กระบวณการทางไซโครเมตริกและph chart

ไซโครเมตริก

แผนภาพ Enthalpy ความดัน

แผนภาพนี้อธิบายความสัมพันธ์ของความดันและเอนทาลปีของสารทำความเย็นที่เลือก เพื่อให้เข้าใจแผนภาพนี้ได้ดีที่สุดควรไปผ่านรอบการบีบอัดไอบนแผนภาพ PH

การทำความเข้าใจแผนภาพ PH

ในแผนภาพ PH ความดันจะแสดงบนแกน y และแสดงเอนทาลปีบนแกน x โดยทั่วไปแล้ว enthalpy อยู่ในหน่วยของ Btu / lb และความดันอยู่ในหน่วยของปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) ตัวเลข U ที่แสดงในแผนภาพแสดงถึงจุดที่สารทำความเย็นเปลี่ยนเฟส เส้นโค้งด้านซ้ายที่ระบุถึงเส้นโค้งของของเหลวอิ่มตัวและเส้นโค้งทางด้านขวาจะแสดงเส้นอิ่มตัวของไอ บริเวณที่อยู่ระหว่างเส้นโค้งทั้งสองอธิบายสภาพของสารทำความเย็นที่มีส่วนผสมของทั้งของเหลวและไอระเหย ตำแหน่งทางด้านซ้ายของเส้นโค้งอิ่มตัวของเหลวแสดงให้เห็นว่าสารทำความเย็นอยู่ในรูปของเหลวและตำแหน่งทางด้านขวาของเส้นอิ่มตัวของไอแสดงให้เห็นว่าสารทำความเย็นอยู่ในรูปของไอ จุดที่ทั้งสองโค้งพบเรียกว่าจุดวิกฤติ ความสำคัญของจุดนี้คือเมื่อใดก็ได้ด้านบนไม่มีแรงดันเพิ่มเติมจะเปลี่ยนไอเป็นของเหลว แผนผังความดัน - เอนฮาล์ปที่ง่ายขึ้นแสดงด้านล่างเพื่ออธิบายข้อมูลนี้

เส้นโค้งแบ่งแผนภาพออกเป็นสามส่วน (1) ของเหลว (2) ไอและ (3) มิกซ์

(1) ภาคของเหลว: ภูมิภาคของเหลวเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นพื้นที่ที่มีการระบายความร้อนย่อย ในภูมิภาคนี้จะมีเส้นอุณหภูมิในแนวตั้งซึ่งเพิ่มขึ้นเมื่อเอนทัลปีเพิ่มขึ้น รูปที่ 8 เป็นแผนภาพ PH ง่ายที่แสดงเส้นอุณหภูมิคงที่

(2) Vapor Region: บริเวณไอเป็นที่รู้จักกันว่าเป็นพื้นที่ที่มีความร้อนสูง ในภูมิภาคนี้จะมีเส้นอุณหภูมิในแนวตั้งซึ่งเพิ่มขึ้นเมื่อเอนทัลปีเพิ่มขึ้น ดูรูปที่ 8 นอกจากนี้ยังมีบรรทัดของเอนโทรปีคงที่ซึ่งมีความสำคัญเช่นกัน เอนโทรปีเป็นตัวชี้วัดความวุ่นวายในระบบ

(3) ภาคผสมของของเหลว - ไอ: ในบริเวณนี้แผนภาพ PH แสดงเส้นอุณหภูมิในแนวนอนซึ่งแสดงถึงอุณหภูมิคงที่ บริเวณผสมเป็นภูมิภาคการเปลี่ยนเฟสซึ่งการเติมเอนทัลปีจะทำให้ของเหลวเพิ่มขึ้นกลายเป็นไอแทนที่จะเพิ่มอุณหภูมิ รูปที่ 8 แสดงเส้นอุณหภูมิในแนวนอนในบริเวณผสม นอกจากนี้ยังมีเส้นโค้งที่สูงชันซึ่งแสดงถึงคุณภาพ คุณภาพคือการวัดอัตราส่วนของมวลไอในมวลรวม ตัวอย่างเช่นคุณภาพของ 0.1 หรือ 10% ซึ่งอยู่ใกล้กับเส้นอิ่มตัวของเหลวอธิบายจุดที่มีไอ 10% โดยมวล เส้น 0.9 หรือ 90% ซึ่งอยู่ใกล้เส้นไออิ่มตัวจะอธิบายจุดที่มีไอ 90% โดยมวล รูปที่ 7 แสดงถึงเส้นคุณภาพ

