Thermodynamische Prozesse und Kühlkreislauf: Definitionen

Thermodynamische Prozesse und Kühlkreislauf

Thermodynamische Prozesse

• Isothermer Prozess: Ein Stoff ändert seinen Zustand, ohne dass sich die thermodynamische Temperatur ändert.
• Isobarer Prozess: Ein Stoff ändert seinen Zustand, ohne dass sich der Druck ändert.
• Isochorer Prozess: Ein Stoff ändert seinen Zustand, ohne dass sich sein spezifisches Volumen ändert.
• Isenthalpischer Prozess: Ein Stoff ändert seinen Zustand, ohne dass sich seine Enthalpie ändert.
• Isentroper Prozess: Ein Stoff ändert seinen Zustand, ohne dass sich seine Entropie ändert.
• Adiabatischer Prozess: Ein Prozess, bei dem kein Wärmetransport zwischen der Umgebung und dem System stattfindet.

Zustandsänderungen von Flüssigkeiten

• Unterkühlte Flüssigkeit: Eine Flüssigkeit, bei der die Temperatur steigt, wenn ihr Energie in Form von Wärme zugeführt wird, ohne dass sie verdampft.
• Gesättigte Flüssigkeit: Eine Flüssigkeit, die bei Energiezufuhr verdampft.
• Sattdampf: Dampf am Kondensationspunkt.
• Heißdampf: Dampf, der sich nicht am Kondensationspunkt befindet.

Gasgesetze

• Gesetz von Boyle: Bei konstanter Temperatur ist das Volumen eines Gases umgekehrt proportional zu seinem Druck (P1 * V1 = P2 * V2).
• Gesetz von Gay-Lussac: Bei konstantem Volumen ist der Druck eines Gases direkt proportional zu seiner Temperatur (P1 / T1 = P2 / T2).
• Gesetz von Charles: Bei konstantem Druck ist das Volumen eines Gases direkt proportional zu seiner Temperatur (V1 / T1 = V2 / T2).
• Ideales Gas: Ein Gas, das die genannten Gesetze exakt erfüllt.

Kühlkreislauf

Komponenten einer Kühlmaschine

• Kompressor: Verdichtet Kältemitteldampf von niedrigem Druck und niedriger Temperatur zu hohem Druck und hoher Temperatur.
• Kondensator: Ein Wärmetauscher, in dem das Kältemittel vom überhitzten Dampf aus dem Kompressor abgekühlt wird, bis es zu gesättigtem Dampf kondensiert und schließlich als unterkühlte Flüssigkeit austritt.
• Expansionsventil: Reduziert den Druck des Kältemittels.
• Verdampfer: Ein Wärmetauscher, in dem das Kältemittel Wärme aus dem zu kühlenden Gehäuse aufnimmt, bis es den Zustand des Sattdampfs erreicht.

Leistungskennzahlen

• Kühlleistung: Die Wärmemenge, die der Verdampfer dem Gehäuse pro Zeiteinheit entzieht.
• Kompressorleistung: Das Verhältnis zwischen der minimal benötigten Leistung und der tatsächlich vom Kompressor aufgenommenen elektrischen Leistung.
• COP (Coefficient of Performance) eines Kühlkreislaufs: Das Verhältnis zwischen Kühlleistung und der vom Kompressor aufgewendeten Arbeit.
• COP des Kompressors: Das Verhältnis zwischen Kühlleistung und der vom Kompressor aufgenommenen elektrischen Leistung. (keine Einheit).

Überhitzung und Unterkühlung

• Nützliche Überhitzung: Tritt am Ende des Verdampfers und der Saugleitung im gekühlten Raum auf.
• Nicht nützliche Überhitzung: Tritt außerhalb des gekühlten Raums oder aufgrund des Kälte-Kompressor-Motors auf.
  • Erhöht leicht die Kompressionsarbeit.
  • Erhöht die Temperatur des Kompressors.
  • Erhöht die Wärmeabgabe im Kondensator.
  • Das angesaugte Volumen nimmt ab, da das spezifische Volumen mit der Temperatur zunimmt.
• Messung der Überhitzung:
  • Thermometer am Ausgang des Verdampfers anbringen.
  • Manometer am Niederdruckanschluss anbringen.
  • Die Differenz zwischen der gemessenen Temperatur und der dem Manometerdruck entsprechenden Verdampfungstemperatur ergibt die Überhitzung.
• Messung der Unterkühlung:
  • Thermometer am Kondensatorablaufrohr anbringen, nachdem sich der Schmutz abgesetzt hat.
  • Mit dem Hochdruckmanometer die Kondensationstemperatur anhand des Temperaturbereichs bestimmen.
  • Die Kondensationstemperatur mit der vom Thermometer am Ausgang des Kompressors angezeigten Temperatur vergleichen.

Kältemittelgemische

• Azeotropische Mischung: Kältemittelgemische, die sich wie reine Kältemittel verhalten, aber unterschiedliche physikalische Eigenschaften haben.
• Nicht-azeotropische Mischung: Im Gegensatz zu azeotropen und reinen Kältemitteln findet der Phasenübergang bei konstantem Druck nicht bei konstanter Temperatur statt.
• Bubble-Point-Temperatur: Der Sättigungspunkt der gesättigten Flüssigkeit.
• Taupunkt-Temperatur: Die Sättigungstemperatur des gesättigten Dampfes.

Messung globaler nicht-azeotroper Mischungen

• Bei der Erwärmung muss der Wert im Thermometer mit der Taupunkttemperatur im Manometer verglichen werden.
• Unterkühlung: Die Differenz zwischen der Bubble-Point-Temperatur und der am Thermometer gemessenen Temperatur ergibt die Unterkühlung.