Τα πλέον διαδεδομένα συστήματα ψυκτικών μηχανών που λειτουργούν με θερμοδυναμικές μεταβολές του ρευστού είναι το ψυκτικό σύστημα με συμπίεση των ατμών του μέσου και το ψυκτικό σύστημα με απορρόφηση των ατμών του μέσου.
Του Ευάγγελου Αναγνώστου *
Οι ψυκτικές μηχανές είναι θερμικές μηχανές που λειτουργούν σύμφωνα με τον κύκλο Carnot κατά την ανάδρομο φορά. Οι νόμοι και οι ιδιότητες των σωμάτων σε ρευστή κατάσταση έχουν πλήρη εφαρμογή στις ψυκτικές μηχανές και υπάρχει επιτακτική ανάγκη της καλής γνώσης αυτών προκειμένου ο συσχετισμός και με άλλα στοιχεία (μηχανικής των ρευστών, μετάδοσης θερμότητας, ρεοστατικής, κλπ.) να αποτελέσουν την υποδομή της ανάπτυξης εφαρμογής ψυκτικής μηχανής.
Για διάφορες εφαρμογές με ρευστά δημιουργήθηκαν εργαστηριακά πίνακες των χαρακτηριστικών ενός ρευστού, υπάρχουν δε και διαγράμματα πολύ χρήσιμα και παραστατικά, όπου με γραφική απεικόνιση δίνονται τα στοιχεία του ρευστού. Στις ψυκτικές μηχανές δεδομένου ότι το ρευστό κάνει κυκλική μεταβολή μέσα στο κύκλωμά της, ο κύκλος που διαγράφει μπορεί να χαραχτεί σε ένα τέτοιο διάγραμμα, όπου δίνεται η χαρακτηριστική εικόνα λειτουργίας της μηχανής. Το διάγραμμα που κατεξοχήν χρησιμοποιείται για τις ψυκτικές μηχανές είναι το P-h, όπου στον κατακόρυφο άξονα είναι η απόλυτη πίεση Ρ (στο μετρικό σύστημα σε Bar ή Kpa) και στον οριζόντιο άξονα είναι η ειδική (τα επίθετα ειδικός, ειδική, ειδικό συνήθως αναφέρονται σε μεγέθη της μονάδας μάζας) ενθαλπία h (στο μετρικό σύστημα σε j/gr ή Kj/Kg).
Στις συνηθισμένες ψυκτικές μηχανές συναντούμε διάφορες θερμοδυναμικές μεταβολές που γίνονται στο εργαζόμενο ρευστό (ψυκτικό μέσο) κατά τη διάρκεια λειτουργίας τους και χαρακτηρίζουν τη μηχανή.
Τα πλέον διαδεδομένα συστήματα ψυκτικών μηχανών που λειτουργούν με θερμοδυναμικές μεταβολές του ρευστού είναι:
α΄ το ψυκτικό σύστημα με συμπίεση των ατμών του μέσου και
β΄ το ψυκτικό σύστημα με απορρόφηση των ατμών του μέσου.
Τα συστήματα που λειτουργούν με συμπίεση των ατμών του ρευστού είναι τα πλέον διαδεδομένα και συνήθως χρησιμοποιούμενα. Η εξάπλωσή τους υπήρξε ραγδαία μετά τη χρήση των αλογονοπαράγωγων του μεθανίου (των γνωστών ως Freon). Στα συστήματα αυτά γίνεται ισόθλιπτη (με ίση πίεση) παραγωγή ατμών (εξάτμιση) και συμπύκνωση (υγροποίηση των ατμών), αδιαβατική συμπίεση των ατμών και στραγγαλιστική εκτόνωση του ψυκτικού μέσου.
Λογίζεται ως αδιαβατική η συμπίεση των ατμών, δηλαδή η μεταβολή γίνεται χωρίς συναλλαγή θερμότητας. Αυτό βεβαίως είναι κατά συνθήκη, δεδομένου ότι δεν υπάρχει αδιαβατικό τοίχωμα για να μην γίνεται συναλλαγή θερμότητας, τα τελευταία χρόνια η τεχνολογική ανάπτυξη δίνει τη δυνατότητα της γρήγορης (ταχύτατης) μεταβολής (με την ανάπτυξη των πολύστροφων συμπιεστών) και λογίζεται ότι δεν γίνεται συναλλαγή θερμότητας με το περιβάλλον.
SeparatorBetweenMainTextsΨύξη και ενέργεια
Στη φυσική, από τις βασικές έννοιες (ίσως η πρωταρχική) είναι η ενέργεια. Επειδή οι ψυκτικές μηχανές είναι μηχανές του ενεργειακού τομέα και η λειτουργία τους είναι για ενέργεια θα δώσουμε κατ’ αρχάς τον ορισμό της ενέργειας, για να αποφεύγονται οι παρεξηγήσεις.
Ως ενέργεια ορίζεται το αίτιο της οποιασδήποτε μεταβολής-αλλαγής ενός σώματος. Προκειμένου να μελετήσουμε, να κωδικοποιήσουμε, να ορίσουμε και να περιγράψουμε την ενέργεια, τη συσχετίζουμε πάντα με τη μεταβολή που προκαλεί κατά τη ροή της και έτσι δίνεται και ο χαρακτηρισμός. Την ενέργεια που προκαλεί την αλλαγή της κινητικής κατάστασης χαρακτηρίζουμε ως κινητική, αυτή που προκαλεί την αλλαγή της φυσικής κατάστασης (υγροποίηση, εξάτμιση, στερεοποίηση, κλπ.) ή την αλλαγή της θερμοκρασίας, χαρακτηρίζουμε ως θερμική (θερμότητα), αυτή που προκαλεί την κίνηση των ηλεκτρονίων ηλεκτρική, κλπ. Είναι αξιοσημείωτο, ότι μας ενδιαφέρει η ροή της ενέργειας από ένα σώμα σε ένα άλλο. Η ροή της ενέργειας από ένα σώμα σε άλλο γίνεται «αφ’ εαυτής» δηλαδή από μόνη της και δεν απαιτείται άλλη παρέμβαση. Για να υπάρχει ροή ενέργειας πρέπει το δυναμικό των σωμάτων να είναι διαφορετικό, διαφορετικά δεν υπάρχει ροή και συνεπώς δεν μας ενδιαφέρει ενεργειακά. Τονίζουμε ότι μεταξύ σωμάτων με διαφορετικό δυναμικό υπάρχει πάντα ροή ενέργειας, που είναι από το σώμα με το μεγαλύτερο δυναμικό προς το σώμα με το μικρότερο, η ροή ενέργειας σταματά όταν τα σώματα αποκτήσουν το ίδιο δυναμικό, είναι π.χ. της ίδιας θερμοκρασίας. Η ενέργεια ΔΕΝ ρέει ποτέ από σώμα με μικρό δυναμικό σε άλλο με μεγαλύτερο κι έτσι ποτέ δεν πηγαίνει από τα ψυχρά στα θερμά (από τα κρύα στα ζεστά).
Σύμφωνα με τα παραπάνω, οι χώροι ή τα σώματα που είναι χαμηλής θερμοκρασίας (έχουν μικρό δυναμικό) δέχονται ενέργεια με τη μορφή θερμότητας (τη χαρακτηρίζουμε θερμική) συνεχώς από τα άλλα υλικά με τα οποία έρχονται σε θερμική επαφή, στερεά ή ρευστά, τοιχώματα, αέρα, νερό, κλπ. Και αφού δέχονται θερμική ενέργεια είναι συμπερασματικά λογικό, να μεγαλώνει η θερμοκρασία τους ή να αλλάζει η φυσική τους κατάσταση. Προκειμένου να μη συμβαίνει αυτή η αλλαγή, πρέπει, αυτή τη θερμότητα να την αντλούμε από τους χώρους ή τα σώματα με τη χαμηλή θερμοκρασία και να την απορρίπτουμε σε υλικά σώματα με μεγαλύτερη θερμοκρασία, που διατίθενται προς τούτο, χωρίς να μας ενδιαφέρει το είδος της αλλαγής που θα υποστούν. Η συνηθέστερη περίπτωση είναι η απόρριψη της αντλούμενης θερμότητας στο νερό ή τον ατμοσφαιρικό αέρα.
Η άντληση της θερμότητας από τα σώματα χαμηλής θερμοκρασίας και η απόρριψή της σε σώματα με μεγαλύτερη θερμοκρασία γίνεται με συστήματα που χαρακτηρίζουν τη διαδικασία και είναι τα ψυκτικά συστήματα ή ψυκτικές μηχανές ή συνηθέστερα ψυκτικές εγκαταστάσεις.
* Ο κ. Ευάγγελος Αναγνώστου είναι ψυκτικός και μέλος της Ο.Φ.Ε.
