Λύσεις — Κεφάλαιο 3: Τα Ψυκτικά Υγρά (Μέσα) (σελ. 123-125) – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 3: Τα Ψυκτικά Υγρά (Μέσα)
Λύσεις στις 35 ερωτήσεις του κεφαλαίου 3: τι είναι το ψυκτικό μέσον και ποιες χημικές/φυσικές ιδιότητες πρέπει να έχει, η ιστορική εξέλιξη και η ταξινόμηση των ψυκτικών ρευστών σε τρεις ομάδες ασφαλείας, ο κωδικός χρωματισμός των δοχείων αποθήκευσης, η απαγόρευση των R-12/R-22 και η αντικατάστασή τους με R-134a/R-404a, η συλλογή, η ανακύκλωση και η σημασία τους για το περιβάλλον (φίλτρα αποξήρανσης, μέθοδος ώσης-έλξης, διαχωριστής λαδιού), καθώς και το διάγραμμα πίεσης-ενθαλπίας (p-h/Mollier) με τις καμπύλες κορεσμού, ποιότητας, ισοθερμοκρασιακές, ισεντροπικές και σταθερού όγκου, ολοκληρώνοντας με την απεικόνιση του απλού ψυκτικού κύκλου κορεσμένου ατμού και του κύκλου με υπερθέρμανση, την ψυκτική ικανότητα/ισχύ και τον συντελεστή συμπεριφοράς (COP).
Ορισμός ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Ποια ρευστά χαρακτηρίζονται ως ψυκτικά ρευστά;
Απάντηση:
- §3.1 «Ως ψυκτικά μέσα χαρακτηρίζονται εκείνα τα ρευστά των οποίων η θερμοκρασία ατμοποίησης, κάτω από κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος και οι άλλες τους ιδιότητες είναι τέτοιες, ώστε να είναι δυνατή η εκμετάλλευση αυτής της ιδιότητας για παραγωγή ψύχους.»
Σύνοψη: Ως ψυκτικά ρευστά (μέσα) χαρακτηρίζονται εκείνα τα ρευστά των οποίων η θερμοκρασία ατμοποίησης, κάτω από κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες, είναι χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, και οι υπόλοιπες ιδιότητές τους είναι τέτοιες, ώστε να είναι δυνατή η εκμετάλλευση αυτής της ιδιότητας για την παραγωγή ψύχους.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ψυκτικό ρευστό = θερμοκρασία ατμοποίησης < θερμοκρασία περιβάλλοντος + κατάλληλες ιδιότητες για παραγωγή ψύχους
Το πρώτο ευρέως χρησιμοποιούμενο ψυκτικό ρευστό — η αμμωνία
Ερώτηση: Ποιο από τα πρώτα ψυκτικά ρευστά χρησιμοποιήθηκε και χρησιμοποιείται ευρύτατα στη βιομηχανία ακόμη και σήμερα;
Απάντηση:
- §3.1 «Το μόνο ίσως ψυκτικό μέσον που χρησιμοποιήθηκε από πολύ νωρίς και χρησιμοποιείται ευρύτατα στη βιομηχανία ακόμα και σήμερα, είναι η αμμωνία.»
Σύνοψη: Είναι η αμμωνία (NH₃). Χρησιμοποιήθηκε από πολύ νωρίς στην ιστορία της ψύξης και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρύτατα στη βιομηχανία μέχρι σήμερα, κυρίως σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις κάτω από συνεχή επιτήρηση, λόγω της τοξικότητάς της.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Αμμωνία (NH₃) — πρώτο ψυκτικό ρευστό ευρείας βιομηχανικής χρήσης έως σήμερα
Συνηθέστερα ψυκτικά ρευστά ψυγείων/κλιματιστικών και χημική σύστασή τους
Ερώτηση: Ποια είναι τα συνηθέστερα ψυκτικά ρευστά που χρησιμοποιούνται σήμερα στα ψυγεία και στις μικρές κλιματιστικές μονάδες και από ποια χημικά στοιχεία αποτελούνται τα μόρια τους;
Απάντηση:
- §3.1 «Τα οικιακά ψυγεία και τα ελαφρά κλιματιστικά συστήματα... χρησιμοποιούν συνήθως τρία ψυκτικά ρευστά της πρώτης ομάδας... το R-12... το R-22... το R-502... το R-134a...» και «Τα ψυκτικά ρευστά της 1ης ομάδας είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν ένα ή περισσότερα μόρια άνθρακα (C) και φθορίου (F). Επίσης, μπορεί να περιέχουν και άτομα χλωρίου (CI), βρώμιου (Br) και υδρογόνου (Η).»
Σύνοψη: Είναι κυρίως το R-12 (μέση/υψηλή θερμοκρασία), το R-22 (κλιματιστικές εγκαταστάσεις), το R-502 (χαμηλές θερμοκρασίες ψύξης) και το R-134a (αντικατάσταση του R-12, φιλικότερο προς το όζον) — όλα ρευστά της 1ης ομάδας ασφαλείας. Τα μόριά τους είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν άνθρακα (C) και φθόριο (F), και μπορεί επίσης να περιέχουν χλώριο (Cl), βρώμιο (Br) και υδρογόνο (H) — δηλαδή είναι χλωροφθοράνθρακες/χλωροφθοράνθρακες υδρογόνου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- R-12, R-22, R-502, R-134a· μόρια με C, F, και ενδεχομένως Cl, Br, H
Χρωματισμός φιαλών αποθήκευσης χλωροφθορανθράκων
Ερώτηση: Να αναφέρετε το χρωματισμό των φιαλών αποθήκευσης των συνηθέστερων χλωροφθορανθράκων (φρέον).
Απάντηση:
- Πίνακας 3.1.2 «Φρέον 11 R-11 Πορτοκαλί, Φρέον 12 R-12 Άσπρο, Φρέον 22 R-22 Πράσινο, Φρέον 502 R-502 Μοβ, R134-a Ανοικτό μπλε, Αμμωνία R-744 Ασημί.»
Σύνοψη: Κατά τον κωδικό χρωματισμό των δοχείων αποθήκευσης: R-11 (Φρέον 11) → πορτοκαλί, R-12 (Φρέον 12) → άσπρο, R-22 (Φρέον 22) → πράσινο, R-502 (Φρέον 502) → μοβ, R-134a → ανοικτό μπλε, αμμωνία → ασημί.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- R-11 πορτοκαλί, R-12 άσπρο, R-22 πράσινο, R-502 μοβ, R-134a ανοικτό μπλε, αμμωνία ασημί
Χημικές και φυσικές ιδιότητες ενός ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Ποιες χημικές και ποιες φυσικές ιδιότητες πρέπει να έχει ένα ψυκτικό ρευστό;
Απάντηση:
- §3.1 «Όσον αφορά τη χημική του σύσταση πρέπει να μην είναι δηλητηριώδες, να παρουσιάζει χημική ευστάθεια και χημική αδράνεια... Να μην είναι αναφλέξιμο και να μη δημιουργεί εκρηκτικά μίγματα με τον ατμοσφαιρικό αέρα... Ως φυσικές ιδιότητες εννοούνται οι μη υπέρμετρες τιμές της πίεσης συμπύκνωσης... καθώς και η πίεση ατμοποίησης, η οποία δεν πρέπει να είναι υπερβολικά χαμηλή...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Χημικές ιδιότητες: να μην είναι δηλητηριώδες, να παρουσιάζει χημική ευστάθεια και χημική αδράνεια απέναντι στα μεταλλικά/μη μεταλλικά υλικά κατασκευής, στα λιπαντικά λάδια, στους υδρατμούς και στο οξυγόνο του αέρα· να μην είναι αναφλέξιμο και να μη δημιουργεί εκρηκτικά μίγματα με τον αέρα· να έχει προσιτή τιμή. Φυσικές ιδιότητες: μη υπέρμετρη πίεση συμπύκνωσης (αποφυγή βαριών κατασκευών/διαρροών) και μη υπερβολικά χαμηλή πίεση ατμοποίησης (αποφυγή υψηλού κενού στον ατμοποιητή και ογκωδών συμπιεστών)· υψηλή κρίσιμη θερμοκρασία, χαμηλή θερμοκρασία πήξης, υψηλή θερμότητα ατμοποίησης, μικρός ειδικός όγκος· ικανότητα διάλυσης λαδιού λίπανσης· χαρακτηριστική οσμή χωρίς τοξικότητα, χωρίς αυταναφλεξιμότητα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Χημικές: μη δηλητηριώδες, χημικά σταθερό/αδρανές, μη εύφλεκτο· Φυσικές: μη υπέρμετρη πίεση συμπύκνωσης/ατμοποίησης, μεγάλη θερμότητα ατμοποίησης, μικρός ειδικός όγκος
Ικανότητα διάλυσης λαδιού λίπανσης και υγρασίας
Ερώτηση: Ποια ικανότητα πρέπει να έχει ένα ψυκτικό ρευστό ως προς το λάδι λίπανσης και την υγρασία που υπάρχουν στην ψυκτική εγκατάσταση;
Απάντηση:
- §3.1 «Το ψυκτικό μέσον πρέπει λοιπόν να έχει την ικανότητα να διαλύει το λάδι σε όλες τις θέσεις της διάταξης... Το ψυκτικό μέσον γενικά δε δέχεται νερό, γιατί στις χαμηλές θερμοκρασίες αυτό διαχωρίζεται από το ψυκτικό μέσον και σχηματίζει παγοκρυστάλλους, συνήθως στη θέση της στραγγαλιστικής διάταξης, η οποία με το σχηματισμό πάγου φράσσει εντελώς...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ως προς το λάδι λίπανσης, το ψυκτικό μέσον πρέπει να έχει την ικανότητα να το διαλύει σε όλες τις θέσεις της ψυκτικής διάταξης, αφού το ψυκτικό έρχεται σε επαφή με το λάδι μέσα στην ελαιολεκάνη του συμπιεστή και ίχνη ή μεγαλύτερες ποσότητες λαδιού κυκλοφορούν σε όλη την εγκατάσταση. Ως προς την υγρασία, το ψυκτικό γενικά δεν πρέπει να δέχεται/διαλύει νερό, γιατί στις χαμηλές θερμοκρασίες το νερό διαχωρίζεται και σχηματίζει παγοκρυστάλλους, συνήθως στη στραγγαλιστική διάταξη, την οποία φράσσει μετά από κάποιο χρόνο λειτουργίας, διακόπτοντας τη λειτουργία της εγκατάστασης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πρέπει να διαλύει το λάδι σε όλη τη διάταξη, αλλά όχι το νερό (κίνδυνος παγοκρυστάλλων στη στραγγαλιστική διάταξη)
Ειδικός όγκος και θερμότητα ατμοποίησης
Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τον ειδικό όγκο και τη θερμότητα ατμοποίησης των ψυκτικών ρευστών;
Απάντηση:
- §3.1 «Η θερμότητα ατμοποίησης του ψυκτικού μέσου πρέπει να είναι υψηλή, το δε ψυκτικό να εμφανίζει μικρό ειδικό όγκο για αποφυγή ογκωδών συμπιεστών και γενικά εγκαταστάσεων.» και «Βασικό χαρακτηριστικό μέγεθος σε ένα ψυκτικό μέσον είναι η ειδική θερμότητα ατμοποίησης (qa). Όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική θερμότητα ατμοποίησης, τόσο μεγαλύτερη η ψυκτική ικανότητα του.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Η θερμότητα ατμοποίησης ενός ψυκτικού μέσου πρέπει να είναι υψηλή· όσο μεγαλύτερη είναι η ειδική θερμότητα ατμοποίησης (qα), τόσο μεγαλύτερη είναι η ψυκτική ικανότητα του ρευστού, πράγμα που επιφέρει οικονομία στην παροχή μάζας για δεδομένη ψυκτική ισχύ και οδηγεί σε μικρότερη σε όγκο εγκατάσταση. Ο ειδικός όγκος πρέπει αντίθετα να είναι μικρός, ώστε να αποφεύγεται η χρήση ογκωδών συμπιεστών και γενικά ογκωδών εγκαταστάσεων. Χαρακτηριστικά, το R-22 έχει μεγαλύτερη ειδική θερμότητα ατμοποίησης και μικρότερο ειδικό όγκο (άρα μεγαλύτερη πυκνότητα) σε σχέση με το R-12, γι' αυτό χρησιμοποιείται σε μικρότερους σε όγκο συμπιεστές (κλιματιστικά παραθύρου, split units).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Υψηλή θερμότητα ατμοποίησης → μεγαλύτερη ψυκτική ικανότητα· μικρός ειδικός όγκος → μικρότεροι συμπιεστές/εγκαταστάσεις
Απαγόρευση R-12 και R-22
Ερώτηση: Ποιο ψυκτικό ρευστό έχει απαγορευθεί από το 2000, ποιο προβλέπεται να απαγορευθεί μετά το 2005 και γιατί;
Απάντηση:
- §3.1 «Τα ψυκτικά μέσα για μικρές διατάξεις ήταν το R-12 και το R-22 μέχρι τη συμφωνία για διεθνή απαγόρευση της χρήσης του μεν R-12 από το 2000... του δε R-22 από το 2005.» και «...που θεωρείται υπεύθυνο για τη δημιουργία της τρύπας του όζοντος της ατμόσφαιρας και για σειρά από παρενέργειες που δημιουργεί στους ανθρώπους.»
Σύνοψη: Το R-12 απαγορεύθηκε διεθνώς από το 2000, ενώ το R-22 προβλεπόταν να απαγορευθεί μετά το 2005. Ο λόγος είναι ότι και τα δύο (ιδίως το R-12) θεωρούνται υπεύθυνα για τη δημιουργία της τρύπας του όζοντος της ατμόσφαιρας και προκαλούν παρενέργειες στον άνθρωπο και το περιβάλλον.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- R-12 → απαγόρευση 2000, R-22 → απαγόρευση μετά το 2005, λόγω καταστροφής του όζοντος
Νέοι χλωροφθοράνθρακες αντικατάστασης
Ερώτηση: Να αναφέρετε δύο νέους χλωροφθοράνθρακες που έχουν αρχίσει να αντικαθιστούν τους παλαιούς.
Απάντηση:
- §3.1 «Η αντικατάστασή τους γίνεται με χλωροφθοράνθρακες κυριότεροι αντιπρόσωποι των οποίων είναι το R-134a και το R-404a.»
Σύνοψη: Οι δύο κυριότεροι νέοι χλωροφθοράνθρακες που αντικαθιστούν τα παλαιότερα R-12 και R-22 είναι το R-134a και το R-404a. Προτιμούνται γιατί παρουσιάζουν σχετικά μικρές πιέσεις και θεωρούνται τοξικά «ακίνδυνα».
