Λύσεις στις ερωτήσεις 7-15 (αριθμημένες εδώ ως Q1-Q9) της ενιαίας ενότητας «Ερωτήσεις - Δραστηριότητες» του Κεφαλαίου 6 του σχολικού βιβλίου «Ψύξη - Κλιματισμός» Γ΄ ΕΠΑΛ, όσες αφορούν τα ψυκτικά ρευστά (§6.4).
Ερώτηση: Χαρακτηρίστε τις ακόλουθες ψυκτικές εφαρμογές ως υψηλών, μέσων ή χαμηλών θερμοκρασιών: α. Οικιακός καταψύκτης β. Διατήρηση χώρου ειδικών ηλεκτρονικών οργάνων στους 12 °C γ. Ψυκτικός θάλαμος διατήρησης μήλων (συμβουλευτείτε και τον Πίνακα 8.2).
Απάντηση:
Σύνοψη: α. Ο οικιακός καταψύκτης διατηρεί τρόφιμα κατεψυγμένα, σε θερμοκρασίες πολύ κάτω από −2 °C — άρα είναι εφαρμογή χαμηλών θερμοκρασιών. β. Ο χώρος διατήρησης ειδικών ηλεκτρονικών οργάνων στους 12 °C έχει θερμοκρασία πάνω από το όριο των 4 °C — άρα είναι εφαρμογή υψηλών θερμοκρασιών. γ. Σύμφωνα με τον Πίνακα 8.2, η συνιστώμενη θερμοκρασία συντήρησης των μήλων είναι −1 έως 0 °C, δηλαδή κάτω από 4 °C αλλά πάνω από το όριο των −2 °C — άρα ο ψυκτικός θάλαμος διατήρησης μήλων είναι εφαρμογή μέσων θερμοκρασιών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Η απόδοση των ατμοποιητών μετριέται σε W (ή kcal/h ή Btu/h). Πιστεύετε ότι θα μπορούσαν οι κατασκευαστές να γράφουν μία και μόνο τιμή σε W ή σε RT που να αντιπροσωπεύει την απόδοση του ατμοποιητή;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Όχι, δε θα μπορούσε να αναγράφεται μία και μόνο τιμή. Η απόδοση του ατμοποιητή εξαρτάται βέβαια από το υλικό κατασκευής, την επιφάνεια συναλλαγής θερμότητας με το περιβάλλον και άλλα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά, που είναι γνωστά στον κατασκευαστή. Υπάρχουν όμως και άλλοι παράγοντες που την καθορίζουν και δεν είναι γνωστοί με ακρίβεια εκ των προτέρων: η διαφορά της θερμοκρασίας ατμοποίησης από τη θερμοκρασία του ψυχόμενου χώρου, που συμβάλλει σημαντικά στην απόδοση (όσο μεγαλύτερη η διαφορά, τόσο μεγαλύτερη η μεταδιδόμενη θερμότητα), και το αν πρόκειται για ατμοποιητή φυσικής ή εξαναγκασμένης κυκλοφορίας· στη δεύτερη περίπτωση την απόδοση επηρεάζουν και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του ανεμιστήρα (π.χ. αριθμός στροφών). Γι' αυτό η απόδοση ενός ατμοποιητή δίνεται πάντα για συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Συγκρίνετε τον ειδικό όγκο κορεσμένου ατμού στους -5 °C, για τα ψυκτικά ρευστά R12, R22, R134a. Ο μικρός ειδικός όγκος είναι πλεονέκτημα ή μειονέκτημα για ένα ψυκτικό μέσο;
Απάντηση:
Σύνοψη: Από τους πίνακες θερμοδυναμικών χαρακτηριστικών του Παραρτήματος 2, στους −5 °C ο ειδικός όγκος του κορεσμένου ατμού είναι: R22: 0,0553 m³/kg, R12: 0,0650 m³/kg (0,064963), R134a: 0,0828 m³/kg. Άρα R22 < R12 < R134a: το R22 έχει τον μικρότερο ειδικό όγκο, ενώ το R134a τον μεγαλύτερο (περίπου 27% μεγαλύτερο από του R12 και 50% μεγαλύτερο από του R22 στη συγκεκριμένη θερμοκρασία). Ο μικρός ειδικός όγκος είναι πλεονέκτημα για ένα ψυκτικό μέσο (το βιβλίο τον αναφέρει στις επιθυμητές ιδιότητες, §6.4.1): για την ίδια μάζα ψυκτικού που πρέπει να αναρροφήσει ο συμπιεστής, απαιτείται μικρότερος όγκος ατμού, άρα αρκεί μικρότερη εκτόπιση συμπιεστή. Γι' αυτό, όπως σημειώνει το βιβλίο, για δεδομένη εκτόπιση συμπιεστή το ψυκτικό αποτέλεσμα με το R22 είναι μεγαλύτερο από αυτό που πετυχαίνεται με το R12, και ο συμπιεστής του R22 είναι μικρότερος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί η μεγάλη λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης είναι επιθυμητό χαρακτηριστικό για ένα ψυκτικό και πώς επιδρά στην ψυκτική εγκατάσταση;
Απάντηση:
Σύνοψη: Η λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης εκφράζει την ποσότητα θερμότητας που απορροφά κάθε μονάδα μάζας του ψυκτικού μέσου καθώς ατμοποιείται στον ατμοποιητή. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η θερμότητα, τόσο περισσότερη ψυκτική ισχύ μπορεί να αποδώσει η ίδια ποσότητα (μάζα) ψυκτικού μέσου που κυκλοφορεί στο κύκλωμα. Αυτό σημαίνει ότι, για να επιτευχθεί μια δεδομένη ψυκτική ισχύ, απαιτείται μικρότερη παροχή μάζας ψυκτικού μέσου — άρα μικρότερος συμπιεστής, λεπτότερες σωληνώσεις και γενικά μικρότερος και φθηνότερος μηχανικός εξοπλισμός, όπως ακριβώς αναφέρεται στο βιβλίο για την περίπτωση της αμμωνίας, που έχει από τις υψηλότερες λανθάνουσες θερμότητες ατμοποίησης μεταξύ των ψυκτικών ρευστών. Αντίστροφα, ένα ψυκτικό με χαμηλή λανθάνουσα θερμότητα ατμοποίησης θα χρειαζόταν μεγαλύτερη παροχή μάζας (άρα μεγαλύτερο συμπιεστή) για την ίδια ψυκτική ισχύ.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Γιατί είναι μειονέκτημα για ένα ψυκτικό να είναι εντελώς άοσμο;
Απάντηση:
Σύνοψη: Το βιβλίο αναφέρει ρητά ότι ένα καλό ψυκτικό πρέπει «να ανιχνεύεται εύκολα, ώστε να εντοπίζονται οι τυχόν διαρροές» — η οσμή είναι ο πιο άμεσος, φτηνός και άμεσα διαθέσιμος τρόπος ανίχνευσης μιας διαρροής (χωρίς όργανα, με τις αισθήσεις του τεχνικού ή ακόμα και του χρήστη του χώρου). Ένα εντελώς άοσμο ψυκτικό στερείται αυτού του «φυσικού συναγερμού»: μια διαρροή μπορεί να παραμείνει απαρατήρητη για μεγάλο χρονικό διάστημα, με αποτέλεσμα σταδιακή απώλεια ψυκτικού μέσου (μείωση της απόδοσης της εγκατάστασης, ενδεχόμενη είσοδο αέρα/υγρασίας στο κύκλωμα από το ίδιο σημείο διαρροής όταν η πίεση πέσει κάτω από την ατμοσφαιρική), αυξημένο περιβαλλοντικό αντίκτυπο (ανεξέλεγκτη εκπομπή στην ατμόσφαιρα) και αυξημένο κόστος συντήρησης, αφού η ανίχνευση πρέπει να γίνει με ειδικά όργανα/μεθόδους (π.χ. ηλεκτρονικός ανιχνευτής, λυχνία Halide — που μάλιστα δεν λειτουργεί για όλα τα ψυκτικά, όπως το R134a) αντί για απλή οσφρητική αντίληψη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Στο παρακάτω διάγραμμα p-h, εξηγήστε τι παριστάνει καθεμιά από τις γραμμές 1, 2, 3, 4 και 5.
