مقالات, اصول تبرید, صنایع برودتی, ویدئو

با سیکل تراکمی تبرید بیشتر آشنا شوید

سیکل تبرید تراکمی

سیکل تبرید تراکمی فرایندی ترمودینامیکی است که از آن در طراحی دستگاه های سرمایشی مثل چیلر ها، یخچال ها، سیستم های برودتی، کولرهای گازی یا همان اسپلیت ها و … استفاده می شود. تاریخچۀ استفاده از سیستم تبرید تراکمی در صنایع نزدیک به دویست سال قدمت دارد. این سیکل بر مبنای تغییر حالت فیزیکی یک سیال طراحی می شود. این سیال باید ظرفیت گرمایشی و سرمایشی بالایی داشته باشد و بتواند در دمای مورد نظر دستگاه های صنعتی عمل کند. این سیکل را به نوعی می توان سیکل برعکس شدۀ ماشین های گرمایی نیز دانست. به همین خاطر اغلب به این سیکل، موتور گرمای معکوس نیز می گویند. در این مقاله قصد داریم دربارۀ سیکل تبرید تراکمی صحبت کنیم و ببینیم چگونه با استفاده از این سیکل سیستم های سرمایشی مختف را طراحی می کنند. همچنین دربارۀ اجزای به کار رفته در سیکل های تراکمی گفت و گو خواهیم کرد.

آشنایی با سیکل تبرید تراکمی

برای آشنایی با سیکل تبرید تراکمی ابتدا کلمه به کلمه پیش برویم تا به تعریف ساده ای از این سیکل برسیم.

  • سیکل : منظور از سیکل طی کردن یک چرخۀ کامل و تکرار پیاپی آن است. در واقع در این سیکل، سیال مبرد در یک خط جریان به صورت پیاپی رفت و آمد می کند و گرما را از محیطی به محیط دیگر منتقل می کند.
  • تبرید : تبرید یا سردسازی فرایندی است که در سیکل های تبریدی صورت می گیرد. در حقیقت هدف از طراحی این سیکل ها سرمایش یک محیط است. حال این محیط می تواند داخل محفظۀ یخچال باشد یا یک اتاق یا حتی یک ساختمان مسکونی باشد. به سیالی که در این سیکل به جریان در می آید نیز به همین خاطر سیال مبرد گفته می شود. یعنی سیالی که کار تبرید یا همان سردسازی را انجام می دهد.
  • تراکمی : منظور از تراکم، تراکم سیال مبرد است. تراکم به کمک کمپرسور اتفاق می افتد و در حقیقت به کمک همین تراکم است که انرژی جنبشی لازم برای گردش سیال مبرد در سیکل تأمین می شود.

اگر با موتورهای گرمایی آشنایی داشته باشید و نام چرخه کارنو را شنیده باشید، می دانید که در این چرخه ها به کمک انتقال گرما از محیط گرمتر به محیط سردتر کار مشخصی انجام می شود. حال فرض کنید همین چرخه را برعکس کنیم. یعنی کاری انجام دهیم تا گرما از محیط سردتر به محیط گرمتر انتقال یابد. به روند برعکس موتور گرمایی کارنو، موتور معکوس کارنو یا یخچال گفته می شود. اساس طراحی سیکل های تبرید تراکمی نیز بر مبنای فرایند چرخۀ ترمودینامیکی یخچال است.

فرایند سیکل تبرید تراکمی

فرایند سیکل تبرید تراکمی در چهار مرحله کامل می شود. شروع این مرحله با تراکم سیال مبرد است. مرحلۀ دوم، چگالش این سیال است و سپس نوبت به انبساط سیال و اختناق آن می رسد. در نهایت نیز سیال وارد بخش تبخیر می شود و سیکل به انتهای خود می رسد. نقطۀ انتهایی سیکل های تبرید تراکمی دوباره به نقطۀ ابتدایی آن متصل می شود. در ادامه به طور مختصر هر یک از این مراحل را توضیح داده ایم.

سیکل تبرید تراکمی

نقطۀ شروع فرایند : تراکم سازی سیال (Compression)

نخستین مرحله در سیکل های تبریدی مرحلۀ تراکم سازی سیال است. این کار معمولاً به کمک یک دستگاه کمپرسور انجام می شود. سیال در حالی وارد کمپرسور می شود که حالت گازی داشته و دما و فشار پایینی دارد. با ورود سیال به کمپرسور دما و فشار آن بالا رفته و آمادۀ ورود به مرحلۀ بعدی می شود. همین طور که گفتیم در چرخۀ یخچال این ما هستیم که کاری را به سیستم منتقل می کنیم تا گرما را از محیطی سرد به محیطی گرم منتقل کند. کار لازم برای انجام این چرخه در مرحلۀ تراکم سازی سیال به مبرد انتقال می یابد. در حقیقت برای به جریان انداختن سیال و متراکم کردنش لازم است از یک موتور الکتریکی یا احتراقی استفاده کرد.

نقطۀ دوم : ورود سیال به کندانسور (Condensation)

مرحلۀ دوم، مرحلۀ چگالش سیال مبرد است. زمانی که سیال مبرد از کمپرسور خارج می شود، دما و فشار بالایی دارد. به همین خاطر وارد یک کندانسور می شود. کندانسورها اغلب خط لوله هایی هستند که به صورت یک مارپیچ طراحی می شوند. البته کندانسورها در چیلرهای تراکمی به صورت یک مبدل حرارتی طراحی می شوند. با ورود سیال به بخش کندانسور عملیات خنک سازی و چگالش آن آغاز می شود. پایین آوردن دمای سیال اغلب به کمک جریان آب یا گردش هوا در اطراف خطوط لوله کندانسور انجام می گیرد. در کندانسور اغلب فشار سیال ثابت می ماند. اما دمای آن به قدری پایین می آید که تماماً از حالت گازی به حالت مایع در می آید.


پیشنهاد می شود این مقاله را نیز مطالعه کنید : گاز فریون یا مبرد چیست؟


نقطۀ سوم : انبساط و کاهش فشار سیال (Throttling and Expansion)

سیال مبرد پس از اینکه به طور کامل به مایع تبدیل شد، وارد یک شیر انبساط می شود. با ورود سیال به شیر انبساط با افزایش حجم سیال، فشار آن نیز پایین می آید. همچنین این اتفاق باعث می شود که بخشی از سیال مایع که در حالت اشباع قرار دارد، به بخار تبدیل شود. در حقیقت سیال خروجی از شیر انبساط حالتی دو فازی خواهد داشت و مخلوطی از گاز و مایع را شامل می شود.

نقطۀ انتهایی سیکل : مرحلۀ تبخیر (Evaporation)

مرحلۀ تبخیر درست همان جایی است که سیال مبرد گرمای محیط مورد نظر ما را جذب می کند و به بیرون منتقل می کند. برای مثال در یک یخچال فریزر معمولی عملیات تبخیر سیال مبرد درست در محفظۀ یخچال صورت می گیرد. در این مرحله چون فشار سیال به شدت پایین است، در نتیجه دمای آن نیز پایین ترین میزان ممکن خواهد بود. به طوری که از محیط مورد نظر ما (مثلاً محفظۀ یخچال) دمایی پایین تر خواهد داشت. همین تفاوت دما بین سیال مبرد و مکان هدف باعث می شود که گرما از بخش مورد نظر ما به سیال مبرد منتقل شود. این انتقال حرارت باعث می شود که سیال به صورت کامل به بخار تبدیل شده و دوباره به یک مبرد تک فازی دست پیدا کنیم. این سیال پس از عبور از بخش اواپراتور یا همان مرحلۀ تبخیر مجدداً آمادۀ ورود به کمپرسور می شود. در حقیقت در اینجا چرخۀ سیکل تبریدی ما به اتمام رسیده و دوباره به گردش در می آید.


مطالعه این مقاله را نیز توصیه می کنیم : شیر انبساط یا اکسپنشن ولو چیست؟


آشنایی با اجزاء سیکل های تبرید تراکمی

همین طور که گفتیم فرایند سیکل های تبریدی به وسیلۀ چند دستگاه صنعتی انجام می شود که این دستگاه ها نیز می تواند با توجه به نوع فرایند از طراحی خاصی برخوردار باشد. در ادامه دربارۀ اجزاء سیستم صحبت خواهیم کرد.

کمپرسور

نقش کمپرسور در یک سیکل تبرید تراکمی همین طور که توضیح دادیم، متراکم ساختن سیال مبرد است. کمپرسورهای امروزی انواع متفاوتی دارند. در گذشته اغلب از کمپرسورهای پیستونی استفاده می شد. اما این کمپرسورها علاوه بر اینکه فضای زیادی را به خود اختصاص می دادند، سر و صدای بالایی هم داشتند. به همین خاطر امروزه از کمپرسورهای جدیدتری مثل کمپرسورهای اسکرال، اسکرو و … استفاده می شود. کمپرسورهایی که قطعات متحرک کمتری دارند و در نتیجه سر و صدای کمتری نیز تولید می کنند. به علاوه که کمپرسورهای امروزی عملکرد بهتری هم دارند. کمپرسورها در حقیقت قلب یک سیکل تبرید تراکمی به حساب می آیند. در انتخاب کمپرسور برای طراحی یک سیستم تبریدی باید به عوامل بسیاری دقت کرد. اول باشد مشخص نمود که به چه ظرفیتی برای سرمایش نیاز است و هدف از طراحی این سیستم تبریدی چیست. همچنین در خرید سیستم های تبریدی نیز باید دقت کنید که نوع کمپرسور دستگاه چیست و چگونه عمل می کند.

کندانسور

زمانی که از چگالش سیال مبرد صحبت می کنیم، در حقیقت این عمل به کمک کندانسورها انجام می شود. کندانسورها می توانند به صورت آب خنک و یا هوا خنک طراحی شده باشند. برای مثال در چیلرهای هوا خنک، از جریان هوا به کمک چندین فن پرقدرت برای خنک سازی سیال مبرد استفاده می شود. این در حالی است که در چیلرهای آب خنک از یک مبدل حرارتی پوسته لوله کمک گرفته می شود. به این شکل که سیال مبرد در داخل لوله به جریان در می آید و جریان آب وظیفۀ خنک سازی سیال را بر عهده خواهد داشت. طبیعتاً برای خنک کردن مجدد این جریان آب هم باید فکری کرد. در چیلرهای آب خنک از یک برج خنک کننده یا کولینگ تاور در کنار چیلر استفاده می شود که دقیقاً همین وظیفه را بر عهده خواهد داشت. کندانسور دیگر وسایل سرمایشی مثل یخچال های معمولی اغلب به صورت هوا خنک طراحی می شود.

شیر انبساط

شیر انبساط اگرچه ساختار پیچیده ای ندارد و نسبت به دیگر اجزای سیستم های تبریدی، حجم کمتری را اشغال می کند و وزن کمتری  هم دارد، اما نقش مهمی را در یک سیکل تبرید تراکمی ایفا می کند. زمانی که سیال در فشار بالا و دمای پایینی قرار دارد، این شیر انبساط است که باعث کاهش چشمگیر فشار سیال می شود و آن را برای ورود به بخش اواپراتور آماده می کند. شیرهای انبساط علاوه بر کاهش فشار و دمای سیال  وظیفۀ کنترل جریان ورودی به بخش اواپراتور را نیز بر عهده دارد. شیرهای انبساط اغلب به صورت مکانیکی (ترموستاتیکی) یا الکترونیکی طراحی می شوند. شیرهای الکترونیکی این قابلیت را دارند که از دور کنترل شده و باز و بست شوند. همچنین کنترل شیرهای الکترونیکی به کمک دستگاه های دیجیتال صورت می گیرد و راحت تر است.

اواپراتور

اواپراتور نیز درست به مانند بخش کندانسور در حقیقت یک مبدل حرارتی است. حال این مبدل می تواند به صورت یک مبدل پوسته لوله طراحی شده باشد (به مانند چیلرهای تراکمی) و یا طراحی آن به صورت ساده انجام گرفته باشد. زمانی که سیال مبرد وارد بخش اواپراتور می شود، پایین ترین دمای ممکن را دارد و آمادۀ انتقال حرارت با نقطۀ هدف ماست. حال اگر هدف کاهش دمای درون محفظۀ یخچال باشد، انتقال حرارت بین سیال مبرد و محفظۀ یخچال صورت می گیرد. یا اگر صحبت از یک چیلر صنعتی باشد، این کار به کمک یک مبدل حرارتی پوسته لوله و جریان آب انجام می گیرد. به طوری که سیال مبرد باعث کاهش دمای آب درون پوسته می شود و سپس از این آب خنک شده جهت سرمایش محیط یا دستگاه های صنعتی استفاده می شود. همین طور که مشخص است اواپراتورها نیز می توانند از نوع هوا خنک و یا آب خنک باشند. برای مثال اواپراتور یخچال فریزرها از نوع هوا خنک است. اما اواپراتور دستگاه های چیلر تراکمی ممکن است از نوع هوا خنک یا آب خنک باشد.


مطالعه این مقاله نیز مفید خواهد بود : کندانسور و اواپراتور چیست؟


جمع بندی

شماتیک اصلی سیکل تراکمی تبرید

شماتیک اصلی سیکل تراکمی تبرید

سیکل تبرید تراکمی، یک سیکل ترمودینامیکی است که بر مبنای چرخۀ کارنو و به صورت برعکس عمل می کند. در واقع در سیکل های تبرید تراکمی ما مقداری انرژی به سیستم وارد می کنیم تا به کمک این انرژی ورودی گرما از محیطی با دمای پایین تر به محیطی با گرمای بالاتر منتقل شود. این سیکل تبریدی اساس کار تمامی دستگاه های سرمایشی از جمله یخچال های خانگی، جیلرهای تراکمی، کولرهای گازی و … است. یک سیکل تبرید تراکمی در چهار مرحله تکمیل می شود. در نقطۀ اول، سیال مبرد با ورود به کمپرسور متراکم می شود و انرژی لازم را برای طی کردن فرایند سیکل دریافت می کند. سپس وارد بخش کندانسور می شود و دمای آن پایین می آید. به صورتی که تماماً به مایع اشباع تبدیل شود. مایل خروجی از بخش کندانسور باید از یک شیر انبساط عبور کند. عبور از شیر انبساط باعث افت شدید فشار سیال می شود و در نتیجه دمای سیال پایین آمده و تغییر فاز نیز می دهد. این سیال پس از عبور از شیر انبساط وارد آخرین مرحلۀ سیکل یا همان اواپراتور می گردد. در این مرحله است که سیال دمای محیط مورد نظر را کاهش می دهد. پس از عبور از این مرحله دوباره سیال مبرد باید وارد بخش کمپرسور شود تا این سیکل مجدداً تکرار شود.

نوشته های مشابه

8 دیدگاه در “با سیکل تراکمی تبرید بیشتر آشنا شوید

  1. امیرحسین ارجمندی گفت:

    بسیار بسیار ارزنده و اموزنده بود. من تا قبل از مطالعه مقاله فوق فکر میکردم ابتدا کمپرسور گاز را به مایع تبدیل میکند و سپس به ایواپراتور میفرستد تا به محیط سرمادهد وبعد به کنداسور میاید گرامای جذب شده توسط اوواپراتور را در کندانسور ازدست میدهد و ذوباره به موتور برمیگردد و سکل از نو وروزی ازنو
    اما تازه متوجه شدم چندساله دراشتباهم واقعا ازتون ممنونم بابت اینکه دانشتون را در اختیار ما قرار میدهید
    دست مریزاد

  2. NR گفت:

    بسیار عالی
    لطفاً به فایل های آموزشی تون روز به روز اضافه کنین.
    خییییییلی خوب بودن!!!
    ممنونم

  3. رضا نظام آبادی گفت:

    سلام ، واقعا عالی هست آموزشها ، خیلی ممنون از گروه صنعتی دی ، هم ساده هم جامع و کامل بود 🌹🌹🙏🙏

  4. جواد گفت:

    سلام خسته نباشید عالی عالی عالی من مبتدی هستم واز زمان آشنایی با مجموعه ی عالی شما هم به خودم هم به شغلم هم به آیندم امیدوار شدم انشاالاه هرکجا هستید در کنار خانواده سالم و سلامت باشیدبه امید موفقیت روزافزون برای شماممنون ممنون ممنون

  5. بهنام گفت:

    اين توضيح براىِ سيكلِ تبريدِ تراكمى نسبت به توضيحات و مقاله هايى كه تا بحال خواندم يا شنيده ام خيلى كامل در حين حال بطور ساده ايى بيان شده ( به عبارتى عاليست)، فقط نكته ايى كه نبايد آنرا فراموش كرد كه در سيستم تراكمى هدف گرم شدن مبرد بعد از كمپرسور نيست بلكه گرماي مبرد بخاطر متراكم شدن مولكولهاى مبرد و برخورد سريعتر آنها به يكديگر بر اثر تراكم زياد بوجود ميايد و همينطور كه توضيح داده شده در سيستم تراكمى مبرد بايد توسط كمپرسور متراكم شود و در كندانسور گرماىِ گاز متراكم شده گرفته شود كه بتواند به دماىِ ميعان خود برسد
    از توجهتان خيلى ممنونم

  6. ایمان انصاری گفت:

    واقعا جای تشکر و سپاس فراوان داره این همه زحمت در راستای ارتقاع اطلاعات دیگران.
    ممنون که این همه ساده و گیرا مطالب رو آموزش میدید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

*

code