SVEUILITE U RIJECI TEHNIKI FAKULTET

TEHNIKA HLAENJA Nositelj kolegija: Izv. prof. dr. sc. Branimir Pavkovi, dipl. ing. Suradnik: Aleksandar Bounovi, dipl. ing.

ii

SADRAJ 1. UVOD 1.1. PODRUJE PRIMJENE TEHNIKE HLAENJA 1.2. TOPLINSKO OPTEREENJE HLADIONICE 1.3. TEMPERATURE U TEHNICI HLAENJA 1.4. FIZIKALNE POJAVE I OSNOVNI PROCESI U TEHNICI HLAENJA 1.4.1. Kompresijski rashladni ureaji (procesi s mehanikom kompresijom pare) 1.4.2. Sorpcijski rashladni ureaji 1.4.3. Rashladni ureaji s mlaznim duhaljkama (ejektorski rashladni ureaji) 1.4.4. Hlaenje ishlapljivanjem 1.4.5. Vrtlona cijev 1.4.6. Termoelektrino hlaenje 1.4.7. Ekspanzija plinova uz dobivanje rada 1.4.8. Termomagnetsko hlaenje 1.4.9. Desorpcija plinova 2. PRORAUN RASHLADNOG UINKA ZA HLADIONICU 2.1. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED DOVOENJA TOPLINE KROZ STJENKE 2.2. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED HLAENJA I SMRZAVANJA PROIZVODA 2.3. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED HLAENJA VANJSKOG ZRAKA 2.4. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED ODVIJANJA BIOLOKIH

PROCESA U USKLADITENIM PROIZVODIMA (TOPLINA DISANJA) 2.5. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED RADA LJUDI 2.6. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED RASVJETE 2.7. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED STVARANJA INJA NA ISPARIVAU 2.8. TOPLINSKO OPTEREENJE USLIJED RADA VENTILATORA 2.9. EFEKTIVNO VRIJEME RADA I RASHLADNI UINAK UREAJA

iii

3. KOMPRESIJSKI RASHLADNI PROCESI 3.1. PRIRODNO I PROCESNO HLAENJE 3.1.1. Prirodno hlaenje 3.1.2. Procesno hlaenje 3.2. RASHLADNI, OGRJEVNI I OGRJEVNO-RASHLADNI PROCESI 3.3. PLINSKI RASHLADNI PROCESI 3.3.1. Zrani rashladni proces (Jouleov rashladni proces) 3.3.2. Zrani rashladni ureaj s dvostepenom kompresijom i dvostepenom ekspanzijom 3.3.3. Priblienje Carnotovu procesu 3.4. PARNI RASHLADNI PROCESI 3.4.1. Parni rashladni proces s jednostupanjskom kompresijom 3.4.1.1. Priguivanje kondenzata 3.4.1.2. Suho usisavanje 3.4.1.3. Utjecaj pothlaivanja radne tvari u kondenzatoru 3.4.1.4. Pothlaivanje kondenzata hladnom parom radne tvari 3.4.2. Parni rashladni proces s jednostupanjskom kompresijom i isparivanjem na

dvije temperature (2 priguna ventila) 3.4.3. Parni rashladni procesi s viestupanjskom kompresijom 3.4.3.1. Dvostupanjska kompresija s hladnjakom pare 3.4.3.2. Dvostupanjska kompresija s meuhladnjakom - odjeljivaem 3.4.3.3. Dvostupanjska kompresija s meuhladnjakom odjeljivaem: priguivanje

duboko pothlaenog kondenzata u PVI i priguivanje umjereno pothlaenog kondenzata u PVII

3.4.3.4. Dvostupanjska kompresija s meuhladnjakom odjeljivaem: priguivanje duboko pothlaenog kondenzata u PVI i priguivanje duboko pothlaenog kondenzata u PVII

3.4.3.5. Dvostupanjska kompresija s priguivanjem u dva priguna ventila i meuhladnjakom - odjeljivaem

3.4.3.6. Dvostupanjska kompresija s priguivanjem u dva priguna ventila i meuhladnjakom odjeljivaem, s isparivanjem na dvije temperature

3.4.3.7. Trostupanjska kompresija s meuhladnjacima odjeljivaima s isparivanjem na jednoj, dvije ili tri temperature

3.4.4. Kaskadni rashladni procesi

iv

4. RADNE TVARI ZA KOMPRESIJSKE PARNE PROCESE 4.1. POELJNA SVOJSTVA RADNIH TVARI 4.2. OZNAAVANJE RADNIH TVARI (MEUNARODNO) 4.3. UTJECAJ RADNIH TVARI NA OKOLI 4.4. OSNOVNE TERMODINAMIKE OSOBINE RADNIH TVARI 4.5. FIZIOLOKO DJELOVANJE RADNIH TVARI 4.6. ODABIR RADNIH TVARI OVISNO O PRIMJENI 4.7. ODABIR KONSTRUKCIJSKIH MATERIJALA OBZIROM NA KORITENE RADNE TVARI 4.8. POPIS I SVOJSTVA RADNIH TVARI 5. PRIJENOS TOPLINE IZMEU RASHLADNOG UREAJA I HLADIONICE 5.1. HLAENJE S NEPOSREDNIM ISPARIVANJEM 5.2. HLAENJE PUTEM MEDIJA ZA PRIJENOS TOPLINE 5.3. USPOREDBA HLAENJA S NEPOSREDNIM ISPARIVANJEM I

HLAENJA PUTEM MEDIJA ZA PRIJENOS TOPLINE 5.4. TVARI ZA PRIJENOS TOPLINE 5.4.1. Rasoline 5.4.2. Glikolne smjese 5.4.3. Halogenirani ugljikovodici 5.4.4. Ugljini dioksid CO2 5.4.5. Binarni led 6. KOMPRESORI 6.1. STAPNI KOMPRESORI (KOMPRESORI S OSCILIRAJUIM

STAPOVIMA) 6.1.1. Proces kompresije 6.1.2. Stupanj dobave kompresora 6.1.2.1. Utjecaj tetnog prostora uzima se u obzir kroz 1 6.1.2.2. Utjecaj pada tlaka 1p kod usisavanja - 2

v

6.1.2.3. Utjecaj zagrijavanja kod usisa - 3 6.1.2.4. Utjecaj propusnosti - 4 6.1.2.5. Utjecaj broja okretaja kompresora na stupanj dobave 6.1.3. Izmjena topline izmeu plina i stijenke cilindra 6.1.4. Stupnjevi djelovanja 6.1.5. Odstupanje stvarnog rashladnog procesa od teoretskog 6.1.6. Kapacitet hlaenja kompresora rashladni uinak 0Q 6.1.7. Viestupanjska kompresija 6.1.8. Razvodni sustavi stapnih kompresora 6.1.8.1. Automatski ventili 6.1.8.2. Razvod s rasporima 6.1.9. Regulacija dobave stapnih kompresora 6.1.9.1. Povremeni prekid pune dobave 6.1.9.2. Gruba promjena dobave 6.1.9.3 Kontinuirana regulacija dobave 6.2. ROTORNI KOMPRESORI (KOMPRESORI S ROTIRAJUIM

STAPOVIMA) 6.2.1. Kompresori s jednim rotorom 6.2.1.1. Lamelni kompresori 6.2.1.2. Kompresori s ekscentrinim rotorom 6.2.1.3. Vijani kompresori s jednim vijkom 6.2.1.4. Kompresori sa spiralama (scroll) 6.2.2. Kompresori s dva rotora 6.2.2.1. Vijani kompresori s dva vijka 6.2.2.2. Regulacija dobave rashladnih vijanih kompresora 6.2.3. Indikatorski dijagram i promjenjivi protutlak 6.3. TURBOKOMPRESORI 6.3.1. Osnovne jednadbe kod prorauna turbokompresora 6.3.2. Glavne jednadbe strojeva na strujanje

vi

6.3.3. Viestepena kompresija 6.3.4. Radne karakteristike kompresora 6.3.5. Regulacija dobave turbokompresora 7. IZMJENJIVAI TOPLINE RASHLADNIH UREAJA 7.1. ISPARIVAI 7.1.1. Prijelaz topline kod isparivanja 7.1.2. Tipovi i konstrukcije isparivaa 7.1.2.1. Podjela prema nainu isparivanja 7.1.2.1.1. Suhi isparivai 7.1.2.1.2. Potopljeni isparivai 7.1.2.2. Oblikovanje povrine za prijenos topline 7.1.2.3. Podjela prema namjeni i izvedbi 7.1.3. Utjecaj temperature isparivanja na kaliranje proizvoda 7.1.4. Otapanje inja s povrine zranih hladnjaka 7.2. KONDENZATORI 7.2.1. Tipovi i konstrukcije kondenzatora 7.2.1.1. Podjela prema nainu hlaenja 7.2.2. Optono hlaenje ishlapljivanjem rashladni toranj 8. PRIGUNI VENTILI I ORGANI 8.1. RUNI PRIGUNI VENTIL 8.2. REGULATORI RAZINE 8.2.1. Priguni ventil s plovkom na strani niskog tlaka VPNT 8.2.2. Priguni ventil s plovkom na strani visokog tlaka VPVT 8.3. REGULATOR STALNOG TLAKA 8.4. REGULATORI TEMPERATURE PREGRIJANJA

vii

8.4.1. Termoekspanzijski ventil TEV 8.4.2. Termoekspanzijski ventil s vanjskom egalizacijom tlaka 8.4.3. Elektroniki ekspanzijski ventil 8.5. KAPILARE 9. CJEVOVODI ZA RADNU TVAR 9.1. PREPORUENE BRZINE I PADOVI TLAKA 9.2. IZRAZI ZA IZRAUNAVANJE PADA TLAKA U CJEVOVODIMA 9.2.1. Jednofazno strujanje - strujanje pare ili kapljevine 9.2.1.1. Pad tlaka uslijed trenja 9.2.1.2. Pad tlaka uslijed lokalnih otpora 9.2.2. Dvofazno strujanje - strujanje smjese pare i kapljevine 10. RADNE KARAKTERISTIKE KOMPRESIJSKIH RASHLADNIH UREAJA 10.1. KARAKTERISTIKA KOMPRESORA 10.2. KOMPRESOR I ISPARIVA 10.3. NESTACIONARNE PROMJENE NA POETKU HLAENJA 10.4. REGULACIJA RADA RASHLADNOG UREAJA 11. APSORPCIJSKI RASHLADNI UREAJI 11.1. DVOJNE SMJESE 11.1.1. Toplinske pojave kod mijeanja (sa i bez odvoenja topline) 11.1.2. Merkelov h - dijagram 11.1.3. Mijeanje 11.1.3.1. Pravilo mijeanja i temperatura mijeanja 11.1.3.2. Mijeanje uz dovoenje topline 11.1.4. Isparivanje 11.1.5. Ukapljivanje 11.1.6. Toplinske pojave kod isparivanja 11.1.7. Azeotropske smjese 11.1.8. Neprekidno isparivanje 11.1.9. Pravilo projekcija toplina 11.1.10. Apsorpcija 11.1.11. Priguivanje 11.2. JEDNOSTUPANJSKI APSORPCIJSKI RASHLADNI UREAJI

viii

11.2.1. JEDNOSTAVNI JEDNOSTUPANJSKI UREAJ 11.2.2. JEDNOSTUPANJSKI UREAJ S IZMJENJIVAIMA TOPLINE 11.3. DVOSTUPANJSKI APSORPCIJSKI RASHLADNI UREAJI 11.4. RESORPCIJSKI RASHLADNI UREAJI 11.4.1. SLUAJ S VELIKOM KOLIINOM RASHLADNE VODE 11.4.2. SLUAJ S OGRANIENOM KOLIINOM RASHLADNE VODE 11.5. TEORETSKA ZAGONSKA TOPLINA APSORPCIJSKOG RASHLADNOG

UREAJA, TOPLINSKI OMJER HLAENJA RASHLADNI ODNOS 11.6. APSORPCIJSKE DIZALICE TOPLINE 11.7. APSORPCIJSKI TOPLINSKI TRANSFORMATORI 12. RASHLADNE SMJESE 13. SUHI LED 14. TERMOELEKTRINO HLAENJE 15. RASHLADNI UREAJI S MLAZNIM DUHALJKAMA (EJEKTORSKI RASHLADNI UREAJI) 16. UKAPLJIVANJE PLINOVA 16.1. UKAPLJIVANJE PLINOVA KASKADNIM HLAENJEM 16.2. UKAPLJIVANJE PREMA LINDEU 16.2.1. JEDNOSTAVNI UREAJ ZA UKAPLJIVANJE PLINOVA PO LINDEU 16.2.2. LINDEOV UREAJ S JEDNOSTAVNIM OPTOKOM I PREDOHLAIVANJEM POMOU RASHLADNOG UREAJA 16.2.3. LINDEOV UREAJ S DVOSTRUKIM OPTOKOM

ix

POPIS LITERATURE F. Bonjakovi: Nauka o toplini I , II, III, Tehnika knjiga Zagreb, 1970.