Απάντηση:
Σύνοψη: Γραμμή 1: οριζόντια γραμμή — γραμμή σταθερής πίεσης (το τμήμα της μέσα στην καμπάνα είναι ταυτόχρονα και γραμμή σταθερής θερμοκρασίας). Γραμμή 2: γραμμή μέσα στην καμπάνα, που ξεκινά από κάτω και καταλήγει στο κρίσιμο σημείο (κορυφή της καμπάνας) — γραμμή σταθερού βαθμού ξηρότητας του μίγματος υγρού-ατμού. Γραμμή 3: καμπύλη που ξεκινά από το δεξιό σκέλος της καμπάνας και ανεβαίνει προς τα δεξιά, στην περιοχή υπέρθερμου ατμού — γραμμή σταθερού ειδικού όγκου. Γραμμή 4: καμπύλη που ξεκινά από το δεξιό σκέλος της καμπάνας και κατεβαίνει σχεδόν κατακόρυφα στην περιοχή υπέρθερμου ατμού — τμήμα γραμμής σταθερής θερμοκρασίας (ισόθερμης) εκτός καμπάνας. Γραμμή 5: κατακόρυφη γραμμή — γραμμή σταθερής ειδικής ενθαλπίας.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Το ψυκτικό μέσο R134a ατμοποιείται, υπό πίεση 1 atm, στους -26 °C. Είναι δυνατό να χρησιμοποιήσουμε το παραπάνω ψυκτικό μέσο σε μια εγκατάσταση, όπου επιθυμούμε διατήρηση προϊόντων στους -30°C;
Απάντηση:
Σύνοψη: Ναι, είναι δυνατό, με μια σημαντική επιφύλαξη. Τα −26 °C είναι η θερμοκρασία ατμοποίησης του R134a υπό πίεση 1 atm· η θερμοκρασία ατμοποίησης όμως εξαρτάται από την πίεση. Για να διατηρήσουμε προϊόντα στους −30 °C, η θερμοκρασία ατμοποίησης πρέπει να είναι χαμηλότερη από −30 °C (π.χ. −35 έως −40 °C). Αυτό επιτυγχάνεται αν ο συμπιεστής διατηρεί στον ατμοποιητή πίεση χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική: σύμφωνα με τον Πίνακα 6 του Παραρτήματος 2, στους −35 °C η πίεση ατμοποίησης είναι 66,07 kPa και στους −40 °C 51,14 kPa. Η λειτουργία όμως της πλευράς χαμηλής πίεσης σε πίεση κάτω από την ατμοσφαιρική έχει μειονέκτημα: σε περίπτωση διαρροής στη χαμηλή πλευρά, αντί να διαφεύγει ψυκτικό, εισέρχεται στο κύκλωμα αέρας που περιέχει και υγρασία, με όλα τα προβλήματα που αυτή δημιουργεί (§6.4.6: πάγος στο εκτονωτικό μέσο, οξέα, διάβρωση, καταστροφή του λαδιού). Γι' αυτό σε τέτοιες θερμοκρασίες συχνά προτιμάται ψυκτικό μέσο με χαμηλότερο σημείο βρασμού (π.χ. R22, που βράζει υπό 1 atm στους −41 °C).
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Με ποιους τρόπους μπορεί να εισδύσει υγρασία σε ένα ψυκτικό κύκλωμα;
Απάντηση:
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι πιο σημαντικοί τρόποι είναι οι εξής: (α) εισαγωγή υγρασίας στην εγκατάσταση κατά την κατασκευή της· (β) ελλιπής αφύγρανση του εσωτερικού των συσκευών· (γ) διαρροή στο τμήμα της χαμηλής πλευράς, όταν η πίεση ατμοποίησης είναι χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική — τότε εισέρχεται στο κύκλωμα αέρας, ο οποίος περιέχει και υγρασία· (δ) παραγωγή ατμού από χημική διάσπαση του ψυκτικού ρευστού και του λαδιού· (ε) διάσπαση της κυτταρίνης, η οποία χρησιμοποιείται ως μονωτικό στον ηλεκτροκινητήρα· (στ) ύπαρξη υγρασίας στο ψυκτικό ρευστό ή στο λάδι λίπανσης πριν από την τοποθέτησή τους στο κύκλωμα (π.χ. όταν τα δοχεία τους έμειναν ανοιχτά). Επειδή οι αιτίες είναι πολλές, σε κάθε επέμβαση στο κύκλωμα προβλέπεται, όταν είναι δυνατό, η εξαέρωση του συστήματος, δηλαδή η απομάκρυνση του αέρα από το κύκλωμα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
Ερώτηση: Ποια προβλήματα μπορούν να δημιουργηθούν από την παρουσία υγρασίας σε ένα ψυκτικό κύκλωμα;
Απάντηση:
Σύνοψη: Σύμφωνα με το βιβλίο, η παρουσία υγρασίας σε ένα ψυκτικό κύκλωμα μπορεί να προκαλέσει: (1) δημιουργία πάγου (παγοφραγμό) στο εκτονωτικό μέσο, με αποτέλεσμα δυσλειτουργία ή πλήρες «μπλοκάρισμά» του (εμπόδιση της ροής ψυκτικού)· (2) διάσπαση του ίδιου του ψυκτικού ρευστού στις υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο συμπιεστή, με αποτέλεσμα τη δημιουργία ζημιογόνων οξέων· (3) διάβρωση ή σκούριασμα στα μεταλλικά μέρη του κυκλώματος, εξαιτίας αυτών των οξέων ή απευθείας της υγρασίας· (4) καταστροφή του λαδιού λίπανσης, η οποία μπορεί, ειδικά στις ερμητικές μονάδες (όπου το λάδι έρχεται σε άμεση επαφή με το τύλιγμα του κινητήρα), να οδηγήσει τελικά στο κάψιμο του κινητήρα του συμπιεστή.
Κριτήρια αξιολόγησης: