مقاله ساخت و بهره برداری ازیک سیستم سرمایش جذبی

اختصاصی از فایل هلپ مقاله ساخت و بهره برداری ازیک سیستم سرمایش جذبی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

این محصول در قالب ورد و قابل ویرایش در 130 صفحه می باشد.

-1- ماشین جذبی و کاربردهای آن

در سال 1777 یعنی بیش از 200 سال پیش یک فرانسوی به نام «نایرن» (Nairne)تئوری تبرید جذبی را ارائه کرد. در سال 1860 اولین چیلر جذبی که با آمونیاک و آب کار می کرد ساخته شد. در سال 1945 اولین چیلر جذبی به وسیله کمپانی «کریر» به فروش رسید. چیلر جذبی سرگذشتی طولانی دارد، اما در دنیا چندان نام آور نیست. شاید درک این مطلب که ماشینی بتواند با استفاده از بخار آب یا سوختن سوخت آب سرد تولید کند کمی مشکل باشد! [1] اما هم اکنون در دنیا به دلیل استفاده از منابع جدید انرژی (گاز، نور خورشید و …) استفاده ناچیز انرژی برق و عدم استفاده از مبردهای مخرب لایه ازن به این ماشین توجه خاصی شده است.

1-1-1- مفاهیم و اصول (1)

تئوری ماشین جذبی از مفهوم «افزایش نقطه جوش»
 (Boiling point increase)گرفته شده است. زمانی که یک مول از محلولی با یک لیتر آب مخلوط شود نقطه جوش در حدود   افزایش می یابد. آب خالص در شرایط استاندارد در  می جوشد، اما وقتی که چند مول از محلولی به آب افزوده شود نقطه جوش آن چند درجه زیاد خواهد شد. این مطلب که در دبیرستان آموزش داده شده برای چیلر جذبی مورد استفاده قرار گرفته است.

 تولید آب سردشده: زمانی که یک خشک کننده (desiccant) در محفظه خالی از هوا وجود دارد، بخار آب موجود در محفظه به وسیله آن جذب خواهد شد. فشار این محفظه ممکن است تقریبا در حد خلاء با دمایی حدود  باشد چرا که مقدار بخار آب بسیار کم است. (شکل 1-1)

شکل(1-1)

 اگر این محفظه به محفظه دیگری که حاوی آب خالص است و از راه یک شیر متصل شود، فشار محفظه جدید باید در حدود 0.1 بار مطلق (Absolute bar) و دمای آن در حدود  باشد. میان آب خالص و مایع خشک کننده اختلاف فشار بخار بسیار زیادی وجود دارد. زمانی که شیر باز شود بخار آب موجود در آب که محفظه خود را پرکرده است، باید به محفظه خشک کننده برود. در این زمان این مقدار زیاد بخار آب، فرایند کاهش فشار زیادی را با حرکت به محفظه خشک کننده می گذارند و مقداری از آب هم بخار خواهد شد و خود را خنک خواهد کرد.  (شکل 2-1)

شکل(2-1)

اگر لوله های آب سرد در محفظه آب خالص نصب شوند، آب در لوله ها سرد یا خنک می شود و این آب خنک می تواند برای تهویه مطبوع با فرایند سرد کردن مورد استفاده قرار گیرد.

تغلیظ دوباره: (Reconcentration) هنگامی که بخار آب اضافی که توسط مایع خشک کننده جذب می شود فرایند جذب شدن را آهسته کرده یا متوقف می سازد, فرایند سرد کردن هم پایان می پذیرد. سپس مایع خشک کننده اشباع با گرمایش توسط بخار یا سوختن گاز دوباره تغلیظ می شود. (شکل 3-1)

شکل (3-1)

بنابراین مبرد جذب شده به وسیله چنین حرارتی بخار می شود، در حالی که مایع خشک کننده دوباره غلیظ خواهد شد. بخار آب در محفظه خشک کن به وسیله آب خنک کن، سرد می شود و دوباره به صورت مایع در می آید. (شکل 4-1)

شکل (4-1)

به هر حال خشک کننده به صورت جامد به آسانی به محفظه دیگر منتقل نمی‌شود و به این علت از یک خشک کننده یا جاذب (Absorbent) مایع برای چیلرهای جذبی واقعی استفاده می شود.

