Λύσεις — Κεφάλαιο 4Α: Τα Οικιακά Ψυγεία (4.1-4.2 Συμπιεστής) (σελ. 232-233) – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ Ι Γ΄ ΕΠΑΛ
Λύσεις — Κεφάλαιο 4Α: Τα Οικιακά Ψυγεία (4.1-4.2 Συμπιεστής)
Λύσεις στις 24 πρώτες ερωτήσεις της ενότητας «Επαναληπτικές Ερωτήσεις» του κεφαλαίου 4 (Τα Οικιακά Ψυγεία), που καλύπτουν τις υποενότητες 4.1 (Ο ερμητικός παλινδρομικός συμπιεστής: κύλινδρος, έμβολο-διωστήρας, στροφαλοφόρος άξονας, βαλβίδες αναρρόφησης-κατάθλιψης, εκτόπισμα εμβόλου, θεωρητική και πραγματική ψυκτική ικανότητα, λόγος συμπίεσης, ογκομετρικός βαθμός απόδοσης και οι παράγοντες που τον επηρεάζουν, ανάλυση του κύκλου λειτουργίας, ψυκτική ικανότητα και ισχύς συναρτήσει θερμοκρασιών αναρρόφησης-κατάθλιψης, συνηθισμένες συνθήκες λειτουργίας) και 4.2 (Άλλα είδη συμπιεστών: φυγοκεντρικοί, περιστροφικοί, ελικοειδείς/scroll, κοχλιόμορφοι).
Κίνηση και ταχύτητα των συμπιεστών οικιακών ψυγείων
Ερώτηση: Πώς κινούνται οι συμπιεστές των οικιακών ψυγείων και με ποια ταχύτητα;
Απάντηση:
- §4.1 «Οι ερμητικοί συμπιεστές κινούνται από ενσωματωμένο ηλεκτροκινητήρα... Επειδή όμως οι συμπιεστές κλασματικής ισχύος έχουν διπολικούς ηλεκτροκινητήρες (ένα ζεύγος πόλων), αυτό σημαίνει πως περιστρέφονται με 3000 RPM (ονομαστικός αριθμός στροφών).»
Σύνοψη: Οι συμπιεστές των οικιακών ψυγείων κινούνται από ενσωματωμένο (ερμητικό) ηλεκτροκινητήρα, ο οποίος αναγκάζει το έμβολο να εκτελεί σταθερό αριθμό παλινδρομήσεων ανά λεπτό, αφού οι στροφές του κινητήρα είναι σταθερές (εξαρτώνται από τη συχνότητα του δικτύου, 50 Hz, και τα ζεύγη πόλων του). Επειδή έχουν διπολικούς ηλεκτροκινητήρες (ένα ζεύγος πόλων), περιστρέφονται με 3000 RPM (ονομαστικός αριθμός στροφών).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ενσωματωμένος ηλεκτροκινητήρας, σταθερές 3000 RPM (διπολικός κινητήρας, 50 Hz)
Κατασκευή του κυλίνδρου των συμπιεστών
Ερώτηση: Πώς κατασκευάζεται ο κύλινδρος των συμπιεστών;
Απάντηση:
- §4.1.1 «Στους μικρούς ερμητικούς συμπιεστές ο κύλινδρος αποτελείται από ενιαίο σώμα... Το υλικό κατασκευής του κυλίνδρου και του στροφαλοθαλάμου είναι συνήθως ο λεπτόκοκκος χυτοσίδηρος, ο οποίος περιέχει νικέλιο. Στο εσωτερικό του κυλίνδρου υπάρχει ένα χιτώνιο που είναι συνήθως από χρωμιονικελιούχο χάλυβα και έχει αντιτριβικές ιδιότητες.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Στους μικρούς ερμητικούς συμπιεστές ο κύλινδρος αποτελείται από ενιαίο σώμα, γεγονός που εξασφαλίζει μεγάλη διάρκεια ζωής και καλή ευθυγράμμιση. Κατασκευάζεται συνήθως από λεπτόκοκκο χυτοσίδηρο που περιέχει νικέλιο. Στο εσωτερικό του υπάρχει ένα χιτώνιο, συνήθως από χρωμιονικελιούχο χάλυβα, με αντιτριβικές ιδιότητες. Οι συμπιεστές των οικιακών ψυγείων διαθέτουν έναν οριζόντιο κύλινδρο.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ενιαίο σώμα από λεπτόκοκκο χυτοσίδηρο (με νικέλιο)· εσωτερικό χιτώνιο από χρωμιονικελιούχο χάλυβα· κύλινδρος οριζόντιος
Εμβολοφόροι, κλασματικής ισχύος συμπιεστές
Ερώτηση: Τι εννοούμε, όταν λέμε ότι οι συμπιεστές των οικιακών ψυγείων είναι “εμβολοφόροι, κλασματικής ισχύος”;
Απάντηση:
- §4.1 «Στα οικιακά ψυγεία χρησιμοποιούνται οι ερμητικοί εμβολοφόροι συμπιεστές κλασματικής ισχύος, δηλ. συμπιεστές οι οποίοι έχουν ένα έμβολο που παλινδρομεί και μηχανική ισχύ, η οποία μετριέται σε κλάσματα του ίππου (1 HP = 0,746kW) όπως για παράδειγμα 90 έως 250 W.»
Σύνοψη: Εννοούμε συμπιεστές που έχουν ένα έμβολο το οποίο εκτελεί παλινδρομική κίνηση μέσα στον κύλινδρο (εμβολοφόροι) και των οποίων η μηχανική ισχύς είναι πολύ μικρή, μετριέται σε κλάσματα του ίππου (1 HP = 0,746 kW) — τυπικά από 90 έως 250 W (κλασματική ισχύς).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Έμβολο που παλινδρομεί (εμβολοφόρος) + μηχανική ισχύς σε κλάσματα ίππου, π.χ. 90-250 W (κλασματική ισχύς)
Υλικά, διάμετρος και διαδρομή εμβόλου
Ερώτηση: Με ποια υλικά κατασκευάζεται το έμβολο του συμπιεστή, ποια διάμετρο έχει και ποιο είναι το συνηθισμένο μήκος της διαδρομής του;
Απάντηση:
- §4.1.2 «Το έμβολο κατασκευάζεται συνήθως από χυτοσίδηρο ή χυτοχάλυβα. Στους μικρούς ερμητικούς συμπιεστές το έμβολο έχει διάμετρο από 25 έως 30 mm, ενώ η διαδρομή του κυμαίνεται μόλις από 15 έως 18 mm.»
Σύνοψη: Το έμβολο κατασκευάζεται συνήθως από χυτοσίδηρο ή χυτοχάλυβα. Στους μικρούς ερμητικούς συμπιεστές των οικιακών ψυγείων έχει διάμετρο από 25 έως 30 mm, ενώ η διαδρομή του (διαδρομή εμβόλου) κυμαίνεται μόλις από 15 έως 18 mm.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Χυτοσίδηρος ή χυτοχάλυβας· διάμετρος 25-30 mm· διαδρομή 15-18 mm
Υλικά και τοποθέτηση στροφαλοφόρου άξονα
Ερώτηση: Με ποια υλικά κατασκευάζεται ο στροφαλοφόρος άξονας του συμπιεστή και πώς τοποθετείται στους συμπιεστές των οικιακών ψυγείων;
Απάντηση:
- §4.1.3 «Κατασκευάζεται από σφυρήλατο χάλυβα και στα κομβία εκτελείται επιφανειακή βαφή. Στους συμπιεστές των οικιακών ψυγείων είναι διατεταγμένος κατακόρυφα.»
Σύνοψη: Ο στροφαλοφόρος άξονας κατασκευάζεται από σφυρήλατο χάλυβα, με επιφανειακή βαφή στα κομβία του. Στους συμπιεστές των οικιακών ψυγείων είναι τοποθετημένος κατακόρυφα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σφυρήλατος χάλυβας (επιφανειακή βαφή στα κομβία)· τοποθέτηση κατακόρυφη
Στροφαλοφόρος κλασικού τύπου και λίπανσή του
Ερώτηση: Πώς είναι διαμορφωμένος ο στροφαλοφόρος κλασικού τύπου των οικιακών ψυγείων και πώς γίνεται η λίπανσή του;
Απάντηση:
- §4.1.3 «Ο κλασικός τύπος στροφαλοφόρου άξονα αποτελείται από τους στροφείς (κομβία) βάσης, τα κομβία των διωστήρων και τα γόνατα.» και «...ο στροφαλοφόρος άξονας του συμπιεστή των οικιακών ψυγείων έχει διαμορφωμένη στο εσωτερικό του μια ειδική αυλάκωση, στην οποία περνά το λάδι για τη λίπανση του στροφαλοφόρου.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο κλασικός τύπος στροφαλοφόρου άξονα αποτελείται από τους στροφείς (κομβία) βάσης, τα κομβία των διωστήρων και τα γόνατα. Η λίπανσή του γίνεται μέσω μιας ειδικής αυλάκωσης διαμορφωμένης στο εσωτερικό του άξονα, μέσα από την οποία περνά το λάδι για τη λίπανση του στροφαλοφόρου.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Κλασικός τύπος: στροφείς βάσης + κομβία διωστήρων + γόνατα· λίπανση μέσω εσωτερικής αυλάκωσης όπου περνά το λάδι
Σχήμα και λειτουργία βαλβίδων αναρρόφησης-κατάθλιψης
Ερώτηση: Τι σχήμα έχουν οι βαλβίδες του συμπιεστή των οικιακών ψυγείων και πώς πραγματοποιείται το άνοιγμα και κλείσιμό τους;
Απάντηση:
- §4.1.4 «Οι βαλβίδες έχουν συνήθως σχήμα δίσκου ή δακτυλίου και ειδικότερα στους συμπιεστές των οικιακών ψυγείων έχουν σχήμα εύκαμπτων λεπίδων... Η κίνηση των βαλβίδων πραγματοποιείται με την υποπίεση ή την υπερπίεση που δημιουργεί η παλινδρομική κίνηση του εμβόλου.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Οι βαλβίδες των συμπιεστών οικιακών ψυγείων έχουν σχήμα εύκαμπτων λεπίδων (ενώ γενικά οι βαλβίδες συμπιεστών έχουν σχήμα δίσκου ή δακτυλίου). Στερεώνονται πάνω σε ειδικές πλάκες με διαμορφωμένες έδρες, χωρίς παρέμβυσμα (στεγανότητα με απευθείας μεταλλική επαφή). Το άνοιγμα και το κλείσιμό τους γίνεται αυτόματα, χωρίς εξωτερικό μηχανισμό ελέγχου, με την υποπίεση ή την υπερπίεση που δημιουργεί η ίδια η παλινδρομική κίνηση του εμβόλου· βοηθούνται είτε από ελατήρια που τις ωθούν, είτε είναι κατασκευασμένες οι ίδιες από κατάλληλο μέταλλο (π.χ. χάλυβα ελατηρίων) ώστε να συμπεριφέρονται ως ελατήρια.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Σχήμα εύκαμπτων λεπίδων· άνοιγμα/κλείσιμο αυτόματα, από την υποπίεση/υπερπίεση της κίνησης του εμβόλου (ή με ελατήρια)
Ιδιότητες υλικών παρεμβυσμάτων (φλαντζών) στεγανοποίησης
Ερώτηση: Να αναφέρετε τρεις ιδιότητες των υλικών με τα οποία κατασκευάζονται τα παρεμβύσματα (φλάντζες) στεγανοποίησης των βαλβίδων.
Απάντηση:
- §4.1.4 «Ιδιότητες υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή παρεμβυσμάτων στεγανοποίησης: Να μην προσβάλλεται από το ψυκτικό μέσο και το ψυκτέλαιο... Να αντέχει στις συνήθεις θερμοκρασίες συμπιεστών... Να είναι όλκιμα και ελατά για να διαμορφώνονται εξασφαλίζοντας στεγανότητα.»
Σύνοψη: Τα υλικά κατασκευής των παρεμβυσμάτων (φλαντζών) στεγανοποίησης πρέπει: (1) να μην προσβάλλονται από το ψυκτικό μέσο και το ψυκτέλαιο (λάδι ψύξης συμπιεστή), (2) να αντέχουν στις συνήθεις θερμοκρασίες λειτουργίας των συμπιεστών, και (3) να είναι όλκιμα και ελατά, ώστε να διαμορφώνονται εξασφαλίζοντας στεγανότητα.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Να μην προσβάλλονται από ψυκτικό/λάδι· να αντέχουν σε θερμοκρασία· να είναι όλκιμα-ελατά
Ορισμός και τύπος εκτοπίσματος εμβόλου
Ερώτηση: Τι είναι το εκτόπισμα του εμβόλου και με ποιο τύπο ορίζεται;
Απάντηση:
- §4.1.5 «Το εκτόπισμα του εμβόλου ενός παλινδρομικού συμπιεστή είναι ο συνολικός όγκος που έχει σαρώσει το έμβολο μέσα στον κύλινδρο σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα και εκφράζεται συνήθως σε λίτρα ανά δευτερόλεπτο (lt/s)... Vε = (0,7854 · D² · L · N · n)/1000000 (4.1)»
Σύνοψη: Το εκτόπισμα του εμβόλου είναι ο συνολικός όγκος που έχει σαρώσει το έμβολο μέσα στον κύλινδρο σε ορισμένο χρονικό διάστημα, και εκφράζεται συνήθως σε λίτρα ανά δευτερόλεπτο (lt/s). Ορίζεται από τον τύπο Vε = (0,7854·D²·L·N·n)/1.000.000, όπου D η διάμετρος του κυλίνδρου σε mm, L το μήκος της διαδρομής του εμβόλου σε mm, N ο αριθμός στροφών του στροφαλοφόρου άξονα σε στρ/s και n ο αριθμός των κυλίνδρων (n=1 για τα οικιακά ψυγεία).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Vε = συνολικός όγκος που σαρώνει το έμβολο (lt/s) = (0,7854·D²·L·N·n)/1.000.000
Ορισμός θεωρητικής ψυκτικής ικανότητας
Ερώτηση: Πώς ορίζεται η θεωρητική ψυκτική ικανότητα του συμπιεστή;
Απάντηση:
- §4.1.6 «Η ψυκτική ικανότητα οποιουδήποτε συμπιεστή... καθορίζεται με το γινόμενο της μάζας του ψυκτικού ανά μονάδα χρόνου επί το ψυκτικό αποτέλεσμα... μπορούμε να υπολογίσουμε την θεωρητική ψυκτική ικανότητα του συμπιεστή, πολλαπλασιάζοντας την παροχή του ατμού επί το ψυκτικό αποτέλεσμα (ανά μονάδα μάζας).»
Σύνοψη: Η θεωρητική ψυκτική ικανότητα του συμπιεστή ορίζεται ως το γινόμενο της παροχής μάζας του ψυκτικού ατμού (m, σε kg/s — η μάζα ατμού που αναρροφά ο συμπιεστής ανά μονάδα χρόνου, θεωρώντας ότι ο κύλινδρος γεμίζει τελείως με ατμό, m=Vε·ρ) επί το ψυκτικό αποτέλεσμα Qψ (ανά μονάδα μάζας, σε kJ/kg): θεωρητική ψυκτική ικανότητα = m·Qψ (σε kW, αφού kg/s·kJ/kg=kW).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Θεωρητική ψυκτική ικανότητα = παροχή μάζας (m=Vε·ρ) × ψυκτικό αποτέλεσμα Qψ, σε kW
Γιατί η πραγματική ψυκτική ικανότητα είναι μικρότερη από τη θεωρητική
Ερώτηση: Γιατί η πραγματική ψυκτική ικανότητα του συμπιεστή είναι πάντοτε μικρότερη από τη θεωρητική;
Απάντηση:
- §4.1.7 «Στην πράξη δεν ισχύουν φυσικά οι πιο πάνω προϋποθέσεις. Αντίθετα, ο όγκος του ατμού, που μπαίνει στον κύλινδρο... είναι πάντοτε μικρότερος από το εκτόπισμα του εμβόλου. Αυτό οφείλεται αφενός στη συμπιεστότητα του ατμού και αφετέρου στο διάκενο... Επίσης, η πυκνότητα του ατμού που μπαίνει στον κύλινδρο είναι πάντοτε μικρότερη από την πυκνότητα του ατμού στη γραμμή αναρρόφησης κυρίως λόγω της θερμότητας που εκλύεται κατά τη λειτουργία του συμπιεστή (πρακτικά μη αδιαβατική συμπίεση).»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Διότι η θεωρητική ψυκτική ικανότητα υπολογίζεται με την υπόθεση ότι ο κύλινδρος γεμίζει τελείως με ατμό ίδιας πυκνότητας με αυτόν της γραμμής αναρρόφησης, κάτι που στην πράξη δεν ισχύει: ο όγκος ατμού που εισέρχεται στον κύλινδρο είναι πάντα μικρότερος από το εκτόπισμα του εμβόλου, λόγω της συμπιεστότητας του ατμού και του διάκενου μεταξύ εμβόλου και πλάκας βαλβίδων, ενώ η πυκνότητα του εισερχόμενου ατμού είναι μικρότερη από αυτή στη γραμμή αναρρόφησης, κυρίως λόγω της θερμότητας που εκλύεται κατά τη λειτουργία του συμπιεστή (η συμπίεση δεν είναι πρακτικά αδιαβατική).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ο πραγματικός όγκος/πυκνότητα εισερχόμενου ατμού < θεωρητικού, λόγω συμπιεστότητας, διάκενου και θέρμανσης (μη αδιαβατική συμπίεση)
Ορισμός λόγου συμπίεσης
Ερώτηση: Να δώσετε τον ορισμό του λόγου συμπίεσης.
Απάντηση:
- §4.1.8 «Ο λόγος της απόλυτης πίεσης κατάθλιψης προς την απόλυτη πίεση αναρρόφησης ονομάζεται λόγος συμπίεσης, ήτοι: r = απόλυτη πίεση κατάθλιψης/απόλυτη πίεση αναρρόφησης (4.4)»
Σύνοψη: Λόγος συμπίεσης (r) ονομάζεται ο λόγος της απόλυτης πίεσης κατάθλιψης προς την απόλυτη πίεση αναρρόφησης: r = (απόλυτη πίεση κατάθλιψης)/(απόλυτη πίεση αναρρόφησης). Η απόλυτη πίεση ισούται με το άθροισμα της μανομετρικής και της ατμοσφαιρικής πίεσης (Ραπ=Ρμαν+Ρατ).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- r = απόλυτη πίεση κατάθλιψης / απόλυτη πίεση αναρρόφησης
Ορισμός ογκομετρικού βαθμού απόδοσης
Ερώτηση: Πώς ορίζεται ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης ενός συμπιεστή;
Απάντηση:
- §4.1.9 «Ο πραγματικός όγκος ατμού, που αφαιρείται από τη γραμμή αναρρόφησης ανά μονάδα χρόνου, αποτελεί το πραγματικό εκτόπισμα του συμπιεστή. Ο λόγος αυτού προς το εκτόπισμα του εμβόλου ορίζει τον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης του συμπιεστή, ήτοι: ΟΒΑ = (Vπ/Vε)·100% (4.6)»
Σύνοψη: Ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης (ΟΒΑ) ορίζεται ως ο λόγος του πραγματικού εκτοπίσματος του συμπιεστή (Vπ, δηλαδή ο πραγματικός όγκος ατμού που αφαιρείται από τη γραμμή αναρρόφησης ανά μονάδα χρόνου) προς το (θεωρητικό) εκτόπισμα του εμβόλου (Vε): ΟΒΑ = (Vπ/Vε)·100%.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- ΟΒΑ = (πραγματικό εκτόπισμα Vπ / εκτόπισμα εμβόλου Vε) × 100%
Τρεις παράγοντες που επηρεάζουν τον ΟΒΑ
Ερώτηση: Να αναφέρετε τρεις παράγοντες που επηρεάζουν τον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης.
Απάντηση:
- §4.1.10 «Οι παράγοντες αυτοί είναι το διάκενο εμβόλου-βαλβίδων, ο στραγγαλισμός του ψυκτικού στις βαλβίδες, η θέρμανση του κυλίνδρου, οι διαρροές από βαλβίδες και έμβολο και ο λόγος συμπίεσης.»
Σύνοψη: Τρεις (από τους πέντε συνολικά) παράγοντες που επηρεάζουν τον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης είναι: το διάκενο μεταξύ εμβόλου-βαλβίδων, ο στραγγαλισμός του ψυκτικού μέσου στις βαλβίδες, και η θέρμανση του κυλίνδρου (οι άλλοι δύο είναι οι διαρροές από βαλβίδες/έμβολο και ο λόγος συμπίεσης).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ενδεικτικά: διάκενο εμβόλου-βαλβίδων, στραγγαλισμός στις βαλβίδες, θέρμανση κυλίνδρου (ή: διαρροές, λόγος συμπίεσης)
Ρόλος του διάκενου στον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης
Ερώτηση: Να εξηγήσετε το ρόλο του διάκενου στον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης.
Απάντηση:
- §4.1.10.Α «...όταν το έμβολο βρίσκεται στο κάτω νεκρό σημείο (Κ Ν Σ) τότε ο συνολικός όγκος του κυλίνδρου είναι Vc, ενώ ο όγκος του διακένου είναι Va... καθώς το έμβολο κινείται προς τα κάτω, ο εγκλωβισμένος ατμός στο διάκενο εκτονώνεται από τον όγκο Va μέχρι τον όγκο Vb πριν ανοίξει η βαλβίδα αναρρόφησης. Κατά συνέπεια, ο όγκος του κυλίνδρου που πραγματικά γεμίζει με νέο αέριο... είναι η διαφορά μεταξύ Vc και Vb. Ο όγκος αυτός είναι σαφώς μικρότερος από τον όγκο που σαρώνει το έμβολο.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Το διάκενο (επιζήμιος χώρος) είναι ο μικρός χώρος που αφήνεται σκόπιμα ανάμεσα στην κορυφή του εμβόλου και στην πλάκα των βαλβίδων, ώστε το έμβολο να μην χτυπά στην πλάκα. Στο κάτω νεκρό σημείο ο συνολικός όγκος του κυλίνδρου είναι Vc, ενώ ο όγκος του ατμού που παραμένει εγκλωβισμένος στο διάκενο στο τέλος της συμπίεσης είναι Va· η διαφορά Vc−Va είναι ο όγκος που σαρώνει το έμβολο σε κάθε κύκλο. Όμως, καθώς το έμβολο κατεβαίνει, ο εγκλωβισμένος ατμός του διάκενου επανεκτονώνεται από τον όγκο Va μέχρι τον όγκο Vb, πριν προλάβει να ανοίξει η βαλβίδα αναρρόφησης. Έτσι, ο όγκος του κυλίνδρου που πραγματικά γεμίζει με νέο ατμό από τη γραμμή αναρρόφησης είναι μόνο η διαφορά Vc−Vb, που είναι σαφώς μικρότερη από τον όγκο που σαρώνει το έμβολο — δηλαδή το διάκενο μειώνει τον πραγματικό αναρροφούμενο όγκο και άρα τον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Το διάκενο εγκλωβίζει ατμό υψηλής πίεσης που επανεκτονώνεται πρώτα (Va→Vb), μειώνοντας τον όγκο νέου ατμού που τελικά εισέρχεται (Vc−Vb < Vc−Va)
Επίδραση στραγγαλισμού στις βαλβίδες στον ΟΒΑ
Ερώτηση: Να εξηγήσετε πώς ο στραγγαλισμός του ψυκτικού ρευστού στις βαλβίδες επιδρά στον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης του συμπιεστή.
Απάντηση:
- §4.1.10.Β «...πρέπει να υπάρχει αρκετή διαφορά πίεσης στις δύο πλευρές της βαλβίδας έτσι, ώστε ο ατμός να υπερνικά το βάρος και την αδράνεια της βαλβίδας... Αυτό σημαίνει ότι ο ατμός υφίσταται στραγγαλισμό μέτριου μεγέθους καθώς μπαίνει στον κύλινδρο. Επομένως, η πίεση του ατμού που γεμίζει τον κύλινδρο είναι πάντοτε μικρότερη από την πίεση του ατμού στη γραμμή αναρρόφησης... Ο στραγγαλισμός δεν επηρεάζεται από το λόγο συμπίεσης, αλλά αντίθετα εξαρτάται από την ταχύτητα, με την οποία ρέει ο ατμός μέσα από τις βαλβίδες.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Για να ρεύσει ο ατμός από τη γραμμή αναρρόφησης στον κύλινδρο μέσα από τη βαλβίδα αναρρόφησης, πρέπει να υπάρχει αρκετή διαφορά πίεσης ώστε να υπερνικηθεί το βάρος και η αδράνεια της βαλβίδας (ή η δύναμη των ελατηρίων της). Αυτό σημαίνει ότι ο ατμός υφίσταται μέτριο στραγγαλισμό καθώς μπαίνει στον κύλινδρο, με αποτέλεσμα η πίεση (και άρα ο όγκος) του ατμού που τελικά γεμίζει τον κύλινδρο να είναι μικρότερα από αυτά της γραμμής αναρρόφησης. Ανάλογα, στη βαλβίδα εξαγωγής ο ατμός πρέπει να συμπιεστεί σε πίεση μεγαλύτερη από της κατάθλιψης για να περάσει, γεγονός που αυξάνει την επανεκτόνωση στον κύλινδρο και μειώνει περαιτέρω τον εισερχόμενο όγκο. Έτσι ο στραγγαλισμός μειώνει τον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης — δεν εξαρτάται από τον λόγο συμπίεσης, αλλά από την ταχύτητα ροής του ατμού μέσα από τις βαλβίδες.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Ο στραγγαλισμός μειώνει την πίεση/όγκο εισερχόμενου ατμού → μειώνει τον ΟΒΑ· εξαρτάται από την ταχύτητα ροής, όχι από τον λόγο συμπίεσης
Επίδραση θέρμανσης κυλίνδρου στον ΟΒΑ
Ερώτηση: Να εξηγήσετε πώς η θέρμανση του κυλίνδρου επιδρά στον ογκομετρικό βαθμό απόδοσης του συμπιεστή.
