مطالب گوناگون

[EN-EZEL 13,039]

هواژول سبکترين ماده جهان

AEROGEL

 

The lightest solids in the

 

World

 

 

 

در این مقاله قصد آن داریم که به معرفی سبکترین ماده جامد جهان موسوم به هواژل . ویژگی های این ماده و برخی از کاربردهای آن در

 

صنعت خصوصاً مهندسی مکانیک و هوافضا چالش ها و افق های فراروی این ماده بپردازیم . هواژل که در حدود هفت دهه پیش کشف و ساخته شده است. دارای ویژگی های بسیارجالب است که سبب شده بسیار مورد توجه دانشمندان و مراکز تحقیقاتی مختلف و معتبر دنیا قرار گیرد.

 

مبالغه نکرده ایم چنان چه بگوییم این ماده توانایی دگرگونی و متحول ساختن آینده ی مهندسی را دارد.ما در این مقاله درباره ی ماده ای بحث

 

خواهیم کرد که قادر است انقلابی در مهندسی مخصوصاً مهندسی مکانیک ایجاد کند.

 

 

 

مردم هنگامی که برای نخستین بار هواژل را می بینند اغلب یکه

 

می خورند . آنها ضاهر شبح گونه ی هواژل را این گونه توصیف

 

می کنند که شبیه یک تکه ابر دوست داشتنی یا دود منجمد شده است

 

هواژل در برابر یک پس زمینه ی سفید رنگ تقریباً نا پدید می شود و در

 

برابر پس زمینه ی تاریک رنگ آبی شبح گونه ای دارد .

 

با این اوصاف شاید به نظر می رسد که هواژل ماده ای با ساختار ضعیف و سست است. ولی حقیقت امراین است که به راحتی می توان آن را برید سوراخ کرد و یا بین دو انگشت خرد نمود هواژل سیلیسی ماده ای جامد شفاف و عایق گرماست که برای کاربردهای گوناگون می توان مفید باشد.همان گونه که از نام این ماده مشخص است هواژل بیشتر از هوا تشکیل شده است و سبکترین ماده ی جامد موجود در جهان است چگالی

 

آن می تواند تا پنج میلیگرم بر سانتیمتر مکعب باشد یعنی چیزی در حدود سه برابر چگالی هوا (که این هم به خاطر ساختار فوق العاده ریز مقیاس آن است).

 

هواژل دارای ویژیگی های غیر عادی ای می باشد مثلاً می توان آن را به شکل تخته.استوانه یا تقریباً هر شکل دلخواهی درآورد.بهترین ماده ی

 

جامد ازنظر داشتن نارسایی گرمایی ( عایق حرارتی ) بوده و به صورت درون آن آهسته تر از محیط هوا انتشار می یابد در عین این که می توان وجود آن را از مه رقیق به رنگ آبی آسمانی تشخیص داد. با این همه تا حد زیادی شفاف بوده و اشیاء مختلف را می توان به وضوح از پشت یک تکه هواژل با ضخامت چندین سانتی متر مشاهده کرد.

 

هواژل یکی از اندک موادی است که هم شفاف و هم متخلخل (اسفنجی)است. مساحت بیرونی بسیار زیادی دارد به طور معمول به اندازه ی 1000 متر مربع بر گرم که برابر است با مساخت شش زمین فوتبال به ازای یک اونس (حدود35/28 گرم) ماده. هواژل می تواند شفاف یا رنگی باشد سفت سخت و یا انعطاف پذیر باشد هنگام برخورد با یک سطح سخت صدای زنگ از خود تولید کرده و یا اصطحلاحاً با صدای تالاپ بیافتد . در آب حل شود و پا روی آب شناور بماند.هواژل سیلیسی (شیشه ی خالص) آشناترین شکل آن است. اما هواژل از بسیاری از اکسید های فلزی از جمله اکسید آهن ، قلع ، آلومین (اکسید آلومینیوم)،

 

اکسید زیرکونیم ، اکسید تیتانیوم و اکسید منیزیم نیز ساخته شده است.همچنین هواژل هایی از ژلاتین پلیمرهای آلی،ژل های طبیعی . کربن نیز ساخته شده است هر چند که هواژل در حدود هفتاد سال پیش کشف شده است اما به تازگی به طور گسترده ای شناخته شده و در طول دهه ی 85 تا 95 میلادی چندین کاربرد گوناگون برای آنها پیشنهاد شده است . تعدادی از موارد کاربرد این ماده عبارتند از:

 

1. ساخت پنجره های ابررسانا (مافوق عایق)

 

2. ساخت حفاظ برای قطعات جاذب انرژی خورشیدی (کلکتورهای خورشیدی)

 

3. به عنوان مواد عایق برای یخچال ها آبگرمکن ها و لوله ها

 

4. ساخت آیینه ها و عدسی های شفاف و سبک جهت استفاده در دوربین ها و لوازم مشابه

 

5. هواژل ها می توانند به کاتالیزور برای واکنش های حالت گاز فرپالایه ها، الکترود های باتری ، دستگاه های آکوستیک (صداگیر) و حتی به عنوان حشره کش های ایمن و سالم به کار روند.

 

هرچند همانند بسیاری از موادی که به تازگی به یک محصول تجاری فرایندی بسیار کند و دشوار است ولی امید است که در آینده ای نه چندان دور این ماده با کیفیت و قیمت مناسب وارد بازار مصرف شده تا در دسترس همگان بوده و جهت مصارف گوناگون مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

 

با تشکر از مهندس علیرضا فخار

[EN-EZEL 13,039]

بررسی ساختمان یخچال و کولر گازی

باید دانست که یخچال*های خانگی ، فریزر ، یخچال*های ویترینی و سایر وسایل سردکننده تراکمی ، ساختمان مشابه دارند، و سیستم کار آنها یکسان است. یک یخچال نسبت به بعضی از لوازم برقی خانگی ، چون سـماور برقی و بخاری برقی ، از جزئیات بیشتری برخوردار است. از اینرو اجزای تشکیل دهنده یخچال را به دو دسته مکانیکی و الکتریکی تقسیم می*کنند.

