Lodówka.pdf
(
2614 KB
)
Pobierz
15900571 UNPDF
jak to dział a
podarstwa domowego. Jej pojawienie siê (w latach
trzydziestych XX w.) odmieni³o ¿ycie miliardów ludzi
oraz gospodarkê. Przedtem ¿ywnoœæ od momentu po-
zyskania (zbioru lub uboju) musia³a byæ dostarczana
konsumentom b³yskawicznie, gdy¿, o ile nie by³a uwê-
dzona i zasolona, psu³a siê. Wraz z wprowadzeniem
ch³odni zaczê³y traciæ na wa¿noœci ma³e lokalne sklepi-
ki, a rozpoczê³a siê masowa sprzeda¿ ¿ywnoœci w du-
¿ych obiektach, transport po¿ywienia na wielkie odleg-
³oœci i przechowywanie wiêkszych iloœci dotychczas
nietrwa³ych produktów w domach.
Bia³a skrzynia stoj¹ca w k¹cie kuchni co kwad-
rans lub pó³ godziny wydaje z siebie ciche warczenie.
To znak, ¿e w wyniku sygna³u o przekroczeniu zadanej
temperatury, pochodz¹cego z termostatu, w³¹czy³o siê
serce lodówki –
sprê¿arka
.
CZÊŒCI LODÓWKI
Lodówka sk³ada siê z piêciu podstawowych ele-
mentów:
Sprê¿arki
Skraplacza, czyli wymiennika ciep³a – wê¿ownicy ru-
rek z ty³u urz¹dzenia
Zaworu rozprê¿nego (rodzaju zwê¿ki, wype³nionej
np. porowatym materia³em ceramicznym, który prze-
puszcza ch³odziwo, lecz z du¿ym oporem)
Parownika – wê¿ownicy rur wewn¹trz lodówki
Ch³odziwa – cieczy, która paruje wewn¹trz lodówki,
aby wytworzyæ niskie temperatury. W instalacjach
przemys³owych jako ch³odziwo stosuje siê amoniak
(daje on temperaturê –32° C), w lodówkach domo-
wych – freon-2 lub gaz ziemny.
Elementem dodatkowym jest termostat, którego
czujnik (kapilara) monitoruje temperaturê we wnêt-
rzu lodówki, a gdy przekroczy ona zadan¹ i si³a na-
cisku na membranê, w wyniku zmiany ciœnienia ga-
zu, przekroczy si³ê wywieran¹ przez sprê¿ynê, zwie-
ra styki i daje pompie sygna³, ¿e ma siê w³¹czyæ.
LODÓWKA
Marek Utkin
Lodówka konserwuje ¿ywnoœæ przez obni¿enie
jej temperatury, co powoduje spowolnienie namna¿ania
bakterii lub ich hibernacjê w przypadku zamro¿enia.
Jednak nawet mro¿enie nie zabija drobnoustrojów,
o czym œwiadczy odkrycie zahibernowanej bakterii
E. coli
w kamerze z próbnika Explorer, przywiezionej
przez astronautów z Ksiê¿yca. Tam panuj¹ temperatury
do –160°C, dziesiêciokrotnie ni¿sze ni¿ w zamra¿arce
domowej.
Istniej¹ nastêpuj¹ce
techniki ch³odzenia: skrzynia
termoizolacyjna (np. z su-
chym lodem), systemy ch³o-
dz¹ce powietrzem, absorpcyj-
ne i termoelektryczne (wyko-
rzystuj¹ce efekt Peltiera), oraz
wykorzystuj¹ce sprê¿anie
i parowanie – podstawowa
technika stosowana w lodów-
kach domowych. Poniewa¿
metoda sprê¿ania par ch³o-
dziwa i ich rozprê¿ania
jest
najpowszechniejsza, zajmie-
my siê w³aœnie ni¹…
MINIQUIZ MT
CZYTAM, WIĘC WIEM
skraplacz z p³ytami
radiatora
pokrêt³o termostatu
zawór rozprê¿ny
rurki parownika
czujnik
termostatu
zamra¿arka
ch³odziwo ciek³e
18
izolacja
termiczna
ch³odziwo
w postaci pary
przekrój z boku
sprê¿arka i silnik
L
odówka jest najczêœciej spotykanym sprzêtem gos-
Czy wiesz, ż e istnieją specjalne lodìwki, nazywane pompami ciepł a,
ktìre sł u żą do ogrzewania domìw?
JAK CH£ODZI?
Tu mo¿e siê pojawiæ pytanie: czy otwarta lodów-
ka och³adza pokój? Nie – ona go ogrzewa! (z powodu
strat mocy wytwarza wiêcej ciep³a, ni¿ poch³ania
w parowniku).
Zasada wykorzystywana podczas pracy lodówki
jest bardzo prosta: wykorzystuje ona, w zamkniêtym
procesie obiegowym, sta³¹ zmianê stanu fizycznego
czynnika roboczego (parowanie, sprê¿anie, skraplanie,
rozprê¿anie). Ciep³o pobrane od produktów ¿ywnoœcio-
wych z wnêtrza lodówki jest oddawane na zewn¹trz,
tym samym lodówka ogrzewa pomieszczenie, w któ-
rym siê znajduje.
O ch³odzeniu zachodz¹cym podczas parowania
mo¿na siê ³atwo przekonaæ, nacieraj¹c skórê np. spirytu-
sem salicylowym, który szybko paruje. Spirytus ulatnia-
j¹c siê, poch³ania ciep³o (tzw. ciep³o parowania) i daje
uczucie zimna. Ciecz, czyli ch³odziwo stosowane w lo-
dówce, paruje w bardzo niskich temperaturach, dziêki
czemu mo¿e zamra¿aæ ¿ywnoœæ do temperatur
znacznie poni¿ej 0°C. Gdyby polaæ ch³odziwem
skórê (w praktyce – zdecydowanie z³y pomys³),
skóra zosta³aby zamro¿ona podczas jego paro-
wania.
S£OWO O CH£ODZIWACH
Czysty amoniak jest wysoce toksyczny dla ludzi
i w latach 20. i 30. w USA mia³o miejsce mnóstwo wy-
padków. Du Pont w latach 30. opracowa³ nietoksyczny
zamiennik amoniaku, chlorofluorowêglan, ClFC, o nazwie
handlowej freon R-12. By³ on nie tylko nietoksyczny, ale
i bardzo stabilny – zbyt stabilny, gdy¿ w latach 70. okaza-
³o siê, i¿ rozk³ada pow³okê ozonow¹. Decyzjê o wstrzy-
maniu produkcji R-12 podjêto 1 stycznia 1996 r. Obecnie
w lodówkach stosuje siê freon-2 oraz gaz ziemny.
W zasilanej pr¹dem elektrycznym sprê-
¿arce dokonuje siê najpierw sprê¿anie pary
ch³odziwa (np. freonu, amoniaku lub gazu
ziemnego), przez co uzyskuje siê wzrost tem-
peratury pary. Gor¹ca para oddaje w skrapla-
czu (na zewn¹trz lodówki) swoje ciep³o oto-
czeniu i skrapla siê. W wyniku och³odzenia
nastêpuje ponowne skroplenie pary. Z kolei
ciek³e i sprê¿one ch³odziwo przep³ywa przez
zawór rozprê¿ny. Zimny freon, przep³ywaj¹c
pod niskim ciœnieniem przez parownik, ogrze-
wa siê, pobieraj¹c ciep³o z wnêtrza lodówki.
W wyniku ogrzania freon odparowuje, gor¹ca
para jest zasysana przez sprê¿arkê i ca³y cykl
siê powtarza.
kapilara (czujnik) wewn¹trz lodówki
rurka kapilarna
pokrêt³o nastawu temperatury
1. Sercem lodówki jest sprê¿arka, która pom-
puje czynnik ch³odniczy przez system.
Przed sprê¿ark¹ czynnik ch³odniczy jest ga-
zem pod niskim ciœnieniem. W sprê¿arce
gaz zostaje sprê¿ony, przez co ogrzewa siê
i jest t³oczony w stronê skraplacza, w strefê
wysokiego ciœnienia.
2. W skraplaczu sprê¿ony gor¹cy gaz oddaje
ciep³o otoczeniu i staje siê przech³odzon¹
ciecz¹ pod wysokim ciœnieniem.
