سیکل تبرید تراکمی

سیکل تراکمی تبریدی یک فرآیند مهم در دنیای تبرید و خنک کاری است که برای افزایش کارایی سیستم های تبرید و خنک کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این روش، فرآیند تبریدی به صورت متناوب در دو مرحله انجام می‌شود: یک مرحله با تراکم بالا و دیگری با تراکم پایین. این فرآیند باعث بهبود کارایی سیستم تبریدی می‌شود زیرا در مرحله تراکم بالا، حرارت از سیستم جذب می‌شود و در مرحله تراکم پایین، حرارت به محیط انتقال می‌یابد.

این روش برای سیستم هایی که در محیط‌هایی با دمای بالا عمل می‌کنند، مانند سیستم های خنک کننده هوا، سیستم های تهویه مطبوع و یخچال ها، بسیار موثر است. در این مقاله، به بررسی دقیق این فرآیند و روش های استفاده از آن برای افزایش کارایی سیستم های تبریدی پرداخته می‌شود. همچنین، مزایا و معایب این روش و نحوه اجرای آن در سیستم های مختلف بررسی خواهد شد.

سیکل تبرید تراکمی به چه معناست؟

سیکل تبرید تراکمی یا سیکل تبرید جذبی یک نوع سیکل تبرید است که در آن، برای خنک کردن یک فرآیند، از انرژی جذب شده در اثر ترکیب یک جرم با یک جرم دیگر استفاده می‌شود. در این سیکل تبرید، یک ماده تراکم‌پذیر، معمولاً آمونیاک، به عنوان ماده تبرید استفاده می‌شود. در این سیستم، ماده تبرید تراکم‌پذیر در یک مبدل حرارتی به یک ماده گرمایی تبدیل می‌شود و به داخل یک مبدل جذبی یا مبدل کاری جهت خنک کردن فرآیند منتقل می‌شود. در اینجا، ماده تراکم‌پذیر با جرم دیگری، معمولاً آب، ترکیب می‌شود و انرژی جذبی به دست می‌آید که مورد استفاده برای خنک کردن فرآیند قرار می‌گیرد.

سپس، ماده تراکم‌پذیر و ماده گرمایی از یکدیگر جدا شده و به مبدل حرارتی بازگشت داده می‌شوند. در این مبدل حرارتی، ماده تراکم‌پذیر با ترکیب با هوای خنک شده از فرآیند، خنک شده و به مبدل جذبی بازمی‌گردد. این سیکل تبرید به صورت مداوم انجام می‌شود و به دلیل عملکرد بهتر و راندمان بالاتر در مقایسه با سایر روش‌های تبرید، در بسیاری از صنایع استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای این سیکل تبرید می‌توان به خنک کردن تاسیسات صنعتی، تهویه مطبوع، سیستم‌های فضایی، و دیگر کاربردهای صنعتی و تجاری اشاره کرد.

 

اجزای اصلی سیکل تبرید تراکمی را نام ببرید و هر یک را توضیح دهید:

سیکل تبرید تراکمی از چندین قسمت تشکیل شده است که هر قسمت در کارکرد سیکل تبرید مهم است:

1- کمپرسور: کمپرسور مسئول فشرده‌سازی گاز خنثی درون سیکل تبرید است. به طور کلی، کمپرسور گاز خنثی را از دمای پایینی به دمای بالاتری فشرده می‌کند تا به آن اجازه دهد تا در بخش‌های بعدی سیکل از این گاز استفاده شود.

2- گرم کننده بخار: در این بخش، گاز خنثی فشرده شده به صورت داغ به یک گرم کننده بخار منتقل می‌شود. در اینجا، گاز خنثی با تبادل حرارتی با بخار آب، گرم می‌شود و به حالت بخار خنثی در می‌آید.

3- تبخیر کننده: در این بخش، بخار خنثی از گرم کننده خارج می‌شود و با اینکه دمای آن بسیار پایین است، تبخیر می‌شود. این تبخیر باعث خنک شدن بخشی از بخار خنثی می‌شود که در نتیجه آن، بخشی از بخار خنثی به حالت مایع تبدیل می‌شود.

4- مبدل حرارتی: در این بخش، بخار خنثی از گرمای دمای پایین خود استفاده می‌کند تا بخشی از بخار خنثی را که به حالت مایع تبدیل شده، تبخیر کند. بعد از آن، بخار خنثی به صورت گازی به تبخیر کننده بازمی‌گردد.

5- تکرار: این فرآیند در ادامه تکرار می‌شود تا گاز خنثی به دمای مطلوب برسد و بتواند در سیستم تبرید استفاده شود.

6- تبخیر کننده بدون جریان: این بخش شامل یک شبکه لوله‌هایی است که به آن‌ها تبخیر کننده بدون جریان می‌گویند. در این بخش، بخار خنثی با دمای پایین‌تر از دمای محیط، با گرمای تبخیر آب یا سایر مایعات در معرض آن قرار می‌گیرد. بنابراین، این فرآیند باعث خنک شدن بخشی از بخار خنثی می‌شود که در نتیجه آن، بخشی از بخار خنثی به حالت مایع تبدیل می‌شود.

