Onderwerpen:
- Inleiding
- Kringloopproces
- Log ph-diagram
- R134a vergelijken met R1234yf
Inleiding:
Het koelproces in de airconditioning van een auto maakt gebruik van toestandsveranderingen van een stof. Bij een toestandsverandering, zoals de overgang van vloeistof naar damp, verandert de moleculaire structuur van de stof, waarvoor warmte nodig is. Warmte wordt opgenomen wanneer vloeistof verandert in damp, en in het tegenovergestelde geval, bij de overgang van damp naar vloeistof, wordt warmte afgegeven.
Als we de warmteoverdracht naar en van de omgeving bekijken, zien we dat tijdens het verdampingsproces de omgeving afkoelt, terwijl er warmte vrijkomt en de omgeving opwarmt tijdens de condensatie. Dit koelen van de omgeving treedt op in de verdamper, terwijl opwarming plaatsvindt in de condensor. Dit proces herhaalt zich continu, waardoor het bekend staat als een kringloopproces.
Op de pagina “Airconditioning inleiding” wordt het kringloopproces met de verschillende componenten van de airconditioning op een praktische wijze beschreven. Op deze pagina zullen we ons verder verdiepen in dit kringloopproces door middel van het log ph-diagram.
Kringloopproces:
Vóór we een volledig log-pH-diagram tonen, beginnen we eerst met het kringloopproces van de airconditioning. In dit kringloopproces gebruiken we het diagram van het koudemiddel R134a. In dit diagram worden de gebieden voor gas, gasvloeistof en vloeistof van elkaar onderscheiden. Het kritische punt bevindt zich aan de bovenkant, bij 101 graden Celsius en een druk van 40 bar. Dit zijn de maximale temperatuur en druk waarbij het koudemiddel chemisch stabiel is. Op de x-as wordt de warmte-inhoud (enthalpie) uitgezet ten opzichte van de druk. Hoewel we vaak spreken van een “ph-diagram,” is het eigenlijk een “log-pH-diagram” vanwege de logaritmische schaalverdeling.
- Bij punt 1 in het diagram begint de compressor, die koudemiddel aanzuigt vanuit de verdamper. De druk bedraagt 2 bar;
- Het gas wordt gecomprimeerd van 1 naar 2, waardoor de druk en de warmte-inhoud toenemen. De druk en temperatuur stijgen naar 15 bar en 70 graden Celsius. Het gas wordt oververhit;
- Door warmteafgifte in de condensor daalt de warmte-inhoud en daardoor in eerste instantie de temperatuur. Het gas raakt tussen punt 2 en 3 zijn oververhitting kwijt, waardoor de temperatuur daalt hier van 70 naar 55 °C.
- Van punt 3 naar 4 is er sprake van warmteafgifte bij een constante temperatuur. Hier wordt het gas omgezet in vloeistof. De druk blijft constant;
- Door verdere afkoeling wordt de vloeistof licht onderkoeld (van 4 naar 5). De onderkoelde vloeistof onder de hoge druk van 15 bar bereikt bij punt 5 een vernauwing: het capillair of expansieventiel. Hier wordt de hoge druk van de lage druk gescheiden. Vanuit de compressor kunnen we ook zeggen dat de persdruk wordt gescheiden van de zuigdruk.
Door de plotselinge drukverlaging in de vernauwing zal het kookpunt van het koudemiddel in vloeistoffase lager worden, waardoor spontane verdamping optreedt. De warmte die hiervoor nodig is, wordt eerst aan het koudemiddel zelf en zijn nabije omgeving onttrokken. Hierin blijft de warmte-inhoud nagenoeg constant. Vervolgens vindt vanaf punt 6 naar 1 volledige verdamping plaats in de verdamper. De kooktemperatuur van het koudemiddel daalt tussen punt 5 en 6 van 50°C naar -10°C, om uiteindelijk tot aan punt 1 als gas op te warmen tot 0°C. De warmte-inhoud van het koudemiddel neemt toe, waarbij de benodigde warmte uit de omgeving wordt gehaald, in dit geval de passerende lucht door de verdamper. Druk en temperatuur blijven nagenoeg constant. Als damp verlaat het koudemiddel de verdamper en wordt het op punt 1 opnieuw aangezogen door de compressor. Het proces herhaalt zich.
Log pH-diagram:
In de vorige paragraaf werd het log ph diagram getoond met daarin het kringloopproces (van verdampen naar condenseren van het koudemiddel. De afbeelding hieronder toont de toestand van het koudemiddel bij een bepaalde druk in relatie met de enthalpy (warmteinhoud), waarin het kringproces met de donkerblauwe lijn wordt aangegeven.
Aan de linkerkant van het diagram bevindt zich het vloeistofgebied. Bij lage enthalpie verkeert het koudemiddel in vloeibare vorm. Bij toenemende enthalpie wordt de vloeistoflijn bereikt. De helling van deze lijn geeft de veranderingen in druk en enthalpie aan voor de vloeibare fase.
In het midden van het diagram bevindt zich de verzadigde dampzone. Hier is het koudemiddel in thermisch evenwicht, waarbij zowel vloeistof als damp aanwezig is.
Aan de rechterzijde zien we de verzadigde damplijn, die de grens markeert waarbij het koudemiddel volledig is verdampt en zich in een oververhitte dampfase bevindt.
Bovenin het diagram bevindt zich het kritische punt, dat de grens aanduidt tussen vloeistof en damp. Hier verdwijnt het onderscheid tussen de damp- en vloeistoffasen, waardoor het koudemiddel zich in een unieke toestand bevindt. Er is hierbij geen duidelijke overgang tussen vloeistof en damp.
Om meer inzicht te geven in het log-ph diagram, worden hieronder meerdere curven aan het diagram toegevoegd: de isentroop, isotherm, isochoor en de dampkwaliteit. In de onderstaande tekening zien we nogmaals het kringproces (grijs gekleurd) met het verloop van de andere processen. Hier volgt een korte uitleg per toestandsverandering:
Isentroop: de en isentrope lijn wordt gekenmerkt door een constante entropie. Dit betekent dat het koudemiddel tijdens een proces langs deze lijn geen warmte-uitwisseling met de omgeving heeft en geen entropieverandering ondergaat. Het is een efficiënte adiabatische (zonder warmte-uitwisseling) proceslijn in het diagram.
Isotherm: Een isotherme lijn in het log-pH-diagram vertegenwoordigt een constant temperatuurproces. Tijdens dit proces blijft de temperatuur van het koudemiddel constant, wat betekent dat er warmte wordt toegevoerd of afgenomen om de druk-enthalpie (ph) verhouding constant te houden.
Isochoor: Een isochoore lijn in het log-pH-diagram vertegenwoordigt een constant volume proces. Tijdens dit proces blijft het specifieke volume van het koudemiddel constant, wat betekent dat er geen verandering in volume optreedt. Hierdoor kan de lijn stijl omhoog of omlaag gaan in het diagram, afhankelijk van andere veranderingen zoals druk en enthalpie.
- Dampkwaliteit: In een log-pH-diagram van koudemiddel duidt de x-as het kwaliteitsbereik aan, van “x=0” (volledig vloeibaar) tot “x=1” (volledig gasvormig). Tussen deze uitersten bevindt het koudemiddel zich in een tweefasige toestand, waarbij de x-waarde de verhouding van gas tot vloeistof aangeeft. Een lijn van “x=0,10” tot “x=0,90” in het diagram geeft aan dat het koudemiddel zich binnen dit tweefasige bereik bevindt, met de specifieke x-waarde die de verdeling tussen gas en vloeistof aangeeft. Dit is cruciaal voor het begrijpen van het gedrag van het koudemiddel in toepassingen zoals koel- en airconditioningsystemen.
In de onderstaande afbeelding zien we een compleet log ph-diagram van het koudemiddel R134a.
R134a vergelijken met R1234yf:
Met behulp van het log ph-diagram kunnen verschillende soorten koudemiddelen met elkaar worden vergeleken. De volgende afbeelding toont de log ph-diagrammen en de kringloopprocessen van R134a en R1234yf.
Gerelateerde pagina:
