Soğutma Döngüsü nedir ve nasıl tanımlanır?

Evelyn Maite Marin
Endüstri Mühendisi, Fizik Yüksek Lisansı ve EdD

Bir soğutma döngüsü, bir maddenin soğutucu olarak kullanıldığı tekrarlayan termodinamik süreci ifade eder. bir devre boyunca faz değiştirir ve işlevi, ısıyı başka bir alana salmak için şartlandırılacak bir alandan ısıyı emmektir. bölge. Güç gibi diğer termodinamik çevrimlerden farklı olarak soğutma için kullanılan sistemlerde amaç, satış veya tüketim için enerji elde etmek yerine, bir alanın ısıl şartlandırılması, örneğin bir oda.

Soğutma çevrimlerine benzer bir çalışma şemasına sahip olan ısı pompaları, havadan farklı olarak Şartlandırılmış, bir alanı ısıtmak, yani dış ortamdan ısıyı çekerek istenen mekanın içine salmak için kullanılırlar. durum.

Teorik bir bakış açısıyla soğutma çevrimleri, onu oluşturan bileşenler dikkate alınarak incelenebilir. sistemi ve soğutucu akışkanın farklı durumlarda geçtiği çeşitli aşamaları oluşturur. Aşağıdaki grafik, soğutma sistemlerinin sınıflandırmasını göstermektedir:

Soğutma sistemi türleri

Bir soğutma çevriminin temel bileşenleri

ikinciye göre kanun arasında Termodinamik, ısı akışı her zaman daha büyük bir bölgeden kendiliğinden oluşur. sıcaklık daha düşük bir sıcaklıkta ve aksi takdirde, soğutma işlemini gerçekleştirmek için bazı cihaz veya mekanizmalar gerekir. Bunu yapmak için, herhangi bir soğutma sistemi en az dört bileşen gerektirir:

• Kompresör: buharlaştıktan sonra soğutucu akışkanın basıncını arttırmaktan sorumlu bir cihazdır. Pratikte entropide bir artış olmasına rağmen, ideal koşullar altında, sıkıştırma işlemi sabit entropidedir.

• Evaporatör: Bu sistem temel olarak soğutucu akışkanın dolaştığı bir ısı eşanjörüdür. şartlandırılacak mahalden ısıyı emmek ve sonuç olarak, karışım bir hal değiştirir. buhar.

• Genleşme valfi: kılcal boru veya genişletici olarak da adlandırılır. İdeal değerlendirmeler altında, bu cihaz izantalpik olarak çalışır (en entalpi sabit) ve işlevi karıştırma bölgesindeki soğutucu akışkan basıncını azaltmaktır.

• Kondenser: Soğutucu akışkanın, buharlaştırıcıdaki koşullardan daha yüksek bir basınç ve sıcaklıkta buhar halinde geçtiği bir serpantinden oluşur. Kondenserden geçişi sırasında soğutucu akışkan dış ortama ısı verir ve sıvı hale gelinceye kadar yoğuşur. İdeal olarak, süreç yoğunlaşma sabit basınçta meydana gelir, ancak gerçekte basınç düşüşleri genellikle kendini gösterir.

Bir buzdolabının temel bileşenleri

Performans Katsayısı (COP)

Daha önce de bahsedildiği gibi, bir mahalden ısıyı (soğuk) çekmek ve soğutucu akışkan değişim aşamalarını döngüsel bir süreçte yapmak için, tüketen çalışan cihazlar gereklidir. enerji (elektrik veya yakıt) ve bu da döngü içerisinde kendilerinden beklenen işlevi maksimize ederek minimize edilmeye çalışılması gereken bir maliyeti temsil eder.

Güç çevrimlerinde, termal veya elektriksel performans genellikle çevrimin verimliliğinden belirlenir veya bileşenleridir ve bu nedenle, bu değer her zaman 0 ile 1 arasında olmalıdır (yüzde olarak 0 ile 100 arasında olacaktır). %). Bununla birlikte, soğutma çevrimlerinde en yaygın olanı analiz etmek performans katsayısını referans parametre olarak kullanan performansı, İngilizce kısaltması COP olarak kısaltılmıştır. Değeri neredeyse her zaman birlikten büyük olan (performans katsayısı), her zaman pozitiftir ve aşağıdaki ifade:

İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi

Soğutma çevrimlerinin performans katsayılarını maksimize etmek amacıyla farklı yöntemler tasarlanmıştır. Bunların en basiti, aşağıda gösterilen dört durumdan oluşan buhar sıkıştırmalı soğutmadır. görüntü):

• Kompresörde bir izantropik sıkıştırma işlemi (durum 1 – 2),

• Kondansatörde sabit basınçlı ısı atma işlemi (durum 2 – 3),

• Genleşme valfinde izantalpik bir genleşme süreci (durum 3 – 4),

• Evaporatörde sabit basınçta bir ısı emme işlemi (durum 4 – 1).

Aşağıdaki şema bir diyagram Soğutucu akışkanın içinden geçtiği farklı durumların gösterildiği sıcaklık (T) ile entropi (s) karşılaştırması sıkıştırma yoluyla soğutma döngüsünü tamamlamak için sistem bileşenlerinden geçişi sırasında buhar:

Q_L şartlandırılmış alandan emilen ısı, Q_H dışarıya atılan ısı ve W_zorunlu kompresörün işini temsil eder.

Açıklandığı gibi, soğutma çevrimlerindeki çalışma sıvısı soğutucu akışkandır ve piyasada çok çeşitli bulunmaktadır. Soğutucu akışkanlar gelişti ve şu anda eğilim, daha az kirletici, toksik olmayan ve kurulacak sistemde gerekli özelliklere sahip olanları tercih etmektir.

En sık kullanılan soğutucu akışkan türlerinden bazıları

Bu soğutucu akışkan grubu, Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan soğutucu akışkanların %90'ını oluşturmaktadır.