CHLADÍCÍ ZAŘÍZENÍ. Obr. č. VIII-1 Kompresorový chladící oběh

Transkript

1 CHLADÍCÍ ZAŘÍZENÍ 01. Zadání cvičení - proveďte měření tepelných výkonů chladícího kompresoru. Při měření respektujte ČSN Ze změřených veličin vyhodnoťte hmotnostní chladivost, chladící výkon, práci adiabatické komprese chladiva, měrný a celkový tepelný výkon kondenzátoru (vzduchového i vodního) včetně chladícího faktoru měřeného chladícího zařízení. Vyhodnocení proveďte analyticky i pomocí diagramu i-log p. Chladící oběh je naplněn chladivem R-413a, který se používá v zemědělství (chlazení mléka ap.), potravinářství (chladící boxy a pulty, ap.) i odpadovém hospodářství. 02. Metodický výklad - zadané zařízení na němž má být provedeno měření je kompresorové chladící zařízení (obr. č. VIII-1). Kompresor (K) nasává páry chladiva o teplotě t 1' = t 4' a tlaku vypařování (p v ). Stlačuje je adiabaticky na kondenzační tlak (p k ) při teplotě kondenzace t 2'. Ve srážníku (S) - kondenzátoru se z oběhu odvádí teplo (q k ) za stálého tlaku (p k ) a stálé teploty (t 2' ) kondenzace. V redukčním ventilu (R) dochází ke škrcení kapaliny chladiva (R-413a) na vypařovací tlak (p v ) a to do stavu mokré páry. Ve výparníku (V) se vypařuje chladivo, tj. roste suchost páry (x) při stálém vypařovacím tlaku (p o ). Před kompresorem je zařazen sací filtr - dehydrátor. Pak kompresor (K) nemůže nasávat mokrou páru, nýbrž nasává sytou páru (x = 1,0) event. přehřátou páru (obr. č. VI-2). Rovněž kondenzace probíhá za stálého tlaku (p k ) a teploty kondenzace do stavu syté kapaliny event. do stavu podchlazení kapaliny. Podchlazení syté kapaliny a přehřátí syté páry zvyšuje hmotnostní i objemovou chladivost a tedy zmenšuje geometrické rozměry kompresoru. Obr. č. VIII-1 Kompresorový chladící oběh 02.1 Teoretické řešení chladícího oběhu - teplo přivedené jednotkové hmotnosti chladiva ve výparníku se nazývá hmotnostní chladivost (q o ), která ve smyslu označení obr. č. VIII-2 je dána vztahem: q o = i i [ J.kg -1 ] (VIII-1) 1 4 Adiabatická práce komprese chladiva v kompresoru (a ad ), která přechází jako tepelná energie rovněž do chladiva se stanoví: a ad = i i [ J.kg -1 ] (VIII-2) 2 1 a pak jednotka hmotnosti chladiva před vstupem do kondenzátoru nese tepelnou energii (q k ) určenou rovnicí: q k = q + a = i i [ J.kg -1 ] (VIII-3) o ad 2 3 Toto teplo (q k ) je vzduchovým nebo vodním chladičem odváděno mimo chladící oběh.

2 Nasává-li kompresor přehřátou páru (1') a v kondenzátoru dochází k ochlazování kapalin chladiva (3') zvětšuje se hmotnostní chladivost (q o ), což pro stejný chladící výkon vede k menším geometrickým rozměrům chladícího kompresoru, avšak při větší teplosměnné ploše kondenzátoru. Určující vztahy pro výpočet chladícího zařízení jsou shodné, pouze dosazujeme entalpie stavů označených v obr. č. V-2 pruhem (1', 2', 3', 4'). Obr. č. VIII-2 Chladící oběh v i-p diagramu určen: Nepravá účinnost chladícího zařízení se vyjadřuje tzv. chladícím faktorem, který je q P = ε o ch ch = [-] (VIII-4) a Pad Chladící výkon (P ch ) je určen hmotnostní (q o ) či objemovou (q v ) chladivostí a hmotnostním (Q mf ) či objemovým (Q vf ) průtokem chladiva: P ch = Q q = Q q [W] (VIII-5) mf o vf v Obdobně tepelný výkon kondenzátoru (P k ) se určí: ( q a) Pk = Qmf q k = Qmf o + [W] (VIII-6) a shodně příkon adiabatické komprese chladiva (P ad ) se stanoví: P ad = Q a [W] (VIII-7) mf ad Těmto tepelným výkonům (P ch, P k ) musí odpovídat velikost teplosměnných ploch výparníku (S v ) a kondenzátoru (S k ). Průtok chladiva (Q mv, Q mf ) a entalpie (i) v charakteristických místech chladícího oběhu se stanoví experimentálně na měřící trati. Pro určení entalpií (i) je nutné měřit teploty (t i ) a tlaky (p i ) v těchto charakteristických místech (stavech) chladícího oběhu Měřící trať chladících oběhů - zařízení - zkoušení chladících zařízení a kompresorů vychází z ČSN Proto byla pro návrh měřicí a zkušební tratě chladících kompresorů (obr. č. VIII-3) zvolena jako zkušební metoda G, používající k měření průtoku chladiva dvou stojatých odměrných nádob (I, II).