Απάντηση:
- §4.1.10.Γ «...ο ατμός που μπαίνει μέσα στον κύλινδρο θερμαίνεται από τη θερμότητα που μεταδίδεται από τα τοιχώματα του κυλίνδρου και που εκλύεται λόγω της τριβής... Η θερμότητα αυτή προκαλεί τη διαστολή του αερίου μόλις αυτό εισάγεται στον κύλινδρο, γεγονός που σημαίνει ότι στον κύλινδρο μπαίνει τελικά μικρότερη μάζα αερίου... Η θέρμανση του κυλίνδρου αυξάνει καθώς αυξάνει ο λόγος συμπίεσης.»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο ατμός που εισέρχεται στον κύλινδρο θερμαίνεται από τη θερμότητα που μεταδίδεται από τα τοιχώματα του κυλίνδρου, καθώς και από την τριβή που εκλύεται λόγω του στροβιλισμού του αερίου μέσα στον κύλινδρο. Η θέρμανση αυτή προκαλεί διαστολή του αερίου μόλις εισέλθει, με αποτέλεσμα να μπαίνει τελικά μικρότερη μάζα αερίου στον κύλινδρο — δηλαδή μειώνεται ακόμη περισσότερο ο πραγματικός αναρροφούμενος όγκος και άρα ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης. Η θέρμανση του κυλίνδρου αυξάνεται όσο αυξάνεται ο λόγος συμπίεσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Η θέρμανση διαστέλλει τον εισερχόμενο ατμό → μικρότερη εισερχόμενη μάζα → μείωση ΟΒΑ· αυξάνεται με τον λόγο συμπίεσης
Μεταβολή ΟΒΑ με αύξηση του λόγου συμπίεσης
Ερώτηση: Πώς μεταβάλλεται ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης ενός συμπιεστή, όταν αυξηθεί ο λόγος συμπίεσης;
Απάντηση:
- §4.1.10.Ε + Πίνακας 4.1.1 «...ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης ενός οποιουδήποτε συμπιεστή είναι πρώτα και κύρια συνάρτηση του λόγου συμπίεσης...» — Πίνακας: λόγος συμπίεσης 2,0→ΟΒΑ 87,3%, ..., λόγος συμπίεσης 6,5→ΟΒΑ 60,2%.
Σύνοψη: Ο ογκομετρικός βαθμός απόδοσης μειώνεται όσο αυξάνεται ο λόγος συμπίεσης — είναι πρώτα και κύρια συνάρτηση αυτού. Σύμφωνα με τον Πίνακα 4.1.1 του βιβλίου, καθώς ο λόγος συμπίεσης αυξάνεται από 2,0 σε 6,5, ο ΟΒΑ πέφτει σταδιακά από 87,3% σε 60,2%. Για δεδομένο λόγο συμπίεσης, ο ΟΒΑ παραμένει πρακτικά σταθερός, ανεξάρτητα από το εύρος λειτουργίας του συμπιεστή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Μειώνεται (π.χ. από 87,3% στο λόγο 2,0 έως 60,2% στο λόγο 6,5, κατά τον Πίνακα 4.1.1)
Περιγραφή του κύκλου λειτουργίας εμβολοφόρου συμπιεστή
Ερώτηση: Να περιγράψετε τον κύκλο λειτουργίας ενός εμβολοφόρου συμπιεστή.
Απάντηση:
- §4.1.11 «Στο σημείο Α το έμβολο βρίσκεται στην κορυφή της προς τα άνω διαδρομής του... Καθώς το έμβολο κινείται προς τα κάτω (διαδρομή αναρρόφησης)... η εκτόνωση αυτή πραγματοποιείται κατά μήκος της γραμμής ΑΒ... Η ροή του ατμού αρχίζει στο σημείο Β... και συνεχίζεται μέχρι το σημείο C... Καθώς το έμβολο κινείται προς τα άνω, εκτελώντας τη διαδρομή της συμπίεσης κατά μήκος της γραμμής CD... Μόλις το έμβολο φθάνει στο σημείο D... ανοίγουν οι βαλβίδες εξαγωγής. Ο κύκλος κλείνει με τη διαδρομή DA του εμβόλου...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο κύκλος έχει τέσσερις φάσεις: (1) Α→Β: στο σημείο Α το έμβολο είναι στο άνω νεκρό σημείο με τις δύο βαλβίδες κλειστές· καθώς κατεβαίνει, ο ατμός υψηλής πίεσης εγκλωβισμένος στο διάκενο επανεκτονώνεται (πτώση πίεσης) μέχρι το σημείο Β. (2) Β→C: στο Β η πίεση γίνεται μικρότερη από της γραμμής αναρρόφησης, ανοίγει η βαλβίδα αναρρόφησης, ο ατμός ρέει στον κύλινδρο με σταθερή πίεση μέχρι το κάτω νεκρό σημείο C, όπου κλείνει η βαλβίδα αναρρόφησης (με δύναμη ελατηρίων). (3) C→D: το έμβολο ανεβαίνει συμπιέζοντας τον ατμό (και οι δύο βαλβίδες κλειστές), η πίεση αυξάνεται μέχρι το σημείο D, λίγο πριν το άνω νεκρό σημείο, όπου η πίεση ξεπερνά την πίεση κατάθλιψης και ανοίγουν οι βαλβίδες εξαγωγής. (4) D→A: ο ατμός υψηλής πίεσης περνά προς τη γραμμή κατάθλιψης με σταθερή πίεση, μέχρι το έμβολο να επιστρέψει στο Α — τότε ολοκληρώνεται ο κύκλος και ο στροφαλοφόρος έχει κάνει μία πλήρη περιστροφή.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Α→Β επανεκτόνωση διάκενου, Β→C αναρρόφηση (πίεση σταθερή), C→D συμπίεση, D→A κατάθλιψη (πίεση σταθερή) — μία περιστροφή στροφαλοφόρου
Παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η ψυκτική ικανότητα του συμπιεστή
Ερώτηση: Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η ψυκτική ικανότητα ενός συμπιεστή;
Απάντηση:
- §4.1.13 «Μετράται σε kW (BTU/h, Kcal/h) και εξαρτάται από: α. Τη θερμοκρασία αναρρόφησης (ατμοποίησης) αν είναι υψηλή, οπότε αναπτύσσεται και υψηλή ψυκτική ικανότητα. β. Τη θερμοκρασία κατάθλιψης (συμπύκνωσης) αν είναι υψηλή, οπότε αναπτύσσεται χαμηλή ψυκτική ικανότητα.»
Σύνοψη: Η ψυκτική ικανότητα (μετρημένη σε kW, BTU/h ή Kcal/h) εξαρτάται από δύο βασικούς παράγοντες: (α) τη θερμοκρασία αναρρόφησης (ατμοποίησης) — όσο υψηλότερη είναι, τόσο μεγαλύτερη ψυκτική ικανότητα αναπτύσσεται· (β) τη θερμοκρασία κατάθλιψης (συμπύκνωσης) — όσο υψηλότερη είναι, τόσο χαμηλότερη ψυκτική ικανότητα αναπτύσσεται.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Θερμοκρασία αναρρόφησης/ατμοποίησης (↑ αυτή → ↑ ψυκτική ικανότητα) και θερμοκρασία κατάθλιψης/συμπύκνωσης (↑ αυτή → ↓ ψυκτική ικανότητα)
Συνηθισμένες συνθήκες λειτουργίας του παλινδρομικού συμπιεστή
Ερώτηση: Τι γνωρίζετε για τις συνηθισμένες συνθήκες λειτουργίας του παλινδρομικού συμπιεστή;
Απάντηση:
- §4.1.15 «Στις κανονικές συνθήκες λειτουργίας ο συμπιεστής είναι τόσο θερμός που δεν μπορούμε να τον ακουμπήσουμε με γυμνό χέρι... ο ερμητικός συμπιεστής πρέπει κανονικά να λειτουργεί αθόρυβα και χωρίς κραδασμούς... ο συμπιεστής θα πρέπει να διακόπτει τακτικά τη λειτουργία του, δηλ. σε καμία περίπτωση δεν πρέπει να λειτουργεί συνέχεια...»
Σύνοψη: (ενδεικτική) Ο συμπιεστής, ως το βασικότερο και ακριβότερο μηχάνημα του καταψύκτη («καρδιά» του συγκροτήματος), λειτουργεί κανονικά τόσο θερμός που δεν μπορούμε να τον ακουμπήσουμε με γυμνό χέρι· ψύχεται με εξωτερικά πτερύγια (αερόψυκτος τύπος) ή με τους ατμούς αναρρόφησης. Πρέπει να λειτουργεί αθόρυβα και χωρίς κραδασμούς χάρη στις ελαστικές του βάσεις — θόρυβοι/κραδασμοί σημαίνουν είτε κακή οριζοντίωση είτε παρουσία υγρού ψυκτικού μέσα του. Πρέπει επίσης να διακόπτει τακτικά τη λειτουργία του και σε καμία περίπτωση να μη λειτουργεί συνεχώς, γιατί καταπονείται και μειώνεται η διάρκεια ζωής του· η συνεχής λειτουργία οφείλεται σε μη κανονικές συνθήκες, όπως τοποθέτηση σε πολύ θερμό/υγρό χώρο ή αυξημένο ψυκτικό φορτίο (ελαττωματικό λάστιχο πόρτας, συχνά ανοίγματα). Αν δεν ξεκινά καθόλου ή σταματά αμέσως, έχει βλάβη, συνήθως ηλεκτρολογικής φύσης.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Λειτουργεί πολύ θερμός, αθόρυβα/χωρίς κραδασμούς, με τακτικές διακοπές — ποτέ συνεχής λειτουργία (καταπόνηση, μειωμένη διάρκεια ζωής)
Τρία άλλα είδη συμπιεστών σε μικρά/μεσαία επαγγελματικά ψυγεία
Ερώτηση: Να αναφέρετε τρία ακόμη είδη συμπιεστών που χρησιμοποιούνται σε μικρά και μεσαία επαγγελματικά ψυγεία.
Απάντηση:
- §4.2 «...στα επαγγελματικά ψυγεία μεσαίου μεγέθους και σε μεσαία και μικρά κλιματιστικά μηχανήματα χρησιμοποιούνται πλέον και άλλα είδη συμπιεστών όπως: 1. Φυγοκεντρικοί... 2. Περιστροφικοί (Λεπιδοφόροι)... 3. Κοχλιόμορφοι... 4. Scroll Type (Ελικοειδείς)...»
Σύνοψη: Πέρα από τους παλινδρομικούς, χρησιμοποιούνται επίσης οι φυγοκεντρικοί (κεντρικά συστήματα μεγάλης ισχύος), οι περιστροφικοί/λεπιδοφόροι (θάλαμοι συντήρησης νωπών τροφίμων) και οι κοχλιόμορφοι (θάλαμοι μεταβλητού φορτίου, μικρά/μεσαία κλιματιστικά) — καθώς και οι scroll/ελικοειδείς (μικρά κλιματιστικά, θάλαμοι μικρής ισχύος νωπών λαχανικών).
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Φυγοκεντρικοί, περιστροφικοί (λεπιδοφόροι), κοχλιόμορφοι (ή/και scroll-ελικοειδείς)
Πλεονεκτήματα περιστροφικών συμπιεστών
Ερώτηση: Να αναφέρετε τα πλεονεκτήματα των περιστροφικών συμπιεστών.
Απάντηση:
- §4.2.α «Πλεονεκτήματα: Αθόρυβη λειτουργία, Μεγάλος ολικός βαθμός απόδοσης, Μικρές διαστάσεις (συγκέντρωση ισχύος)»
Σύνοψη: Τα πλεονεκτήματα των περιστροφικών (rotary) συμπιεστών είναι: αθόρυβη λειτουργία, μεγάλος ολικός βαθμός απόδοσης, και μικρές διαστάσεις (συγκέντρωση ισχύος). Χρησιμοποιούνται για μεγάλο εκτόπισμα σε μέτριες πιέσεις, ενώ μειονεκτήματά τους είναι η δύσκολη επισκευή και το μεγάλο κόστος κατασκευής.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Αθόρυβη λειτουργία, μεγάλος ολικός βαθμός απόδοσης, μικρές διαστάσεις
Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κοχλιόμορφων συμπιεστών
Ερώτηση: Να αναφέρετε τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των κοχλιόμορφων συμπιεστών.
Απάντηση:
- §4.2.δ «Κοχλιόμορφοι (Κοχλιοειδείς) Πλεονεκτήματα: Λίγα κινούμενα μέρη, Καλός βαθμός απόδοσης (η%), Μηδενικός επιζήμιος χώρος, Αθόρυβη λειτουργία, Όχι βαλβίδες αναρρόφησης και κατάθλιψης, Μεγάλες πιέσεις κατάθλιψης. Μειονεκτήματα: Επίδραση βαθμού απόδοσης από μεταβολή στροφών»
Σύνοψη: Πλεονεκτήματα των κοχλιόμορφων (κοχλιοειδών) συμπιεστών: λίγα κινούμενα μέρη, καλός βαθμός απόδοσης (η%), μηδενικός επιζήμιος χώρος, αθόρυβη λειτουργία, απουσία βαλβίδων αναρρόφησης και κατάθλιψης, και δυνατότητα μεγάλων πιέσεων κατάθλιψης. Μειονέκτημά τους είναι ότι ο βαθμός απόδοσής τους επηρεάζεται από τη μεταβολή των στροφών.
Κριτήρια αξιολόγησης:
- Πλεονεκτήματα: λίγα κινούμενα μέρη, καλός βαθμός απόδοσης, μηδενικός επιζήμιος χώρος, αθόρυβοι, χωρίς βαλβίδες, μεγάλες πιέσεις κατάθλιψης· Μειονέκτημα: ευαισθησία στη μεταβολή στροφών