แกน xy ของแผนภาพ PH คือเส้นความดันที่วิ่งจากซ้ายไปขวา เส้น enthalpy เป็นเส้นแนวตั้ง กราฟโครงกระดูกที่แสดงด้านล่างแสดงถึงความดัน - เอนฮาลปี

วงจรเครื่องทำความเย็น

หนึ่งในทักษะที่สำคัญที่สุดที่จำเป็นสำหรับวิศวกรมืออาชีพในสาขา HVAC และเครื่องทำความเย็นกำลังนำทางวงจรทำความเย็นบนแผนภาพความดัน - เอนทาลปี ส่วนต่อไปนี้จะแสดงแต่ละส่วนที่เฉพาะเจาะจงของวงจรทำความเย็นบนแผนภาพความดัน - เอนทาลปีและจะเน้นจุดสำคัญและการคำนวณที่จำเป็นด้วย

ในคำอธิบายนี้สารทำความเย็น R-134a ถูกใช้เป็นตัวอย่าง ขอแนะนำให้วิศวกรรับสำเนาแผนภาพ PH สำหรับ R-134a และสารทำความเย็นทั่วไปอื่น ๆ แผนผังเหล่านี้สามารถพบได้ในหนังสือ ASHRAE Fundamentals แผนผังตัวอย่าง R-134a แสดงไว้ด้านล่างด้วยวงจรการทำความเย็นตัวอย่างระบุเครื่องระเหย (ขั้นตอนที่ 1) (ขั้นตอนที่ 2) คอมเพรสเซอร์ (ขั้นตอนที่ 3) คอนเดนเซอร์และ (ขั้นตอนที่ 4) อุปกรณ์ขยายตัว

ขั้นที่ 1: EVAPORATOR

สารทำความเย็นที่เข้าสู่เครื่องระเหยเป็นสารผสมของเหลวไอเย็นและบางส่วน ความดันและอุณหภูมิในการทำงานของเครื่องระเหยเรียกว่าแรงดันดูดและอุณหภูมิในการดูด ท่อดูดคือท่อส่งก๊าซสารทำความเย็นจากเครื่องระเหยไปยังคอมเพรสเซอร์ เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าในบริเวณผสมความดันและอุณหภูมิเป็นตัวแปรขึ้นอยู่กับ

ตัวอย่างเช่นถ้าคอมเพรสเซอร์ทำงานที่ความดันดูดที่ 36.8 psia แรงดันไอระเหยที่เท่ากับ 36.8 psia และอุณหภูมิการระเหยของเหลวที่สอดคล้องกันคือ 25 องศาฟาเรนไฮซ์ดูรูปด้านล่างสำหรับจุด A และ B (ค่าสำหรับสารทำความเย็น R-134a) . ถ้าคอมเพรสเซอร์ทำงานที่ความดันดูดที่ 49.7 psia แรงดันไอน้ำระเหยเท่ากับ 49.7 psia และอุณหภูมิของเครื่องระเหยเป็น 40 องศาฟาเรนไฮต์ ดูด้านล่างสำหรับคะแนน A 'และ B' (ค่าสำหรับ Refrigerant R-134a)

เครื่องระเหยเคลื่อนย้ายสารทำความเย็นจากจุด A (ส่วนผสมของเหลวไอบางส่วน) ไปยังจุด B ซึ่งเป็นสารทำความเย็นแบบไอสารอิ่มตัวเต็มที่ เมื่อเครื่องระเหยระเหยถ่ายเทความร้อนไปสู่สารทำความเย็นจะไม่มีการเพิ่มอุณหภูมิเนื่องจากความร้อนทั้งหมดถูกใช้เพื่อเปลี่ยนของเหลวที่เหลือให้เป็นแก๊ส ในเครื่องระเหยที่เหมาะมีการถ่ายเทความร้อนเพียงพอที่จะแปลงของเหลวทั้งหมดให้เป็นแก๊สและไม่มีอะไรเพิ่มเติม ดังนั้นผลลัพธ์ของเครื่องระเหยที่เหมาะคือไอ 100% ที่อุณหภูมิการป้อนเดียวกันโปรดดูรูปด้านล่าง ในรูปนี้เราจะเห็นว่าในขณะที่สารทำความเย็นเคลื่อนที่ผ่านเครื่องระเหยให้อุณหภูมิยังคงเหมือนเดิมและเปอร์เซ็นต์ของไอเพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงความอิ่มตัว 100%

