VI.RASHLADNI_PROCESI

TIRELI:TIRELI: NAUKA O TOPLINI IINAUKA O TOPLINI II

RASHLADNI PROCESIRASHLADNI PROCESI

1. NAČIN RADA RASHLADNIH PROCESA1. NAČIN RADA RASHLADNIH PROCESA

Rashladni procesi koriste se za prijenos topline s niže temperature na višu temperaturu!

Rashladni proces je lijevokretni Carnot proces!

Rashladni proces za prijenos topline troši rad!

1 Pogonskimotor

hladnije tijelotemperature TL

toplije tijelotemperature TH

ekspander(turbina) kompresor

2

3 4

QH

QL

1

T

s

TH

TL

2

3 4QL

QH



2. CARNOTOV RASHLADNI PROCES2. CARNOTOV RASHLADNI PROCES



3. ZNAČAJKE LIJEVOKRETNOG CARNOTOVOG PROCESA3. ZNAČAJKE LIJEVOKRETNOG CARNOTOVOG PROCESA

Usporedba efikasnosti rashladnih procesa za prijenos topline s niže temperature na višu temperaturu izvodi se preko rashladnog učina (COP-coefficient of performance) i predstavlja odnos prenesene topline i za to utrošenog rada pogonskog stroja.

COP=Qin/Wnet

Za reverzibilni Carnot proces

COP=(TL·∆S)/[(TH-TL) ·∆S]=TL/(TH-TL)

COP=TL/(TH-TL)

Primjer:

Za hlađenje tijela na –50C (TL=268 K) i temperaturu okoline 200C (TH=293 K)

COP=TL/(TH-TL)=268/(293-268)=268/25=10,72

Za hlađenje tijela na –200C (TL=253 K) i temperaturu okoline 200C (TH=293 K)

COP=TL/(TH-TL)=263/(293-268)=253/45=5,62

Veći COP znači veći prijenos topline po jedinici snage pogonskog stroja!



4. RASHLADNE TVARI ZA RASHLADNE PROCESE4. RASHLADNE TVARI ZA RASHLADNE PROCESE

broj rashladne

tvari

naziv rashladne

tvari

kemijska formula

molna masa

temperatura isparavanja (0C)

pri 1 bar

kritična temperatura

(0C)

kritični tlak

(MPa)729 zrak 28,97 -194,2 -140,4 3,7713 Freon 13 CF 3 Cl 104,47 -81,3 29,0 3,87744 ugljik. dioksid CO 2 44,01 -78,4 31,1 7,3813 B1 Freon 13 B1 CF 3 Br 148,9 -57,6 67,1 3,9622 Freon 22 CHF 2 Cl 86,48 -40,6 96,1 4,98717 amonijak NH 3 17,03 -33,2 133,1 11,4212 Freon 12 CF 2 Cl 2 120,93 -29,6 112,1 4,11114 Freon 114 C 2 F 4 Cl 2 170,93 3,7 145,9 3,2721 Freon 21 CHFCl 2 102,93 9,1 178,6 5,1711 Freon 11 CFCl 3 137,38 23,7 198,1 4,38113 Freon 113 C 2 F 3 Cl 3 187,39 47,7 214,3 3,41

•Za rashladne procese klima uređaja u automobilina smije se koristiti rashladna tvar R 134 a formuleCF3CH2F koja ne sadrži Cl - spoj

•toplina kopnjenja leda kod 00C iznosi: rsw=334,9 kJ/kg

•Specifična toplina leda cs=2,09 kJ/kgK

•gustoća leda: 907,18 kg/m3; toplina hlađenja za proizvodnju leda: 3,03815·105 kJ/m3

•oduzeta toplina za proizvodnju leda: 3,516 [kW/m3dan]



5. RAČUNSKI PRIMJER 5. RAČUNSKI PRIMJER PROIZVODNJA LEDAPROIZVODNJA LEDA

Primjer:

U rashladnom procesu s rashladnom tvari R12 (CF2Cl2-diflourdiklormetan), proizvodi se 20 m3

leda na dan.

Temperatura rashladne tvari u kondezatoru iznosi 41,6 0C, a u evaporatoru –25 0C.