7- جذب کننده: بخش جذب کننده شامل یک ماده جاذب آب مانند سیلیکا جامد است که به طور مداوم در آن آب قرار دارد. در این بخش، بخشی از بخار خنثی با ماده جذب کننده در تماس است و به صورت مایع تبدیل می‌شود. سپس، این مایع به یک مبدل حرارتی منتقل می‌شود که به آن مبدل حرارتی جذبی می‌گویند. در اینجا، مایع جاذب آب به دمای بالاتری گرم می‌شود و بخشی از آن به حالت بخار تبدیل می‌شود.

8- مبدل حرارتی تجدید حرارت: در این بخش، بخار خنثی با دمای بالا به یک مبدل حرارتی تجدید حرارت منتقل می‌شود که به آن همچنین مبدل حرارتی جذبی می‌گویند. در این مبدل حرارتی، بخار خنثی با تبادل حرارت با مایع جاذب آب خنک شده و به حالت مایع تبدیل می‌شود. سپس، این مایع به مبدل حرارتی جذبی منتقل می‌شود که در آن به دمای پایین‌تری خنک می‌شود و به آن جذب کننده می‌رسد. این فرآیند تا زمانی که بخار خنثی به دمای مورد نیاز برسد.

 

طرز کار سیکل تبرید تراکمی

سیکل تبرید تراکمی یکی از روش‌های سرد کردن محیط است که در بسیاری از سیستم‌های تهویه مطبوع و خنک کردن اجسام استفاده می‌شود. در این سیکل، گازی که در محیط واقع شده است (معمولاً فرآیندهایی مانند سیکل‌های گازی، فرآیندهای صنعتی یا تهویه مطبوع)، در فشار بالا به صورت گرم به کمپرسور وارد می‌شود. کمپرسور سپس گاز را فشرده و به دمای بالایی بالای صفر درجه سانتی‌گراد رسانده و آن را به کندانسور (condenser) انتقال می‌دهد. در کندانسور، گرمایی که توسط گاز تولید شده است به محیط خارج می‌شود و گاز به حالت مایع تبدیل می‌شود.

حال گاز در حالت مایع به یک مبدل حرارتی یا اواپراتور (evaporator) منتقل می‌شود و در آنجا به صورت گرمابه در می‌آید و در نتیجه گرما از محیط اطراف جذب می‌شود. به عبارت دیگر، حرارت از محیط اطراف به گاز منتقل می‌شود و در نتیجه محیط اطراف سرد می‌شود. گاز پس از این مرحله به حالت گازی خود برمی‌گردد و به کمپرسور باز می‌گردد تا سیکل تبرید تراکمی مجدداً آغاز شود.

برای انجام این سیکل، یک سری اجزای اساسی مانند کمپرسور، کندانسور، مبدل حرارتی (اواپراتور)، و میزان (metering device) استفاده می‌شود. از آنجا که این سیستم بر پایه تغییر فشار گاز کار می‌کند، این روش از دقت بالایی برخوردار است و به راحتی قابل کنترل و تنظیم است.

مبردهای مورد استفاده در چرخه تبرید تراکمی

در چرخه تبرید تراکمی، برای خنک کردن جرم گرمازایی، از مبرد‌های خاصی استفاده می‌شود. این مبردها باید دارای خصوصیات خاصی باشند تا بتوانند در این چرخه به خوبی عمل کنند. برخی از مبردهای مورد استفاده در چرخه تبرید تراکمی عبارتند از:

1. ر22 (Freon-22): این ماده شیمیایی که با نام هیدروکلروفلوئوروکربن (HCFC-22) هم شناخته می‌شود، یک ماده مبرد مشهور و پرکاربرد است که در چرخه تبرید تراکمی به خوبی عمل می‌کند.
2. ر134a (1,1,1,2-Tetrafluoroethane): این ماده نیز یک ماده مبرد است که در چرخه تبرید تراکمی استفاده می‌شود. این ماده به دلیل دارا بودن گرمای مخصوص کمتر از ر22، از نظر محیط زیستی بهتر است.
3. ر407C: این ماده نیز یک ماده مبرد است که در چرخه تبرید تراکمی استفاده می‌شود. این ماده از ترکیبات مختلفی مانند ر32، ر125 و ر134a تشکیل شده است و به دلیل داشتن محیط زیستی بهتر از ر22، از آن استفاده می‌شود.
4. آمونیاک (NH3): این ماده یک ماده مبرد پرکاربرد است که در چرخه تبرید تراکمی استفاده می‌شود. این ماده از نظر محیط زیستی بسیار سالم است، اما به دلیل خطرناک بودن و بوی بدی که دارد، برای برخی کاربردها ممکن است مناسب نباشد.
5. بوتان (C4H10): این ماده نیز یک ماده مبرد پرکاربرد است که در چرخه تبرید تراکمی استفاده می‌شود. برخلاف برخی مبردهای دیگر، بوتان در مقایسه با برخی مبردهای دیگر، بوتان دارای گرمای مخصوص بالایی است و به همین دلیل برای برخی کاربردها مناسب است. با این حال، به دلیل اینکه بوتان قابل اشتعال است، برای برخی کاربردها مناسب نیست.