V. Brlek: Kompresor, Tehnika enciklopedija, Sv. 7, pp. 221-255.

V. Brlek: Rashladna tehnika, Tehnika enciklopedija, Sv. 11, pp. 430-468

S. Vuji i. dr.: Rashladni ureaji, Mainski fakultet Beograd, 1988.

R. Budin, A. Miheli-Bogdani: Osnove tehnike termodinamike, kolska knjiga Zagreb, 1990.

H. L. von Cube, F. Steimle, H. Lotz, J. Kunis: Lehrbuch der Kltetechnik, Bd. 1, 2, C. F. Mller Verlag, Heidelberg, 1997.

R. Planck: Handbuch der Kltetechnik, Bd. 1-12, Springer Verlag, Berlin, 1954 -66.

H. Drees: Khlanlagen, VEB Verlag Technik, Berlin, 1965.

ASHRAE: 2006. ASHRAE Handbook Refrigeration, ASHRAE Atlanta GA, 2006.

Althouse, Turnquist, Bracciano: Modern Refrigeration and Air Conditioning, The Goodheart Willcox Company, Tinley Park, 2000.

Breidenbach: Der Klteanlagenbauer, Bd. 1 und 2, Vlg. C. F. Mller, Karlsruhe 1990.

Breidert: Projektierung von Klteanlagen, C. F. Mller, Karlsruhe 1995.

Ciconkov: Refrigeration Solved Examples, University of Skopje, 2001.

Dozenten der Kltetechnik an Fachhochschulen (Hrsg.): Aufgabensammlung Kltetechnik, C. F. Mller, Karlsruhe 1995.

IIR: Recomendations for the processing and handling of frozen foods, IIR Paris 1986.

Planck, Schmidt: Klteanlagentechnik in Fragen und Antworten, Bd. 1 und 2, C.F. Mller Verlag, Heidelberg 1996.

Dossat, Horan: Principles of Refrigeration, Prentice Hall, Columbus Ohio, 2001

TEHNIKA HLAENJA

1

1. UVOD Tehnika hlaenja je grana tehnike koja se bavi postupcima i pojavama hlaenja tijela. Zadatak tehnike hlaenja je postizanje temperatura niih od okoline i njihovo odravanje. Ona obuhvaa sve procese i postupke, kao i ureaje, postrojenja i komponente koji slue postizanju, odravanju i koritenju temperatura niih od okoline temperature. 1.1. PODRUJE PRIMJENE TEHNIKE HLAENJA Tehnika hlaenja ima iroku primjenu u raznim granama ljudske djelatnosti: - u prehrambenoj industriji: Pored konzerviranja hrane djelovanjem topline, suenjem ili

fizikalno-kemijskom modifikacijom, hlaenje je jo jedan, esto koriten nain konzerviranja.

- Konzerviranje hlaenjem dijelimo na hlaenje (do oko 0oC) i smrzavanje (ispod 0oC). Dok hlaenje ne utjee na promjenu okusa ili kvalitete namirnica, pri smrzavanju i ponovnom otapanju se oni mijenjaju. Brzina smrzavanja utjee na kvalitetu robe organskog porijekla. Brzim smrzavanjem u robi se stvara vei broj manjih kristala, pa se stijenke stanica pri smrzavanju manje oteuju. Polaganim hlaenjem na temperaturama do 15oC u robi se stvara manji broj velikih kristala koji uzrokuju trganje staninih stijenki, to nepovoljno utjee na kvalitetu robe. Osim veliine kristala na kvalitetu namirnica nakon odleivanja utjee dehidracija proteina prilikom smrzavanja. Promjena kvalitete proteina uslijed dehidracije ovisi takoer o brzini smrzavanja i manja je kod brzog smrzavanja.

- Hlaenje i smrzavanje se koriste u mnogim fazama pripreme, prerade i distribucije ivotnih namirnica. Mesna industrija, mlijena industrija, proizvodnja i distribucija voa i povra, proizvodnja piva i vina, brodovi tvornice za preradu ribe...

- Primjeri: U voarstvu je potrebno u najkraem moguem vremenu ohladiti voe nakon berbe. Cilj je sauvati kvalitetu, izbjei gubitak uslijed kvarenja, produiti vijek trajanja. U proizvodnji vina mot se hladi radi postizanja to bolje kvalitete vina. Na brodovima tvornicama za preradu ribe, kao i u mesnoj industriji cilj je u skladu s tehnolokim zahtjevima ohladiti i smrznuti proizvod.

- Ureaji za smrzavanje mogu se podijeliti na:

- ureaji za smrzavanje u struji zraka - ploasti ureaji za smrzavanje - ureaji za smrzavanje pricanjem proizvoda hladnom tekuinom ili uranjanjem u

hladnu tekuinu (npr. solna otopina) - ureaji za smrzavanje pricanjem proizvoda tekuinom koja isparuje ili

umakanjem u takvu tekuinu (npr. tekui N2 koji kod tlaka 1 bar isparuje kod temperature 196oC, pa se povrina proizvoda praktiki trenutno smrzne)

Za smrzavanje u struji zraka, pri temperaturama oko 35oC, koriste se tuneli s prisilnom cirkulacijom zraka u kojima se proizvodi ne kreu (arni tuneli, uobiajenih kapaciteta 5- 30 tona na dan), kao i tuneli u kojima se proizvodi kreu na transporteru ili u fluidiziranom sloju (kontinualni tuneli, kapaciteta 2 6 tona na sat).

TEHNIKA HLAENJA

2

Nakon smrzavanja roba se skladiti u skladitima za smrznute namirnice. Ovisno o uvjetima temperature, vlanosti i brzine strujanja zraka biti e i kvaliteta, odnosno vrijeme trajanja takvih namirnica. - u domainstvu: hlaenje i smrzavanje namirnica kuanski hladnjaci i zamrzivai (rije

friider dolazi od imena tvornice Frigidaire) - u trgovini: dio hladnog lanca, tu su rashladne komore i vitrine u prodajnim prostorima. - u procesnoj i kemijskoj industriji: kontrola brzine odvijanja procesa, postizanje

odgovarajuih otopivosti kod smjesa, ukapljivanje plinova i njihovo skladitenje, hlaenje u naftnoj industriji u cilju uklanjanja voska, proizvodnja sintetike gume, petrokemija, farmaceutska industrija.

- proizvodnja i obrada metala: razvlaivanje zraka za visoke pei, toplinska obrada, sklapanje dijelova s dosjedima da bi se izbjeglo grijanje

- laboratoriji: za ispitne stanice strojeva, vozila i ureaja koji rade pri niskim temperaturama, umjetna atmosfera

- u klimatizaciji: u cilju odravanja temperature i vlanosti zraka, hlaenjem ili grijanjem (toplinske crpke) zraka ili medija za prijenos topline u klimatizacijskim postrojenjima.

- u medicini i biologiji : za lokalnu anesteziju, olakavanje stanja bolesnika, usporavanje metabolizma, konzerviranje krvi ili dijelova tijela namijenjenih transplantaciji, kriokirurgija

- u transportu: Dio hladnog lanca kojeg ine proizvodnja, transport, distribucija i potronja. U cilju ouvanja kvalitete tijekom transporta namirnice se moraju odravati na eljenoj temperaturi. Brodski rashladni ureaji slue za hlaenje skladita robe, provijanta, kontejnera ili spremnika za transport ukapljenih plinova.

- u sportu: klizalita, bob staze, proizvodnja umjetnog snijega - i dr. 1.2. TOPLINSKO OPTEREENJE HLADIONICE

=

=8

1iio QQ && [kW]

1. Toplinsko optereenje uslijed dovoenja topline kroz stijenke 2. Toplinsko optereenje uslijed hlaenja i smrzavanja proizvoda 3. Toplinsko optereenje uslijed hlaenja vanjskog zraka (namjerno i nenamjerno

provjetravanje) 4. Toplinsko optereenje uslijed odvijanja biolokih procesa u uskladitenim proizvodima

(toplina disanja) 5. Toplinsko optereenje uslijed rada ljudi 6. Toplinsko optereenje uslijed rasvjete 7. Toplinsko optereenje uslijed stvaranja inja na isparivau 8. Toplinsko optereenje uslijed rada ventilatora

TEHNIKA HLAENJA

3

1.3. TEMPERATURE U TEHNICI HLAENJA Temperature koritenja K Podruje primjene 400 ... 355 (123 ... 80 oC) Dizalice topline (toplinske crpke) visoke temperature 353 ... 323 (80 ... 50 oC) Dizalice topline (toplinske crpke) srednje temperature 323 ... 293 (50 ... 20 oC) Dizalice topline (toplinske crpke) niske temperature 293 ... 283 (20 ... 10 oC) Hlaenje u postrojenjima klimatizacije 283 ... 273 (10 ... 0 oC) Hlaenje namirnica u tzv. hladnom lancu 273 ... 263 (0 ... -10 oC) Proizvodnja leda za potrebe transporta, klizalita,

kristalizacija u industriji kalija 263 ... 240 (-10 ... -33 oC) Smrzavanje namirnica, suenje smrzavanjem, ukapljivanje

propana, butana i amonijaka 240 ... 223 (-33 ... -50 oC) Specijalni postupci smrzavanja 223 ... 200 (-50 ... -73 oC) Simulacijske i ispitne komore, kruti ugljini dioksid 200 ... 150 (-73 ... -123 oC) Ukapljivanje etana i etilena, kriomedicina 150...100 (-123 ... -173 oC) Ukapljivanje zemnog plina 100...50 (-173 ... -223 oC) Ukapljivanje zraka, razdvajanje zraka, plemeniti plinovi

visokotemperaturna supravodljivost 50...20 (-223 ... -253 oC) Ukapljivanje neona i vodika, izdvajanje deuterija 20...4 (-253 ... -269 oC) niskotemperaturna supravodljivost, ukapljivanje helija 4-10-6 (-269 ...-273oC) mjerna tehnika, fizikalna istraivanja 1.4. FIZIKALNE POJAVE I OSNOVNI PROCESI U TEHNICI HLAENJA Za ostvarivanje hlaenja mogu se iskoristiti razne fizikalne pojave:

1. Promjena agregatnog stanja (kopnjenje krute tvari, isparivanje kapljevine, sublimacija) 2. Ishlapljivanje kapljevine 3. Desorpcija plinova 4. Strujanje velikim brzinama u vrtlonoj cijevi 5. Termoelektrini efekt 6. Ekspanzija komprimiranih plinova uz dobivanje mehanikog rada 7. Priguni efekt (Joule Thomsonov efekt) 8. Termomagnetski efekt 9. Elektrokaloriki efekt

Hlaenje odvojenim procesima (kopnjenje leda, isparivanje kapljevine, sublimacija suhog leda krutog CO2) moe trajati dok na raspolaganju stoji odreena tvar. Nakon toga zalihu te tvari treba obnoviti. To su odvojeni procesi (diskontinuirani). Neprekidno hlaenje moe se postii tako da se radna tvar pogodnim krunim procesom nakon ostvarivanja efekta hlaenja ponovno vrati u prvobitno stanje uz utroak energije. Tako npr., koristei efekt hlaenja koji nastaje uslijed isparivanja, rade kompresijski rashladni ureaji, apsorpcijski rashladni ureaji i rashladni ureaji s mlaznim duhaljkama (ejektorski).

TEHNIKA HLAENJA

4

1.4.1. Kompresijski rashladni ureaji (procesi s mehanikom kompresijom pare) Ovi ureaji rade s parom radne tvari, tj. proces pada u zasieno podruje. Dovoenje topline

0Q odvija se kod konstT =0 i konstp =0 a odvoenje topline Q je kod konstp = i u veem dijelu kod konstT = . Za rad ureaja troi se mehaniki rad L . Faktor hlaenja ili rashladni mnoilac je

LQ0

0 = .

Sl. 1.1. Jednostupanjski kompresijski rashladni ureaj

Radne tvari:, halogenirani derivati zasienih ugljikovodika (CFC, HCFC, HFC, trgovaki naziv koji je vrlo est je freoni), anorganske tvari (voda, CO2, amonijak), ugljikovodici (propan, izobutan), smjese radnih tvari. CFC clorofluorocarbons, potpuno halogenirani derivati zasienih ugljikovodika, uglavnom metana i etana (npr. R12) HCFC hydrochlorofluorocarbons, djelomino halogenirani derivati zasienih ugljikovodika koji sadre vodik i klor (npr. R22) HFC hydrofluorocarbons, djelomino halogenirani derivati zasienih ugljikovodika koji sadre vodik i ne sadre klor (R407C je smjesa triju HFC-a) 1.4.2. Sorpcijski rashladni ureaji Razlikuju se ureaji s kontinuiranim (tu se najee koriste apsorpcijski ureaji) i diskontinuiranim pogonom (najee adsorpcijski ureaji). Adsorpcijski rashladni ureaji Kod ureaja s diskontinuiranim pogonom esto se koristi kruti adsorbent. Kod ovih ureaja se koriste procesi adsorpcije para ili plinova u krutim adsorbentima. Izvedba prikazana na slici sastoji se od isparivaa, kondenzatora, sorbera (adsorber-desorber) u kojem je adsorbent i tri ventila.Obzirom da je adsorbent kruta tvar mora se proces odvijati naizmjence s krutom ili plinovitom radnom tvari. Tijekom jednog kompletnog procesa adsorpcije adsorbent vee na sebe adsorbat pri enu odaje toplinu QA. Adsorbat koji isparuje oduzima od okoline toplinu Q0, pa se ostvaruje hlaenje. Udio adsorbata u adsorbensu mijenja se od poetne vrijednosti xR do konane xA

kompresor

isparivakondenzator

priguni ventil

L

Q Q0

TEHNIKA HLAENJA

5

Tijekom procesa desorpcije dovoenjem topline QD (npr. grijanje plinom) adsorbat se istjeruje iz adsorbenta. Odavanjem topline QC okolini ili grijanom mediju adsorbat se ukapljuje u kondenzatoru. Ventili slue za odreivanje vremena pogona u odreenom reimu.

