سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی

سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی –  ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

طراحی سیستم جذب بخار با  نیروی خورشیدی

چکیده

در خلال چندین دهه گذشته، انرژی به عنوان مبنای فرآوری و رشد اقتصادی مد نظر بوده است. علاوه بر انسان، ماشین و پول، «انرژی» هم اکنون به عنوان عامل چهارم تولید به شمار می آید. هدف این مقاله طراحی و بررسی یک سیستم تبرید / یخچال جذب بخار با قابلیت محافظت از محیط زیست و با ظرفیت مشخص با استفاده از R 717 (NH3) و آب به عنوان سیال های عامل می باشد. این سیستم تحت شرایط عملیاتی مختلف با استفاده از آب گرم به عنوان مبدا گرمایشی تحت طراحی و آزمایش قرار گرفته است. در این مقاله، عملکرد سیستم ساخته شده در ارتباط با شرایط عملیاتی مختلف با توجه به منبع حرارتی، کندانسور یا سیستم خنک کننده، سیستم جذب کننده و سیستم های تبخیر کننده همراه با دماهای آنها مورد بحث قرار می گیرد. ایده اصلی این مقاله حاصل آمده از پانل گرمایش خورشیدی است که قابلیت نصب بر روی سقف  هتل ها یا موسسات را دارا می باشد. این سیستم با سرمایه گذاری قابل توجهی ایجاد شده است. اما قضیه جالب توجه آن است که این واحد گرمایش خورشیدی در ماه های تابستان بدون استفاده باقی می ماند. این در حالی است که پتانسیل خورشیدی در تابستان به حداکثر میزان خود می رسد.

کلمات کلیدی: جذب بخار، گرمایش خورشیدی، محیط زیست

سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی

۱- مقدمه

انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع تمام نشدنی و بسیار بزرگ انرژی به شمار می آید.  نیروی حاصله از خورشید که به وسیله زمین جذب می شود در حدود۱٫۸ ×۱۰۱۱ MW  می باشد که بسیار بزرگتر از نرخ مصرف کنونی کلیه منابع انرژی تجاری روی زمین است. بنابر این، در عمل، انرژی خورشیدی قابلیت فراهم آوردن کلیه نیازهای انرژی زمان حال و آینده جهان بر یک مبنای متوالی و پیوسته را خواهد داشت. چنین موردی سبب می شود تا این انرژی به عنوان یکی از منابع غیر متعارف و امیدبخش مطرح گردد. علاوه بر اندازه آن، انرژی خورشیدی دارای دو عامل دیگر می باشد که به مطلوبیت آن اضافه می شود. در ابتدا برخلاف سوخت های فسیلی و نیروی هسته ای، این انرژی را می توان به عنوان منبع پاک انرژی محیطی به حساب آورد. دوما، این انرژی مجانی بوده و به مقدار مکفی در تقریبا کلیه بخش های جهان، در مناطقی که انسان ها زندگی می کنند، یافت می شود. با این حال، مشکلات بسیاری در ارتباط با استفاده از آن وجود دارد. مشکل اصلی آن است که چنین منبعی هنوز به میزان کافی مورد بهره برداری قرار نگرفته است.

حتی در گرمترین نواحی زمین،‌ میزان شار یا جریان تابش خورشیدی به ندرت بیشتر از۱kWh/m2  می باشد و مجموع تابش در خلال یک روز در بهترین حالت در حدود ۶ kWh/m2 است. این دو مورد از نقطه نظر بهره گیری فنی ارقام اندکی به حساب می آیند. در نتیجه، لازم است تا از ادوات کلکتور یا جمع آوری کننده بزرگی استفاده شود که این مورد خود سبب افزایش هزینه خواهد شد.

…

سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی

کولکتورهای صفحه مسطح

دستگاه کلکتور صفحه مسطح در حقیقت به صورت یک جعبه عایق مقاوم در برابر شرایط آب و هوایی حاد می باشد که حاوی یک صفحه جذب کننده تیره در زیر یک یا چند پوشش شفاف یا نیمه شفاف است.

بخش های یک کولکتور صفحه مسطح

سطح پوشش

این صفحه متشکل از شیشه با مقادیر اندک آهن و به ضخامت ۲/۳ الی ۴/۶ میلی متر می باشد. به هنگامی که از شیشه در ساخت آن استفاده شده باشد، این کولکتور از توان عبور ۸۵% برخوردار خواهد بود.

صفحه جاذب

این صفحه از مس ساخته شده است که علت آن رسانایی بالای مس می باشد. به علاوه، این صفحه در مقابل خوردگی نیز مقاوم می باشد. این صفحات مسی به ضخامت ۰۵/۰ میلیمتر با لوله های ۲۵/۱ سانتی متری هستند. لوله ها به فاصله ۱۵ سانتی متری از یکدیگر قرار می گیرند و کارایی ۹۷ درصدی را بوجود می آورند. به علاوه، رنگ سیاه بر روی صفحه مسی نیز مورد استفاده قرار می گیرد که قابلیت جذب را به =۰٫۸۵-۰٫۹ و قابلیت عبور را به میزان =۰٫۰۸-۰٫۱۲ می رساند.

عایق/ محفظه

 این ابزارها از فولاد، آلومینیوم یا فایبر گلاس ساخته شده اند. فایبر گلاس به طور وسیعی مورد استفاده قرار می گیرد.

سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی

۲- مدلسازی ریاضی

فشارهای عملیاتی که این سیستم می بایست برمبنای آنها کار نماید را باید جهت محاسبات آتی با استفاده از نمودار غلظت آنتالپی یا محتوای گرمایی مشخص ساخت. به هنگامی که فشار چگالنده یا کاندنسر (Pc) و فشار اواپاراتور یا تبخیر کننده (Pe) مشخص گردند نقاط منطبق را می توان بر روی این نمودار همانگونه که در شکل ۴ نشان داده شده است تثبیت نمود. نقاط و شرایط مختلف دیگر برای مولفه هایی نظیر سیستم های جاذب، مولد، تبادلگرهای حرارتی و غیره را نیز می بایست متعاقبا مشخص ساخت.

الف. فشار کندانسور (Pc)

فشاری که می بایست جهت تغییر فاز بخار آمونیاک به مایع آمونیاک در کندانسور اعمال داشت منوط به نوع رسانه متراکم ساز مورد استفاده و همچنین دمای آن می باشد.

در این سیستم، آب به عنوان یک رسانه چگال کننده یا متراکم ساز به کار گرفته می شود. آب در دمای ۲۵ درجه سلسیوس مهیا می شود و دمای چگالش نیز به میزان Tc= 25 0C خواهد بود.

ب. فشار اواپراتور (Pe)

اواپراتور را می توان برحسب حداقل دمای مورد نیاز در محفظه اواپراتور تامین نمود. حداقل دما حاصله برحسب معیار طراحی در این سیستم نمی باشد، چرا که ما سعی در خنک سازی آب تنها برای اهداف آشامیدنی داریم. فشار حفظ شده در اواپراتور می بایست تقریبا مساوی با فشار جو در حد امکان باشد، چرا که تامین فشار بالاتر مشکل و پرهزینه خواهد بود. به علاوه، ممکن است مشکلات مربوط به نشت نیز پیش آید و بنابر این لازم است تا دستگاه ها را به صورت سربسته و محکم آب بندی نمود. فشار اواپراتور تقریبا  مساوی  با  فشار جو  (۱ بار)  تامین  می شود تا آنکه از صرفه جویی در طراحی اطمینان حاصل شود.

جاذب

در جاذب، گاز NH3 خالص به وضعیت ۴ وارد شده و محلول آبی ضعیف به وضعیت ۱۰ وارد گردیده و پس از ترکیب محلول آبی غلیظ در ناحیه ۵ بیرون می آید. این ترکیب که در داخل حاصل می آید. حال اقدام به اتصال نقاط ۱۰ و ۴ و سپس گسترش خط به سمت خط عمودی که در جهت نقطه ۷ عبور نموده تا آنکه نقطه ۷ را قطع کند. هم اکنون می توان گفت که این ترکیب در امتداد خط ۴-۱۰ محقق شده و فشار Pe و محلول آبی حاصله در نقطه ۵ بعد از دست رفتن حرارت در جاذب بیرون می آیند. اتصال نقاط ۴ و ۱۰ و مشخص نمودن نقطه ۷ برای حل مشکلات یا طراحی اجزای سیستم الزامی نیست.

مولد

در مولد، محلول چگالیده از طریق تامین حرارت Qg گرم می شود. این محلول چگالیده به داخل مولد در وضعیت ۷ وارد شده و بخار NH3 خالص نیز در موقعیت ۱ خارج می گردد و  محلول آبی ضعیف نیز از موقعیت ۸ خارج می شود. هم اکنون با اتصال نقاط ۸ و ۱ و گسترش خط عمودی به سمت نقطه ۷ جهت مارک دار نمودن نقطه ۷ که خط ۱ تا ۸ را قطع می کند ما می توانیم اذعان داریم که این جداسازی در امتداد خط ۸-۱ و در فشار pc حاصل شده است. اتصال نقاط ۱ و ۸ و مشخص نمودن نقطه ۷ برای حل مشکلات یا طراحی مولفه های سیستمی الزامی نخواهد بود.

سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی

۳- محاسبات

الف. میزان دبی جرمی آمونیاک به عنوان ماده سرد کننده

 Mr = 0.18 Kg/min

ب. گرمای حذف شده در اواپراتور

= تاثیر تبرید

= Mr. ´ (h4-h3)

= ۱ TR = 210 KJ/min

در صورتی که نرخ جریان آب سردMw  باشد بنابر این Mw Cp ΔT= 210 Kj/min ساده خواهد بود، در صورتی که DT = 17 0C باشد بنابر این Mw= 3.0 Kg/min در نظر است.

ج. گرمای حذف شده در کندانسور

گرما به وسیله آب سرد گردش یافته حذف می شود که برمبنای معادله ذیل خواهد بود:

د. گرمای حذف شده از جاذب

به هنگامی که بخار NH3 در نقطه ۴ و محلول در نقطه ۱۰ ترکیب شوند، برآیند این ترکیب در جاذب به وسیله مورد ۷ مشخص شده و پس از زدایش گرما در جاذب (برحسب سردشدگی)، محلول از شرط ۵ بیرون خواهد آمد. بنابر این، گرمای حذف شده در جاذب برحسب Qa = (h7” – h5)  بر کیلوگرم محلول مشخص می شود.

ه. گرمای حاصل آمده در مولد

با توجه به آنکه Qg گرمای حاصل آمده در مولد به شمار آمده و Qd گرمای حذف شده از بخار آب می باشد بنابر این میزان خالص گرمای حذف شده برحسب کیلوگرم محلول به شرح ذیل خواهد بود:

و. محاسبات گرم کن آب خورشیدی

انرژی مفید (انرژی جذب شده به وسیله صفحه خورشیدی) به شرح ذیل خواهد بود:

ز. COP سیستم

COP دستگاه تبرید را می توان با استفاده از معادله ذیل محاسبه نمود:

سیستم جذب بخار نیروی خورشیدی

۴- نتایج و نتیجه گیری

همان گونه که قبلا محاسبه شد، حرارت ورودی مورد نیاز جهت به راه اندازی سیستم  تبرید بخار TR1 برای شرایط عملیاتی مطلوب در حدود ۳۰۴٫۲ KJ/min خواهد بود. این حرارت در مولد به وسیله آب داغ حاصل آمده از گرم کننده آب صفحه مسطح خورشیدی تامین می شود. برای این سیستم ضریب عملکرد نیز محاسبه می شود. نتایج را می توان به شرح ذیل خلاصه نمود:

• دبی جرمی آب سرد = ۳ Kg/min

شرایط عملیاتی طراحی شده:

• فشار کندانسور: ۱۰ بار

• فشار اواپراتور: ۱ بار

• ورودی حرارت مورد نیاز (در مولد) = ۲ KJ/min

• مساحت کولکتورهای خورشیدی مورد نیاز= ۲۴ متر مربع، یعنی  قابلیت استفاده  از  ۴ صفحه ۲×۳ متری ۲ پوششی

• دمای خروجی آب از گرم کننده خورشیدی= ۸۴ درجه سلسیوس

• COP دستگاه تبرید= ۶۹/۰

• COP کل سیستم = ۵۸/۰

با توجه به نتایج فوق، قابلیت پیاده سازی سیستم تبرید بخار با توان خورشیدی به طور منطقی اثبات می شود. مقادیر COP که به وسیله ما محاسبه شده اند به میزان اندکی در مقایسه با مقادیر حقیقی COP ها سنگین تر هستند، اما با توجه به آنکه ما فرآیندهای ایده آل را در سیستم های تبادل حرارتی در نظر می گیریم، این انحراف را می توان درک کرد.

بنابر این، یک دستگاه گرم کننده آب خورشیدی را می توان برای اهداف خنک نمودن آب به کار گرفت. در ماه های تابستان، به هنگامی که دستگاه های گرم کننده  خورشیدی  تعطیل می شوند و حتی پتانسیل خورشید نیز بالاتر است، این دستگاه ها را می توان برای فرآیند تبرید یا سرد کردن مورد استفاده قرار داد. این مورد در حقیقت توجیه کننده سرمایه گذاری های بزرگی می باشد که بر روی این دستگاه ها انجام شده است و همچنین مشخص کننده آن است که  منبع انرژی در طی اوقات تولید پیک / اوج  آن بدون مصرف باقی نخواهد ماند.