تبرید چیست؟ صفر تا صد سیستم سردسازی

تبرید چیست؟ صفر تا صد سیستم سردسازی

27 اردیبهشت 1402
0 دیدگاه

تبرید به معنای سردسازی با انتقال گرما از یک محیط با دمای کم به یک محیط با دمای بیشتر‌ است. به بیانی ساده‌تر تبرید به فرایندی که برای ایجاد شرایط مناسب با کاهش دمای یک جسم یا یک مکان انجام می‌شود اطلاق می‌گردد.

همانطور که می‌دانید سرما بر اثر عدم وجود گرما ایجاد می‌شود. مانند عدم حضور نور که تاریکی را به وجود می‌آورد. در حالت عادی انتقال دما از یک محیط به محیط دیگر امکانپذیر نیست. از این رو کاهش دمای محیط، تنها با یک سری اعمال مکانیکی قابل انجام است.

 

تبرید چیست؟

تبرید به معنای کاهش دمای یک جسم یا ماده نسبت به محیط اطراف است. برای ایجاد چنین شرایطی از موادی با دمای پایین‌تر که حرارت محیط را به خود جذب می‌کنند استفاده می‌شود. این الگو طبق اصل به تناسب رسیدن دمای اجسام در یک محیط طراحی شده است.

برای مثال یک لیوان آب یخ برای رسیدن به دمای اتاق، حرارت محیط را به خود جذب می‌کند. بنابراین دمای آب یخ افزایش و دمای محیط نیز کاهش می‌یابد. این فرایند تا جایی که دمای محیط اتاق با آب دقیقا یکسان شود ادامه دارد. از این رو عملکرد سیستم‌های سرمایشی را می‌توان بر مبنای سیکل سردسازی و قوانین ترمودینامیک دانست.

تا به امروز انواع مختلفی از سیکل سردسازی طراحی و بر روی دستگاه‌های گوناگون با کاربری متفاوت نصب و ارائه شده‌اند. اما وجه مشترک تمام آنها استفاده از ماده‌ای سیال با توان سرمایشی و گرمایشی بالاست که حرارت محیط را به خود جذب کرده و موجبات کاهش دمای محیط را فراهم سازد.

 

تبرید یا Refrigeration فرایندی است که منجر به کاهش دمای محیط یا فضایی به خصوص می‌شود.

 

تاریخچه تبرید

ایرانیان هزاران سال پیش نحوه نگهداری از یخ و برف در فصل تابستان را آموخته بودند. به گونه‌ای که حتی در شهرهای کویری و در فصل تابستان همیشه یخ در دسترس بوده است. مردمان روزگار قدیم با آوردن برف از ارتفاعات و انبار کردن و فشرده سازی آنها، محلی به عنوان خنک کننده برای تبرید و نگهداری از برخی مواد خوراکی به وجود می‌آورده بودند.

روش دیگر برای تولید یخ نگهداری مقدار معینی آب در ساختمان یخچال بود. به گونه‌ای که مخزن را با آب پر می‌کردند تا با سرمای شب یخ بزند. مسئله‌ی مهم در این روش مقدار آب است که باید بر اساس میزان سرمای شب برآورد شود تا بطور کامل یخ ببندد.

این فرایند را چندین روز ادامه می‌دادند تا با ایجاد لایه لایه یخ ظرفیت مخزن تکمیل گردد. اما فرایند سردسازی یا انتقال گرما از مخزنی با دمای پایین به فضایی با دمای بالا برای نخستین بار توسط یک پروفسور اسکاتلندی به نام ویلیام کولین در سال 1755 ابداع شد.

 

سیستم تبرید خشتی

 

کاربردهای صنعتی سیستم تبرید

کارخانه‌ها و تولید کنندگان نوشیدنی‌های سرد بیش از سایر صنایع به سیستم‌های تبرید نیاز دارند. به گونه‌ای که از سال 1870 تا به امروز به عنوان بزرگ‌ترین مصرف کنندگان واحد‌های سردسازی شناخته می‌شوند. در گذشته یخ مورد نیاز صنایع با استفاده از سیستم سنتی یخ سازی در فصول سرد انجام می‌گرفت.

اما وجود آلودگی در آب مورد استفاده برای یخ سازی این روش را برای تولید کنندگان محصولات خوراکی به دست فراموشی سپرد. از این رو تولید کنندگان، کارخانجات خود را به یخچال‌های صنعتی مجهز کردند. در سال 1900 تمام کشتارگاه‌های سراسر ایالت متحده از سیستم تبرید چرخه آمونیاک استفاده می‌کردند و تا سال 1914 سیستم تبرید مصنوعی به کلی جای روش‌های سنتی سردسازی را گرفت. یکی از قطعات مهمی که در فرآیند سرماسازی کاربرد دارد، کمپرسور است، کمپرسور بیتزر یکی از نمونه های مشهور است که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

کاربردهای خانگی تبرید

با اختراع سیستم‌های تبرید مبتنی بر کلرو فلورو کربن CFC یا همان گاز فریون امکان ساخت یخچال های خانگی فراهم شد. گازهای کلرو فلورو کربن و هیدرو فلورو کربن برای نخستین بار توسط شرکت DuPont Corporation با نام تجاری فریون Freon ارائه شدند. از این رو تا به امروز این گازها با نام فریون شناخته می‌شوند.

اما با اینکه استفاده از گاز فریون در یخچال‌های خانگی هیچ ضرری برای سلامت انسان ندارد و کاملا امن است اما طبق ادعای دانشمندان Molina و Rowland در سال 1970 که جایزه نوبل شیمی سال 1995 را به دنبال داشت، گاز فریون یا همان CFC عامل اصلی تخریب لایه اوزون عنوان گردید. از این رو سازندگان سیستم‌های سردسازی و یخچال‌های خانگی متعهد شدند گه از سیال‌های آمونیاک، متیل‌ فرمات، سولفور دی‌اکسید و متیل کلرید به عنوان مواد کم خطر برای تولیدات خود استفاده کنند.

از جمله قطعات مهمی که در یخچال های خانگی، فروشگاهی و به طور کلی در فرآیند تبرید کاربرد دارند، می‌توان به کمپرسور امبراکو نیز اشاره کرد.

 

روش های تبرید

همانطور که پیشتر اشاره شد تا به امروز روش‌های مختلفی برای سرماسازی ارائه شده است که هر کدام نسبت به دیگری مزایا و معایبی دارند. در ادامه به طور اختصار به معرفی کاربردی‌ترین روش‌های سردسازی خواهیم پرداخت.

 

سردسازی غیرچرخه‌ای یا فاقد چرخه‌ی ترمودینامیکی

در این روش فرآیند سرماسازی با استفاده از یخ خشک انجام می‌گیرد. این نوع سیستم تبرید برای ساخت نمونه‌های آزمایشگاهی یا یخچال‌های مسافرتی مناسب است. یخ خشک برای ذوب شدن در دمای صفر درجه به 333.5 کیلوژول در کیلوگرم گرما نیاز دارد.

این مبرد بدون نیاز به فشار اتمسفر با جذب گرمای محیط تصعید می‌شود. دمای تصعید یخ خشک برابر با 78.5- درجه سلسیوس است که برای نگهداری مواد غذایی در دمای زیر صفر بسیار مناسب می‌باشد.

 

روش های تبرید

 

تبرید چرخه ای

در این نوع سیستم تبرید، مبرد با قرار گرفتن در یک چرخه و بر اثر شرایط محیطی به حالت‌های مختلف تبدیل می‌شود. ماده سیال در ابتدای چرخه حالتی مایع دارد که با جذب حرارت به گاز تبدیل شده و در نهایت با کاهش دما مجددا به حالت مایع باز می‌گردد. سیستم تبرید چرخه‌ای خود به انواع تبرید تراکمی، جذبی و ترموالكتريك تقسیم می‌شود.

 

  • سیکل تراکمی

سیستم تبرید تراکمی شامل 4 مرحله جذب حرارت در فشار ثابت، ایجاد تراکم ايزنتروپيك با استفاده از كمپرسور، دفع حرارت در فشار ثابت و اختناق با استفاده از يك وسيله انبساط است. در قدم نخست مبرد به صورت بخار وارد کمپرسور شده و متراکم می‌شود.

متراکم سازی دمای مبرد را افزایش می‌دهد. در مرحله دوم مبرد به شکل یک گاز بسیار داغ وارد کندانسور شده و دمای آن کاهش می‌یابد. این کاهش دما مبرد را به حالت مایع تبدیل می‌کند. سپس دمای مبرد با عبور از شیر انبساط به دمایی کمتر از فضای سرد شونده کاهش داده و آن را به صورت پودر در می‌آورد. در نهایت مبرد به فضای سرد سازی وارد شده و با جذب حرارت محیط مجددا به حالت گاز باز می‌گردد.

 

  • فناوری جذبی

یکی از روش‌های متداول برای سیستم‌های تهویه مطبوع مرکزی استفاده از تبرید جذبی است. چیلرهای جذبی به راحتی می‌توانند ظرفیت 25 تا 1200 تن را تامین کنند. مبرد اصلی در این نوع سیستم‌های تهویه، آب یا آمونیاک است. تولید کنندگان و مجریان برای تامین حرارت مورد نیاز چیلرهای جذبی از آب داغ یا بخار پرفشار و یا شعله مستقیم استفاده می‌کنند.

از این رو برای تولید آب داغ یا بخار از گاز طبیعی یا گازوئیل استفاده می‌شود. هر چرخه سردسازی به یک سیال جاذب و یک سیال مبرد نیاز دارد. از این رو چیلرهای جذبی به دو نوع آب/آمونیاک و آب/لیتیوم بروماید تقسیم می‌گردند. در سیستم آب/آمونیاک، آمونیاک سیال مبرد است و آب نقش جاذب را بر عهده دارد. در سیستم لیتیوم بروماید/آب، از محلول لیتیوم بروماید به عنوان جاذب و آب به عنوان سیال جاذب استفاده می‌شود.

 

فرآیند تبرید چرخه ای

 

  • چرخه‌ گازی

در چرخه تبرید گازی، سیال مورد استفاده به صورت گاز است و در فرایند متراکم سازی و منبسط شدن تغییر فاز نمی‌دهد. در این نوع چرخه هیچگونه تبخیر و چگالشی صورت نمی‌گیرد. بخش کندانسور به طور کامل از سیکل سردسازی حذف شده و به جای آن از مبدل گاز-گاز گرم و گاز-گاز سرد استفاده می‌شود. رایج‌ترین سیال مبرد در سردسازی گازی هوا است. این نوع خنک کننده‌ بیشتر در فضاپیماها و جت‌های توربین دار که همواره هوای فشرده در دسترس دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

نتیجه گیری

تبرید به معنای جذب حرارت یک محیط با استفاده از سیال و انتقال آن به محیطی دیگر است. این سیال می‌تواند جامد، مایع، گاز و یا ترکیبی از مایع و گاز باشد. مهم‌ترین ویژگی سیال مورد استفاده در سیستم تبرید جذب حرارت از مواد با دمای کمتر و خارج نمودن آن به محیطی با دمای بیشتر است.

تمام سیستم‌های سردسازی تراکمی موجود از 4 قسمت کمپرسور، کندانسور، شیر انبساط و اپراتور تشکیل شده‌اند. مبرد با حرکت در یک مدار به صورت مداوم و تکراری در معرض هر یک از این 4 قسمت قرار می‌گیرد. هر یک از این مراحل باعث بروز تغییراتی در مبرد می‌شوند.

کمپرسور سیال مبرد را متراکم می‌کند که افزایش دما را به همراه دارد. کندانسور با کاهش دمای مبرد آن را از گاز به حالت جامد تغییر می‌دهد. شیر انبساط مبرد مایع را به پودر تبدیل کرده و اپراتور آن را تبخیر می‌کند.


0 دیدگاه برای این مطلب ثبت شده است

دیدگاهی بنویسید

نام خود را وارد کنید
ایمیل خود را وارد کنید ایمیل وارد شده صحیح نیست
دیدگاه خود را وارد کنید