2-1-1- فرایندهای ترمودینامیکی درسیکل تبرید جذبی (3)

معمولی ترین فرایندهای ترمودینامیکی که در تبرید جذبی و سیستم های صنعتی جذبی اتفاق می افتند، در اینجا تشریح می شوند. این فرایندها: مخلوط شدن آدیاباتیک و غیر آدیاباتیک دو جریان گرمایش  وسرمایش شامل تقطیر و تبخیر و فرایند خفگی هستند.

مخلوط شدن آدیاباتیک دو جریان: شکل (5-1) مخلوط شدن را نشان می دهد که دو جریان دوتایی با غلظت و انتالپی مختلف در یک فرایند جریان دائم مخلوط می شوند. تعیین حالت جریان خروجی از محفظه مستلزم برقراری تعادل جرم و انرژی در حجم معیاری است که توسط محفظه اختلاط تعریف می شود.

شکل (5-1): فرایند مخلوط شدن جریان دائم و آدیاباتیک

تعادل انرژی: (1-1)                             

تعادل جرم: (2-1)                              

و تعادل جرم برای یک جزء: (3-1)                     

با حذف  از معادله های (1-1) و (2-1):  

معادله (4-1) خط مستقیمی را روی نمودار h-x تعریف می کند، همانطور که در شکل(5-1) نشان داده شده است، حالت 3 باید روی این خط قرار داشته باشد. می‌توان نشان داد که:

(5-1)                                 

(6-1)                                 

می توان از نمودار h-x برای حل مسائل مخلوط شدن استفاده کرد. اما این روش هنگامی که حالت نهایی در ناحیه مخلوط قرار داشته باشد کمی پیچیده است.

 - مخلوط شدن دو جریان با انتقال حرارت: این نوع فرایند کاملا متداول است و در محفظه جاذب ماشین تبرید جذبی اتفاق می افتد. در این حالت که در شکل (6-1) نمایش داده شده تعادل انرژی تبدیل می‌شود به:

(7-1)                              

و معادله های تعادل جرم همان معادله های مخلوط شدن آدیاباتیک هستند:

(8-1)                                           

(9-1)                                  

 

شکل (6-1) مخلوط شدن دائم دو جریان با انتقال حرارت

معادله برای غلظت  همان معادله (5-1) است در حالی که معادله آنتالپی  به صورت زیردر می آید:

(10-1)                           

معادله (10-1) با معادله (6-1) تنها در جمله آخر تفاوت دارد. نمایش این مطلب را روی نمودار h-x در شکل (6-1) می بینید. نقطه ‘3 بیانگر حالتی است که در مخلوط شدن آدیاباتیک اتفاق می افتد. نقطه 3 در فاصله مستقیم  زیرنقطه ‘3 قرار دارد. چرا که  و گرما دفع شده است. اگر گرما افزوده شود نقطه 3 بالاتر از نقطه ‘3 قرار خواهد گرفت (ژنراتور ماشین جذبی)

شکل (7-1): فرایند خفگی برای مخلوط مایع دوتایی تحت شرایط جریان دائم

- فرایندهای گرمایش و سرمایش: تبخیر و تقطیر تنها در سیکل جذبی اتفاق می افتد و به سادگی قابل بررسی ترمودینامیکی هستند. لذا از توضیح در این باره خودداری می‌شود.

 - فرایند خفگی: فرایند خفگی در بیشتر سیکل های تبرید روی می دهد. یک شیر خفانشی به طور شماتیک در شکل (7-1) نمایش داده شده است. با اینکه تبخیر در فرایند خفگی صورت می گیرد و دمای مخلوط تغییر می کند، تعادل انرژی  را نتیجه می دهد و غلظت ثابت می ماند x2=x1 نقاط حالت (1) و (2) روی نمودار h-x متشابه اند. اما باید یادآوری شود که حالت (1) در فشار P1 و حالت (2) در فشار P2 هستند. خط  توسط سعی و خطا و با استفاده از حرکت دادن یک خط راست و خط ایجاد تعادل رسم شده است. دمای  عموما کمتر از است و نسبت جزیی مایع و بخار توسط نسبت تصویرهای اجزای خط  تعیین خواهد شد.

3-1-1- فشارهای بالا و پایین ماشین (4)

فشار بالای ماشین را شرایط سیال تقطیرکننده(Condensing medium) و فشار پایین را شرایط مبرد تعیین می کند. برای دست یافتن به بیشترین کارایی سیستم، اختلاف فشار میان سمت فشار بالا و فشار پایین تا حد امکان کوچک نگه داشته شود.

4-1-1- یک قرارداد (5)

کمیته فنی (ASHRAE) عبارت های زیر را برای محلول برومیدلیتیم- آب پیشنهاد می کند: «محلول جاذب ضعیف» (Weak absorbent) محلولی است که مبرد را در محفظه جاذب به خود گرفته در کمترین درجه تمایل به جذب مبرد قرار دارد. «محلول جاذب قوی»(strong absorbent) محلولی است که مبرد را در ژنراتور از دست داده بنابراین تمایل زیادی به جذب مبرد دارد.

5-1-1- کاربردها- ماشین جذبی در مقیاس تجارتی

دستگاه های جذبی که هم اکنون در دنیا ساخته می شوند عموما آب- خنک             (Water - cooled) هستند و از آب و برومیدلیتیم که آب نقش مبرد را دارد استفاده می کنند و یا هوا خنک هستند(Air - cooled) و از آب و آمونیاک که آمونیاک نقش مبرد را ایفا می کند کمک می گیرند. این دستگاه ها غالبا برای تهویه مطبوع هستند. شکل (8-1) یک سرماساز جذبی آب- برومیدلیتیم با ظرفیت بالا را نشان می دهد.[6]

شکل (8-1): دیاگرام اجزا و نمودار جریان ها برای یک سرما ساز جذبی

 از ماشین جذبی در ظرفیت های پایین هم استفاده می شود. شکل (9-1) نمایی از یک سیکل برومیدلیتیم- آب با گرمایش مستقیم (Direct - fired) است که برای گرما و سرماسازی به کار  می رود. همچنین شکل (10-1) یک سیکل برومیدلیتیم و آب در تناژکم برای ایجاد سرما به وسیله نور خورشید را نشان می دهد. [5]

     

شکل (10-1): دیاگرام سیکل آب- برمید لیتیم با پوسته عمودی برای سرمایش خورشیدی

  

شکل (9-1): دیاگرام سیکل آب-برمیدلیتیم با گرمایش مستقیم

  

در شکل (11-1) دیاگرام چیلر آب- آمونیاک با گرمایش مستقیم و کندانسور هوایی را می بینید.[5]

شکل (11-1) دیاگرام چیلر هوا خنک با گرمایش مستقیم که با آب و آمونیاک کار می کند.

 علاوه بر این ها، دستگاه جذبی آب- آمونیاک در کاربردهای صنعتی و با ظرفیت زیاد که نیاز به دماهای پایین برای انجام فرایند خود دارند به کار گرفته شده است.[5]

2-1- انواع ماشینهای جذبی و تفاوت های آنها

در اینجا ماشینهای جذبی از 4 جهت دسته بندی شده اند: از جهت جفت مبرد- جاذب(Absorbent - refrigerant pair) ، از جهت روش گرمایش، از جهت طبقه‌های ژنراتور و از جهت روش خنک کردن که مورد آخر در فصل دوم بررسی می شود.

1-2-1- جفت مبرد- جاذب(7)

دو ماده ای که جفت مبرد- جاذب را می سازند باید نیازهای زیر را برآورند تا برای تبرید جذبی مناسب باشند:

1- نبودن فاز جامد: جفت مبرد- جاذب نباید در محدوده ترکیب شدن و دمایی که تحت آن قرار می گیرند، تشکیل فاز جامد بدهند. اگر جامد تشکیل شود، می توان پیشگویی کرد که جریان سیال متوقف شده دستگاه از کار بیفتد.

2- نسبت فرار بودن: مبرد باید آنقدر فرار باشد که بتواند به راحتی از محلول جاذب جدا شود. در غیر اینصورت محدودیت های قیمت و گرمایش می تواند مانع از عمل جدایی شوند.

3- تمایل به ترکیب: محلول جاذب باید در شرایط جذب شدن مبرد تمایل زیادی به ترکیب شدن با آن داشته باشد. این تمایل به ترکیب (1) سبب می شود که مقدار محلول جاذب در گردش و در نتیجه تلف شدن انرژی حرارتی در اثر ازدست رفتن گرمای محسوس کاهش یابد و (2) ابعاد مبدل حرارتی که گرما را از محلول جاذب به مخلوط جاذب- مبرد در سیکل واقعی انتقال می دهد را کم خواهد کرد. محاسبات نشان داده اند که میل ترکیبی زیاد ضررهایی را به دنبال خواهد داشت. این خاصیت در ارتباط با گرمای جدا شدن است و با افزایش آن گرمای جدا شدن زیاد می شود. در نتیجه گرمای بیشتری در ژنراتور برای جدا سازی جاذب از مبرد لازم است.

4- فشار: فشارهای کارکرد ماشین که بیشتر به وسیله خواص فیزیکی مبرد دیکته می شوند باید معقول باشند. فشارهای بالا، لزوم استفاده از دستگاهی با دیوارهای ضخیم را می طلبد و توان الکتریکی قابل توجهی برای پمپ کردن سیال ها از فشار پایین به فشار بالا لازم خواهد بود.

فشارهای کم (خلاء) استفاده از دستگاه با حجم بالا را الزامی می کند و ابزارهای ویژه ای برای کاهش افت فشار در جریان بخار مبرد لازم است.

فهرست مطالب

عنوان                                                                        صفحه

فصل اول- آشنایی

1-1- ماشین جذبی و کاربردهای آن................ 2

2-1-1- مفاهیم و اصول....................... 2

3-1-1- فرایندهای ترمودینامیکی در سیکل جذبی. 6

4-1-1- فشارهای بالا و پایین ماشین........... 10

5-1-1- یک قرارداد ......................... 10

6-1-1- کاربردها: ماشین جذبی در مقیاس تجارتی 10

2-1- انواع ماشینهای جذبی و تفاوت های آنها..... 13

1-2-1- جفت مبرد- جاذب...................... 13

2-2-1- روش های مختلف گرمایش................ 16

3-2-1- طبقه های ژنراتور.................... 18

4-2-1- ماشین جذبی برای گرمایش و سرمایش .... 19

3-1- اهداف این تحقیق.......................... 21

1-3-1- ماشین جذبی درمقایسه با ماشین تراکمی. 21

2-3-1- محلول آب- برومید لیتیم در مقایسه با امونیاک – آب.............................................. 22

3-3-1- سیستم هوا خنک در مقایسه با آب خنک... 23

4-3-1- استفاده مستقیم از گاز شهری در مقایسه با منابع دیگر نظیر بخار داغ و انرژی خورشیدی......................... 24

5-3-1- ظرفیت دستگاه........................ 25

4-1 -مراجع.................................... 26

فصل دوم- ترمودینامیک سیکل

1-2- روش های مختلف خنک کن..................... 28

1-1-2- خنک کردن با آب...................... 28

2-1-2- خنک کردن با هوا..................... 28

عنوان                                                                        صفحه