3. Sprê¿ona ciecz przechodzi przez zawór roz-
prê¿ny do strefy niskiego ciœnienia, gdy¿ za-
wór stawia przep³ywaj¹cemu ch³odziwu opór
i zmniejsza ciœnienie cieczy, a w procesie roz-
prê¿ania nastêpuje jej gwa³towne och³odze-
nie (trzeba pamiêtaæ, ¿e sprê¿arka z jednej
strony sprê¿a ch³odziwo, lecz z drugiej zasy-
sa). W efekcie powstaje zimny rozprê¿ony
czynnik ch³odniczy w stanie ciek³ym.
4. Rozprê¿ony czynnik ch³odniczy p³ynie do
parownika, gdzie poprzez parowanie poch-
³ania ciep³o z powietrza w lodówce, prze-
chodz¹c w rozprê¿ony stan gazowy. Gaz
p³ynie z powrotem do sprê¿arki, gdzie ca³y
cykl zaczyna siê od nowa.
sprê¿yna
styk
styk ruchomy
membrana
wnêtrze lodówki
otoczenie zewnêtrzne
parownik sprê¿arka skraplacz
19
zawór
rozprê¿ny
obieg
termodynamiczny
jak to dział a
niej¹cym nad przedni¹ szyb¹ napisem „intercoo-
ler”. Wbrew pozorom nie oznacza to ch³odni do
przewozów miêdzynarodowych, lecz element systemu
turbodo³adowania. Co to takiego jest
turbodo³adowa-
nie
i jak dzia³a?
Turbodo³adowanie wt³acza powietrze pod ciœ-
nieniem do silnika, co pozwala na uzyskanie wiêkszej
mocy z jednostki pojemnoœci skokowej silnika oraz eko-
nomii zu¿ycia paliwa, a tak¿e zmniejszenie szkodli-
wych emisji.
DZIA£ANIE
Najpewniejszym sposobem na wzrost mocy sil-
nika jest zwiêkszenie iloœci spalanej mieszanki paliwa
z powietrzem poprzez powiêkszenie liczby cylindrów
lub ich objêtoœci, lecz nie mo¿na tego robiæ w nieskoñ-
czonoœæ, poniewa¿ prowadzi to do szybkiego wzrostu
masy (wystarczy popatrzeæ na silnik okrêtowy). Silnik
z turbodo³adowaniem jest prostszy, mniejszy i l¿ejszy
ni¿ jego klasyczny ekwiwalent o tej samej mocy.
TURBODOŁADOWANIE
Marek Utkin
Turbosprê¿arka (zarówno we wspó³czesnych sa-
mochodach, jak i w lotnictwie) jest napêdzana spalina-
mi. Na tej samej osi, co obracany energi¹ gazów wylo-
towych wirnik turbiny, jest osadzony wirnik sprê¿arki.
Sprê¿a on powietrze dostaj¹ce siê do cylindrów. W sys-
temach gaŸnikowych paliwo jest zasysane przez pr¹d
powietrza. W systemach wtryskowych podawaniem
paliwa steruje komputer, który analizuje iloœæ tlenu
lotów siêga³ 6100 m, lecz 18 maja 1929 r. porucznik US
Navy Apollo Soueck (czyt. Su³ek), lec¹c samolotem
Apache z silnikiem P&W Wasp z turbodo³adowaniem,
osi¹gn¹³ 39 140 stóp (11 930 m). Ten silnik wytyczy³
drogê wszystkim amerykañskim silnikom gwiazdowym
stosowanym podczas II wojny œwiatowej. Na przyk³ad
s³ynny P-47 Thunderbolt to ogromny ruroci¹g przewo-
dów dolotowych, obudowany poszyciem. Kartveli, jego
projektant, podszed³ do zagadnienia w nieortodoksyjny
sposób, wzi¹³ najwiêkszy ówczesny silnik lotniczy
P&W Double Wasp z turbodo³adowaniem i zaprojekto-
wa³ wokó³ niego samolot.
W³aœciwa turbosprê¿arka (ang. supercharger) to
urz¹dzenie do³adowuj¹ce, oparte na wykorzystaniu do
sprê¿ania powietrza energii gazów spalinowych – w ta-
kich samolotach nie widaæ rur wydechowych prowa-
dz¹cych bezpoœrednio do atmosfery.
Niemcy prowadzili badania nad kompresorami
mechanicznymi i nawet wysokoœciowy Fw Ta-152 mia³
normalne rury wydechowe i sprê¿arkê napêdzan¹ wa-
³em silnika, co jest rozwi¹zaniem mniej skutecznym.
20
N
a drogach czêsto mo¿na ujrzeæ ciê¿arówki z wid-
Prace nad turbodo³adowaniem rozpoczêto po
pierwszej wojnie œwiatowej dla potrzeb lotnictwa. Po
prostu silniki powy¿ej pewnego pu³apu cierpia³y na
niedobór mieszanki i ich moc spada³a, uniemo¿liwiaj¹c
osi¹gniêcie du¿ych wysokoœci. Turbodo³adowanie op-
racowano w NACA w 1920 r. Pu³ap ówczesnych samo-
do kana³ów wlotowych
turbosprê¿arka wydech
w spalinach i od tego uzale¿nia iloœæ ole-
ju napêdowego dostaj¹cego siê do cylin-
drów.
kolektor
wydechowy
Podawanie zwiêkszonej iloœci po-
wietrza do silnika zapewnia lepsze spala-
nie i pozwala na wt³oczenie wiêkszej
iloœci paliwa do cylindra, a tym samym
umo¿liwia uzyskanie wy¿szej mocy. Tur-
bosprê¿arki dzia³aj¹ w bardzo wysokich
temperaturach, przy wysokich prêdkoœ-
ciach obrotowych (150 000 obr/min, czyli
ponad 30-krotnie wiêcej, ni¿ silniki samo-
chodowe) i wielkich ciœnieniach, wyma-
gaj¹ wiêc stosowania zaawansowanych
technologii produkcji.
Turbodo³adowanie wystêpuje za-
równo w samochodach wyœcigowych, jak
i w gigantycznych ciê¿arówkach. Dziêki
niemu silniki mog¹ uzyskiwaæ du¿e moce
bez zbytniego przyrostu masy.
filtr powietrza
BUDOWA
nale wylotowym. To odejmuje trochê mocy z cylindrów,
które odpalaj¹ równoczeœnie.
Turbosprê¿arka, jak ju¿ powiedzieliœmy, wspo-
maga pracê silnika na du¿ych wysokoœciach, przy roz-
rzedzonym powietrzu. Umo¿liwia ona silnikowi otrzy-
manie odpowiedniej iloœci mieszanki i zapewnia mniej
drastyczny spadek mocy.
Powietrze, zanim trafi do sprê¿arki, przechodzi
przez filtr, eliminuj¹cy wszystkie zanieczyszczenia.
Nastêpnie jest sprê¿ane i wt³aczane do kana³ów dolo-
towych. Jednak w wyniku dzia³ania praw termodyna-
miki, podczas sprê¿ania powietrze rozgrzewa siê i po-
wiêksza sw¹ objêtoœæ. W tym momencie czêœæ pracy
sprê¿arki sz³aby na marne, gdy¿ do cylindrów dosta-
wa³aby siê mieszanka rozrzedzona na skutek rozgrza-
nia. Aby zlikwidowaæ ten efekt uboczny, stosuje siê
tzw. intercooler, czyli ch³odnicê miêdzystopniow¹. Och-
³adza ona sprê¿one powietrze i powoduje, ¿e zmniejsza
ono sw¹ objêtoœæ. Dziêki temu do cylindra dostaje siê
powietrze o danym ciœnieniu, lecz ch³odniejsze, czyli na
jednostkê objêtoœci przypada wiêcej jego cz¹steczek.