นอกจากนี้ในรูปด้านบนเป็นคำที่มีความร้อนสูงเกินไป ถ้าเพิ่มความร้อนเข้าไปในสารทำความเย็นแบบไอน้ำ 100% ความร้อนจะถูกใช้เพื่อเพิ่มอุณหภูมิและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นนี้เรียกว่าฮีทเทอร์

ในภาพด้านล่างเครื่องระเหยที่มีความร้อนสูงถึง 15 ° F จะปรากฏขึ้น สารทำความเย็นถึง 100% ไอก่อนที่จะออกจากเครื่องระเหย ความร้อนเพิ่มเติมทั้งหมดจากจุดนี้ถูกใช้เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของสารทำความเย็นจนถึงอุณหภูมิที่ 40 ° F สารทำความเย็นนี้มีความร้อนสูงถึง 15 องศาฟาเรนไฮต์เนื่องจากอุณหภูมิสุดท้ายอยู่ที่ 15 องศาโดยผ่านอุณหภูมิอิ่มตัว 25 องศาฟาเรนไฮต์ มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าแรงดันคงที่ตลอดระเหย

ในรูปความดันความร้อนจะแสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนที่ในแนวนอนตามแนวความดันดูดผ่านเส้นผ่านศูนย์กลาง 100% รูปที่หน้าถัดไปแสดงความแตกต่างระหว่าง 0 ° F และ 15 ° F มากเกินไป จุด B คือจุดไอ 100% ที่ความดันไอระเหย / ดูดที่คงที่เท่ากับ 36.8 psia และอุณหภูมิ 25 องศาฟาเรนไฮต์ จุด B 'จากความร้อน / เอนทาลปีเพิ่มเข้าไปในสารทำความเย็น สารทำความเย็นเคลื่อนที่จากจุด B ไปยังจุด B 'ซึ่งอุณหภูมิที่ได้จะอยู่ที่ 40 ° F

ขั้นตอนที่ 2: คอมเพรสเซอร์

คอมเพรสเซอร์มีลักษณะการดูดและการปลดปล่อยสารทำความเย็น เส้นแนวนอนจะถูกดึงออกมาจากแผนภาพ enthalpy ความดันสำหรับความดันและการปล่อย อุณหภูมิขาเข้าของคอมเพรสเซอร์จะถูกใช้เป็นจุดเริ่มต้นของคอมเพรสเซอร์ตามที่แสดงไว้ในจุด B 'ดังรูปด้านล่าง คอมเพรสเซอร์จะเพิ่มความดันของสารทำความเย็นให้สูงสุด การบีบอัดเกิดขึ้นที่เอนโทรปีคงที่เรียกว่าการบีบอัดแบบ isentropic ดังนั้นการตัดกันของสายเอนโทรปีและเส้นความดันคงที่จะระบุสภาวะสุดท้ายของก๊าซสารทำความเย็นที่ออกจากคอมเพรสเซอร์ดังแสดงในรูป C 'ในรูปด้านล่าง

ทักษะทั่วไปที่จำเป็นสำหรับวิศวกรมืออาชีพคือการกำหนดงานที่ทำโดยคอมเพรสเซอร์ งานนี้แสดงในรูปด้านบนเป็นความแตกต่างระหว่างคอมเพรสเซอร์เข้า enthalpy (H1) และ enthalpy ปล่อย (H2) สมการเพื่อตรวจสอบการทำงานของคอมเพรสเซอร์ดังแสดงด้านล่าง สมการนี้คูณอัตราการไหลของเครื่องทำความเย็นโดยการเปลี่ยนเอนทาลปีระหว่างสภาวะการปลดปล่อยและสภาวะการดูด

แกน xy ของแผนภาพ PH คือเส้นความดันที่วิ่งจากซ้ายไปขวา เส้น enthalpy เป็นเส้นแนวตั้ง กราฟโครงกระดูกที่แสดงด้านล่างแสดงถึงความดัน - เอนฮาลปี

ขั้นที่ 3: CONDENSER

สารทำความเย็นที่ป้อนคอนเดนเซอร์อยู่ในขณะนี้ซึ่งเป็นก๊าซทำความเย็นแรงดันสูง คอนเดนเซอร์จะแสดงบนแผนภาพความดัน - เอนทาลปีเป็นเส้นแนวนอน เส้นแนวนอนนี้เป็นเส้นของแรงดันคงที่ซึ่งสอดคล้องกับแรงดันการจ่ายของคอมเพรสเซอร์ คอนเดนเซอร์ดำเนินการจากด้านขวาไปซ้ายในสามขั้นตอนต่อไปนี้:

(1) แก๊สร้อนยวดยิ่งจะเย็นลงสู่อุณหภูมิอิ่มตัว [C '160 ° F ถึง D' 140 ° F] คูลลิ่งจะเกิดขึ้นจากการไหลของความร้อนจากก๊าซทำความเย็นร้อนไปยังตัวทำความเย็นของคอนเดนเซอร์

(2) ต่อมาไอเสียอิ่มตัว 100% ที่ D 'ถูกเปลี่ยนเป็นของเหลวอิ่มตัว 100% ที่ D' ความร้อนสูญหายไปกับสารทำความเย็นของคอนเดนเซอร์เมื่อไอของสารควบแน่นเป็นของเหลว

(3) ในที่สุดของเหลวอิ่มตัว 100% จะถูกทำให้เย็นลงจาก D 'ถึง D' '[140 ° F ถึง 115 ° F] ในตู้คอนเดนเซอร์ที่เหมาะไม่มีการระบายความร้อนย่อย ๆ เกิดขึ้น เมื่อสารทำความเย็นเป็นของเหลวอิ่มตัวเต็มที่การสูญเสียความร้อนใด ๆ เพิ่มเติมส่งผลให้อุณหภูมิลดลง การทำความเย็นของของเหลวอิ่มตัวนี้เรียกว่า sub-cooling ในตัวอย่างนี้สารทำความเย็นได้ผ่านการระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิ 25 องศาฟาเรนไฮต์และทำให้อุณหภูมิที่แช่เย็นอยู่ที่ 115 องศาฟาเรนไฮต์

คำถามทั่วไปคือการตรวจสอบความร้อนที่ถูกขจัดออกจากคอนเดนเซอร์ซึ่งแสดงในรูปด้านบนเป็นความแตกต่างระหว่างคอนเดนเซอร์เข้าสู่สภาพ (H2) กับสภาวะการปล่อย (H4) สมการในการหาผลคอนเดนเซอร์สุทธิแสดงไว้ด้านล่าง สมการนี้คูณอัตราการไหลของเครื่องทำความเย็นโดยการเปลี่ยนเอนทัลปีระหว่างทางเข้าและทางออกของคอนเดนเซอร์

แกน xy ของแผนภาพ PH คือเส้นความดันที่วิ่งจากซ้ายไปขวา เส้น enthalpy เป็นเส้นแนวตั้ง กราฟโครงกระดูกที่แสดงด้านล่างแสดงถึงความดัน - เอนฮาลปี

ขั้นตอนที่ 4: อุปกรณ์เพิ่มกำลัง

อุปกรณ์ขยายตัวเป็นตัวเทียบคอมเพรสเซอร์ ในทำนองเดียวกันอุปกรณ์ขยายตัวเป็นลักษณะโดยแรงดันการดูดและการปล่อย เส้นแนวนอนจะถูกดึงออกมาอีกครั้งในแผนภาพความดัน - เอนทาลปีของเครื่องทำความเย็น เงื่อนไขการป้อนข้อมูลของอุปกรณ์ขยายจะขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการควบแน่นของคอนเดนเซอร์

มีสองเงื่อนไขการเข้าสู่อุปกรณ์การขยายตัวที่แสดงในแผนภาพต่อไปนี้ สถานการณ์แรกมีอุณหภูมิความร้อนต่ำกว่า 0 องศาฟาเรนไฮต์และสถานการณ์ที่สองมีอุณหภูมิต่ำกว่า 15 องศาฟาเรนไฮต์

อุปกรณ์ขยายตัวนี้จะขยายก๊าซสารทำความเย็นแรงดันสูงไปสู่สารละลายที่เป็นของเหลวไอของสารละลายที่มีความดันต่ำ การขยายตัวแบบ Adiabatic แสดงให้เห็นว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปี้และมีลักษณะเป็นเส้นแนวตั้งที่ลดลงตามที่แสดงในกราฟด้านล่าง

หมายเหตุในกราฟด้านล่างเมื่อสารทำความเย็นเคลื่อนที่จากจุด D ไปยังจุด A สารทำความเย็นจะเคลื่อนที่จากช่วงของเหลวของกราฟไปยังบริเวณผสมของไอและของเหลว ปริมาณก๊าซที่เกิดขึ้นระหว่างการขยายตัวนี้เรียกว่าแก๊สแฟลช