Wejdź do Ligi Graczy! - Chłodnictwo i Klimatyzacja

ChłOdNICTwO
T 2
3 P2
L
4 P1 1
5
Rys. 11. Idealny przebieg procesu rozprężania 3 – 4 we współrzędnych Temperatura – Entropia
A) T P1
B) T P1
1 1
L
2 P2
1 m
1
m P2
2
S
Rys. 12. Proces rozprężania w zaworze rozprężnym lub w kapilarze (A) i w turbinie lub
w rozprężarce (B)
2od
niem i parowaniem przedstawiają odpowiednio pole „C” i pole
„E”. Z praktyki wiadomo, że ciepło przegrzania par w sprężarce
jak i ciepło skraplania są odbierane w odpowiednio skonstruowanym
skraplaczu. W niniejszej analizie, oddzieliłem te dwa procesy
z uwagi na ich zupełnie odmienny charakter. Ma to sens, jeżeli
zdecydujemy się na odzysk ciepła przegrzania par, co ma często
praktyczne zastosowanie. Proces odzysku ciepła przegrzania par,
których temperatura jest stosunkowo wysoka, prowadzi do potencjalnej
możliwości odzysku tego ciepła, a straty egzergii mogą
być przez to zredukowane. Bazując na rysunku 10., możemy
napisać równanie egzergii dla skraplacza:
Esk = Eb – E3 – Eqsk =
ib – i3 –Tsk(Sb – S3) – qsk [(Tot – Tsk)/Tot] =
qsk(Tsk/Tot) – Tot(Sb – S3) (20)
2
S
gdzie:
E sk – egzergia skraplania,
E qsk – egzergia qsk w temperaturze Tot,
q sk – ciepło utajone skraplania.
Jeżeli chodzi o parownik, to możemy napisać następujące
równanie:
Epar = E4 – E1 – Eqpar =
h4 – h1 – Tot (S4 – S1) – (-qpar)(Tw – Tot)/Tw =
Tot (S1 – S4) – qpar (Tot/Tw) (21)
Podsumowując, możemy powiedzieć, że straty w skraplaczu
i parowniku nie zalezą od rodzaju czynnika chłodniczego.
Wpływ elementu rozprężnego na sprawność
energetyczną układu chłodniczego
Proces, w którym następuje gwałtowny spadek ciśnienia czynnika
chłodniczego, nazywamy rozprężaniem. Proces rozprężania,
który przebiega pomiędzy punktami 3 – 4 na rysunku 10.
jest odpowiedzialny za resztę strat termodynamicznych w analizowanym
układzie (cyklu) chłodniczym. Obszar „D” na rysunku
10. przedstawia straty rozprężania. W zasadzie określenie „straty
rozprężania” nie jest termodynamicznie czy też technicznie
dokładne. Jak wiemy, proces rozprężania jest procesem o stałej
entalpii, w czasie którego nie następuje znaczna zmiana energii
kinetycznej przepływającego czynnika. Patrząc na rysunek
10., możemy z pewnością powiedzieć, że są to straty wydajności
chłodniczej urządzenia (różnica entalpii pomiędzy punktami
3 – 4). Niemniej, proces ten powoduje obniżenie sprawności
energetycznej układu chłodniczego związaną z niższą wydajnością
chłodniczą, przy tej samej włożonej do sprężarki pracy
„L” (rys. 11.). W przypadku zaworu rozprężnego i rurki kapilarnej,
proces rozprężania jest nieodwracalnym procesem adiabatycznym.
Jednocześnie, w czasie procesu rozprężania, nie zostaje
wykona żadna praca, ani nie następuje żadna wymiana ciepła
(ta sama entalpia czynnika przed i za elementem rozprężnym).
Możemy wiec to odnieść do pierwszego prawa termodynamiki,
zapisując (patrz rys. 11.):
Δi = 0
Dla gazu idealnego, entalpia jest funkcją temperatury, a wiec
proces rozprężania nie zmienia jej temperatury. W przypadku
gazów rzeczywistych, jakimi są czynniki chłodnicze, obniżenie
ciśnienia powoduje spadek temperatury. Dla zaworów rozprężnych
i rurki kapilarnej możemy napisać następujące równania
(rys. 12), wynikające z praw termodynamiki:
Pierwsze prawo termodynamiki:
78 9/2012
2
S
i 1 = i 2
Drugie prawo termodynamiki:
(22)
S wyt = m (S 2 – S 1) (23)
gdzie:
S wyt – wytwarzana entropia.