Hőtı körfolyamat. Vezérfonal a számításokhoz. Hűtőgépek számításai 1

Átírás

1 Hőtı körfolyamat Vezérfonal a számításokhoz Hűtőgépek számításai 1

2 2 Gızzel mőködı kompresszoros hőtı körfolyamat 3 log p s=áll. s=áll. v=áll. 1 q h 5 2 p 2 ε = q h w =1,5...3,5 ε x=áll. 5 q h x=0 x=1 1 w t=áll. p 1 h, kj/kg Hűtőgépek számításai 2

3 Állapotjelzık a nyomás entalpia diagramon p1=állandó Hűtőgépek számításai 3

4 Állapotjelzık a nyomás entalpia diagramon Hűtőgépek számításai 4

5 Állapotjelzık a nyomás entalpia diagramon Hűtőgépek számításai 5

6 Állapotjelzık a nyomás entalpia diagramon Hűtőgépek számításai 6

7 Elsı lépés: az elpárologtató nyomásának megállapítása A hőtıközegnek a lehőtendı anyagénál alacsonyabb hımérsékletőnek kell lennie Példa: -25 fokos élelmiszert -30 fokos hőtıközeg tud hőteni élelmiszer hőtıközeg Hűtőgépek számításai 7

8 Elsı lépés: az elpárologtató nyomásának megállapítása Megkeressük az ehhez szükséges nyomást a telített gız táblázatból Példa: -30 fokos hőtıközeg párolgási nyomása 1,2 bar Hűtőgépek számításai 8

9 Elsı lépés: az elpárologtató nyomásának megállapítása Megkeressük az elpárolgás végpontját Példa: -30 fokos hőtıközeg párolgási nyomása 1,2 bar Hűtőgépek számításai 9

10 Második lépés: a kondenzátor nyomásának megállapítása A környezet hımérsékletének alacsonyabbnak kell lennie, mint a hőtıközegnek Példa: +30 fokos környezetnek hıt tud átadni a +35 fokos hőtıközeg hőtıközeg környezet Hűtőgépek számításai 10

11 Második lépés: a kondenzátor nyomásának megállapítása A kondenzáció végpontján az anyag cseppfolyós Példa: 13,5 bar nyomású folyadék határállapot Hűtőgépek számításai 11

12 Harmadik lépés: a kompresszió folyamatának megállapítása Adiabatikus kompresszió 1,2 bartól 13,5 barig Példa: 1,2 bar nyomáson a telített gız fajlagos entrópiája 7,05 kj/kg K Hűtőgépek számításai 12

13 Harmadik lépés: a kompresszió folyamatának megállapítása Adiabatikus kompresszió 1,2 bartól 13,5 barig Példa: 7,05 kj/kg K fajlagos entrópia 13,5 nyomáson +140 C végh ımérsékletet jelent Hűtőgépek számításai 13

14 Negyedik lépés: a kondenzáció folyamatának megállapítása Izobár kondenzáció 13,5 bar nyomáson folyadékállapotig Példa: 13,5 a túlhevítési hı és a kondenzációs hı elvonása (a fajlagos entalpia csökkenése a zöld vonal mentén) Hűtőgépek számításai 14

15 Ötödik lépés: a fojtószelepes (izentalpikus) expanzió Az izentalpikus folyamat itt függıleges egyenes vonal Példa: 0,68 MJ/kg Hűtőgépek számításai 15

16 Ötödik lépés: a fojtószelepes (izentalpikus) expanzió Az izentalpikus folyamat most narancs színő, kijelöli az elpárologtatás kezdıpontját Példa: az anyag gıztartalma most 0,23 kg/kg (a folyadék egy része elpárolgott) Hűtőgépek számításai 16

17 Ötödik lépés: a fojtószelepes (izentalpikus) expanzió Az izentalpikus folyamat most narancs színő, kijelöli az elpárologtatás kezdıpontját Példa: a fajlagos térfogat 0,001-rıl 0,280 m 3 /kg-ra növekedett (a párolgás miatt) Hűtőgépek számításai 17

18 Hatodik lépés: az értékek leolvasása 1 h = 1,72 MJ/kg, 2: h = 2,1 MJ/kg, 3 és 4: h = 0,67 MJ/kg A hőtıben felvett hımennyiség: h 1 -h 4 = (1,72-0,67) MJ/kg = 1,05 MJ/kg Hűtőgépek számításai 18

19 Hatodik lépés: az értékek leolvasása 1 h = 1,72 MJ/kg, 2: h = 2,1 MJ/kg, 3 és 4: h = 0,67 MJ/kg A kompressziórmunka: h 2 -h 1 = (2,1-1,72) MJ/kg = 0,38 MJ/kg Hűtőgépek számításai 19

20 Hatodik lépés: az értékek leolvasása 1 h = 1,72 MJ/kg, 2: h = 2,1 MJ/kg, 3 és 4: h = 0,67 MJ/kg A kondenzátorban a környezetbe leadott hımennyiség: h 2 -h 3 = (2,1-0,67) MJ/kg = 1,43 MJ/kg Hűtőgépek számításai 20

21 Számítások A hőtıgép jósági foka a hőtıben elvont hımennyiség és a kompressziómunka hányadosa ε 1,05MJ/kg = = 0,38MJ/kg 2,76 Ez a Carnot-folyamatra vonatkoztatott jósági fok. A valóságos folyamatot veszteségek terhelik. Ilyen a mechanikai súrlódás, a folyadék és gız áramlási vesztesége, a kenıanyag-szivattyú energiafogyasztása, stb. Ellenırizzük ez értékét a hımérsékletek alapján! ε = T T 0 T 0 = ( 273,15 30) K ( 273, ) K ( 273,15 30) 243, ,74 Az értékek jelentısen eltérnek. Az utóbbi egyenlet ideális gázra vonatkozik, míg a fenti a reális gázra vonatkozó, és diagramról leolvasható értéket adja eredményül K = = Hűtőgépek számításai 21

22 Számítások Tekintsük most egy olyan gép adatait, amelyben a hőtıközeg áramlása J m =0,1 kg/s értékő! A kompresszormunka P = wk J m = 380kJ/kg 0,1kg/s = 38kJ/s = 38kW A hőtıben elvont hımennyiség Φ = q0 J m = 1050kJ/kg 0,1kg/s = 105kJ/s = 105kW A hétköznapi életben sokszor az óránkénti hıelvonást veszik figyelembe: kj s kj Φ = 105 kw = = = s h h MW 378 h Hűtőgépek számításai 22

23 Számítások Ismerni akarjuk a gép méreteit, ezért tekintsük most a térfogatáramot! A -30 C-os gız fajlagos térfogata v g =0,963 m 3 /kg, a +35 C-os folyadéké v l =0,0017m 3 /kg A kompresszor szívócsonkján belépı gızáram: J Vg = J v m kg 0,1 s 3 m 0,963 kg m 0,0963 s 3 g = = = A kondenzátorból kilépı folyadékáram: 96,3 l s J Vl = J v m kg 0,1 s 3 m 0,0017 kg m 0,00017 s 3 l = = = 0,17 l s Hűtőgépek számításai 23

24 Saturated Ammonia --Temperature Table Spec, Volume Enthalpy deg-c kpa m^3/kg kj/kg temperaturesaturated saturated saturated saturated saturated liquid vapor liquid vapor T C p_sat@t vf vg hf hg ,7 0, , , ,2 0, , , , ,5 0, , , ,6 0, , , , ,2 0, , , ,3 0, , , , ,9 0, , , , ,9 0, , , , ,6 0, , , , ,9 0, , , , ,2 0,0016 0, , ,6 0, , , , ,5 0, , ,3 1460, ,2 0, , , , , , , , ,4 0, , ,8 1468, ,9 0, , , ,2 Ennek a táblázatnak a kezdıpontja: a -40 C-os folyadék fajlagos entalpiája h=0 kj/kg Ezért a -40 C-os párolgáshı a folyadék- és gız entalpiák különbsége: 1388,8 kj/kg Hűtőgépek számításai 24