STROJNIŠKI VESTNIK. Ocenjevanje hladilnih procesov

Transkripcija

1 STROJNIŠKI VESTNIK LETNIK XII LJUBLJANA, V DECEMBRU 1966 ŠTEVILKA 6 DK Pr vrednotenju hladlnh procesov orao o energj poznat tud eksergje n anergje. Kako z dagrao e, določao' eksergje, so že prkazal [1], S te dagrao pa lahko* odbrao tud anergje. S slke 1 je jasno* razvden postopek pr določtv eksergje ej n anergje b. S črtco so označene vrednost, k se nanašajo na spreen j ene pogoje okolce. Nova preca okolce a' je vrsana črtkano*. Dokaz zhaja preprosto* z dokaza za eksergjo* pr spreenjenh pogojh okolce [1] n z dejstva, da je vsota eksergje n anergje enaka energj Ocenjevanje hladlnh procesov M IRA N O P R E Š N IK W = e + b = 0. T0 (s s0) + + T 0 (s s0) = 0 (1) Ta ugotovtev velja za eksergjo* n anergjo* notranje energje. Podobno* ravnao tud pr določanju eksergje n anergje toplote. Odbranje eksergje n anergje v dagrau e, je za zobao toploto* prkazano na slk 2, pr spreenjenh pogojh okolce pa na shk 3. Ker je eksergja zobae toplote enaka razlk eksergj v končne n začetne stanju [1] Za vsoto* eksergje n anergje pa velja tud v te preru enačba (1). Preprosto pa v dagrau e, odbrao tud zgube, k nastajajo zarad nepovračljvost v procesu, Najprej s oglejo zgube eksergje pr preš. 1. Določanje eksergj n anergj eq = e2 e (2) velja enako tud pr spreenjenh pogojh okolce, ker je e-/ = Г2 o' To (s2 So ) n e / = j 0 T 0' (s s0'). Razlka obeh eksergj res predstavlja eksergjo toplote cq' = e2' e / = 2 T d (s2 Sj) (3) Sl. 2. Eksergja n anergja zoba e toplote Za anergjo* pa velja 2 2 bq = f T o d Q = T n f d s = To (S2 S j) (4) J T J n analogno ob spreenjenh pogojh okolce bq' = To' (s2 s) (5) Sl. 3. Eksergja n anergja zoba e toplote pr spre enjenh pogojh okolce

2 Zanjšanje eksergje hladlnega sredstva pr uparjanju (e* e) je večje od eksergje hladlne toplote egu. Razlka obeh so seveda zgube v uparjalnku. S slke 4 je razvdno, kako* določao te zgube grafčno. Iz stanja 4 na začetku uparjanja potegneo paralelo s teperaturo v hladlnc T// n na ordnat skoz končno stanje pr uparjanju 1 že lahko odbereo zgube. Eksergja hladlne toplote Qh je z enačbe (7) pa zhaja I e Q n 1 = e - e 2, ( 8 ) Sl. 4. Izgube eksergje pr uparjanju ezgu = (в4 e) (e t e) = e 2 ej (9) Podobno dobo zgube tud pr spreenjenh pogojh okolce, saj tud v te preru velja, da je e'zgu = (e/ e) (e/ e) = e e / (10) Sl. 5. Izgube v ko presorju Sl. 6. Izgube v dušlne ven tlu nosu toplote v uparjalnku. V splošne so zgube eksergje pr prenosu toplote ßzgu (b0)«-- (bo)ff Tf, T n T u Tu Tu QH rn TH/ tn Indeks u se nanaša na teperaturo uparjanja, ndeks H pa na teperaturo v hladlnc. Ker pa je hladlna toplota Q h hkrat zobaa, velja tud (6) U = {e4 ej) \eqll\ (7) O rezultatu se lahko takoj preprčao' z enostavno konstrukcjo'. Na slk 4 je črtkano* vrsana nova preca okolce a'. Iz stanja 1 potegneo k tej paralelo* n vertkalna razdalja ed stanje 2 n presečšče zentrope skoz 2 s paralelo- (stanje 3) je že skana zguba e Zgu- Analogno* ravnao pr zgubah v kondenzatorju. Ker pa v te preru ne odvzeao' korstne eksergje, določao zgube preprosto' po* slkah 2 ozroa 3. Tud zgube eksergje v kopresorju lahko pr spreenjenh pogojh okolce določao* preprosto'. Skoz končno stanje po kopresj 2 potegneo paralelo k nov prec okolce a', kar je razvdno s slke 5. Določtev zgub pr spreenjenh pogojh okolce* e'zgh n povečanja eksergje hladlnega sredstva Ae' je zelo* preprosta. Tud zgube eksergje v dušlne ventlu odbereo preprosto (slka 6). Skoz stanje 4 potegneo paralelo k nov prec okolce a' n skoz stanje 3 zentropo*. Določtev zgub* e Zgd j razvdna s slke. Na slk 7 sta prkazana načna za rsanje* toka eksergje n anergje pr prenosu toplote pr teperaturah, večjh od teperature okolce T > T 0. Na slk 8 pa je narsan tok eksergje n anergje pr teperaturah T < T0. Pod a) je v obeh prerh narsan načn, kakršnega je prkazal Baehr [2], pod b) pa načn, kakršnega je uporabljal Rant [3]. V obeh prerh velja, da je b<3 + eq = (11) V preru, da je* teperatura T < T0, je seveda eksergja toplote negatvna, torej userjena nasprotno od anergje. Oglejo s še kvaltatvno analzo* v konkretne preru. Proces je narsan na slk 9. Drug podatk so naslednj:

3 Sl. 7. T ok eksergje n anergje pr te peraturah T > T 0 Sl. 8. T ok eksergje n anergje pr te peraturah T < T 0 te peratura okolce T 0 = 293,15 K; & 0 = +20 C te peratura hladlnce T a = 253,15 K; &H = 20 C te peratura uparjan ja T u = 248,15 K; &u = 25»C te p eratu ra kondenzacje T = 303,15 K; & = +30 C te p eratur a p o d hlajenja T3, = 298,15 K; &3, = +25»C te peratura pare ob vstopu v ko presor T = 268,15 K; d\ = 5 C notranj (zentropn) zkorstek ko presorja r}sk = = 0,75. P o rabljeno delo je Wt$/ Ue e*9k W t = j _ 2 = Г1 ~ Г? Vsk E ntalpja po' ko presj je 3 = 47,5 0,75 4 = 4 - W, = 288,5 + 47,5 = 336,0 Sl. V enjalnku z enjana toplota je = r =,3 3 = 11,5 H ladlna toplota je Q h = I 4" 14 = 128,9 9. Pr er hladlnega procesa V kondenzatorju odvedena toplota je Hladlno' števlo je 9 ^ = 3, 2 = 176,4 Qff/ _ 128,9 W t\/ 47,5

4 Eksergja hladlne toplote je eqh ~ Anergja hladlne toplote je 'EjLIZJlr, JL 20,4 h bqh= = 149,3 TH Izgube eksergje v kopresorju SO' S zg k = T0 (s 2 Sj) = e2 " 62 = %2-2" = 10,4 Povečanje eksergje hladlnega sredstva zarad nepovračljve kopresje je Ae = ег ег' = 2 Г2 = 1,5 Izgube eksergje v kondenzatorju so' e-zgkd = 62 ез = 8,4 1 *1гГ7 4 Izgube eksergje pr dušenju so' ezg d = ез e4 = 3,4 Izgube eksergje v enjalnku toplote1so ezg = (e e/) (e3 e3<) = 1,9 Izgube eksergje v uparjalnku so TH TUQn _ o Т н T u тп = (e4 e4 ) IeQ = 3,0 Vsota vseh zgub je ezg A ezg = 27,1 Kontroln račun: w, eqh e z g = 20,4 27,1 = 47,5 Qod, Qh = + Sl. 10. Rantov dagra hladlnega procesa lee«-w Sl. 11. Grassannov dagra hladlnega procesa

5 Q,od Qjl = bqll+ ezg = 149,3 + 27,1 = 176,4 = b\qh+ eqh= 149,3 20,4 = 128,9 Eksergetsk zkorstek je al pa e, = = 20,4 WJ 47,5 = 0,43 e = 293,15.^ >71 = 0>43 TH 253,15 Da b lahko narsal Rantov n Grassannov dagra, odbereo še druge vrednost n jh zbereo v naslednjo tabelo: Stanje e b W/ = 1 4,5 19,6 15,1 2 41,6 9,2 + 32,4 3' 33,2 177,2 144,0 3 33,1 188,7 155,6 4 29,7 185,3 155,6 4" 6,3 33,0 26,7 S te n prej določen vrednost naršeo Rantov dagra (slka 10) n Grassannov dagra (slka, 11). Vse vrednost so odbrane z: dagraa e, [4]. Oglejo' s še na preproste preru, kako vplvajo spreenjen pogoj okolce na celoten proces: Kopresor naj sesa, suho paro n jo koprra z notranj zkorstko rjsk = 0,75. Teperatura kondenzacje naj bo d- = 30 C. Proces naj bo- s podhlajenje pr teperatur 1)3 = = +25 C, teperatura uparjanja pa je Ou = = 25 ec. Teperatura v hladlljc naj bo* -On = 20 C, teperatura okolce 00 = + 20 C n tlak okolce 1 bar. Shea procesa je razvdna s slke 12. Izentropno delo' je W ts Porabljeno' delo' je = h h = 32,1 W f _ W J Vsk Entalpja po kopresj je = 42,8 Wt 2 =, = 276,9 + 42,8 = 319,7 Sedaj odbero z dagraa e, vse potrebne vrednost n jh prkažo v naslednj tabel: Stanje Sl. 12. Preprost hladln proces e b W/ 0 1 6,45 33,35 26,9 2 39,45 23, ,9 3 33,20 178,4 145,2 4 27,90 173,1 145,2 Hladlna toplota je Q,/ = Odvedena toplota je Hladlno števlo1je t = 118,3 = 3 2 = 161,1 K Qn'vn _ (j \Wt\/ 42,8 Eksergja hladlne toplote je eqh = TH Anergja hladlne toplote je, QJ1 = 18,7 bqh= = 137,0 T Izgube eksergje v kopresorju so ezg k = To (s2 S]) = e2 e2 = = 2 Г2 = 9,8 Povečanje eksergje hladlnega sredstva zarad nepovračljve kopresje je Ae = e2 e2' 2" h' = 0,9 Izgube eksergje V uparjalnku so etzgu = (e* e) \ eq = 2,75 Izgube eksergje v kondenzatorju so ezg kd = e2 e3 = 6,25 Izgube eksergje pr dušenju so ezg d e3 e.j = 5,3

