بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله به تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیکل تئوری تبرید تراکمی آمونیاکی با دوکمپرسور پرداخته شده است. معادلات انرژی و میزان تخریب اگزرژی برای اجزای اصلی سیکل شامل کمپرسورها، کندانسور، شیر انبساط و اواپراتور محاسبه شده است. برای حل معادلات ترمودینامیکی از نرم افزار EES استفاده شده است. در این پژوهش، تاثیر فشار کندانسور و دمای اواپراتور بر روی ضریب عملکرد سیستم و میزان تخریب اگزرژی اجزای سیکل بررسی شده است.
همچنین تاثیر فشار مخزن جداکن بر روی عملکرد سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که با افزایش فشار کندانسور و نیز کاهش دمای اواپراتور، مقدار ضریب عملکرد سیستم کاهش و میزان تخریب اگزرژی اواپراتور و کندانسور افزایش پیدا می کند. همچنین بهترین فشار برای مخزن جداکن، جذر حاصلضرب فشار اواپراتور و کندانسور بدست آمده است.کلمات کلیدی: تبرید تراکمی،دو کمپرسور، انرژی، اگزرژی، ضریب عملکرد
مقدمه
مصرف انرژی در بخش ساختمان و صنعت به یکی از جنبه های مهم در مقیاس جهانی تبدیل شده است . افزایش سریع هزینه های انرژی، مسائل مربوط به تداوم منابع سوختی، انتشار مواد آلاینده و تغییر شرایط اقلیمی سبب شده که روشهای تولید برودت به شکل فعلی دچار ناپایداری و مشکل گردد. بنابراین برای غلبه بر این مشکلات بایستی راه حلهای متفاوتی بررسی شود که بر روی کاهش مصرف انرژی و تخریب اگزرژی، بهبود عملکرد این سیستمها و همچنین کاهش اثرات مخرب زیست محیطی متمرکز شود.
اگزرژی عبارتست از بیشینه کاری که میتوان از یک مقدار انرژی در شرایط ایده آل و بازگشت پذیر از مجموعه ای از سیستمها و تجهیزات ایده ال دریافت نمود.[1-3] به عبارت دیگر اگزرژی، کار به دست آمده از یک جریان است، اگر آن جریان در یک فرآیند برگشت پذیر به تعادل ترمودینامیکی و اجزای یکسان با محیط رسانده شود. منظور از تحلیل اگزرژی، مشخص نمودن تلفات اگزرژی در یک فرآیند است که ناشی از برگشت ناپذیر بودن آن فرایند میباشد و این شناسایی میتواند به تصمیم گیری در بهبود فناوری فرآیند، جهت کاهش مصرف انرژی منجر گردد، در حالی که یک فرآیند اگر فقط تحلیل قانون اول ترمودینامیک یا تحلیل انرژی گردد، چنین شناختی را به طراح نمیدهد.
در این مقاله به بررسی تحلیل انرژی و اگزرژی یک سیستم تبرید تراکمی مضاعف که با مبرد آمونیاک کار می کند پرداخته شده است. در ادامه به شرح مختصری از خواص مبرد آمونیاک پرداخته شده است.پروتکل مونترال در سال 1987 باعث شد که استفاده از مبردهای کلروفلورو کربن1 بعد از سال 1990 در بسیاری از کشورها ممنوع شود. مبردهای هیدرو فلورو کربن2 در بسیاری از موارد جایگزین مبردهای قبلی شدند، اما پروتکل کیوتو در سال 1997 در خصوص کاهش گازهای گلخانه ای باعث شد تا محدودیت هایی در خصوص استفاده از این جایگزین ها نیز در بسیاری از کشورها بوجود آید.
این امر باعث ظهور مجدد برخی مبردهای قدیمی مانند آمونیاک، دی اکسید کربن و استفاده از هیدروکربن ها به عنوان مبرد شد که در این میان، آمونیاک در طی سالها همیشه به عنوان یک مبرد در سیستمهای تبرید مورد استفاده قرار گرفته است. آمونیاک تنها مبرد خارجی از گروه فلورو کربنی است که در حال حاضر تا حد زیادی مورد استفاده قرار می گیرد. خواص حرارتی فوق العاده آن، بهره گیری از این مبرد را در واحدهای بسته بندی، یخ سازی، سردخانه های بزرگ و ... که معمولا افراد مجربی از این سیستمها استفاده می کنند مناسب می سازد.
محققان زیادی بر روی بهینه سازی عملکرد سیکل های تبرید تراکمی پژوهش انجام داده اند و رفتار سیستم را با مبردهای مخلوط بررسی کرده اند .[4-8] هاولسکی [9] به بررسی جایگزینی مبردهای R22 و R410a پرداخت. کابلیو [10] در پژوهش خود، تاثیر پارامترهای عملکردی روی راندمان قانون اول ترمودینامیک، کار وروری به سیکل و ظرفیت تبرید سیکل تراکمی تک مرحله ای را بررسی نمود. نتایج تحقیق او نشان داد که فشار مکش و دماهای اواپراتور و کندانسور تاثیر زیادی بر روی راندمان سیکل دارد.
تحلیل ترمودینامیکی
در این سیکل، مبرد خروجی از کندانسور پس از عبور از شیر انبساط وارد مخزن جداکننده می شود. در مخزن، بخار از مایع جدا شده و به قسمت بالای مخزن می رود و از آنجا وارد کمپرسور فشار بالا می شود . مایع جدا شده نیز در کف مخزن جمع شده و پس از عبور از شیر انبساط وارد اواپراتور می شود. مبرد به حالت دوفازی بخار و مایع، در حین عبور از اواپراتور، گرمای فضای مورد نظر را جذب نموده و هنگامیکه به انتهای اواپراتور می رسد کاملا به شکل بخار در آمده و وارد کمپرسور فشار پائین می شود.
بخار مافوق گرم خروجی از کمپرسور فشار پائین قبل از ورود به کمپرسور فشار بالا، وارد مخزن شده و اندکی خنک می شود. بخار خروجی از کمپرسور فشار پائین و بخار آزاد شده در مخزن نهایتا وارد کمپرسور فشار بالا شده و فشار و دمای آن بالا می رود. سپس این بخار سوپرهیت وارد کندانسور می شود و مقداری از حرارت خود را به آب برج خنک کننده انتقال می دهد و عمل تقطیر صورت می گیرد و سیکل مذکور مجددا تکرار می شود. در شکل 2 نمودار فشار بر حسب آنتالپی سیکل مورد بررسی نشان داده شده است.
