Akademia Górniczo Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Transkrypt

1 Akademia Górniczo Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Instrukcja laboratoryjna do ćwiczenia: Badanie współczynnika EER sprężarkowego układu chłodniczego 1

2 1. Wprowadzenie teoretyczne 1.1. Obiegi chłodnicze Stosując podstawowe kryterium podziału obiegów termodynamicznych( zwanych również w nomenklaturze naukowej cyklami termodynamicznymi) ze względu na kierunek następowania kolejnych przemian można wyróżnić obiegi prawobieżne i lewobieżne. Obieg prawobieżny to szereg cyklicznych przemian realizowanych w układzie zamkniętym, które następują w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara. We wspomnianym układzie zamkniętym na dowolnym wykresie prezentującym charakter danego obiegu, punkt początkowy pierwszej przemiany jest zaraz końcem ostatniej przemiany( stan czynnika roboczego na końcu pokrywa się ze stanem początkowym). Realizując cykl prawobieżny otrzymujemy pracę. Urządzenia pracujące według tego obiegu nazywamy silnikami cieplnymi. Odwrotnie zachowują się obiegi lewobieżne, w których kierunek zamkniętych przemian jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara. Cykle te wymagają dostarczenia pracy z zewnątrz, aby zgodnie z II Zasadą Termodynamiki był możliwy transport ciepła ze źródła o niższej temperaturze do źródła o wyższej temperaturze. Urządzenia działające w ten sposób nazwane zostały maszynami roboczymi, z których można wymienić np.: urządzenia chłodnicze, pompy, sprężarki, pompy ciepła. Obiegi chłodnicze stanowiące punkt wyjścia do analizy zasady działania i budowy chłodziarek są zgodnie z powyższą definicją obiegami lewobieżnymi, wykorzystującymi dostarczoną energię w celu odebrania ciepła z obszaru chłodzonego, co w rezultacie skutkuje obniżeniem jego temperatury Idealny obieg Carnota Idealny odwracalny obieg Carnota jest obiegiem teoretycznym. Pozwala on na ocenę pracy rzeczywistego urządzenia i charakteryzuje się maksymalną sprawnością. Składa się z dwóch przemian izotermicznych i dwóch izentropowych [1]. Na rysunku 1.1. został przedstawiony wykres tego obiegu we współrzędnych temperatura entropia właściwa oraz opis przemian tworzących cykl. 2

3 Rys Lewobieżny obieg Carnota,T o temperatura dolnego źródła ciepła, T k temperatura górnego źródła ciepła, L s praca sprężania, Q d Wydajność chłodnicza [2] Zgodnie z oznaczeniami zawartymi na rysunku 1.1. lewobieżny obieg Carnota tworzą następujące przemiany termodynamiczne: przemiana 1-2: izentropowe sprężanie czynnika przemiana 2-3: izotermiczne oddawanie ciepła do źródła górnego przemiana 3-4: izentropowe rozprężanie przemiana 4-1: izotermiczne pobieranie ciepła ze źródła dolnego Chcąc przeprowadzić termodynamiczną ocenę efektywności cyklu ziębniczego korzysta się ze współczynnika wydajności chłodniczej Ɛ. W anglojęzycznej literaturze współczynnik ten określany jest jako Energy Efficiency Rating ( zwany dalej w skrócie EER) lub też rzadziej Coefficient of Performance (COP)-( z reguły dla pomp ciepła). Określa on stosunek mocy chłodniczej do mocy dostarczonej do napędu tego urządzenia (np. w przypadku ziębiarki sprężarkowej będzie to moc dostarczana do napędu sprężarki). Zależność ta dana jest wzorem: gdzie: Q d wydajność chłodnicza L s praca sprężania S zmiana entropii czynnika (1.1) T o temperatura parowania T k temperatura skraplania T d temperatura dolnego źródła 3

4 T g temperatura górnego źródła Obieg Lindego Praca parowych sprężarkowych urządzeń chłodniczych, w których następuje zmiana stanu skupienia czynnika roboczego podczas kolejnych przemian termodynamicznych jest modelowana za pomocą cyklu Lindego uwzględniającego własności rzeczywistego czynnika chłodniczego. Przemiany zachodzące podczas tego obiegu najwygodniej ze względu na prowadzone obliczenia oraz funkcjonalność i łatwość odczytu parametrów przedstawiać na wykresie we współrzędnych ciśnienie entalpia właściwa, co przedstawia rysunek 1.2. Rys Obieg Lindego w układzie ciśnienie entalpia właściwa [3] p o ciśnienie parowania, p k ciśnienie skraplania, K -punkt krytyczny,i x entalpia w kolejnych punktach pracy obiegu gdzie x jest oznaczeniem konkretnego punktu przemiana 1-2: izentropowe sprężanie czynnika przemiana 2-3: izobaryczne oddawanie ciepła do źródła górnego przemiana 3-4: izentalpowe dławienie czynnika przemiana 4-1: izobaryczne pobieranie ciepła z obszaru chłodzonego Zgodnie z oznaczeniami z rysunku 1.2. współczynnik wydajności chłodniczej można obliczyć z następującej zależności: 4

5 1.2. Czynniki chłodnicze (2.2) W chłodnictwie czynniki termodynamiczne, które cyrkulują w obiegu pośrednicząc w wymianie i transporcie ciepła ze źródła dolnego do źródła górnego ( otoczenia) nazywane są czynnikami ziębniczymi lub chłodniczymi. Używane w technice czynniki robocze są najczęściej pochodnymi węglowodorów wytworzonych syntetycznie. System kodowy oznaczeń tych związków jest zunifikowany, dzięki Europejskiej Komisji Międzynarodowego Komitetu Chłodnictwa, która ujednoliciła ich nazewnictwo ze względu na budowę cząsteczki chemicznej, z której dany związek się składa[4]. Oznaczenia kodowe są tworzone w oparciu o pewne reguły, według których opisywany jest skład czynnika. Dla przykładu oznaczenie Rxyz tłumaczymy w następujący sposób: R (ang. Refrigerant) oznacza czynnik chłodniczy x liczba atomów węgla w cząsteczce pomniejszona o jeden ( w przypadku metanu i jego pochodnych pomijamy liczbę x we wzorze) y liczba atomów wodoru powiększona o jeden z liczba atomów fluoru Jeżeli na końcu oznaczenia kodowego znajdzie się dodatkowo mała litera np. jak w przypadku czynnika R134a oznacza to, że istnieją różne izomery tego związku. Tabela 1.1. przedstawia systematykę czynników chłodniczych w zależności od budowy cząsteczki opracowaną na podstawie źródeł: [1] i [4]. Tabela 1.1. Systematyka czynników chłodniczych [1], [4] Nazwa związku Skrót Cechy charakterystyczne Przykład związku Chlorofluoro- -węglowodory CFC Zastąpienie wszystkich atomów wodoru bromem, fluorem bądź chlorem CFC-11 CFC-12 Wodorochloro- -fluorowęglowodory HCFC Nie wszystkie atomy wodoru zastąpiono atomami chloru i fluoru HCFC-22 HCFC-123 Hydrofluoro- -węglowodory HFC Część atomów wodoru zastąpiona atomami fluoru HFC-134a HFC-227ea Fluorowęglowodory FC Atomy wodoru zastąpione atomami fluoru FC-218 Węglowodory nasycone HC Nie występują w nich halogenki HC-290 5

6 HC-600a Czynnikiem roboczym zastosowanym w urządzeniu chłodniczym będącym przedmiotem tego ćwiczenia jest R404a - mieszanina substancji jednorodnych w następującym stosunku wagowym: R143a 52 % R % R134a -4 % Czynnik jest klasyfikowany, jako ekologiczny zamiennik za wycofane już środki R22 oraz R502. Jego cechami charakterystycznymi są niepalność i niewybuchowość. R404a nie jest trujący, natomiast w niskich stężeniach może wywoływać efekty narkotyczne podczas wdychania ( np. w wyniku rozszczelnienia instalacji). Bardziej niebezpieczne jest dopuszczenie do wysokiego stężenia czynnika, gdyż jego pary są cięższe od powietrza i wypierają je, co może skutkować uduszeniem[5]. 1.3 Sprężarkowy układ chłodniczy Podstawowymi elementami, z których składa się to urządzenie jest sprężarka mechaniczna, skraplacz, zawór rozprężny oraz parownik. Zasada działania opiera się o zmianę stanu skupienia czynnika roboczego cyrkulującego w obiegu zamkniętym. Pośredniczy on w przekazywaniu ciepła z dolnego źródła do górnego na skutek przemian termodynamicznych, którym jest poddawany. Na rysunku 1.3. widnieje schemat ideowy chłodziarki sprężarkowej wraz z zaznaczonymi elementami konstrukcyjnymi. 6

7 Rys Schemat parowej, sprężarkowej ziębiarki (a); wykres Sankey`a przedstawiający jej bilans energetyczny (b) [6] gdzie: strumień ciepła pobrany z obszaru chłodzonego w parowniku strumień ciepła oddany do otoczenia w skraplaczu P t moc pobierana przez sprężarkę W parowniku urządzenia dochodzi do odparowania czynnika, którego temperatura wrzenia zawiera się w granicach od około -40 o C do około 10 o C. Podczas tego procesu czynnik intensywnie odbiera ciepło z dolnego źródła, co prowadzi do obniżenia jego temperatury, czyli chłodzenia. Odparowany czynnik roboczy zasysany jest przez sprężarkę, do której należy dostarczyć energię z zewnątrz zgodnie z II Zasadą Termodynamiki. Czynnik ziębniczy ulega sprężeniu rośnie jego temperatura i ciśnienie. Następnie trafia on do skraplacza, w którym oddaje ciepło do górnego źródła (otoczenia) i ulega skropleniu. Ze skraplacza skropliny kierowane są do zaworu rozprężnego, gdzie ma miejsce ich rozprężenie (obniżenie ciśnienia) do ciśnienia panującego w parowniku. W tym miejscu obieg się zamyka, a cały cykl jest powtarzany. Oprócz najbardziej podstawowych elementów konstrukcyjnych wymienionych w tym podrozdziale, stanowiących absolutne minimum, rzeczywisty układ sprężarkowy jest wyposażony w dodatkowe oprzyrządowanie kontrolnopomiarowe jak np. wziernik, presostat, filtr-osuszacz, zawory elektromagnetyczne, termopary, manometry itd. Wymienione podzespoły zostaną opisane w części dotyczącej charakterystyki stanowiska laboratoryjnego. 7

8 Chłodziarka absorpcyjna Tego typu chłodziarka działa na zasadzie krążenia czynnika chłodniczego między absorberem (tutaj jest pochłaniany) a desorberem (w chłodziarce tę funkcję spełnia warnik). W desorberze czynnik chłodniczy wydziela się z roztworu. Układ absorbera i desorbera stanowi de facto sprężarkę chemiczną, pozostała część obiegu jest identyczna jak w chłodziarce sprężarkowej. Chłodziarki absorpcyjne to pierwsze chłodziarki elektryczne. Z wynalezieniem chłodziarek sprężarkowych, które są bardziej wydajne, systematycznie przechodzono na nowe rozwiązanie. W pewnych sytuacjach stosuje się je do dziś. Przykładem mogą być chłodziarki małe, stacjonarne (poniżej 1 m wysokości). W tego typu chłodziarkach nie montuje się sprężarek, gdyż układ sprężarkowy, mimo że bardziej wydajny, zajmuje więcej miejsca. Charakterystycznym typem chłodziarek absorpcyjnych jest chłodziarka gazowa. W typowej chłodziarce warnikiem jest grzałka elektryczna, a w gazowej palnik gazowy. To rozwiązanie jest często stosowane w miejscach, gdzie nie ma prądu lub częste są jego zaniki, a urządzenie łatwo może być podłączone do butli gazowej, np. w przyczepach kempingowych. W tego typu chłodziarkach często zamontowana jest też grzałka i urządzenie można zasilać zarówno prądem, jak i gazem. Chłodziarka adsorpcyjna Jest to urządzenie realizujące obieg chłodniczy w podobny sposób, co chłodziarka absorpcyjna, z tą jednak różnicą, że wykorzystywany jest proces adsorpcji. Ten fakt powoduje, że urządzenie jest zbudowane zgoła inaczej. Adsorpcja zachodzi na powierzchni ciała stałego (np.: węglu aktywnym), więc nie ma możliwości przepływu ani roztworu bogatego ani roztworu ubogiego, jak to się dzieje w przypadku chłodziarki absorpcyjnej. Chłodziarka termoelektryczna Chłodziarka termoelektryczna opiera swoje działanie na efekcie Peltiera. Elementem chłodzącym są w niej Moduły Peltiera. Chłodziarka magnetyczna W ostatnich latach zaczęły się również pojawiać chłodziarki wykorzystujące efekt magnetokaloryczny. Ich zaletą jest sprawność wyższa o ok. 40% od konstrukcji tradycyjnych. Chłodziarka termoakustyczna Termoakustyczne urządzenia chłodnicze oparte są na efekcie termoakustycznym, który został odkryty ponad 100 lat temu przez dmuchaczy szkła. Zauważyli oni że długa rura która na jednym końcu jest rozgrzana a na drugim końcu chłodna generuje dźwięk. Kilka dekad później zauważono że da się efekt odwrócić czyli działając falą akustyczną na rurę można wytworzyć gradient temperatury. Fala akustyczna rozchodząca się w np. w powietrzu to nic innego jak rozchodzące się zaburzenie gęstości, ciśnienia, temperatury i energii. Zmiana tych parametrów powoduje miejscowe przemieszczenie się wyodrębnionego elementu gazu. Termoakustyczne 8

9 urządzenie chłodnicze wykorzystuje fakt przemieszczenia się gazu do przetransportowania ciepła z ośrodka o temperaturze niższej do ośrodka o temperaturze wyższej. Schemat chłodziarki termoakustycznej Schemat chłodziarki: głośnik, gorący wymiennik ciepła, stos, zimny wymiennik ciepła, rura rezonatora. Najważniejszym elementem całego urządzenia jest stos. To dzięki niemu jest możliwa realizacja przenoszenia ciepła i uzyskiwanie gradientu temperatury. Stos najczęściej zbudowany jest w postaci cienkich warstw tworzących między sobą szczeliny o określonych wysokościach. Geometria stosu jest w różnych wariancjach np.: kratkowa, spiralna, iglicowa. Materiał z którego wykonany jest ten element powinien się charakteryzować pojemnością cieplną większą od gazu który znajduje się wewnątrz rezonatora oraz małą przewodnością cieplną aby zapobiec przepływie ciepła od wymiennika gorącego do zimnego. 2. Charakterystyka stanowiska laboratoryjnego Stanowisko laboratoryjne przeznaczone do badania układu chłodniczego tworzą następujące elementy: hermetyczna sprężarka tłokowa firmy Embraco o pojemności skokowej 12,11 cm 3, pracująca w zakresie temperatur czynnika od C do C oraz zasilana napięciem 230 V o częstotliwości 50 Hz, 1- fazowa. Jej maksymalne ciśnienie po stronie ssania wynosi: 0,83 MPa, natomiast maksymalne ciśnienie po stronie tłoczenia: 2,8 MPa. skraplacz chłodzony powietrzem z wbudowanym wentylatorem o mocy 16 W, zbiornik na czynnik chłodniczy o pojemności 1,1 dm 3, 9

10 filtr osuszacz, którego zadaniem jest usunięcie zawartości wody i wilgoci z krążącego w instalacji czynnika chłodniczego, wziernik cieczy wyposażony we wskaźnik wilgoci, pozwalający ocenić i kontrolować stan czynnika chłodniczego w układzie oraz jego poziom wilgoci. Wilgoć obecna w czynniku ziębniczym jest niepożądana i niezbędne jest jej usunięcie w celu zapewnienia poprawnej pracy zaworu rozprężnego. O stanie wilgoci informuje nas odpowiedni kolor wskaźnika. Zielony oznacza brak wilgoci w czynniku, natomiast kolor żółty o jej obecności. W sytuacji pojawienia się wilgoci w układzie zaleca się wymianę filtra osuszającego. zawór elektromagnetyczny Castel służący do odcięcia bądź wznowienia przepływu czynnika w układzie, podwójny presostat niskiego i wysokiego ciśnienia podłączony do sprężarki, którego rolą jest kontrola i zabezpieczenie przed zbyt niskim ciśnieniem zasysania czynnika do sprężarki i zbyt wysokim ciśnieniem tłoczenia oraz na tej podstawie sterowanie pracą załączenia i wyłączenia sprężarki. rurka kapilarna miedziana, w której następuje dławienie czynnika oraz jego regulacja dopływu przy zasilaniu parownika, parownik z wbudowanym wentylatorem o mocy 16 W. Na rysunku 2.1. przedstawiony jest schemat budowy i opomiarowania stanowiska znajdującego się w laboratorium. 10

11 Rys. 2.1 Schemat budowy i rozmieszczenia oprzyrządowania do pomiaru. 1 parownik, 2 sprężarka, 3 skraplacz, 4 zbiornik z czynnikiem ziębniczym, 5 filtr osuszacz, 6 wziernik, 7 zawór elektromagnetyczny,8 rurka kapilarna 9 temperatura czynnika przed parownikiem, 10 temperatura czynnika za parownikiem, 11 temperatura czynnika przed skraplaczem, 12 temperatura czynnika za skraplaczem, 13 ciśnienie tłoczenia, 14 ciśnienie ssania, 15 presostat niskiego i wysokiego ciśnienia 2.1. Opis układu pomiarowego Urządzenia pomiarowe są zintegrowane ze środowiskiem Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench autorstwa firmy National Instruments zwanym w skrócie, jako LabVIEW. Poprzez zaprogramowaną do tego celu aplikację możliwy jest odczyt parametrów pracy układu chłodniczego. Na rysunku 2.2. przedstawiony jest widok interfejsu pomiarowo-sterującego aplikacji. W interfejsie użytkownika umieszczono kontrolki do sterowania włączeniem i wyłączeniem działania urządzenia (ON/OFF oraz STOP). Ponadto do dyspozycji jest odczyt następujących wielkości: temperatura czynnika chłodniczego na wejściu do parownika, [ o C] temperatura czynnika chłodniczego na wyjściu z parownika, [ o C] temperatura czynnika chłodniczego na wejściu do skraplacza, [ o C] 11

12 temperatura czynnika chłodniczego na wyjściu ze skraplacza, [ o C] ciśnienie zasysania czynnika przez sprężarkę (ciśnienie niskie/rozprężania), [bar] ciśnienie tłoczenia ( ciśnienie wysokie/sprężania), [bar] Na rysunku 2.2. przedstawiony jest widok interfejsu pomiarowo-sterującego aplikacji. Rys Widok interfejsu aplikacji kontrolno- pomiarowej. 1 temperatura czynnika na wylocie z parownika, 2 temperatura czynnika na wlocie do skraplacza, 3 ciśnienie ssania, 4 ciśnienie sprężania, 5 temperatura czynnika na wlocie do parownika, 6- temperatura czynnika na wylocie ze skraplacza, 7 parametry elektryczne sprężarki, 8 legenda wykresu, 9 wykres wartości mierzonych temperatur i ciśnień w funkcji czasu, 10 Przycisk ON/OFF, 11- przycisk STOP Wyjścia urządzeń pomiarowych takich jak czujniki temperatur, manometry, woltomierze czy amperomierze są podłączone do karty pomiarowej. Aplikacja kontrolno-pomiarowa odczytuje dane z karty i wyświetla je za pomocą wcześniej zaprogramowanych kontrolek i wskaźników tworzących program jak na rysunku 2.2. Taka konstrukcja pozwala na zintegrowany odczyt parametrów pracy agregatu chłodniczego w czasie rzeczywistym ze wszystkich urządzeń, a następnie archiwizację tych danych i możliwość dalszej obróbki dzięki pakietom obliczeniowych i biurowym. 12

13 Oszczędza to czas oraz pozwala zminimalizować błąd ludzki podczas manualnych odczytów z każdego miernika osobno. Oprócz parametrów temperatury i ciśnienia w ramce parametry elektryczne przedstawione są wartości napięcia, natężenia i mocy pobieranej przez sprężarkę. Po prawej stronie interfejsu programu znajduje się wykres, na którym w czasie rzeczywistym rysowane są zależności temperatur wejścia i wyjścia czynnika z parownika i skraplacza oraz ciśnienia ssania i sprężania w zależności od czasu odczytu. Każdy parametr ma przyporządkowany odpowiadający mu kolor, który można odczytać na załączonej obok wykresu legendzie Warianty konfiguracji stanowiska Wariant nr 1 to podstawowa konfiguracja, w jakiej pracowało stanowisko przed zmianami konstrukcyjnymi. Zarówno parownik jak i skraplacz pracują w temperaturze otoczenia panującej w laboratorium, co przedstawia poniższy rysunek 2.3. Rys Fotografia obrazująca wariant konfiguracji nr 1 Wariant nr 2 to konfiguracja, w której zimne powietrze na wyjściu z wentylatora parownika trafia do komory poprzez rurę spiro, a następnie jest kierowane z powrotem na wejście parownika w celu pokazania wpływu spadku temperatury pracy parownika na wydajność chłodniczą i współczynnik EER. Rysunek 2.4. ilustruje tę konfigurację. 13

14 Rys Fotografia obrazująca wariant konfiguracji nr 2 Wariant nr 3 przedstawiony na rysunku 2.5. symuluje chłodzenie skraplacza za pomocą powietrza pochodzącego z komory. W tej konfiguracji powietrze z wentylatora parownika trafia do komory, a następnie jest kierowane na wejście do wentylatora skraplacza. Wpływa to na schłodzenie skraplacza oraz pozwala ocenić wpływ na wydajność chłodniczą i współczynnik EER. Rys Fotografia obrazująca wariant konfiguracji nr 3 14

15 3. Przebieg ćwiczenia 3.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika EER dla trzech dostępnych wariantów konfiguracji stanowiska oraz porównanie otrzymanych wartości Procedura wyznaczenia pomiarów Przed rozpoczęciem wykonywania wszelkich czynności w laboratorium należy zapoznać się z regulaminem pracowni a także z instrukcją załączoną do ćwiczenia oraz stosować się do poleceń prowadzącego. Nie wolno podejmować działań, które byłyby niezgodne z zasadami BHP oraz mogłyby powodować bezpośrednie zagrożenie życia i zdrowia osób przebywających w laboratorium, a także działań niewymienionych w instrukcji bez uprzedniej zgody. Wszelkie awarie, usterki, wycieki i nieregularności powinny być niezwłocznie zgłoszone prowadzącemu. Procedura wyznaczenia pomiarów jest następująca: 1. Zapoznać się z instrukcją dołączoną do ćwiczenia, zwracając szczególną uwagę na budowę stanowiska oraz możliwe warianty pracy. 2. Włączyć komputer, a następnie uruchomić aplikację LabVIEW układ chłodniczy znajdującą się na pulpicie. 3. Włączyć miernik temperatury YCT YC-747UD DATA LOGGER THERMOMETER i podłączyć do jego kanałów dwie termopary otrzymane od prowadzącego. 4. Umieścić jedną z termopar wewnątrz komory, przebijając nią górną ścianę styropianową, natomiast za pomocą drugiej termopary mierzyć temperaturę otoczenia w laboratorium. 5. Skonfigurować układ połączeń według wariantu nr 1 łącząc wyjście z wentylatora parownika z komorą za pomocą rury spiro. 6. Sprawdzić sztywność połączeń, w razie potrzeby dokręcić opaskę ślimakową. 7. Przygotować stoper. 8. Włączyć układ chłodniczy za pomocą przycisku ON w aplikacji LabVIEW układ chłodniczy oraz włączyć stoper. 9. Przed rozpoczęciem właściwych pomiarów odczekać 5 minut w celu uzyskania optymalnych warunków pracy urządzenia. 15

16 10. Po upływie 5 minut zacząć właściwy pomiar. 11. Co 30 sekund przez 10 minut zapisywać wartości parametrów wyświetlanych w aplikacji układ chłodniczy oraz odczytywać temperaturę w komorze. 12. Wyłączyć układ chłodniczy przyciskiem OFF w aplikacji LabVIEW. 13. Po przeprowadzeniu pomiarów pierwszej konfiguracji układu przejść do konfiguracji według wariantu nr 2: za pomocą pierwszej rury spiro połączyć wyjście z wentylatora parownika z wejściem do komory za pomocą drugiej rury spiro połączyć wyjście z komory z wejściem do wentylatora parownika 14. Zadbać o szczelność połączeń, w razie potrzeby dokręcić mocniej opaskę ślimakową. 15. Włączyć układ za pomocą przycisku ON w aplikacji, włączyć stoper i rozpocząć pomiary. 16. Zapisywać co 30 sekund przez 10 minut parametry pracy chłodziarki oraz temperaturę we wnętrzu komory z miernika YCT YC-747UD DATA LOGGER THERMOMETER. 17. Następnie po skończeniu pomiaru wyłączyć układ chłodniczy przyciskiem OFF w aplikacji LabVIEW. 18. Przejść do zmiany konfiguracji stanowiska według wariantu nr 3: pierwszą rurą spiro połączyć wyjście z wentylatora parownika z wejściem do komory drugą rurą połączyć wyjście z komory z wejściem do wentylatora skraplacza. 19. Ponownie wykonać czynności według punktów Wyłączyć aplikację i komputer oraz pozostawić porządek na stanowisku pracy Procedura prowadzenia obliczeń i opracowanie wyników Zebrane w trakcie ćwiczenia dane należy umieścić w tabeli 3.1., której format i wygląd przedstawiony jest poniżej. 16

17 Tabela 3.1. Wzór tabeli wyników pomiarów Wariant nr :.. Temperatura otoczenia: Lp. T 1 [ o C] T 2 [ o C] T 3 [ o C] T 4 [ o C] Ciśnienie ssania[bar] Ciśnienie tłoczenia[bar] Temperatura w komorze[ o C] Gdzie: T 1 temperatura czynnika na wyjściu z parownika T 2 temperatura czynnika na wejściu do skraplacza T 3 temperatura czynnika na wyjściu ze skraplacza T 4 temperatura czynnika na wejściu do parownika Korzystając z danych umieszczonych w tabeli 3.1. należy przejść do wykonania obliczeń. Pierwszym krokiem jest wyznaczenie entalpii czynnika w poszczególnych punktach pracy zgodnie z rysunkiem 3.1. Rys Punkty pracy obiegu urządzenia chłodniczego W tym celu można wykorzystać wykres czynnika R404a we współrzędnych ciśnienie - entalpia właściwa przedstawionego wcześniej na rysunku 6.3. Jednakże w celu zwiększenia dokładności odczytu poszczególnych entalpii zaleca się skorzystanie ze specjalnego pakietu przeznaczonego do obliczeń parametrów 17

18 czynników chłodniczych np. DUPREX, Thermofluids.net, REFPROP itp. Skróci to czas opracowywania dużej ilości danych oraz pozwoli na uzyskanie bardziej precyzyjnych wartości entalpii, szczególnie w przypadku małych różnic temperatury i ciśnienia pomiędzy kolejnymi seriami pomiarów. W obliczeniach należy przyjąć, że czynnik chłodniczy jest dławiony izentalpowo w rurce kapilarnej zgodnie z wykresem na rysunku 3.1. W poniższej tabeli 3.2. należy umieścić wartości odczytanych entalpii oraz dokonać obliczeń wydajności chłodniczej i mocy pobieranej przez sprężarkę. Tabela 3.2. Tabela wynikowa Wariant nr:.. Lp. i 1 [kj/kg] i 2 [kj/kg] i 3 [kj/kg] i 4 [kj/kg] q d [kj/kg] l s [kj/kg] EER Następnie po dokonaniu obliczeń współczynnika EER należy wykonać wspólny wykres, na którym zostanie przedstawiona zależność jak kształtowały się wartości współczynnika EER w każdym z wariantów konfiguracji w zależności od numeru serii pomiaru. Po wykonaniu wykresów należy napisać wnioski, w których zawarta będzie analiza otrzymanych wyników, ich porównanie oraz uzasadnienie. 4. Sposób wykonania sprawozdania Sprawozdanie należy wykonać w grupie osób o liczebności ustalonej indywidualnie przez prowadzącego i oddać maksymalnie do terminu kolejnych zajęć laboratoryjnych. Powinno ono zawierać następujące elementy: stronę tytułową zgodną ze wzorem załączonym na końcu instrukcji, cel przeprowadzanego ćwiczenia laboratoryjnego, krótką charakterystykę stanowiska ze schematem budowy, opomiarowania i trzema badanymi wariantami konfiguracji, opracowanie wyników uzyskanych podczas ćwiczenia przeprowadzone według procedury zamieszczonej w punkcie 3.3. wnioski 18

19 5. Lista pytań kontrolnych do kolokwium 1. Wyjaśnić różnice między obiegami prawobieżnymi i lewobieżnymi. 2. Podać II zasadę termodynamiki. 3. Opisać, z jakich przemian składa się lewobieżny obieg Carnota, narysować wykres i podać jego cechy charakterystyczne. 4. Opisać chłodniczy obieg Lindego oraz narysować jego wykres we współrzędnych ciśnienie - entalpia właściwa. 5. Co to są czynniki chłodnicze? Podać ich systematykę. 6. Co to jest współczynnik EER? Podać definicję oraz niezbędne wielkości i wzory. 7. Opisać budowę i zasadę działania sprężarkowego układu chłodniczego. 8. Wymienić i krótko opisać trzy dostępne warianty konfiguracji stanowiska laboratoryjnego 9. Jaką rolę w budowie układu chłodniczego pełnią: filtr osuszacz oraz wziernik cieczy? 6. Literatura [1] Kazimierz M. Gutkowski : Chłodnictwo i klimatyzacja,wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa [2] Maciej Żyrkowski: Sprężarkowe pompy ciepła, opracowanie dostęp : [3] Zbiór Wikipedia Commons : Jednostopniowy obieg Lindego w układzie lg p-h [4] Marian Rubik : Pompy ciepła w systemach geotermii niskotemperaturowej, MULTICO Oficyna Wydawnicza Warszawa [5] Dane ze strony internetowej firmy TCHW-Technika Chłodzenia: czynnik chłodniczy R404a, dostęp : [6] Zenon Bonca, Waldemar Targański: Badanie chłodziarki sprężarkowej, instrukcja do ćwiczenia, dostęp: 19

20 [7] GASCO Nerderland, DTU, Department of Energy Engineering: wykres czynnika R404a Załączniki do instrukcji 1. Tabela tytułowa do sprawozdania Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie Laboratorium Maszyn Cieplnych i Przepływowych KMCiP TEMAT ĆWICZENIA: Badanie współczynnika EER sprężarkowego układu chłodniczego Kierunek /grupa lab. Imię i Nazwisko Data wykonania Data Oddania Ocena/Zaliczenie 20

21 2. Wykres czynnika R404a we współrzędnych ciśnienie entalpia właściwa [7] 21