6 \W,\/ =0,8 Sl. 13. R antov dagra preprostega hladlnega procesa Celotne zgube eksergje zarad nepovračljvost so K o n tro la: G;.:;/ = 2 a z g } 24,1 kj/kg *- = eqh ezg = 18,7 24,1 = 42,8 W = Qod + Off = _ = _ 42;8 kj /kg = bqh + ezg = 137,0 + 24,1 = 161,1 9Л = bqh + eqb = 137,0 18,7 = 118,3 Eksergetsk zkorstek procesa je f = = 0,436 Wf/ Rantov dagra za ta prer je narsan na slk 13, Grassannov pa na slk 14. V naslednje pa naj ostane proces popolnoa nespreenjen, spreeno sao teperaturo okolce, n scer naj bo 'do = 0 C. Spreenjene vrednost posaeznh stanj prkažo v naslednj tabel: Sl. 14. Grassannov dagra preprostega hladlnega procesa Stanje e' b' W / 1 4,55 19,35 14,8 2 38,45 10, ,0 3 21,45 154,55 133,1 4 16,55 149,65 133,1 Spre enjo se še naslednje vrednost: eksergja hladlne toplote je eg,, = 9,4 anergja hladlne toplote je b'qh = 127,7 zgube eksergje v ko presorju so 6 zg k 8,9 zgube eksergje v uparjalnku so C zgu 2,6 zgube eksergje v dušlne ventlu so e zg d = 4,9 zgube eksergje v kondenzatorju so 6 zgkd 17,0 celotne zgube eksergje zarad nepovračljvost so Czg 2 ^G(7 l = 33,4 k j/k g

7 I ад/т=?67,7 \W,\/=2,B Sl. 16. G rass annov dagra pr spre enjenh pogojh okolce Sl. 15. R antov dagra pr spre enjenh pogojh okolce K o n tro la : * = e'qh e'«r = 9,4 33,4 = 42,8 = b'0w + erqh = 127,7 9,4 = 118,3 = h'qh + e zg = 127,7 + 33,4 = 161,1 Eksergetsk zkorstek je T a Rantov dagra za ta prer je prkazan na slk 15, Grassannov pa na slk 16. Iz celotnega postopka jasno* zhaja, kako preprosta je kvaltatvna analza hladlnega procesa z uporabo dagraa e,, kar velja tud za prer spreenjenh pogojev okolce. Pr zračunu zadnjega procesa pa je treba poudart še nekaj. Pr spreenjenh pogojh okolce b verjetno lahko* znžal teperaturo v kondenzatorju n b s te pro- ces seveda postal boljš. Vedno pa to n zvedljvo', n scer v preru, kadar nao* na voljo' hladlne vode z dovolj nzko teperaturo'. S te. se seveda zgube v kondenzatorju bstveno povečajo'; čeprav so se druge zgube zdaj zanjšale, je vendarle vsota vseh zgub eksergje v te, preru večja. To pa poen poslabšanje procesa. Ker pa je hladlno števlo, k velja kot energetsk krterj za ocenjevanje hladlnh procesov, v obeh prerh enako, lahko* takoj spoznao, da kvanttatvna analza procesa saa ne daje popolnh rezultatov. Edno* pravlno' oceno* procesa dajeta kvaltatvna analza n eksergjsk zkorstek, z katerega pa prav jasno* zhaja, da je drug proces slabš. L t e r a t u r a : [1] M. O prešnk: U porabnost eksergjskega d ag ra a v h ladln tehnk. Sv, 1966 (3) [2] H. D. B aehr: Exerge u n d A nerge u n d hre A nw endung n d er K ältetechnk. K ältetechnk, 1965 (1) [3] Z. R ant: T her odyna sche B ew ertung der V erluste be technschen E nergeu w andlungen. Berc h t 111, T eltagung d er W eltkraftkonferenz, L ausanne [4] M. O prešnk, L. Kogej: Eksergjsk dagra za dfluordklor etan CF2CI2 (R 12). SV, 1966 (4/o) A v to rjev n aslo v : doc. M ran O prešn k, dpl. ng., F a k u lte ta za stro jn štv o v L ju b lja n