 

اجزای مکانیکی یخچال

کمپرسور

کار کمپرسور ، ایجاد فشار و مکش جهت به حرکت در آوردن گاز در سیستم است. در داخل کمپرسور یک موتور الکتریکی تک* فاز و یک مجموعه مکانیکی شامل سیستم سوپاپ و پیستون و میل*لنگ قرار دارد. با رسیدن برق به موتور کمپرسور و به چرخش در*آمدن روتور آن توسط میل*لنگ ، پیستون به حرکت در آمده و سوپاپ*های مختلف باز و بسته می شوند. در نتیجه گاز به گردش در می*آید. کمپرسور تنها از طریق سرلوله به بیرون ارتباط دارد.

 

 

صرف*نظر از لوله کور که جز در موارد تخلیه یا شارژ گاز مورد استفاده قرار نمی*گیرد، دو لوله دیگر از اهمیت بسزایی برخور دارند. حرکت پیستون داخل سیلندر کمپرسور مرتبا گاز را از لوله برگشت مکیده و با فشار وارد لوله رفت می*کند. به این ترتیب گاز سرما ساز مدام در حال حرکت است و عمل سرماسازی را انجام می*دهد.

 

رادیاتور خنک کننده - کندانسور

گاز سرد کننده وقتی در داخل کمپرسور تحت فشار قرار گیرد، حرارت آن افزایش می*یابد. حال اگر به طریقی این گرما سلب نشود و یا تعدیل نگردد، عمل سرما*سازی مختل می*شود. از این رو در یخچال ، گاز تحت فشار و گرم شده از کمپرسور وارد لوله*های مارپیچ مانند که در تماس مستقیم هوا است (جای این لوله ها در یخچال های خانگی پشت کابینت اصلی یخچال است) می*شوند. دمای گاز در اثر ارتباط هوا کاهش یافته و عمل سرماسازی در سیستم به سهولت انجام می*شود. به منظور حفاظت لوله*های فلزی کندانسور در برخورد با اشیا و اجسام خارجی ، مفتولی در اطراف کندانسور تعبیه می*کنند.

 

 

فیلتردرایر

گاز پس از آنکه در داخل کمپرسور تحت فشار قرار گرفت، به منظور کاستن از حرارتش راهی کندانسور می*شود. از آنجا که ممکن است در عبور از این مسیر جرم هایی را نیز حمل کند و یا دارای رطوبت باشد، لازم است قبل از سرماسازی کاملا پاک و خشک شود. بنابراین پس از رادیاتور ، از فیلتر عبور می*کند. فیلتر دارای دو لوله ارتباطی است.

 

 

یکی از لوله*ها سطح مقطع بزرگتری دارد که در واقع ورودی فیلتر است و به خروجی کندانسور وصل می*شود. در ورودی فیلتر شبکه*های توری ریزی برای گرفتن جرمهای زائد قرار گرفته است. خروجی فیلتر که سطح مقطع کمتری دارد به لوله مویین متصل می*شود، تا گاز سرد کننده تحت فشار زیاد قرار گیرد. در این خروجی نیز شبکه*های توری با سوراخهای بسیار ریز قرار گرفته است. در فضای میانی فیلتر مواد شیمیایی به نام سیلیکات یا سیلیکاژل قرار دارد، که خاصیت و کار آن جذب رطوبت گاز عبوری است.قابل ذکر هست که فیلتر درایر در آخرین مرحله نصب میشود و در هر باری که سیستم را تخلیه میکنیم باید فیلتری جدید نصب کرد. حتی اگر از مدت زمان شارژ سیستم 1 ساعت گذشته باشد

 

لوله مویین - اپیلاری تیوب

لوله مویین ، لوله*ای با قطر بسیار کم است که به علت باریک بودن به این نام خواننده می*شود و نقش مهمی در تولید سرما دارد. محل نصب لوله مویین بین خروجی فیلتر وورودی با اواپراتور (یخ ساز) است. گاز سرد کننده که توسط کمپرسور تحت فشار قرار گرفته با عبور از مسیر کندانسور و فیلتر وارد لوله مویین می*شود. در لوله مویین فشار محیط درون آن به حد قابل توجهی افزایش می*یابد. لذا گاز سرد کننده که تحت فشار زیاد به مایع تبدیل شده است، با عبور از لوله مویین وقتی که وارد اپراتور می****شود، چون ناگهان با حجم زیادی مواجه می*گردد، تبدیل به گاز شده و ایجاد سرما می*نماید.

 

 

اواپراتور محفظه یخ ساز

اواپراتور به قسمتی گفته می*شود که بوسیله تبخیر یک ماده خنک*کننده سبب تولید سرما شده و در صورت قرار گرفتن در یک ناحیه باعث سرد شدن آن ناحیه یا محفظه می*شود. در وسایل سردکننده همان محفظه سردکننده را به نام اواپراتور می*شناسند. برای انتقال مطلوب و سریع سرما جنس اواپراتور را از آلومینیم انتخاب می*کنند. لوله ورودی اپراتور بسیار باریک است که در واقع همان نقطه اتصال آن به لوله مویین است، و لوله خروجی آن سطح مقطع بیشتری دارد و به لوله برگشت کمپرسور می*رسد.

 

موتور الکتریکی همان گونه که قبلا در مبحث کمپرسور خواندید موتور الکتریکی با یک مجموعه مکانیکی کمپرسور یخچال را تشکیل می دهند.موتور الکتریکی از نوع آسنکدون بوده و دارای دو قطب و قسمتهای عمده آن عبارتند از :

 

 

 

*

سیم پیچ اصلی

*

سیم پیچ فرعی

*

هسته استاتور

*

رتور

 

برای آنکه در موتور یخچال مقاومت اهمی سیم پیچ راه انداز از راکتاس القایی آن زیادتر شود و گشتاور راه اندازی موتور افزایش یابد قسمتی از سیم پیچ استارت را بصورت بیفیلار اجرا می کنند لذا با اهم گیری بین سرهای مشترک و هر کدام از دو سر دیگر می*توان استارت یا اصلی بودن سیم پیچ را تشخیص داد. سرهای الکتروموتور روی کمپرسور درون ترمینال بسته می شود که اصولا بصورت مثلثی است.

