مبرد آزمایشگاهی یا کندانسور و کاربرد آن در آزمایشگاه
مبرّد یا کندانسور عبارت است از دو لوله شیشه ای به هم چسبیده به طوری که یکی از لوله ها لوله دیگر را احاطه کرده است. معمولاً لوله داخلی به صورتی پیچیده و فنر مانند ساخته می شود و محل عبور بخاری مایعی است که می خواهیم آن را سرد کرده و تقطیر کنیم. لوله خارجی محل عبور آب سرد است. این لوله خارجی به صورت مخزن آب سرد عمل می کند که لوله داحلی را در خود احاطه کرده است. این مخزن دارای یک لوله ورودی و یک لوله خروجی است. آب سرد به طور مداوم از لوله ورودی داخل می شود و پس از عبور از فضای داخل لوله خارجی از لوله خروجی بیرون می رود. این جریان آب سرد باعث می شود که بخار درونِ لوله داخلی همواره با آبِ سرد احاطه شده باشد و به وسیله این سرما به مایع تبدیل شود.
برای استفاده از مبرد همیشه لازم است آن را روی پایه با گیره های مناسب نصب کرد.
انواع مختلفی از مبردهای شیشه ای وجود دارد که هر یک به منظور خاصی مورد استفاده قرار می گیرد.
در زیر چند نوع مبرد شیشه ای را می توانید ببینید.
توضیح بیشتر
احتراق بنزین در سیلندر موتور ماشین دمایی در حدود 2000 درجه سانتی گراد ایجاد می کند. در صورتی که این دمای بالا دفع نشود به اجزای موتور صدمه خواهد زد لذا از آب برای انتقال گرما استفاده می شود. آب در مسیرهایی که در اطراف سیلندر و سرسیلندر تعبیه شده حرکت کرده و پس از جذب گرمای بدنه موتور به وسیله لوله های لاستیکی از بالا وارد رادیاتور می شود تا در اثر گردش هوا که توسط یک فن ایجاد می شود گرمای آب را به هوا منتقل نماید. برای افزایش سرعت حرکت آب و انتقال بیشتر گرما از یک پمپ برای به گردش درآوردن آب استفاده می شود.
در اواپراتور بر اثر تبخیر مبرد گرمای یخچال جذب مبرد می شود، همچنین در کمپرسور بر اثر تراکم گاز مبرد دمای آن افزایش می یابد لذا برای دفع گرمای جذب شده در اواپراتور و گرمای حاصل از تراکم مبرد در کمپرسور از کندانسور استفاده می شود.
بار كندانسور :
مقدار حرارت دفع شده در كندانسور مجموع حرارت جذب شده در اواپراتور و حرارت معادل كار تراكمي كمپرسور است و ھرگونھ جذب حرارت از محیط به وسیله بخار مكش نیز قسمتي از بار كندانسور را تشكیل مي دھد . با توجھ بھ این كھ كار تراكمي بھ ازائ واحد ظرفیت تبرید به نسبت تراكم بستگي دارد ‚ مقدارحرارت دفع شده در كندانسور بھ ازائ واحد ظرفیت تبرید ‚ با شرایط كاري سیستم تغییر مي كند .
ھمچنین مقدار حرارت تراكمي تا اندازه اي بھ طرح كمپرسوربستگي دارد و در كمپرسور ھاي بستھ كھ با جریان بخار مكش خنك مي شوند بھ دلیل جذب حرارت اضافي بھ وسیلھ گاز مبرد از موتور ‚ حرارت تراكمي ازكمپرسور باز بیشتر مي باشد . بعضي از تولید كننده ھاي كمپرسور ھا كل حرارت دفع شده بھ وسیلھ كمپرسور را در كاتالوگ محصول ارائھ شده كارخانھ قید ميكنند . با دسترسي بھ چنین جداولي مي توان اطلاعات تھیھ شده در آنھا را بھ عنوان مبناي محاسبھ و انتخاب كندانسور در نظر گرفت .
انواع کندانسور
کندانسورها به سه دسته تقسیم می شوند
1ــ کندانسور هوایی
2ــ کندانسور آبی
3ــ کندانسور تبخیری
در بیشتر واحدهای بسیار بزرگ و برخی از واحدهای کوچک، از کندانسور خنک شونده با آب استفاده می شود. کندانسورهای خنک شونده با هوا بیشتر در واحدهای کم ظرفیت (20 تن و کمتر) به کار می روند. اکنون کندانسورهای خنک شونده با هوا در سیستم های تهویه مطبوع خانگی و در جاهایی که ارزش آب بسیار زیاد است یا دفع فاضلاب دشوار است یا در مواردی که نمک های موجود در آب از لحاظ تشکیل قشر رسوبی مشکل جدی ایجاد می کنند دستگاه هایی استاندارد محسوب می شوند. بسیاری از سیستم های هوایی که ظرفیت متوسط تا بسیار زیاد دارند برای مناطق کم آب یا جاهایی که آب بها گران است یا در محل هایی که آب از کیفیت خوبی برخوردار نیست به کار برده می شوند.
کندانسور خنک شونده با هوا (هوایی):
در سال های اخیر استفاده از کندانسورهای هوایی در سیستم های تهویه مطبوع متوسط و کوچک به شدت افزایش یافته است. مهم ترین دلیل این استقبال احتمالا این است که این نوع کندانسورها به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارند.
این عامل معمولا عوامل دیگری مانند هزینه برق مصرفی، دوام و عمر کمپرسور و بازده سیستم را دست کم در نظر بسیاری از صاحب خانه ها و خریداران سیستم تهویه مطبوع کوچک تحت الشعاع قرار می دهد. بیشتر واحدهایی که توان آنها از HP10 کمتر است با هوا خنک می شوند. در واحدهای تا HP20 استفاده از دستگاه های خنک شونده با هوا معمول است و در واحدهای خیلی بزرگ مجهز به کندانسورهای خنک شونده با هوا را برای آب و هوای بیابانی به کار برده اند.
کندانسرهای هوایی به دو دسته تقسیم می شوند:
1ــ کندانسر هوایی با جریان طبیعی
2ــ کندانسر هوایی با جریان اجباری
کندانسورهای هوایی با جریان طبیعی در دو نوع صفحه و لوله و یا میله و لوله ساخته می شوند. کندانسور میله و لوله از یک لوله مارپیچ مسی یا فولادی ساخته می شود که بر روی آن تعداد زیادی میله جوش داده شده است تا باعث افزایش میزان انتقال گرما از کندانسر شود.
در کندانسورهای هوایی با جریان هوایی اجباری لوله های مسی از بین تعداد زیادی پره آلومینیومی عبور می کند تا سطح تبادل گرما را به مقدار قابل توجه ای افزایش دهد. همچنین از یک یا چند فن برای به گردش درآوردن هوا استفاده می شود.
کندانسورهای هوایی معمولا برای کار با دمای تقطیر حدود 17 تا 22 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای محیط طراحی شده اند.
یکی از معایب عمده دستگاه های خنک شونده با هوا همین است، زیرا در آب و هوای گرم که دمای محیط بعدازظهرها به C 34 نیز می رسد، دمای تقطیر ممکن است 66 درجه سانتی گراد باشد که مطابق با فشار psia942 برای 12ــ R و یا فشار psia963 مربوط به 22ــ R است. توان الکتریکی مورد نیاز برای تأمین این چنین فشارهایی بسیار بالا می باشد. در چنین شرایطی دمای آب احتمالا از 42درجه سانتی گراد بالاتر نمی رود. دمای تقطیر در کندانسور آبی با فشار تقطیر حدود psia310 برای 21ــ R یا با فشار تقطیر حدود psia210 برای 22ــ R در حدود 38 درجه سانتی گراد است. مزایای کندانسور آبی در اینجا کاملا روشن می شود که عبارت از مصرف برق کمتر و دوام و عمر بیشتر کمپرسور است.
کندانسور آبی:
این کندانسورها در جاهایی که آب مناسب و فراوان و ارزان در اختیار باشد به صرفه ترین کندانسور محسوب می شود. مسائل خوردگی ناشی از آب یا دفع فاضلاب را باید در نظر گرفت. برای واحدهای 5 تنی و بزرگ تر که به آب زیادی نیاز است معمولا از یک برج خنک کن استفاده می شود.
کندانسورهای آبی در سه نوع ساخته می شوند:
1ــ پوسته و لوله
2ــ پوسته و کویل
3ــ لوله داخل لوله
در کندانسورهای آبی پوسته و لوله و کندانسورهای پوسته و کویل گاز داغ از بالا وارد پوسته شده و پس از تبادل گرما با آب سرد داخل لوله یا کویل تقطیر شده و مایع مبرد از پایین پوسته خارج می شود. آب داخل لوله ها نیز پس از جذب گرمای مبرد یا در رودخانه و چاه ریخته می شوند و یا توسط برج خنک کن خنک شده و مجددا مورد استفاده قرار می گیرند.
الف) کندانسور پوسته و لوله
ب) کندانسور پوسته و کویل
آب سرد در لوله داخلی کندانسور دو لوله ای جریان داشته و گاز داغ نیز در لوله خارجی به گردش درآمده و پس از تبادل گرما تقطیر و از سمت دیگر کندانسور خارج می شود.
هرقدر مقدار آبی که با دمای معین از کندانسور گردش می کند بیشتر باشد، فشار تقطیر پایین تر می رود و بدین ترتیب هزینه برق کمتر و عمر و دوام کمپرسور بیشتر می شود ولی در صورتی که آب گران قیمت باشد نقطه موازنه ای باید تعیین شود که در مجموع بهترین شرایط اقتصادی کار سیستم را تامین کند.
پس از مدتی در اثر گردش آب بر روی جداره داخلی لوله ها و کویل کندانسور آبی رسوب ایجاد می شود که مانع از انتقال گرما بین گاز مبرد و آب خواهد شد. برای رسوب گیری از اسید با غلظت پایین استفاده می شود. برای این کار مطابق شکل 7ــ4 داخل مخزن اسید ریخته شده و توسط یک پمپ آن را در داخل لوله های کندانسر به گردش در می آورند تا سبب جدا شدن رسوب های داخل لوله شوند. در زمان رسوب گیری شیرهای ورود و خروج آب به سمت برج خنک کن در حالت بسته قرار می گیرند
در کندانسور آبی گرمای ماده سرمازا به وسیله آب جذب می شود و سپس گرمای آب به یکی از روش های زیر دفع می شود.
1ــ در صورت امکان تأمین آب تازه با قیمت ارزان، آب گرم خروجی از کندانسور وارد رودخانه یا دریاچه شده و دوباره آب سرد تازه وارد کندانسور می شود.
2ــ با وارد کردن آب خروجی از کندانسور به یک چاه خشک، آب گرم به زمین منتقل می شود. در جاهایی که ماسه ای باشد و آب را بکشد، می توان چاهی به قطر 64 سانتی متر و عمق 100 متر حفر کرد و دیواره آن را آجرچینی کرد و سپس آن را برای دفع کامل آب گرم کندانسورهای 3 تا 10 تنی به کار برد. آب بها در بسیاری از مناطق عامل تعیین کننده ای است و اغلب کشورها اجازه نمی دهند که آب ضایع شود.
3ــ به وسیله برج خنک کن، استخر پاشش، گرمای آب به هوای اطراف منتقل می شود. برای بسیاری از تأسیسات سومین مورد بهترین روش است. برج خنک کن و استخر پاشش آب را در تماس کامل با هوای درحال وزش قرار می دهد. شکل 8-4 یک برج خنک کن را نشان می دهد. آب از طریق انتقال گرمای محسوس که دمای خشک هوای در حال وزش را بالا می برد تا حدودی خنک می شود ولی دلیل اصلی خنک شدن آب مبادله گرمای نهان تبخیر بخش کوچکی از آن است.
پایین ترین دمایی که می توان بر اثر خنک کردن آب در برج خنک کن به آن رسید معادل دمای مرطوب هواست. در عمل این دما هرگز دست نیافتنی نیست و معمولا دمای نهایی آب حدود 21 درجه سانتی گراد و بالاتر از دمای تر هوا در همان زمان است. در فصل تابستان بر اثر اتلاف 9/0% آب در گردش، معمولا 18 درجه سانتی گراد سرمایش حاصل می شود
برج های خنک کن را با توجه به عوامل مختلف تقسیم بندی می کنند.
برج های خنک کن از نظر نحوه برخورد جریان آب و هوا به دو دسته
1ــ جریان هوای متقاطع
2ــ جریان هوای مخالف
تقسیم بندی می کنند.
برج های خنک کن از نظر جنس بدنه نیز به دو دسته
1ــ بدنه آهنی
2ــ فایبرگلاس
تقسیم بندی می شوند.
درون برج های خنک کن که از بدنه آهنی ساخته می شود از بالا به پایین و در فواصل مساوی تعداد زیادی تخته به صورت افقی قرار می گیرد. توسط پمپ آب از کف برج به بالا منتقل شده و بر روی چوب ها پاشیده می شود. هم زمان با ریزش آب از تخته های بالا بر روی تخته های پایینی مقداری از ذرات آب تبخیر شده و امکان سرد شدن آب را فراهم می کنند.
در برج های خنک کن فایبرگلاس به جای تخته های چوبی از پکینگ های CVP استفاده می شود. این پکینگ ها با افزایش سطح تماس جریان آب با هوا و همچنین کاهش سرعت جریان آب در خنک سازی جریان آب نقش مؤثری دارند. پکینگ ها به صورت شبکه ای ساخته می شوند و از عمر طولانی برخوردارند.
در صورت کاهش دمای هوای بیرون در فصل زمستان کندانسرهای آبی مشکل کاهش بیش از حد فشار روی مبرد قبل از شیر انبساط دارند.زمانی که درجه حرارت آب به C 24 افت نماید در اولین مرحله برای کاهش ظرفیت برج خنک کن و جبران افت فشار مایع مبرد، فن برج را خاموش می کنیم. در مرحله دوم از طریق بای پاس کردن آب برج به وسیله شیرهای دوراهه و سه راهه ظرفیت برج را کم می کنیم. در هر کدام از این روش ها درجه حرارت آب خروجی از برج توسط سنسور حس می شود. اگر دما به پایین تر از نقطه تنظیم (معمولا بین 15 تا 20 درجه سانتیگراد) برسد.
شیر بای پاس عمل نمود. تمام یا قسمتی از آب برج بای پاس می شود تا فشار روی مبرد در کندانسور و قبل از شیر انبساط در حد قابل قبول ثابت بماند. با توجه به بحث بای پاس نمودن برج، اگر احتمال یخ زدگی آب برج وجود داشته باشد از طریق المنت حرارتی یا تزریق بخار مانع از آن می شویم.شیر دو راهه کندانسور و ساختمان و طرز کار آن را نشان می دهد
ظرفیت كندانسور :
ٔ با توجھ بھ اینكھ انتقال حرارت از سطوح كندانسور بھ وسیلھ ھدایت انجام مي شود ‚ ظرفیت كندانسور تابعي از معادلھ انتقال حرارت مي باشد :
QC =A U TD كه : QC ظرفیت كندانسور بر حسب كیلووات‚ A مساحت سطوح كندانسور بر حسب متر مربع ‚ U ضریب كلي انتقال حرارت بر حسب كیلووات بر متر مربع بركلوین و TD اختلاف دماي متوسط لگاریتمي بین مبرد تقطیر شونده و عامل تقطیر برحسب درجھ كلوین مي باشد .
با ثابت بودن مقدارU ‚ظرفیت كندانسور با مساحت سطوح آن و اختلاف دماي بین مبرد و عامل تقطیر نسبت مستقیم دارد . و در یك كندانسور بھ خصوص كھ مساحت سطوح و ضریب U مشخص است
ظرفیت با اختلاف دماي بین مبرد و عامل تقطیر نسبت مستقیم خواھد داشت .
بعلاوه با ثابت نگھداشتن دماي متوسط عامل تقطیر ‚ ظرفیت كندانسور تنھا با افزایش یا كاھش دماي تقطیر‚تغیر پیدا مي كند .
افزایش مقدار و دماي عامل تقطیر :
ٔ حرارت دفع شده به وسیله مبرد تقطیر شونده ھم در كندانسور ھوایي و ھم در كندانسور آبي ‚ دماي عامل تقطیر را افزایش مي دھد . بنابراین افزایش دماي عامل تقطیر در عبور از كندانسور با بار كندانسور نسبت مستقیم و با مقدار و گرماي ویژه عامل تقطیر نسبت عكس دارد .
بسیار عالی بود ممنون از تلاشتون