Odrediti:

izmjenjene topline (kW), rad kompresora (kW), rashladni učin (COP)

Očitano:

h1=hg=176,35 kJ/kg (za –25 0C); h3=h4=hf=76,17 kJ/kg (za 41,6 0C)

(h1-h4)=100,18 kJ/kg;

1

a s (J/kg K)

T (K)

23

4TH

TL

b

d


RASHLADNI PROCESIRASHLADNI PROCESI6. RAČUNSKI PRIMJER 6. RAČUNSKI PRIMJER PROIZVODNJA LEDA (1. nastavak)PROIZVODNJA LEDA (1. nastavak)

Izmjenjena toplina na evaporatoru (oduzeto vodi za proizvodnju leda):

Qin= m(h1-h4)

20(3,516)=m(100,18)→m=0,7019 kg/s (protok rashladne tvari R12)

Qin= m(h1-h4)=0,7019(100,18)=70,31 kW

Rad kompresora: W=m(h2-h1)=0,7019(213,46-176,35)=26,05 kW

Rashladni učin COP=70,31/26,05=2,70

Oduzeta toplina na kondenzatoru (prenesena toplina na okolinu):

Qout=m(h2-h3)=0,7019(213,46-76,17)=96,36 kW


RASHLADNI PROCESIRASHLADNI PROCESI7. RAČUNSKI PRIMJER 7. RAČUNSKI PRIMJER PROIZVODNJA LEDA (2. nastavak)PROIZVODNJA LEDA (2. nastavak)

Primjer:

U rashladnom sustavu s rashladnom tvari R12, proizvodi se 20 m3 leda na dan. Rashladna tvar u kondezatoru se pothlađuje za 6,6 0C iznosi 35,5 0C umjesto 41,6 0C, a u evaporatoru –25 0C

Odrediti: rashladni učin (COP) i usporediti s prethodnim primjerom bez pothlađenja

Pothlađenje: točka 3 se pomiče po graničnoj crti na nižu temperaturu za 6,6 0C (na 35,5 0C)

Entalpija za 35,5 0C iznosi h3=69,49 kJ/kg

h3=h4 (prigušenje)

Qin= m(h1-h4)=0,7019(176,35-69,49)=75,00 kW

Rashladni učin COP=75,00/26,05=2,88

Pothlađenje doprinosi boljem rashladnom učinu (2,88>2,70)

Porast efekta hlađenja s pothlađenjem rashladne tvari: T4(sb-se)

1

e s (J/kg K)

T (K)

2

3

4

TH

TL

b

d

8. VIŠESTUPANJSKI KOMPRESORSKI8. VIŠESTUPANJSKI KOMPRESORSKIRASHLADNI PROCESRASHLADNI PROCES



1

e s (J/kg K)

T (K)

2

3

4

b

58

67

c

db

Smanjenje utroška rada s dvostrukom kompresijom: 2-c-6-5

Porast efekta hlađenja s dvostrukom kompresijom rashladne tvari: 4-e-b-d



9. APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES9. APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES

Umjesto uloženog rada za kompresiju na kompresoru ugrađuje se sustav za prijenos topline s evaporatora na kondenzator uz pomoć fluida:

amonijak-voda ili

voda-litijum bromid

U nastavku analizira se slučaj:

Apsorpcijski rashladni proces s fluidom amonijak - voda

rashladna tvar amonijak (oznaka R)

prijenosnik topline voda (oznaka C)

Za amonijak toplina reakcije (+)

Rashladni učin (COP) predstavlja odnos prenesene topline i odvedene topline okolini

COP=QL/QH

1


Okolina TH

kondenzator

evaporator

2

3 4

Qc

QL

phph Rpara

Rtekuće

ekspanzijskiventil

pl

Rpara

pl

apsorber 6

7

8

9

pl

ph

ph

pl

veći udio R u C

QH toplinaevaporacije

QA

generator

manji udio R u C

U apsorberu se ukapljuju pare amonijaka uz mješanje s vodom i oduzimanjem topline QA



10. 10. DIJAGRAM ZA APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCESDIJAGRAM ZA APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCESAMONIJAKAMONIJAK--VODAVODA

11. DIJAGRAM ZA APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES 11. DIJAGRAM ZA APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES AMONIJAKAMONIJAK--VODAVODARASHLADNI PROCESIRASHLADNI PROCESI




12. APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES12. APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES

Bilansa energija: QL+QH=QC+QA=QM

Promjena eksergije: ∆SL+ ∆SH+ ∆SM=0 ; uz Q=T ∆S; ⇒(QH/TH)+ (QL/TL)=(QM/TM)

TM-temperatura na kojoj se izmjenjuje QC i QA ⇒ (QC + QA) =T ∆SM

Za QL+QH=QM ⇒(QL/TM)+(QH/TM)=(QM/TM)

Uvrštenjem:

QH[(1/TH)-(1/TM)]= QL [(1/TM)- (1/TL)]

COP=QL/QH

COP=[(1/TH)-(1/TM)]/[(1/TM)- (1/TL)]

COP=[TL/(TM-TL)][(TH- TM)/TM)]

Za mješavinu amonijak-para vrijedi:

x’=(tekući NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)

x’’=(para NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)

Za apsorpcijski rashladni proces koristi se dijagram za mješavinu amonijak-vodu



13. RAČUNSKI PRIMJER13. RAČUNSKI PRIMJERAPSORPCIJSKI RASHLADNI PROCESAPSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES

PRIMJER:

Apsorpcijski rashladni proces radi s amonijak-vodom iparametrima kao na slici

Odrediti:

Izmjenjene topline i COP

1


Okolina TH

kondenzator

evaporator

2

3 4

Qc

QL

P1=1.103 kPap2 Rpara

Rtekuće

ekspanzijskiventil

P3=207 kPa

Rtekućina-para Rpara

pl

apsorber

6

7

8

9

pl

ph

ph

pl

veći udio R u C

QH toplinaevaporacije

QA

generator

manji udio R u C

T1=104,4 0Cm1

T3=-1,1 0C

P6=207 kPaT6=26,6 0C

P9=207 kPaT9=104,4 0C



14. RAČUNSKI PRIMJER14. RAČUNSKI PRIMJERAPSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES (1.nastavak)APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES (1.nastavak)

Rješenje:

Očitane vrijednosti:

Točka (1) nakon generatora: 104,4 0C i 1.103 kPa (11,03 bara)

očitano: x1’’=0,92(para NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)-92% para NH3 u kg i 8% vode

hV=1.580 kJ/kg (entalpija parnog dijela mješavine amonijak-voda)

Točka (2) nakon kondenzatora: 1.103 kPa (11,03 bara)

očitano: x2’= x1’’=0,92 (tekući NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)

hL=84 kJ/kg (entalpija tekućine nakon kondenzatora)

T=30,5 0C temperatura tekućine nakon kondenzatora

Točka (4) nakon evaporatora: 207 kPa (2,07 bara), T=-1,1 0C

očitano: x=x2’= x1’’=0,92 (tekući NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)

x4’=0,62 (tekući NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)

hL=-232 kJ/kg (entalpija tekućine nakon evaporatora)



15. RAČUNSKI PRIMJER15. RAČUNSKI PRIMJERAPSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES (2. nastavak)APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES (2. nastavak)

Za čistu paru na evaporatoru s 207 kPa (2,07 bara), T=-1,1 0C

x4’’=0,999(para NH3 u kg)/(mješavina NH3 i voda u kg)-99,99% para NH3 u kg i 0,01% vode

hV=1.284 kJ/kg (entalpija parnog dijela mješavine amonijak-voda iza evaporatora)

Točka (7):207 kPa (2,07 bara), T=26,6 0C ; x7’=0,41; hL=-140 kJ/kg

Točka (8):1.103 kPa (11,03 bara), T=104,4 0C ; x8’=0,31; hL=280 kJ/kg

Bilansa masa na evaporatoru: 1(x4)=mtx’4+(1-mt)x’’41(0,92)=mt0,62+(1-mt)0,999 ⇒

Masa (kg) tekućeg amonijaka u 1 kg mješavine (tekuće+para) u evaporatoru: mt=0,28

Entalpija nakon evaporatora: h4= mthL+(1-mt)hV=(0,208)(-232)+(1-0,208)(1.284)=967 kJ/kg

Masa rashladne tvari: m1=m2=m3=m4=3,516/(h4-hL)=3,516/(967-84)=0,003982 (kg/s)/toni

(a)Ukupna bilansa mase: m7=m1+m8

(b)Bilansa amonijaka: m7x7=m1x1+m8x8

Iz (a) i (b) proizlazi: m8= m1 (x1-x7)/(x7-x8)=0,003982(0,92-0,41)/(0,41-0,31)=0,020308 (kg/s)/toni

m7=m1+m8=0,003982+0,020308=0,024290 (kg/s)/toni



16. RAČUNSKI PRIMJER16. RAČUNSKI PRIMJERAPSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES (3. nastavak)APSORPCIJSKI RASHLADNI PROCES (3. nastavak)

Bilansa energije za generator: QH+m7h7=m1h1+m8h8

Dovedena toplina u generator: QH=m1h1+m8h8 -m7h7=

QH=0,003982(1.580)+0,020308(280)- 0,024290(-140)=15,38 kW/toni

Bilansa energije za apsorber: QA+m7h7=m4h4+m8h8

Odvedena toplina iz apsorbera: QA=m4h4+m8h8 -m7h7

QA=m4h4+m8h8 -m7h7=0,003982(967)+0,020308(280)-0,024290(-140)=12,94 kW/toni

Bilansa energije za kondenzator: QC+m2h2=m1h1

Odvedena toplina iz kondenzatora: QC=m1h1 -m2h2=0,003982(1.580)-0,003982(84)=5,96 kW/toni

Bilansa energije za evaporator: QL+m4h4=m5h5

Dovedena toplina na evaporator: QL=m5h5 –m4h4=0,003982(967)-0,003982(84)=3,52 kW/toni

Kontrola:QH+QL=QA+QC ⇒15,38+3,52=12,94+5,96

COP=QL/QH=3,52/15,38=0,229

Documents

VI.RASHLADNI_PROCESI