3 Obr. č. VIII-3 Schéma zapojení zkušební tratě chladících kompresorů Při měření chladícího výkonu (P ch ) kompresoru (1 - obr. č. VIII-3) metodou G se na zkušební trati měří objemový průtok chladiva (Q vf ) a hodnoty stavových veličin (teploty - t fi a tlaky p i ) chladiva v charakteristických místech (1 až 4, obr. č. VIII-2) místech chladícího oběhu. Průtok chladiva se měří dvojicí stojatých, odměrných ocejchovaných, tlakových nádob (I, II - obr. č. VIII-3), jejichž plnění a vyprazdňování se nastaví čočkovými ventily (2) a (3). Tlak v charakteristických místech oběhu (p 1 - p 5 ) se měří čidly tlaku a kontrolně přesnými tzv. kontrolními manometry (Chirana). Teploty chladiva v těchž místech oběhu (t f1 - t f6 ) se měří termočlánky měď - konstantan a jsou ukládány prostřednictvím modulů ADAM (9) do počítače. Pro naměřené teploty (t fi ) a tlaky (p i ) se v p-i diagramu (příloha č. I) stanoví entalpie (i i ) v charakteristických místech chladícího oběhu (obr. č. VIII-2) a podle odstavce 02.1 se vypočtou příslušné tepelné veličiny (q o, a ad, q k, P ck, P ad, P k, ε). Z určeného průtoku chladiva (R-413a) podle rovnice VIII-9 se vypočte skutečný chladící výkon (P ch ) chladícího kompresoru: P ch mf ( i i ) = Q [W] (VIII-9) 1 4 Zkoušky resp. odečítání požadovaných měřených veličin a parametrů se podle článků 42 až 47 ČSN provádí nejméně čtyřikrát. Chladící výkon (P ch ) podle vedlejší zkušební metody G se určí obdobně podle rovnice VI-12, pouze průtok chladiva (Q mf ) se stanoví objemovým měřením průtoku (Q vf ) pomocí odměrných nádob I a II. Průtok Q mf se pak vypočte následovně: Q mf 2 1 π d e 1 1 = Qvf = ( h 2 h1) [kg.s -1 ] (VIII-10) v 4 t v z kde Q vf je objemový průtok chladiva [m 3.s -1 ], v' je měrný objem syté kapaliny chladiva [m 3.kg -1 ] při teplotě (t f ) a tlaku (p) chladiva v odměrných nádobách (I a II). Ekvivalentní průměr (d e ) odměrných nádob chladiva (I, II) se určil podle článku 118 ČSN a činí 117 mm, přičemž h 1 a h 2 jsou výšky sloupce chladiva ve stavoznaku odměrných nádob (I, II) na začátku a konci doby měření t z průtoku chladiva (Q vf ). 03. Zadání protokolu 1. Proveďte nejméně čtyři opakování měření veličin metodu G stanovení chladícího výkonu chladícího kompresoru. Naměřené veličiny stavu v charakteristických místech cyklu znázorněte v p-i diagramu chladiva R-413a (viz příloha). 2. Proveďte výpočet tepelných veličin a výkonů chladícího kompresoru.

4

5 Thermodynamic Properties of DuPont ISCEON MO49 (R-413A) Refrigerant (R-218/R-134a/R-600a 9/88/3% by weight) SI Units Tables of the thermodynamic properties of ISCEON MO49 (R-417A) have been developed and are presented here. This information is based on values calculated using a DuPont thermodynamic property program. Units P = Pressure in kpa. Absolute T = Temperature in Celsius V f = Fluid (liquid) specific volume in cubic meters per kilogram V g = Vapour (gas) specific volume in cubic meters per kilogram d f = Density of saturated vapour in kilograms per cubic meter d g = Density of saturated liquid in kilograms per cubic meter h = Enthalpy (kj/kg) s = Entropy (kj/kg. K) Reference points for Enthalpy and Entropy: h f = 200 kj/kg at 0 s f = 1 kj/kg. K at 0 Physical Properties Chemical Formula CF 3 CF 2 CF 3 /CH 2 FCF 3 /(CH 3 ) 3 CH (9/88/3% by weight) Molecular mass Boiling Point At one atmosphere Critical Temperature Critical Pressure kpa Critical Density kg/m 3 Critical Volume m 3 /kg 1

6 Table 1 DuPont ISCEON MO49 (R-413A) Saturation Properties Temperature Table PRESSURE (kpa) v f VOLUME (m 3 /kg) v g d f DENSITY (kg/m 3 ) d g h f ENTHALPY (kj/kg) LATENT h fg h g s f ENTROPY (kj/k kg) s g

7 Table 1 (continued) DuPont ISCEON MO49 (R-413A) Saturation Properties Temperature Table PRESSURE (kpa) v f VOLUME (m 3 /kg) v g d f DENSITY (kg/m 3 ) d g h f ENTHALPY (kj/kg) LATENT h fg h g s f ENTROPY (kj/k kg) s g

8 Table 1 (continued) DuPont ISCEON MO49 (R-413A) Saturation Properties Temperature Table PRESSURE (kpa) v f VOLUME (m 3 /kg) v g d f DENSITY (kg/m 3 ) d g h f ENTHALPY (kj/kg) LATENT h fg h g s f ENTROPY (kj/k kg) s g

9 Table 1 (continued) DuPont ISCEON MO49 (R-413A) Saturation Properties Temperature Table PRESSURE (kpa) v f VOLUME (m 3 /kg) v g d f DENSITY (kg/m 3 ) d g h f ENTHALPY (kj/kg) LATENT h fg h g s f ENTROPY (kj/k kg) s g

10 Table ( 68.28) ( 57.98) ( 51.34) ( 46.33) (1.6248) (343.5) (1.7719) (0.8487) (350.2) (1.7487) (0.5805) (354.5) (1.7365) (0.4434) (357.7) (1.7284) ( 42.24) ( 38.77) ( 35.74) ( 33.04) (0.3597) (360.37) (1.7226) (0.3031) (362.6) (1.7181) (0.2623) (364.6) (1.7145) (0.2313) (366.3) (1.7115)

11 Table 2 (continued) ( 30.59) ( 28.35) ( 28.06) ( 26.28) V H S V H S V H S V H S (0.2071) (367.9) (1.7089) (0.1875) (369.3) (1.7067) (0.1852) (369.5) (1.7065) (0.1714) (370.7) (1.7048) ( 24.35) ( 22.55) ( 20.85) ( 19.25) (0.1578) (371.9) (1.7031) (0.1463) (373.0) (1.7016) (0.1364) (374.1) (1.7003) (0.1278) (375.1) (1.6991)

12 Table 2 (continued) ( 17.72) ( 16.27) ( 14.89) ( 13.56) (0.1202) (376.1) (1.698) (0.1135) (377.0) (1.7719) (0.1075) (377.9) (1.6961) (0.1021) (378.7) (1.6952) ( 12.28) ( 11.06) ( 9.88) ( 8.74) (0.0972) (379.3) (1.6944) (0.0928) (380.2) (1.6937) (0.0887) (381.0) (1.6930) (0.0850) (381.7) (1.6924)

13 Table 2 (continued) ( 7.64) ( 6.57) ( 5.53) ( 4.53) (0.0816) (382.3) (1.6918) (0.0785) (383.0) (1.6912) (0.0756) (383.6) (1.6907) (0.0729) (384.2) (1.6902) ( 3.55) ( 2.60) ( 1.68) ( 0.77) (0.0704) (384.8) (1.6897) (0.0680) (385.4) (1.6893) (0.0658) (385.9) (1.6888) (0.0658) (385.9) (1.6888)

14 Table 2 (continued) (0.10) (0.96) (1.80) (2.62) (0.0618) (387.0) (1.6881) (0.0600) (387.5) (1.6877) (0.0583) (388.0) (1.6873) (0.0567) (388.5) (1.6870) (3.43) (4.21) (4.98) (5.74) (0.0552) (389.0) (1.6867) (0.0537) (389.4) (1.6864) (0.0523) (389.9) (1.6861) (0.0510) (390.3) (1.6858)