Szanowni Panowie
Przesyłam połowę poprzedniego bloku zestawów egzaminacyjnych (5 zestawów z 10) z rozwiązaniami. Zestawy obecne sformułowane są w taki sposób, że do pozytywnej oceny konieczne jest sporządzenie bilansu cieplnego ziębiarki (do wyidealizowanego obiegu porównawczego) oraz rozważenie najprostszych przypadków przemian powietrza wilgotnego spotykanych w klimatyzacji. Przegrzanie czynnika chłodniczego obliczane jest w sposób przybliżony, przyjmując w obszarze pary przegrzanej, w sąsiedztwie krzywej pary nasyconej suchej, proporcję taką jaką daje wzór dla gazów doskonałych. Takie grube przybliżenie narzucają dostępne u nas tablice parametrów czynników chłodniczych.
Przy rozpatrywaniu przemian powietrza można stosować wzory Molliera lub inne (to znaczy W.Carriera).
Proszę pamiętać, że inżynier powinien samodzielnie stawiać sobie i rozwiązywać proste zagadnienie. Dobry i wybitny inżynier powinien wykazywać się biegłością w zakresie zagadnień swej specjalności. Nikt nie opanował tych umiejętności oglądając cudze rozwiązania. Musi sam się zmierzyć, najpierw z prostym zagadnieniem.
Zestaw przesłany jest po zwykłej korekcie, co oznacza że w zasadzie nie powinno być błędnie wyznaczonych wielkości.
zestaw 108. Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: Temperatury wrzenia i skraplania freonu R22 w ziębiarce wynoszą: to = +2 oC, tk = 40 oC. Obliczyć strumień masy czynnika chłodniczego przyjmując, że wydajność chłodnicza urządzenia wynosi
25 kW. Określić strumień objętości pary czynnika w przypadku, gdy temperatura wylotowa par R22 na wylocie z parownika jest równa
oC, a na drodze do przewodu ssawnego sprężarki następuje przegrzanie o dalsze 2oC. Dochłodzenie czynnika w skraplaczu wynosi 5oC poniżej temperatury skraplania. Obliczyć pracę techniczną izentropowego sprężania czynnika, przyjmując wykładnik izentropy κ = 1.19. Okraślić entalpie czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach obiegu chłodniczego. Podać wielkość ciepła, jaką należy odprowadzić od skraplacza. Pominąć straty występujące podczas obiegu.
Rozwiązanie Z tablic własności termodynamicznych cieczy i pary nasyconej czynnika R 22 otrzymuje się: h1 = h''(+2oC) =403.47 kJ/kg, h3 = h'(40oC) = 248.74 kJ/kg. Przegrzanie o 8oC w parowniku podnosi entalpię czynnika chłodniczego o 0.77⋅8 = 6.16 kJ/kg, gdzie 0.77 oznacza średnie ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu dla temperatur od 2 do 10oC, odczytane z tablic „Własności cieplno-fizyczne pary nasyconej czynnika R 22”. Zatem entalpia par czynnika R22 opuszczająca parownik jest równa: h1 = 409.63 kJ/kg. Dalsze przegrzanie o 2oC powiększa entalpię czynnika o 0.79⋅2=1.58 kJ/kg. Na wlocie do sprężarki temperatura par R22 wynosi 12oC, a entalpia właściwa 411.21 kJ/kg. Dochłodzenie o 5oC obniża entalpię czynnika przed zaworem dławiącym o 1.33⋅5 = 6.65 kJ/kg. Ciepło właściwe czynnika skroplonego określono dla temperatur od 40 do 35 oC z tablic „Własności cieplno-fizyczne cieczy nasyconej czynnika R 22.” Zatem entalpia dochłodzonego freonu R22 wynosi: h4 = 242.09 kJ/kg.
Strumień masy
jest równy:
=
= 0.14922 kg/s.
Odczytana w tablicach objętość właściwa par freonu na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej to = + 2 oC, wynosi
= 0.04371 m3/kg. Przy obliczaniu objętości właściwej czynnika na wlocie do sprężarki przyjmuje się, że przemiana przegrzania par R22 w przewodzie ssawnym sprężarki jest izobaryczna i zachodzi przy ciśnieniu po. Z równania Clapeyrona otrzymuje się:
czyli
, stąd
0.045299 m3/kg.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par czynnika chłodniczego jest równy:
m3/s.
Użyteczna moc napędowa sprężania Nu jest równa:
Nu =
=
=
= 0.14922⋅
0.14922⋅27.7745= 4.1445 kW.
Entalpia przegrzanej pary freonu R22 za sprężarką: h2 = 411.21 + 27.77 = 438.98 kJ/kg, po pierwszym etapie ochłodzenia w skraplaczu w stanie pary nasyconej suchej h2' = 421.50 kJ/kg (jest to wartość tabelaryczna). Wartości entalpii właściwej czynnika po skropleniu i po dochłodzeniu podano wyżej.
Jednostkowa wydajność chłodnicza (obejmująca także przegrzanie) qo oraz właściwe obciążenie cieplne skraplacza (obejmujące ochłodzenie pary przegrzanej do stanu pary nasyconej suchej, skraplanie, a także dochłodzenie) qk wynoszą:
qo = 409.63 - 242.09 = 167.54 kJ/kg, qk = 438.98- 242.09 = 196.89 kJ/kg.
Strumienie entalpii uwzględniające wydatek:
61.125 kW,
61.36 kW,
kW,
36.125 kW,
25 kW,
kW
Warto zauważyć, że strumień ciepła ochłodzenia w skraplaczu
kW jest równy strumieniowi odebranemu od chłodzonego otoczenia w parowniku
25 kW , mocy napędowej Nu = 4.1444 kW oraz strumieniowi ciepła dodatkowego przegrzania za parownikiem o 2 oC: 1.58⋅0.14922 = 0.2358 kW.
Temat 2: Temperatury wrzenia i skraplania amoniaku w ziębiarce wynoszą: To = - 8 oC, Tk = 34 oC. Wyznaczyć zmiany parametrów czynnika w zaworze rozprężnym, gdy obiegiem chłodniczym jest obieg Lindego, bez dochłodzenia.
Rozwiązanie Stopień suchości amoniaku w temperaturze - 8oC za zaworem rozprężnym można wyznaczyć na podstawie entalpii właściwych czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach, które są wielkościami tabelarycznymi
x =
0.1552, 1 - x = 0.8448
W zaworze rozprężnym odparowuje 15.52 % (wagowo) czynnika chłodniczego, co wiąże się ze zmianą ciśnienia i temperatury czynnika, przy zachowaniu stałej entalpii. Odczytane z podanych wyżej tablic objętości właściwe NH3 na rozpatrywanych liniach granicznych są równe:
,
Na podstawie stopnia suchości można wyznaczyć objętość właściwą pary mokrej za zaworem rozprężnym:
υ4 = [1.539 + 0.1552⋅(385.69 - 1.539)] ⋅10-3 = 61.159⋅10-3 m3/kg
Gęstość czynnika chłodniczego ρ jest równa odwrotności objętości właściwej υ i w stanie 4 wynosi
16.351 kg/m3
Entalpia właściwa czynnika chłodniczego składa się z entalpii cieczy czynnika: (1 - x)
= 0.8448⋅162.17 = 137 kJ oraz entalpii pary, która wynosi: x
0.1552⋅1449.6 = 224.98 kJ. Ich suma jest równa tabelarycznej wartości entalpii właściwej przed zaworem dławiącym
= 361.98 kJ/kg. Entalpię pary nasyconej suchej można przedstawić w postaci sumy dwóch składników:
224.98 = 0.1552⋅ [162.17 + 1287.43 ] = 25.17 + 199.81, kJ.