Κριτήρια αξιολόγησης:
- R-134a και R-404a
Σύγκριση R-12 με R-22
Ερώτηση: Να συγκρίνετε το ψυκτικό R-12 με το R-22.
Απάντηση:
- §3.1 «To R-22 σε σύγκριση με το R-12, έχει μεγαλύτερη ειδική θερμότητα ατμοποίησης... και μικρότερο ειδικό όγκο... που συνεπάγεται μικρότερο σε όγκο συμπιεστή... To R-12 την εποχή της παντοδυναμίας του ήταν πολύ φθηνότερο, παρουσίαζε λιγότερο ευπαθές κύκλωμα...» και «To R-22 παρουσιάζει μεγαλύτερη σταθερότητα από το R-12...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το R-22, σε σύγκριση με το R-12, έχει μεγαλύτερη ειδική θερμότητα ατμοποίησης (απορροφά περισσότερη θερμότητα ανά μονάδα μάζας) και μικρότερο ειδικό όγκο (άρα μεγαλύτερη πυκνότητα), γεγονός που επιτρέπει μικρότερους σε όγκο συμπιεστές — γι' αυτό χρησιμοποιείται στις κλιματιστικές συσκευές παραθύρου και στα split units. Παρουσιάζει επίσης μεγαλύτερη χημική σταθερότητα από το R-12 λόγω μικρότερης περιεκτικότητας σε χλώριο. Το R-12, αντίθετα, ήταν πολύ φθηνότερο κατά την εποχή της ευρείας χρήσης του και παρουσίαζε λιγότερο ευπαθές (πιο απλό) κύκλωμα, γι' αυτό είχε προτιμηθεί σε μικρές ψυκτικές εγκαταστάσεις. Το R-12 θεωρείται υπεύθυνο για τη δημιουργία της τρύπας του όζοντος, ενώ το R-22 έχει δικό του χρονοδιάγραμμα απόσυρσης λόγω μικρότερης, αλλά υπαρκτής, περιεκτικότητας σε χλώριο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- R-22: μεγαλύτερη qα, μικρότερος ειδ. όγκος, μεγαλύτερη σταθερότητα, χρήση σε κλιματιστικά· R-12: φθηνότερο, απλούστερο κύκλωμα, μεγαλύτερη βλάβη στο όζον
Τρεις ομάδες ταξινόμησης ψυκτικών ρευστών
Ερώτηση: Να αναφέρετε τις τρεις ομάδες στις οποίες ταξινομούνται τα ψυκτικά ρευστά καθώς και δύο ρευστά για κάθε ομάδα.
Απάντηση:
- §3.1 «Τα ψυκτικά ρευστά έχουν ταξινομηθεί κατά τον Εθνικό Κώδικα Ασφαλείας ψυκτικών εγκαταστάσεων των Η.Π.Α σε τρεις κατηγορίες... 1η ΟΜΑΔΑ:... R-11, R-12, R-13, R-22, R-502 κ.ά. 2η ΟΜΑΔΑ:... R-764... R-160... 3η ΟΜΑΔΑ... R-600 (Βουτάνιο) R-170 (Αιθάνιο) κ.ά.»
Σύνοψη: Τα ψυκτικά ρευστά ταξινομούνται σε τρεις ομάδες κατά τον Εθνικό Κώδικα Ασφαλείας των Η.Π.Α.: 1η ομάδα (μέγιστη ασφάλεια), π.χ. R-11, R-12· 2η ομάδα (τοξικά, μερικές φορές εύφλεκτα), π.χ. αμμωνία (R-717), R-764 (διοξείδιο του θείου)· 3η ομάδα (πάρα πολύ εύφλεκτα), π.χ. R-600 (βουτάνιο), R-170 (αιθάνιο).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 1η: R-11, R-12 (μέγ. ασφάλεια)· 2η: αμμωνία, R-764 (τοξικά)· 3η: R-600, R-170 (πολύ εύφλεκτα)
Περιπτώσεις αφαίρεσης ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Να αναφέρετε τρεις περιπτώσεις στις οποίες απαιτείται αφαίρεση του ψυκτικού ρευστού από την εγκατάσταση.
Απάντηση:
- §3.2 «Αυτό συνήθως συμβαίνει όταν: ➤ Ο ηλεκτροκινητήρας του συμπιεστή είναι καμένος. ➤ Όταν ένα σύστημα ή ένα εξάρτημα πρέπει να αφαιρεθεί για να αντικατασταθεί. ➤ Όταν πρέπει να γίνει μια επισκευή σε ένα σύστημα και το ψυκτικό ρευστό... δεν μπορεί να αντληθεί με τη χρήση του συμπιεστή του συστήματος...»
Σύνοψη: Απαιτείται αφαίρεση του ψυκτικού ρευστού συνήθως όταν: (1) ο ηλεκτροκινητήρας του συμπιεστή είναι καμένος, (2) ένα σύστημα ή εξάρτημα πρέπει να αφαιρεθεί για να αντικατασταθεί, και (3) πρέπει να γίνει επισκευή στο σύστημα και το ψυκτικό ρευστό δεν μπορεί να αντληθεί με τον συμπιεστή του συστήματος, ώστε να περιορισθεί στον συμπυκνωτή ή στον αποδέκτη.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Καμένος ηλεκτροκινητήρας· αντικατάσταση συστήματος/εξαρτήματος· επισκευή χωρίς δυνατότητα άντλησης με τον συμπιεστή
Προϋποθέσεις πριν τη συλλογή ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Τι πρέπει να έχει υπόψη του ο τεχνίτης ψυκτικός πριν ξεκινήσει την προσπάθεια συλλογής του ψυκτικού ρευστού;
Απάντηση:
- §3.2 «Όταν ο τεχνίτης-ψυκτικός αρχίσει την προσπάθεια συλλογής του ψυκτικού μέσου, με τις προαναφερόμενες προϋποθέσεις, απαιτείται και η σχετική εμπειρία και οι σχετικές γνώσεις γι' αυτήν την διαδικασία. Επίσης πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και η κατάσταση του ψυκτικού ρευστού που υπάρχει μέσα στο σύστημα, διότι μπορεί αυτό να είναι μολυσμένο με αέρα, ανακατεμένο με άλλο ψυκτικό ρευστό, με άζωτο, με οξύ ή ακόμη... με διάφορα απόβλητα της καύσης του ηλεκτροκινητήρα.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο τεχνίτης-ψυκτικός πρέπει να έχει μελετήσει προσεκτικά το σύστημα (τύπο και διάταξη βαλβίδων, αν λειτουργεί ή όχι ο συμπιεστής) ώστε να καθορίσει την καλύτερη δυνατή διαδικασία αφαίρεσης. Χρειάζεται σχετική εμπειρία και γνώσεις για τη διαδικασία αυτή. Πρέπει επίσης να λάβει υπόψη την κατάσταση του ψυκτικού ρευστού μέσα στο σύστημα, καθώς μπορεί να είναι μολυσμένο με αέρα, ανακατεμένο με άλλο ψυκτικό ρευστό, με άζωτο, με οξύ, ή —πιο πιθανό σε οικιακά ψυγεία/καταψύκτες— με απόβλητα της καύσης του ηλεκτροκινητήρα, ώστε να αποφευχθεί η μεταφορά επιβλαβών ουσιών σε άλλο σύστημα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μελέτη διάταξης βαλβίδων/λειτουργίας συμπιεστή, εμπειρία/γνώσεις, έλεγχος πιθανής μόλυνσης του ψυκτικού ρευστού
Ορισμός συλλογής ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Τι είναι η συλλογή ενός ψυκτικού ρευστού;
Απάντηση:
- §3.2 «Συλλογή ψυκτικού ρευστού είναι η διαδικασία της αφαίρεσης του ψυκτικού ρευστού από το σύστημα και η αποθήκευσή του σε ένα εξωτερικό δοχείο.»
Σύνοψη: Συλλογή ψυκτικού ρευστού είναι η διαδικασία της αφαίρεσης του ψυκτικού ρευστού από το σύστημα και η αποθήκευσή του σε ένα εξωτερικό δοχείο, αφού πρώτα γίνουν οι αναγκαίοι έλεγχοι και καθορισθεί η διαδικασία που θα ακολουθηθεί.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Συλλογή = αφαίρεση ψυκτικού από το σύστημα + αποθήκευση σε εξωτερικό δοχείο
Επαναχρησιμοποίηση ψυκτικού ρευστού στην ίδια εγκατάσταση
Ερώτηση: Πότε μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ψυκτικό ρευστό εκ νέου στην ίδια εγκατάσταση;
Απάντηση:
- §3.2 «Γενικά, δεν πρέπει να ξαναχρησιμοποιείται, εκτός αν τα διάφορα μέσα μόλυνσης βρίσκονται σε κάποια συγκεκριμένα όρια που δίνονται στον παρακάτω πίνακα 3.2.1... Εάν ο τεχνίτης-ψυκτικός αφαιρέσει το ψυκτικό ρευστό από μια ψυκτική εγκατάσταση και διαπιστώσει ότι αυτό το ψυκτικό ρευστό μπορεί να ξαναχρησιμοποιηθεί, τότε μπορεί να επιστραφεί στο σύστημα.»
Σύνοψη: Ένα ψυκτικό ρευστό μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκ νέου στην ίδια εγκατάσταση, αν τα μέσα μόλυνσής του (υγρασία, λάδι, οξύ, χλώρια) βρίσκονται εντός των επιτρεπόμενων ορίων του πίνακα 3.2.1 (υγρασία ≤10 ppm, λάδι ≤100 ppm, οξύ ≤1,0 ppm, χλώρια καθόλου). Σε τέτοια περίπτωση, μπορεί να επιστραφεί στο ίδιο σύστημα από το οποίο αφαιρέθηκε.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Όταν η μόλυνση (υγρασία/λάδι/οξύ/χλώρια) είναι εντός των ορίων του πίνακα 3.2.1 — και μόνο στο ίδιο σύστημα
Ορισμός ανακύκλωσης ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Τι είναι ανακύκλωση ενός ψυκτικού ρευστού;
Απάντηση:
- §3.2 «Ανακύκλωση είναι η διαδικασία κατά την οποία στον καθαρισμό του ψυκτικού ρευστού, για να επαναχρησιμοποιηθεί, αυτό διαχωρίζεται από το λάδι με τη διέλευσή του μια ή και περισσότερες φορές από διάφορους μηχανισμούς, όπως τα φίλτρα αποξήρανσης με αντικαθιστάμενο πυρήνα...»
Σύνοψη: Ανακύκλωση είναι η διαδικασία κατά την οποία, για να επαναχρησιμοποιηθεί το ψυκτικό ρευστό, αυτό καθαρίζεται και διαχωρίζεται από το λάδι με τη διέλευσή του (μία ή περισσότερες φορές) από μηχανισμούς όπως τα φίλτρα αποξήρανσης με αντικαθιστάμενο πυρήνα, τα οποία αφαιρούν την υγρασία, τα οξέα και άλλες επιβλαβείς ουσίες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ανακύκλωση = καθαρισμός/διαχωρισμός ψυκτικού από λάδι-υγρασία-οξέα με φίλτρα αποξήρανσης, για επαναχρησιμοποίηση
Χρήση φίλτρων αποξήρανσης
Ερώτηση: Πού χρησιμοποιούνται τα φίλτρα αποξήρανσης;
Απάντηση:
- §3.2 «τα φίλτρα αποξήρανσης με αντικαθιστάμενο πυρήνα, τα οποία αφαιρούν την υγρασία, τα οξέα και άλλες επιβλαβείς ουσίες. Τα φίλτρα αποξήρανσης μπορεί να χρησιμοποιηθούν μόνο για την αφαίρεση των οξέων, της υγρασίας, καθώς και των διαφόρων σωματιδίων από το ψυκτικό ρευστό.» και «γίνεται τοποθέτηση επιπρόσθετων φίλτρων ξηραντών στη γραμμή της αναρρόφησης για την αφαίρεση των οξέων, ώστε να υπάρξει μεγαλύτερη προστασία του συμπιεστή.»
Σύνοψη: Τα φίλτρα αποξήρανσης χρησιμοποιούνται μέσα στο ψυκτικό σύστημα (κατά κανόνα στη γραμμή αναρρόφησης) για την αφαίρεση της υγρασίας, των οξέων και διαφόρων σωματιδίων από το ψυκτικό ρευστό κατά τη διαδικασία ανακύκλωσής του, ώστε να επιτευχθεί μεγαλύτερη προστασία του συμπιεστή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Στη γραμμή αναρρόφησης/μέσα στο σύστημα, για αφαίρεση υγρασίας-οξέων-σωματιδίων
Πότε εφαρμόζεται η ανακύκλωση
Ερώτηση: Σε ποια περίπτωση μπορεί να εφαρμοσθεί η διαδικασία της ανακύκλωσης;
Απάντηση:
- §3.2 «Η διαδικασία της ανακύκλωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην περίπτωση που από μια ψυκτική εγκατάσταση έχει καεί ο ηλεκτροκινητήρας και ο συμπιεστής έχει βαλβίδες σέρβις, οι οποίες βρίσκονται σε μπροστινή έδραση. Σε αυτή την περίπτωση αλλάζει μόνο ο συμπιεστής και η μόνη ποσότητα ψυκτικού ρευστού που χάνεται είναι η ατμοποιημένη που βρίσκεται μέσα στο συμπιεστή.»
Σύνοψη: Η ανακύκλωση μπορεί να εφαρμοσθεί όταν από μια ψυκτική εγκατάσταση έχει καεί ο ηλεκτροκινητήρας και ο συμπιεστής διαθέτει βαλβίδες σέρβις σε μπροστινή έδραση· τότε αλλάζει μόνο ο συμπιεστής, ενώ η μόνη ποσότητα ψυκτικού ρευστού που χάνεται είναι η ατμοποιημένη ποσότητα που βρισκόταν μέσα στον παλιό συμπιεστή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Όταν έχει καεί ο ηλεκτροκινητήρας και ο συμπιεστής έχει βαλβίδες σέρβις σε μπροστινή έδραση
Λόγος ελαφρού εξοπλισμού συλλογής-ανακύκλωσης
Ερώτηση: Γιατί ο εξοπλισμός συλλογής και ανακύκλωσης ψυκτικών ρευστών πρέπει να είναι ελαφρός;
Απάντηση:
- §3.2 «Ο εξοπλισμός συλλογής και ανακύκλωσης για να είναι εύχρηστος πρέπει να είναι ελαφρός (διότι αρκετές φορές ο τεχνίτης ψυκτικός καλείται να ανέβει κλιμακοστάσια ή να ανέβει στις ταράτσες των κτιρίων, εκεί δηλαδή όπου υπάρχουν κλιματιστικά ή ψυκτικά συγκροτήματα) και φορητός.»
Σύνοψη: Πρέπει να είναι ελαφρός και φορητός επειδή ο τεχνίτης-ψυκτικός καλείται συχνά να τον μεταφέρει ανεβαίνοντας κλιμακοστάσια ή στις ταράτσες κτιρίων, όπου βρίσκονται τα κλιματιστικά ή ψυκτικά συγκροτήματα· γι' αυτό πολλές μονάδες διαθέτουν τροχούς, ώστε να κυλούν εύκολα σε υψηλούς ορόφους.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ελαφρός/φορητός για εύκολη μεταφορά σε κλιμακοστάσια/ταράτσες κτιρίων
Ταχύτερη αφαίρεση ψυκτικού ρευστού
Ερώτηση: Πότε ένα ψυκτικό ρευστό αφαιρείται ταχύτερα από μια εγκατάσταση;
Απάντηση:
- §3.2 «Ο πιο γρήγορος τρόπος αφαίρεσης ψυκτικού ρευστού από ένα σύστημα είναι η εξαγωγή του να γίνεται σε υγρή κατάσταση.»
Σύνοψη: Ένα ψυκτικό ρευστό αφαιρείται ταχύτερα από μια εγκατάσταση όταν η εξαγωγή του γίνεται σε υγρή κατάσταση — η αφαίρεση σε ατμοποιημένη κατάσταση είναι πιο αργή μέθοδος.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ταχύτερη αφαίρεση όταν το ρευστό εξάγεται σε υγρή (όχι ατμοποιημένη) κατάσταση
Ρόλος συμπιεστή σε μονάδα συλλογής-ανακύκλωσης
Ερώτηση: Ποιο ρόλο παίζει ο συμπιεστής σε μια μονάδα συλλογής - ανακύκλωσης;
Απάντηση:
- §3.2 «Ο συμπιεστής σε μια μονάδα συλλογής-ανακύκλωσης ουσιαστικά λειτουργεί ως μια αντλία, η οποία θα πρέπει να αναρροφά ψυκτικό ρευστό μόνο σε αέρια κατάσταση.»
Σύνοψη: Ο συμπιεστής μιας μονάδας συλλογής-ανακύκλωσης λειτουργεί ουσιαστικά ως αντλία, η οποία αναρροφά ψυκτικό ρευστό μόνο σε αέρια κατάσταση από το σύστημα και το συμπυκνώνει προς αποθήκευση/καθαρισμό.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ρόλος αντλίας — αναρροφά ψυκτικό ρευστό μόνο σε αέρια κατάσταση
Μέθοδος ώσης και έλξης
Ερώτηση: Να περιγράψετε τη μέθοδο της ώσης και έλξης για την αφαίρεση του ψυκτικού ρευστού.
Απάντηση:
- §3.2 «Μερικοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν τη μέθοδο της ώσης και της έλξης για την αφαίρεση του ψυκτικού μέσου. Σύμφωνα με αυτήν τη μέθοδο, η γραμμή υγρού της μονάδας συνδέεται με τη γραμμή υγρού του κυλίνδρου... Όταν η μονάδα ξεκινάει, ο ατμός έλκεται έξω από τον κύλινδρο συλλογής διαμέσου της θυρίδας ατμού και συμπυκνώνεται στην μονάδα συλλογής. Μια μικρή ποσότητα υγρού ωθείται μέσα στο σύστημα...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στη μέθοδο της ώσης και έλξης, η γραμμή υγρού της μονάδας συλλογής συνδέεται με τη γραμμή υγρού του κυλίνδρου συλλογής. Όταν η μονάδα ξεκινά, ο ατμός έλκεται (πλευρά «έλξης») έξω από τον κύλινδρο συλλογής μέσω της θυρίδας ατμού και συμπυκνώνεται στη μονάδα συλλογής, ενώ ταυτόχρονα μια μικρή ποσότητα υγρού ωθείται (πλευρά «ώσης») μέσα στο σύστημα, όπου μετατρέπεται αμέσως σε ατμό, δημιουργώντας πίεση που ωθεί περισσότερο υγρό μέσα στον κύλινδρο συλλογής. Η πορεία του υγρού παρακολουθείται με γυάλινο οφθαλμίδιο, ενώ ο κύλινδρος συλλογής τοποθετείται σε ζυγαριά για να μην υπερπληρωθεί. Όταν διαπιστωθεί ότι δεν μπορεί να αφαιρεθεί άλλο υγρό, η γραμμή αναρρόφησης της μονάδας συλλογής επανασυνδέεται στην πλευρά του ατμού του συστήματος, ώστε η μονάδα να αφαιρέσει και τον υπόλοιπο ατμό, συμπυκνώνοντάς τον μέσα στον κύλινδρο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ώση (υγρό ωθείται στο σύστημα → ατμοποιείται → πιέζει) + Έλξη (ατμός αντλείται από τον κύλινδρο) — έλεγχος με οφθαλμίδιο/ζυγαριά
Αφαίρεση λαδιού από το ψυκτικό ρευστό
Ερώτηση: Πώς αφαιρείται το λάδι από το ψυκτικό ρευστό;
Απάντηση:
- §3.2 «Το λάδι το οποίο μπορεί να μετακινηθεί δια μέσου της μονάδας συλλογής με οποιαδήποτε ποσότητα υγρού θα σταματήσει με το διαχωριστή λαδιού. Οποιοδήποτε λάδι αφαιρείται πρέπει να μετριέται για να συμπληρώνεται με αντίστοιχη ποσότητα το ψυκτικό σύστημα.»
Σύνοψη: Το λάδι που παρασύρεται μαζί με το ψυκτικό ρευστό μέσα στη μονάδα συλλογής σταματά (διαχωρίζεται) με τη χρήση του διαχωριστή λαδιού. Η ποσότητα λαδιού που αφαιρείται πρέπει να μετριέται, ώστε να συμπληρώνεται αργότερα με αντίστοιχη ποσότητα στο ψυκτικό σύστημα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Με διαχωριστή λαδιού· η ποσότητα που αφαιρείται μετριέται για μετέπειτα συμπλήρωση
Σημασία της ανακύκλωσης για το περιβάλλον
Ερώτηση: Ποια η σημασία της ανακύκλωσης για το περιβάλλον;
Απάντηση:
- §3.2 «τα ψυκτικά ρευστά είναι χημικά προϊόντα τα οποία, όταν περιέχονται μέσα σε ένα ψυκτικό συγκρότημα, δε μολύνουν και γενικότερα δεν είναι επιβλαβή για την ατμόσφαιρα. Όμως, όταν διαρρεύσουν στην ατμόσφαιρα, τότε γίνονται επιβλαβή μιας και καταστρέφουν το όζον.»
Σύνοψη: Η ανακύκλωση είναι σημαντική για το περιβάλλον, γιατί τα ψυκτικά ρευστά, όσο παραμένουν μέσα σε ένα κλειστό ψυκτικό συγκρότημα, δε μολύνουν και δεν είναι επιβλαβή για την ατμόσφαιρα· αν όμως διαρρεύσουν ελεύθερα σε αυτήν, γίνονται επιβλαβή, καθώς καταστρέφουν το στρώμα του όζοντος. Η ανακύκλωση περιορίζει τις διαρροές χλωροφθορανθράκων (CFC) στην ατμόσφαιρα και έτσι προστατεύει το περιβάλλον.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Αποτρέπει τη διαρροή CFC στην ατμόσφαιρα και την καταστροφή του στρώματος του όζοντος
Ορισμός διαγράμματος πίεσης-ενθαλπίας (p-h)
Ερώτηση: Τι είναι το διάγραμμα πίεσης - ενθαλπίας (p-h);
Απάντηση:
- §3.3 «Το πλέον χρήσιμο και καταλληλότερο για την κατανόηση του ψυκτικού κύκλου διάγραμμα είναι το διάγραμμα πίεσης-ενθαλπίας (p-h). Το διάγραμμα αυτό ονομάζεται επίσης διάγραμμα Mollier... Η κατάσταση του ψυκτικού προσδιορίζεται με ένα σημείο στο διάγραμμα p-h.»
Σύνοψη: Το διάγραμμα πίεσης-ενθαλπίας (p-h), γνωστό και ως διάγραμμα Mollier, είναι το πλέον χρήσιμο διάγραμμα για την κατανόηση της λειτουργίας του ψυκτικού κύκλου. Η θερμοδυναμική κατάσταση του ψυκτικού μέσου προσδιορίζεται με ένα σημείο πάνω σε αυτό το διάγραμμα, αν είναι γνωστές δύο θερμοδυναμικές μεταβλητές (π.χ. πίεση-θερμοκρασία, θερμοκρασία-ειδικός όγκος, ή ενθαλπία-εντροπία)· από το σημείο αυτό μπορούν εύκολα να βρεθούν και οι υπόλοιπες θερμοδυναμικές μεταβλητές.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Διάγραμμα πίεσης-ενθαλπίας (Mollier) — προσδιορίζει την κατάσταση του ψυκτικού με ένα σημείο
Οι τρεις περιοχές του διαγράμματος p-h
Ερώτηση: Να αναφέρετε τις τρεις περιοχές στις οποίες χωρίζεται το διάγραμμα p-h.
Απάντηση:
- §3.3 «υπάρχουν τρεις βασικές περιοχές, οι οποίες χωρίζονται μεταξύ τους με δύο καμπύλες... Η περιοχή του διαγράμματος η οποία βρίσκεται αριστερά της καμπύλης κορεσμένου υγρού (περιοχή Α) ονομάζεται περιοχή υπόψυκτου υγρού... Η περιοχή του διαγράμματος η οποία βρίσκεται δεξιά της καμπύλης κορεσμένου ατμού (περιοχή Β) ονομάζεται περιοχή υπέρθερμου ατμού... Η περιοχή του διαγράμματος ανάμεσα στις δύο καμπύλες είναι η περιοχή αλλαγής της φάσης του ψυκτικού.»
Σύνοψη: Το διάγραμμα p-h χωρίζεται σε τρεις βασικές περιοχές: (1) την περιοχή υπόψυκτου υγρού (αριστερά της καμπύλης κορεσμένου υγρού), (2) την περιοχή αλλαγής φάσης/μίγματος υγρού-ατμού (ανάμεσα στις δύο καμπύλες κορεσμού), και (3) την περιοχή υπέρθερμου ατμού (δεξιά της καμπύλης κορεσμένου ατμού).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Υπόψυκτου υγρού, μίγματος υγρού-ατμού (αλλαγή φάσης), υπέρθερμου ατμού
Καμπύλες σταθερής ποιότητας, ισοθερμοκρασιακές, ισεντροπικές, σταθερού όγκου
Ερώτηση: Τι είναι οι καμπύλες σταθερής ποιότητας, οι ισοθερμοκρασιακές καμπύλες, οι ισεντροπικές γραμμές και οι καμπύλες σταθερού όγκου;
Απάντηση:
- §3.3 «Οι καμπύλες σταθερής ποιότητας μας υποδεικνύουν το ποσοστό του ατμού μέσα στο μίγμα υγρού-ατμού...» «Οι καμπύλες αυτές αποτελούνται από σημεία που έχουν την ίδια θερμοκρασία» (ισοθερμοκρασιακές) «Οι γραμμές αυτές απεικονίζουν τη συμπίεση του ατμού του ψυκτικού μέσου στο συμπιεστή. Για να διευκολύνουμε τη μελέτη του ψυκτικού κύκλου, θεωρούμε ότι η συμπίεση αυτή είναι ισεντροπική» «Στο ίδιο σχήμα φαίνονται οι καμπύλες σταθερού όγκου οι οποίες είναι σχεδόν οριζόντιες... Κατά μήκος της κάθε καμπύλης ο ειδικός όγκος παραμένει σταθερός.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι καμπύλες σταθερής ποιότητας ξεκινούν από το κρίσιμο σημείο και καταλήγουν στον άξονα της ενθαλπίας· δείχνουν το ποσοστό ατμού (x, π.χ. 0,1 ή 0,8) στο μίγμα υγρού-ατμού. Οι ισοθερμοκρασιακές (καμπύλες σταθερής θερμοκρασίας) αποτελούνται από σημεία με την ίδια θερμοκρασία: σχεδόν κατακόρυφες στην περιοχή του υπόψυκτου υγρού, παράλληλες με τον άξονα ενθαλπίας ανάμεσα στις καμπύλες κορεσμού, και με απότομη κλίση προς τα κάτω στην περιοχή του υπέρθερμου ατμού. Οι ισεντροπικές γραμμές απεικονίζουν την (θεωρητικά) ισεντροπική συμπίεση του ατμού στο συμπιεστή (σταθερή εντροπία s)· είναι σχεδόν ευθείες, διαγώνιες, και υπάρχουν μόνο στην περιοχή του υπέρθερμου ατμού. Οι καμπύλες σταθερού όγκου είναι σχεδόν οριζόντιες· κατά μήκος τους ο ειδικός όγκος (v) παραμένει σταθερός, και επεκτείνονται και μέσα στην περιοχή αλλαγής φάσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ποιότητας: % ατμού στο μίγμα· ισοθερμοκρασιακές: ίδια T· ισεντροπικές: ισχύουν στη συμπίεση (σταθερό s)· σταθερού όγκου: σταθερό v
Ο απλός ψυκτικός κύκλος κορεσμένου ατμού
Ερώτηση: Να περιγράψετε τον απλό ψυκτικό κύκλο μηχανικής συμπίεσης κορεσμένου ατμού.
Απάντηση:
- §3.3.1.Α «Ο απλός ψυκτικός κύκλος κορεσμένου ατμού είναι ένας θεωρητικός κύκλος στον οποίο θεωρούμε ότι ο ατμός του ψυκτικού μέσου φεύγει από τον εξατμιστή και αναρροφιέται από το συμπιεστή ως κορεσμένος ατμός, ενώ το υγρό ψυκτικό μέσον φεύγει από το συμπυκνωτή και εισάγεται στη στραγγαλιστική διάταξη ως κορεσμένο υγρό.» και οι επιμέρους ενότητες Α.1-Α.4 (Συμπίεση, Συμπύκνωση, Στραγγαλισμός, Ατμοποίηση).
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο απλός ψυκτικός κύκλος κορεσμένου ατμού είναι θεωρητικός κύκλος όπου ο ατμός φεύγει από τον εξατμιστή και αναρροφιέται από τον συμπιεστή ως κορεσμένος ατμός, ενώ το υγρό ψυκτικό φεύγει από τον συμπυκνωτή και μπαίνει στη στραγγαλιστική διάταξη ως κορεσμένο υγρό. Αποτελείται από τέσσερις διεργασίες: (1) Συμπίεση — ισεντροπική μεταβολή μέσα στον συμπιεστή, όπου αυξάνονται πίεση και θερμοκρασία του κορεσμένου ατμού (έργο wt=hβ-hα). (2) Συμπύκνωση — μέσα στον συμπυκνωτή, με σταθερή πίεση: πρώτα απόρριψη αισθητής θερμότητας μέχρι τη θερμοκρασία συμπύκνωσης, μετά απόρριψη λανθάνουσας θερμότητας στην περιοχή αλλαγής φάσης, μέχρι να προκύψει κορεσμένο υγρό. (3) Στραγγαλισμός/εκτόνωση — ισενθαλπική μεταβολή στη συσκευή ελέγχου ροής, όπου η πίεση πέφτει από την πίεση συμπύκνωσης στην πίεση ατμοποίησης και προκύπτει μίγμα υγρού-ατμού. (4) Ατμοποίηση — μέσα στον εξατμιστή, με σταθερή πίεση/θερμοκρασία, όπου το ψυκτικό απορροφά θερμότητα από τον ψυκτικό θάλαμο και μετατρέπεται πλήρως σε κορεσμένο ατμό, κλείνοντας τον κύκλο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- 4 διεργασίες: Συμπίεση (ισεντροπική)→Συμπύκνωση (σταθερή P)→Στραγγαλισμός (ισενθαλπικός)→Ατμοποίηση (σταθερή P/T)
Ψυκτική ικανότητα και ψυκτική ισχύς
Ερώτηση: Να ορίσετε την ψυκτική ικανότητα και την ψυκτική ισχύ μιας ψυκτικής μηχανής.
Απάντηση:
- §3.3.1.Α.5 «Η ψυκτική ικανότητα είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφά ο ατμοποιητής ανά μονάδα μάζας ψυκτικού μέσου... qα =hα-hε.» «Η ψυκτική ισχύς είναι το βασικό χαρακτηριστικό μέγεθος κάθε ψυκτικής μηχανής και ορίζεται ως το ποσό θερμότητας που η μηχανή... αφαιρεί από το θάλαμο ή το χώρο που ψύχει ανά μονάδα χρόνου... qψ = m · qα.»
Σύνοψη: Η ψυκτική ικανότητα (qα) είναι η ποσότητα θερμότητας που απορροφά ο ατμοποιητής ανά μονάδα μάζας ψυκτικού μέσου (qα = hα − hε, σε kJ/kg) — είναι μικρότερη από τη θερμότητα ατμοποίησης, επειδή μέρος του υγρού έχει ήδη αρχίσει να ατμοποιείται στη συσκευή ελέγχου ροής. Η ψυκτική ισχύς (qψ) είναι το βασικό χαρακτηριστικό μέγεθος κάθε ψυκτικής μηχανής: το ποσό θερμότητας που η μηχανή αφαιρεί από τον ψυχόμενο χώρο ανά μονάδα χρόνου, μετριέται σε kW και δίνεται από τον τύπο qψ = m · qα, όπου m η παροχή μάζας του ψυκτικού μέσου σε kg/s.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- qα = hα-hε (kJ/kg, ανά μονάδα μάζας)· qψ = m·qα (kW, ανά μονάδα χρόνου)
Ορισμός συντελεστή συμπεριφοράς (COP)
Ερώτηση: Να ορίσετε το συντελεστή συμπεριφοράς (COP) μιας ψυκτικής μηχανής.
Απάντηση:
- §3.3.1.Α.6 «έχει καθιερωθεί ένας ειδικός συντελεστής χωρίς διαστάσεις που ονομάζεται συντελεστής συμπεριφοράς ή COP... Ο συντελεστής συμπεριφοράς ορίζεται ως: COP = qa/wt όπου qα είναι η στιγμιαία τιμή ψυκτικής ικανότητας της μηχανής και wt το μηχανικό έργο που παρέχει ο συμπιεστής στον ατμό του ψυκτικού μέσου.»
Σύνοψη: Ο συντελεστής συμπεριφοράς (COP — Coefficient Of Performance) είναι ένας αδιάστατος συντελεστής, που ορίζεται ως ο λόγος COP = qα / wt, όπου qα η στιγμιαία τιμή της ψυκτικής ικανότητας της μηχανής και wt το μηχανικό έργο που παρέχει ο συμπιεστής στον ατμό του ψυκτικού μέσου. Είναι πάντοτε θετικός αριθμός και δείχνει το ποσό θερμότητας που αντλείται από τον χώρο χαμηλής θερμοκρασίας για κάθε μονάδα ενέργειας που καταναλώνεται.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- COP = qα/wt — αδιάστατος, πάντα θετικός
Τιμές, μονάδες και χρήση του COP
Ερώτηση: Ποιες τιμές μπορεί να παίρνει ο COP, ποιες είναι οι μονάδες μέτρησής του και που χρησιμοποιείται;
Απάντηση:
- §3.3.1.Α.6 «Ο συντελεστής συμπεριφοράς που ορίσθηκε πιο πάνω... είναι αριθμός πάντοτε θετικός... στις εγκαταστάσεις που γίνεται υγροποίηση του υδρογόνου (-250°C), ο θεωρητικός συντελεστής συμπεριφοράς είναι μικρότερος από 0,1. Αντίθετα, στους ψύκτες νερού για κλιματιστικές εγκαταστάσεις ο COP είναι περίπου 10... Ο συντελεστής συμπεριφοράς χαρακτηρίζει την ποιότητα μιας ψυκτικής μηχανής.»
Σύνοψη: Ο COP είναι ένας αδιάστατος αριθμός (χωρίς μονάδες μέτρησης, αφού είναι λόγος δύο ενεργειακών μεγεθών), πάντοτε θετικός. Μπορεί να πάρει τιμές από κάτω από 0,1 (π.χ. σε εγκαταστάσεις υγροποίησης υδρογόνου στους -250°C) μέχρι και περίπου 10 (π.χ. σε μεγάλους ψύκτες νερού για κλιματιστικές εγκαταστάσεις). Χρησιμοποιείται ως μέτρο σύγκρισης της ποιότητας/απόδοσης διαφορετικών ψυκτικών μηχανών — όσο μεγαλύτερος είναι, τόσο καλύτερη είναι η μηχανή, δηλαδή τόσο λιγότερη ενέργεια καταναλώνει για το ίδιο ψυκτικό αποτέλεσμα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Αδιάστατος αριθμός, τιμές από <0,1 έως ~10· χρησιμεύει για σύγκριση απόδοσης ψυκτικών μηχανών
Ο ψυκτικός κύκλος με υπερθέρμανση
Ερώτηση: Να περιγράψετε τον ψυκτικό κύκλο μηχανικής συμπίεσης υπέρθερμου ατμού.
Απάντηση:
- §3.3.1.Β «Στον απλό ψυκτικό κύκλο κορεσμένου ατμού υποθέσαμε πως ο ατμός του ψυκτικού μέσου φθάνει στην εισαγωγή (αναρρόφηση) του συμπιεστή ως κορεσμένος ατμός... Στην πράξη όμως αυτό σπάνια συμβαίνει, διότι αφού το υγρό ψυκτικό μέσον μετατραπεί εντελώς σε ατμό μέσα στον εξατμιστή, ακολούθως ο ψυχρός ατμός συνεχίζει να απορροφά θερμότητα και επομένως γίνεται υπέρθερμος πριν φθάσει στο συμπιεστή.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο ψυκτικός κύκλος με υπερθέρμανση είναι όμοιος στη δομή με τον απλό κύκλο κορεσμένου ατμού, με τη διαφορά ότι, αφού το υγρό ψυκτικό μετατραπεί πλήρως σε ατμό μέσα στον εξατμιστή, ο ψυχρός ατμός συνεχίζει να απορροφά θερμότητα και γίνεται υπέρθερμος πριν φτάσει στην αναρρόφηση του συμπιεστή — δηλαδή αναρροφάται ως υπέρθερμος ατμός και όχι ως κορεσμένος. Η υπερθέρμανση πραγματοποιείται με σταθερή πίεση (ίση με την πίεση ατμοποίησης) και προσδιορίζεται στο διάγραμμα p-h προεκτείνοντας τη γραμμή σταθερής πίεσης ατμοποίησης μέχρι τη νέα, υψηλότερη ισοθερμοκρασιακή αναρρόφησης. Η συμπίεση από το νέο σημείο ακολουθεί ξανά την αντίστοιχη ισεντροπική γραμμή μέχρι την πίεση συμπύκνωσης, και ακολουθούν όμοιες διεργασίες συμπύκνωσης, στραγγαλισμού και ατμοποίησης όπως στον απλό κύκλο, αλλά με μεγαλύτερο έργο συμπίεσης, υψηλότερη θερμοκρασία εξόδου ατμού από τον συμπιεστή, μεγαλύτερη απορριπτόμενη θερμότητα στον συμπυκνωτή και —αν η υπερθέρμανση γίνεται μέσα στον ψυκτικό θάλαμο— μεγαλύτερη ψυκτική ικανότητα και ελαφρώς αυξημένο COP.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ίδια δομή με τον απλό κύκλο, αλλά αναρρόφηση ως υπέρθερμος (όχι κορεσμένος) ατμός — μεγαλύτερο έργο συμπίεσης, μεγαλύτερη θερμότητα συμπύκνωσης
Σύγκριση ψυκτικής ικανότητας/COP: απλός κύκλος vs κύκλος με υπερθέρμανση
Ερώτηση: Πως μεταβάλλεται η ψυκτική ικανότητα και ο συντελεστής συμπεριφοράς μεταξύ δύο ψυκτικών μηχανών, όπου η μια λειτουργεί με βάση τον απλό ψυκτικό κύκλο κορεσμένου ατμού και η άλλη με βάση τον κύκλο με υπερθέρμανση;
Απάντηση:
- §3.3.1.Β.4-5 «Παρατηρούμε επομένως σαφή αύξηση της ψυκτικής ικανότητας σε σύγκριση με τον κύκλο κορεσμένου ατμού...» «Κατά συνέπεια, η υπερθέρμανση προκαλεί μικρή αύξηση του συντελεστή συμπεριφοράς, δηλ. της απόδοσης της εγκατάστασης. Αυτό όμως... ισχύει, όταν η υπερθέρμανση πραγματοποιείται εξ ολοκλήρου μέσα στον ψυκτικό θάλαμο...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Όταν η υπερθέρμανση πραγματοποιείται μέσα στον ψυκτικό θάλαμο (χρήσιμη υπερθέρμανση), η ψυκτική μηχανή με υπερθέρμανση παρουσιάζει σαφώς μεγαλύτερη ψυκτική ικανότητα σε σύγκριση με τη μηχανή που λειτουργεί με τον απλό κύκλο κορεσμένου ατμού — γεγονός που σημαίνει μικρότερο όγκο συμπιεζόμενου ατμού και μικρότερη ισχύ συμπιεστή ανά μονάδα ψυκτικής ισχύος. Παράλληλα, ο συντελεστής συμπεριφοράς (COP) της μηχανής με υπερθέρμανση παρουσιάζει μικρή αύξηση σε σχέση με τον απλό κύκλο, δηλαδή ελαφρώς καλύτερη απόδοση. Αυτό όμως ισχύει μόνο όσο η υπερθέρμανση γίνεται εξ ολοκλήρου μέσα στον ψυκτικό θάλαμο — κάτι που στην πράξη δεν συμβαίνει πάντα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Με χρήσιμη υπερθέρμανση (μέσα στον ψυκτικό θάλαμο): αυξάνονται τόσο η ψυκτική ικανότητα όσο και ο COP
Γιατί η υπερθέρμανση είναι γενικά επιθυμητή
Ερώτηση: Γιατί η υπερθέρμανση των ατμών του ψυκτικού μέσου είναι γενικά επιθυμητή;
Απάντηση:
- §3.3.1.Β.4 «Πράγματι, αν δεν πραγματοποιείται η παραμικρή υπερθέρμανση, τότε υπάρχει αυξημένη πιθανότητα να μεταφέρονται σωματίδια υγρού ψυκτικού μαζί με τον ατμό μέσα στον κύλινδρο του συμπιεστή, γεγονός που επηρεάζει αρνητικά την απόδοσή του. Αν δε αφεθεί να περάσει σημαντική ποσότητα υγρού στον κύλινδρο από τη γραμμή αναρρόφησης, τότε μπορεί να προκληθεί σοβαρή μηχανική βλάβη στο συμπιεστή.»
Σύνοψη: Μια ορισμένη υπερθέρμανση είναι γενικά επιθυμητή, γιατί χωρίς αυτήν υπάρχει αυξημένος κίνδυνος να μεταφέρονται σταγόνες υγρού ψυκτικού μαζί με τον ατμό μέσα στον κύλινδρο του συμπιεστή — κάτι που επηρεάζει αρνητικά την απόδοσή του, και αν η ποσότητα υγρού είναι σημαντική μπορεί να προκαλέσει σοβαρή μηχανική βλάβη στον συμπιεστή. Η υπερθέρμανση εξασφαλίζει ότι ο ατμός που φτάνει στον συμπιεστή είναι στεγνός.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Αποτρέπει μεταφορά σταγόνων υγρού στον κύλινδρο του συμπιεστή → αποφυγή μηχανικής βλάβης
Πότε η υπερθέρμανση θεωρείται χρήσιμη
Ερώτηση: Πότε η υπερθέρμανση θεωρείται χρήσιμη;
Απάντηση:
- §3.3.1.Β.4 «Στην πρώτη περίπτωση, η υπερθέρμανση είναι χρήσιμη και επιθυμητή, ενώ στη δεύτερη είναι ανεπιθύμητη και πρέπει να αποφεύγεται (π.χ. με χρήση θερμομόνωσης). Εφόσον λοιπόν η υπερθέρμανση πραγματοποιείται μέσα στον ψυκτικό θάλαμο, τότε η ψυκτική ικανότητα θα είναι...»
Σύνοψη: Η υπερθέρμανση θεωρείται χρήσιμη και επιθυμητή όταν πραγματοποιείται μέσα στον ψυκτικό θάλαμο (αυξάνοντας την ωφέλιμη ψυκτική ικανότητα)· αντίθετα, όταν γίνεται έξω από τον ψυκτικό θάλαμο είναι ανεπιθύμητη και πρέπει να αποφεύγεται, π.χ. με χρήση θερμομόνωσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Χρήσιμη όταν συμβαίνει μέσα στον ψυκτικό θάλαμο· ανεπιθύμητη όταν συμβαίνει έξω από αυτόν
