تاریخچه و کاربرد سیستم های تبرید

اوایل پیدایش تبرید مکانیکی، دستگاه های موجود حجیم و گران بودند و راندمان زیادی نداشتند و می بایست فردی متخصص از آنها نگهداری می کرد. به همین دلیل تبرید مکانیکی صرفا به چند کاربرد بزرگ نظیر واحدهای تولید یخ، بسته بندی گوشت و یخچال های بزرگ محدود میشد ولی تاسیسات این سیستم در عرض چند دهه به سرعت رشد کرده و بصورت امروزی در آمده است. این رشد سریع حاصل چند عامل مختلف بود. با پیشرفت روش های تولید دقیق، امکان تولید تجهیزات کوچکتر با راندمان بالاتر فراهم شد. این امر به همراه تهیه مبردهای بی خطر و اختراع موتورهای الکتریکی با قدرت کمتر، امکان ساخت واحدهای تبرید کوچک را که امروزه در کاربردهایی نظیر یخچال ها و فریزرهای خانگی، دستگاه های هواساز کوچک و دستگاه های تجاری مورد استفاده قرار میگیرند، فراهم کرد. بطوری که هم اکنون کمتر خانه یا واحد تجاری را میتوان یافت که یکی از انواع مختلف دستگاه های تبرید مکانیکی استفاده نکند.

برای مثال امروزه بدون بهره گیری از سیستم های تبرید ، تهیه و نگهداری مواد پروتینی با رشد فزاینده جمعیت ممکن نخواهد بود. همچنین در ساختمان های بزرگ نظیر مجتمع های مسکونی، تجاری و صنعتی، در صورتی که از تجهیزات تهویه مطبوع و تبرید مکانیکی بهره گیری نشود به دلیل گرمای محیط در تابستان این ساختمان ها غیر قابل تحمل خواهند بود. علاوه بر کاربرد تبرید در تهویه مطبوع و استفاده از آن در فرآیندهای انجماد و سردخانه ها، در حمل و نقل و نگهداری غذاهای فاسد شدنی، از تبرید مکانیکی در تهیه و عرضه اغلب مواد یا اجناس فروشگاه های امروزی استفاده میشود. تعداد فرآیندها یا محصولاتی که با استفاده از تبرید مکانیکی تحقق یا بهبود یافته اند، بی شمار است.

بطور مثال وجود تبرید امکان ساخت سدهای بزرگ را که برای پروژه های تولید برق و آبیاری ضروری است، فراهم میسازد. تبرید ساخت جاده ها، تونل ها، چاهک فوندانسیون و حفاری در زمین های سست را میسر میسازد. بوسیله تبرید امکان تولید پلاستیک ها، لاستیک های مصنوعی و بسیاری محصولات و مواد مفید دیگر، امکان پذیر می گردد. تولیدکنندگان منسوجات وکاغذ می توانند با استفاده از تبرید سرعت دستگاه های خود را افزایش دهند و محصول بیشتری تولید نمایند. استفاده از تبرید روش های بهتری برای آبکاری فولادهای مورد استفاده در دستگاه ها بوجود می آورد. این موارد تنها گوشه ای از صدها کاربرد تبرید مکانیکی است که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد و همه ساله چندین کاربرد جدید به آنها افزوده میشود. تنها عاملی که سرعت رشد سیستم تبرید را کاهش می دهد عدم وجود افراد متخصص در این صنعت است.

کلاسه بندی کاربردهای تبرید

برای سهولت مطالعه سیستم تبرید می توان کاربردهای تبرید را به شش گروه اصلی تقسیم نمود:

۱ ( تبرید خانگی

۲( تبرید تجاری

۳( تبرید صنعتی

۴( تبرید حمل و نقل

۵( تهویه مطبوع ساختمان ها

۶( تهویه صنعتی.

بدیهی است حد و مرز دقیق این گروه ها معلوم نیست و بین آنها تداخل وجود دارد.

تبرید خانگی : وسعت تبرید خانگی محدود میباشد و بطور عمده به یخچال و فریزرهای خانگی مربوط میشود ولی به دلیل کثرت استفاده، بخش قابل ملاحظه ای از بحث تبرید را شامل میشود. دستگاه های تبرید خانگی معمولا کوچک هستند و با ظرفیت های ورودی ۳۵ تا ۳۷۵ وات تولید می شوند. در این دستگاه ها از کمپرسورهای بسته استفاده میشود. به دلیل آشنایی عموم با این دستگاه ها بیش از این درباره آنها بحث نمی شود ولی مسایلی  که به طراحی و نگهداری آنها مربوط میشود در فصول مختلف مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

تبرید تجاری : تبرید تجاری به طراحی، ساخت، نصب و تعمیر دستگاه های سردکننده مورد استفاده در مغازه ها، رستوران ها، هتل ها و موسسات تهیه و تولید مواد غذایی و فاسد شدنی محدود میشود.

تبرید صنعتی : به دلیل مشخص نبودن حدود دقیق تبرید صنعتی و تجاری، اغلب آنها را با یکدیگر اشتباه می کنند. بطور کلی دستگاه های تبرید صنعتی از نظر اندازه بزرگتر از دستگاه های تجاری می باشد و یک نفر تکنسین با تجربه از آنها نگهداری مینماید. از نمونه های معمول تبرید صنعتی، واحدهای یخسازی، بسته بندی مواد پروتینی بزرگ )گوشت، ماهی، مرغ، غذاهای منجمد و …(، نوشابه سازی، بستنی سازی و واحدهای صنعتی نظیر پالایشگاه های روغن، واحدهای شیمیایی، واحدهای لاستیک سازی و … می باشد.

تبرید حمل و نقل : قسمتی از کاربردهای این گروه را میتوان به عنوان شاخه ای از تبرید تجاری و قسمتی دیگر را شاخه ای از تبرید صنعتی در نظر گرفت.به هر صورت هردو مورد به اندازه کافی وسیع و قابل توجه هستند. تبرید کشتی ها در کشتی های صیادی و مخازن حمل و نقل محصولات فاسد شدنی مشاهده می شود. تبرید حمل و نقل به تجهیزات تبرید مورد استفاده در کامیون ها برای حمل و نقل طولانی یا محلی و واگن های راه آن مربوط می شود.

تهویه مطبوع ساختمان : بطوری که از اسم تهویه مطبوع برمی آید این مقوله با شرایط هوا در نواحی یا فضاهای مورد نظر در ارتباط می باشد و نه تنها کنترل دما بلکه کنترل رطوبت و سرعت وزش هوا را نیز به همراه تصفیه و تمیز کردن آن شامل می شود. کاربردهای تهویه مطبوع بر دو نوع خانگی و صنعتی می باشد. سیستم هایی که وظیفه عمده آنها مطبوع کردن هوا برای راحتی انسان است تهویه مطبوع خانگی نامیده میشود. نمونه ای از این سیستم ها را می توان در منازل، مدارس، دفاتر، مساجد، هتل ها، سوپر مارکت ها، ساختمان های عمومی، کارخانجات، اتومبیل ها، اتوبوس ها، هواپیماها ، کشتی ها و… مشاهده نمود. از طرف دیگر هرگونه مطبوع سازی هوا که هدف اصلی آن رفاه انسان ها نباشد، تهویه صنعتی نامیده می شود. این الزاما بدین معنی است که سیستم های تهویه صنعتی با توجه به وظیفه اصلی شان نمی توانند برای آسایش انسان ها مورد استفاده قرار گیرند.

کاربردهای تهویه صنعتی از نظر تعداد و تنوع نامحدود هستند. به بیان کلی وظیفه سیستم های تهویه مطبوع صنعتی عبارتند از: ۱(کنترل میزان رطوبت مواد مرطوب ۲(کنترل شدت واکنش های شیمیایی و بیوشیمیایی ۳(محدود نمودن میزان تغییرات مواد ظریف از لحاظ انبساط و انقباض حرارتی ۴(فراهم نمودن هوای تمیز و تصفیه شده که اغلب برای کار راحت و تولید محصولاتی با کیفیت بهتر، لازم می باشد.

موارد استفاده تبرید

زمانی از صنعت تبرید فقط برای تهیه یخ استفاده می شد ولی امروزه برای تهیه و نگهداری مواد غذایی بطور موثر و در عملیات صنعتی و تهویه مطبوع برای خنک سازی در سطح وسیعی از تبرید استفاده می شود. کاربرد تبرید در رشته های مختلف صنعتی و زندگی موجودات زیاد بوده ولی بطور خلاصه می توان آنها را به چهار دسته تقسیم کرد:

۱ – در تهیه و نگهداری مواد غذایی

۲ – در صنایع شیمیایی

۳ – در دستگاه های سرد کننده

۴ – در تهویه مطبوع و تهویه صنعتی

تهیه غذا

مراحل مختلف این امر را در تهیه، نگهداری و تضییع می توان خلاصه کرد. به این ترتیب که بعضی از مواد غذایی مثل انواع گوشت و سبزی جات و میوه جات که در زمانی از سال فراوان است می توان در سردخانه ها نگهداری و در فصول دیگر آنها را به بازار عرضه کرد. بعضی دیگر از مواد غذایی روزانه مثل شیر و بستنی نیز بودن استفاده از دستگاهای سردکننده قابل استفاده نخواهد بود. مثلا وقتی شیر در مزرعه و گاوداری ها دوشیده می شود تا زمانی که به کارخانه برسد بایستی در ظروف مخصوصی سرد و نگهداری شود. واضح است که در کارخانه در زمان عملیات پاستوریزه و بسته بندی احتیاج به نگهداری شیر در درجات پایین بوده و حتی در مرحله توزیع نیز بایستی از ماشین هایی که دارای اتاق های سرد کننده می باشند، استفاده شود. همچنین برای تهیه و توزیع بستنی نیز در کلیه مراحل، استفاده از عملیات سرد کنندگی لازم و ضروری است. در مورد گوشت از موقع ذبح و بسته بندی تا زمان مصرف از دستگاه های تبرید و سردخانه ها جهت حفظ آن از فاسد شدن استفاده می شود. حتی محل بسته بندی و برش گوشت نیز باید به وسیله دستگاه های تبرید سرد شوند. همچنین برای نگهداری گوشت به مدت طولانی از سردخانه هایی که دارای درجه حرارت های حدود باشند، باید استفاده کرده و اگر که لازم باشد گوشت به صورتی منجمد صادر شود، در حدود تا منجمد می کردند. دستگاه های سرد کننده تنها در ساختمان ها که در وسایل حمل و نقل مورد استفاده قرار می گیرند. مثلا وقتی که ماهی صید می شود تا زمانی که کشتی به بندر برگردد و از آنها به سردخانه منتقل گردد، در این مدت سرد کردن و نگهداری ماهی در کشتی یک امر حیاتی است. در داخل کشتی سرد کردن ماهی بوسیله یخ و نگهداری آن برای مدت کوتاه امکان پذیر است. منتها انجماد سریع بوسیله دستگاه های تبرید در داخل کشتی در کیفیت و سالم ماندن ماهی کمک موثری می نماید.

کارخانه های تهیه مشروبات و نوشابه ها و آب میوه نیز ملزم به استفاده از وسایل تبرید هستند، بخصوص که، طعم نوشابه ها در دو حالت سردی بهتر و گواراتر است. در موقع تهیه آب پرتغال و حتی سایر ب آب میوه ها برای اینکه مزه بهتری داشته باشند، آنها را در فشار کمتری می جوشانند و جهت نگهداری درجه حرارتی معادل پیشنهاد و برای رفع توزیع نیز، وسایل حم و نقل خنک لازم است. فریزرهای خانگی نیز قادر به نگهداری بعضی از این مواد )مواد غذایی( در حالت انجماد می باشند ذایی در حالت انجماد می باشند.

صنایع شیمیایی

قسمت وسیعی از کاربرد تبرید در صنایع شیمیایی است و متفاوت بودن تاسیسات شیمیایی، دقت کافی در این رشته مورد نیاز است. خدماتی که بوسیله تبرید، در عملیات مختلف صنایع شیمیایی سرویس می شوند عبارتند از:

۱ – جدا کردن گازها

۲ – تقطیر گازها

۳ – رطوبت گیری هوا

۴ – جدا سازیماده از محلول

۵ – نگهداری مایع در فشار کم

۶ – عملیات سرد کردن

۷ – دفع حرارت در تحولات شیمیایی

۸ – کنترل تخمیر ترکیبات شیمیایی مصارف مخصوص

توسعه روز افزون دستگاه های مختلف تبرید دگرگونی محسوسی در زندگی ما بوجود آورده و هنوز هم در حال توسعه و تکمیل است. یکی از مصارف اختصاصی تبرید سرد کردن فلزات به منظور عملیات سفت کردن آنها است که در دستگاه های مخصوص و در مدت تعیین شده برای هر نوع فلز با روش خاصی انجام می پذیرد. در حرفه داروسازی نیز برای تهیه انواع مختلف دواجات بخصوص برای نگهداری خون با گروه های مختلف که در یخچال های مخصوصی به نام بانک خون نامیده می شود در سطح وسیعی از فن تبرید استفاده می شود. از دیگر مصارف مخصوص تبرید در سالن های اسکی روی یخ می باشد که با عبور ماده سرمازا و ایجاد برودت از داخل لوله هایی که در کف سالن جاسازی شده اند به موجب موجود در کف سالن منجمد می گردد. در ساختمان های بتونی، بخصوص در ایجاد سدها نیز از اعمال سرد کردن بتون قبل از بتن ریزی یعنی کم کردن حجم مخصوص آن و در نتیجه فشردگی بیشتر ذرات در همدیگر وا ستحکام و مقاومت سد در مقابل فشار آب ول رزش و عوامل مخرب دیگر استفاده می شود. شیرین کردن آب دریا که از ضروریات زندگی امروز انسان ها می باشد و در آینده نیز مسئله مهمی برای ادامه زندگی بشر خواهد بود با استفاده از تبرید امکان پذیر است. به این ترتیب که با انجماد آب شور دریا و جدا شدن نمک از یخ و آب کردن مجدد یخ و تبدیل آن به آب شیرین یکی از روش های شیرین کردن آب دریا می باشد. استفاده روز افزون یخ در رستوران ها و منازل و صنایع، ساخت انواع ماشین های یخ سازی را افزایش داده و در نتیجه تهیه یخ به اندازه و فرم های مختلف خود یکی از کاربردهای موثر تبرید به شمار می رود.

مورد استفاده تبرید در تهویه ساختمان ها

تهویه مطبوع ساختمان ها به منظور رفاه و سلامتی ساکنین آن یک امر ضروری است که این عمل در ساختمان های مسکونی بنام تهویه مطبوع و در کارخانجات و مراکز صنعتی به نام تهویه صنعتی نامیده می شود. در تهویه مطبوع بایستی که منظور اصلی سرد کردن هوای داخل ساختمان ها می باشد، از دستگاه های تبرید تراکمی و یا جذبی در سطح وسیعی استفاده می شود. تهویه صنعتی نیز به عنوان یک امر حیاتی در کارنجات و آزمایشگاه های مانند کارخانه چاپ، کارخانجات ذوب آهن، کارخانجات نساجی، و امثال آنها مورد نیاز است. که در آنجا نیز قسمت، بخصوص در فصول گرم با دستگاه های تبرید خواهد بود.

روشهای مختلف تبرید

تبرید عبارت است از جذب حرارتی از مواد و رفع آن به محیط خارج و درکلیه سیستم های عملی تبرید، حفظ سرما مستلزم گرفتن حرارت از موادی با درجه حرارت پایین تر و خارج کردن این حرارت به محیطی با رویه حرارتی بالاتر می باشد.

در این قسمت مراحل بنیادی و اساسی تبرید مورد بحث قرار می گیرد که آن مراحل عبارتند از:

۱ – افزایش درجه حرارت مبرد ۲- تغییر فاز ۳- انبساط مایع ۴- انبساط گاز ایده آل ۵- تولید خلا ۶- انبساط گاز حقیقی ۷- عملیات الکتریکی

در مراحل ۱ و ۲ عمل جذب کردن از مواد و ایجاد تبرید بوسیله ماده مبرد در درجه حرارت پائین بوجود می آید و بقیه عملیات سیکل برای حفظ برودت لازم است.

۱- ۱- افزایش درجه حرارت مبرد: Rise in temperatued of coolant

یکی از روش های جذب حرارت از ماده، تماس دادن آن با یک ماده سرد دیگر است که اینجا مبرد نامیده می شود. بعنوان مثال: برای سرد کردن وسایل داخل ساختمان می توان هوای سرد تهیه کرده و به داخل ساختمان برای اینکه مقداری شیر در درجه حرارت پایین نگهداری می شود، با افزایش درجه حرارت آب سرد یا آب نمک که مجاور ظرف است، این کار عملی می گردد که در اینجا مبرد آب سرد یا آب خنک خواهد بود. مقدار حرارتی که در اثر تغییر فاز یا تغییر حالت از جامد به مایع، از مایع به بخار یا از جامد به بخار به وسیله مبرد جذب می گردد معمولا برای ایجاد برودت بکار می رود. تغییر حالت از جامد به مایع را ذوب و مقدار حرارت جذب شده بوسیله مبرد را، حرارت نهان دون گویند و بهترین مثال برای این حالت ذوب یخ است. احتیاج بشر بوجود یخ ها به سال ها پیش بر می گردد و کاربرد آن در منازل رستوران ها، فروشگاه ها برای سرد کردن مواد و استفاده آن در صنایع، ضروری است از محاسن استفاده از یخ به منظور ایجاد برودت عدم احتیاج بوسایل و ماشین های مکانیکی است ولی از عیوب عدمه آن یکی ذوب آن و باقی گذاشتن آب بوده و دیگری محدود بودن درجه حرارت پایین آن تا است. یک روش فنی که درجه ذوب و انجماد آنرا تقلیل می دهد اضافه کردن نمک به آب است. تغییر فاز از حالت مایع به بخار را )تبخیر( و مقدار حرارت جذب شده را )حرارت نهان تبخیر( گویند. ایجاد برودت بوسیله این تغییر حالت معمول ترین روش در تبرید بوده و اساس کار سیکل های تبرید تراکمی تبخیری را تشکیل می دهد. در این سیکل ها کنترل فشار تبخیر در تنظیم درجه برودت مبرد موثر می باشد. نوع دیگر تغییر فاز که باعث ایجاد برودت می گردد تغییر حالت از جامد به بخار است که آن را )تصعید( نامیده و مقدار حرارت جذب شده را )حرارت نهان تصعید( گویند. در تصعید جسم از حالت جامد بدون گذشتن از مرحله مایع مستقیما به حالت بخار می آید. معمولا عمل حالت، جهت ایجاد برودت یخ خشک می باشد که همان انیدریک کربنیک جامد بوده و در اثر گرم شدن در فشار اتمسفر، مستقیما از جامد به بخار تبدیل می شود. یخ خشک در

تصعید مقدار حرارتی که در تغییر فاز یک مبرد جذب می شود از رابطه اصلی زیر بدست می آید.

Q=M.L 2

که در آن Q = مقدار حرارت انتقالی بر حسب BIV

M= جرم مبرد بر حسب lb یا

L= تغییرات انتقالی بر حسب )ممکن است حرارت ذوب تبخیر و یا تصعید باشد(.

۲- ۱- انبساط مایع Expansion of a liquid

انبساط مایعات باعث تقلیل درجه حرارت آنها می شود. بخصوص اگر انبساط با تغییر حالت مایع به بخار همراه باشد. نقصان درجه حرارت قابل توجهی حاصل می گردد. قبلا موضوع انبساط آیزونتروپیک یک مایع خیلی سرد شده ) )Subcooled را به یک فشار کمتر در نظر داشته باشید.

۱-3 - انبساط گاز ایده آل در جریان ثابت: Sleudy-flow expansion a

در یک جریان ثابت وقتی یک گاز ایده آل منبسط می شود، کاهش درجه حرارت بوجود می آید. مقدار افت درجه حرارت ممکن است جزئی و یا قابل توجه باشد که بستگی به وضعیت محل انبساط خواهد داشت. رابطه گازهای ائده آل عبارت است از:

P.V=R.T

که در آن:

P= فشار گاز بر حسب ) نیرو(

V= حجم مخصوص بر حسب ) lb جرم/ )lt3

R= عدد ثابت گازها بر حسب

T= درجه حرارت مطلیق بر حسب

مقدار حرارت مخصوص ها ثابت بوده و عبارت است از:

که در آن، Cv , Cp : به ترتیب حرارت های مخصوص در فشار ثابت و حجم ثابت

۱-4 - انبساط یک گاز حقیقی: Expansion of an actual gas

وقتی یک گاز حقیقی منبسط می شود، حتی اگر انتالپی ثابت بماند، تغییری در درجه حرارت بوجود می آید. در گازهای کامل در تحول انتالپی ثابت درجه حرارت نیز ثابت می ماند. با یک گاز حقیقی درجه حرارت ممکن است، زیاد یا کم و یا اینکه ثابت بماند. مرحله ای که شامل تغییرات زیاد و موثر درجه حرارت باشد، بنام ضریب ژول تامسون نامیده شده و به صورت زیر بیان می شود:

Youl e Themson Coefficient که عبارت است تغییرات درجه حرارت نسبت به فشار در انتالپی ثابت. مناسب ترین راه برای حفظ انتالپی ثابت در عملیات انبساط، ایجاد خفگی است و تا زمانی که افت فشار در این حالت روی منحنی انتالپی ثابت و از چپ به راست بوده و حالت خفگی از حالت نقطه ۱ به ۲ باشد، درجه حرارت افزایش می یابد، در نقطه ۲ درجه حرارت ماکزیمم بوده و ضریب ژول تامسون از صفر است. این نقطه را نقطه معکوس می نامند. زیرا از آن به بعد از نقطه ۲ به ۳ حتی از ۱ به ۳ درجه حرارت کاهش خواهد یافت. از این روش با مقدار مثبت ضریب ژول تامسون برای تولید بعضی از گازها مثل ازت و اکسیژن در درجه حرارت خیلی پائین تهیه می شوند، استفاده می گردد. آن را اثر Pelfier نامند. البته عکس قضیه هم صادق است. یعنی اگر در مدار یک ترموکوپل، اختلاف ولتاژ ایجاد شود، در یکی از نقاط اتصال افزایش درجه حرارت و در نقطه دیگر کاهش درجه حرارت حاصل می گردد. با قرار دادن اتصال گرم در خارج از محفظه و دفع حرارت به خارج و عایق کاری اتصال دیگر با توجه به حرارت کمتر در داخل محفظه می توان برودت ایجاد کرد و از برودت حاصل در تبرید استفاده کرد. از این روش در آزمایشگاهها و وسایل غیر تجارتی استفاده می شود.

عملیات الکتریکی Electric Process

با استفاده از الکتریسته یا مغناطیس به دو طریق می توان برودت ایجاد کرد. یکی با قرار دادن ملکولها در یک میدان مغناطیسی و دیگر با استفاده از عکس عمل ترموکوپل می باشد. تبرید مغناطیسی عملی است که برای رسیدن به درجه حرارت صفر مطلق بسیار مفید بوده و به کار می رود. اگر جسمی با خواص مغناطیسی خاص در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد درجه حرارت جسم افزایش می یابد و اگر اطراف این جسم را هلیوم احاطه کرده باشد، حرارت بوسیله هلیوم دفع شده و در درجه حرارت می جوشد. از آن پس جسم مذکور از نظر حرارتی بوسیله هلیوم و میدان مغناطیسی اثر خود را پس می گیرد و جسم در درجه حرارت صفر مطلق غوطه می گردد. طریقه دوم ایجاد برودت با استفاده از اثر معکوس ترموکوپل هاست. یکی ترموکوپل عبارت است اتصال دو فلز غیر همجنس در دو نقطه که اگر این دو نقطه را در دو درجه حرارت مختلف قرار دهیم، جریان الکتریکی ضعیفی برقرار می شود.

کمپرسورها : Comoperssors

سیستم های تبرید تراکمیا ز چهار قسمت عمده: کمپرسور- کندانسور- اوپراتور و وسایل انبساط تشکیل شده اند که هر یک به نوبه خود وظیفه خاصی دارند و هر کدام با دریافت محصول از عضو قبلی، و برای تکمیل عملیات در سیستم، همزمان فعالیت می کنند. هر تغییری که در یکی از اعضای سیستم پیش آید ممکن است در وضعیت عضو دیگر موثر باغشد. مثلا تغییر درجه حرارت آب کندانسور باعث تغییر در مقدار ؟؟؟ جریانی، و ایجاد اختلاف در فشار اوپراتور و از جمله تغییر در کار شیر انبساط می نماید. بررسی کمپرسورها به عنوان قلب یک سیستم تراکمی بوده و معمولترین آنها که سرد کننده ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از:

کمپرسورهای متقارن reciprocafing compressors

کمپرسورهای دوار rofary compressors

کمپرسورهای گریز از مرکز Cenfrifugal compressors

در کمپرسورهای متقارن که گاهی متناوب خوانده می شوند، از حرکت پیستون در داخل سیلندر استفاده کرده و بوسیله سوپاپ های مکش و فشار گاز، مبرد را متراکم می نمایند. کمپرسورهای دوار )چرخشی( و گریز از مرکز )سانتریفوژ( هر دو در اثر گردش دورانی، محورهای عمل تراکم انجام می دهد. در صورتیکه نوع دوار یک ماشین با جابجایی مثبت بوده و کمپرسورهای گریز از مرکز بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کند.

کمپرسورهای متقارن

کاربرد کمپرسورهای متقارن شیر در تبرید خانگی و صنعتی است و معمولا با قدرت های متفاوت از چند دهم اسب تا چند صد اسب بخار به بازار عرضه می شوند. کمپرسورهای جدید از یک و یا چندین سیلندر تشکیل شده اند که طور قرار گرفتن سیلندرها ممکن است به شکل v یا w، شعاعی و یا در یک راستا باشند. هنگام مکش پیستون، گاز مبرد از راه سوپاپ مکش وارد سیلندر شده و زمانیکه عمل تراکم را انجام می دهد بوسیله سوپاپ فشار مبرد به خارج فرستاده می شود. سوپاپهای مکش و فشار هر دو جزء قطعات سیلندر هستند. سرعت دورانی کمپرسورهای که اثر مستقیم در مقدار مبرد تراکمی دارد از گذشته بطور مرتب افزایش یافته و از حدود ۱۰۰ دور در دقیقه تا ۳۰۰ دور در دقیقه فزونی یافته است.

۲- ۳- کمپرسورهای نوع بسته Hermetically sealed compressors

در کمپرسورهای الکتروموتوری بوسیله محور خود باعث گردش یک کمپرسور می گردد که اگر این موتور جدا از کمپرسور قرار گرفته باشد، کمپرسور از نوع باز و در صورتیکه موتور و کمپرسور هر دو داخل یک محفظه آب 2 شده جای گرفته باشند، کمپرسور نوع بسته نامیده می شوند. شکل مقطع یک کمپرسور نوع بسته با نشان می دهد.

در کمپرسورهای بسته با وجود اینکه موتور در محفظه کمپرسور و همراه با مبرد می باشند، ولی به علت عایق کاری کامل هیچ گونه اشکالی پیش نمی آید. در بعضی از این نوع حتی لوله مکش از جهت موتور وارد محفظه می شود که به علت ورود گاز سرد از لوله مکش موتور نیز خنک می شود. در این نوع کمپرسورها فقط دو لوله اشکالی که در این کمپرسورها ممکن است پیش آید، وجود رطوبت است که بایستی قبل از ورود به موتور کمپرسور برطرف شود. در یک سیستم تبرید معمولا کمپرسور و کندانسور بصورت واحد مرکب کندانسور هر سه بر روی یک شاسی سوار می شوند.

دو عامل خیلی مهم که در کمپرسورها مورد توجه است عبارتند از:

۱ – ظرفیت کمپرسور

۲ – قدرت مورد نیاز

که این دو عامل در کمپرسورها بطور موثری بوسیله فشار مکش و رانش تغییرمی کنند.

۳ – ابعاد استاندارد: A.S.R.E Rating Conditions
سال ها پیش از طرف انجمن مهندسین تبرید آمریکا ) ASRE) (American Socitey of Refrigerating Engineers ( ابعاد استانداردی برای کمپرسورها تعیین گردید تا بدین ترتیب وسیله کارخانجات مختلفی که ساخت انواع کمپرسورها به عهده دارند هماهنگی داشته باشند. مقادیر وضع شده که
دیگر قابل استفاده نمی باشد، در کارخانجات یخ سازی و برای انتخاب ابعاد کندانسورها و اوپراتورها مورد استفاده قرار می گرفت. با افزایش روز افزون کاربرد تبرید، ابعاد انتخابی انجمن فوق بصورت گروههای مختلفی که در جدول زیر گرد آوری شده تنظیم و در دسترسی عموم قرار گرفت.
طرح و ساخت Constroction and Design در طرح کمپرسورهای متناوب برای بدست آوردن قدرت مجاز و با توجه به مسئله اصطکاک حداکثر سرعتی که برای پیستون باید در نظر گرفته شود 780 lt/min می باشد. در کمپرسورهای کوچک روغنکاری قطعات متحرک معمولا بصورت ترشحی است در صورتی که کمپرسورهای بزرگ که قدرتی بین ۱۰ تا ۱۵ اسب بخار دارند، عمل روغنکاری بصورت اجباری )بوسیله پمپ( انجام می گیرد. با توجه به اینکه اغلب مساله جاگیری اهیمت زیادی ندارد، به منظور کاهش افت فشار در شیر آلات که با کاهش سرعت در آنها امکان پذیر می باشد،
مقطع عبور مبرد بزرگتر انتخاب می گردد. سرعت گاز ۱۲ معادل خواهد بود. انتخاب سرعت کمتر برای فریون ۱۲ به این دلیل می باشد که دانسیته این گاز بیشتر بوده و افت فشار بیشتری نیز تولید نماید.
کنترل ظرفیت
در یک سیستم تبرید تراکمی اگر کمپرسور بزرگتر از اندازه لازم انتخاب شود و یا اینکه بار کمتر از میزان باشد درجه حرارت و فشار گاز در اوپراتور کاهش یافته و تا زمانیکه بین بار و ظرفیت تعادل برقرار نشده این اثر مشهود است. کاهش بین از حد درجه حرارت گاز در اوپراتور به دلیل چندی نامطلوب است. مثلا در دستگاههای تهویه باعث برفک زدن لوله های اوپراتور ششده و با محدود شدن جریان هوا درون اوپراتور سبب پائین آمدن فشار نیز می گردد. انواع محصولات غذایی انبار شده در سردخانه ها به علت نزول درجه انجماد ممکن است خراب شوند و در صورتیکه اوپراتور مایعی را سرد می کند، کم شدن زیاد درجه حرارت باعث یخ زدن مایع و صدمه دیدن دستگاه می گردد. روشهای مختلفی برای کاهش ظرفیت کمپرسور معمول است که چند نمونه آن را می توان ذیلا ذکر کرد.

۱ – کنترل مدار برقی کمپرسور بوسایل مختلف که در مواقع مورد نیاز آن را قطع و وصل کند. این روش در سیستم های سرد کننده کوچک به خوبی عمل می کند.
۲ – تنظیم فشار گاز ورودی به کمپرسور بوسیله کنترل کننده فشار به منظور ثابت نگه داشتن فشار اوپراتور. با این روش کنترل بخوبی انجام می گیرد ولی چندان مطلوب نیست.
۳ – بازگرداندن گاز خروجی از کمپرسور لوله مکش در این حالت کمپرسور داغ شده و اثر مفیدش کمتر است.

4– در کمپرسورهای چند سیلندری خارج کردن یک سیلندر از مدار )با باز نگه داشتن مکش وارد سیلندر می گردد و به این وسیله مقداری از ظرفیت اصلی کمپرسور افت می کند. در این مرحله برای ایجاد افت فشار بیشتر، می توان دو یا چند سیلندر را به ترتیب فوق از مدار خارج کرد.

انواع کمپرسورهای دوار Types of Rolary Compressors
کمپرسورهای دوار معملا با قدرتهای کمتر از یک اسب بخار ساخته می شوند و در صورتی که برای ایجاد فشار کم مورد نیاز باشد. با قدرتهای چند اسب نیز ساخته می شوند. مثل کمپرسورهای مرحله اول در سیستم های چند مرحله ای این کمپرسورها ممکن است در دو نوع غلطکی ) roller ( و یا تیغه ای Vence( ( ساخته شوند که نوع غلطکی در شکل زیر نشان داده شده است و از یک غلطک و یک سیلندر تشکیل شده که محور یا همان غلطک بطور خارج از در داخل سیلندر می چرخد و یک تیغه به کمک فنر قسمت مکش را از قسمت رانش جدا می کند.
در کمپرسورهای دوار از تیغ ای که در اشکال زیر نشان داده شده اند غلطک روی محور خودش می چرخد ولی سیلندر و غلطک هم محور نمی باشند. این غلطک دارای چند تیغه می باشد که به علت خاصیت گریز از مرکز در حال چرخش محور تیغه های به بدنه سیلندر فشرده می شوند. در کمپرسورهای دو تیغه بوده و ذدر نوع چهار تیغه این حجم با چهار برابر سطح هاشور خورده در شکل مربوط متناسب خواهد بود. به این ترتیب ملاحظه می شود که هر چه تعداد تیغه ها بیشتر می گردد حجم جابجایی نیز افزایش می یابد. در هیچ یک از انواع کمپرسورهای تیغه ای فوق سوپاپ مکش وجود ندارد و به این ترتیب ضربه گاز به حداقل می رسد در صورتیکه کمپرسورهای جدید اغلب دارای این سوپاپ نیز هستند.
کمپرسورهای سانتریفوژ )گریز از مرکز( Centrifugal Compressors
کمپرسورهای سانتریفوژ از جدید ترین نوع کمپرسورهای سیستم های تبرید می باشند. اولین بار که این کمپرسورها در صنایع تبرید بکار برده شد، در سال ۱۹۲۰ توسط Dr.willis-Carrier بود و امروزه بیش از نصفی از کارخانجات سازنده برای سیستم های تبرید از این نوع کمپرسورها تولید می نمایند.
طرز کار Operition
کمپرسورهای سانتریفوژ از نظر ساختمان کاملا مشابه پمپ های سانتریفوژ بوده و بر اساس نیروی گریز از مرکز کار می کنند. به این ترتیب که از طرف پره ها سرعتی به ذرات گاز داده شده و فشار آنرا افزایش می دهد. گازی که با سرعت از پره ها خارج می شود وارد محفظه حلزونی شده مقداری از انرژی سنتیک آن به فشار تبدیل می گردد. کمپرسورهای سانتریفوژ از نوع ماشینهای با ظرفیت زیاد بوده ۹ و از حدود ۵۰ تا ۳۰۰۰ تن ظرفیت ساخته می شوند. این کمپرسورها با وجود اینکه معمولا چند طبقه )چند چرخی( ساخته می شوند، ولی برای فشارهای کم می توان از نوع یک طبقه نیز استفاده کرد. در سیستمهایی با کمپرسورهای چند طبقه درجه حرارت اوپراتور تا حدود می تواند کاهش یابد. ولی معمولا بیشترین کاربرد این کمپرسورهای در سیستمهای تهویه مطبوع بوده و برای تهیه آبسرد با درجه حرارت معادل می باشد شکل زیر برش قطعاتی یک سیستم کامل تبرید را که کمپرسور آن از نوع سانتریفوژ می باشد، نشان می دهد. این کمپرسورها با تراکم آدیاباتیک و راندمان ۷۰ ٪ تا ۸۰ ٪ هستند. یکی از محاسن مخزن جدا کم گاز در سیستم دو مرحله ای که افزایش راندمان سیکل ذکر شده است دو سیستم با کمپرسور چند طبقه نیز صدق می کند.
وجود این مخازن بین مراحل مختلف تراکم ضروری است.

کندانسورهای هوائی و آبی - Water- cooled and Aircooled Compressors
بخار داغ رانده شده از کمپرسور حرارت خود را در کندانسور به وسیله هوا یا آب از دست داده و تبدیل به مایع می شود. کندانسورها را با عامل خنک کنندگیث آنها که هوا یا آب باشد طبقه بندی کرده و به نام کندانسور هوایی یا کندانسور آبی می نامند. گاهی اوقات از هوا و آب مشترکا برای خنک کردن استفاده می نمایند که در این صورت کندانسور تبخیری نامیده می شود.