در این مقاله قصد داریم به بررسی خواص فیزیکی و شیمیایی مواد سرمازای موجود در چیلر های تراکمی و کولر های گازی بپردازیم این خواص در انتخاب آنها برای استفاده در چیلر ها و سیستم های سرمایشی بسیار مهم می باشد. این مقاله توسط آموزشگاه دانش تاسیسات اماده شده است و بخشی از مطالب ارائه شده در دوره آموزش چیلر تراکمی را شامل می شود.
این خواص عبارتند از :
۱ـ دما و فشار جوش و چگالش ( Condensing ) : در مایعات سرمازا ، دمای تبخیر چگالش ، فشار را تعیین می کند . فشار چگالش بالا ممکن است منجر به نشت از دستگاه و ایجاد حوادث شود . فشار چگالش خیلی زیاد نیازمند صرف هزینه قابل توجه برای ساخت کند کندانسور و خطوط لوله می باشد .
۲ ـ دمای انجماد و بحرانی : مایع سرمازا باید دارای دمای انجماد پایین باشد تا از ایجاد انسداد توسط ماده سرمازا در هنگام عملیات سردسازی جلوگیری می شود. مطلوبتر است که دمای بحرانی ( Critica l Temperature ) کاملا بالاتر از حداکثر دمای چگالش ( .Maximum Condensinj Temp ) باشد . هوا و دی اکسید کربن از این قاعده مستثنی هستند .
۳ ـ گرمای نهان تبخیر ( Latant Heat of Vaporization ) و گرمای ویژه Specific) Heat) ماده سرمازا : از آنجایی که اکثر مواد سرمازای مورد استفاده از یک چرخه مایع و بخار عبور می کنند و گرمایی که هرپوندآنها جذب می کند ، بیشتر گرمای تبخیر است ،هرچه ظرفیت گرمای نهان تبخیر ماده سرمازا بیشتر باشد ، گاز کمتری باید فشرده (Co mpressed ) شود . گرمای ویژه بالا در بخار مواد سرمازا ، یک عامل مطلوب است .
۴ ـ میزان فشردگی ( Compression Ration ) : توصیه می شود که ماده سرمازا از میزان فشردگی پایین برخوردار باشد تا قیمت اولیه کمپرسور ( C mpressor ) وانرژی مورد نیاز عملیات کاهش یابد .
۵ ـ چگالی مایع (Liquid Densities) و گرانروی (Viscosities ) مواد سرمازا : چگالی همراه با گرانروی باید در عملیات فشردگی ( C ompressor Operation ) مورد نظر قرار گیرد . اکثر طراحان ،چگالی کم بخار را در مواد سرمازاترجیح می دهند تا بتوانند سرعت ( Velocities) بالای گاز را در لوله ها وشیرهای مکش و تخلیه (D ischarge) تنظیم نمایند . برای لوله های طویل ،گرانروی کم مایع سرمازا مطلوب است تا ازافت فشاردر دهانه ها (Orifices ) و لوله ها جلوگیری نماید .
خواص شیمیایی مواد سرمازا:
خواص شیمیایی مواد سرمازا نه تنهااز نظر ملاحظات ترمودینامیکی مهم هستند بلکه از نظر ایجاد حریق ، انفجار ، ایمنی و بو نیز اهمیت دارند . خواص شیمیایی مواد سرمازا عبارتند از :
۱ ـ سمیت مواد سرمازا: خواص سمی مواد سرمازا، براساس اثرات سمی آن برروی انسان در یک دوره مشخص طبقه بندی شده است . دی اکسید کربن ،هوا ، نیتروژن ، نیتروزاکسید ( Nitrous Oxide ) و فلوروکربن در دمای طبیعی سرمازایی ، دارای سمیت خیلی کمی هستند . دی اکسید کربن ، مواد سرمازای ۱۲ ، ۲۲و ۵۰۲ در سردخانه های کشتی به دلیل غیرسمی بودن وغیر محرک بودن ( N onirritating) مطلوبتر هستند .
۲ ـ خطرات اشتعال و انفجار : خطر اشتعال و انفجار در بسیاری از مواد سرمازای بالقوه ، باعث شده است که بسیاری از مایعاتی که از خواص ترمودینامیکی خوبی برای سرمازایی برخوردارند ، کنار گذاشته شوند . خطر ویژه دراین حالت احتمال نشتی است که ازدستگاه سرمازا اتفاق می افتد و منجر به ایجاد غلظتهای منفجر شونده بخار قابل اشتعال در هوامی شوند .
آمونیاک ، کلرید متیل و اتیل ایجاد آتش سوزی می کنند . اما فقط در شرایط غیر معمول منفجر می شوند . سرمازاهای دی اکسیدگوگرد دی اکسید کربن ، نیتروژن ، نیتروز اکسیدوفلورو کربن غیر قابل اشتعال و غیر قابل انفجار هستند .
مواد سرمازا از گروه هیدروکربنها کاملا قابل اشتعال و قابل انفجار هستند .
۳ـ بوی مواد سرمازا : بوی مواد سرمازا ممکن است هم یک مزیت و هم یک خطر باشد . بوی مواد سرمازا ، جستجوی نشت را آسان می کند اما همین بو ممکن است مواد غذایی را آلوده سازد . فلوروکربن ها ، دی اکسیدکربن ، نیتروزاکسید ، هوا و نیتروژن به عنوان مواد سرمازایبدون بو. طبقه بندی شده اند . دی اکسید گوگرد و آمونیاک ترکیباتی هستند که نه تنها برای انسان سمی هستند ، بلکه باید به دقت از مواد غذایی جدا شوند زیرا مقادیر خیلی کم آنها سبب بو گرفتن مواد غذایی می شود .
۴ ـ خورندگی : ماده سرمازا نباید برروی مواد مورد استفاده در ساخت دستگاه برودتی اثر خورندگی داشته باشد .
۵ـ ثبات شیمیایی : ماده سرمازا از نظر شیمیایی باید کاملا پایدار باشد .
۶ـ کشف نقاط نشت : در صورت ایجاد نشت در دستگاه برودتی ، کشف آن باید به آسانی امکان پذیر باشد .
۷ ـ تاثیربرمحیط : ماده سرمازایی که در اثر نشت از دستگاههای برودتی خارج می شود ، نباید بر محیط زیست اثر سو داشته باشد . اولین بار در اواسط دهه ۱۹۷۰ این فرضیه مطرح شد که کلروفلوروکربن ها ( C F C ) به دلیل پایداری فوق العاده زیادی که دارند ، در قسمتهای تحتانی جوبرای مدتی طولانی باقی می مانند و به مرور زمان به لایه های فوقانی آن حرکت می کنند . در این قسمت ازجودراثر تابش اشعه ماورای بنفش خورشید، گروه کلر ملکول C F C جداشده ، با ازن واکنش می دهد که در نتیجه موجب کاهش غلظت ازن می گردد . کاهش غلظت ازن در لایه فوقانی جو سبب خواهد شد که مقدار بیشتری اشعه مضر ماورای بنفش خورشید به سطح زمین برسد . هیدروفلوروکربنها H F C ) )ترکیب جایگزین C F C است که هم اکنون همه توجهات معطوف آن است .
۸ ـ هزینه : در صنعت ترجیحا از مواد سرماانتخاب ماده سرمازا (R efrigerant )
انواع مختلفی از مواد سرمازا برای استفاده در دستگاههای فشرده سازی به صورت تجاری وجود دارند . انتخاب ماده سرمازامبتنی بر چند ویژگی مختلف می باشد که در تعیین مناسب بودن آن برای یک دستگاه معین کمک می کند . ویژگی های شیمیایی و ترمودینامیکی صدها ماده سرمازای موجود ، قابلیت استفاده عملی از آن را مشخص می کند. . خواص فیزیکی که اهمیت بیشتری دارند ، در مرحله اول مد نظر قرار می گیرند .
خواص فیزیکی مواد سرمازا ;
این خواص عبارتند از :
۱ـ دما و فشار جوش و چگالش ( Condensing ) : در مایعات سرمازا ، دمای تبخیر چگالش ، فشار را تعیین می کند . فشار چگالش بالا ممکن است منجر به نشت از دستگاه و ایجاد حوادث شود . فشار چگالش خیلی زیاد نیازمند صرف هزینه قابل توجه برای ساخت کند کندانسور و خطوط لوله می باشد .
۲ ـ دمای انجماد و بحرانی : مایع سرمازا باید دارای دمای انجماد پایین باشد تا از ایجاد انسداد توسط ماده سرمازا در هنگام عملیات سردسازی جلوگیری می شود. مطلوبتر است که دمای بحرانی ( Critica l Temperature ) کاملا بالاتر از حداکثر دمای چگالش ( .Maximum Condensinj Temp ) باشد . هوا و دی اکسید کربن از این قاعده مستثنی هستند .
۳ ـ گرمای نهان تبخیر ( Latant Heat of Vaporization ) و گرمای ویژه Specific) Heat) ماده سرمازا : از آنجایی که اکثر مواد سرمازای مورد استفاده از یک چرخه مایع و بخار عبور می کنند و گرمایی که هرپوندآنها جذب می کند ، بیشتر گرمای تبخیر است ،هرچه ظرفیت گرمای نهان تبخیر ماده سرمازا بیشتر باشد ، گاز کمتری باید فشرده (Co mpressed ) شود . گرمای ویژه بالا در بخار مواد سرمازا ، یک عامل مطلوب است .
۴ ـ میزان فشردگی ( Compression Ration ) : توصیه می شود که ماده سرمازا از میزان فشردگی پایین برخوردار باشد تا قیمت اولیه کمپرسور ( C mpressor ) وانرژی مورد نیاز عملیات کاهش یابد .
