez sprę­żarkę jest parą nasyc suchą, t czyn przed zaworem = jest rzecz t przed zaworem dławiącym, a w przypadku gdy w urządz jest przegrzewacz pary = jest rzecz t ciekłego czyn za skraplaczem. Ciś parow i skraplania ustala się z ciś rzecz w parowniku i skraplaczu, a sprężanie przebiega izentalpowo.

W o.teor przegrz przyjmuje się, że para zasysana przez sprężarkę ma p i t = rzecz p i t przed sprężarką, a t przed zaworem dławią­cym jest = rzecz t za skraplaczem urządz. Ciś parow i skrapl ustala się zgodnie z p rzecz w urządz. Sprężanie przebiega izentalpowo.

Teor współ wydaj chłod dla o. suchego i przegrzanego ၥ_t=(i₁-i₃) / (i₂-i₁)

Przy ocenie sprężarki za parametry o.porównaw przyjmuje się rzecz t przemian czyn chłod (t paro­w, skrapl oraz t czyn przed sprężarką). Są to tzw. para­metry wewnętrzne.

Ocena pracy urządzenia chłodniczego

Przy ocenie takiego urządz za parametry o. porów przyjmuje się parametry zewnętrzne, tzn. odnoszące się do źródeł, które pobierają lub oddają ciepło czyn będącemu w obiegu.

- w parowniku za t parowowania (T_o) przyjmuje się najwyż temperaturę czynnika chłodniczego:

T_O = T_SZ lub T₀ = T_pz lub T₀ = T₉

T_sz - t solanki przy wypływie z chłodnicy; T_pz - t powietrza przy wylocie; T₉ - t cieczy chłodz;

- w skraplaczu za t skraplania (Tk) przyjmuje się najwyż t wody chłodzącej skraplacz (T_wz),

T_k = T_wz, lub t pow chłodz skraplacz przy założeniu: T_k = T₄- 5 K;

- za t dochłodzenia (Td) czyn chłod przyjmuje się najniż t wody chłodzącej (T_Wd), T_d = T_Wd

W technice przyjęto tzw. warunki normalne, przy których określane są nominalne wyd chłod sprężarek i chłodziarek.

Oprócz strat objętościowych i energetycznych sprężarek w urządz chłodniczym powstają

Straty hydrauliczne są wynikiem przepływu czyn przez aparaty i łą­czące je przewody oraz zawory, W celu ich pokonania czynmusi mieć na początku przewodu lub aparatu p niż na końcu. Z powodu p w przewodzie ssawnym sprężarka musi zasysać parę czyn o p niżp, jakie ma panować w parowniku. Podobnie, wskutek oporu przepływu czyn w przewodzie tłocznym, sprężarka musi sprężać czyn do p niż p skraplania. Następuje zapotrzebowania mocy i wyd sprężarki, ponieważ wskutek sprężu sprawność, wspł przetłaczania a jednostk praca sprężania oraz obj właśc zasysanego czyn.

Straty cieplne, występ w urządz, wynikają z faktu, że czyn chł ma inną t niż t otoczenia aparatów i przewo­dów. Wskutek tego między czynn a otoczeniem następuje wymiana ciepła która np. na drodze sprężarka-skraplacz jest dla urządz korzysta gdyż czyn jest wówczas chłodzony, a więc w skraplaczu musi być odebrana od niego mniejsza il ciepła. Niekorzystna jest dla urządz wymiana ciepła w przew ssawnym, gdyż następuje tu doprow ciepła do czyn, który wskutek tego zwykle przegrzewa się, a tym samym swoją obj wł

Istnienie w urządz tego rodzaju strat powoduje, że rzecz o. chłod wykazuje pewne odchylenia od o. teor. Jeśli na wy kr T-s oraz log p-i pkt 1' oznaczy się stan czyn na wyjściu z parownika, to poszczególne odcinki o przedstawiają się nastę­pująco:

l'-l" -przewód ssawny,

1"-1"' - króciec i zawór ssawny sprężarki,

1 "'-2' - sprężanie przy sႹ const,

2'-2" - zawór tłoczny i króciec sprężarki,

2"-3 - przewód tłoczny i skraplacz,

3-4 - dochładzacz,

4-5 - zawór dławiący,

5-1' -parownik.

Rys Ochł z uwzgl strat: a -w ukł T-s, b - w ukł logp- i

BILANS CIEPLNY URZĄDZ CHŁOD

Rów. bilansu ciepl­ odniesione do o. czyn chłod:

Q₀+၄Q₀+L=Q_k+Q_d+၄Q_k

Uwzgl wpływ cieczy chłodzonej (chłodziwa),

Q₀=Q_oe+၄Q_oe+L_p

otrzymuje się równanie bilansu cieplnego odniesione do całego urządzenia,stąd:

Q_oe +၄Q_oe+L_p +၄Q₀+L= Q_k+Q_d+၄Q_k

Wyd chł urządz chł (Q_o) il ciepła, którą pobierze czyn chł na drodze od zaworu regul do za­woru ssawnego sprężarki. Q₀=Mq₀ Pomiar wyd chł sprowadza się do określ strum masy przetła­czanego czyn, który można wyznaczyć następ metodami:

2} pomiaru zwężkami,

3) pomiaru naczyniami cechowanymi,

4) pomiaru pośredniego z bilansu wymienników ciepła (skraplacza, do­chładzacza lub parownika).

Użyteczna wyd chł (Q_oe) il ciepła, która odpro­w jest od ośrodka chłodzonego. Określana jest iloczy strum masy chłodzonej cieczy i różnicy entalpii tej cieczy przy wejściu i wyjściu ze zbiornika: Q_oe = m_ch( i_ch2 - i_ch1 )

m_ch - strum masy cieczy chłodzonej; i_ch1 i_ch2 - entalpia cieczy chło­dzonej przy wlocie i wylocie ze zbiornika.

Jeżeli chłodzenie odbywa się za pomocą parowników umieszczonych bez­pośr w chłodzonym pomieszczeniu (bez czynników pośr), to w tym przypadku wyd określ jest il ciepła, którą można doprow do rozpatrywanego pomieszczenia w stanie równowagi cieplnej całego układu.

Straty cieplne rurociągów oraz parownika (၄Q_oe) Q_oe=၄Q_oe `+၄Qoe”

Straty cieplne rurociągów

၄Q_oe `= m_ch (၄i' + ၄i") -L_p

၄i — różnica entalpii cieczy chłodzonej przed odbiornikiem i przed pa­rownikiem [kJ/kg]; ၄i" - różnica entalpii cieczy chłodzonej za odbiornikiem i za parownikiem; L_p - praca pompowania cieczy chłodzonej.

Straty cieplne w parowniku określa się jako różnicę między wyd chłod a pozostałymi pozycjami bilansu cieplnego:

၄Q"_oe = Q₀-(Q_oe + ၄Q'_oe +L_p)

Prace pompowania chłodziwa (L_p) można wyznaczyć z pracy silnika elektr napędzającego pompę: L_p=N_el*ၨ_el

N_el - moc silnika elektr; ၨ_el - sprawność sprzęgła.

Straty cieplne między zaworem regulacyjnym a zaworem ssawnym (၄Qo). spowodowane są wymianą ciepła między otoczeniem a rozprę­żonym czyn, między zaworem regul a wlotem do parownika oraz na odcinku rurociągu ssawnego między parownikiem a zaworem ssawnym sprężarki. ၄Q_o =M*(၄i_l +၄i₂)

၄i_l - różnica entalpii między zaworem regul a wlotem do pa­rownika; ၄i₂ - różnica entalpii między wyjściem z parownika a zaworem ssaw­nym

Praca sprężania (L)= jest sumie pracy zużytej na bezpośr sprę­żanie oraz prący tarcia. L=M*၄i₃ ၄i₃- przyrost entalpii w sprężarce

Wyd cieplną skraplacza (Q_k) Q_k = M*q_k

Wyd cieplną dochładzacza (Q_d) Q_d = M*q_d

Straty cieplne rurociągów między sprężarką a zaworem redukcyjnym (၄Q_k) są określ jako suma strat między zaworem tłocznym sprężarki a wejściem do skraplacza (၄Q_k1) oraz między skraplaczem ą zaworem redukcyjnym ၄Qk₂

၄Q_k = ၄Q_k1+ ၄Q_{k 2} = M (၄i₄ + ၄i₅)

၄i₄ - różnica entalpii między sprężarką a skraplaczem ၄i₅ - różnica entalpii między skraplaczem a zaworem redukcyjnym.

Ogólne warunki przeprowadzania badania urządzenia chłodniczego

Badanie urządz chłod polega na sporządzeniu bilansu energ urządzenia. W tym celu należy wykonać pomiary cieplne poszczególnych elem energ urządzenia, takich jak aparaty (wymienniki ciepła), maszyny i rurociągi. Bilans sporządza się w stanie równowagi cieplnej, tzn. że we wszystkich pkt pomiaru jest stała w czasie, a il en podlegające wymianie w poszczególnych elem energ powinny się bilansować. Stan ten wyznacza się na podst powtarzalności wskazań przyrządów pomiarowych. Okres pomiarowy do obl zaleca się dobrać po co najmniej 30min pracy urządz w stanie termicznie ustalonym. Czas trwania okresu pomiarowego nie powinien być krótszy od 1h. Dopuszczalne są następujące wahania wskazań poszczególnych przyrzą­dów dla:

- t skraplania, parowania, dochłodzenia ±0,2°C;

- t czynnika przed i za sprężarką ±2,0°C;

- różnic t wody i cieczy chł o 5% mierzonej wartości.

---