3-1-2- خنک کردن تبخیری..................... 29

2-2- طرح مناسب بهمراه مدل فیزیکی و دیاگرام جریان 30

3-2- پیش فرض ها و داده های ورودی.............. 36

4-2- خواص ترمودینامیکی و ترموفیزیکی نقاط...... 41

5-2- ضریب عملکرد.............................. 45

1-5-2- تعریف کلی ............................. 45

2-5-2- ضریب عملکرد ماشین جذبی ................ 47

3-5-2- ضریب عملکرد اصلاح شده................ 50

6-2- مراجع.................................... 54

فصل سوم- بررسی اواپراتور

1-3- مقدمه.................................... 56

2-3- اواپراتور پاششی.......................... 57

3-3- روشی برای تخمین طول لوله در اواپراتور.... 58

1-3-3- انتقال حرارت........................ 58

2-3-3- ضریب انتقال حرارت سمت مایع سرد شده.. 59

3-3-3- ضریب انتقال حرارت سمت مبرد.......... 60

4-3- تبخیر لایه ای............................. 61

5-3- روش بررسی اواپراتور...................... 61

6-3- روش محاسبات.............................. 62

1-6-3- آب خنک شونده ....................... 62

2-6-3- محاسبات داخل لوله................... 63

3-6-3- محاسبات برای دیواره لوله............ 65

4-6-3- محاسبات خارج لوله................... 66

5-6-3- انتقال حرارت در اواپراتور........... 67

6-6-3- ضریب انتقال حرارت کلی............... 68

7-6-3- حل نهایی و محاسبه طول لوله.......... 69

عنوان                                                                        صفحه

7-3- مراجع.................................... 69

فصل چهارم – بررسی کندانسور

1-4- مقدمه.................................... 71

2-4- توضیح.................................... 72

3-4- انتقال حرارت............................. 72

4-4- محدوده های تغییرات در شرایط محاسبه ...... 73

5-4- بیان پارامترها........................... 76

6-4- ناحیه خنک شدن فاز بخار .................. 76

7-4- محاسبه ضریب انتقال حرارت سطح لوله با هوا. 77

8-4- تعاریف و معادلات برای ضریب انتقال حرارت کلی 79

9-4- تقطیر لایه ای داخل لوله................... 80

10-4- افت فشار................................ 82

11-4- چگونگی محاسبات.......................... 83

12-4- مراجع................................... 84

فصل پنجم- بررسی محفظه جاذب

1-5- مقدمه.................................... 86

2-5- کریستالیزاسیون........................... 86

3-5- مقایسه سه نوع جاذب از نظر کارکرد آنها در سیکل هوا- خنک جذبی...................................... 88

1-3-5- توضیحات ضروری....................... 88

2-3-5- محاسبات مشابه برای هر سه سیکل....... 89

3-3-5- مدل EISA............................. 91

4-3-5- محاسبات مدل EISA..................... 94

5-3-5- مدل KUROSAWA........................ 95

6-3-5- مدل تلفیقی.......................... 99

4-5- طراحی جذب................................ 103

عنوان                                                                        صفحه

5-5- مراجع.................................... 104

فصل ششم- ژنراتور106

1-6- مقدمه.................................... 106

2-6- مدل فیزیکی .............................. 107

3-6- ضریب انتقال حرارت سمت آب- برومیلیتیم..... 108

4-6- آنالیز احتراق سوخت....................... 110

5-6- محاسبات احتراق سوخت...................... 112

6-6- انتقال حرارت در سمت گاز.................. 113

1-6-6- انتقال حرارت جابجایی ............... 114

2-6-6- انتقال حرارت تابش................... 116

3-6-6- محاسبه سطح لوله..................... 120

7-6- مدلهای عملی........................... 120

8-6- مراجع.................................... 125

نتیجه گیری کلی................................ 126