Sl. 1.2. Sorpcijski sustav za hlaenje, diskontinuirani pogon Meu takve ureaje spadaju i otvoreni sorpcijski rashladni ureaji koji kombiniraju sorpciju i hlaenje ishlapljivanjem. Za pogon koristimo toplinu, moe i sunevu energiju.

Sl. 1.3. Otvoreni sorpcijski sustav za hlaenje, shema i h,x-dijagram

Ispariva Kondenzator Ispariva KondenzatorIspariva Kondenzator Ispariva Kondenzator

1. Adsorpcija 2. Desorpcija

Otpadni zrak

Sorpcijsko razvlaivanje

Ventilator

Regenerator

Grija Ovlaiva Odvodni zrak

Filter Grija OvlaivaVentilator

Dovodni zrak

10 9 8 7 6

5 4 3 2 1

0

h

x

1

2 h1 = const

h10 = const

5

6

7

8

9

10

3=4

TEHNIKA HLAENJA

6

Apsorpcijski rashladni ureaji Radne tvari za apsorpcijske rashladne ureaje su smjese, najee dvojne. Umjesto kompresora tu imamo tzv. termokompresor, koji se sastoji iz generatora, apsorbera, prigunog ventila i crpke). Za pogon ureaja se troi toplina, a ne mehaniki rad kao kod kompresijskih ureaja. Jednostavni apsorpcijski rashladni ureaj

Sl. 1.4. Jednostavni jednostupanjski apsorpcijski rashladni ureaj Uobiajene radne smjese su: voda amonijak (H2O NH3) litijev bromid - voda (LiBr - H2O)

Umjesto faktora hlaenja (rashladnog mnoioca) definira se toplinski omjer hlaenja hQ

Q0= Svaki bolji ureaj opremljen je izmjenjivaima topline. 1.4.3. Rashladni ureaji s mlaznim duhaljkama (ejektorski rashladni ureaji) Najea radna tvar za ove ureaje je voda. U tom su sluaju ovi rashladni ureaji primjenjivi za temperature iznad 0oC. (klimatizacija, prehrambena industrija, kemijska industrija, mljekare, pivovare), posebno tamo gdje je na raspolaganju vodena para. Mogua je primjena drugih radnih tvari s pogodnim poloajem kritine toke i omjerom tlakova, pa se ureaji mogu koristiti za iskoritavanje otpadnih toplina ili suneve energije u svrhu hlaenja i na niim temperaturama. Kod ovih se ureaja za pogon troi toplina, nema pokretnih dijelova i jednostavno je odravanje. Nedostatak je niska korisnost u usporedbi s kompresijskim parnim procesima, a kod koritenja vode kao radne tvari i nemogunost postizanja niih temperatura.

Generator

Apsorber

Kondenzator

Ispariva

RV 1

CrpkaRV2

Qh

Qa

Qk

Q0

TEHNIKA HLAENJA

7

Sl. 1.5. Rashladni ureaj s mlaznim duhaljkama (ejektorski rashladni ureaj) 1.4.4. Hlaenje ishlapljivanjem Kod ishlapljivanja prelaze molekule kapljevine preko granine povrine izmeu kapljevine i plina u nezasieni plin koji struji iznad kapljevine. Pri ishlapljivanju se, ovisno o stanju granine povrine i plina iznad kapljevine moe pojaviti ugrijavanje ili ohlaivanje plina. Ishlapljivanjem se moe postii relativno mali rashladni uinak ako je stanje zraka blisko zasienju. Primjer primjene je hlaenje ishlapljivanjem u rashladnim tornjevima.

Sl. 1.6. Optono hlaenje ishlapljivanjem u rashladnom tornju

Parni kotao

Mlaznica

Difuzor

Kondenzator Ispariva

Crpka RV

0Q

kQ

hQ

L 2

Ventilator

Odvaja kapljica Mlaznice

Ispuna

L1

Svjea voda Crpka

L1 Q

TEHNIKA HLAENJA

8

1.4.5. Vrtlona cijev Ako se u cijev kakva je prikazana na slici 1.7. tangencijalno upuhuje komprimirani zrak s temperaturom okoline, doi e uslijed pojava povezanih sa strujanjem veliki brzinama i djelovanjem centrifugalne sile do razdvajanja struje zraka na topliju i hladniju od okoline.

Sl. 1.7. Ranque Hilschova vrtlona cijev

To je uoio Georges Ranque (1933.), dok Hilsch (1946.) opisuje konstrukcijske detalje. esto se naziva Ranque Hilschova vrtlona cijev. Ovo hlaenje nije ekonomino. Primjenjuje se za male rashladne uinke, u rudnicima, vojnim vozilima, na alatnim strojevima. 1.4.6. Termoelektrino hlaenje Koristi se za manje rashladne uinke, za hlaenje elektronikih sklopova, u svemirskoj tehnici i za vojne namjene. Nema pokretnih dijelova i vibracija, a ureaji nisu osjetljivi na utjecaj gravitacije.Termoelektrinom pojavom naziva se meusobna ovisnost strujanja topline i elektrine struje.

Sl. 1.8. Termoelektrini modul 1.4.7. Ekspanzija plinova uz dobivanje rada Jedna od primjena je Stirlingov rashladni stroj. Koristio se ponajvie za postizanje vrlo niskih temperatura (30-77 K) tamo gdje konvencionalni rashladni ureaji s parnim procesom nisu bili pogodni zbog ogranienja vezanih na radnu tvar i podmazivanje.

Ulaz zraka Izlaz toplog zraka

Izlaz hladnog zraka

Ventil

Ulaz zraka

A B

+ T

T0T0

Q0

2/0Q

L

2/0Q

TEHNIKA HLAENJA

9

Pojaan interes je u zadnje vrijeme, jer je uobiajena radna tvar helij koji ne teti okoliu, a ima visok faktor hlaenja (kao i Carnotov). Nedostaci su vezani na sloen konstrukciju, cijenu, pouzdanost i vijek trajanja. Trenutno jo u fazi istraivanja. 1.4.8. Termomagnetsko hlaenje U tehnici niskih temperatura, za postizanje temperatura reda veliine 1 10-3 do 1 10-5 K. Koristi se ciklus adijabatske demagnetizacije paramagnetskih soli. Koristi se promjena entropije pri promjeni magnetskog polja. Primjenom Carnotova, Ericson ili Stirling procesa, moe se uspostaviti razlika temperature. 1.4.8. Joulle Thomsonov efekt Kod realnih plinova mogue je priguivanjem ostvariti rashladni efekt promjenu temperature. O tome e biti rijei kod ukapljivanja plinova. 1.4.9. Desorpcija plinova U laboratorijima, za postizanje niskih temperatura (20-4 K). Periodini rad: I faza adsorpcija plina (helija) u aktivnom uglju, pri emu se toplina adsorpcije odvodi hlaenjem pomou isparivanja tekueg vodika pod vakuumom. II faza: helij se uslijed odsisavanja desorbira iz aktivnog uglja, toplina desorpcije namiruje se toplinom akumuliranom u aktivnom uglju, zbog ega temperatura uglja opada. Ova metoda je niske energetske uinkovitosti, ali je jednostavna, pa se u laboratorijima koristi za niske temperature (20-4 K).

TEHNIKA HLAENJA

10

2. PRORAUN RASHLADNOG UINKA ZA HLADIONICU Toplinsko optereenje hladnjae rauna se kao suma

=

=8

1iio QQ && [kW]

1. Toplinsko optereenje uslijed dovoenja topline kroz stijenke 2. Toplinsko optereenje uslijed hlaenja i smrzavanja proizvoda 3. Toplinsko optereenje uslijed hlaenja vanjskog zraka (namjerno i nenamjerno

provjetravanje) 4. Toplinsko optereenje uslijed odvijanja biolokih procesa u uskladitenim

proizvodima (toplina disanja) 5. Toplinsko optereenje uslijed rada ljudi

6. Toplinsko optereenje uslijed rasvjete 7. Toplinsko optereenje uslijed stvaranja inja na isparivau 8. Toplinsko optereenje uslijed rada ventilatora 2.1. Toplinsko optereenje uslijed dovoenja topline kroz stjenke

( )ivuini

ii

n

ii TTkAqAQ ,

11==

==&& [W]

Indeks i odnosi se na pojedini graevinski element (zid, vrata, pod, strop i sl.), s razliitim toplinskim tokom iq&

iA [m2] povrina kroz koju se odvija prijelaz topline ik [W/m2K] koeficijent prolaza topline uT [oC] temperatura u hlaenom prostoru

ivT , [oC] temperatura susjednog prostora ili vanjska temperatura Koeficijent prolaza topline za vieslojni element graevinske konstrukcije rauna se iz:

vu

k

++

= 11

1 [W/m2K]

gdje je u [W/m2K] koeficijent prijelaza topline na unutarnjoj stijenci v [W/m2K] koeficijent prijelaza topline na vanjskoj stijenci

[m] debljina pojedinog sloja u vieslojnoj graevinskoj konstrukciji [W/mK] toplinska vodljivost materijala iz kojeg je sloj izraen Vrijednosti u i v ovise o uvjetima strujanja zraka oko povrine na kojoj se odvija prijelaz topline. U proraunu se upotrebljavaju prosjene vrijednosti.

TEHNIKA HLAENJA

11

Tab. 1.1. Koeficijenti prijelaza topline Element graevinske konstrukcije [W/m2K] Napomena Unutranji zid 8 Strop,toplinski tok prema gore 8 Strop, toplinski tok prema dolje 6 Pod, toplinski tok prema dolje 6 Pod, toplinski tok prema gore 7

Prirodna

cirkulacija zraka

Vanjski zid i krov izloeni vjetru 30 Unutarnje povrine zidova 20 Vanjski zid u zavjetrini 20

Prisilna cirkulacija zraka

Kod prisilne cirkulacije zraka koeficijenti prijelaza topline mogu se izraunati i pomou brojanih izraza kao to su npr. uu w48,5 += [W/m2K], gdje je uw brzina strujanja zraka u prostoru skladita u m/s i 78,015,7 wv = [W/m2K] pri emu je w brzina vjetra u m/s. Temperatura s vanjske strane zida T moe se razlikovati od projektne temperature zraka vpT zbog razliitih utjecaja, npr. zraenja sunca na vanjske zidove i krov, utjecaja toplinskih mostova, promjena temperature u susjednim prostorijama. Svi ovi utjecaji mogu se vie ili manje tono proraunati, a za praktine proraune mogu se uzeti u obzir pogodnim izborom temperature vT . Jedan od izraza za odreivanje projektne temperature vanjskog zraka vp [oC] je

mmvmvp 6,04,0 += [oC] vm [oC] srednja mjesena temperatura najtoplijeg mjeseca u posljednjih 10 godina mm [oC] srednja vrijednost maksimalnih temperatura najtoplijeg mjeseca u

posljednjih 10 godina. Za zidove okrenute jugu ili zapadu vrijedi zbog izraenijeg utjecaja sunca

6+= vpv TT [oC]. Tab. 1.2. Temperature susjednih prostorija Strop ispod ravnog krova 15+= vpv [oC] Strop ispod tavana 10+= vpv [oC] Pod na tlu 1510=v [oC] Nehlaene prostorije vpv 9,0= [oC] s vanjskim otvorima

vpv 75,0= [oC] bez vanjskih otvora Strojarnice vpv = [oC] Utjecaj sunevog zraenja uzet je poveanjem temperature za june i zapadne zidove, kao i za stropove. Prema potrebi, moe se ovaj utjecaj i posebno raunati.

TEHNIKA HLAENJA

12

Tab. 1.3. Temperature u skladitima Vrsta proizvoda Temperatura

oC rel. vl. zraka

% vrijeme

skladitenja Govedina svjea 0 do +1 88 do 92 1 do 4 tj Govedina smrznuta -23 do -18 90 do 95 9 do 12 mj Svinjetina svjea 0 do +1 85 do 90 3 do 7 d Svinjetina smrznuta -23 do -18 90 do 95 4 do 8 mj Riba svjea 0 do +4.5 90 do 95 5 do 20 d Riba smrznuta -23 do -12 90 do 95 8 do 10 mj Perad svjea 0 85 do 90 1 tj Perad smrznuta -30 do -10 85 do 90 3 do 12 mj Banane nezrele +11.5 85 3 tj Banane zrele +14 85 7 do 10 d Rajice zrele +4 do +10 85 do 90 7 do 10 d Salata zelena 0 90 do 95 2 do 3 tj Jabuke -1 do +3 90 do 95 3 do 10 mj Smrznuto voe -23 do -18 85 do 90 6 do 12 mj Smrznuto povre -23 do -18 90 do 95 6 do 12mj ..... ..... ..... ..... 2.2. Toplinsko optereenje uslijed hlaenja i smrzavanja proizvoda Toplina za ohlaivanje, smrzavanje i hlaenje do temperature nie od temperature smrzavanja ovisi o vrsti, koliini i nainu ohlaivanja i smrzavanja proizvoda. Ova obrada moe se provoditi u specijalnim ureajima za brzo smrzavanje (kontinuirani tuneli ili ureaji za smrzavanje u kontaktu sa hladnim tekuinama), ali i u skladinim komorama, u kojima roba nakon smrzavanja ostaje uskladitena.

psmh QQQQ ++=2 [kJ] Toplina za ohlaivanje robe ( )211 ppph TTcMQ = [kJ] M [kg] masa robe koja se hladi

1pc [kJ/kgK] specifini toplinski kapacitet robe 1pT [oC] temperatura robe koja se unosi 2pT [oC] temperatura na koju se roba hladi

Ako se roba smrzava i hladi na temperaturu niu od temperature smrzavanja, onda je

hQ toplina za hlaenje robe do temperature smrzavanja, a 2pT je tada temperatura smrzavanja. Toplina koju treba odvesti da se roba smrzne kod konstantne temperature smrzavanja

MrQsm = [kJ]

TEHNIKA HLAENJA

13

r [kJ/kg] toplina smrzavanja Toplina za hlaenje ve smrznute robe od temperature smrzavanja do konane temperature ( )322 pppp TTcMQ = [kJ]

3pT [oC] temperatura ispod temperature smrzavanja do koje se roba hladi 2pc [kJ/kgK] specifini toplinski kapacitet smrznute robe

Potreban toplinski uinak

tQQ 22 =& [kW]

t vrijeme potrebno za hlaenje ili hlaenje i smrzavanje robe Vrijeme potrebno za hlaenje i smrzavanje robe t ovisi o Vrsti robe Veliini komada Temperaturi Brzini strujanja zraka Orjentacijski podaci daju se u sljedeoj tablici za rashlaivanje do temperature oko 0oC i i smrzavanje do 18oC. Vrijednosti za rashlaivanje vrijede kod temperature zraka u komori 0oC i brzine zraka 0,5 2,0 m/s, dok se podaci za smrzavanje odnose na temperaturu zraka 35oC i brzinu 2-3 m/s. Tab. 1.4. Vrijeme potrebno za hlaenje i smrzavanje robe Vrsta proizvoda Vrijeme za rashlaivanje

do 0oC (sati) Vrijeme za smrzavanje

do 18oC (sati) Govee polovice 24 do 30 16do 20 Svinjske polovice 24 do 30 12 do13 Riba u kalupima 50-70 mm 6do 8 3 do 4 Krupna riba 8 do 12 4 do 4,5 Voe i povre u tavama 5 do10 3 do 4 ...... ..... .....

TEHNIKA HLAENJA

14

Tab. 1.5. Temperature smrzavanja, specifini toplinski kapaciteti i topline smrzavanja nekih namirnica Vrsta proizvoda Srednja

temperatura smrzavanja

[oC]

Specifina toplina [kJ/kgK]

Prije poslije smrzavanja

Toplina smrzava

nja [kJ/kg]

Govedina masna -1,7 do 2,2 2,51 1,47 172 Govedina nemasna -1,7 do 2,2 3,22 1,72 243 Svinjetina masna -1,7 do 2,2 2,14 1,34 131 Svinjetina nemasna -1,7 do 2,2 2,51 1,55 155 Teletina -1,7 do 2,2 2,97 1,63 209 Perad -1,7 3,35 1,80 247 Riba svjea -1,2 3,43 1,80 243 Riba masna -1,2 2,85 1,59 201 Banane nezrele -1 3,35 1,76 251 Banane zrele -3,3 3,35 1,76 251 Jabuke -2 3,85 1,76 281 Graak -1,1 3,35 1,76 251 Grah - 1,26 1,00 42 Mahune -1,3 3,85 1,97 297 Rajice -0,9 3,98 2,01 310 Peurke -1 3.89 1.97 301 ..... ..... ..... ..... .....

Optereenje hlaenih prostorija Ovisi o nainu rukovanja robom. Ako je to npr. skladite mesa kod kojeg se meso skladiti objeeno na kolosjeke, moe se optereenje Lm dati u kg/m kolosijeka. Kolosjeci se postavljaju obino na razmaku 0,7 0,9 m. Podaci mogu biti dani i kao Am u kg/m

2 ukupne povrine poda skladita gA ili Akm u kg/m2 korisne povrine poda skladita kA . Korisnom se smatra povrina na kojoj se moe skladititi roba. Kod odreivanja korisne povrine skladita treba uzeti u obzir: udaljenost od zidova 0,3 m udaljenost od rashladnih tijela i kanala za zrak 0,4 m irinu prolaza za mehanizaciju 2,2 m irinu prolaza za skladite bez mehanizacije 1,2 m irinu prolaza za kontrolu uskladitenih proizvoda 0,5 0,6 m Priblino se kA moe odrediti pomou

Agk AA = [m2]

TEHNIKA HLAENJA

15

Tab. 1.6. Vrijednosti faktora A Graevinska povrina gA [m2] Faktor A

do 20 0,60 20-30 0,60-0,65 30-50 0,65-0,75 50-300 0,75-0,85

vie od 300 0,85 Podaci o gustoi skladitenja ( Lm po metru duljine kolosjeka, Am po 1 m

2 graevinske povrine gA i Akm po 1 m

2 korisne povrine kA ) dani su u slijedeoj tablici. Tab. 1.7. Gustoa skladitenja

Vrsta proizvoda mL (kg/m)

mA (kg/m2)

mAk (kg/m2)

govee polovice do 280 do 250 do 350 svinjske polovice 220 200 250 ovetina i janjetina 180 200 250 meso i iznutrice u blokovima - 300 50-60* uvjetno optereenje za meso 250 230 300 perad - do 200 20-35* riba sitna i sred. u kalup., do 90 mm - - 30-60* srednja riba razmjetena na police - - 30-40 vrlo krupna riba 180 200 250 voe i povre - - do 300** ..... ..... ..... ....

* optereenja se odnose na m2 povrine police; po visini oko 10 polica ** u tavama i stalaama Masa proizvoda u sladitu rauna se kao :

LLmM = [kg] ili gA AmM = [kg] ili kAk AmM = [kg] Podaci o gustoi skladitenja mogu se odnositi i na korisni volumen prostorije kV , pa se tada masa proizvoda u skladitu rauna kao:

VkkmVM = [kg] Korisni volume prostorije je vgk VV = [m3]

gV [m3] graevinski volumen prostorije ( ) AV 9,075,0 = za skladita visine 3 6 m ( ) AV 95,085,0 = za skladita visine vee od 6 m

TEHNIKA HLAENJA

16

Kad se proraunava korisni volumen tunela za brzo ohlaivanje ili smrzavanje, u kojima isparivai i ventilatori zauzimaju veliki prostor rauna se

vgk VV 6,0= [m3] Podaci o Vkm daju se u slijedeoj tabeli, odvojeno za skladitenje smrznutih proizvoda, a odvojeno za skladitenje ohlaenih proizvoda Tab. 1.8. Specifino optereenje po 1 m3 korisnog prostora skladita - smrznuti proizvodi Vrsta proizvoda Vkm [kg/m3] Napomena Meso 350 Perad 350 u sanducima Riba 350

450 330

u sanducima na hrpi

u bavama Teletina 300 Svinjetina 450 ..... ..... ..... Tab. 1.9. Specifino optereenje po 1 m3 korisnog prostora skladita - ohlaeni proizvodi Vrsta proizvoda Vkm [kg/m3] Napomena Jagode, smokve, ljive 270 Jabuke, breskve, marelice 300 Banane 140 Mahune 150 Kupus, cvjetaa 140 Grah, ria, krastavci 290 Krumpir 180 Maslac 440

540 u paketima u bavama

Vino 290 Pivo 200 u bocama 0,5 l sir 460 u kolutima ..... ..... ..... Kod komora za brzo smrzavanje, ove vrijednosti treba smanjiti za 20 30 %. PRIMJER: Ako se u tunelu za brzo smrzavanje graevinskog volumena 100 m3 , visine 3-6 m, smrzava meso, dobiva se iz ranijih izraza:

2457,0350 ==Vkm kg/m3 ( ) 94082451008,08,06,06,0 === Vkgv mVM kg

TEHNIKA HLAENJA

17

Napomena: treba paziti, jer kod komora za brzo smrzavanje obino tlocrtna povrina odreuje koliko robe moemo unesti. Vrijednosti dobivene s Vkm treba provjeriti s onima dobivenim pomou Akm ili Lm . 2.3. Toplinsko optereenje uslijed hlaenja vanjskog zraka Zrak se moe namjerno dovoditi u skladite kako bi se smanjila koncentracija plinova, uklonili mirisi uskladitene robe i omoguio rad ljudi u skladitu. Tada govorimo o namjernoj ventilaciji. Nenamjerno zrak dospijeva u prostoriju infiltracijom i prilikom otvaranja vrata radi manipulacije ili pregleda robe, radova u skladitu i sl. Toplina se rauna kao ( )uvuv hhVQ = 3& [kW]

vV [m3/s] koliina vanjskog zraka koja dospijeva u prostoriju uh [kJ/kgK]specifina entalpija zraka u prostoriji vh [kJ/kgK] specifina entalpija vanjskog zraka u [kg/m3] specifina gustoa zraka pri temperaturi prostorije

Ako nemamo podataka iz tablica o gustoi zraka, moe se ona izraunati iz jednadbe stanja

RTp=

gdje je 287=R J/kgK, plinska konstanta za zrak, a T [K] temperatura zraka u skladitu. Tlak p se moe usvojiti 100000 [Pa] . Nenamjerno doveden zrak (uslijed infiltracije i otvaranja vrata). Koliina zraka tijekom 24 sata rauna se na slijedei nain:

giv VnV = [m3 za 24 sata]

in je broj izmjena zraka u 24 sata, i dan je u tablici u nastavku koja vrijedi za skladita u kojima je temperatura oko 0oC (ne za skladita sa smrznutim proizvodima) Tab. 1.10. Broj izmjena zraka u 24 sata u hlaenim skladitima Graevinski volumen

gV (m3)

Broj izmjena za 24 sata in

Graevinski volumen gV (m3)

Broj izmjena za 24 sata in

5,66 44,0 226,0 5,5 14,5 26,0 566,0 3,5 56,6 12,0 1130,0 2,3 113,0 8,2 2830,0 1,4

Za komore volumena veeg od 2830 m3, rauna se po izrazu g

i Vn 75=

TEHNIKA HLAENJA

18

Broj izmjena zraka za skladita sa smrznutim proizvodima (s temperaturama u skladitu od 18 do 35oC) dobiva se mnoenjem vrijednosti iz gornje tablice s vrijednou 0,6. To je zbog rjeeg otvaranja vrata u ovakvim skladitima. Broj izmjena zraka u tunelima i prostorima za hlaenje ili brzo smrzavanje jednak je broju otvaranja tunela (prostorije) tijekom 24 sata. Toplinski uinak za hlaenje zraka koji nenamjerno dospijeva u prostor je

( )uvugi hhVnQ = 3600243& [kW] Namjerna ventilacija Najee se provodi radi odravanja koncentracije CO2 u dozvoljenim granicama Koliina zraka potrebna za ventilaciju je

VCODOZVCO

COv rr

VV

,, 22

2

=&& [m3 /h]

Volumenski udio CO2 u vanjskom zraku iznosi 00034,00003,0,20 =VCOr to je odgovarajue MDK vrijednosti 300 do 340 PPM. Udio CO2 varira ovisno o tome da li je atmosfera ista ili npr. industrijska.

005,0,2 =DOZVCOr dozvoljena koncentracija CO2 u prostoriji (5000 PPM). Kako je volumenski udio CO2 u vanjskom zraku mali u usporedbi s dozvoljenim volumenskim udjelom, moe se koliina zraka odrediti priblinim izrazom

DOZVCO

COv r

VV

,2

2 [m3 /h] Volumen CO2 koji tijekom dana dospijeva u zrak moe se izraunati iz jednadbe stanja

pTR

MV COCOCO 222 = gdje je 189

2=COR J/kgK, 100000=p Pa i uTT = [K]

Dnevnu masu CO2 koja nastaje od robe (voe i povre) i uslijed boravka ljudi moe se izraunati pomou izraza

+=i

COCOiiCO entetMM 222 [kg dnevno]

2COe je masa CO2 koju odaje 1 kg proizvoda tijekom jednog sata na svojoj srednjoj temperaturi mT , a ovisi i o koncentraciji CO2 u zraku prostorije.

it [h] vrijeme za koje je i-ti proizvod izloen temperaturi mT

TEHNIKA HLAENJA

19

2COe [kg/h] masa CO2 koju odaje jedan radnik tijekom jednog sata rada u komori nt produkt broja radnika i radnih sati u hlaenom prostoru Tab. 1.11. Odavanje CO2 voa i povra

Vrsta proizvoda 2CO

e [g/th] Temperatura m oC Jabuke 3 do 4

5 do 8 20 do 30

0 4 16

Limuni i narane 3 do5 8 do10

2 16

Banane nezrele 15 do20 12 Banane zrele 35 do 40 20

Krumpir 3 do 5 4 do 8

0 10

.... ..... .... Tab. 1.12. Odavanje CO2 ljudi Vrsta rada

2COe [g/h]

Mirovanje 30 Laki i srednje teak fiziki rad 30 do 40 Teak fiziki rad 40 do 70

Za proraun potrebne koliine zraka za odravanje dozvoljene koncentracije CO2 mogu se koristiti i tablini podaci s unaprijed izraunatim koliinama zraka za pojedine proizvode, uz 005,0

2=COr :

Tab. 1.13. Potrebne koliine zraka za ventilaciju uz dozvoljenu koncentraciju

005,02=COr

Potrebna koliina zraka (kg/th) na temperaturi oC Proizvod 0 4 8 12 16 20 24 28

Banane nezrele - - 1,4 2,8 5,0 7,4 10,3 Breskve 1,2 2,8 4,6 6,4 8,3 10,2 12,3 Narane 0,35 0,55 0,8 1,25 1,75 2,25 2,75 3,35 ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... Poznavajui koliinu zraka [m3 /h] potrebnog za odravanje dozvoljene koncentracije CO2 ispod dozvoljene granice, moe se odrediti potreban toplinski uinak

( )uvuv hhVQ = 36001

3& [kW]

U proraunu e se odrediti veliina 3Q& po prvom i drugom nainu i odabrati vea. Treba voditi rauna da se vanjski zrak najee hladi u isparivau klima komore kojom se on i dobavlja u prostor. Tada se toplina 3Q ne ukljuuje u uinak isparivaa u rashladnom skladitu.

TEHNIKA HLAENJA

20

2.4. Toplinsko optereenje uslijed odvijanja biolokih procesa u uskladitenim proizvodima (toplina disanja) Odnosi se samo na voe i povre iznad temperature smrzavanja.

=i

diiqMQ4& [kW] vrijednosti za diq dane su u tablicama (treba ih preraunati na W/kg). Tab. 1.14. Toplina disanja voa VOE dq [kJ/th] [oC] 0 2 5 10 15 20 Banane zelene - - 80-185 145-350 215-470 305-560 Banane zrele - - 145-210 235-420 315-595 340-870 Limun 21-35 26-47 38-70 60-115 85-115 110-215 Jabuke 20-40 40-50 50-75 75-110 100-210 155-260 ..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... Tab. 1.15. Toplina disanja povra POVRE dq [kJ/th] [oC] 0 2 5 10 15 20 Graak 315-375 420-515 560-680 715-960 1310-1660 2060-2320Mrkva 35-100 80-120 100-140 115-155 260-350 325-490 Rajica zrela 50-65 60-70 70-95 115-150 190-315 290-365 Gljive 410-435 445-470 530-575 870-910 1690-1750 2160-2290..... ..... ..... ..... ..... ..... ..... 2.5. Toplinsko optereenje uslijed rada ljudi

tnqQ r=5 [kJ] n broj ljudi u prostoru t vrijeme boravka ljudi u prostoru [h], [s] Odavanje topline ovjeka ovisi o stupnju fizike aktivnosti i uvjeta u prostoru (temperatura, brzina strujanja zraka). Vrijednosti za rq& u W dane su u tablici za sluaj srednje tekog fizikog rada i razliite temperature u prostoru Tab. 1.16. Odavanje topline ljudi

rq& [kW] u [oC] rq& [kW] u [oC] 0,212 10 0,351 -12,2 0,247 4,5 0,381 -17,8 0,278 -1,2 0,410 -23,3

dtQQ 55 =& [kW]

TEHNIKA HLAENJA

21

2.6. Toplinsko optereenje uslijed rasvjete Odana toplina tijekom rada rasvjete

tPQ ras=6 [kJ] t [s] vrijeme ukljuenosti rasvjete

rasP [kW] prikljuna snaga rasvjetnih tijela

dtQQ 66 =& [kW]

Na gore opisani nain rauna se toplinsko optereenje od drugih elektrinih ureaja. To su npr. viljukari, transportne trake, ureaji za sortiranje i sl. Toplina rasvjete moe se raunati i na slijedei nain

rasrasrasgras NnAQ ==6& [kW]

ras stupanj ukljuenosti (npr za sluaj 8= h, vrijedi 33,0248 ==ras ) A [m2] povrina poda izoliranog skladita

01,0=rasn kW/m2 uobiajena vrijednost za instaliranu snagu rasvjete za jedinicu povrine 2.7. Toplinsko optereenje uslijed stvaranja inja na isparivau Na povrinama isparivaa kondenzira i smrzava vodena para koja se nalazi u zraku prostorije. Para dolazi u zrak iz robe (kaliranje robe) i iz infiltriranog zraka. Vlaga iz zraka koji uslijed difuzije prodire u prostoriju kroz zidove i vlaga od ljudi moe zanemariti. ( ) ( )( )[ ] +=

jouusuvojj hhxxVhhwQ 7 [kJ]

Mwj C= - vlaga proizvoda (kaliranje) kg tijekom 24 sata Koliina vlage koju oslobaa roba zavisi o vrsti robe, nainu pakovanja, temperaturi i vlanosti zraka u skladitu, kao i o brzini strujanja zraka oko robe. ( )3psswj tcrh = [kJ/kg] - entalpija vlage u obliku leda na temperaturi na koju se ohlauje proizvod ( )osswo tcrh = [kJ/kg] - entalpija vlage u obliku leda na temperaturi isparivanja

09,2=sc [kJ/kgK] specifini toplinski kapacitet leda 334=swr [kJ/kg] toplina smrzavanja leda

vV [m3] dnevno dovedena koliina svjeeg zraka sx [kg/kg ]- sadraj vlage u zraku koji ue u komoru

TEHNIKA HLAENJA

22

uh [kJ/kg] entalpija vlage u zraku koji dospijeva u komoru (ako se radi o vani pripremljenom zraku) ili entalpija vlage u zraku u komori (tada se usvaja 0=uh jer se smatra da je toplina potrebna za ukapljivanje vlage kod 0oC ve obuhvaena u 3Q )

ux [kg/kg] - sadraj vlage u zraku u komori

dtQQ 77 =& [kW]

Tab. 1.17. Podaci o kaliranju proizvoda, a time i vlazi koju oni odaju

Vrsta proizvoda % kaliranja Napomena Ohlaivanje mesa 1 do 3% za rashlaivanje do +4oC

uz 3=w m/s i 30=u oC

Skladitenje ohlaenog mesa 1% za vrijeme od 5 dana uz 1do1=u oC i 95do85=u %

Smrzavanje mesa u kalupima 0,3 do 0,34% za vrijeme smrzavanja mesa Smrzavanje objeenog mesa svinjske polovice govee etvrtine

1,5%

1,7 do 2%

za vrijeme smrzavanja uz 3=w m/s i 35=u oC

Skladitenje smrznutog mesa svinjske polovice govee etvrtine

1,1 do 3%

2,3 do 3,3%

za vrijeme od 3-6 mjeseci uz 38-do81=u oC

i 1,0=w m/s Ohlaivanje ribe 0,5 do 1% Za vrijeme ohlaivanja Smrzavanje ribe 1,2 do 3% za vrijeme smrzavanja

uz 3=w m/s i 35=u oC Skladitenje smrznute ribe 0,2 do 4 % za vrijeme od 1 mjeseca

uz 20=u oC i mirujui zrak

..... ..... ..... 2.8. Toplinsko optereenje uslijed rada ventilatora Ne moe se tono odrediti dok nije poznat pad tlaka i protok zraka kroz ispariva. Da bi se ta toplina procijenila, koristi se faktor a

=

=7

18 a

iiQQ && [kW]

Tab. 1.18. Udio toplinskog optereenja od rada ventilatora a 0 za skladita bez prisilne cirkulacije zraka 0,1 za skladita s prisilnom cirkulacijom zraka 0,15 0,2 za komore za brzo rashlaivanje 0,20 0,25 za tunele za brzo smrzavanje

TEHNIKA HLAENJA

23

2.9. Efektivno vrijeme rada i rashladni uinak ureaja Rashladni uinak ureaja za hlaenje i njegovih komponenti odreuje se tako da tijekom dana pokriju potrebe za hlaenjem u vrijeme eft koje je krae od 24 sata, da bi ostalo vrijeme za poslove oko redovnog odravanja rashladne instalacije, otapanje inja s isparivaa, odravanje i sl. , kao i zbog rezerve kapaciteta u sluaju kvara ili neoekivano velikog toplinskog optereenja.

def

oR ttQQ = [kW]

Za eft se u praksi usvajaju slijedee vrijednosti 12 14 sati za hladnjake u domainstvima 14 16 sati za komercijalne rashladne ureaje 16 20 sati za industrijske rashladne ureaje

TEHNIKA HLAENJA

24

3. KOMPRESIJSKI RASHLADNI PROCESI 3.1. PRIRODNO I PROCESNO HLAENJE Hlaenje moe biti prirodno, pri emu hlaeno tijelo predaje toplinu okoliu ija je temperatura nia od temperature tijela, ili procesno, pri emu se hlaenom tijelu oduzima toplina i predaje okoliu ija je temperatura via od temperature hlaenog tijela. 3.1.1. Prirodno hlaenje

Sl. 3.1. Prirodno hlaenje Prirodno se hlaenje odvija samo od sebe, jer pri okTT > , hlaeno tijelo temperature T nepovrativo tei toplinskoj ravnotei s okoliem temperature okT . Uz pretpostavku da su za vrijeme izmjene topline Q (povrina 21ba = 34ca) temperature T i okT konstantne, entropija

hlaenog tijela promijeniti e se za TQST = a entropija okoline e se poveati za

okok T

QS = . Sveukupna promjena entropije je 011 >

=+= TTQSSS okTok jer je

okTT > . Ovaj je proces nepovrativ i dogaa se sam od sebe kao prirodan proces. 3.1.2. Procesno hlaenje Potrebno je kad se hlaeno tijelo mora hladiti na temperaturu okTT

TEHNIKA HLAENJA

25

Entropija hlaenog tijela se smanji za 0

00 T

QST = a entropija okoline se povea za

okok T

QS 0= . Sveukupna promjena entropije bila bi 01100 S . Kod kompresijskih je rashladnih procesa mehaniki rad potrebna kompenzacijska energija,

pa vrijedi0

0

TTTQL oko

= . Odatle slijedi faktor hlaenja (rashladni mnoilac), pomou kojeg se moe ocijeniti dobrota rashladnog procesa. faktor hlaenja predstavlja toplinu 0Q koja se moe podii od temperature 0T na temperaturu okoline okT utrokom jedinice mehanikog rada L .

TEHNIKA HLAENJA

26

0

000 TT

TL

Q

okC == .

Sl. 3.3. Prikaz Carnotovog procesa hlaenja u T,s- dijagramu Faktor hlaenja (rashladni mnoilac) je to povoljniji (vii) to je manja razlika temperatura

0TT . Za konstantnu temperaturu 0T faktor je hlaenja vii to je nia temperatura T . Za konstantnu temperaturu T , faktor je hlaenja vii to je via temperatura 0T .

Sl. 3.4. Utjecaj temperatura T i 0T na faktor hlaenja

Iz naprijed prikazanog razmatranja slijedi i glavno naelo rashladne tehnike: ne hladiti nie nego je to neophodno. Carnotov proces je najpovoljniji ako se radi o hlaenju izmeu stalnih temperatura. esto treba hladiti tijela konanog toplinskog kapaciteta, ija se temperatura mijenja tijekom hlaenja. Tada je najpovoljniji onaj kruni proces koji se najbolje prilagoava promjenama temperatura hlaenog tijela i okolia (u irem smislu). Dakle, postoje i drugi teoretski ravnopravni kruni procesi Carnotovu krunom procesu (Sl. 3.5). S nekima od ovih procesa pozabavit emo se kasnije.

0

5

10

15

20

25

30

250 255 260 265 270 275 280

T =290 K

T =310 K

T =340 K

T =300 K

0C

T0

T

s

2

14

3T

T0

l

q0

s

TEHNIKA HLAENJA

27

Proces Carnot Lorenz AckeretKeller

Ericson Stirling Joule

Promjena stanja

2 izentrope 2 izoterme

2 izentrope 2 politrope

2 izobare 2 izoterme

2 izohore 2 izoterme

2 izentrope 2 izobare

Tijek procesa u T,s- dijagramu

Faktor hlaenja

12

1,4TT

T

( ) ( )413241

TTTTTT

12

1,4TT

T

12

1,4TT

T

( ) ( )413241

TTTTTT

Slika 3.5. Rashladni procesi i njihovi faktori hlaenja

3.2. RASHLADNI, OGRJEVNI I OGRJEVNO-RASHLADNI PROCESI Upravo zbog sposobnosti ljevokretnih rashladnih procesa da utrokom energije podiu toplinu s nie na viu temperaturnu razinu, nazivaju se i dizalicama topline. Iako se svakim ljevokretnim krunim procesom prenosi toplina s nie temperature na neku viu temperaturu, razlikuju se tri vrste takvih procesa.

1. Kad se takvim krunim procesom prenosi toplina od niske temperature na viu okolinu temperaturu, proces se naziva rashladnim procesom.

2. Ako se takvim krunim procesom prenosi toplina s okoline temperature na neku viu temperaturu, npr. radi grijanja, takav se proces naziva ogrjevnim procesom, a ureaj se uobiajeno naziva dizalicom topline (toplinskom crpkom)

3. Trei su ogrjevno-rashladni procesi kod kojih se toplina prenosi s temperature nie od okoline na temperaturu viu od okoline.

Sl. 3.6. Rashladni proces (A), ogrjevni proces (B) i ogrjevno-rashladni proces (C) u T,s- dijagramu

T

s

TG

TH

Tok

A B C

q0 q0

q0

l

l

l

TG

Tok

TH

TEHNIKA HLAENJA

28

3.3. PLINSKI RASHLADNI PROCESI Radna tvar je tijekom cijelog procesa u plinovitom agregatnom stanju. Plinski rashladni procesi mogu se podijeliti u dvije grupe, ovisno o promjeni temperature tijekom dovoenja ili odvoenja topline. U prvoj su grupi procesi s priblino konstantnom temperaturom radne tvari pri dovoenju topline, kao to je Ackeret Keller (Ericson) proces ili Stirling proces. U drugu grupu spadaju procesi s promjenjivom temperaturom radne tvari pri dovoenju ili odvoenju topline kao to je Jouleov proces. 3.3.1. Zrani rashladni proces (Jouleov rashladni proces) Teorijski Jouleov ciklus sastoji se iz dvije izentropske i dvije izobarne promjene stanja.

Sl. 3.7. Zatvoreni zrani rashladni proces

Sl. 3.8. p,v- dijagram za zatvoreni zrani rashladni proces Rad kompresije je jednak povrini b-1-2-a-b u p,v-dijagramu. Rad ekspanzije je jednak povrini b-4-3-a-b u p,v-dijagramu. Ukupni je rad ek lll =

Rashladni prostor

2

1

3

4

Le

Q0

Q

KompresorEkspander

Hladnjak zraka

p0 p0

p p

Tok

TH

Lk

v

p p

p0

2

1 4

3 a

b

is is

TEHNIKA HLAENJA

29

Sl. 3.9. T,s- dijagram za zatvoreni zrani rashladni proces U rashladnom se prostoru po jednom kilogramu zraka dovodi toplina ( )41410 TTchhq p == [J/kg] , cp je specifini toplinski kapacitet pri konstantnom tlaku [J/kg K] Da bi zrak kao radna tvar mogao preuzeti toplinu 0Q iz prostora, mora biti HTT 2 i okTT >3 , a tek za izmjenjiva beskonano velike povrine bilo bi okTT =3 . Toplina odvedena u hladnjaku zraka po jednom kilogramu zraka ( )3232 TTchhq p == [J/kg] Specifini rad potreban za 1 kg zraka ( ) ( ) ( )43124312 TTcTTchhhhlll ppek === [J/kg] (ovdje pretpostavljamo da je specifina toplina konstantna).

T

s

1 TH

2

3

4

p0

p

Tok l

q0

TEHNIKA HLAENJA

30

Budui da se radi o izentropskoj kompresiji, vrijedi:

1

04

3

1

2

==

pp

TT

TT

pa se dobiva izraz

( )

=

==

111

1

041

4

34

1

21

ppTTc

TTTc

TTTclll pppek [J/kg]

Faktor hlaenja (rashladni mnoilac) za ovaj proces je ( )

( ) 11

1

1

0

1

041

41000

=

===

pp

ppTT

TTll

ql

qek

i smanjuje se s poveanjem omjera p/p0.

Sl. 3.10. Ovisnost 0 o omjeru p/p0 za zrak ( = 1,4) Poeljno je dakle da omjer tlakova bude im manji, ali tu je ogranienje, jer mora biti

1

3

1

0 TT

pp >

, a kod 1

3

1

0 TT

pp =

rashladni uinak iezava.

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0

0

p/p0

TEHNIKA HLAENJA

31

Ako se uzme u obzir da kompresija i ekspazija nisu izentropske, ve politropske, rashladni je uinak manji. Sl. 3.11. T,s- dijagram za zatvoreni jednostupanjski zrani rashladni proces s gubicima Sa sl. 3.11 vidi se da je rashladni uinak manji a rad vei. Stupnjevi korisnog djelovanja kompresora kreu se oko 85,0...7,0=k , a ekspandera 8,0...7,0=e . Tada se pri kompresiji troi vie rada , tj. vrijedi k

k

k ll > , a pri ekspanziji dobiva manje rada, tj vrijedi eee ll

, mora biti i faktor hlaenja manji, tj 00

TEHNIKA HLAENJA

32

Zrani rashladni procesi mogu biti otvoreni na hladnoj strani. Time se izbjegava ugradnja izmjenjivaa topline na strani hladionice, ime se poboljava faktor hlaenja. Tlak 0p je tada jednak atmosferskom tlaku. U ovom sluaju vlaga iz hladionice ulazi u rashladni ureaj i skuplja se u ekspanderu u obliku leda. Zrani rashladni procesi mogu takoer biti otvoreni i na toploj strani, ime izbjegavamo ugradnju izmjenjivaa za prijenos topline na okolinu. Primjenom viekratne kompresije mogue je ostvariti utedu na radu i smanjiti temperature na kraju kompresije. Mogue je predvidjeti izmjenu topline unutar procesa, a mogue je meuhlaenje izmeu pojedinih stupnjeva kompresije, pri emu se ta toplina prenosi na okoli. Razliiti zrani ciklusi otvoreni na hladnoj strani prikazani su na slici 3.12. Sl. 3.12. Zrani ciklusi otvoreni na hladnoj strani: Red 1 jednostupanjska kompresija; Red 2: dvostupanjska kompresija, Red 3: Dvostupanjska kompresija s meuhlaenjem; Kolona A:

Bez unutarnje izmjene topline; Kolona B: S unutarnjom izmjenom topline; Kolona C: otvoreni na obje strane

Svi procesi sa slike 3.12 mogu biti takoer i zatvoreni na hladnoj strani. Mogue je primijeniti i viekratnu ekspanziju, kako je to prikazano u nastavku.

1

2

3

A B C

TEHNIKA HLAENJA

33

3.3.2. Zrani rashladni ureaj s dvostupanjskom kompresijom i dvostupanjskom ekspanzijom

Sl. 3.13. Shema zatvorenog zranog rashladnog ureaja s dvostupanjskom kompresijom i dvostupanjskom ekspanzijom.

Toplina odvedena u meuhladnjaku ( )32321 TTchhq p == Toplina odvedena u hladnjaku zraka ( )54542 TTchhq p == Rashladni uinak je 02010 qqq += ( )676701 TTchhq p == ( )818102 TTchhq p ==

1 8

7

6

5

4

3

2

q2

q01

q02

q1

p

pm0

p

pm

p0 p0

pm0

Tok

TH

TEHNIKA HLAENJA

34

Za sliku 3.15: crtamo p i p0, Tok i Th i temperature Tok+T i Th-Th. Izotermu podijelimo na dva dijela tako da s bude jednak.

Sl. 3.14. Zatvoreni zrani rashladni proces s dvostupanjskom kompresijom i dvostupanjskom ekspanzijom. T,s-dijagram

IIq0 je predoen povrinom a-b-1-8-7-6-a. U odnosu na jednostupanjsku ekspanziju dobili

smo vei rashladni uinak za 0q .

000 qqq III += Onoliko koliko se poveao 0q , tj za 0q , smanjio se i potrebni rad s jedne strane, ali on se smanjuje i za q . Kod jednostupanjskog procesa ukupni rad Il bi bio jednak povrini 1-c-5-d a za dvosupanjski je proces rad IIl jednak povrini 1-2-3-4-5-6-7-8-1, dakle manji je za 0q i za q

qqll III = 0 Faktor hlaenja (rashladni mnoilac) je

I

I

I

I

II

IIII l

qqql

qql

q 00

0000 >

+== Faktor hlaenja poveao se u odnosu na jednostupanjsku kompresiju i ekspanziju.

T

Tok

TH

s

1

2

3

4

5

6

7

8

q0

q0

q

a b

c

d

p0

pm0 pm

p

TEHNIKA HLAENJA

35

3.3.3. Priblienje Carnotovu procesu Koritenjem viestupanjske kompresije i ekspanzije mogli bismo se pribliiti Carnotovu procesu. U praksi bi to poskupilo izradu ureaja.

Sl. 3.15. Pribliavanje Jouleovog procesa Carnotovom kroz viekratnu kompresiju i ekspanziju

Nedostaci plinskih rashladnih ureaja

1. Udaljavanje od temperatura T i 0T kod zatvorenih i otvorenih procesa. U otvorenom procesu to je udaljavanje neto manje, ali tada radna tvar moe biti samo zrak

2. Toplinski je kapacitet zraka mali, pa su potrebne velike koliine zraka u optoku. Rashladni ureaji su zbog toga veliki i skupi. Za zatvorene procese moe se kao radna tvar odabrati neki plin koji ima vei toplinski kapacitet od zraka. Npr. za He je

2,5=pc kJ/kgK i 67,1= a za H2 je 2,14=pc kJ/kgK i 4,1= . 3. Potreban rad je razlika rada kompresije i ekspanzije. Poveanje rada kompresije i

smanjenje rada ekspanzije uslijed gubitaka, faktor hlaenja postaje daleko manji od teoretskog.

Danas se zranim procesima posveuje vie panje. Kad je temperatura hlaenja iznad 0oC, radi se s otvorenim procesima (klimatizacija, podzemni hodnici u rudnicima, radne prostorije za proizvodnju eksploziva i osjetljivih proizvoda, hlaenje kabina zrakoplova).

T

s

uteda na radu

poveanje rashladnog uinka

TEHNIKA HLAENJA

36

3.4. PARNI RASHLADNI PROCESI Koritenjem viestepene kompresije i ekspanzije mogli smo pribliiti Jouleov proces Carnotovu procesu. Meutim, kod zraka kao radne tvari, proces se odvija daleko u pregrijanom podruju.

Sl. 3.16. Podruja primjene plinskog i parnog rashladnog procesa 3.4.1. Parni rashladni proces s jednostupanjskom kompresijom Parni rashladni ureaji rade s radnom tvari kod koje proces pada u zasieno podruje, pa je dovoenje topline kod konstantne temperature 0T i tlaka 0p , dok je odvoenje topline kod konstantne temperature T i tlaka p . To je mogue jer su u zasienom podruju izoterme ujedno i izobare. Unutar zasienog podruja moe se i praktiki provesti Carnotov proces kao najbolji izmeu temperatura T i 0T .

Sl. 3.17. Shematski prikaz jednostupanjskog parnog rashladnog ureaja koji radi po Carnotovom procesu

T

s

1 bar (-197C) h` h``

ToT0

4

3

1 p0

p

2

Ekspander Kompresor

Kondenzator

Ispariva 1

23

4

is is

p p

p0 p0

Q0 T0

Q

Lk

Le

TEHNIKA HLAENJA

37

Radna tvar u isparivau isparuje kod konstantne temperature 0T i tlaka 0p , a kondenzira u kondenzatoru kod konstantne temperature T i tlaka p . Za T,s-dijagram ucrtavamo T i 0T , p i 0p . Stanje 2 lei na x=1, ispod je 1 na 0T . Stanje 3 lei na x=0, ispod je 4 na 0T . 1-2 izentropska kompresija 2-3 odvoenje topline Q, radna tvar kondenzira pri konstantnoj temperaturi T i tlaku p 3-4 izentropska ekspanzija 4-1 dovoenje topline Q0, radna tvar isparuje pri konstantnoj temperaturi 0T i tlaku 0p Promjene stanja u krunom procesu idu po dvije izentrope i dvije izobare, koje su ujedno i izoterme.

Sl. 3.18. T,s- dijagram Carnotovog ljevokretnog procesa u podruju zasiene pare

0q - specifini rashladni uinak odnosi se na 1 kg l - specifini rad

Sl. 3.19. p,v- dijagram Carnotovog ljevokretnog procesa u podruju zasiene pare

2

1

3

4

T

s

q0

l p0

p

T p

T0

p0

TH

Tok

v

p

x=0 x=1

p,T

p0,T0 1

2 3

4

p

p0

l lk le

b

a

isis

TEHNIKA HLAENJA

38

Specifini rashladni uinak 410 hhq = [kJ/kg] Potreban rad za izentropsku kompresiju 1 kg radne tvari 12 hhlk = [kJ/kg] Rad dobiven izentropskom ekspanzijom 1 kg radne tvari 43 hhle = [kJ/kg] Potreban rad 04312 )()( qqhhhhlll ek === [kJ/kg] Toplina koja se odaje od radne tvari na okolinu (npr. rashladnu vodu) 32 hhq = [kJ/kg] U p,v-dijagramu rad kompresije kl je predoen povrinom a-1-2-b-a, a rad dobiven izentropskom ekspanzijom el predoen je povrinom a-4-3-b-a. Ukupni je potreban rad

ek lll = predoen povrinom 1-2-3-4-1 .

Protok mase radne tvari potreban da bi se ostvario rashladni uinak 0Q& je 0

0

qQM&& = [kg/s],

gdje je 0Q& izraen u W ili u kW a q u kJ/kg ili J/kg, i on je puno manji nego je to kod plinskih procesa. Kako nema prekoraenja potrebne temperature ni iznad T , ni ispod 0T , za provedbu opisanog procesa troi se minimalni potreban rad. Opisani parni proces identian je s Carnotovim, pa mu je i faktor hlaenja jedak Carnotovom

0

000 TT

Tl

qC == . vidi se da faktor hlaenja ovisi samo o temperaturi a ne o radnoj tvari.

3.4.1.1. Priguivanje kondenzata Upotrebom jednostavnog prigunog ventila snienje tlaka vrele kapljevine stanja 3 se postie uz konstantnu entalpiju radne tvari. To znai da se odustaje od iskoritavanja rada ekspanzije, ali on je ionako mali, pa i trenje u mehanizmu ekspandera moe biti dovoljno da ga poniti. Sl. 3.20. Shematski prikaz jednostpanjskog parnog rashladnog ureaja s prigunim ventilom

Kondenzator

Ispariva

Priguni ventil Kompresor

Q0 T0

Q T

23

5

p0 p0

p p 3 2

5 11

1 L

TEHNIKA HLAENJA

39

Rad koji treba utroiti je vei, dok je rashladni uinak manji. Povrinom a-b-5-4-a predoeno je smanjenje rashladnog uinka i poveanje rada. priguivanje je nepovrativ proces, dakle povlai za sobom gubitak na radu.

Sl. 3.21. T,s- dijagram ljevokretnog rashladnog procesa s prigunim ventilom Povrina 4-5-b-a-4 jednaka je povrini 4-3-6-4 (to slijedi iz uvjeta h3=h5), pa se potreban rad moe prikazati i povrinom 6-1-2-3-6. Rashladni uinak 0q jednak je razlici entalpija na izlazu i ulazu isparivaa

31510 hhhhq == [kJ/kg] jer je 31 hh = . to je vea razlika temperatura T i 0T , to su gubici uslijed priguivanja vei. Sl. 3.22. Promjena rashladnog uinka sa smanjenjem temperature isparivanja u T,s- dijagramu Rashladni uinak 0q je manji a rad je vei kod 0T nego kod 0T .U oba sluaja okoliu se predaje ista toplina q . Zato se faktor hlaenja smanjuje.

T

s

T,p

T0,p0T0,p0

3

55 1

1

2

q0

q0

p p0

p0

1

23

6 5h=konst

a b

p

p0

s

T

l

q0q0

4

c

TEHNIKA HLAENJA

40

Za veliinu gubitaka priguivanja mjerodavna je i blizina kritine toke. Npr. kod CO2, kritina toka lei kod temperature 31=k oC, to je blizu temperature rashladne vode. Kod neznatnog povienja temperature rashladne vode, moglo bi se dogoditi da rashladni uinak potpuno iezne.

Sl. 3.23. Promjena rashladnog uinka s poveanjem temperature kondenzacije u T,s- dijagramu

3.4.1.2. Suho usisavanje To je usisavanje suhozasiene pare. Provodi se da bi se sprijeilo skupljanje kapljevite radne tvari u kompresoru i tako zatitio kompresor od hidraulikog udara. Sl. 3.24. Shematski prikaz jednostupanjskog parnog rashladnog ureaja s prigunim ventilom

i suhim usisavanjem

T

s

p p p

p0

1 1

2

2 2

33

3

5 55

q0 q0

h=konsth=konst

h=konst

Kondenzator

Kompresor is

Ispariva

Priguni ventil

Odjeljiva

2

1

3

5

Q0

Q

p0 p0

p p

L

TEHNIKA HLAENJA

41

Vlana para iz isparivaa i prigunog ventila struje u proireni prostor odjeljivaa, pa se brzina strujanja znatno smanjuje i para vie ne moe sa sobom nositi kapljice, nego se one taloe na dno odjeljivaa i vraaju u ispariva kao kapljevina. Ostala para, osloboena kapljica, postaje suhozasiena ( 1=x ). Nju usisava kompresor i komprimira do tlaka p (stanje 2). U kondenzatoru se hladi i kondenzira do stanja 3. Nakon prigunog ventila stanje radne tvari je 5. Kada bi se usisavala vlana para, kompresija bi tekla od stanja 1.

Sl. 3.25. T,s- dijagram jednostupanjskog parnog rashladnog procesa s prigunim ventilom i suhim usisavanjem

Takvim se postupkom poveava specifini rashladni uinak, ali se takoer poveava i utroeni mehaniki rad. Povrina c-1'-1-d-c predstavlja poveanje rashladnog uinka u odnosu na sluaj kada se usisava vlana para 1'. Prednost je to se ovakav proces sa sigurnou moe primijeniti u realnim rashladnim ureajima. Ako se promatra T,s - dijagram, vidi se da je ostalo malo slinosti s termodinamiki najboljim Carnotovim procesom. Ipak, ostala je velika termodinamika prednost parnog procesa, a to je da se itav rashladni uinak predaje radnoj tvari pri konstantnoj temperaturi isparivanja, a moe se rei da se najvei dio topline predaje okoliu takoer pri konstantnoj temperaturi kondenzacije.

Sl. 3.26. p,h- dijagram jednostupanjskog parnog rashladnog procesa s prigunim ventilom i suhim usisavanjem

q0

T

s

11

23

5

T, p

T0, p0

p0

p

a b c d

l h=konst2`

6

p

h

1

2 3

5

p, T

p0, T0

x=0 x=1

is

TEHNIKA HLAENJA

42

Specifini rad 12 hhl = [kJ/kg] Specifini rashladni uinak 31510 hhhhq == [kJ/kg] (govorimo uinak, iako se ustvari radi o razlici specifinih entalpija) Toplina odvedena u kondenzatoru po 1 kg radne tvari 32 hhq = [kJ/kg]

Faktor hlaenja 12

3100 hh

hhl

q==

Protok radne tvari 0

0

qQM&& = [kg/s]

Suhim se usisavanjem moe provesti proces i kada je temperatura okolia T via od kritine temperature Tkr. To je esto sluaj kod koritenja CO2 , ija je kritina temperatura =kr 31oC ( 304=krT K), a kad je rashladna voda kondenzatora vie temperature. U ovom sluaju, kada je krTT > , poveanjem tlaka na kraju kompresije ( pp ) moe se poveati rashladni uinak, ali se i potrebni rad poveava. Do koje se granice isplati poveanje

tlaka koje za rezultat ima poveanje faktora hlaenja moe se odrediti iz uvjeta 00 =

p , uz

konstT = i konsth =1 . Sl. 3.27. T,s- dijagram nadkritinog jednostepenog rashladnog procesa s prigunim ventilom i

suhim usisavanjem

2`

1

T

p p pkr

K

p0

2

33

55

q0

s

l

TEHNIKA HLAENJA

43

3.4.1.3. Utjecaj pothlaivanja radne tvari u kondenzatoru

Sl. 3.28. Skica kondenzatora i dijagram promjene temperatura radne tvari i rashladnog sredstva u kondenzatoru

Slikom je prikazan shematski prikaz kondenzatora. Strujanje vode i radne tvari je protusmjerno. U kondenzatoru se toplina predaje od radne tvari rashladnoj vodi ili nekoj drugoj tvari (npr. zrak) koja slui za hlaenje. Radna tvar kondenzira, a rashladna voda se ugrijava, i to tim vie to je njen protok manji. Temperatura kondenzacije mora biti via od temperature rashladne vode, jer se toplina od radne tvari predaje rashladnoj vodi. Pretpostavka da odmah na poetku imamo temperaturu kondenzacije je u redu, jer u cijevi struji para, ali se estice na stjenci odmah kondenziraju.

12 WWw TTT = je promjena temperature vode i kree se uobiajeno oko 4 6 K, ali ovisi o raspoloivoj koliini vode. Ako je na raspolaganju manji protok vode, ova e razlika temperatura biti vea.

2WTTT = - razlika temperature kondenzacije i temperature vode na izlazu. Kree se uobiajeno od 5 do 7 K. to je manji protok vode, to je via temperatura kondenzacije T , a time je rashladni uinak 0q manji. Ako je povrina kondenzatora dovoljno velika, kondenzat e se pothladiti za nekoliko stupnjeva. Pothlaivanje moe biti u kondenzatoru ili u izmjenjivau topline u koji radna tvar ide nakon kondenzatora.

ulaz pare radne tvari

izlaz kapljevine (kondenzata)

ulaz vode

izlaz vode

TW1

TW2

TW1

TW2

T

F

TW

T T

T kondenzacije radne tvari

TEHNIKA HLAENJA

44

Pothlaivanje utjee na poveanje rashladnog uinka.

Sl. 3.29. Shematski prikaz jednostupanjskog parnog rashladnog ureaja s prigunim ventilom, suhim usisavanjem i pothlaivanjem radne tvari u izmjenjivau topline - pothlaivau

Usisavanje je suho (stanje 1 lei na liniji x=1). Stanje 3' je pothlaena kapljevina na ulazu u priguni ventil. Pothladila se pri konstantnom tlaku konstp = . Linija konstantnog tlaka

konstp = je jako blizu linije 0=x . rad ostaje isti, to se ne vidi tako dobro u T,s - dijagramu, kao u p,h - dijagramu.

Sl. 3.30. p,h- dijagram jednostupanjskog parnog rashladnog procesa s prigunim ventilom, suhim usisavanjem i pothlaivanjem radne tvari u izmjenjivau topline - pothlaivau

Izmjenjiva (pothlaiva)

Kondenzator

Ispariva

Kompresor

Priguni ventil

Odjeljiva

2

1

3

3

5

Qiz

Q

Q0

L

p

h

1

2 3 3

5

is

p,T

p0 ,T0

x=1 x=0

TEHNIKA HLAENJA

45

Sl. 3.31. T,s- dijagram jednostepenog parnog rashladnog procesa s prigunim ventilom, suhim

usisavanjem i pothlaivanjem radne tvari u izmjenjivau topline - pothlaivau Specifini rad 12 hhl = [kJ/kg] Specifini rashladni uinak '510 hhq = [kJ/kg] (govorimo uinak, iako se ustvari radi o razlici specifinih entalpija) Toplina odvedena u kondenzatoru po 1 kg radne tvari 32 hhqk = [kJ/kg] Toplina odvedena u izmjenjivau po 1 kg radne tvari '33 hhqiz = [kJ/kg] Ako se pothlaivanje zbiva u kondenzatoru, onda je toplina odvedena u kondenzatoru '32 hhqk = [kJ/kg] Protok radne tvari

0

0

qQM&& = [kg/s]

Odvedena toplina u kondenzatoru kk qMQ && = [kW] Snaga za pogon kompresora (izentropska kompresija) lMP && = [kW] Faktor hlaenja (rashladni mnoilac)

lq

PQ 00

0 == &&

T

s

1

p0

q0

2 3

3

5 5

T, p

T0, p0 l

p

TEHNIKA HLAENJA

46

3.4.1.4. Pothlaivanje kondenzata hladnom parom radne tvari Pothlaivanje tekue radne tvari prije ulaska u priguni ventil moe se provesti pomou hladne pare radne tvari koja izlazi iz isparivaa. Sl. 3.32. Shematski prikaz jednostupanjskog parnog rashladnog ureaja s prigunim ventilom, suhim usisavanjem i pothlaivanjem radne tvari u internom izmjenjivau za prijenos topline

od hladne pare na izlazu isparivaa na kapljevinu koja izlazi iz kondenzatora

Sl. 3.33. T,s- dijagram jednostupanjskog parnog rashladnog procesa s prigunim ventilom, suhim usisavanjem i pothlaivanjem radne tvari u internom izmjenjivau za prijenos topline

od hladne pare na izlazu isparivaa na kapljevinu koja izlazi iz kondenzatora Kondenzatu se odvodi toplina pri tlaku p , a pari se dovodi toplina pri tlaku 0p . Stanje 1 je odreeno predanom toplinom i vrijedi 3311 = hhhh .

Kompresor Kondenzator

Pothlaiva (izmjenjiva)

IsparivaPriguni ventil

1

2

3

3

5 1

1

Q0

Q

p0

p0

p0 p0

p p

p

T

s

l

q0

l1

11t

2t p0

p

2

33

55

T

T , p

T0 , p0

TEHNIKA HLAENJA

47

Rashladni se uinak poveao za 0q , ali na raun veeg potroka rada. Za poveanje 0q potreban je dodatni rad l . Za ovakav tip pothlaivaa, u teoretskom se sluaju pari moe poveati temperatura do T . Rashladni je uinak 31510 == hhhhq [kJ/kg]. Potreban je rad 12 = hhl [kJ/kg] Toplina odvedena u kondenzatoru 32 hhq = [kJ/kg] Izmijenjena toplina u izmjenjivau 1133 hhhhqiz == [kJ/kg]

Faktor hlaenja 12

3100

==

hhhh

lq

Povean je rashladni uinak za 0q , ali je povean i potreban rad za l . Za svaki promatrani sluaj (razliite temperature T i 0T i razliite radne tvari) treba odrediti da li je termodinamski povoljniji ovakav proces ili proces s usisom suhozasiene pare.

Sl. 3.34. p,h- dijagram jednostupanjskog parnog rashladnog procesa s prigunim ventilom, suhim usisavanjem i pothlaivanjem radne tvari u internom izmjenjivau za prijenos topline

od hladne pare na izlazu isparivaa na kapljevinu koja izlazi iz kondenzatora Teoretski se moe para zagrijati do T , a pritom se kondenzat ohladi do neke temperature

PT koja je via od 0T . To je stoga to je specifini toplinski kapacitet kondenzata vii od specifinog toplinskog kapaciteta pare.

p

h

1 1

2 2 p

p0

33

5 5

x=0 x=1

TEHNIKA HLAENJA

48

3.4.2. Parni rashladni proces s jednostupanjskom kompresijom i isparivanjem na dvije temperature (2 priguna ventila) Kod manjih komercijalnih ureaja moe se pojaviti potreba za hlaenjem na vie temperatura. Ako je jednostepena kompresija opravdana, primjenjuju se ureaji s dva ili vie prigunih ventila. Kod ureaja s dva priguna ventila, jedan dio radne tvari se priguuje od tlaka p na tlak mp u prigunom ventilu PVI, a drugi od tlaka p na tlak 0p u prigunom ventilu PVII. Radna tvar iz PVI ulazi u ispariva II, gdje preuzima toplinu mQ . Iz isparivaa II izlazi para stanja 5. Ova se para priguuje u ventilu za odravanje konstantnog tlaka VKT na tlak 0p (stanje 6) i mijea sa parom 8 tlaka 0p koja izlazi iz isparivaa III u kojem je preuzela toplinu

0Q . Kompresor sie pregrijanu paru 1 tlaka 0p nastalu mijeanjem pare 6 i 8 i komprimira ju u jednom stupnju do tlaka p (stanje 2). U kondenzatoru se radna tvar ohladi i kondenzira do stanja 3, s kojim ulazi u prigune ventile. Sl. 3.35. Shematski prikaz rashladnog ureaja s jednostepenom kompresijom i isparivanjem na dvije temperature Specifini rashladni uinci

35450 hhhhq m == [kJ/kg] 38780 hhhhq == [kJ/kg]

Protok radne tvari kroz PVI m

mI q

QM0

&& = [kg/s], protok radne tvari kroz PVII 0

0

qQM II&& = [kg/s]

Ukupni je protok radne tvari kroz kompresor III MMM &&& += [kg/s] Entalpija pare koju sie kompresor slijedi iz toplinske bilance mjealita:

K

KP

II PVI VKT

III PVII NV

Q0

Qm

L

Q p p

p0

pm p0

p0

p0

p

p

23

4 5 6

7 888

1

PV priguni ventil NV nepovratni ventil VKT- ventil za odravanje konstantnog tlaka KP - kompresor K - kondenzator I - ispariva

TEHNIKA HLAENJA

49

861 hMhMhM III &&& += , pa je III

III

MMhMhMh &&

&&++= 861 [kJ/kg]

Snaga za pogon kompresora ( )12 hhMP = && [kW] Uinak odveden u kondezatoru ( )32 hhMQ = && [kW] Faktor hlaenja

PQQ m

&&& += 00 - ne moe se izraunati sa specifinim rashladnim uincima i

radom kompresora. Sl. 3.36. T,s- dijagram rashladnog procesa s jednostupanjskom kompresijom i isparivanjem na dvije temperature Sl. 3.37. p,h- dijagram rashladnog procesa s jednostupanjskom kompresijom i isparivanjem na dvije temperature Ovakav proces se koristi kod manjih ureaja, i za po mogunosti manji mQ& , jer bi kod veih

mQ& gubici priguivanja (od 5 do 6) bili preveliki.

T

s

p

pm p0

p , T

pm , Tm p0 , T0

2

1 8 6

7

4

3

5

h=konsth=konst

p

h

p , T

pm , Tm

p0 , T0

p

pm

p0

3

4 5

6 7 8 1

2

TEHNIKA HLAENJA

50

3.4.3. Parni rashladni procesi s viestupanjskom kompresijom Temperatura isparivanja mijenja se kao posljedica promjenjive temperature hlaenja, dok se temperatura kondenzacije mijenja kao posljedica promjenjive temperature rashladne vode. Poveanjem razlike temperatura isparivanja 0T i kondenzacije T raste razlika tlakova, to ima za posljedicu poveanje rada kompresije. Pri poveanju razlike tlakova p i 0p rastu i gubici priguivanja to dodatno smanjuje specifini rashladni uinak 0q . Dakle, poveanjem razlike temperatura isparivanja i kondenzacije faktor hlaenja se naglo smanjuje. Vei kompresijski omjer 0ppx = razlog je i smanjenju volumetrijskog stupnja dobave kompresora . Kako je dobava kompresora tVV = , gdje je tV teoretska dobava kompresora, kompresor e usisavati sve manji volumen pare, odnosno sve manju masu radne tvari. U tom sluaju za isti rashladni uinak, kompresor treba biti vei, a udio gubitaka u odnosu na 0q raste. Vei kompresijski omjer ima takoer za posljedicu viu temperaturu pare na izlazu iz kompresora, to moe prouzroiti probleme s podmazivanjem. Uobiajeno se dvostupanjska kompresija primjenjuje kad je:

kompresijski omjer 1080 >= ppx (Prijelaz na dvostupanjsku kompresiju ovisi i o primijenjenoj radnoj tvari, pa se treba razmotriti i drugi kriterij, a to je:)

temperatura na kraju kompresije 1401352 > oC Dvostupanjskom se kompresijom ostvaruje i uteda na radu, ali to nije glavni razlog za njenu primjenu. 3.4.3.1. Dvostupanjska kompresija s hladnjakom pare Sl. 3.38. Shematski prikaz rashladnog ureaja s dvostupanjskom kompresijom i hladnjakom

pare izmeu stupnjeva

KPII

KPI

PV

P

K

I

OD

Qr

Q

Qp

Q0

1

2

3

45

6

7 p0 p0

p0

pm

pm

p p

p

K kondenzator KPI kompresor I st. KPIIkompresor II st I - ispariva OD odjeljiva PV priguni ventil H hladnjak pare P pothlaiva

H

TEHNIKA HLAENJA

51

Sl. 3.39. T,s- dijagram rashladnog procesa s dvostupanjskom kompresijom i hlaenjem pare

izmeu stupnjeva Temperatura radne tvari stanja 3 ovisi o temperaturi rashladne vode koja protjee kroz hladnjak pare. Tlak mp moe se odabrati u skladu s temperaturom raspoloive rashladne vode, ili u skladu sa zahtjevom da uteda na radu bude maksimalna. Ako se potuje zahtjev

maxll = , vrijedi pppppxppm 0

000 === . U tom sluaju treba i hladilo kojim

hladimo radnu tvar od stanja 2 do stanja 3 biti pogodne temperature. Sl. 3.40. p,h- dijagram rashladnog procesa s dvostupanjskom kompresijom i hlaenjem pare

izmeu stupnjeva Rad kompresije ( ) ( )3412 hhhhlll III +=+= [kJ/kg]

s

T p

pm

p0 p , T

pm , Tm

p0 , T0 h=konst

1

2 3

4

5 6

7

q0

l

p

h

p

pm

p0 p0 , T0

pm , Tm

p , T

1

2 3

4 6 5

7

TEHNIKA HLAENJA

52

Toplina odvedena u kondenzatoru 54 hhq = [kJ/kg] Toplina odvedena u pothlaivau 65 hhqp = [kJ/kg] Toplina odvedena u hladnjaku pare 32 hhqr = [kJ/kg] Specifini rashladni uinak 710 hhq = [kJ/kg] 67 hh = Protok radne tvari za ostvarivanje rashladnog uinka 0Q& je

0

0

qQM&& = [kg/s]

Snaga za izentropsku kompresiju lMP && = [kW] Stvarno potrebna snaga :

ise

PP && = [kW]

Toplina odvedena u kondenzatoru qMQ && = [kW] Toplina odvedena u meuhladnjaku rr qMQ && = [kW] Toplina odvedena u pothlaivau pp qMQ && = [kW]

Faktor hlaenja l

qP

Q 000 ==

& - kroz cijeli ureaj je isti protok radne tvari. 3.4.3.2. Dvostupanjska kompresija s meuhladnjakom - odjeljivaem Para radne tvari koja dolazi iz isparivaa komprimira se u niskotlanom kompresoru od tlaka

0p na tlak mp (od stanja 1 na stanje 2). 1M& kg/s pare 2 koja izlazi iz kompresora prvog stupnja hladi se u meuhladnjaku (odjeljivau) pri tlaku mp na temperaturu zasienja mT . To se dogaa na raun isparivanja tekue faze radne tvari stanja 7. U kompresor drugog stupnja ulazi 2M& kg/s suhozasiene pare 3. 2M& je vee od 1M& za M & , tj. za koliinu radne tvari koja je isparila da bi se ohladila para iz prvog stupnja od stanja 2 do stanja 3. Na izlazu iz kompresora drugog stupnja para 4 je tlaka p i temperature 4T . Nakon kondenzacije i pothlaivanja stanje kapljevine je 6. Jedan mali dio kapljevine ( M & ) priguuje se u PVII na tlak mp i odlazi u meuhladnjak (odjeljiva), dok se glavnina kapljevine 1M& priguuje u PVI na tlak 0p i odlazi sa stanjem 8 u odjeljiva (ispariva). Tlak mp se odreuje tako da se osigura najvea uteda na radu, pa je pppm 0= . Rad niskotlanog kompresora (kompresora prvog stupnja) 12 hhll NTI == [kJ/kg] Rad visokotlanog kompresora (kompresora drugog stupnja) 34 hhll VTII == [kJ/kg] Specifini rashladni uinak 61810 hhhhq == [kJ/kg] Toplina odvedena u kondenzatoru 54 hhq = [kJ/kg] Toplina odvedena u pothlaivau 65 hhq p = [kJ/kg]

TEHNIKA HLAENJA

53

Sl. 3.41. Shematski prikaz rashladnog ureaja s dvostupanjskom kompresijom i

meuhladnjakom - odjeljivaem

Sl. 3.42. T,s- dijagram rashladnog procesa s dvostupanjskom kompresijom i meuhladnjakom

- odjeljivaem Sl. 3.43. p,h- dijagram rashladnog procesa s dvostupanjskom kompresijom i meuhladnjakom

- odjeljivaem

KPIKPII K

P

ODPVI

PVIIMHO

I

Q

Qp

Q0

LNTLVT

1

2 134

5

6

6

6 8

7

2M&

M & 1M&

p0

p0 p

p

p

pm pm

pm

p

h

p , T

pm , Tm

p0 , T0 1

2 3

4 5 6

7

8

T

1

2

3

45

6

7

8

p

p , T

pm , Tm

p0 , T0

pm

p0

q0

s

TEHNIKA HLAENJA

54

Za ostvarivanje rashladnog uinka 0Q& treba protok 1M& kroz priguni ventil PVI biti

81

0

0

01 hh

QqQM ==

&&& [kg/s]

Bilanca mase za meuhladnjak (odjeljiva) glasi '12 MMM &&& += Iz bilance topline u meuhladnjaku (odjeljivau) 72132 hMhMhM += &&& i bilance mase slijedi protok M &

73

321 hh

hhMM = && [kg/s]

=

+=+=

73

721

73

32112 1 hh

hhMhhhhMMMM &&&&& [kg/s]

Potrebna snaga za izentropsku kompresiju: ( ) ( )342121 hhMhhMPPPPP VTNTIII +=+=+= &&&&&&& [kW] Toplina odvedena u kondenzatoru ( )542 hhMQ = && ]kW] Toplina odvedena u pothlaivau ( )652 hhMQiz = && ]kW]

Faktor hlaenja ( )( ) ( )

( )( ) ( )34

73

7212

81

3473

72121

81100

hhhhhhhh

hh

hhhhhhhhM

hhMP

Q

+=

+==

&

&&&

TEHNIKA HLAENJA

55

3.4.3.3. Dvostupanjska kompresija s meuhladnjakom odjeljivaem: priguivanje duboko pothlaenog kondenzata u PVI i priguivanje umjereno pothlaenog kondenzata u PVII

Sl. 3.44. Shematski prikaz rashladnog ureaja s dvostupanjskom kompresijom i meuhladnjakom odjeljivaem, priguivanjem duboko pothlaenog kondenzata u PVI i

priguivanjem umjereno pothlaenog kondenzata u PVII

Sl. 3.45. T,s- dijagram rashladnog procesa s dvostupanjskom kompresijom i meuhladnjakom odjeljivaem, priguivanjem duboko pothlaenog kondenzata u PVI i priguivanjem

umjereno pothlaenog kondenzata u PVII

KPIKPII K

P

ODPVI

PVIIMHO

I

Q

Qp

Q0

LNTLVT

1

2 134

5

6

6

6 9

7

2M&

M & 1M& 8 p0 p0

p0 pm pm

pm

p

p

p

T

s

1

2

3

456

7 8

p

p , T

pm , Tm

p0 , T0

pm

p0

q0

9

TEHNIKA HLAENJA

56

Sl. 3.46. p,h - dijagram rashladnog procesa s dvostupanjskom kompresijom i meuhladnjakom odjeljivaem, priguivanjem duboko pothlaenog kondenzata u PVI i

priguivanjem umjereno pothlaenog kondenzata u PVII Rad niskotlanog kompresora (kompresora prvog stupnja) 12 hhll NTI ==