چند تعریف از Temperature Glide

در این مطلب می‌خوانید:

مقدمه

به طور کلی، مبردها به چند گروه مبردهای طبیعی (مانند R717، R744، ...)، مبردهای مصنوعی خالص (مانند R22، R134a، ...) و مبردهای مصنوعی مخلوط (مانند R404A، R407C، R410A و ...) دسته ­بندی می­شوند.

نکته 1: مبردهای مصنوعی مخلوط نیز خود به دو گروه زئوتروپ (مانند R404A و R407C) و آزوتروپ (مانند R410A) دسته­ بندی می­شوند.

تعریف Temperature Glide (گستره دمایی تغییر فاز)

در مبردهای طبیعی و یا مصنوعی خالص، در یک فشار معین، تمامی اجزای تشکیل­ دهنده­ ی مبرد در یک دمای ثابت تبخیر می­شوند و یا میعان می­کنند، اما در مبردهای مخلوط (مانند R404A، R407C، R410A و ...)، به این دلیل که هر جزء تشکیل­ دهنده­ی ماده دارای دمای تبخیر و دمای میعان متفاوت می­باشد، فرآیند تبخیر و میعان تنها در یک دمای ثابت رخ نمی­دهد؛ بلکه طی یک بازه­ی دمایی صورت می­گیرد. از این جهت، برای تعبیر بهتر چگونگی انجام این فرآیندها در یک سیکل تبرید (در اوپراتور و کندانسور)، پارامتری تحت عنوان Temperature Glide (گستره دمایی تغییر فاز) تعریف می­شود که به طور کلی می­توان برای این پارامتر چند مفهوم مجزا بیان نمود:

1. اختلاف بین نقطه شبنم و دمای حباب مبرد در فشار ثابت
2. اختلاف بین نقطه جوش و دمایی که مبرد در آن شروع به میعان می­کند
3. گستره دمایی که طی آن، یک مبرد مخلوط در فشار ثابت تغییر فاز می­دهد
4. اختلاف دمای مبرد در ورودی و خروجی اوپراتور/کندانسور

Temperature Glide = Dew Point - Bubble Point
Temperature Glide = گستره دمایی تغییر فاز مبرد
Dew point = دمای شروع میعان (شروع تشکیل فاز مایع) در فشار ثابت
Bubble point = دمای شروع جوشش (شروع تشکیل فاز بخار) در فشار ثابت

نکته 2: در مبردهای مخلوط آزوتروپ (مانند R410A)، با وجود اینکه دمای شبنم(Dew point) و دمای حباب (Bubble point) به طور جداگانه تعریف می­شوند، اما به این دلیل که این دو مقدار بسیار نزدیک به یکدیگر می­باشند، رفتاری مشابه مبردهای خالص از خود نشان می­دهند. پس می­توان در مورد این مبردها، مقدار Temperature Glide را با تقریب بسیار خوبی برابر با صفر در نظر گرفت.

دمای شبنم (Dew Point) و دمای حباب (Bubble Point) در دیاگرام فشار – آنتالپی (P-H) مبردها

در نمودارهایی که در ادامه ارائه شده­اند، به عنوان نمونه، دیاگرام فشار- آنتالپی مربوط به مبردهای R22، R134a،  R404A، R407C و R410A به ترتیب نمایش داده شده­اند. در این نمودارها، محل نقاط مربوط به دمای شبنم (Dew Point) و دمای حباب (Bubble Point) در یک فشار معین به ترتیب با رنگ­های قرمز و آبی نمایش داده شده است.



همانطور که از دیاگرام­ های فوق قابل استنباط است، در دیاگرام مربوط به مبردهای مخلوط زئوتروپ مانند R407C، با حرکت بر روی یک خط فشار ثابت در ناحیه اشباع (زیر منحنی)، دمای شبنم (Dew Point) و دمای حباب (Bubble Point) روی خطوط دمایی مجزایی قرار می­گیرند که اختلاف قابل توجهی دارند، اما در مبردهای خالص مانند R22 و یا حتی مبرد مخلوط آزوتروپ مانند R410A شیب خطوط دمایی در ناحیه اشباع تقریباً ثابت و برابر صفر می­باشد، در نتیجه دمای شبنم (Dew Point) و دمای حباب (Bubble Point) اختلافی نخواهند داشت و مقدار Temperature Glide برابر صفر خواهد بود. پس می­توان با داشتن فشار مورد نظر، تنها با یک عملیات ساده ریاضی، مقدار Temperature Glide هر مبرد را از روی نمودار محاسبه نمود.

نکته 3: همان­طور که در نمودار P-H مبردهای زئوتروپ قابل مشاهده است، در ناحیه اشباع (زیر منحنی)، خطوط دمایی به صورت ­شیب­دار می­باشند که این موضوع نشان­ دهنده ­ی وجود گستره­ دمایی (Temperature Glide) برای تغییر فاز آن مبرد خواهد بود.

محاسبه پارامتر Temperature Glide

حال با توجه به موارد بیان ­شده، نحوه تأثیرگذاری پارامتر Temperature Glide در محاسبات دما و فشار اوپراتور و کندانسور، سوپرهیت و سابکول به شرح زیر ارائه می­شود:

T₁: دمای حباب در فشار اوپراتور (Bubble Point @ P_Evap.)
T₂: دمای شبنم در فشار اوپراتور (Dew Point @ P_Evap.)
T₃: دمای شبنم در فشار کندانسور (Dew Point @ P_Cond.)
T₄: دمای حباب در فشار کندانسور (Bubble Point @ P_Cond.)

در اوپراتور:

1. فشار اوپراتور (فشار تبخیر) توسط فشارسنج اندازه­ گیری می­شود.
2. دمای تبخیر اشباع (Dew Point) در فشار اندازه ­گیری­ شده در مرحله 1 از نمودار فشار-آنتالپی مبرد مورد نظر و یا نرم­افزارهای کاربردی بدست می­آید.
3. دمای واقعی مبرد در خروجی اوپراتور (بعد از سوپرهیت) توسط دماسنج اندازه ­گیری می­شود.
4. برای محاسبه­ ی سوپرهیت از رابطه­ ی زیر استفاده می­شود:

سوپرهیت = دمای واقعی مبرد در خروجی اوپراتور (بعد از سوپرهیت) – دمای تبخیر اشباع(Dew Point)

در کندانسور:

1. فشار کندانسور (فشار تقطیر) توسط فشارسنج اندازه­ گیری می­شود.
2. دمای تقطیر اشباع (Bubble Point) در فشار اندازه­گیری­شده در مرحله 1 از نمودار فشار-آنتالپی مبرد مورد نظر و یا نرم­افزارهای کاربردی بدست می ­آید.
3. دمای واقعی مبرد در خروجی کندانسور (بعد از سابکول) توسط دماسنج اندازه­گیری می­شود.
4. برای محاسبه ­ی سابکول از رابطه­ ی زیر استفاده می­شود:

سابکول = (Bubble Point) - دمای واقعی مبرد در خروجی کندانسور (بعد از سابکول)

یادآوری: برای محاسبه ­ی دقیق سوپرهیت و سابکول در سیستم ­هایی با مبردهای مخلوط زئوتروپ، حتماً باید پارامتر  Temperature Glideدر نظر گرفته شود تا در فرمول­ های مذکور، دمای اشباع در اوپراتور و کندانسور به ترتیب دمای تبخیر اشباع (Dew Point) و دمای تقطیر اشباع (Bubble Point) قرار گیرند و نه دمای میانگین.
از آنجا که مقدار سوپرهیت و سابکول نقش بسیار مهمی در راندمان عملکردی اوپراتور و کندانسور و در نتیجه سیستم برودتی دارند، تنظیم فشارها باید به گونه ­ای انجام شوند که دمای تبخیر اشباع (Dew Point) و دمای تقطیر اشباع (Bubble Point) و درنتیجه سوپرهیت و سابکول مقادیری بهینه و متناسب با نیاز سیستم بدست آیند.

نکته 4: تنظیم فشار و دما در اوپراتور و کندانسور، بر روی تنظیمات شیر انبساط نیز تأثیر قابل توجهی داشته که همین امر متعاقباً عملکرد اوپراتور و جریان مبرد در خط مایع را تحت تأثیر قرار می­دهد.

نتایجی از تأثیر Temperature Glide بر عملکرد و راندمان سیستم­ های برودتی

1. با بکارگیری مبردهای مخلوط و علم کافی به موضوع Temperature Glide، فرآیند طراحی سیستم برودتی و انتخاب تجهیزات تسهیل شده و در نتیجه­ ی آن، عملکرد اوپراتور و کندانسور پایدارتر بوده و راندمان کلی سیستم و به تبع آن، مصرف انرژی و هزینه ­های اقتصادی بهینه­ تر خواهند بود.
2. سیستم ­هایی که با مبردهای مخلوط زئوتروپ کار می­کنند، ممکن است به تجهیزاتی متفاوت از سیستم­هایی با مبردهای طبیعی و یا خالص نیاز داشته باشند. به همین جهت، میزان دقیق مبرد مورد نیاز در سیستم برودتی متأثر از پارامتر Temperature Glide خواهد بود.
3. بی ­توجهی به پارامتر Temperature Glide، به عدم توانایی کامل در حفظ فشار و دمای مورد نظر در سیستم منجر خواهد شد. در نتیجه، راندمان کلی سیستم برودتی، مصرف انرژی و هزینه­ های اقتصادی تماماً تحت تأثیر این موضوع هستند.
4. تنظیم دقیق فشار و دمای سیستم و توجه به پارامتر Temperature Glide، از کمپرسور در برابر ورود مبرد مایع محافظت کرده و همچنین، از امکان تبخیر زود هنگام مبرد در اوپراتور و کاهش راندمان برودتی آن جلوگیری می­کند.