۵ ـ چگالی مایع (Liquid Densities) و گرانروی (Viscosities ) مواد سرمازا : چگالی همراه با گرانروی باید در عملیات فشردگی ( C ompressor Operation ) مورد نظر قرار گیرد . اکثر طراحان ،چگالی کم بخار را در مواد سرمازاترجیح می دهند تا بتوانند سرعت ( Velocities) بالای گاز را در لوله ها وشیرهای مکش و تخلیه (D ischarge) تنظیم نمایند . برای لوله های طویل ،گرانروی کم مایع سرمازا مطلوب است تا ازافت فشاردر دهانه ها (Orifices ) و لوله ها جلوگیری نماید .
خواص شیمیایی مواد سرمازا:
خواص شیمیایی مواد سرمازا نه تنهااز نظر ملاحظات ترمودینامیکی مهم هستند بلکه از نظر ایجاد حریق ، انفجار ، ایمنی و بو نیز اهمیت دارند . خواص شیمیایی مواد سرمازا عبارتند از :
۱ ـ سمیت مواد سرمازا: خواص سمی مواد سرمازا، براساس اثرات سمی آن برروی انسان در یک دوره مشخص طبقه بندی شده است . دی اکسید کربن ،هوا ، نیتروژن ، نیتروزاکسید ( Nitrous Oxide ) و فلوروکربن در دمای طبیعی سرمازایی ، دارای سمیت خیلی کمی هستند . دی اکسید کربن ، مواد سرمازای ۱۲ ، ۲۲و ۵۰۲ در سردخانه های کشتی به دلیل غیرسمی بودن وغیر محرک بودن ( N onirritating) مطلوبتر هستند .
۲ ـ خطرات اشتعال و انفجار : خطر اشتعال و انفجار در بسیاری از مواد سرمازای بالقوه ، باعث شده است که بسیاری از مایعاتی که از خواص ترمودینامیکی خوبی برای سرمازایی برخوردارند ، کنار گذاشته شوند . خطر ویژه دراین حالت احتمال نشتی است که ازدستگاه سرمازا اتفاق می افتد و منجر به ایجاد غلظتهای منفجر شونده بخار قابل اشتعال در هوامی شوند .
آمونیاک ، کلرید متیل و اتیل ایجاد آتش سوزی می کنند . اما فقط در شرایط غیر معمول منفجر می شوند . سرمازاهای دی اکسیدگوگرد دی اکسید کربن ، نیتروژن ، نیتروز اکسیدوفلورو کربن غیر قابل اشتعال و غیر قابل انفجار هستند .
مواد سرمازا از گروه هیدروکربنها کاملا قابل اشتعال و قابل انفجار هستند .
۳ـ بوی مواد سرمازا : بوی مواد سرمازا ممکن است هم یک مزیت و هم یک خطر باشد . بوی مواد سرمازا ، جستجوی نشت را آسان می کند اما همین بو ممکن است مواد غذایی را آلوده سازد . فلوروکربن ها ، دی اکسیدکربن ، نیتروزاکسید ، هوا و نیتروژن به عنوان مواد سرمازایبدون بو. طبقه بندی شده اند . دی اکسید گوگرد و آمونیاک ترکیباتی هستند که نه تنها برای انسان سمی هستند ، بلکه باید به دقت از مواد غذایی جدا شوند زیرا مقادیر خیلی کم آنها سبب بو گرفتن مواد غذایی می شود .
۴ ـ خورندگی : ماده سرمازا نباید برروی مواد مورد استفاده در ساخت دستگاه برودتی اثر خورندگی داشته باشد .
۵ـ ثبات شیمیایی : ماده سرمازا از نظر شیمیایی باید کاملا پایدار باشد .
۶ـ کشف نقاط نشت : در صورت ایجاد نشت در دستگاه برودتی ، کشف آن باید به آسانی امکان پذیر باشد .
۷ ـ تاثیربرمحیط : ماده سرمازایی که در اثر نشت از دستگاههای برودتی خارج می شود ، نباید بر محیط زیست اثر سو داشته باشد . اولین بار در اواسط دهه ۱۹۷۰ این فرضیه مطرح شد که کلروفلوروکربن ها ( C F C ) به دلیل پایداری فوق العاده زیادی که دارند ، در قسمتهای تحتانی جوبرای مدتی طولانی باقی می مانند و به مرور زمان به لایه های فوقانی آن حرکت می کنند . در این قسمت ازجودراثر تابش اشعه ماورای بنفش خورشید، گروه کلر ملکول C F C جداشده ، با ازن واکنش می دهد که در نتیجه موجب کاهش غلظت ازن می گردد . کاهش غلظت ازن در لایه فوقانی جو سبب خواهد شد که مقدار بیشتری اشعه مضر ماورای بنفش خورشید به سطح زمین برسد . هیدروفلوروکربنها H F C ) )ترکیب جایگزین C F C است که هم اکنون همه توجهات معطوف آن است .
۸ ـ هزینه : در صنعت ترجیحا از مواد سرمازایی استفاده می شود که هزینه کمتریی داشته باشند .
