بخشی از مقاله
پروژه طراحی سیستم های تبرید و سردخانه
تاریخچه و موارد استفاده از تبرید
روشهای مختلف تبرید
کمپرسورها
کندانسوراهی هوایی و آبی
اوپراتورها
سیستمهای تب
رید جذبی
مبردها و لوله کشی
سیستم تبرید ترموالکتریکی
پروژه ضیافت و داده ها
پالت چینی و محاسبه حجم محصول
تعیین مصالح ساختمانی و محاسبه ضریب کلی انتقال حرارت
مجموع بارهای حرارتی برای هر فضا
انتخاب اوپراتورها
شکل سیکل
محاسبه قدرت کمپرسورها
انتخاب کندانسور هوایی
لوله کشی سردخانه
نقشه موتورخانه
تاریخچه و موارد استفاده تبرید:
در کتابهای چین قدیم از چگونگی نگهداری یخ مطالبی بدست آمده است که تبرید را به عنوان یک حرفه شناخته شده در هزاران سال قبل معرفی می نماید. همچنین گفته اند که روسها و یونانینها برف فشرده را در انبارها نگهداری و در فصول گرم از آنها نگهداری می کردند. هندیها و مصری ها و ایرانی های قدیم با پر کردن ظروف سفالی و نگهداری آن در منطقه های مخصوص آب سرد تهیه می کردند. اما حمل قطعات یخ و نگهداری آن در انبارها که بین سالهای 1810 تا 1850 میلادی رواج پیدا کرد و استفاده از برودت را در سطح وسیعی گسترش داد به عنوان تاریخ پیدایش تبرید ثبت شده است.
در همین سالها شخصی به نام Todur با ساختن یک سردخانه که از خاک اره بجای استفاده از عایق بکار برده بود، قدم موثری جهت حمل و نگهداری یخ برداشت. حمل یخ به نقاط مختلف دنیا و استفاده از آن بتدریج مهارت و زندگی مردم را تغییر داد تا اینکه در سال 1880 کارخانه یخ مصنوعی برای رفع نیاز مردم ساخته شد. اولین ماشین تبرید که با دست کار می کرد، در سال 1834 در انگلستان ساخته شد. در سال 1851 یک مخترع آمریکایی ماشین یخ سازی خود را که از هوا به جای مبرد استفاه می کرد عرصه کرد. در سال 1860 نیز اولین ماشین با سلفوریک برای ایجاد تبرید در استرالیا ساخته شد که در صنایع نوشابه سازی مورد استفاده قرار می گرفت.
در اولین سال 1890 تبرید مصنوعی رواج یافت و سیستمهای مختلف تبرید> از جمله سیستم تبرید مکانیکی (تراکمی) عمومیت یافت و سیستم تبرید جذبی نیز در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت.
در اوایل قرن نوزدهم، کمپرسورهای سیستم های تراکمی هنوز با بخار کار می کردند و سرعت آنها در حدود 50 دور در دقیقه بود. در سال 1903 انجمن ماشین آلات تبرید و در سال 1904 انجمن مهندسین و متخصصین تبرید بوجود آمد. در سال 1905 که کمپرسورهای ؟؟؟ به ثبت رسید و تا سال 1911 که تکمیل گردید، سرعت آن از 100 به 300 دور بر دقیقه افزوده شد و در سال 1915 اولین کمپرسور مدرن دوزمانه ساخته شد و تا سال 1940 به خوبی از آن استفاده می شد. و در همین سالها بود که تولیدات صنایع تبرید و تهویه مطبوع به اوج خود رسید و دستگاههای تبرید
صنعتی و خانگی قابل توجهی تولید گردید. تا سال 1960 که خراب نشدن غذاها در اثر انجماد به ثبوت رسید، تسهیلات و تغییراتی در ساختمان سردخانه ها بوجود آمد. در چند ساله اخیر نیز پیشرفتهای فراوانی در صنعت تبرید حاصل گردیده که تاثیر مستقیم آنها بر زندگی (انسانها) کاملا مشهود است.
موارد استفاده تبرید:
زمانی از صنعت تبرید فقط برای تهیه یخ استفاده می شد ولی امروزه برای تهیه و نگهداری مواد غذایی بطور موثر و در عملیات صنعتی و تهویه مطبوع برای خنک سازی در سطح وسیعی از تبرید استفاده می شود. کاربرد تبرید در رشته های مختلف صنعتی و زندگی موجودات زیاد بوده ولی بطور خلاصه می توان آنها را به چهار دسته تقسیم کرد:
1 – در تهیه و نگهداری مواد غذایی
2 – در صنایع شیمیایی
3 – در دستگاههای سرد کننده
4 – در تهویه مطبوع و تهویه صنعتی
1 – تهیه غذا:
مراحل مختلف این امر را در تهیه، نگهداری و تضییع می توان خلاصه کرد. به این ؟؟؟ که بعضی از مواد غذایی مثل انواع گوشت و سبزی جات و میوه جات که در زمانی از سال فراوان است می توان در سردخانه ها نگهداری و در فصول دیگر آنها را به بازار عرضه کرد. بعضی دیگر از مواد غذایی روزانه مخثل شیر و بستنی نیز بودن استفاده از دستگاهای سردکننده قابل استفاده نخواهد بود.
مثلا وقتی شیر در مزرعه و گاوداریها دوشیده می شود تا زمانی که به کارخانه برسد بایستی در ظروف مخصوصی سرد و نگهداری شود. واضح است که در کارخانه در زمان عملیات پاستوریزه و بسته بندی احتیاج به نگهداری شیر در درجات پائین بوده و حتی در مرحله توزیع نیز بایستی از ماشینهایی که دارای اتاقهای سرد کننده می باشند، استفاده شود. همچنین برای تهیه و توزیع بستنی نیز در کلیه مراحل، استفاده از عملیات سرد کنندگی لازم و ضروری است.
در مورد گوشت از موقع ذبح و بسته بندی تا زمان مصرف از دستگاههای تبرید و سردخانه ها جهت حفظ آن از فاسد شدن استفاده می شود. حتی محل بسته بندی و برش گوشت نیز باید به وسیله دستگاههای تبرید سرد شوند. همچنین برای نگهداری گوشت به مدت طولانی از سردخانه هائیکه دارای درجه حرارتهای حدود باشند، باید استفاده کرده و اگر که لازم باشد گوشت به صورتی منجمد صادر شود، در حدود تا منجمد می کردند.
دستگاههای سرد کننده تنها در ساختمانها که در وسایل حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند. مثلا وقتی که ماهی صید می شود تا زمانی که کشتی به بندر برگردد و از آنها به سردخانه منتقل گردد، در این مدت سرد کردن و نگهداری ماهی در کشتی یک امر حیاتی است. در داخل کشتی سرد کردن ماهی بوسیله یخ و نگهداری آن برای مدت کوتاه امکان پذیر است. منتها انجماد سریع بوسیله دستگاههای تبرید در داخل کشتی در کیفیت و سالم ماندن ماهی کمک موثری می نماید.
کارخانه های تهیه مشروبات و نوشابه ها و آب میوه نیز ملزم به استفاده از وسایل تبرید هستند، بخصوص که، طعم نوشابه ها در دو حالت سردی بهتر و گواراتر است. در موقع تهیه آب پرتغال و حتی سایر آب میوه ها برای اینکه مزه بهتری داشته باشند، آنها را در فشار کمتری می جوشانند و جهت نگهداری درجه حرارتی معادل پیشنهاد و برای رفع توزیع نیز، وسایل حم و نقل خنک لازم است.
فریزرهای خانگی نیز قادر به نگهداری بعضی از این مواد (مواد غذایی) در حالت انجماد می باشند ذایی در حالت انجماد می باشند.
صنایع شیمیایی: قسمت وسیعی از کاربرد تبرید در صنایع شیمیایی است و ؟؟؟ متفاوت بودن تاسیسات شیمیایی، دقت ؟؟؟ کافی در این رشته مورد نیاز است.
خدماتی که بوسیله تبرید، در عملیات مختلف صنایع شیمیایی سرویس می شوند عبارتند از:
1 – جدا کردن گازها 2 – تقطیر گازها 3 – رطوبت گیری هوا 4 – جدا سازی ماده از محلول 5 – نگهداری مایع در فشار کم 6 – عملیات سرد کردن 7 – دفع حرارت در تحولات شیمیایی 8 – کنترل تخمیر ترکیبات شیمیایی
3 – مصارف مخصوص: توسع روز افزون دستگاههای مختلف تبرید دگرگونی محسوسی در زندگی ما بوجود آورده و هنوز هم در حال توسعه و تکمیل است. یکی از مصارف اختصاصی تبرید سرد کردن فلزات تا حدود بمنظور عملیات سفت کردن آنها است که در دستگاهای مخصوص و در مدت تعیین شده برای هر نوع فلز با روش خاصی انجام می پذیرد.
در حرفه داروسازی نیز برای تهیه انواع مختلف دواجات بخصوص برای نگهداری خون با گروههای مختلف که در یخچالهای مخصوصی به نام بانک خون نامیده می شود در سطح وسیعی از فن تبرید استفاده می شود.
از دیگر مصارف مخصوص تبرید در سالنهای اسکی روی یخ می باشد که با عبور ماده سرمازا و ایجاد برودت از داخل لوله هایی که در کف سالن جاسازی شده اند آب موجود در کف سالن منجمد می گردد. در ساختمانهای بتونی، بخصوص در ایجاد سدها نیز از اعمال سرد کردن بتون قبل از بتن ریزی یعنی کم کردن حجم مخصوص آن و در نتیجه فشردگی بیشتر ذرات در همدیگر و استحکام و مقاومت سد در مقابل فشار آب و لرزش و عوامل مخرب دیگر استفاده می شود. شیرین کردن آب دریا که از ضروریات زندگی امروز انسانها می باشد و در آینده نیز مسئله مهمی برای ادامه زندگی بشر خواهد بود با استفاده از تبرید امکان پذیر است. به این ترتیب که با انجماد آب شور دریا و جدا شدن نمک از یخ و آب کردن مجدد یخ و تبدیل آن به آب شیرین یکی از روشهای شیرین کردن آب دریا می باشد.
استفاده روز افزون یخ در رستورانها و منازل و صنایع، ساخت انواع ماشینهای یخسازی را افزایش داده و در نتیجه تهیه یخ به اندازه و فرمهای مختلف خود یکی از کاربردهای موثر تبرید به شمار می رود.
4 – مورد استفاده تبرید در تهویه ساختمانها: تهویه مطبوع ساختمانها به منظور رفاه و سلامتی ساکنین آن یک امر ضروری است که این عمل در ساختمانهای مسکونی بنام تهویه مطبوع و در کارخانجات و مراکز صنعتی بنام تهیه صنعتی نامیده می شود. در تهویه مطبوع بایستی که منظور اصلی سرد کردن هوای داخل ساختمانها می باشد،
از دستگاههای تبرید تراکمی و یا جذبی در سطح وسیعی استفاده می شود. تهویه صنعتی نیز به عنوان یک امر حیاتی در کارنجات و آزمایشگاههای مانند کارخانه چاپ، کارخانجات ذوب آهن، کارخانجات نساجی، و امثال آنها مورد نیاز است.
که در آنجا نیز قسمت، بخصوص در فصول گرم با دستگاههای تبرید خواهد بود.
روشهای مختلف تبرید:
مقدمه: تبرید عبارت است از جذب حرارتی از مواد و رفع آن به محیط خارج
و درکلیه سیستمهای عملی تبرید، حفظ سرما مستلزم گرفتن حرارت از موادی با درجه حرارت پائین تر و خارج کردن این حرارت به محیطی با رویه حرارتی بالاتر می باشد.
در این فصل مراحل بنیادی و اساسی تبرید مورد بحث قرار می گیرد که آن مراحل عبارتند از:
1 – افزایش درجه حرارت مبرد 2- تغییر فاز 3- انبساط مایع 4- انبساط گاز ائده آل 5- تولید خلاء 6- انبساط گاز حقیقی 7- عملیات الکتریکی
در مراحل 1 و 2 عمل جذب کردن از مواد و ایجاد تبرید بوسیله ماده مبرد در درجه حرارت پائین بوجود می آید و بقیه عملیات سیکل برای حفظ برودت لازم است.
1-1 افزایش درجه حرارت مبرد: Rise in temperatued of coolant
یکی از روشهای جذب حرارت از ماده، تماس دادن آن با یک ماده سرد دیگر است که اینجا مبرد نامیده می شود. بعنوان مثال: برای سرد کردن وسایل داخل ساختمان می توان هوای سرد تهیه کرده و به داخل ساختمان ؟؟؟؟ برای اینکه مقداری شیر در درجه حرارت پائین نگهداری می شود، با افزایش درجه حرارت آب سرد یا آب نمک که مجاور ظرف است، این کار عملی می گردد که در اینجا مبرد آب سرد یا آب خنک خواهد بود. حتی از مواد جامد نیز می توان به عنوان مبرد استفاده کرد. اگر جریان Q مقدار حرارتی باشد (بر حسب poto یا Bto/hr) که بوسیله مبرد در فشار ثابت و جریان یکنواخت جذب می شود، رابطه زیر برقرار است:
Q=m.Cp(lf-li) 1-1
M= جرم بر حسب lb یا نسبت وزن جریانی بر حسب lb/hr
Q= حرارت مخصوص مبرد در فشار ثابت بر حسب
Lf-lt= افزایش درجه حرارت مبرد بر حسب
2-1- تغییر فاز Change of plese
مقدار حرارتی که در اثر تغییر فاز یا تغییر حالت از جامد به مایع، از مایع به بخار یا از جامد به بخار به وسیله مبرد جذب می گردد معمولا برای ایجاد برودت بکار می رود. تغییر حالت از جامد به مایع را ذوب و مقدار حرارت جذب شده بوسیله مبرد را، حرارت نهان دون گویند و بهترین مثال برای این حالت ذوب یخ است. احتیاج بشر بوجود یخها به سالها پیش بر می گردد و کاربرد آن در منازل رستورانها، فروشگاهها برای سرد کردن مواد و استفاده آن در صنایع، ضروریست از محاسن استفاده از یخ به منظور ایجاد برودت عدم احتیاج بوسایل و ماشینهای مکانیکی است ولی از عیوب عدمه آن یکی ذوب آن و باقی گذاشتن آب بوده و دیگری محدود بودن درجه حرارت پائین آن تا است.
یک روش فنی که درجه ذوب و انجماد آنرا تقلیل می دهد اضافه کردن نمک به آب است. تغییر فاز از حالت مایع به بخار را (تبخیر) و مقدار حرارت جذب شده را (حرارت نهان تبخیر) گویند. ایجاد برودت بوسیله این تغییر حالت معمولترین روش در تبرید بوده و اساس کار سیکلهای تبرید تراکمی تبخیری را تشکیل می دهد.
در این سیکلها کنترل فشار تبخیر در تنظیم درجه برودت مبرد موثر می باشد. نوع دیگر تغییر فاز که باعث ایجاد برودت می گردد تغییر حالت از جامد به بخار است که آنرا (تصعید) نامیده و مقدار حرارت جذب شده را (حرارت نهان تصعید) گویند. در تصعید جسم از حالت جامد بدون گذشتن از مرحله مایع مستقیما به حالت بخار می آید. معمولا عمل حالت، جهت ایجاد برودت یخ خشک می باشد که همان انیدریک کربنیک جامد بوده و در اثر گرم شدن در فشار اتمسفر، مستقیما از جامد به بخار تبدیل می شود. یخ خشک در تصعید مقدار حرارتی که در تغییر فاز یک مبرد جذب می شود از رابطه اصلی زیر بدست می آید.