1. پنتان (C5H12): این ماده نیز یک ماده مبرد است که در چرخه تبرید تراکمی استفاده می‌شود. پنتان دارای گرمای مخصوصی است که در برخی کاربردها مفید است و به دلیل عدم قابلیت اشتعال آن، مناسب برای برخی کاربردها می‌باشد.
2. دی‌اکسید کربن (CO2): این ماده نیز به عنوان ماده مبرد در چرخه تبرید تراکمی استفاده می‌شود. CO2 دارای خصوصیات بسیار متفاوتی نسبت به برخی مبردهای دیگر است و به دلیل محیط زیستی سالم و عدم گلخانه‌گرایی آن، در حال حاضر برای برخی کاربردها مناسب است.

در کل، انتخاب مبرد مناسب برای چرخه تبرید تراکمی، بستگی به نیازهای خاص هر کاربرد و همچنین شرایط محیطی دارد. برای اطمینان از انتخاب مبرد مناسب، بهتر است با متخصصان مرتبط در این زمینه مشورت کنید.

 

راندمان سیکل تبرید تراکمی و عوامل کاهش آن

سیکل تبرید تراکمی یک فرایند تبریدی است که در آن یک گاز تراکم شونده، معمولاً فرآیند کمپرسور-گازرسانی، استفاده می شود تا گرمای حرارتی از یک محیط را به یک محفظه سردتر منتقل کند. راندمان این سیکل به صورت نسبت حرارتی کار خروجی به حرارت ورودی تعریف می شود و اغلب در درصد بیان می شود.

عواملی که راندمان سیکل تبرید تراکمی را کاهش می دهند عبارتند از:

1. دمای محیط: با افزایش دمای محیط، دمای کاری کمپرسور بالاتر می شود که منجر به کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
2. دمای ورودی گاز به کمپرسور: با افزایش دمای ورودی گاز به کمپرسور، دمای خروجی گاز از کمپرسور بالاتر می شود و این باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
3. فشار ورودی گاز به کمپرسور: با افزایش فشار ورودی گاز به کمپرسور، انرژی مورد نیاز برای کار کمپرسور بیشتر می شود و این باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
4. دمای خروجی گاز از کمپرسور: با افزایش دمای خروجی گاز از کمپرسور، دمای کاری تبخیر کننده بالاتر می شود و این باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
5. دمای کاری تبخیر کننده: با افزایش دمای کاری تبخیر کننده، حرارتی که باید حذف شود بیشتر می شود و این باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
6. دمای خارجی تبخیر کننده: با افزایش دمای خارجی تب خارجی کننده، فشار بخار آب در تبخیر کننده کاهش می یابد که باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.

1. جریان هوای خارجی: با افزایش جریان هوای خارجی، میزان حرارتی که باید از تبخیر کننده حذف شود بیشتر می شود که باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
2. کیفیت وضعیت تبرید: در صورتی که وضعیت تبرید ناکافی باشد، انتقال حرارت بهتر انجام نمی شود و باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
3. عملکرد کمپرسور: اگر کمپرسور به درستی کار نکند و خروجی آن کم باشد، باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی می شود.
4. عوامل طراحی: انتخاب نامناسب متریال، اندازه گیری نادرست و عدم رعایت مشخصات فنی و عوامل دیگری مانند قطر لوله ها، فاصله بین تبخیر کننده و مبدل حرارتی و… می تواند باعث کاهش راندمان سیکل تبرید تراکمی شود.

به طور کلی، هر تغییری که در پارامترهای سیکل تبرید تراکمی ایجاد شود، می تواند به کاهش راندمان سیکل منجر شود. بنابراین، برای بهبود راندمان سیکل تبرید تراکمی، باید به بهینه سازی هر یک از پارامترهای موثر در این سیکل توجه کرد.

 

نتیجه گیری

در نتیجه، سیکل تراکمی تبریدی یکی از روش های مهم در تولید سرمایش است که با استفاده از یک کمپرسور برای فشرده کردن ماده خنثی و سپس تحت شرایط خاصی برای خنثی کردن حرارت استفاده می شود. این سیکل شامل چندین پارامتر مهم مانند فشار، دما، جریان و همچنین عوامل دیگری است که تاثیر بسیاری بر راندمان این سیکل دارند. به منظور بهبود راندمان سیکل تراکمی تبریدی، باید به بهینه سازی هر یک از پارامترهای موثر در این سیکل، توجه کرد و در عین حال برای کاهش عوامل کاهنده راندمان، باید از متریال ها، تجهیزات و روش های مناسب استفاده کرد. با توجه به اهمیت سیکل تراکمی تبریدی در صنعت سرمایش، بهینه سازی و بهره وری این سیکل از اهمیت بسیاری برخوردار است.