مبانی سرمایش تراکمی

برخی مفاهیم مانند دما، فشار و تبخیر نقش مهمی‌ در درک سرمایش از جمله سرمایش تراکمی دارند. از این رو علیرغم احتمال تسلط مخاطبان بر موارد یاد شده، به منظور یادآوری مرروی کوتاه و گذرا بر این گونه مفاهیم خواهیم داشت.
در سرمایش تراکمی با ماده‌ای به عنوان مبرد سروکار داریم که پیوسته در چرخه‌ای از حالت مایع به حالت گاز و برعکس در می‌آید.
به همین دلیل آگاهی نسبت به قوانین و رفتارهای ماده به دوحالت در دو حالت گاز و مایع از اهمیت بنیادی برخوردار است و در همین راستا ناگزیر می‌باید به دما و فشار که نقش اصلی را در بروز رفتارهای مختلف و پدیداری قوانین بر عهده دارند پرداخته شود.
پس از بررسی این کمیت‌ها، چرخه سرمایش تراکمی را بگونه‌ای ساده شرح داده و این فضل را با بررسی مبانی و اصول ترمودینامیک سرمایش تراکمی‌ به پایان خواهیم برد.

گرما ناشی از حرکت مولکولی مواد است. بنابراین همه مواد به اندازه‌ای گرم محسوب می‌شوند. حال ممکن است مقدار آن کم یا زیاد باشد. کاهش یا اخذ گرما با واژه‌ای به نام سرما توصیف می‌‌شود و همگان بر حسب احساسی که نسبت به گرما دارند به جای این که بگویند گرما کم شده  است، ترجیح می‌ دهند بگویند سر شده است. اگرنه تا حد صفر مطلق یعنی دمای ۲۷۳- درجه سیلیسیوس یا ۴۵۹.۴ – درجه فارنهایت که در آن جنبش مولکولی مواد متوقف می‌‌شود، همه مواد به نوعی گرم محسوب می‌‌شود. اما برای درک بهتر شرایط، استفاده از واژه سرما و سرمایش به معنای کاهش دما و اخذ گرما نه تنها مناسب بلکه ضروری است‌.

دما بعنوان معیاری می‌‌تواند روشنگر گرمی‌ و سردی مواد باشد و در این کتاب دما با دو مقیاس اصلی در آحاد بین المللی و انگلیسی یعنی سیلیسیون و فارنهایت به استفاده می‌‌شود. و در پاره از موارد نیز از مقایس های مطلق دما یعنی کلوین K و رانکین R استفاده شده است.

دما بطور مستقیم نشانگر کمیت گرما به عنوان شکلی از انرژی نیست. به عنوان مثال انرژی گرمایی یک کیلوگرم سرب با دمای ۱۰۰ درجه سیلیسیوس به مراتب کمتر از انرژی گرمایی یک تن آب با دمای ۴۰ درجه سیلیسیوس است. بنابراین کمیت انرژی گرمایی نه تنها وابسته به دما بلکه وابسته به جرم نیز هست. دما در واقع مقیاسی قراردادی برای تعیین تندی جنبش مولکول مواد است. دما می‌تواند نشانگر تندی جنبش ملکولی یا شدت گرما باشد؛ اما شاخصی برای انرژی گرمایی نیست. برای سنجش انرژی گرمایی در آحاد انگلیسی، متریک و بین المللی واحدهایی مانند Btu ، کالری و ژول بکار گرفته می‌شود.

یک بی تی یو  مقدار گرمای اضافه یا اخذ شده از یک پوند آب است به نحوی که دمای آب یک درجه فارنهایت تغییر کند. به عنوان مثال برای این که دمای یک گالن آب از ۷۰ به ۸۰ درجه فارنهایت برسد، ۸۳ Btu انرژی گرمایی مورد نیاز خواهد بود. زیرا جرم یک گالن آب تقریبا ۸.۳ پوند است.

در آحاد انگلیسی برای سنجش اخذ گرما یا سرمایش گذشته از Btu از واحد تن تبرید هم استفاده می‌شود. یک تن تبرید برابر گرمایی است که یک تن یخ ( تقریباً ۲۰۰ پوند ) طی ۲۴ ساعت اخذ می‌کند تا ذوب شود. گرمای نهان ذوب یخ ۱۴۴ Btu به ازای یک پوند است.

در سیستم متریک سیستم واحد اندازه گیری انرژی گرمایی، کالری است و تعریفی مشابه واحد بریتانیا دارد. یک کالری مقدار گرمای اضافه شده یا اخذ شده از یک گرم آب است به نحوی که دمای آب یک درجه سیلیسیوس تغیر کند. به عنوان مثال برا این که دمای یک لیتر آب از ۲۰ به ۳۰ درجه سیلیسیوس کاهش یابد، باید ۱۰۰۰۰ کالری یا ۱۰ کیلو کالری از آب گرما گرفته شود زیرا جرم یک لیتر آب ۱۰۰۰ گرم سات.

دمای اشباع

شرایطی از دما و فشار که در آن مایع و بخار یک ماده به ضورت همزمان وجود داشته باشند، شرایط اشباع خوانده می‌ شود. دمای اشباع نیز افزایش یافته و با کاهش فشار دمای اشباع نیز کاهش می‌یابد. این موضوع در مورد مبردها نیز مصداق دارد. به عنوان مثال نقطه جوش مبرد R22 در فشار ۷۹psig، برابر ۴۵ درجه فارنهایت است و این نقطه جوش با کاهش یا افزایش فشار تغییر می‌کند. چنانچه بخار ماده ای در فشار اشباع خود دارای دمایی بیش از دمای اشباع باشد، بخار مورد نظر فوق داغ خوانده می‌شود. یه عنوان مثال چنانچه بخار آب در سطح دریا بیش از ۲۱۲ درجه فارنهایت بیش از ۴۵ درجه فارنهایت باشد، هردو بخار داغ محسوب می‌شوند و بر عکس اگر مایعی در فشار اشباع دمایی کمتر از دمای اشباع داشته باشد، مادون سرد خوانده می‌شود. بنابراین در واقع شرایط اشباع، شرایط تعادل بین مایع و بخار آن است.

دمای بحرانی

دمایی که از گاز بدون تاثیر تغییرات فشار تبدیل به مایع می‌شود، دمای بحرانی خوانده می‌‌شود.

به عبارت ساده تر دمای بحرانی هر گازی سطحی است که در آن هرچه فشار افزایش پیداکند، تقطیری صورت نخواهد گرفت و گاز با افزایش فشار تبدیل به مایع نخواهد شد. هرچه دمای گازی بیشتر باشد، مایع شدن آن دشوارتر است و باید فشار بیشتری باید برای اعمال شود تا عمل تقطیر صورت گیرد. بنابراین می‌‌توان دمای بحرانی را حد نهایی برای اعمال فشار دانست. حدی که در آن افزایش فشار هیچ تاثیری بر مایع شدن گاز نخواهد داشت.
مواد مختلف در حالت گازی دارای دمای بحرانی خاص خود هستند. به عنوان مثال دمای بحرانی برای بخار آی ۳۷۴ و برای آمونیاک ۱۳۲ درجه سیلیسیوس است. مقدار دمای بحرانی نشانگر میزان نیروی جاذبه بین مولکولی مواد نیز هستند. بالا بودن دمای بحرانی نشانه‌ای از بالا بودن نیروی جاذبه بین مولکولی است.

کارشناس تعمیر کولر گازی در اصفهان باید بر کلیه‌ی مبانی سرمایش تراکمی به منظور تشخیص علت خرابی کولر گازی و تعمیر آن تسلط کامل داشته باشد.

فشار بحرانی

فشاری که در آن مایع حتی با افزایش گرما نیز تبدیل به گاز نشود؛ فشار بحرانی نامیده می‌‌شود. به عبارت دیگر و در حالت گازی ماده، می‌ توان گفت که فشار بحرانی، کمترین فشار برای مایع شدن یک گاز در دمای بحرانی است.

گرمای محسوس و نهان

در فشار ثابت برای رسیدن به نقطه جوش هر مایع ای و تبخیر آن نیازمند افزایش گرما هستیم. گرمایی که به مایع داده می‌‌شود، ابتدا صرف افزایش جنبش مولکولی آن می‌‌شود و این فرایند توام با افزایش دمای مایع نیز هست.