Q=M.L (1-2)
که در آن Q= مقدار حرارت انتقالی بر حسب BIV یا
M= جرم مبرد بر حسب lb یا
L= تغییرات انتقالی بر حسب (ممکن است حرارت ذوب تبخیر و یا تصعید باشد).
2-1- انبساط مایع Expansion of a liquid
انبساط مایعات باعث تقلیل درجه حرارت آنها می شود. بخصوص اگر انبساط با تغییر حالت مایع به بخار همراه باشد. نقصان درجه حرارت قابل توجهی حاصل می گردد. قبلا موضوع انبساط آیزونتروپیک یک مایع خیلی سرد شده (Subcooled) را به یک فشار کمتر در نظر داشته باشید. شکل (1-1) دیاگرام درجه حرارت- انتروپی (T-S) که در آن منحنی های مایع و بخار اشباع و همچنین خطوط فشار قابت در ناحیه مایع اشباع ترسیم شده است نشان می دهد. اگر نقطه فشار قبل از انبساط و نقطع 2 بعد از انبساط آیزونتریک مایع باشد با توجه به دیاگرام، افت درجه حرارت برای ما معلوم می شود. با علم اینکه خطوط فشارز ثابت با مقیاس رسم نشده و از مقیاس که در شکل نشان داده می شود، نزدیک به خط مایع اشباع می باشد، معلوم می شود که مقدار افت درجه حرارت از 1 به 2 کمتر از مقیاس نشان داده شده در شکل می باشد. اگر انبساط از نقطه برگشت ناپذیر و آدیاباتیک باشد، نقطه 2 بعد از انبساط در سمت راست قرار می گیرد که در هر حال مقدار افت درجه حرارت کم و تا حدودی قابل توجه است. اگر فرض کنید که انبساط آیزونتروپیک از قسمت مایع اشباع و از نقطه 3 در دیاگرام (1-1) با فشار کمتری اتفاق می افتد، (نقطه 4) تغییر قابل توجهی در درجه حرارت مشاهده می شود. اگر عملیات بصورت آدریاباتیک برگشت ناپذیر باشد، نتیجتا از نقطه 3 به 4 خواهیم رسید که در این صورت نیز کاهش درجه حرارت به همان اندازه که در حالت آیزونتروپیک بود زیاد خواهد شد. بنابراین مشاهده می شود که انبساط مایع اشباع، با کاهش قابل توجه درجه حرارت توام خواهد بود و این یکی از عملیات لازم در سیکلهای تبرید تراکمی تبخبری می باشد.
شکل 1-1
4-1- انبساط گاز ایده آل در جریان ثابت: Sleudy-flow expansion a pufext gas
در یک جریان ثابت وقتی یک گاز ائده آل منبسط می شود، کاهش درجه حرارت بوجود می آید. مقدار افت درجه حرارت ممکن است جزئی و یا قابل توجه باشد که بستگی به وضعیت محل انبساط خواهد داشت. رابطه گازهای ائده آل عبارت است از:
P.V=R.T
که در آن:
P= فشار گاز بر حسب ( نیرو)
V= حجم مخصوص بر حسب (lbجرم/lt3) جرم/lb نیرو lt
R= عدد ثابت گازها بر حسب
T= درجه حرارت مطلیق بر حسب
مقدار حرارت مخصوص ها ثابت بوده و عبارت است از:
که در آن: Cv , Cp: بترتیب حرارتهای مخصوص در فشار ثابت و حجم ثابت:
U: انرژی داخلی بر حسب
h: ؟؟؟ بر حسب
معادله انرژی در جریانهای ثابت عبارتست از:
که در آن
V= سرعت بر حسب (ft/sec)
Gc= شتاب ثقل بر حسب ft-lb/)lb)(sec)2
Y= ضریب تبدیل و عبارت است از:(BTU/lb نیرو778(ft
z= /؟؟ بر حسب (lbجرم/BTU)