W systemach dwustopniowych pomiêdzy inter-
coolerem a cylindrami znajduje siê czêsto druga sprê-
¿arka, zazwyczaj nie odœrodkowa, a zêbata lub œrubo-
wa, pozwalaj¹ca na uzyskanie jeszcze wy¿szego ciœ-
nienia. To ma miejsce najczêœciej w samochodach z sil-
nikiem Diesla, w których paliwo jest wtryskiwane bez-
poœrednio do cylindrów. Doprowadzenie mieszanki
benzyny z powietrzem do wysokiego ciœnienia i tempe-
ratury w kanale dolotowym mog³oby spowodowaæ jej
wybuch przed dostaniem siê do cylindra lub tzw. stu-
kanie, czyli przedwczesny zap³on. Sprê¿arki dwustop-
niowe pracuj¹ tak¿e przy ró¿nych prêdkoœciach –
mniejsza zapewnia zrywnoœæ przy prêdkoœciach ni¿-
szych, wiêksza i mocniejsza zaœ przejmuje pracê przy
wysokich obrotach.
Turbodo³adowanie jednostopniowe zwiêksza ciœ-
nienie o 0,414 – 0,552 bara, czyli o 50% wiêcej, ni¿ wy-
nosi ciœnienie atmosferyczne. Teoretycznie moc powin-
na wzrosn¹æ równie¿ o 50%, ale poniewa¿ nie ¿yjemy
w œwiecie idealnym, wzrost mocy wynosi od 30 do
40%. Jednym z powodów utraty mocy jest sposób na-
pêdzania turbiny – nie odbywa siê to za darmo, tylko
dziêki energii gazów spalinowych, co spowalnia wy-
dech. To znaczy, ¿e za ka¿dym suwem wydechu silnik
musi walczyæ przeciwko zwiêkszonemu ciœnieniu w ka-
CERAMIKA, SMAROWANIE
I BEZW£ADNOŒÆ
Aby wytrzymaæ prêdkoœci obrotowe rzêdu 150 000
obr/min., wa³ek turbiny musi byæ ³o¿yskowany bardzo
precyzyjnie. Wiêkszoœæ typowych ³o¿ysk przy takich
prêdkoœciach ulega dezintegracji, tak wiêc w wiêkszoœ-
ci turbosprê¿arek stosuje siê ³o¿yska mokre, czyli takie,
do których rzadki olej wt³aczany jest pod wysokim ciœ-
nieniem. W rezultacie wa³ek unosi siê na poduszce
sprê¿onego oleju, co przy okazji go ch³odzi. Nie trzeba
dodawaæ, ¿e ka¿da przerwa w podawaniu oleju prowa-
dzi w najlepszym wypadku do zatarcia systemu. Aby
tego unikn¹æ, stosuje siê ³o¿yska kulkowe, lecz nie
zwyczajne, lecz superprecyzyjne ³o¿yska ceramiczne,
wytrzymuj¹ce wysokie obroty i zmniejszaj¹ce opór na
wa³ku turbosprê¿arki, co redukuje bezw³adnoœæ.
Wirniki sprê¿arek s¹ produkowane obecnie rów-
nie¿ z materia³ów ceramicznych, co sprawia, ¿e wy-
trzymuj¹ wy¿sze temperatury i s¹ l¿ejsze ni¿ metalo-
we, co w dalszym stopniu redukuje bezw³adnoœæ reak-
cji turbiny.
Wy¿sze ciœnienia uzyskiwane s¹ przez sprê¿arki
o wiêkszych œrednicach, lecz maj¹ one zwiêkszon¹ bez-
w³adnoœæ w stosunku do modeli mniejszych i reaguj¹
na dodanie gazu z opóŸnieniem. Jest to tak¿e powód,
dla którego mniejsze turbiny s¹ popularniejsze.
Jak widaæ, technologia turbin jest wykorzysty-
wana przez przemys³ samochodowy, choæ gdyby pro-
dukowaæ samochody stricte turbinowe (patrz MT
8/2004), to sprawy wygl¹da³yby chyba proœciej…
21
Plik z chomika:
qaz27
Inne pliki z tego folderu:
Pomiar prędkości statków – log.pdf
(1896 KB)
Pralka automatyczna.pdf
(262 KB)
Prostowody.pdf
(4410 KB)
Przekładnie falowe.pdf
(216 KB)
Rury cieplne.pdf
(650 KB)
Inne foldery tego chomika:
Atlasy
Automatyka
Citroen servie box 2009
Dokumenty
Dokumenty(1)
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin