Λύσεις — Κεφάλαιο 6: Εξατμιστές (σελ. 362-363) – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ – ΛΥΣΕΙΣ – ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Ασκήσεων Σχολικού Βιβλίου Λύσεις — Κεφάλαιο 6: Εξατμιστές (σελ. 362-363) – ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΨΥΞΗΣ ΙΙ Γ΄ ΕΠΑΛ

Λύσεις — Κεφάλαιο 6: Εξατμιστές (σελ. 362-363)

Λύσεις των 22 ερωτήσεων του κεφαλαίου 6 (όλες θεωρητικές).

Ερώτηση 1 — Ρόλος του εξατμιστή

Ερώτηση: Ποιος είναι ο ρόλος του εξατμιστή σε μια ψυκτική μηχανή;

Απάντηση:

Ο εξατμιστής είναι το τμήμα της ψυκτικής μηχανής που έχει κύριο σκοπό να απορροφά θερμότητα από το περιβάλλον του (σελ. 331): είναι συσκευή εναλλαγής θερμότητας, με την οποία η ψυκτική μηχανή απορροφά τη θερμότητα από τον χώρο (ή το υγρό) που θέλουμε να ψύξουμε — το «ψυχροδοχείο». Μέσα του το ψυκτικό υγρό, που έρχεται από την εκτονωτική διάταξη σε χαμηλή πίεση, απορροφά θερμότητα και εξατμίζεται (βράζει) σε χαμηλή, σταθερή θερμοκρασία — γι' αυτό ονομάζεται και εξαεριωτής· η λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης είναι το ψυκτικό αποτέλεσμα, και το αέριο που παράγεται αναρροφάται από τον συμπιεστή. Εδώ δηλαδή παράγεται η ωφέλιμη ψύξη της εγκατάστασης (ικανότητα = h₂ − h₁). Ανάλογα με την εφαρμογή λειτουργεί σε υψηλή (κλιματισμός ≈ 5 °C), μέση (συντήρηση τροφίμων ≈ 0 °C) ή χαμηλή θερμοκρασία (κατάψυξη ≈ −20 °C), και μπορεί να ψύχει αέρα (αεροψυκτήρας/ψυκτικό στοιχείο) ή νερό και άλλα υγρά (γάλα, μπύρα, πετρέλαιο, άλμες).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Είναι η συσκευή εναλλαγής θερμότητας με την οποία η ψυκτική μηχανή απορροφά θερμότητα από τον χώρο ή το υγρό που θέλουμε να ψύξουμε: μέσα του το ψυκτικό υγρό βράζει (εξατμίζεται — «εξαεριωτής») σε χαμηλή πίεση-θερμοκρασία απορροφώντας τη λανθάνουσα θερμότητα, δηλαδή εδώ παράγεται η ωφέλιμη ψύξη· ψύχει αέρα (αεροψυκτήρας) ή υγρά, σε θερμοκρασίες ≈ 5/0/−20 °C κατά την εφαρμογή.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Απορρόφηση θερμότητας — εξάτμιση ψυκτικού.

Ερώτηση 2 — Κατάσταση ψυκτικού στην είσοδο του εξατμιστή

Ερώτηση: Σε τι κατάσταση είναι το ψυκτικό ρευστό όταν φθάνει στον εξατμιστή;

Απάντηση:

Το ψυκτικό ρευστό φθάνει στον εξατμιστή σε υγρή κατάσταση, χαμηλής πίεσης και χαμηλής θερμοκρασίας, αμέσως μετά την εκτονωτική διάταξη (σελ. 333, εικ. 6.1-6.2): η εκτονωτική βαλβίδα το έχει στραγγαλίσει από την υψηλή πίεση του συμπυκνωτή στην πίεση αναρρόφησης (χαμηλή πίεση), οπότε βρίσκεται στη θερμοκρασία κορεσμού (εξάτμισης) που αντιστοιχεί στην πίεση αυτή (π.χ. 5 °C στον κλιματισμό, −20 °C στην κατάψυξη). Στο διάγραμμα p-h παριστάνεται από το σημείο Α με ενθαλπία h₁ — το σημείο βρίσκεται μέσα στην «καμπάνα», κοντά στην καμπύλη κορεσμένου υγρού: επειδή η εκτόνωση είναι ισενθαλπική, ένα μικρό μέρος του υγρού (ξηρότητα ≈ 0,2-0,3) έχει ήδη ατμοποιηθεί κατά τον στραγγαλισμό, άρα ακριβέστερα εισέρχεται υγρός ατμός με μεγάλο ποσοστό υγρού (κυρίως υγρό). Από το Α το υγρό εξατμίζεται (Α→Β) απορροφώντας θερμότητα και στη συνέχεια υπερθερμαίνεται (Β→Γ) μέχρι την έξοδο. Στους κατακλυζόμενους εξατμιστές το υγρό τροφοδοτείται από βαλβίδα πλωτήρα και διατηρείται σε σταθερή στάθμη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε υγρή κατάσταση (πρακτικά υγρός ατμός με μεγάλο ποσοστό υγρού, λόγω της ισενθαλπικής εκτόνωσης), χαμηλής πίεσης — της πίεσης αναρρόφησης — και χαμηλής θερμοκρασίας, ίσης με τη θερμοκρασία κορεσμού της πίεσης αυτής· σημείο Α (h₁) μέσα στην καμπάνα του p-h, από όπου εξατμίζεται και υπερθερμαίνεται.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Υγρό Χ.Π. στη θ εξάτμισης (σημείο Α).

Ερώτηση 3 — Θερμοκρασίες λειτουργίας εξατμιστών κατά εφαρμογή

Ερώτηση: Σε ποιες θερμοκρασίες λειτουργούν οι εξατμιστές, ανάλογα με την εφαρμογή;

Απάντηση:

Η θερμοκρασία στην οποία λειτουργεί ένας εξατμιστής εξαρτάται από τη συγκεκριμένη χρήση του (σελ. 331, 359) — πρέπει να είναι χαμηλότερη από την επιθυμητή θερμοκρασία του ψυχόμενου χώρου ή υγρού κατά τη διαφορά που απαιτεί η μετάδοση θερμότητας. Ενδεικτικά: 1) Υψηλή θερμοκρασία — εγκαταστάσεις κλιματισμού: περίπου +5 °C (ψύξη αέρα χώρων στους 24-26 °C ή νερού στους 7 °C). 2) Μέση θερμοκρασία — εγκαταστάσεις συντήρησης τροφίμων: π.χ. 0 °C (θάλαμοι συντήρησης 2-5 °C, ψύκτες πόσιμου νερού 10 °C· παράδειγμα σελ. 345: θάλαμος 2 °C, εξάτμιση −5 °C· σελ. 346: θάλαμος 2 °C, εξάτμιση −10 °C). 3) Χαμηλή θερμοκρασία — εγκαταστάσεις κατάψυξης: π.χ. −20 °C (θάλαμοι κατάψυξης −18 έως −25 °C, βαθιά κατάψυξη έως −40 °C· βιομηχανικές άλμες κάτω από 0 °C). Στους εξατμιστές ψύξης αέρα με εξαναγκασμένη κυκλοφορία, η διαφορά θερμοκρασίας αέρα εισόδου-εξόδου λαμβάνεται 8-12 °C στον κλιματισμό και ίση με το μισό της διαφοράς θαλάμου-εξάτμισης στην ψύξη. Η θερμοκρασία εξάτμισης καθορίζεται από την πίεση αναρρόφησης που συντηρεί ο συμπιεστής.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Ανάλογα με τη χρήση: υψηλή θερμοκρασία ≈ +5 °C στον κλιματισμό, μέση ≈ 0 °C στη συντήρηση τροφίμων (και ψύκτες νερού) και χαμηλή ≈ −20 °C στην κατάψυξη (άλμες κάτω από 0 °C)· πάντα χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του ψυχόμενου χώρου/υγρού, καθορισμένη από την πίεση αναρρόφησης.

Κριτήρια αξιολόγησης:

≈ +5 / 0 / −20 °C.

Ερώτηση 4 — Πίεση στον εξατμιστή

Ερώτηση: Ποια είναι η πίεση στον εξατμιστή;

Απάντηση:

Η πίεση μέσα στον εξατμιστή είναι η χαμηλή πίεση της ψυκτικής μηχανής, δηλαδή η πίεση αναρρόφησης του συμπιεστή (σελ. 332, 359). Είναι η κατάλληλη πίεση για να βράσει το ψυκτικό υγρό στην επιθυμητή (χαμηλή) θερμοκρασία: αφού η θερμοκρασία κορεσμού κάθε ψυκτικού καθορίζεται από την πίεσή του, για να έχουμε εξάτμιση π.χ. στους 0 °C με R-22 η πίεση πρέπει να είναι ≈ 5 bar (0,5 MPa), στους −20 °C ≈ 2,45 bar· στα οικιακά ψυγεία με R-134a περίπου 1-1,4 bar. Η πίεση αυτή συντηρείται από τον συμπιεστή, που αναρροφά συνεχώς τους παραγόμενους ατμούς — αν ο συμπιεστής αναρροφά περισσότερο απ' όσο εξατμίζεται (μικρό φορτίο), η πίεση και η θερμοκρασία εξάτμισης πέφτουν, και αντίστροφα. Μέσα στον εξατμιστή η λειτουργία γίνεται πρακτικά σε σταθερή πίεση — γι' αυτό στο διάγραμμα p-h παριστάνεται με οριζόντιο ευθύγραμμο τμήμα (Α→Β→Γ στην πίεση p₁)· στην πράξη υπάρχει μικρή πτώση πίεσης από τις τριβές (≈ 0,3-1,4 bar σε μεγάλα στοιχεία με διανεμητή), που αντισταθμίζεται με τον εξωτερικό εξισωτή της θερμοεκτονωτικής. Η πίεση εξάτμισης μετριέται με το μανόμετρο χαμηλής πίεσης στην αναρρόφηση και από αυτήν προκύπτει η θερμοκρασία εξάτμισης (πίνακας κορεσμού).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Η χαμηλή πίεση της μηχανής — η πίεση αναρρόφησης του συμπιεστή — δηλαδή η πίεση κορεσμού που αντιστοιχεί στην επιθυμητή θερμοκρασία εξάτμισης του ψυκτικού (π.χ. R-22 ≈ 5 bar για 0 °C)· τη συντηρεί ο συμπιεστής αναρροφώντας τους ατμούς, και είναι πρακτικά σταθερή μέσα στον εξατμιστή (οριζόντιο τμήμα στο p-h), με μικρή πτώση από τριβές.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Πίεση αναρρόφησης (Χ.Π.).

Ερώτηση 5 — Βασικά είδη εξατμιστών

Ερώτηση: Ποια είναι τα βασικά είδη των εξατμιστών;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές διακρίνονται σε δύο βασικά είδη, ανάλογα με το ρευστό που ψύχουν — αέρα ή υγρά (σελ. 334, 359): α) Εξατμιστές που ψύχουν αέρα, ή αεροψυκτήρες (ψυκτικά στοιχεία): χρησιμοποιούνται σε όλες σχεδόν τις εφαρμογές (κλιματισμός, συντήρηση προϊόντων, κατάψυξη)· υποδιαιρούνται σε φυσικής κυκλοφορίας αέρα (σωληνωτοί, πτερυγιοφόροι, πλακοειδείς — οικιακά ψυγεία) και εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα με ανεμιστήρα (κατακλυζόμενου τύπου ή ξηρής εκτόνωσης). β) Εξατμιστές που ψύχουν υγρά (νερό, πόσιμο νερό, γάλα, μπύρα, κρασί, πετρέλαιο, άλμες): κατασκευάζονται ως διπλών σωλήνων, γυμνών σωλήνων (επίπεδοι, σε δεξαμενή, γύρω από δοχείο) και με κέλυφος και σωλήνες (σπειροειδείς ή πολυαυλωτοί, κατακλυζόμενοι ή ξηροί). Σε κάθε ψυκτική μηχανή χρησιμοποιείται ο κατάλληλος εξατμιστής ανάλογα με τη χρήση για την οποία προορίζεται.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δύο βασικά είδη κατά το ψυχόμενο ρευστό: α) εξατμιστές ψύξης αέρα — αεροψυκτήρες/ψυκτικά στοιχεία (φυσικής ή εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα)· β) εξατμιστές ψύξης υγρών (διπλών σωλήνων, γυμνών σωλήνων, κελύφους-σωλήνων).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Αεροψυκτήρες / ψύξης υγρών.

Ερώτηση 6 — Είδη αεροψυκτήρων

Ερώτηση: Σε ποια είδη διακρίνονται οι αεροψυκτήρες;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές ψύξης αέρα (αεροψυκτήρες) χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες, ανάλογα με τον τρόπο που κυκλοφορεί ο αέρας γύρω τους (σελ. 334, 359-360): α) Εξατμιστές με φυσική κυκλοφορία αέρα: ο αέρας που έρχεται σε επαφή με τον εξατμιστή ψύχεται, γίνεται πυκνότερος-βαρύτερος και κατεβαίνει, δημιουργώντας καθοδικό ρεύμα φυσικής κυκλοφορίας· κατασκευάζονται σε διάφορα σχήματα: σωληνωτοί (γυμνή σερπαντίνα, ψυγεία < 0 °C), πτερυγιοφόροι (σωλήνας με πτερύγια — ψυκτικό στοιχείο) και πλακοειδείς (έκτυπος σωλήνας σε πλάκα αλουμινίου — οικιακά ψυγεία, ράφια). β) Εξατμιστές με εξαναγκασμένη κυκλοφορία αέρα: πτερυγιοφόρο στοιχείο με έναν ή περισσότερους ανεμιστήρες («στοιχείο κατ' ευθείαν εκτόνωσης»)· ανάλογα με τον τρόπο τροφοδοσίας διακρίνονται σε κατακλυζόμενου τύπου (flooded — τροφοδοσία από βαλβίδα πλωτήρα, σταθερή στάθμη υγρού) και ξηρής εκτόνωσης (dry expansion — τροφοδοσία από θερμοεκτονωτική βαλβίδα, ο πιο συνηθισμένος τύπος)· χρησιμοποιούνται σε όλα τα μεγέθη εγκαταστάσεων.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Σε δύο κατηγορίες κατά την κυκλοφορία του αέρα: α) φυσικής κυκλοφορίας (σωληνωτοί, πτερυγιοφόροι, πλακοειδείς — ο ψυχρός αέρας κατεβαίνει μόνος του) και β) εξαναγκασμένης κυκλοφορίας με ανεμιστήρα (στοιχεία κατ' ευθείαν εκτόνωσης), που είναι κατακλυζόμενου τύπου (πλωτήρας) ή ξηρής εκτόνωσης (θερμοεκτονωτική).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Φυσικής / εξαναγκασμένης (κατακλυζόμενοι, ξηροί).

Ερώτηση 7 — Μορφές εξατμιστών φυσικής κυκλοφορίας αέρα

Ερώτηση: Σε τι μορφές κατασκευάζονται οι εξατμιστές φυσικής κυκλοφορίας αέρα;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές φυσικής κυκλοφορίας αέρα έχουν διάφορα σχήματα ανάλογα με τη χρήση· τα κυριότερα είδη είναι (σελ. 335-337, 359): 1. Σωληνωτοί εξατμιστές: ένας σωλήνας σε σχήμα σερπαντίνας (γυμνός χάλκινος), μέσα στον οποίο κυκλοφορεί-εξατμίζεται το ψυκτικό· η μορφή της σερπαντίνας εξαρτάται από τη χρήση (κυλινδρική, επίπεδη κ.λπ.)· χρησιμοποιούνται κυρίως σε ψυγεία θερμοκρασίας κάτω από 0 °C, με τη σερπαντίνα να περιβάλλει εσωτερικά τον θάλαμο (εικ. 6.3). 2. Πτερυγιοφόροι εξατμιστές: σωλήνας πάνω στον οποίο έχουν συγκολληθεί ελάσματα-πτερύγια για να αυξηθεί η επιφάνεια επαφής με τον αέρα (επιφάνεια εναλλαγής)· έχει ακριβώς τη μορφή στοιχείου («ψυκτικό στοιχείο», εικ. 6.4), τροφοδοτούμενο από εκτονωτική βαλβίδα με βολβό. 3. Πλακοειδείς εξατμιστές: μορφή επίπεδης πλάκας με τον σωλήνα εξάτμισης ενσωματωμένο σε αυτήν — δύο φύλλα αλουμινίου με αυλάκια που, συγκολλημένα, σχηματίζουν σωλήνα-σερπαντίνα («έκτυπος/τυπωμένος σωλήνας», εικ. 6.5)· η πιο συνηθισμένη χρήση τους είναι στα οικιακά ψυγεία (θάλαμος κατάψυξης), ενώ μπορεί να έχουν και σχήμα ραφιού στον ψυκτικό θάλαμο, εξυπηρετώντας και την τοποθέτηση προϊόντων. Όλοι είναι απλοί, φθηνοί, αθόρυβοι, χωρίς κατανάλωση, αλλά με μικρή απόδοση για το μέγεθός τους (Q = K·A·Δθ, K ≈ 5-6 W/(m²·°C)).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τρεις κύριες μορφές: σωληνωτοί (γυμνή σερπαντίνα σωλήνα, κυλινδρική ή επίπεδη, γύρω από τον θάλαμο — ψυγεία < 0 °C), πτερυγιοφόροι (σωλήνας με συγκολλημένα ελάσματα-πτερύγια, μορφή ψυκτικού στοιχείου) και πλακοειδείς (έκτυπος σωλήνας μεταξύ δύο αυλακωτών φύλλων αλουμινίου — οικιακά ψυγεία, ή σε μορφή ραφιού).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σωληνωτοί, πτερυγιοφόροι, πλακοειδείς.

Ερώτηση 8 — Από τι εξαρτάται η απόδοση των εξατμιστών φυσικής κυκλοφορίας

Ερώτηση: Από τι εξαρτάται η απόδοση των εξατμιστών φυσικής κυκλοφορίας αέρα;

Απάντηση:

Η απόδοση (ικανότητα) ενός εξατμιστή φυσικής κυκλοφορίας αέρα είναι τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνειά του και όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά της θερμοκρασίας ατμοποίησης από τη θερμοκρασία του αέρα (σελ. 337-338). Υπολογίζεται προσεγγιστικά από τη σχέση \(\dot Q = K \cdot A \cdot Δθ\), δηλαδή εξαρτάται από: 1) τον συντελεστή K (W/(m²·°C)) — εξαρτάται από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του εξατμιστή (μορφή επιφάνειας, ύπαρξη και σχήμα πτερυγίων, υλικό, διάταξη που ευνοεί τη φυσική ροή)· υπολογίζεται από τους κατασκευαστές, πρακτικά 5-6 W/(m²·°C)· 2) τη συνολική επιφάνεια εναλλαγής A (m²) που έρχεται σε επαφή με τον αέρα· 3) τη μέση διαφορά θερμοκρασίας Δθ μεταξύ της θερμοκρασίας ατμοποίησης του ψυκτικού και της θερμοκρασίας του αέρα — όσο μεγαλύτερη, τόσο εντονότερη και η φυσική κυκλοφορία (ο ψυχρός αέρας κατεβαίνει). Παράδειγμα: επιφάνεια 2,5 m², εξάτμιση −7 °C, αέρας θαλάμου 2 °C → Δθ = 9 °C, K = 5 → Q = 5 × 2,5 × 9 = 112,5 W. Επειδή η απόδοση μεταβάλλεται σημαντικά με τις συνθήκες λειτουργίας (θερμοκρασία αέρα, πάγος στην επιφάνεια που δρα ως μόνωση, εμπόδια στη ροή), οι εξατμιστές αυτοί κατασκευάζονται για συγκεκριμένες χρήσεις με καθορισμένες συνθήκες — αυτό είναι και μειονέκτημά τους, μαζί με τη μικρή απόδοση ανά μέγεθος.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Από την επιφάνεια εναλλαγής A, τη μέση διαφορά θερμοκρασίας Δθ ατμοποίησης-αέρα και τον συντελεστή K (κατασκευαστικά χαρακτηριστικά — πτερύγια, μορφή· πρακτικά 5-6 W/(m²·°C)): Q = K·A·Δθ, π.χ. 5 × 2,5 × 9 = 112,5 W· μεταβάλλεται σημαντικά με τις συνθήκες (θερμοκρασία αέρα, πάγος), γι' αυτό σχεδιάζονται για συγκεκριμένη χρήση.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Q = K·A·Δθ, K 5-6.

Ερώτηση 9 — Φυσικής έναντι εξαναγκασμένης κυκλοφορίας: πλεονεκτήματα-μειονεκτήματα

Ερώτηση: Ποια είναι τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των εξατμιστών φυσικής κυκλοφορίας αέρα έναντι των εξατμιστών εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα;

Απάντηση:

Βασικά πλεονεκτήματα των εξατμιστών φυσικής κυκλοφορίας (σελ. 338): 1. Απλή κατασκευή και μικρό κόστος (χωρίς ανεμιστήρα, κινητήρα, ηλεκτρικά). 2. Μπορούν να έχουν το σχήμα που απαιτείται σχεδόν σε κάθε περίπτωση (σερπαντίνα γύρω από τον θάλαμο, πλάκα, ράφι). 3. Αθόρυβη λειτουργία. 4. Δεν καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια (κανένας ανεμιστήρας). 5. Λειτουργούν σχεδόν χωρίς βλάβες και χρειάζονται ελάχιστη συντήρηση. Επίσης: δεν «στεγνώνουν» τα προϊόντα (μικρή ταχύτητα αέρα, λιγότερη αφύγρανση). Βασικά μειονεκτήματα: 1. Η απόδοσή τους είναι σχετικά μικρή σε σχέση με το μέγεθός τους (μικρός συντελεστής K ≈ 5-6 έναντι πολύ μεγαλύτερου με εξαναγκασμένη ροή· απαιτούν μεγάλη επιφάνεια)· 2. Η απόδοσή τους μεταβάλλεται σημαντικά ανάλογα με τις συνθήκες στις οποίες λειτουργούν (θερμοκρασία και κίνηση αέρα, πάγος, φόρτωση θαλάμου), γι' αυτό κατασκευάζονται για συγκεκριμένες χρήσεις με καθορισμένες συνθήκες λειτουργίας — δεν ρυθμίζονται με την παροχή αέρα όπως οι εξαναγκασμένης. Επιπλέον: ανομοιόμορφη κατανομή θερμοκρασίας στον θάλαμο, δύσκολη απόψυξη, ακατάλληλοι για μεγάλες εγκαταστάσεις. Οι εξαναγκασμένης κυκλοφορίας, αντίστοιχα, έχουν μικρή επιφάνεια για την ικανότητά τους, χρησιμοποιούνται σε όλα τα μεγέθη και ρυθμίζονται, αλλά έχουν θόρυβο, κατανάλωση και περισσότερη συντήρηση.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Πλεονεκτήματα φυσικής κυκλοφορίας: απλή κατασκευή-μικρό κόστος, οποιοδήποτε σχήμα, αθόρυβοι, καμία κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, σχεδόν χωρίς βλάβες-ελάχιστη συντήρηση. Μειονεκτήματα: μικρή απόδοση σε σχέση με το μέγεθος (μεγάλη επιφάνεια), απόδοση που μεταβάλλεται σημαντικά με τις συνθήκες λειτουργίας — κατασκευάζονται για συγκεκριμένες χρήσεις, δεν ρυθμίζονται, ακατάλληλοι για μεγάλες εγκαταστάσεις.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Απλοί-αθόρυβοι-χωρίς ρεύμα / μικρή, μεταβλητή απόδοση.

Ερώτηση 10 — Είδη εξατμιστών εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη των εξατμιστών εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα (πτερυγιοφόρο στοιχείο + ανεμιστήρας — «στοιχείο κατ' ευθείαν εκτόνωσης») κατασκευάζονται σε δύο είδη, ανάλογα με τον τρόπο που τροφοδοτείται το υγρό ψυκτικό στο στοιχείο (σελ. 339-341, 360): 1. Εξατμιστές κατακλυζόμενου τύπου (flooded type coil): το υγρό διοχετεύεται μέσω βαλβίδας με πλωτήρα (ηλεκτρική βαλβίδα πλωτήρα με ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, εικ. 6.6), που διατηρεί σταθερή στάθμη υγρού μέσα στο στοιχείο — όσο εξατμίζεται τόσο συμπληρώνεται, ώστε η εσωτερική επιφάνεια να είναι σχεδόν πάντα γεμάτη (κατακλυσμένη) με υγρό· συλλέκτης αερίου/δοχείο υγρού. Είναι πιο αποδοτικοί (εξάτμιση γίνεται μόνο όπου υπάρχει υγρό σε επαφή με τα θερμότερα τοιχώματα), αλλά χρησιμοποιούνται σχετικά λίγο, γιατί απαιτούν μεγαλύτερο φορτίο ψυκτικού (και δοχείο, διαχωριστή υγρού). 2. Εξατμιστές (στοιχεία) ξηρής εκτόνωσης (dry expansion coil): το υγρό διοχετεύεται μέσω εκτονωτικής βαλβίδας — συνήθως θερμοεκτονωτικής, που μετρά τη θερμοκρασία του εξερχόμενου αερίου και επιτρέπει ακριβώς όσο υγρό χρειάζεται (εικ. 6.7)· το στοιχείο περιέχει μείγμα υγρού-αερίου που προοδευτικά εξατμίζεται και στην έξοδο είναι ελαφρά υπέρθερμο· τυπικά 2-22 παράλληλα κυκλώματα με κωνικούς διανομείς υγρού και συλλέκτες αερίου (εικ. 6.8). Είναι ο πιο συνηθισμένος και ευρύτατα χρησιμοποιούμενος εξατμιστής ψύξης αέρα, ιδίως στον κλιματισμό.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δύο είδη κατά την τροφοδοσία: 1) κατακλυζόμενου τύπου (flooded) — τροφοδοσία από βαλβίδα πλωτήρα που κρατά σταθερή στάθμη υγρού στο στοιχείο· πιο αποδοτικοί αλλά απαιτούν πολύ ψυκτικό, σπάνιοι· 2) ξηρής εκτόνωσης (dry expansion) — τροφοδοσία από θερμοεκτονωτική βαλβίδα, μείγμα υγρού-αερίου με ελαφρά υπέρθερμη έξοδο, 2-22 κυκλώματα με διανομείς· οι πιο διαδεδομένοι (κλιματισμός).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κατακλυζόμενοι / ξηρής εκτόνωσης.

Ερώτηση 11 — Διαφορές κατακλυζόμενου και ξηρού τύπου

Ερώτηση: Ποιες είναι οι διαφορές μεταξύ ενός εξατμιστή εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα κατακλυζόμενου τύπου και ενός ξηρού τύπου;

Απάντηση:

Οι διαφορές (σελ. 339-341):

	Κατακλυζόμενου τύπου (flooded)	Ξηρής εκτόνωσης (dry expansion)
Τροφοδοσία υγρού	Βαλβίδα με πλωτήρα (+ ηλεκτρομαγνητική), ελέγχει τη στάθμη	Εκτονωτική (θερμοεκτονωτική) βαλβίδα, ελέγχει την υπερθέρμανση εξόδου
Περιεχόμενο στοιχείου	Γεμάτο (κατακλυσμένο) με υγρό σε σταθερή στάθμη — σχεδόν όλη η εσωτερική επιφάνεια σε επαφή με υγρό	Μείγμα υγρού-αερίου: υγρό στην είσοδο, όλο και περισσότερο αέριο προς την έξοδο
Έξοδος	Κορεσμένος ατμός (χρειάζεται συλλέκτης αερίου/διαχωριστής υγρού)	Ελαφρά υπέρθερμο αέριο, χωρίς υγρό
Απόδοση	Μεγαλύτερη — εξάτμιση σε ολόκληρη την επιφάνεια, μεγαλύτερος συντελεστής μεταφοράς θερμότητας	Μικρότερη — τμήμα της επιφάνειας δουλεύει με αέριο (υπερθέρμανση)
Ποσότητα ψυκτικού	Μεγάλο φορτίο ψυκτικού, δοχείο υγρού, κόστος	Μικρή ποσότητα ψυκτικού
Κατασκευή	Απλούστερο στοιχείο, πιο πολύπλοκος έλεγχος (πλωτήρας)	2-22 παράλληλα κυκλώματα με διανομείς και συλλέκτες
Χρήση	Σχετικά σπάνια (μεγάλες βιομηχανικές, αμμωνία)	Ο πιο συνηθισμένος, ιδίως στον κλιματισμό

Κοινό: και οι δύο είναι πτερυγιοφόρα στοιχεία με ανεμιστήρα (κατ' ευθείαν εκτόνωσης). Η ίδια διάκριση ισχύει και στους πολυαυλωτούς εξατμιστές ψύξης νερού (κατακλυζόμενος: ψυκτικό στο κέλυφος, νερό στους αυλούς· ξηρός: ψυκτικό στους αυλούς, νερό στο κέλυφος).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κατακλυζόμενος: τροφοδοσία από βαλβίδα πλωτήρα που κρατά σταθερή στάθμη, στοιχείο γεμάτο υγρό, μεγαλύτερη απόδοση, αλλά μεγάλο φορτίο ψυκτικού και δοχείο — σπάνιος. Ξηρής εκτόνωσης: τροφοδοσία από θερμοεκτονωτική, μείγμα υγρού-αερίου με ελαφρά υπέρθερμη έξοδο, λιγότερο ψυκτικό, πολλαπλά κυκλώματα με διανομείς — ο πιο διαδεδομένος (κλιματισμός).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Πλωτήρας-στάθμη-υγρό / TXV-υπερθέρμανση-μείγμα.

Ερώτηση 12 — Αισθητή και λανθάνουσα θερμότητα

Ερώτηση: Τι είναι η αισθητή και η λανθάνουσα θερμότητα;

Απάντηση:

Ο αέρας είναι μείγμα ξηρού αέρα και υδρατμού (υγρασίας) — άλλοτε περισσότερης, άλλοτε λιγότερης· η υγρασία εξατμίζεται απορροφώντας θερμότητα και συμπυκνώνεται αποβάλλοντας θερμότητα (ποτήρι κρύου νερού). Όταν ψύχουμε έναν χώρο, δηλαδή αφαιρούμε θερμότητα, συμβαίνουν δύο φαινόμενα (σελ. 341-342): 1. Ελαττώνεται η θερμοκρασία του χώρου — το αισθανόμαστε (κρυώνει) και το βλέπουμε στο θερμόμετρο· η θερμότητα που αφαιρείται για τη μεταβολή αυτή λέγεται αισθητή θερμότητα (Q̇_S) (= m·c·Δθ). 2. Οι υδρατμοί του αέρα συμπυκνώνονται (αφυγραίνεται ο αέρας, νερό στην επιφάνεια του εξατμιστή) — δεν το αισθανόμαστε ούτε το δείχνει το θερμόμετρο, αλλά ξέρουμε ότι συμβαίνει· η θερμότητα που αφαιρείται για τη συμπύκνωση των υδρατμών (αλλαγή φάσης χωρίς μεταβολή θερμοκρασίας) λέγεται λανθάνουσα θερμότητα (Q̇_L). Ένας εξατμιστής ψύξης αέρα αφαιρεί και αισθητή και λανθάνουσα θερμότητα· το άθροισμά τους είναι η ολική θερμότητα Q̇_T = Q̇_S + Q̇_L, και ο λόγος αισθητής προς ολική είναι ο παράγοντας αισθητής θερμότητας SHR = Q̇_S/Q̇_T (πρακτικά 0,75-0,85). Η αισθητή υπολογίζεται από τον αέρα: Q̇_S = 0,34·V̇_A·Δθ (1.000 m³/h, 5 °C → 1.700 W), η ολική από Q̇_T = Q̇_S/SHR.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Αισθητή θερμότητα: αυτή που αφαιρείται (ή προστίθεται) και μεταβάλλει τη θερμοκρασία του αέρα — την αισθανόμαστε και τη δείχνει το θερμόμετρο (Q̇_S = 0,34·V̇·Δθ). Λανθάνουσα: αυτή που αφαιρείται για τη συμπύκνωση των υδρατμών του αέρα (αλλαγή φάσης χωρίς μεταβολή θερμοκρασίας) — δεν την αισθανόμαστε. Ολική = αισθητή + λανθάνουσα· SHR = αισθητή/ολική.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Αισθητή = Δθ, λανθάνουσα = συμπύκνωση υδρατμών.

Ερώτηση 13 — Παράγοντας αισθητής θερμότητας

Ερώτηση: Με τι ισούται ο παράγοντας αισθητής θερμότητας;

Απάντηση:

Ο παράγοντας (λόγος) αισθητής θερμότητας SHR (Sensible Heat Ratio) ισούται με τον λόγο της αισθητής θερμότητας προς την ολική θερμότητα που απορροφά ο εξατμιστής από τον αέρα (σελ. 343, 360): \[SHR = \frac{\dot Q_S}{\dot Q_T} = \frac{\dot Q_S}{\dot Q_S + \dot Q_L}\] όπου Q̇_S η αισθητή θερμότητα (μείωση θερμοκρασίας του αέρα) και Q̇_L η λανθάνουσα (συμπύκνωση υδρατμών)· είναι καθαρός αριθμός μεταξύ 0 και 1 (1 = μόνο αισθητή ψύξη, χωρίς αφύγρανση). Εξαρτάται από πολλές παραμέτρους — υγρασία και θερμοκρασία του αέρα, θερμοκρασία επιφάνειας εξατμιστή, είδος φορτίων του χώρου (άνθρωποι, προϊόντα με υγρασία)· στις περισσότερες πρακτικές εφαρμογές λαμβάνεται 0,75-0,85. Χρήση: από την αισθητή θερμότητα του αέρα (Q̇_S = 0,34·V̇_A·Δθ) προκύπτει η ολική ικανότητα του εξατμιστή Q̇_T = Q̇_S/SHR, ή αντίστροφα η απαιτούμενη παροχή αέρα V̇_A = Q̇_T·SHR/(0,34·Δθ). Παράδειγμα: δωμάτιο με 800 W αισθητή και 200 W λανθάνουσα → Q̇_T = 1.000 W, SHR = 800/1000 = 0,8, και για Δθ = 10 °C παροχή V̇_A = 800/(0,34 × 10) = 1000 × 0,8/(0,34 × 10) = 235 m³/h· θάλαμος λαχανικών 3.500 W, SHR 0,8, Δθ = 0,5·(2 + 5) = 3,5 °C → 2.353 m³/h.

Σύνοψη: (ενδεικτική) SHR = Q̇_S/Q̇_T — ο λόγος της αισθητής θερμότητας προς την ολική (αισθητή + λανθάνουσα), καθαρός αριθμός 0-1, πρακτικά 0,75-0,85 (εξαρτάται από υγρασία-θερμοκρασία αέρα)· π.χ. 800 W αισθητή, 200 W λανθάνουσα → SHR = 0,8· χρησιμεύει για Q̇_T = Q̇_S/SHR και V̇_A = Q̇_T·SHR/(0,34·Δθ).

Κριτήρια αξιολόγησης:

SHR = Q_S/Q_T (0,75-0,85).

Ερώτηση 14 — Από τι εξαρτάται η απόδοση των εξατμιστών εξαναγκασμένης κυκλοφορίας

Ερώτηση: Από τι εξαρτάται η απόδοση των εξατμιστών εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα;

Απάντηση:

Η απόδοση (ολική ικανότητα) ενός εξατμιστή εξαναγκασμένης κυκλοφορίας αέρα προκύπτει από τη θερμότητα — αισθητή και λανθάνουσα — που αφαιρεί από τον αέρα που περνά ανάμεσα στα πτερύγιά του (σελ. 341-345): \[\dot Q_T = \frac{\dot Q_S}{SHR} = \frac{0{,}34 \cdot \dot V_A \cdot Δθ}{SHR}\] Άρα εξαρτάται από: 1) την παροχή του αέρα V̇_A (m³/h) που κινεί ο ανεμιστήρας μέσα από το στοιχείο (μετωπική επιφάνεια × ταχύτητα)· μεγαλύτερη παροχή → μεγαλύτερη απόδοση (και δυνατότητα ρύθμισης με τις στροφές του ανεμιστήρα)· 2) τη διαφορά θερμοκρασίας Δθ του αέρα μεταξύ εισόδου και εξόδου — που με τη σειρά της εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας αέρα-εξάτμισης (στην ψύξη Δθ ≈ 0,5·(θθαλ − θεξ), στον κλιματισμό 8-12 °C), δηλαδή από τη θερμοκρασία εξάτμισης (πίεση αναρρόφησης) και τη θερμοκρασία του χώρου· 3) τον παράγοντα αισθητής θερμότητας SHR (0,75-0,85), δηλαδή από την υγρασία και τη θερμοκρασία του αέρα — σε υγρό αέρα αφαιρείται περισσότερη λανθάνουσα θερμότητα· 4) έμμεσα από τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του στοιχείου (επιφάνεια, πτερύγια, αριθμός σειρών-κυκλωμάτων, τύπος κατακλυζόμενος/ξηρός, καθαρότητα-πάγος) και από το ψυκτικό μέσο, όπως φαίνεται στους πίνακες επιλογής (ικανότητα ανά τύπο για R-22 και Δθ 4/6/8 °C — εικ. 6.9). Παράδειγμα: 1.000 m³/h, Δθ 5 °C → Q̇_S = 1.700 W· με SHR 0,8 → Q̇_T = 2.125 W.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Από την παροχή του αέρα V̇_A (ανεμιστήρας), τη διαφορά θερμοκρασίας εισόδου-εξόδου του αέρα Δθ (που εξαρτάται από τη διαφορά αέρα-θερμοκρασίας εξάτμισης: 8-12 °C κλιματισμός, 0,5·(θθαλ − θεξ) ψύξη) και τον παράγοντα αισθητής θερμότητας SHR (υγρασία-θερμοκρασία αέρα): Q̇_T = 0,34·V̇_A·Δθ/SHR· επίσης από κατασκευή στοιχείου (επιφάνεια, πτερύγια, κυκλώματα, πάγος) και ψυκτικό μέσο (πίνακες).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Q_T = 0,34·V̇·Δθ/SHR.

Ερώτηση 15 — Είδη εξατμιστών ψύξης υγρών

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη των εξατμιστών ψύξης υγρών;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές που ψύχουν υγρά (νερό κλιματισμού 7 °C, πόσιμο νερό 10 °C, γάλα-μπύρα, βιομηχανικές άλμες < 0 °C) κατασκευάζονται, ανάλογα με τη χρήση, στις εξής κύριες μορφές (σελ. 347-352, 360-361): α) Εξατμιστές διπλών σωλήνων: σωλήνας διπλού τοιχώματος — στον εσωτερικό σωλήνα το ψυχόμενο υγρό, στον εξωτερικό το ψυκτικό που εξατμίζεται· επίπεδοι ή κυλινδρικοί· μειονέκτημα οι διαρροές με κίνδυνο ανάμιξης· βιομηχανία. β) Εξατμιστές γυμνών σωλήνων: χάλκινη σερπαντίνα (σε στρώσεις) μέσα στην οποία βράζει το ψυκτικό, με το υγρό εξωτερικά· τρεις κατηγορίες: επίπεδοι (παράλληλοι σωλήνες σε δύο συλλέκτες, το υγρό ψεκάζεται από πάνω και ρέει στην επιφάνεια — βιομηχανία τροφίμων, γάλα), μέσα σε δεξαμενές (σωλήνας χάλκινος/χαλύβδινος για αμμωνία/ανοξείδωτος για τρόφιμα, με αναδευτήρα 0,5-1 m/s — νερό, λάδι, πετρέλαιο, κρασί) και που περιβάλλουν δοχεία (σωλήνας τυλιγμένος γύρω από το δοχείο — όπου διαρροή ψυκτικού θα κατέστρεφε τα προϊόντα ή είναι επικίνδυνη). γ) Εξατμιστές με κέλυφος και σωλήνες: δοχείο (κέλυφος) με σωλήνες μέσα· με σπειροειδή σωλήνα (ψυκτικό στον συνεχή σωλήνα, υγρό στο μονωμένο κέλυφος — μικρές-μεσαίες, ψύξη πόσιμου νερού) και με παράλληλους σωλήνες — πολυαυλωτοί (μεσαίες-μεγάλες, ψυκτικά συγκροτήματα κλιματισμού), σε κατακλυζόμενο (νερό στους αυλούς, ψυκτικό στο κέλυφος) ή ξηρό τύπο (ψυκτικό στους αυλούς, νερό στο κέλυφος).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τρεις κύριες μορφές: α) διπλών σωλήνων (ψυχόμενο υγρό μέσα, ψυκτικό έξω — κίνδυνος διαρροών-ανάμιξης)· β) γυμνών σωλήνων — επίπεδοι με ψεκασμό υγρού, μέσα σε δεξαμενή με αναδευτήρα, ή περιβάλλοντες δοχείο· γ) με κέλυφος και σωλήνες — σπειροειδή σωλήνα (πόσιμο νερό) ή παράλληλους σωλήνες/πολυαυλωτοί (κλιματισμός), κατακλυζόμενου ή ξηρού τύπου.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Διπλών / γυμνών / κελύφους-σωλήνων.

Ερώτηση 16 — Μορφές εξατμιστών γυμνών σωλήνων

Ερώτηση: Σε ποιες μορφές κατασκευάζονται οι εξατμιστές γυμνών σωλήνων;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές γυμνών σωλήνων κατασκευάζονται από χαλκοσωλήνες σε μορφή σερπαντίνας, σε μία ή περισσότερες παράλληλες στρώσεις· στο εσωτερικό τους βράζει το ψυκτικό, ενώ το ψυχόμενο υγρό τους περιβάλλει. Χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες (σελ. 348-350): 1. Επίπεδοι εξατμιστές γυμνών σωλήνων (εικ. 6.11): παράλληλοι χάλκινοι σωλήνες που καταλήγουν σε δύο συλλέκτες (υγρού και αερίου ψυκτικού)· το ψυχόμενο υγρό (π.χ. γάλα) ψεκάζεται από το πάνω μέρος με διανομέα-ψεκαστήρα, ρέει σε λεπτό στρώμα στην επιφάνεια του εξατμιστή και συλλέγεται σε λεκάνη στο κάτω μέρος· χρήση κυρίως στη βιομηχανία τροφίμων. 2. Εξατμιστές γυμνών σωλήνων μέσα σε δεξαμενές (εικ. 6.12): σωλήνας κατάλληλου σχήματος τοποθετημένος μέσα σε (συνήθως κλειστή) δεξαμενή με το ψυχόμενο υγρό· ο σωλήνας χάλκινος για FREON, χαλύβδινος για αμμωνία, ανοξείδωτος για τρόφιμα, και η δεξαμενή κατάλληλη για το υγρό· μέσα υπάρχει αναδευτήρας που δίνει ταχύτητα 0,5-1 m/s στο υγρό για καλύτερη εναλλαγή· βιομηχανική ψύξη υγρών (νερό, λάδι, πετρέλαιο) και τρόφιμα (κρασί). 3. Εξατμιστές γυμνού σωλήνα που περιβάλλουν δοχεία (εικ. 6.13): γυμνός (συνήθως χάλκινος) σωλήνας τυλιγμένος εξωτερικά γύρω από ένα δοχείο που περιέχει το ψυχόμενο υγρό, με εκτονωτική βαλβίδα και βολβό· πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, κυρίως όπου μια διαρροή ψυκτικού θα κατέστρεφε τα προϊόντα ή θα ήταν επικίνδυνη για την υγεία (το ψυκτικό δεν έρχεται σε επαφή με το υγρό).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τρεις μορφές: 1) επίπεδοι — παράλληλοι χάλκινοι σωλήνες σε δύο συλλέκτες, το υγρό (π.χ. γάλα) ψεκάζεται από πάνω, ρέει στην επιφάνεια και συλλέγεται σε λεκάνη (βιομηχανία τροφίμων)· 2) μέσα σε δεξαμενές — σερπαντίνα (χάλκινη/χαλύβδινη για αμμωνία/ανοξείδωτη για τρόφιμα) βυθισμένη στο υγρό, με αναδευτήρα 0,5-1 m/s (νερό, λάδι, πετρέλαιο, κρασί)· 3) περιβάλλοντες δοχεία — σωλήνας τυλιγμένος γύρω από το δοχείο του υγρού, όπου διαρροή ψυκτικού θα ήταν καταστροφική ή επικίνδυνη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Επίπεδοι / σε δεξαμενή / γύρω από δοχείο.

Ερώτηση 17 — Χρήσεις εξατμιστών γυμνών σωλήνων

Ερώτηση: Ποιες είναι οι χρήσεις των εξατμιστών γυμνών σωλήνων;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές γυμνών σωλήνων χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία (σελ. 348-350, 360), για την ψύξη υγρών, ανάλογα με τη μορφή τους: 1) Οι επίπεδοι εξατμιστές γυμνών σωλήνων (με ψεκασμό του υγρού από πάνω και ροή στην επιφάνεια) χρησιμοποιούνται κυρίως στη βιομηχανία τροφίμων — π.χ. ταχεία ψύξη γάλακτος (ή άλλων υγρών τροφίμων) που ρέει σε λεπτό στρώμα πάνω στους ψυχρούς σωλήνες και συλλέγεται στη λεκάνη. 2) Οι εξατμιστές γυμνών σωλήνων μέσα σε δεξαμενές (με αναδευτήρα 0,5-1 m/s) χρησιμοποιούνται στη βιομηχανική παραγωγή για ψύξη διαφόρων υγρών — νερού, λαδιού, πετρελαίου κ.λπ. (π.χ. ψύξη νερού διεργασιών, δεξαμενές παγόνερου/άλμης, συσσωρευτές ψύξης) — αλλά και στη βιομηχανία τροφίμων (ψύξη κρασιού σε οινοποιεία, γάλακτος σε παγολεκάνες, μπύρας). 3) Οι εξατμιστές γυμνού σωλήνα που περιβάλλουν δοχεία έχουν πολλές βιομηχανικές εφαρμογές, κυρίως όπου μια διαρροή ψυκτικού ρευστού θα μπορούσε να καταστρέψει τα προϊόντα (ψυχόμενα υγρά) ή να είναι επικίνδυνη για την υγεία — φαρμακευτικά, χημικά, τρόφιμα-ποτά σε δοχεία, δεξαμενές γάλακτος, όπου το ψυκτικό δεν πρέπει ποτέ να έρθει σε επαφή με το προϊόν. Γενικά προτιμώνται όταν απαιτείται απλή, εύκολα καθαριζόμενη κατασκευή (ανοξείδωτο), μεγάλη ασφάλεια έναντι ανάμιξης και ψύξη υγρών σε ανοιχτές ή κλειστές δεξαμενές.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Κυρίως στη βιομηχανία: οι επίπεδοι στη βιομηχανία τροφίμων (ψύξη γάλακτος και άλλων υγρών που ρέουν στην επιφάνεια)· οι εντός δεξαμενής στη βιομηχανική ψύξη υγρών (νερό, λάδι, πετρέλαιο) και στα τρόφιμα (κρασί, γάλα, μπύρα)· οι περιβάλλοντες δοχεία όπου μια διαρροή ψυκτικού θα κατέστρεφε τα προϊόντα ή θα ήταν επικίνδυνη για την υγεία (φάρμακα, τρόφιμα-ποτά σε δοχεία).

Κριτήρια αξιολόγησης:

Βιομηχανία τροφίμων/υγρών· ασφάλεια από διαρροή.

Ερώτηση 18 — Είδη και χρήσεις εξατμιστών με κέλυφος και σωλήνες

Ερώτηση: Ποια είναι τα είδη και πού χρησιμοποιείται κάθε ένα, εξατμιστών με κέλυφος και σωλήνες;

Απάντηση:

Οι εξατμιστές με κέλυφος και σωλήνες αποτελούνται από ένα δοχείο (κέλυφος) μέσα στο οποίο είναι τοποθετημένοι σωλήνες· ανάλογα με τη μορφή των σωλήνων διακρίνονται σε δύο είδη (σελ. 351-353, 360-361): 1. Εξατμιστές με κέλυφος και σπειροειδή σωλήνα (εικ. 6.14): μέσα στον σπειροειδή σωλήνα — που είναι συνεχής, χωρίς ενώσεις, για εξασφάλιση στεγανότητας — κυκλοφορεί και εξατμίζεται το ψυκτικό μέσο, ενώ στο κέλυφος κυκλοφορεί το ψυχόμενο υγρό (π.χ. νερό)· το κέλυφος μονώνεται εξωτερικά για περιορισμό των απωλειών και αποφυγή συμπυκνωμάτων. Χρήση: μικρές και μεσαίου μεγέθους ψυκτικές εγκαταστάσεις, όπως οι εγκαταστάσεις ψύξης πόσιμου νερού (ψύκτες νερού 10 °C). 2. Εξατμιστές με κέλυφος και παράλληλους σωλήνες — πολυαυλωτοί (εικ. 6.15): κυλινδρικό κέλυφος (σωλήνας μεγάλης διαμέτρου) με δέσμη παράλληλων σωλήνων (αυλών) εκτονωμένων σε καθρέφτες· χρήση: μεσαίου και μεγάλου μεγέθους εγκαταστάσεις, με κύρια εφαρμογή τα ψυκτικά συγκροτήματα κλιματισμού (ψύκτες νερού-chillers που παράγουν νερό 7 °C, εικ. 6.16). Κατασκευάζονται σε δύο τύπους: κατακλυζόμενος (flooded) — το νερό κυκλοφορεί στους αυλούς και το ψυκτικό κατακλύζει το κέλυφος (50-75 % των αυλών βυθισμένοι, συχνά με πτερύγια, σταγονοσυλλέκτες στην έξοδο για να μην παρασυρθούν σταγόνες υγρού στον συμπιεστή)· ξηρός (dry expansion) — το ψυκτικό εξατμίζεται μέσα στους αυλούς (τροφοδοσία από εκτονωτική βαλβίδα) και το νερό κυκλοφορεί στο κέλυφος. Όλοι οι ψύκτες νερού κλιματισμού έχουν αντιπαγωτικό θερμοστάτη που διακόπτει τη μηχανή αν το νερό πέσει κάτω από 4 °C. Απόδοση: Q = C·V̇·Δθ· για νερό Q(kW) = 1,16·V̇(m³/h)·Δθ (25 m³/h, 12 → 7 °C → 145 kW).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δύο είδη: 1) με σπειροειδή σωλήνα — ψυκτικό στον συνεχή σπειροειδή σωλήνα, ψυχόμενο υγρό στο μονωμένο κέλυφος· μικρές-μεσαίες εγκαταστάσεις, κυρίως ψύξη πόσιμου νερού· 2) με παράλληλους σωλήνες (πολυαυλωτοί) — μεσαίες-μεγάλες, κύρια εφαρμογή τα ψυκτικά συγκροτήματα κλιματισμού (ψύκτες νερού), σε κατακλυζόμενο τύπο (νερό στους αυλούς, ψυκτικό στο κέλυφος, σταγονοσυλλέκτες) ή ξηρό τύπο (ψυκτικό στους αυλούς, νερό στο κέλυφος)· με αντιπαγωτικό θερμοστάτη 4 °C.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Σπειροειδής (πόσιμο νερό) / πολυαυλωτοί (κλιματισμός).

Ερώτηση 19 — Τύποι πολυαυλωτών εξατμιστών

Ερώτηση: Ποιοι τύποι πολυαυλωτών εξατμιστών κατασκευάζονται;

Απάντηση:

Οι πολυαυλωτοί εξατμιστές (κέλυφος με παράλληλους σωλήνες-αυλούς), που χρησιμοποιούνται κυρίως στα ψυκτικά συγκροτήματα κλιματισμού για ψύξη νερού, κατασκευάζονται σε δύο βασικούς τύπους, αντίστοιχους με τα στοιχεία ψύξης αέρα της §6.4.2 (σελ. 352-353, 361): 1. Κατακλυζόμενος τύπος (flooded type): το κέλυφος περιέχει τους αυλούς, μέσα στους οποίους κυκλοφορεί το νερό που πρόκειται να ψυχθεί, ενώ το υγρό ψυκτικό κατακλύζει το κέλυφος — περίπου 50-75 % των σωλήνων είναι βυθισμένοι στο υγρό ψυκτικό, που βράζει απορροφώντας θερμότητα από το νερό· συχνά οι αυλοί έχουν πτερύγια (εξωτερικά) για αύξηση της επιφάνειας επαφής με το ψυκτικό και βελτίωση της απόδοσης· επειδή μπορεί να παρασυρθούν σταγόνες υγρού ψυκτικού προς τον συμπιεστή, στην έξοδο του ατμοποιημένου ψυκτικού τοποθετούνται σταγονοσυλλέκτες· τροφοδοσία με βαλβίδα πλωτήρα, μεγάλη ποσότητα ψυκτικού, υψηλή απόδοση — μεγάλα συγκροτήματα (φυγοκεντρικοί/κοχλιωτοί συμπιεστές). 2. Ξηρός τύπος (dry expansion): το υγρό ψυκτικό βράζει και εξατμίζεται μέσα στους σωλήνες (τροφοδοτούμενο από εκτονωτική βαλβίδα μέσω διανομέα), ενώ το νερό κυκλοφορεί στο κέλυφος του εξατμιστή, καθοδηγούμενο από διαφράγματα (εικ. 6.15 — TRANE)· μικρότερη ποσότητα ψυκτικού, απλούστερος έλεγχος — μεσαία συγκροτήματα με παλινδρομικούς/scroll συμπιεστές (εικ. 6.16). Και στους δύο τύπους υπάρχει αντιπαγωτικός θερμοστάτης (διακοπή κάτω από 4 °C) και η ικανότητα υπολογίζεται με Q = 1,16·V̇·Δθ (kW, m³/h).

Σύνοψη: (ενδεικτική) Δύο τύποι: 1) κατακλυζόμενος (flooded) — το νερό κυκλοφορεί μέσα στους αυλούς και το ψυκτικό κατακλύζει το κέλυφος (50-75 % των σωλήνων βυθισμένοι, συχνά με πτερύγια, σταγονοσυλλέκτες στην έξοδο)· 2) ξηρός (dry expansion) — το ψυκτικό εξατμίζεται μέσα στους αυλούς (εκτονωτική βαλβίδα) και το νερό κυκλοφορεί στο κέλυφος· και οι δύο με αντιπαγωτικό θερμοστάτη 4 °C.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Κατακλυζόμενος / ξηρός.

Ερώτηση 20 — Από τι εξαρτάται η απόδοση των εξατμιστών ψύξης υγρών

Ερώτηση: Από τι εξαρτάται η απόδοση των εξατμιστών ψύξης υγρών;

Απάντηση:

Η ικανότητα (απόδοση) ενός εξατμιστή ψύξης υγρών είναι η θερμότητα που αφαιρεί από το ψυχόμενο υγρό στη μονάδα χρόνου και υπολογίζεται από τη σχέση (σελ. 353-354): \[\dot Q = C \cdot \dot V \cdot Δθ\] Άρα εξαρτάται από: 1) τη θερμοχωρητικότητα (ειδική θερμότητα) C του ψυχόμενου υγρού (J/(kg·°C)) — διαφορετική για κάθε υγρό: νερό 4.180, γάλα 3.900, άλμες, λάδι, κρασί χαμηλότερες· 2) την παροχή V̇ του ψυχόμενου υγρού (kg/s — από την αντλία ή τον αναδευτήρα)· 3) τη διαφορά θερμοκρασίας Δθ εισόδου-εξόδου του υγρού (πόσο ψύχεται σε κάθε πέρασμα). Παραδείγματα: γάλα 360 kg/h = 0,1 kg/s, C = 3.900, από 20 σε 6 °C (Δθ = 14) → Q = 3.900 × 0,1 × 14 = 5.460 W· για νερό (C = 4.180) η σχέση απλοποιείται σε Q (kW) = 1,16·V̇ (m³/h)·Δθ — κλιματισμός με νερό 12 → 7 °C, 25 m³/h → 145 kW. Από κατασκευαστική άποψη η ικανότητα καθορίζεται επίσης από την επιφάνεια εναλλαγής (μήκος-αριθμός αυλών, πτερύγια), τον συντελεστή μεταφοράς θερμότητας (ταχύτητα-ανάδευση υγρού 0,5-1 m/s, τύπος κατακλυζόμενος/ξηρός — ο κατακλυζόμενος αποδοτικότερος), τη διαφορά θερμοκρασίας υγρού-εξάτμισης (θερμοκρασία εξάτμισης, πίεση αναρρόφησης) και την καθαρότητα των επιφανειών (άλατα, πάγος) — παράγοντες που εκφράζονται στα Q = K·A·Δθ των πινάκων του κατασκευαστή.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Από τη θερμοχωρητικότητα C του ψυχόμενου υγρού (νερό 4.180, γάλα 3.900 J/(kg·°C)), την παροχή του V̇ και τη διαφορά θερμοκρασίας εισόδου-εξόδου Δθ: Q = C·V̇·Δθ (γάλα 0,1 kg/s, 14 °C → 5.460 W)· για νερό Q(kW) = 1,16·V̇(m³/h)·Δθ (25 m³/h, 5 °C → 145 kW). Κατασκευαστικά: επιφάνεια εναλλαγής, ταχύτητα-ανάδευση υγρού, τύπος (κατακλυζόμενος αποδοτικότερος), διαφορά θερμοκρασίας υγρού-εξάτμισης, καθαρότητα.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Q = C·V̇·Δθ· νερό 1,16·V̇·Δθ.

Ερώτηση 21 — Τι είναι και γιατί απαιτείται απόψυξη

Ερώτηση: Τι είναι και γιατί πρέπει να γίνεται απόψυξη σε εξατμιστές ψύξης αέρα;

Απάντηση:

Τι είναι: απόψυξη (αποπάγωση, defrost) είναι η τακτική απομάκρυνση — με λιώσιμο — του πάγου που σχηματίζεται στην επιφάνεια των εξατμιστών ψύξης αέρα που λειτουργούν σε θερμοκρασία κάτω από 0 °C (σελ. 355-356, 361). Πώς σχηματίζεται ο πάγος: ο αέρας περιέχει πάντα υγρασία (υδρατμούς)· καθώς ψύχεται στον εξατμιστή, οι υδρατμοί συμπυκνώνονται σε σταγόνες (όπως στο ποτήρι με κρύο νερό) και, επειδή η επιφάνεια είναι ψυχρότερη από 0 °C, παγώνουν πάνω της. Η υγρασία του θαλάμου προέρχεται από τον εξωτερικό αέρα που μπαίνει κάθε φορά που ανοίγει η πόρτα και από τα προϊόντα που ψύχονται — όσο πιο συχνά ανοίγει η πόρτα, τόσο περισσότερος πάγος. Γιατί πρέπει να γίνεται: ο πάγος έχει μονωτικές ιδιότητες και εμποδίζει τη ροή του αέρα ανάμεσα στα πτερύγια, οπότε μειώνεται σημαντικά η απόδοση του εξατμιστή (το ψυγείο «δεν ψύχει κανονικά»)· αν δεν γίνει αποπάγωση έχουμε αντιοικονομική λειτουργία του θαλάμου, παρατεταμένη λειτουργία του συμπιεστή (πτώση πίεσης αναρρόφησης, χαμηλότερη θερμοκρασία εξάτμισης, μεγαλύτερη κατανάλωση, κίνδυνος επιστροφής υγρού), αδυναμία να επιτευχθεί η θερμοκρασία θαλάμου και τελικά πλήρες «μπλοκάρισμα» του στοιχείου. Στις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις ψυγείων η αποπάγωση πρέπει να γίνεται όταν το πάχος του πάγου φθάσει τα 5 mm· στα οικιακά ψυγείων ήταν χειροκίνητη (ζεστό νερό — ποτέ με μαχαίρι, καταστρέφει τον εξατμιστή), ενώ στα σύγχρονα NO FROST είναι αυτόματη (αντιστάσεις ή θερμό αέριο, με το νερό να εξατμίζεται σε λεκάνη πάνω στον συμπυκνωτή). Οι εξατμιστές ψύξης υγρών και οι αεροψυκτήρες κλιματισμού (> 0 °C) δεν χρειάζονται απόψυξη.

Σύνοψη: (ενδεικτική) Απόψυξη = το περιοδικό λιώσιμο του πάγου που σχηματίζεται στην επιφάνεια (< 0 °C) των αεροψυκτήρων από τη συμπύκνωση και πήξη της υγρασίας του αέρα (που μπαίνει από τις πόρτες και από τα προϊόντα). Πρέπει να γίνεται γιατί ο πάγος μονώνει και εμποδίζει τη ροή αέρα → μειώνεται σημαντικά η απόδοση, αντιοικονομική λειτουργία, παρατεταμένη λειτουργία συμπιεστή· στις μεγάλες εγκαταστάσεις όταν ο πάγος φτάσει 5 mm.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Πάγος = μόνωση → απόψυξη στα 5 mm.

Ερώτηση 22 — Μέθοδοι απόψυξης

Ερώτηση: Ποιες μεθόδους απόψυξης χρησιμοποιούμε;

Απάντηση:

Οι τρεις κυριότερες μέθοδοι απόψυξης των εξατμιστών ψύξης αέρα (σελ. 356-358, 361): 1. Απόψυξη με ψεκασμό ζεστού νερού (εικ. 6.17): σωλήνας με ψεκαστήρες (μπεκ) πάνω από τον εξατμιστή ψεκάζει ζεστό νερό, που λιώνει τον πάγο και συλλέγεται σε λεκάνη στο κάτω μέρος → αποχέτευση· η παροχή ελέγχεται από τρίοδη βαλβίδα: στη θέση «ανοικτή» το νερό πάει στα μπεκ, στη θέση «κλειστή» διακόπτεται η παροχή και ο σωλήνας των μπεκ αποχετεύεται-αδειάζει (αλλιώς το νερό θα πάγωνε μέσα του)· η βαλβίδα μπορεί να είναι χειροκίνητη (αποπάγωση με προσωπική επέμβαση) ή ηλεκτρική — αυτόματη απόψυξη ελεγχόμενη από χρονοδιακόπτη ή υπολογιστή. Παραλλαγή στα οικιακά: κατσαρόλα με ζεστό νερό στην κατάψυξη. 2. Απόψυξη με ηλεκτρικές αντιστάσεις: ηλεκτρικές αντιστάσεις τοποθετούνται μέσα στα πτερύγια του στοιχείου, ελεγχόμενες από χρονοδιακόπτη ή υπολογιστή· κατά την αποπάγωση διακόπτεται η λειτουργία του συμπιεστή και του ανεμιστήρα, οι αντιστάσεις τροφοδοτούνται και λιώνουν τον πάγο· τα νερά συλλέγονται σε λεκάνη και οδηγούνται στην αποχέτευση, ο σωλήνας αποχέτευσης έχει ξεχωριστή αντίσταση (λειτουργεί ταυτόχρονα) ώστε να μην παγώνει· η μέθοδος των ψυγείων NO FROST. 3. Απόψυξη με παράκαμψη θερμού αερίου (hot gas by-pass, εικ. 6.18): θερμό αέριο από την έξοδο (κατάθλιψη) του συμπιεστή οδηγείται με παρακαμπτήρια σωλήνωση και ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα στην είσοδο του εξατμιστή, αμέσως μετά την εκτονωτική βαλβίδα· ο προγραμματιστής (μικροϋπολογιστής) ανοίγει τη βαλβίδα τη στιγμή της απόψυξης, ο υπέρθερμος ατμός θερμαίνει τα τοιχώματα του εξατμιστή από μέσα και λιώνει τον πάγο (γρήγορη, οικονομική — χρησιμοποιεί τη θερμότητα του ίδιου του κύκλου)· επειδή το ψυκτικό που συσσωρεύεται στον εξατμιστή μπορεί να συμπυκνωθεί και να αναρροφηθεί υγρό, στην έξοδο τοποθετείται σταγονοσυλλέκτης (διαχωριστής υγρού). (Η μηχανική απόψυξη με μαχαίρι είναι απαράδεκτη — καταστρέφει τον εξατμιστή.)

Σύνοψη: (ενδεικτική) Τρεις μέθοδοι: 1) ψεκασμός ζεστού νερού από μπεκ, με λεκάνη-αποχέτευση και τρίοδη βαλβίδα (χειροκίνητη ή ηλεκτρική με χρονοδιακόπτη) που στο κλείσιμο αδειάζει τον σωλήνα για να μην παγώσει· 2) ηλεκτρικές αντιστάσεις μέσα στα πτερύγια, με χρονοδιακόπτη, στάση συμπιεστή-ανεμιστήρα και ξεχωριστή αντίσταση στον σωλήνα αποχέτευσης (NO FROST)· 3) παράκαμψη θερμού αερίου από την κατάθλιψη του συμπιεστή, μέσω ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας, στην είσοδο του εξατμιστή μετά την εκτονωτική, με προγραμματιστή και σταγονοσυλλέκτη στην έξοδο. Η μηχανική απόψυξη είναι απαράδεκτη.

Κριτήρια αξιολόγησης:

Ζεστό νερό / αντιστάσεις / θερμό αέριο.

Προηγούμενο Στοιχείο

Επιστροφή στην Ενότητα

Επόμενο Στοιχείο