 

طرز کار موتور الکتریکی وقتی از طریق ترموستات فرمان به موتور می رسد.جریان الکتریکی از رله استارت و سیم پیچ اصلی عبور می کند و چون سیم پیچی راه انداز در مدار نیست جریانی حدود 2 برابر جریان نامی از سیم پیچ اصل عبور نموده و نیروی الکتریکی رله استارت که با مجذور جریان عبوری از آن متناسب است افزایش می یابد و هسته رله را به سمت بالا هدایت می*کند و سیم پیچی راه انداز توسط تیغه مربوطه که به هسته متحرک رله استارت متصل است، جریان دار شده و موتور شروع به حرکت نماید.

 

با حرکت الکتروموتور جریان الکتریکی در سیم پیچی اصل نرمال شده و نیروی رله استارت کاهش یافته و هسته آن در اثر نیروی وزن هسته پایین می*آید و تیغه مربوط به سیم پیچی راه انداز را قطع می*کند و موتور با سیم پیچی اصلی بکار خود ادامه می*دهد.حرکت رتور موتور سبب تحت فشار قرار دادن گاز از یک سمت و مکش از سمت دیگر می*شود تا زمانی که اواپراتور (یخ ساز) خنک شده و ترموستات جریان الکتروموتور را قطع می نماید.

ترموستات ترموستات یک کلید اتوماتیک تنظیم دما است که داخل یخچال قرار دارد. اجزای اصل ترموسات عبارتند از:

 

 

 

*

بدنه فلزی

*

فانوسک

*

کنتاکت های اتصال

*

لوله بلو که محتوای گاز حساس است.

*

لوله مویین

*

فنر و اهرم ها

*

پیچ تنظیم

*

ولوم

*

صفحه مدرج :که درجات مختلف روی آن نوشته شده است.

 

معمولا لوله بلویی ترموستات را به قسمت تحتانی و یا سقف اواپراتور متصل می سازد. با گرم شدن هوای داخل یخچال و یا افزایش درجه حرارت اواپراتور گاز داخل لوله بلو منبسط می*شود. گاز منبسط شده به فانوسک ترموستات فشار آورده و اهرم مربوط به وصل کنتاکت*های اتصال را جابجا کرده باعث اتصال کنتاکت به یکدیگر می*شود و لذا ولتاژ شبکه به موتور اعمال می*شود و موتور به کار می*افتد. با به کار افتادن موتور اواپراتور خنک شده گاز داخل بالن یا مخزن لوله بلو و لوله مویین منقبض شده و فشار از روی فانوسک ترموستات برداشته می*شود با جمع شدن فانوسک اهرم کنتاکتها به عقب بر می*گردد و اتصال آنها بصورت باز درمی*آید که باعث توقف کار موتور خواهد شد.

 

رله راه انداز (رله استارت) رله استارت بر سه نوع جریانی ولتاژی و حرارتی می باشد که بیشتر رله نوع جریانی و یا حرارتی دو منظوره (استارت و بار منفی) به کار برده می*شود.

رله بار زیاد (بی متال یا اورلود) هرگاه در کار موتور مشکل بوجود می*آید مانند آسیب دیدن سیم پیچ*های اصلی با کمکی و یا مسدود شدن مسیر گردش گاز و یا وضعیت بودن ولتاژ و ... جریان دریافتی موتور افزایش یافته و موتور داغ می کند که ممکن است بسوزد. از اینرو استفاده از رله بار زیاد ضروری است. رله بار زیاد یک فیوز حرارتی است که بر روی کمپرسور نصب می*شود. کار آن به این شرح است که در اثر گرمای جدار خارجی کمپرسور و یا در اثر عبور جریان الکتریکی موتور از سیم هیتر داخل رله گرم شده و با تحریک صفحه حساس طول آن را افزایش می دهد و سبب جدا شدن کنتاکتهای رله می گردد.

جعبه تقسیم و سیم رابط جعبه تقسیم یا ترمینال محل ورود کابل اصلی یخچال و تقسیم سیمهای خروجی است. سیم رابط یخچال باید ازنوع کابلی باشد و جهت ارت کردن حتما نوع سه سیمه آن انتخاب شود.همچنین کابل باید قابلیت انعطاف باشد تا هنگام جابجایی مشکل برای آن ایجاد نشود. سطح مقطع سیمهای کابلی باید باشد.

لامپ یخچال روشن شدن لامپ داخل یخچال به هنگام باز کردن در آن است. توان لامپ یخچال بین 14 تا 40 وات است. این لامپ دارای سرپیچ محکمی است.

شستی معکوس لامپ شستی لامپ یخچال مانند شستی زنگ اخبار است. با این تفاوت که معکوس عمل می*کند یعنی وقتی که در یخچال باز می*شود، کلید آزاد است و لامپ روشن می شود. لامپ خاموش می*شود. بدین جهت به آن شستی معکوس نیز گفته می*شود.

(منبع سايت :

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام

)

[EN-EZEL 13,039]

کولر گازی

 

کولر گازی در صنعت تهویه و تبرید از جایگاه خاصی برخوردار است زیرا به سرعت از گرمای محیط می*کاهد. برخلاف کولرهای آبی ، رطوبت را افزایش نمی دهد. ازاین جهت برای محیط های شرجی بسیار مناسب است.

کولرهای گازی معمولا در دو مدل ساخته می شوند:

کولرهای یک تکه یا پنجره*ای کولرهای دو تکه (اسپلیت)

کولرهای یک تکه دیواری ، یا پشت پنجره*ای ، خیلی متداول و مورد توجه می*باشند و به آسانی در داخل قاب پنجره نصب می*شود.

ساختمان کولرهای گازی کولر گازی نیز همانند بسیاری از لوازم خانگی خصوصا یخچال فریزر از دو قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتند از:

قسمت الکتریکی:

قسمت الکتریکی خود شامل قسمت*هایی چون دوشاخه و سیم*های رابط ، کمپرسور ، خازن ، رله بار زیاد (اورلود) رله راه انداز ترموستات ، کلید چند وضعیتی (کلید فن) ، کلید اصلی کولر و کنترل از راه دور (در کولرهای دو تکه) می باشد. درکولرهای گازی از یک خازن و در بعضی از کولرها از دو خازن به منظور ایجاد گشتاور راه اندازی کمپرسور استفاده می شود. شکل متداول بکارگیری خازن ، به این صورت است که یک خازن برای راه اندازی موتورفن (پروانه) و یک خازن برای راه اندازی کمپرسور مورد استفاده قرار می*گیرد ظرفیت این خازنها در کولرهای مختلف متفاوت است.

قسمت مکانیکی:

اجزای مکانیکی کولر گازی با اندکی تفاوت ، درست مثل قطعات مکانیکی یخچال می*باشد از آن جمله می*توان به قطعاتی مانند کمپرسور کندانسور (رادیاتور) ، اواپراتور ، فیلتر (درایر) ، پروانه اواپراتور ، لوله مویین (کاپیلاری) ، سینی زیر کولر ، خروجی هوا و فیلتر خروجی هوا اشاره کرد. در کمپرسور کولرهای گازی دو مکانیسم بکار گرفته شده است. نوعی از این کمپرسورها از پیستون و میل لنگ طراحی نموده*اند. اما نوع دیگری از کمپرسورها فاقد میل لنگ و پیستون بوده و روتور در حال چرخش (به واسطه فرم خاص) گاز را از مسیر ورودی مکیده و آن را وارد لوله رفت می*سازد این نوع کمپرسورها را کمپرسورهای دورانی می*نامند. در کولرهای گازی از دو پروانه استفاده می*شود که عموما بر روی یک محور اصلی سوار شده*اند. یکی از پروانه*ها هوا را از مجرای ورودی مکیده و با وزش آن کندانسور ، گرما به محیط خارجی منزل یا محل کار می*راند، پروانه دوم که به قسمت جلوی موتور فن متصل است هوا را از مجرای ورودی مکیده و با وزش آن به اواپراتور ، سرما را به محیط وارد می*سازد. در کولرهای دو تکه ، کمپرسور و کندانسور در واحدی به نام یونیت خارجی تعبیه شده*اند. این واحد در خارج از ساختمان نصب می*شود. واحد تبخیر یا اواپراتور و شیر انبساط نیز در یک واحد بنام یونیت داخلی تعبیه شده*اند.

کولرهای دو تکه عموما دارای دستگاه کنترل از راه دور می*باشند. هوا در جهت ورود به محیط منزل یا محل کار از دریچه مخصوصی که به خروجی هوا معروف است می گذرد. به منظور جلوگیری از ورود گرد و غبار و موارد مشابه به داخل محیط منزل یا محل کار ، پشت خروجی هوا ، فیلتر سیمی یا اسفنجی تعبیه می شود. گاهی ممکن است بر اثر عدم تنظیم ترموستات و یا ازدیاد گاز شارژ شده اواپراتور و یا قسمتی از لوله برگشتی برفک یا یخها ذوب شوند و در نتیجه آب از جدارهای کولر سر ریز کند. برای پیشگیری از این مشکل ترتیبی اتخاذ شده است که در صورت بروز حالت فوق ، آب به خارج از کولر هدایت شود. این وظیفه بر عهده سینی زیر کولر است. در گوشه*ای از سینی ، لوله مخصوصی تعبیه شده که این آبها از آن خارج می*شود. برای جلوگیری از ریزش آب ، عموما به لوله مذکور شیلنگی متصل می*شود و با قرار دادن آن بر روی سطح زمین از پراکنده شدن ذرات آب در محیط جلوگیری می*شود. نحو ه سرما سازی در کولر گازی چگونگی ایجاد سرما در بسیاری از وسایل سرما ساز مانند کولر ، یخچال ، آب سرد کن و ... مشابه است ، در کولر گازی ، همانند یخچال ، از تبدیل گاز به مایع بوسیله افزایش فشار و در نتیجه تولید سرما که در اثر تبدیل مایع به گاز ایجاد می*شود. برای رسیدن به هدف مورد نظر (خنک نمودن محیط) استفاده می*کنند. تنها تفاوت را می*توان در خنک کردن کندانسور (رادیاتور) دانست که در کولر گازی بوسیله هوای دمیده شده بر روی آن گرمای لازم گرفته می*شود. در حالی که در یخچال برای داشتن هوای خنک از دمیدن هوا بر روی اواپراتور استفاده می*گردد.

[EN-EZEL 13,039]

یخچالهای نفتی

 

 

 

یخچالهای نفتی یکی از جالبترین سیستمهای تبرید هستند که در دوران قدیم مورد استفاده قرار میگرفتند. برخلاف تصور عامه مردم، نفت هیچ نقش مستقیمی در سیکل تبرید ایفا نمیکرد بلکه تنها برای تولید حرارت در ژنراتور استفاده می شد.

 

به طور کلی یخچال نفتی یک سیکل تبرید جذبی آب-آمونیاک است که در آن آمونیاک نقش مبرد و آب نقش جاذب را بازی می کنند. در ادامه به طور مختصر مراحل مختلف سیکل را توضیح می دهم.

 

 

 

قسمتهای اصلی سیستم:

 

1- ژنراتور (Generator)

 

2- پمپ حباب (Bubble Pump)

 

3- کندانسور (Condenser)

 

4- اواپراتور (Evaporator)

 

5- ابزربر (Absorber)

 

 

 

در شکل زیر میتوانید روند انجام سیکل تبرید را به صورت انیمیشن مشاهده کنید :

 

 

سیکل تبرید یخچال نفتی:

 

ابتدا با حرارت تولید شده توسط شعله نفتی دمای محلول آب و امونیاک موجود در ژنراتور افزایش می یابد تا جایی که آمونیاک به علت دمای جوش پایینتر بخار شده و از محلول جدا می شود. بخار آمونیاک از لوله باریکی که پمپ حباب نام دارد بالا میرود و همراه خود مقداری محلول رقیق آب و آمونیاک را نیز به سمت بالا میبرد و وارد مسیر جدیدی به سمت ابزربر می نماید.

 

بخار آمونیاک بعد از عبور از کندانسور هوایی که در پشت یخچال قرار دارد تقطیر می شود. آمونیاک مایع وارد اواپراتور یخچال شده و با گرفتن حرارت از درون یخچال مجدداَ تبخیر می شود.

 

تا اینجا عملیات تبرید به پایان رسیده است ولی برای ادامه تبرید باید بخار آمونیاک مجدداَ وارد محلول آب و آمونیاک شود.

 

برای این امر از گاز کمکی هیدروژن کمک میگیرند این گاز عملیات جذب آمونیاک توسط آب را تسهیل می نماید و در پایان مجدداَ از محلول جدا شده و وارد مخزن هیدروژن می شود. با این حساب بخار آمونیاک متصاعد شده از اواپراتور(مبرد)، هیدروژن(تسهیل کننده جذب) و محلول رقیق آب و امونیاک که توسط پمپ حباب به جریان افتاده در یک سری لوله به نام ابزربر در مجاورت هم قرار میگیرند و در طول جاری شدن از لوله که شیب کمی به سمت پایین دارد به مرور بخار آمونیاک جذب محلول رقیق آب و آمونیاک شده و محلول غلیظ حاصل در مخزنی ذخیره می شود تا سیکل تبرید را ادامه دهند. به علت بازده بالای سیستمهای تراکمی در مقیاس مشابه از این سیستم استفاده چندانی نمی شود اما هنوز در جاهایی که گاز و برق برای تبرید وجود ندارد از یخچال نفتی استفاده می شود.

 

 

 

امروزه با تغییراتی در این سیستم (تبرید جذبی آب-آمونیاک) مثلا قراردادن پمپ الکتریکی و فن برای کندانسور و ابزربر و . . . بازده سیستم را افزایش داده و از آن در چیلرهای جدبی گازسوز استفاده نمودند. از محاسن این چیلرها میتوان به مصرف کم الکتریسیته به خاطر عدم وجود کمپرسور، بازده بالا، توانایی کار در محیطهای گرم (بالای 45 درجه سانتی گراد) به علت دارا بودن کندانسور هوایی و . . . نام برد.

[EN-EZEL 13,039]

آشنايي با عملکرد چيلر جذبي يک اثره ليتيوم برومايد و آب

در اين مقاله ابتدا عملکرد سيکل طي يک فرايند کلي توضيح داده مي شود و سپس جزئيات عملکرد هر قسمت تشريح مي گردد. نحوه عملکرد سيکل تبريد جذبي يک اثره ليتيوم برومايد و آب به شرح زير است : بطور کلي دستگاه از چهار قسمت اصلي اواپراتور ، جذب کننده ، ژنراتور و کندانسور تشکيل گرديده است. مايع مبرد (آب معمولي) در قسمت اواپراتور روي لوله هاي آب تهويه ساختمان پاشيده مي شود و به دليل وجود خلأ بسيار بالا ، آب در درجه حرارت کم تبخير گرديده و باعث سرد شدن آب لوله هاي تهويه ساختمان مي گردد. در جذب کننده بخارات حاصله توسط محلول غليظ ليتيوم برومايد جذب مي گردد و محلول با جذب آب رقيق گشته و توسط پمپ کوچکي به قسمت فوقاني دستگاه يعني ژنراتور منتقل مي گردد. انتقال ليتيوم برومايد از طريق يک مبدل حرارتي انجام مي پذيرد که در حين عبور از آن محلول ليتيوم برومايد رقيق شده، گرم مي گردد. در ژنراتور ليتيوم برومايد تحت تأثير لوله هاي بخار ، داغ شده و آّب آن تبخير مي گردد و ليتيوم برومايد غليظ شده از طريق مبدل حرارتي به قسمت جذب کننده بازگشت داده مي شود تا فرايند جذب آب مجدداً صورت گيرد. بخارات آب تبخير شده در ژنراتور توسط لوله هاي کندانسور تقطير گشته و مجدداً به قسمت اواپراتور عودت داده مي شوند و اين سيکل مرتباً تکرار مي گردد و لوله هاي تهويه ساختمان (لوله هاي آب سرد) تا حدود 6 درجه سانتيگراد سرد مي گردند. در مسير عبور سيال از کندانسور به اواپراتور و از مبدل حرارتي به جذب کننده يک مجراي تقليل دهنده فشار قرار مي گيرد.

 

در اين مقاله ابتدا عملکرد سيکل طي يک فرايند کلي توضيح داده مي شود و سپس جزئيات عملکرد هر قسمت تشريح مي گردد. نحوه عملکرد سيکل تبريد جذبي يک اثره ليتيوم برومايد و آب به شرح زير است : بطور کلي دستگاه از چهار قسمت اصلي اواپراتور ، جذب کننده ، ژنراتور و کندانسور تشکيل گرديده است. مايع مبرد (آب معمولي) در قسمت اواپراتور روي لوله هاي آب تهويه ساختمان پاشيده مي شود و به دليل وجود خلأ بسيار بالا ، آب در درجه حرارت کم تبخير گرديده و باعث سرد شدن آب لوله هاي تهويه ساختمان مي گردد. در جذب کننده بخارات حاصله توسط محلول غليظ ليتيوم برومايد جذب مي گردد و محلول با جذب آب رقيق گشته و توسط پمپ کوچکي به قسمت فوقاني دستگاه يعني ژنراتور منتقل مي گردد. انتقال ليتيوم برومايد از طريق يک مبدل حرارتي انجام مي پذيرد که در حين عبور از آن محلول ليتيوم برومايد رقيق شده، گرم مي گردد. در ژنراتور ليتيوم برومايد تحت تأثير لوله هاي بخار ، داغ شده و آّب آن تبخير مي گردد و ليتيوم برومايد غليظ شده از طريق مبدل حرارتي به قسمت جذب کننده بازگشت داده مي شود تا فرايند جذب آب مجدداً صورت گيرد. بخارات آب تبخير شده در ژنراتور توسط لوله هاي کندانسور تقطير گشته و مجدداً به قسمت اواپراتور عودت داده مي شوند و اين سيکل مرتباً تکرار مي گردد و لوله هاي تهويه ساختمان (لوله هاي آب سرد) تا حدود 6 درجه سانتيگراد سرد مي گردند. در مسير عبور سيال از کندانسور به اواپراتور و از مبدل حرارتي به جذب کننده يک مجراي تقليل دهنده فشار قرار مي گيرد. اين سيکل تبريد در شکل (1) نشان داده شده است. اين شکل و شماره گذاري هاي مربوطه ، شبيه به شکل (17) از بخش (1-14) مرجع شماره ۱ ترسيم شده است. توجه به نکات ذيل در ارتباط با اين سيکل تبريد جذبي ضروري است : الف - به طور کلي اين سيستم جذبي در دو فشار کار مي کند که ژنراتور و کندانسور در فشار بالا و جذب کننده و اواپراتور در فشار پايين مي باشند. ب - جاذب يعني محلول ليتيوم برومايد در حلقه 1-6-5-4-3-2-1 جريان دارد. در وضعيت 1 محلول ، رقيق و در وضعيت 4 محلول ، غليظ است. ج - مبرد يعني آب در چهار مسير اصلي جريان دارد که عبارتند از : (1) مسير کندانسور به اواپراتور که آب ، حالت مايع دارد (وضعيت هاي 8 و 9). (2) مسير اواپراتور به جذب کننده که آب ، حالت بخار دارد (وضعيت 10). (3) مسير ژنراتور به کندانسور که آب ، حالت بخار دارد (وضعيت 7). (4) در مسير جذب کننده به ژنراتور و برگشت از آن ، آب به صورت محلول با ليتيوم برومايد است . د - ليتيوم برومايد يک نوع نمک است که در حالت خشک شکل کريستالي دارد و هنگامي که به صورت محلول در آب باشد و نسبت آب به 30% برسد به حالت مايع در مي آيد. ه - در سيکل هاي تبريد جذبي معمولاً ، يک پمپ ، مايع مبرد جمع شده در کف اواپراتور را گردش مي دهد. باوجود اين پمپ ، مبرد به افشانک هاي بالاي لوله هاي اواپراتور مي رود. افشانک ها کمک مي کنند که سطوح خارجي لوله ها در همه حال خيس باشد. علاوه بر اين پاشش مبرد ، مايع مبرد را به ذرات ريزتر در مي آورد که آسانتر تبخير شود. اين عمل تبادل گرما را بهتر کرده و حداکثر استفاده از مبرد ميسر مي شود. در بسياري از موارد سيال ورودي به اواپراتور ، آب سرد برگشتي از دستگاه هاي هوارسان است که با دماي 54 درجه فارنهايت وارد شده و تا دماي 44 درجه فارنهايت سرد شده و خارج مي گردد. و - بايد توجه داشت که در اواپراتور قسمتي از مبرد که در تماس با لوله هاي آب تهويه است تبخير و موجب سرمايش مي شود و بخش ديگر به کف اواپراتور ريخته مي شود که با پمپ مبرد دوباره گردش مي نمايد. ز - بخار مبرد از اواپراتور وارد جذب کننده مي شود زيرا فشار بخار محلول ليتيوم برومايد در جذب کننده کمتر از فشار بخار مبرد در اواپراتور است. هر چه غلظت محلول ليتيوم برومايد بيشتر و دماي آن کمتر با شد فشار بخار محلول کمتر خواهد بود. ح - در مسير اواپراتور به جذب کننده ، بخار مبرد از صفحات جدا کننده اي عبور خواهد کرد و مايع آن جدا شده و در اواپراتور باقي خواهد ماند. ط- در جذب کننده ، فرايند پاشش ليتيوم برومايد و اختلاط آن با بخار مبرد ، يک فرايند گرمازا است. براي نگهداري دماي جذب کننده ، آب برج خنک کن از داخل لوله هاي آن عبور مي کند و دماي آب خنک کننده ورودي معمولاً حدود 85 درجه فارنهايت است که پس از گرم شدن به 95 درجه فارنهايت مي رسد. شايان ذکر است اگر گرماي جذب کننده گرفته نشود ، فشار و دما بالا رفته و جريان بخار از اواپراتور متوقف مي گردد. در جريان مخلوط شدن ، بخار مبرد تقطير مي شود و تشکيل محلول رقيق ليتيوم برومايد مي دهد که اگر محلول دوباره غلظت اوليه خود را به دست نياورد سيکل متوقف خواهد شد. ي - محلول رقيق با بخار درون لوله هاي ژنراتور تبادل گرما نموده که در اثر آن قسمتي از مبرد تبخير و محلول غليظ مي گردد. بايد توجه داشت که تبخير مبرد در ژنراتور ميسر است زيرا دماي جوش آن پايين تر از دماي جوش جاذب است و دماي ژنراتور هيچ وقت به دماي جوش نمک نمي رسد. ک - در مسير ژنراتور به کندانسور ، بخار مبرد از صفحات جدا کننده عبور مي کند. اين صفحات نمک همراه مبرد را مي گيرد و آب خالص به طرف کندانسور فرستاده مي شود. ل - آب خنک کن ورودي به کندانسور مي تواند آب خروجي از جذب کننده باشد که دمايي حدود 95 درجه فارنهايت دارد. در عين حال به صورت جداگانه هم امکان لوله کشي وجود دارد و مي توان آب وردي به کندانسور و جذب کننده را هم دما در نظر گرفت. در نهايت آب خروجي از اين دو قسمت به برج خنک کن خواهد رفت. م - فرايند جريان مايع مبرد غليظ از کندانسور به اواپراتور در اثر اختلاف فشار مي باشد. ن - راندمان سيکل جذبي با استفاده از مبدل حرارتي افزايش مي يابد. مبدل حرارتي گرماي محلول غليظ خروجي از مولد را به محلول رقيق سردتر ليتيوم برومايد که از جذب کنده مي آيد ، مي دهد. دماي محلول رقيق افزايش مي يابد و بنابراين انرژي گرمايي لازم در لوله هاي ژنراتور کاهش مي يابد. در عين حال دماي محلول غليظ کاهش مي يابد و بنابراين گرمايي که بايد توسط آب برج خنک کن در جذب کننده گرفته شود کم مي گردد. س - معمولاً در چيلرهاي جذبي يک سيستم تخليه ناخالصي در جذب کننده وجود دارد. گازهاي غير قابل تقطير تمايل دارند روي سطوح محلول رقيق ليتيوم برومايد که در کف جذب کننده است ، جمع شوند. اگر اين گازها به وسيله سيستم تخليه جمع آوري و دفع نگردند باعث افزايش فشار در جذب کننده مي شوند تا جايي که ممکن است جريان بخار از اواپراتور متوقف شود. ع - کنترل کار چيلر به وسيله شير کنترل خودکار که روي خط ورودي بخار نصب است انجام مي شود. اين شير جريان بخار به ژنراتور را کم و زياد مي کند. شير خود کار از يک سنسور که روي خط خروجي آب سرد خروجي از اواپراتور نصب است ، فرمان مي گيرد. به عنوان مثال ، اگر دماي آب خروجي خيلي سرد باشد شير بخار مي بندد و جريان بخار به ژنراتور را کم مي کند . وقتي جريان بخار کم مي سود ، مقدار کمتري مبرد در ژنراتور جوش مي آيد و از آن خارج مي شود ، در نتيجه غلظت محلول جاذب پاشيده شده روي لوله هاي جذب کننده کاهش مي يابد و محلول قادر نخواهد بود که بخار مبرد را به خوبي جذب کند و در نتيجه توان سرمايي اواپراتور کاهش مي يابد. مراجع: 1- ASHRAE Fundamentals Handbook , American Society of Heating , Refrigerating and Air conditioning Engineers , IP Edition , Atlanta , 2001. ۲- سازمان مديريت و برنامه ريزي کشور ، عملکرد ، نگهداري و بهينه سازي سيستم هاي گرمايي ، تعويض هوا و تهويه مطبوع (نشريه 172) ، دفتر تحقيقات و معيارهاي فني ، چاپ اول ، تهران ، 1377. ۳- سازمان مديريت و برنامه ريزي کشور ، نگهداري دستگاه هاي تأسيساتي (نشريه 1-138) ، دفتر تحقيقات و معيارهاي فني ، چاپ اول ، تهران ، 1374.

[EN-EZEL 13,039]

خودسوزي و روش*هاي جلوگيري از آن

نويسنده : حجت*الله صفايي*زاده

 

 

بازده نظري موتور به دليل افزايش تراكم آن، به*طوري نامحدود بهبود يافته اما از لحاظ عملي براي تحقق آن دو محدوديت عمده وجود دارد.

1.فشار حداكثر چرخه احتراق با افزايش تراكم به شدت افزايش مي*يابد. لذا براي تحمل اين فشار، به موتوري با بدنه قوي*تر و وزن زيادتر نياز است. اين امر، مزاياي افزايش بازده را از بين مي*برد.

2.در نسبت تراكم بالا، فرايند احتراق به طرزي غيرعادي انجام مي*شود. اين امر موجب صداي اضافي و آسيب ديدگي سريع برخي قسمت*هاي موتور خواهد شد. اين نوع احتراق غيرعادي، خودسوزي ناميده مي*شود.

بعد از اشتعال مخلوط سوخت و هوا در نزديكي نقطه مرگ بالا، جبهه شعله به صورتي پيش دونده و مشابه گسترش شعله در علف*زاري خشك گسترش مي*يابد، لذا فشار سيلندر بالا رفته و مقدار بيشتري سوخت مي*سوزد. بيشترين فشار معمولاً هنگامي ايجاد مي*شود كه شعله به دورترين نقطه سيلندر رسيده و از آخرين قسمت بار مي*گذارد. آخرين قسمت سوخت كه قبلاً تحت تأثير فشار ناشي از مرحله تراكم بوده، اكنون بر اثر فشار ناشي از فرايند سوختن اولين قسمت بار، به*طور آديا باتيك به شدت متراكم شده و دماي آن به حدي بالا مي*رود كه از دماي خود اشتعالي مخلوط سوخت و هوا تجاوز مي*كند. اگر نسبت سوخت به هوا در قسمت نسوخته سوخت يكسان باشد، اشتعال ناگهاني و همزمان تمامي قسمت*هاي بار رخ مي*دهد. اين حالت را خودسوزي مي*نامند. در حالت خودسوزي، فشاري سريع از ناحيه خودسوزي به فضاي احتراق رسيده و سپس به ديوارهاي سيلندر برخورد مي*كند. اين فشار به*طور متوالي توسط ديوارهاي سيلندر به جلو و عقب منعكس شده و باعث ايجاد صدا و خرابي در سيلندر مي*شود. به اين صدا كوبيدن گفته مي*شود.

در پاره*اي موارد، مخلوط سوخت و هوا بر اثر سطوح داغ داخل فضاي احتراق، به*طور ناگهاني و قبل از زدن جرقه، مشتعل مي*شود. اين عمل را پيش اشتعالي مي*نامند كه مي*تواند باعث خودسوزي شود. البته خودسوزي نيز مي*تواند باعث پيش اشتعالي شود.

 

تأثير متغيرهاي موتور بر خودسوزي

نسبت تراكم: افزايش نسبت تراكم منجر به فشارهاي بالاي سيلندر در زمان تراكم مي*شود. از آنجا كه آخرين قسمت بار قبل از رسيدن شعله، تحت تأثير اين فشار است، زمان تأخير كاهش يافته و تمايل به خودسوزي افزايش مي*يابد.

آوانس جرقه: آوانس جرقه، فشار نوك چرخه احتراق را افزايش مي*دهد. اين امر باعث افزايش فشار و دماي آخرين قسمت بار شده و تمايل به خودسوزي را افزايش مي*دهد.

فشار هواي ورودي: افزايش فشار هواي ورودي، سرعت شعله را افزايش داده و تمايل به خودسوزي را كاهش مي*دهد. فشارهاي زياد (پرخوران كردن موتور) از دوره تناوب تأخير مي*كاهند و تمايل به خودسوزي را افزايش مي*دهند.

افزايش دماي هواي ورودي: افزايش دماي هواي ورودي، سرعت شعله را تا حدودي كاهش داده و دماي آخرين قسمت بار را كه مي*خواهد بسوزد، افزايش مي*دهد. در نتيجه تمايل به خودسوزي افزايش مي*يابد.

نسبت سوخت به هوا: در فشارهاي ثابت، حداكثر تمايل به خودسوزي در نسبت سوخت به هواي بيشترين توان، رخ مي*دهد. در اين حالت، با تغيير نسبت سوخت به هوا (كم يا زياد) تمايل به خودسوزي افزايش مي*يابد.

دور موتور: افزايش دور موتور، تلاطم داخل سيلندر را زياد كرده و به افزايش سرعت شعله مي*انجامد. بنابراين، در اكثر سوخت*ها، تمايل به خودسوزي را كاهش مي*دهد.

اندازه سيلندر: به ازاي دماها و فشارهاي ثابت، زمان لازم براي عبور شعله از عرض فضاي احتراق در سيلندر بزرگ*تر، بيشتر شده و تمايل به خودسوزي را افزايش مي*دهد.

طرح محفظه احتراق: اگر در طراحي مناسب محفظه احتراق، طول مسير شعله كاهش يابد، ميزان خودسوزي نيز كاهش مي*يابد.

نوع سوخت: تمايل يك سوخت به خودسوزي، به دماي خوداشتعالي، طول مرحله تأخير، شرايط معين و اين امر بستگي دارد كه آخرين قسمت بار تا چه اندازه مي*تواند سريع بسوزد. تمايل سوخت به خودسوزي را عدد اكتان مي*نامند.

 

زمان جرقه*زني

از آنجا كه اشتعال تمام مخلوط سوخت به هوا و ايجاد حداكثر قدرت، تنها چند ميلي ثانيه طول مي*كشد، پيستون در همين زمان اندك، بسته مانده و مقداري جابه*جايي سريع دارد. از آنجا كه معلوم شده بيشترين توان و گشتاور، زماني حاصل مي*شود كه بيشترين فشار توليدي در سيلندر، حدود 16 درجه بعد از نقطه مرگ بالا حاصل مي*شود، زمان مناسب حدوث جرقه بايد قبل از نقطه مرگ بالا به هنگام تراكم در نظر گرفته شود. زمان حدوث جرقه را آوانس جرقه مي*نامند. زمان دقيق جرقه*زني، به سرعت انتقال شعله بستگي دارد كه اين نيز به عوامل زيادي نظير: نوع سوخت، نسبت تراكم، شكل فضاي احتراق و... بستگي دارد.

به علت افت*هاي ناشي از كنترل خودسوزي، موتورها بسيار نزديك به اين نقطه كار مي*كنند. به دليل وجود كنترل مرزي، تغييراتي كوچك در شرايط عملكرد موتور و حتي وجود اشكالي كوچك مي*تواند موجب بروز حالت خودسوزي خطرناكي شود. در موتورهاي امروزي كه به دليل افزايش بازده، از تراكم بالاتري بهره مي*برند، خودسوزي مي*تواند در دورهاي پايين موتور و فشارهاي بالاي منيفولد مشاهده شود. كوبيدن موقت موتور به هنگام شتاب گرفتن خودرو، امري غيرعادي نيست و به ندرت به موتور آسيب مي*رساند. كوبيدن طولاني مدت بويژه در سرعت*هاي بالا مي*تواند صدمات زيادي به موتور وارد آورد. ضربات فشاري تا 150 بار در دامنه نوساني 6 تا 2 كيلوهرتز مي*تواند واشر سرسيلندر را خراب كرده، پيستون را سوراخ يا رينگ پيستون را بشكند. بنابراين، لازم است كه وجود خودسوزي را تشخيص داده و كنترل*هاي لازم قبل از بروز آسيب، انجام شوند.

روش*هاي متعددي براي كنترل خودسوزي وجود دارد. استفاده از سوخت مناسب براي كنترل خودسوزي، يكي از روش*هاي مفيد است. موتوري كه از بنزين با اكتان بالاتر استفاده مي*كند، در نسبت تراكم بالاتري عمل كرده و لذا مي*تواند بدون خودسوزي به بازده بالايي برسد. موتورها با پرخوران كردن آنها، بدون خودسوزي به تواني بالاتر دسترسي مي*يابند. حتي مي*توان از بهترين آوانس جرقه استفاده كرد كه منجر به افزايش توان و بازده مي*شود. در برخي موتورهاي با توان بالا، براي كنترل خودسوزي در فشارهاي بالاي منيفولد از نسبت سوخت به هواي غني استفاده مي*كنند كه تأثير آن بر توان موتور اندك بوده ولي بازده آن را به مقدار زيادي كاهش مي*دهد. پاشيدن آب بر روي منيفولد ورودي يا سيلندر نيز يكي از روش*هاي كنترل خودسوزي است كه در بعضي موتورهاي هواپيما به كار مي*رود. معمول*ترين روش خودسوزي، كنترل دقيق آوانس جرقه است. به دليل افزايش بازده موتور، آوانس جرقه به حدي مي*رسد كه سبب كوبش مي*شود (حتي گاهي بيشتر از اين مقدار). دستگاه كنترل موتور به وسيله حساسه*هاي الكترونيكي، خودسوزي را تشخيص داده و جرقه را بلافاصله ريتارد مي*كند تا كوبش متوقف شود. پس از آن، آوانس كامل را برقرار ساخته تا زماني كه كوبش دوباره ظاهر شود و دوباره سيستم جرقه را ريتارد مي*كند. اين حالات به*گونه*اي است كه موتور هميشه نزديك به مرحله خودسوزي كار مي*كند، بدون اينكه خطري از اين بابت آن را تهديد كند.

كوبيدن را مي*توان از راه*هايي گوناگون تشخيص داد. اندازه*گيري فشار تراكم سيلندر و شدت جريان يونيزه كردن شمع درست بعد از جرقه، دو نمونه از اين راه*هاست. معمولي*ترين روش تشخيص كوبيدن، اندازه*گيري ارتعاش ساختار سيلندر به وسيله حساسه*اي پيزو الكترونيك است. حسگر را طوري ماشينكاري مي*كنند كه در فركانس*هاي كوبيدن موتور، به ارتعاش درآيد. اين حسگر به بدنه سيلندر يا سرسيلندر بسته شده و به محض لرزش موتور، جسم پيزو الكترونيك داخل حسگر از سوي صفحه ارتعاشي آن، تحت تنش چرخه*اي قرار مي*گيرد كه اين عمل به توليد ولتاژي بين دو سطح منجر مي*شود. پردازنده مركزي سيستم، از ولتاژها نمونه*برداري مي*كند تا وضعيت كوبيدن را ارزيابي كرده و در صورت تجاوز ولتاژهاي ارسالي، براي بهبود وضعيت ريتارد از ولتاژهاي مرجع جرقه استفاده مي*شود.

 

منابع:

1. الكترونيك خودرو

2. موتورهاي احتراق داخلي، ترجمه مهندس امير اصلاني