Pierwszy składnik w nawiasie podaje, określoną z definicji (na podstawie umowy) entalpię właściwą cieczy nasyconej, czyli cieczy w stanie odpowiadającym punktowi przecięcia izotermy to = - 8 oC z lewą krzywą graniczną, drugi entalpię właściwą wrzenia, która jest równa
1449.6 - 162.17 = 1287.43 kJ/kg.
Temat 3: Przemiana powietrza wilgotnego w chłodnicy. Narysować odpowiednią przemianę na wykresie Molliera (lub Carriera). Zilustrować wywody przykładem: Strumień powietrza wilgotnego kierowany jest do wodnej chłodnicy. Na wlocie temperatura na termometrze suchym jest równa ta1 = 35 oC, na termometrze wilgotnym tm1 = 30 oC, na wylocie z chłodnicy odpowiednio ta1' = 20 oC, zaś tm1' = 19 oC, a wydatek powietrza wynosi
5 m3/s. Ciśnienie powietrza wynosi b = 1 bar. Należy określić strumień wody skraplającej się z zawartej w powietrzu pary wodnej podczas chłodzenia
oraz strumień ciepła wymienionego między powietrzem a zimną wodą w chłodnicy.
Rozwiązanie: Parametry powietrza wlotowego do chłodnicy: prężność pary wodnej w stanie nasycenia w temperaturze tm1 = 30oC wynosi
es1 = 610.6
4241.7 Pa
Prężność pary wodnej w powietrzu jest równa e = es1 - 64.4⋅10-5⋅b⋅(ta1 - tm1) = 3919.7 Pa, a zawartość wilgotności
0.0253751 kg/kg p.s. ciepło parowania wody rw1 = 2430.9 kJ/kg, gęstość powietrza ρ1 = 1.1138 kg/m3, gęstość powietrza suchego
1.08625 kg/m3, strumień masy powietrza suchego
5.43125 kg/s, strumień masy pary wodnej
0.0253751⋅ 5.43125 = 0.137819 kg/s, temperatura powietrza w punkcie rosy Td1 = 28.63 oC, entalpia (1+x) kg powietrza wilgotnego, obliczona przy założeniu, że nawilżenie następuje w temperaturze punktu rosy: h1 =1.005⋅35 + 0.0253751⋅(4.187⋅ 28.63 + 2502.5 - 2.386⋅28.63 + 1.884⋅(35 - 28.63) =100.29 kJ/(1+x) kg p.w. oraz entalpia strumienia
5.43125⋅100.29 =544.70 kW.
Dla stanu za chłodnicą podane wyżej wielkości psychrometryczne przyjmują wartości: tm1' = 19 oC, , rw1' = 2457.2 kJ/kg, e1' = 2132.3 Pa, x1' = 0.0135517,
0.0135517⋅ 5.43125 = 0.0736027 kg/s,
ρ1' = 1.1788 kg/m3,
1.16307 kg/m3, td1' = 18.524oC,
h1' = 1.005⋅20 + 0.0135517⋅(4.187⋅18.524 + 2502.5 - 2.386⋅18.524 +1.884⋅(20 - 18.524) =54.503 kJ/kg ps., a strumień entalpii całej strugi 1 powietrza
5.43125⋅54.503 = 296.02 kW.
Strumień masy ciekłej wody, powstałej w wyniku skroplenia podczas chłodzenia:
5.43125(0.0253751 - 0.0135517) = 0.0642158 kg/s.
Strumień ciepła wymienionego w chłodnicy powietrza jest równy różnicy strumieni entalpii:
544.70 - 296.02 = 248.68 kW.|*
Temat 4: Zawór termostatyczny, zasada działania (z rysunkiem). Opisać sposób regulacji wydajności chłodniczej ziębiarki wykorzystującej wymieniony zawór.
Temat 5 : Klasyfikacja czynników chłodniczych
Zestaw 208 Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: Temperatury wrzenia i skraplania amoniaku w ziębiarce wynoszą: to = +2oC, tk = 44oC. Obliczyć strumień masy czynnika przyjmując, że wydajność chłodnicza urządzenia wynosi
150 kW. Określić strumień objętości pary czynnika w przypadku, gdy temperatura wylotowa par NH3 na wylocie z parownika jest równa
oC, a na drodze od parownika do przewodu ssawnego sprężarki następuje ogrzanie o 1oC. Dochłodzenie czynnika w skraplaczu wynosi 5oC poniżej temperatury skraplania. Obliczyć pracę techniczną izentropowego sprężania czynnika, przyjąć κ = 1.3. Obliczyć entalpie czynnika w charakterystycznych stanach obiegu chłodniczego. Podać wielkość ciepła, jaką należy odprowadzić od skraplacza. Pominąć straty występujące podczas obiegu chłodniczego. O key !
Rozwiązanie Z tablic otrzymuje się: h1 = h''(+2 oC) = 1459.3 kJ/kg, h3 = h'(44 oC) = 409.02 kJ/kg. Przegrzanie o 10 oC w parowniku powiększa entalpię o 2.6⋅10 = 26 kJ/kg. Zatem entalpia par czynnika opuszczających parownik jest równa: 1485.3 kJ/kg. Dochłodzenie o 5 oC obniża entalpię ciekłego amoniaku przed zaworem dławiącym o 4.9⋅5 = 24.5 kJ/kg . Wobec tego entalpia czynnika wynosi: 384.52 kJ/kg. Wobec tego strumień masy
jest równy:
=
= 0.136267 kg/s.
Ogrzanie przegrzanych par amoniaku między parownikiem a sprężarką zwiększa entalpie 1 kg czynnika o 2.72 kJ
Odczytana w tablicach objętość właściwa pary amoniaku na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej to = + 2 oC, wynosi
= 0.26768 m3/kg. Przy obliczaniu objętości właściwej czynnika na wlocie do sprężarki przyjmuje się, że par freonu w króćcu ssawnym sprężarki jest izobaryczna. Z równania Clapeyrona otrzymuje się:
czyli
, stąd
0.27838 m3/kg.
objętość właściwa pary przegrzanej na wlocie do sprężarki.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par czynnika chłodniczego jest równy:
m3/s.
Moc użyteczna sprężania jest równa: Nu=
=
= 0.136267⋅
0.136267⋅199.21 = 27.146 kW.
Entalpie właściwe czynnika chłodniczego: na wylocie z parownika: h1 = 1485.3 kJ/kg, na wlocie do sprężarki h1' = 1488.02, za sprężarką: h2 = 1687.23 kJ/kg. Entalpia amoniaku po ochłodzeniu w skraplaczu do stanu pary nasyconej suchej h2' = 1475.6 kJ/kg. Jednostkowa wydajność chłodnicza qo oraz właściwe obciążenie cieplne skraplacza qk wynoszą:
qo = 1485.3 - 384.52 = 1100.78 kJ/kg, qk = 1687.23 - 384.52 = 1302.71 kJ/kg.
Strumienie entalpii uwzględniające wydatek:
202.40 kW,
202.77 kW,
229.51 kW,
52.40 kW,
150 kW,
177.51 kW,
Temat 2: Temperatury wrzenia i skraplania freonu R507 w ziębiarce wynoszą: to = - 8oC, tk = 40oC. Wyznaczyć zmiany parametrów czynnika w zaworze rozprężnym gdy obiegiem chłodniczym jest obieg Lindego z dochłodzeniem ciekłego czynnika przed zaworem o 10oC
Rozwiązanie Stopień suchości można wyznaczyć na podstawie entalpii właściwej czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach, które można wyznaczyć jako wartości tabelaryczne lub na podstawie tablic. W rozpatrywanym przypadku entalpie czynnika w temperaturze to = - 8oC na liniach granicznych wynoszą:
kJ/kg,
kJ/kg. Entalpia na lewej krzywej granicznej w temperaturze tk = 40 oC wynosi
kJ/kg. Dochłodzenie o 10oC powoduje obniżenie entalpii właściwej o 1.9187⋅10 = 19.19 kJ/kg, czyli do wartości h = 239.24 kJ/kg.
i wobec tego stopień suchości x oblicza się ze wzoru:
x =
0.29656, 1 - x = 0.70344.
W zaworze rozprężnym odparowuje prawie 30 % (wagowo) czynnika chłodniczego, co wiąże się ze zmianą ciśnienia i temperatury czynnika, przy zachowaniu stałej entalpii. Odczytane z podanych wyżej tablic objętości właściwe freonu R507 na rozpatrywanych liniach granicznych w temperaturze - 8oC są równe:
Na podstawie stopnia suchości można wyznaczyć objętość właściwą pary mokrej za zaworem rozprężnym:
υ4 = [0.840 + 0.29656⋅(40.44 - 0.840)] ⋅10-3 = 12.58⋅10-3 m3/kg
Gęstość czynnika chłodniczego ρ jest równa odwrotności objętości właściwej υ i w stanie 4 wynosi
79.467 kg/m3
Entalpia właściwa czynnika chłodniczego składa się z entalpii ciekłego R507: (1 - x)
= 0.70344⋅189.24 = 133.12 kJ oraz entalpii pary, która wynosi: x
0.29656⋅357.84 = 106.12 kJ. Ich suma jest równa określonej wyżej wartości entalpii właściwej przed zaworem dławiącym
= 239.24 kJ/kg. Entalpię pary nasyconej suchej można przedstawić w postaci sumy dwóch składników:
106.12 = 0.29656⋅ [189.24 + 168.6] = 56.12 + 50 kJ.
Pierwszy składnik w nawiasie podaje, określoną z definicji (na podstawie umowy) entalpię właściwą cieczy nasyconej w stanie odpowiadającym punktowi przecięcia izotermy To = - 8oC z lewą krzywą graniczną, drugi entalpię właściwą wrzenia, która jest równa
357.84 - 189.24 = 168.6 kJ/kg.
Temat 3: Definicje entalpii powietrza stosowane w chłodnictwie i w klimatyzacji. Przykład ilustrujący dla danych: temperatura powietrza na termometrze suchym i wilgotnym wynosi odpowiednio: ta = 33 oC i tm = 25 oC. Obliczyć entalpię h i sigma ciepło Σ, przypadające na 1 kg powietrza suchego. Przyjąć, że ciśnienie barometryczne wynosi p = 101325 Pa.
Rozwiązanie: Parametry powietrza wilgotnego określa się korzystając ze wzorów z psychrometrii. Prężność pary wodnej w stanie nasycenia przyjmuje wartość es(25) = 3166.74 Pa, prężność pary wodnej oraz wilgotność właściwa powietrza są równe e = 2644.71 Pa, x = 0.01667 kg/kg p.s., entalpię parowania w temperaturze tm = 25oC wynosi rw = 2442.85⋅103 J/kg.: Entalpia powietrza wilgotnego jest równa sumie entalpii powietrza suchego 1.005⋅33 oraz od entalpii pary wodnej, zależnej od warunków, w których następuje nawilżanie powietrza. Temperatura punktu rosy jest równa td = 22.01oC. Gdy parowanie wody następuje w temperaturze 0oC entalpię (1+x) kg powietrza wilgotnego oblicza się wg wzoru
h = 1.005⋅33 + 0.01667⋅(1.884⋅33 + 2502.5) = 33.165 + 42.753 = 75.918 kJ/kg p.s.
Jeśli parowanie zachodzi w temperaturze ta = 33oC to
h = 1.005⋅33 + 0.01667⋅(4.187⋅33 + 2502.5 - 2.386⋅33 ) = 33.165 + 42.710 = 75.875 kJ/kg p.s.
Gdy parowanie wody następuje w temperaturze tm = 25oC entalpia wynosi
h = 1.005⋅33 + 0.01667⋅[4.187⋅25 + 2502.5 - 2.386⋅25 + 1.884⋅(33 -25)] = 33.165 + 42.707 =
= 75.872 kJ/kg p.s.
Jeśli parowanie wody następuje w temperaturze punktu rosy td = 22.01oC to entalpia jest równa:
h = 1.005⋅33 + 0.01667⋅[4.187⋅22.01 + 2502.5 - 2.386⋅22.01 + 1.884⋅(33 -22.01)] = 33.165+42.723 =
= 75.888 kJ/kg p.s.
Mimo różnych założeń różnice między wartościami entalpii są niewielkie. W rozpatrywanym przypadku występują dopiero na czwartym miejscu znaczącym.
Σ - ciepło może być wyliczona przez odjęcie od entalpii xcwtm. Otrzymuje się:
Σ = h - xcwtm = 75.888 - 0.01667⋅4.187⋅25 = 75.888 - 1.745 = 74.14 kJ/kg p.s., lub
Σ = 2442.85⋅0.0200667 + 1.005⋅25 = 74.14 kJ/kg p.s. |*
Temat 4: Naszkicuj i opisz instalację wentylacyjno-klimatyzacyjną (w obiekcie komunalnym, sportowym itp.). Omów przemiany ogrzewania i chłodzenia powietrza. Zilustruj te przemiany na wykresie Molliera (lub Carriera).
Temat 5: Wymagania stawiane czynnikom chłodniczym
Zestaw 308. Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: W amoniakalnej ziębiarce sprężarkowej realizowany jest obieg chłodniczy parowy, w którym temperatura wrzenia czynnika w parowniku to = +2 oC, a temperatura skraplania tk = +35 oC. Obliczyć: strumień masy amoniaku, strumień ciepła oddawany w skraplaczu, zapotrzebowanie mocy napędowej przyjmując, że wydajność chłodnicza ziębiarki wynosi
90 kW. Przegrzanie par czynnika następuje w parowniku, gdzie temperatura par zwiększa się o 12 oC. Dochłodzenie amoniaku następuje w skraplaczu i temperatura amoniaku obniża się o 6.45oC od temperatury skraplania. Wykładnik adiabaty par amoniaku: κ = 1.3
Rozwiązanie Z tablic otrzymuje się entalpię właściwą amoniaku opuszczającego parownik: h1 = h''(+2 oC) =1459.3 kJ/kg, entalpię właściwą po skropleniu h3 = h'(35 oC) = 366.71 kJ/kg. Przegrzanie o 12 oC w parowniku powiększa entalpię o 2.6⋅12 = 31.2 kJ/kg. Zatem entalpia par czynnika na wylocie z parownika wynosi h1 = 1490.5 kJ/kg. Średnia wartość ciepła właściwego cieczy amoniaku w temperaturze od 35oC do 28.55oC wynosi 4.84 kJ/(kgK), a entalpia czynnika przed zaworem dławiącym i na wlocie do parownika wynosi: 366.71 - 6.45⋅4.8 = 335.49 kJ/kg. Wobec tego strumień masy
jest równy:
=
= 0.077922 kg/s.
Odczytana w tablicach objętość właściwa pary amoniaku na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej to = + 2 oC, wynosi
= 0.26768 m3/kg. Przy obliczaniu objętości właściwej czynnika na wlocie do sprężarki przyjmuje się, że par freonu w króćcu ssawnym sprężarki jest izobaryczna i zachodzi przy ciśnieniu wrzenia czynnika po = 0.46334 MPa. Z równania Clapeyrona otrzymuje się:
czyli
, stąd
0.27935 m3/kg.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par czynnika chłodniczego jest równy:
m3/s.
Użyteczna moc napędu sprężarki jest równa Nu =
=
= 0.077922⋅
0.077922⋅157.293=12.257 kW.
Entalpie właściwe NH3 wynoszą: na wylocie z parownika i na wlocie do sprężarki wynosi h1' = 1490.5 kJ/kg, za sprężarką: h2 = 1490.5 + 157.293 = 1647.79 kJ/kg, po ochłodzeniu w skraplaczu do stanu pary nasyconej h2' = 1475.8 kJ/kg (wielkość tabelaryczna), po skropleniu h3 = 366.71 kJ/kg (wielkość tabelaryczna), a po dochłodzeniu h3' = 335.49 kJ/kg. Jednostkowa wydajność chłodnicza qo oraz właściwe obciążenie cieplne skraplacza qk są równe:
qo = 1490.5 - 335.49 = 1155 kJ/kg, qk = 1647.79 - 335.49 = 1312.3 kJ/kg.
Strumienie entalpii uwzględniające wydatek:
116.14 kW,
128.4 kW,
115 kW,
28.57 kW,
26.14 kW,
116.14 - 26.14 = 90 kW,
128.4 - 26.14 = 102.26 kW
Temat 2: Zamknięta butla o objętości V = 0.02 m3 zawierająca m = 1 kg freonu R134 a przez długi czas znajduje się w pomieszczeniu o stałej temperaturze, równej t = 10 oC. Określić parametry czynnika w butli.
Rozwiązanie: Stopień suchości może być wyznaczony na podstawie objętości właściwych czynnika. Objętość właściwa czynnika w butli wynosi:
m3/kg
Tabelaryczne wartości objętości i entalpii właściwych czynnika R134 a na liniach granicznych w temperaturze t = 10 oC wynoszą
= 0.7895⋅10-3 m3/kg,
'' = 49.35⋅10-3 m3/kg, h' = 212.5 kJ/kg, h'' = 401.8 kJ/kg. Wobec tego stopień suchości czynnika w butli:
0.3956, 1 - x = 0.6044
Zatem masa cieczy nasyconej czynnika wynosi 0.6044 kg, a masa jego pary nasyconej 0.3956 kg.
Para nasycona freonu zajmuje objętość V'' = xm
'' = 0.3956⋅1⋅49.35⋅10-3 m3 = 0.019523 m3, a ciekły freon V' = (1 - x)m
' = 0.6044⋅1⋅0.7895⋅10-3 m3 = 0.000477 m3. Suma υ = V'+V'' = 0.02 m3.
Entalpia pary nasyconej freonu R134 a jest równa H'' = xmh'' = 0.3956⋅1⋅401.8 kJ = 158.95 kJ, a ciekły freon H' = (1 - x)m
' = 0.6044⋅1⋅212.5 kJ = 128.44 kJ. Entalpia pary mokrej freonu R134 a jest równa sumie: h = H' + H'' = 287.39 kJ/kg.
Entropia pary nasyconej freonu R134 a jest równa S'' = xms'' = 0.3956⋅1⋅1.713 = 0.6777 kJ/K, a ciekły freon S' = (1 - x)ms' = 0.6044⋅1⋅1.045 = 0.6316 kJ/K. Entropia pary mokrej freonu R134 a jest równa sumie: s = S' + S'' = 1.3093 kJ/kg⋅K.
Temat 3: Powietrze wilgotne zawierające ma = 10 kg powietrza suchego oraz 0.2667 kg pary wodnej zostało ochłodzone od temperatury ta1 = 33 oC do ta2 = 25 oC i tm2 = 22 oC, przy stałym ciśnieniu pa = 1.01325 bar. Wyznaczyć temperaturę punktu rosy td, masę wykroplonej wody ms, ilość odprowadzonej energii cieplnej Q12.
Rozwiązanie: Wilgotność właściwa powietrza przed ochłodzeniem wynosiła x1 = 0.2667/10 = 0.02667 kg/kg p.s. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej wynosiło:
Pa,
temperatura punktu rosy:
td =
Ciśnienie parcjalne pary wodnej w temperaturze tm2 = 22 oC w stanie nasycenia wynosi es2 = 2643.07 Pa, a pary w powietrzu e2 = 2643.07 - 64.4⋅10-5⋅101325⋅(25 - 22) = 2447.3 Pa, a odpowiadająca mu wilgotność właściwa jest równa: x2 = 0.0153950 kg/kg, rw = 2450 kJ/kg, Podczas ochładzania powietrza następuje wykroplenie pary wodnej
ms = ma(x1 - x2) = 10⋅(0.02667 - 0.0153950) = 0.11275 kg.
Entalpie (1 + x) kg powietrza na początku i na końcu przemiany wynoszą
h1 = 1.005⋅33 + 0.02667⋅ (1.884⋅33 + 2423.8) = 99.466 kJ/kg p.s.
(wyznaczenie dokładniejszej wartości entalpii parowania wody wymaga znajomości temperatury na termometrze wilgotnym)
h2 = 1.005⋅25 + 0.015395⋅(1.884⋅25 + 2450) = 63.57 kJ/kg p.s.
Ilość ciepła odprowadzona od powietrza jest równa
Q12 = ma(h2 - h1) = 10⋅ (99.466 - 63.57) = 358.96 kJ.
Temat 4: Straty cieplne przez przegrody budowlane. Wywód zilustrować przykładem liczbowym
Temat 5. Nośniki ciepła stosowane w chłodnictwie i klimatyzacji
Zestaw 408. Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: Temperatury wrzenia i skraplania freonu R507 w ziębiarce wynoszą: to = 0oC, tk = 38oC. Obliczyć strumień masy czynnika zapewniający wydajność chłodniczą urządzenia
200 kW. Przegrzanie par freonu R507 do temperatury t1' = + 10 oC zachodzi w regeneracyjnym wymienniku ciepła. Określić strumień objętości pary czynnika w przewodzie ssawnym sprężarki oraz pracę techniczną sprężania. Obliczyć entalpie czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach obiegu chłodniczego. Podać wielkość ciepła, jaką należy odprowadzić od skraplacza. (ciepło właściwe pary nasyconej przy stałym ciśnieniu wynosi około 1.05 kJ/(kg⋅K), a cieczy nasyconej 1.9 kJ/(kg⋅K)). Wykładnik izentropy par R 507 wynosi 1.2.
Rozwiązanie Z tablic freonu R507 otrzymuje się: h1 = h''(0oC) = 361.9 kJ/kg, h3 = h'(38oC) = 255.2 kJ/kg. Przegrzanie o 10oC w regeneracyjnym wymienniku ciepła powiększa entalpię o 1.05⋅10 = 10.5 kJ/kg. Zatem entalpia par freonu R507 na wlocie do sprężarki jest równa: 372.4 kJ/kg. Dochłodzenie obniża entalpię czynnika przed zaworem dławiącym o około 10.5/1.9 = 5.526oC. Zatem temperatura i entalpia cieczy freonu za regeneracyjnym wymiennikiem ciepła wynoszą odpowiednio 32.474oC oraz 255.2 - 5.526⋅1.9 = 244.7 kJ/kg. Wobec tego strumień masy
jest równy:
=
= 1.70648 kg/s.
Odczytana w tablicach objętość właściwa pary freonu R507 na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej to = 0 oC, wynosi
= 0.0312 m3/kg. Przy obliczaniu objętości właściwej czynnika na wlocie do sprężarki przyjmuje się, że par freonu w króćcu ssawnym sprężarki jest izobaryczna i zachodzi przy ciśnieniu po. Z równania Clapeyrona otrzymuje się:
czyli
, stąd
0.032342 m3/kg.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par freonu R507 jest równy:
m3/s.
Moc użyteczna sprężania jest równa: Nu=
=
= 1.70648⋅
1.70648⋅23.026 = 39.29 kW.
Opuszczająca parownik para nasycona sucha ma entalpię h1' = 361.9 kJ/kg, za regeneracyjnym wymiennikiem ciepła osiąga h1 = 372.4 kJ/kg, za sprężarką: h2 = 395.43 kJ/kg, w skraplaczu, po osiągnięciu stanu pary nasyconej suchej h2' = 376.25 kJ/kg (wartość tabelaryczna). Ciecz czynnika przed regeneracyjnym wymiennikiem ciepła 255.2 kJ/kg, a przed (i za) zaworem dławiącym 244.7 kJ/kg. Jednostkowa wydajność chłodnicza qo oraz właściwe obciążenie cieplne skraplacza qk przyjmują wartości:
qo = 361.9 - 244.7 = 117.2 kJ/kg, qk = 395.43 - 255.2 = 140.23 kJ/kg.
Strumienie entalpii czynnika chłodniczego:
617.57 kW,
635.49 kW,
674.79 kW,
642.06 kW,
435.49 kW,
417.58 kW,
617.57 - 417.58 = 200 kW,
674.79 - 435.49 = 239.3 kW,
Temat 2: Temperatura ciekłego freonu R22 przed zaworem regulacyjnym ziębiarki jest równa: tk = + 30 oC, temperatura za zaworem wynosi to = - 10 oC. Przed zaworem czynnik chłodniczy ma takie wartości ciśnienia i temperatury jak w skraplaczu, bez dochłodzenia. Określić zmiany parametrów czynnika chłodniczego zachodzące w zaworze.
Rozwiązanie Stopień suchości można wyznaczyć na podstawie entalpii właściwej czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach. W rozpatrywanym przypadku znane są entalpie czynnika i wobec tego stopień suchości x oblicza się ze wzoru:
x =
0.227103, 1 - x = 0.772897
W zaworze rozprężnym odparowuje prawie 23 % (wagowo) czynnika chłodniczego, co wiąże się ze zmianą ciśnienia i temperatury czynnika, przy zachowaniu stałej entalpii. Odczytane z podanych wyżej tablic objętości właściwe freonu R22 na rozpatrywanych liniach granicznych są równe:
.
Na podstawie stopnia suchości można wyznaczyć objętość właściwą pary mokrej za zaworem rozprężnym:
v4 = [0.7584 + 0.227103⋅(64.64 - 0.7584)] ⋅10-3 = 15.2661⋅10-3 m3/kg
Gęstość czynnika chłodniczego ρ jest równa odwrotności objętości właściwej v i w stanie 4 wynosi
65.505 kg/m3
Entalpia właściwa czynnika chłodniczego składa się z entalpii cieczy nasyconej freonu R22: (1 - x)
= 0.772897⋅188.29 = 145.529 kJ oraz entalpii pary nasyconej suchej, która wynosi: x
0.227103⋅399.34 = 90.691 kJ. Ich suma jest równa 236.22 wartości entalpii właściwej przed zaworem dławiącym. Entalpię pary nasyconej suchej można przedstawić w postaci sumy dwóch składników:
90.691 = 0.227103⋅ [188.29 + 211.05] = 42.761 + 47.93 kJ.
Pierwszy składnik w nawiasie podaje, określoną z definicji (na podstawie umowy) entalpię właściwą cieczy nasyconej w stanie odpowiadającym punktowi przecięcia izotermy to = - 10 oC z lewą krzywą graniczną, drugi entalpię właściwą wrzenia, która jest równa
399.34 - 188.29 = 211.05 kJ/kg.
Temat 3: Omówić sposób odprowadzenia ciepła skraplania do otaczającego powietrza za pomocą wody, z wykorzystaniem wyparnej chłodni wody. Sporządzić uproszczony bilans ciepła dla chłodni wyparnej, w której należy ochłodzić w czasie 1 godziny 3600 kg wody o temperaturze tw1 = 46oC do temperatury tw3 = 32oC. Powietrze na wlocie ma temperaturę ta2 = 22 oC na termometrze suchym i tm2 = 15.5 oC na termometrze wilgotnym. Temperatura powietrza odpływającego z chłodni ma temperaturę na termometrze suchym ta4 = 34oC i temperaturę na termometrze wilgotnym tm4 = 32.5oC. Należy obliczyć ilość powietrza niezbędną do ochłodzenia wody i określić ilość wody odparowującej podczas chłodzenia. Przyjąć, że proces jest ustalony, adiabatyczny i przy stałym ciśnieniu pa = 1.02 bar.
Rozwiązanie: Parametry powietrza wlotowego do chłodni, określone na podstawie wzorów psychrometrycznych: es2(15.5oC) = 1760.45 Pa, e2 = 1333.47 Pa, rw2 = 2464.52 kJ/kg, xs2 = 0.01092284, x2 = 0.00823132. Parametry powietrza wylotowego z chłodni: es4(32.5oC) = 4889.18 Pa, e4 = 4790.65 Pa, rw4 = 2424.96 kJ/kg, xs4 = 0.03131267, x4 = 0.03065529. Masa odparowania w przeliczeniu na kilogram powietrza suchego x4 - x2 = 0.02242397.
Bilans ciepła (entalpii), służący do wyznaczenia potrzebnej ilości powietrza do ochłodzenia 1 kg wody:
mw1cwtw1 + cpata2 + x2(cpvta2 + (2502.5 - 2.386⋅tm2)) = mw3cwtw3 + cpata4 + x4(cpvta4 + (2502.5 - 2.386⋅tm4)), mw3 = mw1 - (x4 - x2).
Wstawiając wartości liczbowe:
mw1⋅4.178⋅46 + [1.005⋅22+0.00823132⋅(1.884⋅22+2502.5 - 2.386⋅15.5)] = (mw1 - (0.03065529-0.00823132)⋅4.178⋅32 + [1.005⋅34+0.03065529⋅(1.884⋅34+2502.5 - 2.386⋅32.5)].
Otrzymuje się mw1 = 1.10412 kg wody/kg p.s., odparowuje x4 - x2 = 0.02242397 kg wody/kg p.s.
Temat 4: Narysuj szkic ziębiarki, chłodnicy powietrza i innych urządzeń stanowiących łącznie autonomiczny układ klimatyzacji
Zestaw 508. Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: Temperatury wrzenia i skraplania amoniaku w ziębiarce wynoszą: To = − 6 oC, Tk = 34 oC. Obliczyć strumień masy czynnika przyjmując, że wydajność chłodnicza urządzenia wynosi
100 kW. Określić strumień objętości pary czynnika w przewodzie ssawnym sprężarki, gdy temperatura wlotowa przegrzanych w parowniku par czynnika jest równa t1' = + 4oC. Obliczyć entalpie czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach obiegu chłodniczego. Podać wielkość ciepła, jaką należy odprowadzić od skraplacza. Wyznaczyć pracę sprężania.
Rozwiązanie zadania 1: Zakłada się, że przemiana dławienia czynnika chłodniczego w zaworze regulacyjnym jest izentalpowa: h4 = h3. Z tablic otrzymuje się: h1 = h''(− 6oC) = 1451.7 kJ/kg, h3 = h'(34oC) = 361.99 kJ/kg. Z parownika wypływają przegrzane pary NH3 o temperaturze + 4oC i entalpii 1451.7 + 2.5⋅10 = 1476.7 kJ/kg. Wobec tego strumień masy
jest równy:
=
= 0.089709 kg/s.
Odczytana w tablicach objętość właściwa pary amoniaku na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej to = − 6 oC, wynosi
= 0.35772 m3/kg. W przypadku przegrzania par czynnika chłodniczego do temperatury + 4 oC objętość właściwą wyznacza się z równania Clapeyrona, przy założeniu stałego, równego po ciśnienia:
czyli
, stąd
0.37111 m3/kg.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par czynnika chłodniczego jest równy:
0.089709⋅0.37111 = 0.033292 m3/s.
Moc użyteczna sprężania jest równa:
Nu=
=
= 0.089709⋅
kW.
Entalpia właściwa na wlocie do sprężarki: h1 = 1451.7 + 2.5⋅10 = 1476.7 kJ/kg, za sprężarką: h2 = 1476.7 + 200.33 = 1677.03 kJ/kg. Entalpia pary nasyconej suchej w skraplaczu hk = 1475.7 kJ/kg. Entalpia właściwa między skraplaczem a parownikiem h3 = h4 = 361.99 kJ/kg. Jednostkowa wydajność chłodnicza qo oraz właściwe obciążenie cieplne skraplacza qk wynoszą:
qo = 1476.7 - 361.99 = 1114.7 kJ/kg, qk = 1677.03 - 361.99 = 1314.04 kJ/kg.
Strumienie entalpii uwzględniające wydatek czynnika chłodniczego:
132.47 kW,
150.44 kW,
32.47 kW,
132.47 - 32.47 = 100 kW,
117.97 kW, (warto zauważyć, że suma wydajności chłodniczej i mocy użytecznej sprężania 100 + 17.97 =
)
Temat 2: Zamknięta butla o objętości V = 0.05 m3 zawierająca m = 5 kg freonu R134a przez długi czas znajduje się w pomieszczeniu o stałej temperaturze, równej T = 8 oC. Określić parametry czynnika w butli.
Rozwiązanie Objętość właściwa czynnika w butli wynosi:
υ =
m3/kg
Tabelaryczne wartości objętości i entalpii właściwych czynnika R134a na liniach granicznych w temperaturze T = 8 oC wynoszą υ' = 0.7853⋅10-3 m3/kg, υ'' = 52.91⋅10-3 m3/kg, h' = 209.98 kJ/kg, h'' = 400.68 kJ/kg. Wobec tego stopień suchości czynnika w butli:
0.17678, 1 - x = 0.82322
Para nasycona freonu R 134 a zajmuje objętość V'' = xmυ'' = 0.17678⋅5⋅52.91⋅10-3 m3 = 0.046767 m3, a ciekły freon V' = (1 - x)mυ' = 0.82322⋅5⋅0.7853⋅10-3 m3 = 0.00323237 m3.
Entalpia pary nasyconej freonu jest równa H'' = xmh'' = 0.17678⋅5⋅400.68 = 354.16 kJ, a ciekły freon
H' = (1 - x)mυ' = 0.82322⋅5⋅209.98 kJ = 864.30 kJ. Entalpia pary mokrej freonu R 507 jest równa sumie:
H = H' + H'' = 354.16 + 864.3 = 1218.5 kJ.
Temat 3: Obliczyć straty cieplne budynku o polu powierzchni zewnętrznej F = 400 m2. Warstwa nośna ściany budynku ma grubość δ1 = 0.5 m, a współczynnik przewodnictwa cieplnego λ1 = 1.5 W/mK. Ułożona po stronie zewnętrznej warstwa termoizolacyjna ma grubość δ2 = 0.14 m, a współczynnik przewodnictwa cieplnego λ2 = 0.038 W/mK. Współczynnik przejmowania ciepła po stronie po stronie zewnętrznej α2 = 20 W/m2K. Temperatura powierzchni wewnętrznej ściany budynku jest równa t1 = 20oC, a średnia wartość temperatury zewnętrznej t2 = - 5oC. Podać też straty ciepła w przypadku braku izolacji cieplnej.
Rozwiązanie zadania 3: Straty ciepła w przypadku istnienia izolacji, gdy zadana jest temperatura ścianki:
Q = kFΔT, k =
W/(m2K).
Q = 0.24585⋅400⋅ (20 - (-5)) = 2.4585 kW.
W przypadku braku izolacji:
k' =
W/(m2K).
Q' = 2.6087⋅400⋅ (20 - (-5)) = 26.087 kW.
Temat 4: Omówić przemiany zachodzące w chłodnicy powietrza. Podać sposób wyznaczenia wydajności cieplnej chłodnicy powietrza.
Zestaw 608. Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: Temperatury wrzenia i skraplania freonu R 22 w ziębiarce wynoszą: To = +4 oC, Tk = 40 oC. Obliczyć strumień masy freonu R 22 przyjmując, że wydajność chłodnicza urządzenia wynosi
290 kW. W parowniku następuje przegrzanie pary o 8 oC Określić strumień objętości pary czynnika w przewodzie ssawnym sprężarki. gdy temperatura wlotowa przegrzanych par czynnika jest równa T1' = + 12 oC. Wyznaczyć pracę sprężarki. Obliczyć entalpie czynnika chłodniczego w charakterystycznych stanach obiegu chłodniczego. Podać wielkość ciepła, jaką należy odprowadzić od skraplacza.
Rozwiązanie W temperaturze To = + 4 oC ciśnienie nasycenia jest równe po = 5.662 bar. Parametry pary nasyconej suchej są równe: objętość właściwa 0.04108 m3/kg, entalpia właściwa h''(+4oC) = 404.73 kJ/kg. Wskutek przegrzania entalpia par czynnika powiększa się o 8⋅0.78 = 6.24 kJ/kg, do wartości h1 = 410.97 kJ/kg. Stan cieczy nasyconej freonu R22 w temperaturze 40 oC: entalpia właściwa h3 =248.74 kJ/kg, ciśnienie pk = 15.323 bar.
=
= 1.7876 kg/s.
Odczytana w tablicach objętość właściwa pary freonu R na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej To = + 4 oC, wynosi
= 0.04108 m3/kg. Z równania Clapeyrona dla przemiany izobarycznej otrzymuje się:
czyli
, stąd
0.042266 m3/kg.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par czynnika chłodniczego jest równy:
m3/s.
Lt12=
=1.7876⋅
1.7876⋅25.823 = 46.16 kW.
Entalpia właściwa podczas wrzenia w parowniku ho =404.1 kJ/kg, na wlocie do sprężarki: h1 = 410.97 kJ/kg, za sprężarką: h2 = 410.97 + 25.823 = 436.79 kJ/kg. Entalpia pary nasyconej suchej w skraplaczu h2'= 412.50 kJ/kg (wartość tabelaryczna). Entalpia właściwa między skraplaczem a parownikiem h3 = h4 = 248.74 kJ/kg. Wydajności chłodnicze właściwe wrzenia i skraplania czynnika chłodniczego:
qo = 410.97 - 248.74 = 162.23 kJ/kg, qk = 436.79 - 248.74 = 188.05 kJ/kg.
Strumienie entalpii uwzględniające wydatek:
734.65 kW,
780.81 kW,
444.65 kW,
734.65 - 444.65 = 290 kW,
780.81 - 444.65 = 336.16 kW (Suma wydajności chłodniczej i mocy napędu 290 + 46.16 = 336.16 kW).
Temat 2: Zamknięta butla o objętości V = 0.5 m3 zawierająca m = 50 kg freonu R507 przez długi czas znajduje się w pomieszczeniu o stałej temperaturze, równej T = 20 oC. Określić parametry czynnika w butli.
Rozwiązanie Objętość właściwa czynnika w butli wynosi:
υ =
m3/kg
Tabelaryczne wartości objętości i entalpii właściwych czynnika R 507 na liniach granicznych w temperaturze T = 20 oC wynoszą υ' = 0.926⋅10-3 m3/kg, υ'' = 16.98⋅10-3 m3/kg, h' = 227.73 kJ/kg, h'' = 370.81 kJ/kg. Wobec tego stopień suchości czynnika w butli:
0.5652, 1 - x = 0.4348.
Para nasycona freonu zajmuje objętość V'' = xmυ'' = 0.5652⋅50⋅16.98⋅10-3 m3 = 0.47985 m3, a ciekły freon V' = (1 - x)mυ' = 0.4348⋅50⋅0.926⋅10-3 m3 = 0.020131 m3.
Entalpia pary nasyconej freonu jest równa H'' = xmh'' = 0.5652⋅50⋅370.81 = 10479 kJ, a ciekły freon
H' = (1 - x)mυ' = 0.4348⋅50⋅227.73 kJ = 4950.9 kJ. Entalpia pary mokrej freonu R 507 jest równa sumie:
H = H' + H'' = 10479+ 4950.9 = 15429.9 kJ.
Temat 3: Strumień
10 m3/s powietrza wilgotnego o temperaturze na termometrze suchym Ta1 = 35 oC i zawartości wilgoci x = 0.0267 kg pary/kg pow. suchego, miesza się z wypływającym z chłodnicy powietrzem o parametrach Ta2 = 20 oC i Tm2 = 19 oC i o wydatku
7 m3/s. Ciśnienie powietrza wynosi 1 bar. Zakładając idealne wymieszanie obu prądów obliczyć zawartość wilgoci oraz entalpię mieszaniny.
Rozwiązanie Parametry powietrza o wydatku
10 m3/s:
x1 = 0.0267,
Pa, ρ1 = 1.113 kg/m3,
1.084 kg/m3,
10.84 kg/s,
0.0267⋅10.84 = 0.28943 kg/s, Td1 = 29.476 oC,
h1 =1.005⋅35+0.0267⋅(4.187⋅29.476 +2502.5 -2.386⋅29.476+1.884⋅(35 -29.476) =103.687 kJ/(1+x) kg p.w., H1 =
10.84⋅103.687 = 1123.97 kW.
Dla stanu powietrza za chłodnicą wielkości psychrometryczne przyjmują wartości:
Tm2 = 19 oC, es2 = 2196.7 Pa, xs2 = 0.013969, rw2 = 2457.2 kJ/kg, e2 = 2132.3 Pa, x2 = 0.0135496, ρ2 = 1.1788 kg/m3,
1.16307 kg/m3, Td2 = 18.524 oC,
kg/s,
0.0135496⋅8.1415 = 0.110314 kg/s.
h2 = 1.005⋅20 + 0.0135496⋅(4.187⋅18.524 + 2502.5 - 2.386⋅18.524 +1.884⋅(20 - 18.524) =54.498 kJ/kg ps., a strumień entalpii całej strugi 1 powietrza
8.1415⋅54.498 = 443.695 kW.
Wartość parametrów powietrza po wymieszaniu są równe:
0.0210596 kg p.w./kg p.s.
Prężność pary wodnej w powietrzu w punkcie 3 jest równa:
e3 =
3274.9 Pa
82.589 kJ/(1+x) kg p.w.
= 82.589⋅(10.84+8.1415) = 1567.66 kJ,
1123.97 + 443.695 = 1567.665 kJ.
W celu wyznaczenia wartości temperatury Ta3 bilansuje się energię wymienianą w sposób jawny (M.A. Saad,1997):
10.84⋅(1.005+0.0267⋅1.884)⋅35 + 8.1415⋅(1.005 + 0.0135496⋅1.884)⋅20 =
(10.84+8.1415) ⋅(1.005 + 0.0210596⋅1.884)⋅Ta3, stąd Ta3 = 28.6534 oC,
Td3 = 25.565 oC. Gęstość powietrza wynosi ρa3 = 1.14005 kg/m3, zaś przy uwzględnieniu tylko powietrza suchego:
1.1165 kg ps./m3.
ha3 = 1.005⋅28.6534 + 0.0210596⋅(4.187⋅25.565 + 1.884⋅ (28.6534 - 25.565) + 2502.5 - 2.386⋅25.565) = 82.5905 kJ/(1+x) kg.
= 82.5905⋅(10.84+8.1415) = 1567.69 kW. (różnice na 6-tym miejscu znaczącym są wynikiem zaokrągleń).
Temat 4: Narysuj szkic ziębiarki absorpcyjnej bromolitowej, podaj zasadę działania
Temat 5: Skraplacze jako wymienniki ciepła. Charakterystyka skraplacza chłodzonego wodą
Zestaw 708. Technika chłodnicza i klimatyzacja
Temat 1: Temperatury wrzenia i skraplania amoniaku w ziębiarce wynoszą: To = - 6 oC, Tk = 36 oC. Obliczyć strumień masy czynnika przyjmując, że wydajność chłodnicza urządzenia wynosi
30 kW. Określić strumień objętości pary amoniaku w przewodzie ssawnym sprężarki. Para czynnika została przegrzana w parowniku do temperatury 10 oC. Należy obliczyć moc przemiany izentropowej w sprężarce. Obliczyć entalpie amoniaku w charakterystycznych stanach obiegu chłodniczego. Podać strumień ciepła, jaką należy odprowadzić od skraplacza.
Rozwiązanie Z tablic otrzymuje się: h1 = h''(- 6 oC) =1451.7 kJ/kg, h3 = h'(36 oC) = 371.42 kJ/kg. Przegrzanie o 16 oC w parowniku powiększa entalpię o 2.55⋅16 = 40.8 kJ/kg. Zatem entalpia par czynnika opuszczająca parownik jest równa: 1492.5 kJ/kg. Wobec tego strumień masy
jest równy:
=
= 0.02676 kg/s.
Odczytana w tablicach objętość właściwa pary amoniaku na prawej krzywej granicznej w temperaturze wrzenia w parowniku, równej To = - 6 oC, wynosi
= 0.35772 m3/kg. Przy obliczaniu objętości właściwej czynnika na wlocie do sprężarki przyjmuje się, że par freonu w króćcu ssawnym sprężarki jest izobaryczna. Z równania Clapeyrona otrzymuje się:
czyli
, stąd
0.37914 m3/kg.
Wynika stąd, że strumień objętości przegrzanych par czynnika chłodniczego jest równy:
m3/s.
Moc użyteczna sprężania jest równa:
Nu =
=0.02676⋅
= 0.02676⋅214.86 = 5.7496 kW.
Entalpia amoniaku wrzącego w parowniku
na wlocie do sprężarki: h1 = 1451.7 + 2.55⋅16 = 1492.5 kJ/kg, za sprężarką: h2 = 1492.5 + 214.86 = 1707.36 kJ/kg. Entalpia właściwa pary nasyconej suchej w skraplaczu h2'= 1475.9 kJ/kg. Entalpia właściwa skroplonego amoniaku jest równa h3 = h4 = 371.42 kJ/kg. Ciepła właściwe wrzenia i skraplania czynnika chłodniczego:
qo = 1492.5 - 371.42 = 1121.08 kJ/kg, qk = 1707.36 - 371.42 = 1335.94 kJ/kg.
Strumienie entalpii:
39.939 kW,
45.689 kW,
39.495 kW,
9.939 kW,
39.939 - 9.939 =30.0 kW,
45.689 - 9.939 = 35.75 kW,
Temat 2: Ciecz nasycona freonu R 22 o temperaturze T' = - 20 oC przepływa izolowanym cieplnie rurociągiem poprzez zawór do otwartego naczynia znajdującego się w pomieszczeniu, w którym panuje temperatura Ta = + 20 oC i ciśnienie pa = 0.1 MPa. Określić zmiany czynnika chłodniczego i otoczenia zachodzące podczas tego procesu. Przeliczyć na R507
Rozwiązanie: W zaworze następuje proces izentalpowego dławienia od stanu cieczy nasyconej o parametrach T' = - 20 oC oraz p' = 0.2451 MPa do ciśnienia p = 0.1 MPa i odpowiadającej mu temperatury nasycenia T = - 41 oC. Entalpie właściwe cieczy nasyconej (x = 0) i pary nasyconej suchej (x = 1) freonu R 22 w stanie przed i za zaworem wynoszą odpowiednio:
T' = - 20 oC, p' = 0.2451 MPa: h' = 176.81 kJ/kg, h'' = 395.55 kJ/kg,
T = - 41 oC, p = 0.1 MPa: h' = 153.675 kJ/kg, h'' = 386.75 kJ/kg.
Entalpia właściwa R 22 za zaworem wynosi h' = 176.81 kJ/kg. Wobec tego stopień suchości x freonu za zaworem, określony na podstawie entalpii czynnika chłodniczego, jest równy:
Zatem podczas procesu dławienia z każdego kg freonu wydzieli się 0.09926 kg pary nasyconej suchej mieszającej się następnie z powietrzem pomieszczenia i 0.90074 kg cieczy nasyconej o temperaturze - 41 oC, która spływa do naczynia. W pomieszczeniu panuje temperatura 20 oC i wobec tego ciecz znajdująca się w naczyniu jest podgrzewana przez otoczenie i następuje odparowanie freonu. Do stanu pary nasyconej mokrej linia przemiany znajduje się na izobarze i izotermie 2'-2'', biegnące od lewej do prawej linii granicznej. Parowanie R 22 powoduje obniżenie temperatury otoczenia poniżej punktu rosy powietrza, z czym wiąże się wykraplanie pary wodnej. Na ściankach naczynia, do którego spływa freon, gromadzą się skropliny, a następnie powstaje warstwa szronu. W kontakcie z otoczeniem odpływające z naczynia pary freonu ogrzewają się do temperatury 20 oC. Przemiana ta zachodzi przy stałym ciśnieniu p = 0.1 MPa.
Temat 3: Strumień powietrza wilgotnego
7 m3/s kierowany jest do chłodnicy powietrza o działaniu bezpośrednim. Na wlocie temperatura na termometrze suchym jest równa Ta1 = 32 oC, na termometrze wilgotnym Tm1 = 30 oC, na wylocie z chłodnicy odpowiednio Ta1' = 23 oC, zaś Tm1' = 21.5 oC. Temperatura wrzenia czynnika chłodniczego w parowniku wynosi + 6 oC. Temperatura powierzchni zewnętrznej wężownicy parownika jest wyższa o około 0.5 oC od temperatury wrzenia czynnika w parowniku. Ciśnienie powietrza wynosi 1 bar. Należy wyznaczyć wartości współczynników kontaktu (contact factor) i obejścia (by pass factor). Podać (przybliżone) zależności między parametrami powietrza na wlocie do chłodnicy i na wylocie, za pomocą tych współczynników. Rozważania należy ilustrować rysunkiem
Rozwiązanie Najprostszym rozwiązaniem jest wykorzystanie wzorów z temperaturą, chociaż zamieszczone w temacie dane umożliwiają także inne rozwiązania.
BF=
0.647, CF = 1 - BF =
0.353
Temat 4: Naszkicować i omówić zewnętrzny (dachowy lub okienny) układ klimatyzacji , stosowany w pomieszczeniu biurowym lub mieszkalnym
Temat 5: Sprężarki tłokowe chłodnicze. Scharakteryzuj straty objętościowe i energetyczne