Paweł Zawadzki, Piotr Wójcik, Marcin Odelga, Jarosław Śnitko, Małgorzata Kowalewska, Marek Palka, Jakub Lech, Michał Kubajek, Leszek Pecyna, Janusz Malinowski, Michał Przybyłko

Sprawozdanie

z ćwiczenia w ramach Laboratorium Zintegrowanego

Temat: Badanie klimatyzatora

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zbadanie sprężarkowego układu chłodniczego, określenie parametrów w charakterystycznych punktach obiegu i wyznaczenie sprawności urządzenia.

Stanowisko pomiarowe składa się z klimatyzatora zapatrzonego w manometry i punkty pomiarowe temperatury oraz układu odprowadzającego ochłodzony lub ogrzany strumień powietrza z zainstalowanym termometrem, oraz anemometrem wiatraczkowym do pomiaru wydatku.

1. Schemat urządzenia

1. Sprężarka

2. Zawór przestawny

3. Wymiennik ciepła z dmuchawą (strumień pomocniczy)

4. Zawór dławiący

5. Wymiennik ciepła z dmuchawą (strumień główny)

6. Pomiar wydatku powietrza

W zależności od potrzeb urządzenie pracuje jako chłodziarka lub pompa ciepła. Rodzaj pracy ustala się przy pomocy zaworu przestawnego. Podczas naszych pomiarów wykorzystaliśmy to urządzenie jako chłodziarkę.

1. Opis działania urządzenia

Sprężone pary freonu kierowane są przez zawór przestawny 2 do wymiennika 3 w którym ulegają skropleniu. Następnie dmuchawa doprowadza strumień powietrza aby wzmocnić wymianę ciepła. Lekko przechłodzony, ciekły freon jest kierowany przez zawór dławiący 4 do wymiennika 5 opływanego głównym strumieniem powietrza. Freon odparowuje pod wpływem ciepła pobranego z powietrza, następnie lekko przegrzany podawany jest do sprężarki 1.

1. Wyniki pomiarów

T_p1=13.6 °C T_p2=30.3 °C T_A’=6 °C T₀=21.2 °C

T_B’’=84.5 °C T_C’=27 °C T_D’=-13 °C

p_s=2 kp/cm²=3,1 bar p_p=13 kp/cm²=14 bar

I_m=4,3 A – natężenie prądu urządzenia

m_p=0,15 kg/s – wydatek masowy chłodzonego powietrza (dany)

1. Parametry obiegu wzorcowego

Z wykresu i-lnp odczytuję entalpię w punktach obiegu:

$i_{B^{"}} = 464\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$ $i_{A^{'}} = 416\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$

$i_{B^{'}} = 458\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$ $i_{D^{'}} = 236\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$

$$T_{p_{0}} = \frac{T_{0} + T_{p_{1}}}{2} = \frac{13.6 + 21.2}{2} = 17.4C$$

$$T = \frac{T_{p_{2}} + T_{0}}{2} = \frac{30.3 + 21.2}{2} = 25.75C$$

$$l_{t} = i_{B} - i_{A} = 458 - 416 = 6\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$$

$$q_{0} = i_{A} - i_{D} = 412 - 230 = 182\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$$

$$t = \frac{q_{0}}{l_{t}} = \frac{182}{6} = 30\frac{1}{3}$$

1. Parametry obiegu rzeczywistego

$$l_{t^{'}} = l_{t} = 42\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$$

$$l_{i^{'}} = i_{B^{"}} - i_{A^{'}} = 48\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$$

1. Rzeczywiste ciepło chłodzenia

Q₀^′ = m_p • c_p(T_p1−T_p0)

Wiedząc że: $c_{p} = 1.005\lbrack\frac{\text{kJ}}{kg \bullet deg}\rbrack$

$$Q_{0}^{'} = 0.15\left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack \bullet 1.005\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{kg \bullet K} \right\rbrack\left( - 7.6K \right) = - 1.15\lbrack kW\rbrack$$

1. Obliczenia wydatku czynnika chłodzącego

Mierząc parametry urządzenia, o raz pobór mocy jaki był podczas doświadczenia odczytaliśmy następujące wartości:

I_m=4,3 A U_m=230 V

η_el=0,9 – sprawność silnika elektrycznego

η_m=0,85 – sprawność mechaniczna sprężarki

Obliczenia

∖tN_el = I_m • U_m = 4.3[A] • 230[V] = 989[W]

mając już policzone N_el mogę obliczyć

N_u = N_el • η_el = 989[W] • 0.9 = 890[W]

$\dot{m_{\text{CH}}} = N_{u}\frac{\eta_{m}}{l_{i}^{'}} = 890\left\lbrack W \right\rbrack\frac{0.85}{48\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack} = 0.01576\lbrack\frac{kg}{s}\rbrack$

1. Zestawienie wyników obliczeń

	Ciepło chłodzenia	Praca	Współczynnik chłodzenia
Obieg wzorcowy	2.87 [kW]	95 [W]	30.2
Straty na skończoną różnicę temperatur	-31.5 [W]	567 [W]	—
Straty w sprężarce	—	95 [W]	—
Straty cieplne	-3.98 [kW]	—	—
Obieg rzeczywisty	-1.15 [kW]	756,5 [W]	1.52

10) Sprawność chłodziarki

Sprawność indykowana sprężarki:

$$\eta_{i_{\text{spr}}} = \frac{l_{t}^{'}}{l_{1}^{'}} = 0.875$$

Sprawność indykowana chłodziarki:

$$\eta_{i} = \frac{q_{0}^{'}}{q_{0}} \bullet \frac{l_{t}}{l_{t}^{'}} \bullet \eta_{i_{\text{spr}}} = 0.05$$

Sprawność użyteczna chłodziarki:

η_u = η_i • η_m = 0.05 • 0.85 = 0.043

11) Wnioski

Z powyższych obliczeń wynika, że urządzenie to ponosi znaczne straty w porównaniu z obiegiem wzorcowym. Największe na skutek strat cieplnych i strat spowodowanych skończoną różnicą temperatur

T=(T_p1+T_p0)/2=17,5 °C i T₀ (T₀=(T_p2+T_p0)/2=26 °C.

Wynika stąd więc kierunek działań, które powinny zostać podjęte aby usprawnić to urządzenie. Należałoby ten układ dodatkowo uszczelnić i lepiej dobrać temperatury T i T0. Wpłynie to pozytywnie na sprawność i współczynnik chłodzenia urządzenia, które są dość niskie.