Temat: Systemy do precyzyjnej regulacji temperatury w obiektach chłodzonych o dużej i małej pojemności cieplnej. Paweł Paszkowski SUChiKl Semestr IX Rok akademicki 2010/2011
SPIS TREŚCI Regulacja temperatury oraz zadania regulacji. Charakterystyka pojemności cieplnej. Pojemność cieplna obiektu, w stosunku do środowiska chłodzonego. Charakterystyka temperatury ośrodka chłodzonego. Systemy precyzyjnej regulacji temperatury obiektów chłodzonych. Podsumowanie i bibliografia. 2
ZADANIA REGULACJI Regulacja jest to utrzymywanie na odpowiednim poziomie wymaganych warunków dla danego procesu. Istotnymi cechami regulacji są: Zmniejszanie ewentualnych odchyleń parametrów, pojawiających się na etapie regulacji. Adaptacja do zmiennych warunków mogących pojawić się w otoczeniu zewnętrznym jak i wewnętrznym danego procesu. REGULACJA TEMPERATURY Regulacja temperatury jest to utrzymywanie w danym zakresie odpowiednich temperatur, przy zastosowaniu odpowiedniej automatyki np. chłodniczej. W procesie chłodzenia regulacja temperatury jest nieodzownym elementem, wpływa ona często dość istotnie na jakość i trwałość przechowywanych produktów!!! Niepożądanymi warunkami wpływającymi na stan temperatury są: Wymiana ciepła z otoczeniem, przy zmieniającej się temperaturze i wilgotności na zewnątrz danego obiektu. Zyski ciepła od ludzi lub urządzeń (procesów technologicznych) znajdujących się w przestrzeni chłodzonej. 3
CHARAKTERYSTYKA POJEMNOŚCI CIEPLNEJ Pojemność cieplna stosunek ilości ciepła doprowadzonego do układu do odpowiadającego mu przyrostu temperatury. gdzie: C - pojemność cieplna Q - ciepło T - temperatura C= dq/dt Pojemność cieplna układu jest proporcjonalna do ilości materii w układzie i jej rodzaju: gdzie: c - ciepło właściwe m- masa substancji C = c * m POJEMNOŚĆ CIEPLNA OBIEKTU, W STOSUNKU DO ŚRODOWISKA CHŁODZONEGO Wpływ na pojemność cieplną w rozpatrywanym obiekcie ma: odpowiednia izolacja obiektu (komory chłodniczej) rodzaj materiałów konstrukcyjnych obiektu środowisko chłodnicze (wymagane parametry) produkt chłodzony (rodzaj, ilość, pojemność cieplna) 4
Ważnym aspektem w obiekcie chłodzonym jest zależność: Quch= Qz W przypadku nie zachowania powyższej równości może dochodzić do zaburzeń i zakłóceń (zbyt duży pobór mocy urządzenia). Zmiany obciążenia cieplnego obiektu Na powyższym wykresie zauważyć można jak istotnym aspektem jest zachowanie równowagi Quch= Qz. W przypadku obniżenia się obciążenia cieplnego z wartości Qz max do Qz min dochodzi do obniżenia się temperatury ośrodka chłodzonego co powoduje większe zużycie energii oraz wywołać może negatywne skutki u przechowywanych produktów. Wówczas aby utrzymać wartość dopuszczalnej temperatury należy przewidzieć możliwość automatycznego obniżania wydajności urządzenia z wartości Quch do Quch. 5
SYSTEMY PRECYZYJNEJ REGULACJI TEMPERATURY OBIEKTÓW CHŁODZONYCH System sterowania postojem i pracą sprężarki. W wielu małych urządzeniach chłodniczych jedyną metodą regulacji temperatury jest system on-off czyli włączanie i wyłączanie sprężarki. Regulacja dwupołożeniowa za pomocą termostatu, na przykład komorowego na poniższym rysunku oznaczonego numerem 7. Charakterystycznym elementem tego rodzaju sterowania jest występowanie stosunkowo dużych wahań temperatury. 6
Regulacja pośrednia temperatury obiektu za pomocą termostatu parownikowego (regulowana jest temperatura parowania na poniższym schemacie 1). Cechą charakterystyczną są duże zmiany temperatury parowania przy małych wahaniach temperatury w obiekcie chłodzonym. Regulacja temperatury obiektu za pomocą presostatu niskiego ciśnienia (zależność temperatury od ciśnienia spadek ciśnienia oznacza również spadek temperatury). Regulacja temperatur następuje przykładowo w małych urządzeniach np. w szafkach chłodniczych. Presostat w zależności od działającego ciśnienia ssania załącza bądź rozłącza styki, powodując wyłączenie bądź załączenie sprężarki. 7
System regulacji temperatury poprzez zmianę powierzchni wymiany ciepła (jedna sprężarka, kilka parowników). Zmiana temperatury w każdym pomieszczeniu uzyskiwana poprzez regulację wydajności chłodniczej każdego parownika. Polega na zastosowaniu systemu z zaworem elektromagnetycznym sterowanym termostatem nastawionym na żądaną temperaturę w obiekcie. System regulacji temperatury za pomocą sterowania elektronicznego EKS 67 (zawór ciśnienia parowania i regulator temperatury). Działanie systemu polega na rejestracji temperatury otoczenia za pomocą czujnika temperaturowego, który wysyła sygnał do regulatora elektronicznego EKS 67. Jeżeli wysłany sygnał różni się od sygnału zadanego, wtedy zawór KVQ pod wpływem sygnału z regulatora zamyka się lub otwiera powodując mniejszy lub większy przepływ czynnika, a tym samym obniżenie lub podwyższenie temp. powietrza znajdującego się w komorze chłodniczej. 8
System regulacji temperatury w ładowniach okrętów CVQ+EPT71 Czujnik oporowy ESD, umieszczony w przestrzeni chłodzonej kontroluje temperaturę powietrza na wyjściu z parownika i przesyła sygnały do regulatora elektronicznego EPT 71, wówczas poprzez zawór pilotujący CVQ wymuszany jest stopień otwarcia zaworu głównego PM. Zawór CVQ steruje pracą zaworu głównego tak,aby ciśnienie parowania zawsze odpowiadało bieżącemu obciążeniu cieplnemu parownika. 9
- W przypadku tego układu możliwe jest utrzymanie temperatury lub ciśnienia z dokładnością do ± 0.1 K lub ± 0.1%. - System ten jest wykorzystywany w chłodniowcach i kontenerowcach z centralnym urządzeniem chłodniczym Elektroniczny system regulacji temperatury przy pomocy sterownika do precyzyjnej regulacji temperatury EKC 361. EKC 361 i zawór (PM z pilotem CVQ) są stosowane gdy wymagana jest precyzyjna regulacja temperatury, np.: w komorach do przechowywania owoców i innych produktów spożywczych, w pomieszczeniach produkcyjnych w zakładach przemysłu spożywczego, w chłodzeniu cieczy w procesach technologicznych. ICS/PM Zawór główny ICS/PM razem z zaworem pilotowym CVQ jest układem zależnym od spadku ciśnienia na zaworze głównym służącym do regulacji temperatury medium ochładzanego. Zawór pilotowy CVQ jest regulowany przez sterownik EKC 361. 10
ICM Zawory ICM regulują temperaturę medium ochładzanego niezależnie od spadku ciśnienia wywołanego przepływem czynnika chłodniczego, a stopień ich otwarcia jest regulowany sygnałem analogowym bezpośrednio ze sterownika EKC 361. PODSUMOWANIE Wiele produktów spożywczych oraz wyrobów przemysłowych coraz częściej wymaga odpowiedniej precyzyjnej regulacji temperatury w celu osiągania coraz mniejszych wahań i odchyłek od wartości założonych. Ważnym aspektem jest też prawidłowy projekt i konstrukcja obiektu chłodzonego (odpowiednia pojemność cieplna). W skutek coraz bardziej wzrastających wymagań precyzyjnego regulowania temperatury w przyszłości wprowadzanie nowych i nowoczesnych systemów regulacji zdaje się nieuniknione. 11
BIBLIOGRAFIA Z.Bonca :Automatyka chłodnicza; Wydawnictwo Wyższej Szkoły Morskiej, Gdynia 1998 A.Wesołowski,F.Dworski: Automatyzacja urządzeń chłodniczych H-J Ullrich: Technika Chłodnicza Tom 1,IPPU Masta 2008 H-J Ullrich: Technika Chłodnicza Tom 2,IPPU Masta 2008 http://www.asc.waw.pl/pdf/chlodnictwo/aut_i_arm_przem/stero wanie_i_monitoring/ekc_361.pdf http://pl.heating.danfoss.com/ 12