SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 BAZAT TEORIKE TË FTOHJES Kondicioneri është një term i përgjithshëm për një njësi e cila ka për detyrë të mbajë ajrin brenda një hapësire të caktuar me temperaturë dhe lagështi të përshtatshme. Për të arritur këtë objektiv, njësia e ajrit të kondicionuar duhet të ketë këto elemente: ngrohës, ftohës, kompresor, kontrollues, ventilator dhe një sistem HVAC. ● Ngrohës -- duke shtuar ngrohjen e duke e transferuar atë; ● Freskues -- për largimin e nxehtësisë e duke e transferuar atë; ● Lagështinë -- duke e hequr ose duke shtuar lagështinë; ● Pastrim -- filtrimin; ● Ventilim -- lëvizja e ajrit nëpërmjet sistemit HVAC të automjetit. Krijimi i një zone të përshtatshme për udhëtarët brenda mjetit mund të rregullohet me lehtësi. Jo të gjithë njerëzit dëshirojnë pikërisht mjedise të njëjtë, se ekzistojnë dallimet për shkak të diferencës së vazhdueshme të faktorëve si: vendet, kulturat, gjinia, mosha apo thjesht për shkak të sasisë së qenieve humane, modelit të veshjeve, kur janë brenda sallonit. Duhet siguruar një mënyrë për të kontrolluar në brendësi klimën e automjetit që zakonisht referohet me shprehjen: "kontrolli i klimës". NXEHTËSIA, TRANSFERIMET E NXEHTËSISË Ky kapitull shpjegon në vija të përgjithshme principet që përdoren për të krijuar efektin ftohës. Për të realizuar këtë përdoren grafikë, figura, etj. Në natyrë ka shumë sende të ftohta si: akullorja, akulli, bora, një copë hekur, etj. Në radhë të parë duhet të dimë se i ftohti ka kuptim relativ, ose më saktë është të thuhet se një send është më pak i nxehtë se një send tjetër. Akullorja është më pak e nxehtë se një copë hekur. Po qe se diçka ftohet, themi se atij po i hiqet nxehtësia. Po qe se kemi një pije freskuese (shishe koka-kola), le të themi në 250C dhe do të preferonim t’a pinim në 50C, atëherë do të duhej që shishen t’a fusnim në frigorifer për pak kohë. Nxehtësia do t’i largohej në një farë mase dhe do të mund t’a pinim më pak të nxehtë, pra në 50C. Por po të donim t’a pinim më të ftohtë p.sh. 20C, le t’a vendosim në frizer atë pije për ca kohë dhe do t’a marrim kur të jetë 20C. Zakonisht themi se tani koka-kola është më e ftohtë. Por, kuptimi më i saktë është të themi se koka-kola është më pak e nxehtë.

A mund të hiqet e gjithë nxehtësia nga sendet? Po, ajo ndodh kur sendet ftohen në zero absolute 00K = - 2730C. Praktikisht kësaj temperature i janë afruar në kushte laboratorike. Për të realizuar ftohjen, sipas nevojës përdoren sisteme ftohëse si frigoriferët, kondicionerët, etj. Si mund të bëhen sendet më të ftohta? Dimë se nxehtësia ka tendence të kalojë nga një trup i nxehtë në një më të ftohtë, themi se nxehtësia transmetohet nga një trup i nxehtë në një trup më pak të nxehtë. Transmetimi i nxehtësisë është shkenca mbi proceset e përhapjes (ose këmbimit) të nxehtësisë. Transmetim nxehtësie quhet kalimi i energjisë në formën e nxehtësisë ndërmjet trupave që kanë temperatura të ndryshme. Forca lëvizëse e çdo procesi të transmetimit të nxehtësisë është diferenca e temperaturave (∆t) ndërmjet trupit më të nxehtë dhe më të ftohtë. Transmetimi i nxehtësisë është një fenomen i komplikuar, prandaj gjatë studimit të tij ai ndahet në procese më të thjeshta. Dallojmë tre mënyra për transmetimin e nxehtësisë: Përcjellshmëria termike, konveksioni dhe rrezatimi termik.

1. Përcjellshmëria termike --- Kryhet në trupat e ngurtë, në lëngjet e gazet në qetësi dhe quhet kalim i nxehtësisë gjatë kontaktit direkt të trupave (ose pjesëve të një trupi) me temperatura të ndryshme

2. Konveksioni --- Është fenomen i dhënies se nxehtësisë qe kryhet gjate lëvizjes dhe zhvendosjes në hapësirë të lëngjeve dhe gazeve, në kontakt me sipërfaqet e trupave të ngurtë.

3. Rrezatimi termik --- Paraqet këmbimin e nxehtësisë, në formë të energjisë rrezatuese, që realizohet ndërmjet trupave në largësi. Në praktike takohen njëkohësisht të tri mënyrat e transmetimit të nxehtësisë ose dy prej tyre, që përbejnë transmetimin e nxehtësisë në formë të përgjithshme. 1. Përcjellshmëria termike Përcjellshmëria termike paraqet këmbimin e nxehtësisë gjatë kontaktit direkt të mikro-grimcave, si rezultat i lëvizjes termike të tyre ose shkëmbimit energjetik reciprok ndërmjet mikro-grimcave (molekulave, atomeve, elektroneve) nga të cilat përbëhet trupi i dhënë. Kjo paraqet formën kryesore të përhapjes së nxehtësisë në trupat e ngurtë. Në përcjellshmërinë termike lënda konsiderohet si një mase e plotë homogjene dhe jo si një bashkim grimcash materiale. Po qe se vendos dy sende në kontakt me njeri-tjetrin gjithë kohës dhe njeri nga ato është më i nxehtë se tjetri, dihet që nxehtësia do të kalojë nga sendi më i nxehtë në atë më pak të nxehtë. Transmetimi i nxehtësisë do të vazhdojë deri sa temperaturat

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

1

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 e të dy sendeve të barazohen. Ky lloj transmetimi nxehtësie quhet transmetim me kontakt. Një rast tjetër, në se nxehtësia është aplikuar në fundin e një shufre çeliku, fundi do të nxehet. Materiale të ndryshme kanë aftësi transmetimi nxehtësie me kontakt të ndryshme psh një copë hekuri e përcjell nxehtësinë më shpejt tek një copë tjetër hekuri se sa tek një bllok betoni. Për të përcaktuar aftësinë e materialeve për të transmetuar nxehtësinë përdoret koeficienti i transmetimit të nxehtësisë me kontakt, që shënohet me λ [kkal / m orë 0C] ose [W / m K]. Gjatë studimit të mënyrave të ndryshme të transmetimit të nxehtësisë dhe veçanërisht të përcjellshmërisë termike do të përdorim konceptet dhe përcaktimet kryesore të mëposhtme:

• Fushë temperaturash --- quhet bashkësia e vlerave të temperaturave të të gjithë pikave të hapësirës që studiohet në një moment të dhënë të kohës. Në qoftë se temperaturat e pikave të hapësirës (trupit) ndryshojnë gjatë kohës, atëherë fusha quhet jo-stacionare dhe në qoftë se nuk ndryshojnë quhet stacionare.

• Sipërfaqe izotermike --- quhet vendi gjeometrik i pikave të hapësirës që për një çast të kohës kanë temperaturë të njejtë. Sipërfaqet izotermike nuk mund të ndërpriten me njera-tjetrën. Në qoftë se sipërfaqet izotermike i ndërpresim me një plan, atëherë në planin e ndërprerjes marrim vijat me t = cost që quhen izoterma ose vija izotermike.

• Gradienti i temperaturës --- quhet limiti i raportit të ndryshimit të temperaturës ∆t me distancën ndërmjet izotermave sipas drejtimit normal ∆n

• Rryma termike ose e nxehtësisë --- quhet sasia e nxehtësisë që këmbehet ndërmjet dy sipërfaqeve të çfarëdoshme në njësinë e kohës, e cila shënohet me Q dhe matet me W. Sasia e nxehtësisë që kalon nëpërmjet njësisë së sipërfaqes dhe njësisë së kohës quhet rrymë termike specifike (ngarkesë termike specifike) ose densitet i rrymës termike, shënohet me “q” [W / m2]. Ligji Furje është një ligj eksperimental që vendos lidhjen ndërmjet densitetit të rrymës termike dhe gradientit të temperaturës q = - λ ∙ (∂t / ∂n) = - λ ∙ grad t Koeficienti λ paraqet sasinë e nxehtësisë e cila kalon në njësinë e kohës nga 1 m2 e sipërfaqes izotermike për gradientin e temperaturës të barabartë me njësinë. Madhësia e λ varet nga natyra e lëndës, si: nga struktura e lëndës, densiteti, lagështia, presioni, temperatura, prania e përzierjeve, etj. Metalet janë përçues të shkëlqyer të nxehtësisë: alumini, bakri, hekuri,etj. Pra, metalet e lidhjet e tyre kanë koeficient të përcjellshmërisë termike më të madh ku: λ = 7- 400. Materialet termo-izoluese e ato të ndërtimit kanë koeficient të vogël që lëviz në kufijtë: λ = 0.02 – 0.3. Nga përvoja është vendosur varësia lineare e koeficientit të përcjellshmërisë termike nga temperatura në formën: λ = λ0 ∙ (1 + b∙t) = f (t) Ku: λ0 -- koeficient i përcjellshmërisë termike në temperaturën 0C b – konstante që përcaktohet me rrugë eksperimentale

Lëndët me porozitet kanë koeficient λ të vogël. Kjo shpjegohet me faktin se hapësirat poroze mbushen me gaze që kanë λ shumë të vogël. Kështu penobetonet, polisterolet, etj që përdoren në ndërtim kanë porozitet të madh, pra λ të vogël, për këtë arsye përdoren si materiale termo-izoluese. Për materialet me lagështi, koeficienti λ është më i madh se për materiale të thatë dhe për ujin të marrë veçanërisht. Kështu për tullën e thatë λ = 0.35; për ujin λ = 0.6; për tullën me lagështi λ = 0.9 [W /m K]. 2. Konveksioni

Në qoftë se pranë një sipërfaqe të një trupi të ngurtë lëviz një fluid, temperatura e të cilit është më e lartë ose më e ulët se temperatura e sipërfaqes së trupit atëherë ndërmjet fluidit dhe trupit të ngurtë ndodh dhënia e nxehtësisë. Procesi i kalimit të nxehtësisë nga lëngu ose gazi në lëvizje në sipërfaqen e një trupi të ngurtë dhe anasjelltas quhet dhënie me konveksion ose thjesht konveksion. Konveksion është drejtimi i lëvizjes ose rrjedhës së nxehtësisë (të lëngjeve dhe gazeve), kur fluidi lëviz drejt një ambienti më të ftohtë duke lëshuar nxehtësinë. Po qe se do t’i fryjmë një pjate gjelle të nxehtë, ajo do të bëhet më pak e nxehtë. Një pjesë e nxehtësisë së gjellës do të largohet me molekulat e ajrit që frymë. Kemi konveksion kur në një lëng apo gaz ndodh zgjerimi dhe pjesë të substancës bëhen më të lehta se sa pjesët e tjera të cilat përmbajnë më pak rryma nxehtësie. Konveksioni natyral ndodh në atë substancë që nuk është e nxehtë në mënyrë të njëjtë (uniforme). Meqenëse kemi kontakt të drejtpërdrejte, transmetimi

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

2

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 sipërfaqësor i nxehtësisë me konveksion shoqërohet edhe me fenomenin e përcjellshmërisë termike të lëngut ose gazit (pranë sipërfaqes së kontaktit). Procesi i dhënies së nxehtësisë me konveksion është i lidhur në mënyrë të pandarë me zhvendosjen e vetë mjedisit. Prandaj konveksioni realizohet vetëm me lëngjet dhe me gazet, pjesët (grimcat) e të cilave mund të zhvendosen me lehtësi në hapësire.

Sipas shkakut të lëvizjes së fluideve kemi lëvizje të lirë ose lëvizje të detyruar. Lëvizja e detyruar dhe e lirë mund të ekzistojnë njëkohësisht. Lëvizja e fluidit për shkak të diferencës së temperaturave (diferencës së densiteteve) në pika të

ndryshme të hapësirës quhet lëvizje e lirë (ose lëvizje natyrale). Në këtë rast kemi të bëjmë me konveksion natyral ose të lirë. Pra, konveksioni natyror është rezultat i ndryshimeve në temperaturë midis dy pikave të fluidit, ku shpejtësia e rrjedhjes së nxehtësisë është relativisht e vogël. Rrjedhja e nxehtësisë në konveksion natyror është përcaktuar si: H natyral = h ∙ A ∙ dT h = h (dT, φ) h [W / m2K] Ku: h koeficienti transmetimit të nxehtësisë, i cila varet nga temperatura, shpejtësia e fluidit, gjendja fizike, kapacitetet e veçanta të nxehtësisë, presioni, etj. Lëvizja e fluidit që lind nga veprimi mekanik i jashtëm (nga veprimi i një pompe ose ventilatori)

quhet lëvizje e detyruar. Në këtë rast kemi të bëjmë me konveksionin e detyruar. Pra, konveksioni i detyruar është rezultat i pompimit apo ventilimit në ndryshimet e temperaturës. Rrjedhja e nxehtësisë me konveksion të detyruar është përcaktuar si: H detyruar = h ∙ A ∙ dT h ≠ h (dT) Rryma termike në dhënien e nxehtësisë me konveksion përcaktohet me formulën e Njutonit: Q = α ∙ F ∙ (tf − tS) = α ∙ F ∙ ∆t [W] α – koeficient i dhënies së nxehtësisë me konveksion ose koeficient i konveksionit. Në fakt α karakterizon intensitetin e dhënies së nxehtësisë. Nga formula duket se koeficienti α paraqet sasinë e nxehtësisë e cila këmbehet nga njësia e sipërfaqes në njësinë e kohës për diferencën e temperaturave ndërmjet fluidit dhe murit (sipërfaqes së ngurtë) në 10C ose 1K. Koeficienti α është mjaft i vështirë për t’u përcaktuar , pasi varet nga shumë faktorë si: forma e sipërfaqes φ (të pllakës ose tubit), i përmasave l1, l2,..., i temperaturës dhe i shpejtësisë së lëvizjes së fluidit (tf dhe w), i vetive fizike të lëngut ose gazit ku përfshihen: koeficienti i përcjellshmërisë termike λ, nxehtësia specifike cp, densiteti ρ, viskoziteti dinamik μ dhe i faktorëve të tjerë. Karakteri i lëvizjes s α lëngut ose gazit pranë murit varet nga forma e sipërfaqes, pozicioni i saj n α hapësirë dhe drejtimi i rrymës termike. Për tubin, përmasa përcaktuese është diametri d, për pllakën ose murin vertikal lartësia e tij h, për sipërfaqen horizontale plane – përmasa më e vogël e saj l, etj. 3. Rrezatimi termik Procesi i rrezatimit termik qëndron në kalimin reciprok të nxehtësisë nga një trup në një tjetër nëpërmjet valëve elektromagnetike dhe energjisë së fotoneve që lindin si rezultat i shndërrimit të energjisë së brendshme të lëndës (dhe kryesisht të energjisë termike) në energji të rrezatimit. Energjia rrezatuese, pra përbëhet nga energjia e valëve elektromagnetike me gjatësi të ndryshme të tyre dhe energjia e fotoneve. Valët elektromagnetike dhe fotonet (kuantet) shpërndahen në një shtresë të hollë sipërfaqësore të trupit në të gjitha drejtimet. Energjia e rrezatuar, gjatë rrugës së saj mund të bjerë mbi trupa të tjerë dhe të absorbohet, të pasqyrohet ose të depërtojë nëpër to. Ajo që absorbohet kthehet përsëri në nxehtësi (duke rritur temperaturën e trupave). Pra, këmbimi i nxehtësisë me rrezatim është i lidhur me shndërrimin reciprok të nxehtësisë në energji rrezatuese dhe anasjelltas. Po qe se merr një thëngjill të nxehtë nga një zjarr i fortë dhe e mban atë jashtë për pak kohë, do të shohim se shkëlqimi i tij bie vazhdimisht me kalimin e kohës. Kjo vjen ngaqë thëngjilli po ftohet, duke rrezatuar nxehtësinë e tij. Ky lloj transmetimi i nxehtësisë quhet transmetim nxehtësie me rrezatim. Rrezatimi mund të përshkojë distancën nga një objekt i nxehtë si dielli, në një objekt të ftohte si sipërfaqja e tokës. Ngjyra dhe cilësia sipërfaqësore ndikojnë në nxehtësinë e reflektuar dhe absorbuar. Ngjyra është më pak e rëndësishme se sa është cilësia; errësira pranë sipërfaqeve mbledh më mirë nxehtësinë se sa drita e butë në sipërfaqe. Të gjithë trupat rrezatojnë e absorbojnë energji rrezatuese në çfarëdo temperature, por sasia e energjisë së transmetuar me anë të rrezatimit rritet me rritjen e

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

3

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 temperaturës së trupit që rrezaton. Rrezatimi shumar që jepet nëpërmjet një sipërfaqe të çfarëdoshme në njësi të kohës, quhet rrymë rrezatuese Q [W]: Q = Qa + Qr + Qd ose 1 = a + r + d Ku: a = Qa / Q --- koeficienti i absorbimit të trupit (aftësia absorbuese e trupit) r = Qr / Q --- koeficienti i pasqyrimit të trupit (aftësia pasqyruese) d = Qd / Q --- koeficienti i depërtimit të trupit (aftësia depërtuese e trupit) Madhësia q = Q / F [W / m2] quhet fuqi rrezatuese, rrezatim vetjak ose densiteti i rrymës rrezatuese. Absorbimi i energjisë rrezatuese ndodh në një shtresë të hollë të sipërfaqes së trupit të ngurtë. Për metalet, kjo shtresë ka trashësi të barabartë me ≈ 1 mikron = 1 mm. Trupi që absorbon të gjithë energjinë (rrymën rrezatuese) që bie në të quhet absolutisht i zi. Për një trup të tillë: a = 1 dhe r = d = 0. Trupa absolutisht të zi nuk ka në natyrë (pra a < 1). Trupi që pasqyron të gjithë energjinë që bie në të quhet absolutisht i bardhë. Në këtë rast: r = 1 dhe a = d = 0. Sipërfaqja e mureve të jashtme e suvatuar me ngjyrë të bardhë i reflekton rrezet e dukshme të diellit, ndërsa rrezet e padukshme (termiket) i absorbon intensivisht. Trupi që depërton të gjithë energjinë rrezatuese që bie në të quhet absolutisht i tejdukshëm (transparent) ose diatermik. Për këto trupa: d = 1 dhe a = r = 0. Veti më të mëdha diatermike zotërojnë gazet. Kështu, shtresa e ajrit deri në një trashësi të caktuar mund të konsiderohet diatermike, ndërsa me përzierje avuj uji është gjysmë diatermik. Trupat e ngurtë dhe disa lëngje (si uji, alkooli) janë praktikisht të padepërtueshëm nga rrezet termike pra kanë d = 0; në këtë rast për trupat real a + r = 1 Shumë trupa janë të depërtueshëm vetëm për gjatësi valësh të caktuara, kështu xhami i dritares depërtohet nga rrezet e dritës (për λ = 0.4-0.8 μm), por për rrezet ultraviolet pothuajse është i padepërtueshëm. Intensiteti i këmbimit të nxehtësisë me rrezatim ndërmjet trupave të ngurtë varet në përgjithësi nga vetitë fizike të këtyre trupave, nga temperatura e tyre, largësia ndërmjet tyre dhe vendosja reciproke. MËNYRAT PËR RRITJEN E TRANSFERIMIT TË NXEHTËSISË

Po qe se do të tregohemi të kujdesshëm, do të konstatojmë se në natyrë ndodh fenomeni i njohur që objektet e nxehtë e transmetojnë nxehtësinë me të gjitha mënyrat, e kështu vazhdon të bëhet deri sa të vendoset një ekuilibër me temperaturat e objekteve në mjedisin rrethues, pra do të kemi barazime temperaturash të të gjithë trupave që ndodhen në atë mjedis. Pra, për të ftohur një send ne duhet të gjejmë një mënyrë që t’a ekspozojmë sendin tonë kundrejt një apo disa sendeve më të ftohtë se ai dhe natyra do të bëjë punën e vet, duke e ftohur sendin tonë. Ky është parimi bazë i sistemeve ftohëse. Pra, përcaktimi i një sistemi ftohës është ri-lëvizje dhe ri-grumbullim i nxehtësisë. Tek sistemet ftohëse përdoret transmetimi i nxehtësisë me kontakt e konveksion, kështu këto dy mënyra përdoren gjerësisht për konstruktimin e pajisjeve ftohëse në automjete. Nxehtësia e gazrave të djegies --- Nxehtësia mund të transferohet duke përdorur një kombinim të tre proceseve të transferimit të nxehtësisë: përcjellshmërinë, konveksionin dhe rrezatimin. Sistemet e brendshme të motorit --- Konveksioni ndodh kur në detalet përbërëse të motorit, nxehtësia kalon nëpërmjet sistemit të ftohjes në brendësi të automjetit. Energjia potenciale e karburantit nuk konvertohet nga energjia mekanike në nxehtësi po nuk u realizua procesi i djegies në motor. Për të larguar nxehtësinë nga brenda hapësirave të motorit, duhet të zhvendoset uji në sistemin e ftohjes që qarkullon nëpër motor dhe procesi konvertim-transferimit të nxehtësisë së ujit që kalon nëpër cilindrat e motorit. Nëpërmjet ujit të nxehtë në sistemin e ftohjes, nxehtësia kalon në këmbyesin e nxehtësisë (kaloriferi, radiatori). Tubat metalike dhe fletët shfrytëzohen për kryerjen e procesit të largimit të nxehtësisë që ka uji. Këmbyesit e nxehtësisë transferojnë nxehtësinë në rrjedhat e ajrit. Avulluesi dhe kondensuesi janë vendet ku bëhet shkëmbimi i nxehtësive. Për të pasur shkëmbim nxehtësie sa më të mirë, është me rëndësi zgjedhja e materialeve dhe gjetja e rrugëve për rritjen e shkallës së transmetimit të nxehtësisë. Shkalla e transferimit të nxehtësisë mund të përmirësohet nëpërmjet këtyre rrugëve:

• Duke zgjedhur materiale me shkallë të lartë aftësie të transferimit të nxehtësisë. Materialet si bakri dhe alumini përdoren për përgatitjen e avulluesve dhe kondensuesve, sepse ato kanë

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

4

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

5

përcjellshmëri shumë të mirë termike, pra bëjnë transferim nxehtësie të mirë. Me fjalë të tjera nxehtësia kalon në to lehtësisht, gjë që bën që nxehtësia të kalojë shpejt në sipërfaqe të tubave ku bie në kontakt me ajrin.

• Duke zmadhuar sipërfaqet e kontaktit të transmetuesve të nxehtësisë me mjedisin. Rritja e sipërfaqes ftohëse është një mënyrë tjetër për të përmirësuar transferimin e nxehtësisë. Motorët e vegjël kanë brinjë ftohëse rreth zonës së pistonit, që përgatiten gjatë derdhjes. Kjo është një mënyrë për rritjen e sipërfaqes së kontaktit me ajrin, që të rritet shkalla e transferimit të nxehtësisë. Motorët që kanë brinjë të tilla mund të largojnë më shumë nxehtësi të padëshiruar në sajë të sipërfaqes së zmadhuar. Në sistemet ftohëse, pajisjet ftohëse ku bëhen transferimet e nxehtësisë si kondensuesi ftohës dhe avulluesi, bëhen në përgjithësi me tuba bakri e në tubat e bakrit vendosen brinjë ftohëse prej alumini duke rritur sipërfaqen e kontaktit me ajrin.

• Duke dërguar ajër të freskët nëpërmjet ventilatorëve në avullues e kondensues. Po ashtu shpesh vendosen ventilatorë për të bërë dërgimin e ajrit të freskët në këto brinjë e në tubat e shkëmbyesve të nxehtësisë të sistemit, pra rritet transmetimi i nxehtësisë me konveksion si rezultat i rritjes së sipërfaqes së kontaktit me ajrin, që kalon në ato sipërfaqe ftohëse. KËMBIMI I NXEHTËSISË, KONSTRUKSIONET NË SISTEMET A/C

Figura 1: Paraqitja skematike e këmbimit të nxehtësisë në sistemet A/C

MËNYRAT E LËVIZJES SË RRYMAVE TË FLUIDEVE Figura 2: Paraqitja skematike e 3 mënyrave të lëvizjes së fluideve në këmbyesit e nxehtësisë Ka tre klasifikime kryesore të këmbyesit te nxehtësisë, sipas mënyrës së rrjedhjes së fluidit:

A. Këmbyes nxehtësie me rrjedhje paralele të dy lëngjeve që hynë në këmbyes në anë të njëjtë dhe që lëvizin paralel me njëri-tjetrin duke dalë në anën tjetër.

B. Këmbyesi i nxehtësisë me rrjedhje të kundërt të lëngjeve që hyjnë në këmbyes nga skajet e kundërta. Dizajni i kundërt në këtë rrjedhje është më efikas se mund të transferojë më shumë nxehtësi.

C. Këmbyesi i nxehtësisë me kundër rrjedhje, ku lëngjet lëvizin perpendikularë ndaj njëri-tjetrit përmes këmbyesit të nxehtësisë.

Figura 3: Element i këmbyesit të nxehtësisë me tuba dhe mbulesë

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 Për të rritur efikasitetin e këmbyesit të nxehtësisë projektohen duke maksimizuar sipërfaqet e kontaktit midis dy fluideve dhe duke minimizuar rezistencën ndaj rrjedhjes së tyre përmes këmbyesit. Puna e këmbyesit të nxehtësisë mund të ndikohet edhe nga shtimi i fletëve ose të valëzuarit e tyre në një ose të dy drejtimet, të cilat rrisin sipërfaqet dhe mundësinë e rrjedhjes së fluidit nëpërmjet kanaleve nga krijimi i turbulencave. Kemi këto mundësi vendosje si më poshtë: Mbulesat (depozitat) dhe tubat e këmbyesit të nxehtësisë, të kalojnë në drejtim të vetëm. Mbulesat dhe tubat e këmbyesit të nxehtësisë, kalojë nëpër tub dhe mbulesë. Mbulesat dhe tubat e këmbyesit të nxehtësisë, kalojë nëpër mbulesë dhe në tub (kundërrymë). Temperatura e makinës në të gjithë hapësirën e transferimit të nxehtësisë ndryshon nga pozicioni, por mund të përcaktohet një temperaturë e duhur. Në sistemet më të thjeshtë kjo është "log- do të thotë ndryshim temperature"(LMTD). Ndonjëherë njohuritë të drejtpërdrejta për LMTD nuk janë në dispozicion të përdorimit të metodave NTU-së. LLOJET E KËMBYESVE TË NXEHTËSISË KËMBYESI I NXEHTËSISË ME MBULESA DHE TUBA

Mbulesat dhe tubat në një këmbyes nxehtësie lidhen nga një seri tubash. Në serinë e këtyre tubave qarkullon fluidi që duhet nxehur ose ftohur. Fluidi sekondar kalon mbi sipërfaqet e tubave që do të ngrohen apo ftohen në mënyrë që të mund t’a sigurojë ngrohjen ose absorbimin e nxehtësisë sipas rastit. Grupi i tubave quhet paketa e tubave dhe mund të përbëhet nga disa konstruksione të tubave: të thjeshtë, të sheshtë, gjatësore, etj. Mbulesat dhe tubat e këmbyesit të nxehtësisë projektohen zakonisht për vlera të larta të presioneve dhe temperaturave (presion mbi 30 bar dhe temperaturë më të lartë se 260°C). Kjo, për shkak se mbulesat dhe tubat e këmbyesit duhet të jenë rezistent për shkak të formës së tyre. Karakteristikat teknike në projektim që plotësojnë kushtet termike dhe merren parasysh kur dizenjojmë mbulesat (depozitat) dhe tubat e këmbyesit të nxehtësisë përfshijnë: Diametri i tubave: Duke përdorur një diametër të vogël të tubit realizojmë një këmbyes të

nxehtësisë ekonomik dhe kompakt por, ka shumë gjasa që këmbyesi i nxehtësisë të ngrohet shpejt si rezultat i kapacitetit të vogël dhe realizon pastrimin mekanik të papastërtive me vështirësi. Për të lehtësuar problemet e papastërtive gjatë pastrimit, diametrat e tubave mund të aplikohen më të mëdhenj. Kështu për të përcaktuar diametrin e tubit për hapësira optimale, duhet të merren në konsideratë kostot dhe natyra e papastërtive të lëngjeve. Trashësia e pareteve të tubave: Trashësia e murit të tubave zakonisht llogaritet për të siguruar:

marrjen në konsiderate të gërryerjes (efektet e korrozionit), rezistencën ndaj forcave aksiale që shkaktojnë vibrime-dridhje, disponueshmëria e pjesëve të këmbimit, grushtit hidraulik (për t’i bërë ballë presionit të brendshëm në tuba), forcat e ngjitjes (për t’i bërë ballë presionit të tepërt në mbulesë). Gjatësia e tubave: Këmbyesit e nxehtësisë janë zakonisht më të lirë, kur kanë një hapësirë më të

vogël të depozitave dhe tuba më të gjatë. Kjo e bën më efektiv këmbyesin e nxehtësisë, për aq kohë sa të jetë e mundur, dhe nga ana tjetër nuk i kalon kapacitetet e prodhimit. Megjithatë, ka disa kufizime për këtë: përfshirja e hapësirës në dispozicion në vendin ku do të instalohet dhe nevoja për të siguruar gjatësinë në dispozicion sa dy herë të gjatësisë së kërkuar (në mënyrë që tubat mund të tërhiqen dhe të zëvendësohen). Gjithashtu, ajo që duhet të mbahet në konsiderate është se tubat e gjatë e të hollë janë të vështirë për t’u nxjerrë jashtë për zëvendësim. Rrudhja e tubave: Këto lloje tubash përdoren kryesisht për tuba të brendshëm, që të rrisin

turbulencat e lëngjeve, e cila sjell si efekt shumë të rëndësishëm transferimin më të mirë të ngrohjes, duke rritur më tej performancën. Fiksimi i tubave: i referohet pozicionit të tubave të fiksuar në depozita. Ekzistojnë katër lloje

kryesore të fiksimit të tubave në depozitë që janë: i pjerrët (30°), i pjerrët (60°), pingul (90°) dhe i pjerrët kryq (45°). Modelet e pjerrëta janë të projektuara për të realizuar një transferim më të madh të nxehtësisë si dhe aftësinë e rrjedhjes së fluidit në mënyrë më turbulente brenda tubacioneve. Depozitat janë të përgatitura si modele ku papastërtitë grumbullohen lehtësisht dhe pastrimi është më i thjeshtë.

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

6

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

7

Ndryshimi i dizajnit të rrjedhës: Baffles (pengesat) përdoren në depozita dhe tubat e këmbyesit të nxehtësisë që të drejtojnë rrjedhën e fluideve nëpër paketat e tubave. Ata drejtohen pingul mbi depozita dhe përshkojnë paketat, për parandalimin e përkuljes së tubave të gjatë në një qarkullim. Baffles mund të parandalojnë vibrimin e tubave. Lloji më i zakonshëm që prish rrjedhën e drejtë është Baffles tip gjysmë-rrethor segmental që janë të orientuara në 1800, për të detyruar fluidin të ngrihet, duke qarkulluar lart dhe poshtë mes përmes tubave. Hapësira qarkulluese reflekton një përfitim të madh termodinamik nga dizajni i depozitave dhe tubave të këmbyesit te nxehtësisë.

Figura 4: Baffles në këmbyesin e nxehtësisë me mbulesa dhe tuba Baffles krijojnë një hapësirë të konsiderueshme për konvertim, rënie të presionit dhe transferim të nxehtësisë. Për optimizimin e procesit termo-ekonomik është sugjeruar që hapësira e baffles të jetë jo më e vogël se 20% e diametrit të brendshëm të depozitave. Zvogëlimi i hapësirës të baffles shkakton një rënie më të madhe të presionit për shkak të rrjedhjeve të kundërta. Për pasojë hapësirat e baffles janë shumë larg njëra-tjetrës, që të mund të realizojnë pika më të ftohta në qoshet ndërmjet tyre. Është gjithashtu i rëndësishëm sigurimi i hapësirave të ngushta të baffles të mjaftueshme, që tubat të mos epen. Lloji tjetër kryesor i ndryshimit të rrjedhës është disku që realizon shkëputjen dhe përbëhet nga dy baffles koncentrik, që ndryshojnë rrjedhat e jashtme që duken si një shkëputje, ndërsa ndryshon rrjedhat e brendshme duke u formuar si një disk. Ky lloj ndryshon drejtimin e forcave të fluidit për të kaluar rreth çdo anë të diskut pastaj përsëri ndryshon duke gjeneruar një lloj tjetër të rrjedhjes fluide. Përveç këmbyesve me mbulesa dhe tuba kemi edhe lloje te tjera këmbyesish:

a. Këmbyesi i nxehtësisë pjatë -- kornize: Diagrami konceptual i një pllake si një bashkësi e vetme e ngrohjes në këmbyesin pjatë. Një këmbyes nxehtësie pjatë është aplikuar në sistemin e një pishinë me këmbyes nxehtësie.

b. Këmbyesi i nxehtesisë me fletë: Një lloj tjetër këmbyesi nxehtësie është këmbyesi i nxehtësisë me fletë. Këmbyesi është i përbërë nga fletë të shumta të holla të ndara pak nga njëra-tjetra, që kanë sipërfaqe shumë të mëdha dhe kalimet e fluidit përçojnë transferimin e nxehtësisë. Ky pirg fletësh të radhitura mund të jenë më efektive në një hapësirë të caktuar se sa këmbyesi i nxehtësisë me depozitë dhe tuba. Përparimet në teknologjinë e fletëve të holla e kanë bërë tipin e këmbyesit të nxehtësisë me fletë të jetë gjithnjë e më praktik. Në aplikimet HVAC, këmbimi i madh i nxehtësisë me këtë model janë quajtur “flete dhe kornizë”. Kur përdoret me dalje të hapur, këto këmbyes të nxehtësisë janë normalisht të tipit fletë-rondele

për të lejuar çmontime periodike, pastrim dhe inspektimin. Ka shumë lloje të tjera të këmbyesve të nxehtësisë për aplikime të tilla për ftohje me fletë të

lidhura, të tilla si tunxh të stampuara që shpesh specifikohen të mbyllur. Këmbyesit e nxehtësisë fletë gjithashtu ndryshojnë në llojet e fletëve të përdorura dhe në konfigurimin. Disa fletë mund të jenë të vulosura me shirit ose modele të tjera, ku ka stampime të fllanxhave (hapje të kanaleve) adiabatike të këmbyesit te nxehtësisë. Një lloj i tretë i këmbyesit të nxehtësisë përdor një fluid të ndërmjetëm apo përzierje të ngurta që

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 mbajnë nxehtësinë, i cili zhvendoset më pas në anën tjetër të këmbyesit të nxehtësisë që do të largohet.

Figura 5: Fletë e stampuar e këmbyesit të nxehtësisë Figura 6: Skema e këmbimit të nxehtësisë ndërmjet fletëve

c. Këmbyesi i nxehtësisë me fletë të stampuar: Ky lloj këmbyesi për të realizuar shkëmbimin e nxehtësisë përdor tipin"sanduiç" që përmbajnë pasazhe të fletëve për të rritur efektivitetin e njësisë. Në këto këmbyes realizohet shkëmbimi i rrymave të fluidit dhe kundër-rryma të shoqëruar me konfigurime të ndryshme të tilla si fletë --- fletë e drejtë, fletë e kompresuar dhe fletë e valëzuar. Pjata dhe fletët e këmbyesit të nxehtësisë janë bërë zakonisht nga lidhjet e aluminit të cilat ofrojnë efikasitet të lartë të transferimit të nxehtësisë. Materiali i mundëson sistemit për të vepruar në një temperaturë më të ulët dhe për të reduktuar peshën e pajisjeve. Këmbyesit pjatë dhe fletë të nxehtësisë janë përdorur kryesisht për shërbime të tilla si: temperatura të ulëta të gazit natyror, helium dhe lëngëzim të oksigjenit, në ndarjen e ajrit dhe në industrinë e transportit në motorët e aeroplanëve. Avantazhet e këmbyesit të nxehtësisë pjatë dhe fletë: Efikasiteti i lartë i transferimit të nxehtësisë sidomos në trajtimin e gazeve. Transferime të mëdha në zonën e nxehtësisë. Rreth 5 herë më të lehta në peshë se sa ajo e këmbyesit të nxehtësisë depozitë dhe me tuba; si dhe të sigurta për t’i bërë ballë presionit të lartë. Disavantazhet e pllakave e të këmbyesit të nxehtësisë me fletë: Mund të shkaktojë bllokim se rrugët janë shumë të ngushta. Është e vështirë për t’u pastruar rrugët se lidhjet e aluminit janë të ndjeshme ndaj dëmtimeve.

d. Këmbyesi i nxehtësisë pjatë – jastëk: Një këmbyes pjatë -- jastëk përdoret zakonisht në industrinë e qumështit për ftohje, në zgjerimin e lartë të drejtpërdrejtë në tanke, të cilët në pjesën më të madhe janë prej çeliku. Këmbyesi pjatë-jastëk lejon ftohje në të gjithë zonën e gati në tërë sipërfaqen e tankut pa boshllëqe që do të ndodhin në mes të tubacioneve të ngjitura të jashtme të tankut. Këmbyesi pjatë-jastëk është ndërtuar duke përdorur një fletë të hollë prej metali ngjitur në sipërfaqe të një flete të trashë prej metali. Pjata e hollë është ngjitur në një model të rregullt ose me një model në formë gjarpri të linjave bashkuese. Pas saldimit hapësira është nën presion duke mbyllur me forcë të mjaftueshme pa shkaktuar në metalet e hollë fryrje rreth saldimeve, duke siguruar një hapësirë për fluidin që rrjedh në këmbyesin e nxehtësisë dhe duke krijuar një pamje karakteristike të një jastëku të formuar nga metali i këmbyesit.

e. Këmbyesi i nxehtësisë me fluid: Ky është një këmbyes nxehtësie me gaz që kalon përpjetë nëpër një dush lëngjesh (shpesh të ujit) dhe duke e kaluar më pas lëngun diku tjetër për t’a ftohur. Kjo zakonisht përdoret për ftohje të gazrave si dhe për heqjen e papastërtive të caktuara, duke zgjidhur dy problemeve në të njëjtën kohë. Fluidi i nxehtë është përdorur gjerësisht në makinat ekspres si një metodë e kursimit të energjisë së ftohjes.

f. Këmbyesi i nxehtësisë me materiale të tjera: Njësia është një këmbyes nxehtësie që rimëkëmb ngrohjen nga një lumë i gaztë nxehtësie, ndërsa e transferon atë në një të mjedis pune, në mënyrë tipike në ujë ose vajra. Rryma e nxehtësisë së gazit mund të jetë gaz që del nga një turbinë me gaz ose nga marmita e një motori me naftë, gaz i mbeturinave nga industria apo rafineritë.

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

8

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3

g. Këmbyesi i nxehtësisë dinamik me copëtim në sipërfaqe: Një tjetër lloj i këmbyesit të nxehtësisë është quajtur “dinamike” me copëtim në sipërfaqe. Ky kryesisht është përdorur për ngrohje apo ftohje të produkteve me viskozitet të lartë, të proceseve si: kristalizimi, avullimi dhe aplikimet me papastërti të lartë. Kohë e gjatë e shkëmbimit të nxehtësisë është arritur për shkak të copëtimit të vazhdueshëm në sipërfaqe, duke shmangur papastërtitë dhe arritjen e normës të transferimit së nxehtësisë gjatë procesit të qëndrueshëm. Formula e përdorur për këtë do të jetë: Q = U ∙ A ∙ LMTD ose H = h ∙ A ∙ dT Ku: Q, H --- sasia e nxehtësisë e transferuar; U, h --- koeficienti i transferimit të nxehtësisë; A --- Nxehtësia e transferuar në ajër;. LMTD, dT --- ndryshimi i temperaturës.

h. Këmbyesi i nxehtësisë me ndryshim faze: Tipike janë bojlerët të përdorur si kazan distilimi në kullat industriale. Kondensatori paraqet një sipërfaqe tipike për ftohjen e ujit. Përveç ngrohjes apo ftohjes poshtë lëngjeve në një fazë të vetme, këmbyesit e nxehtësisë mund të përdoren për të ngrohur një lëng në avullim (ose vlim), ose të përdoren si kondensatorë të ftohtë dhe njëkohësisht mbledh aty lëngun. Në impiantet kimike të rafinerive, bojlerët përdoren për të ngrohur/ushqyer kullat hyrëse të distilimit që janë shpesh këmbyes nxehtësie. Distilimi, zakonisht përdoret për të kondensuar përsëri avujt e trashë në esencë të lëngshme.

Termocentralet përdorin zakonisht turbinat me avull si këmbyes të nxehtësisë, për të transformuar ujin në avull. Këmbyesit e nxehtësisë ose njësitë e ngjashme për prodhimin e avullit nga uji janë quajtur shpesh kaldaja apo gjeneratorë me avull.

Në centralet bërthamore të ashtuquajtur reaktorë, presioni i ujit këmben sasi të mëdha të nxehtësisë, të cilat kalojnë nga sistemi i nxehjes primare (reaktori) në sistemin e mesëm (tubat me avull), avulli është prodhuar nga uji i nxehur në sistemin primar, në të ashtuquajturit gjeneratorët e avullit. Avulli i prodhuar nga djegia e qymyreve dhe e energjisë bërthamore kalon me presion nëpër turbina duke u kondensuar në sipërfaqet e tyre për t’u kthyer në ujë për ri-përdorim.

Për të ruajtur energjinë dhe kapacitetin ftohës në industrinë kimike dhe të tjera, këmbyesit e rigjenerimit te nxehtësisë mund të përdoren për transferimin e nxehtësisë nga një rrjedhë që duhet të ftohet në një tjetër rrjedhë që duhet nxehur, të tilla në esencë të njëjta si ftohje dhe furnizimi i bojlerëve para-ngrohje. Ky term gjithashtu mund t’i referohet këmbyesit te nxehtësisë që përmbajnë materiale brenda strukturës së tyre që ka një ndryshim të fazës. Kjo është zakonisht kalimi nga faza e ngurtë në fazë të lëngët për shkak të dallimit të vogël në vëllim mes këtyre. Ky ndryshim i fazës në mënyrë efektive vepron si një tampon për shkak se ndodh në një temperaturë konstante, por ende lejon këmbyesit e nxehtësisë për të pranuar nxehtësi shtesë. Një shembull kur kjo është studiuar është përdorimi në elektronikë të lartë të avionit të energjisë.

Këmbimi i drejtpërdrejtë i nxehtësisë: Këmbyesit e drejtpërdrejtë të nxehtësisë përfshijnë transferimin e nxehtësisë midis rrjedhave të nxehta dhe të ftohta të dy fazave në mungesë të perdeve ndarëse. Kështu këmbyesit e nxehtësisë të tillë mund të klasifikohen si: gaz - lëngje të papërziershëm, të lëngshme - të lëngshme të ngurta, të lëngshme ose të ngurta – gazi. Shumica e këmbyesve të nxehtësisë të drejtpërdrejtë janë të kategorisë gaz - lëng, ku nxehtësia është transferuar në mes të gazit dhe të lëngut në formën e pikave ose avujve. Të tilla lloje këmbyesish nxehtësie janë përdorur kryesisht në ajrin e kondicionuar, lagështimin, ftohje me ujë dhe të kondensimit. MBËSHTJELLËSET E AJRIT HVAC Një përdorim më të gjerë këmbyesit e nxehtësisë kanë në sistemet e ajrit të kondicionuar në ndërtesa dhe automjete. Kjo klasë e këmbyesve të nxehtësisë është quajtur zakonisht “mbështjellje e ajrit” ose vetëm mbështjellje për shkak të spërdredhjeve të shpeshta të tubave të brendshme të tyre. Mbështjellja lëng-ajër ose ajër-lëng në HVAC është zakonisht një kombinim i modifikuar i rrymave të ajrit. Në automjete mbështjellësja ngrohëse është quajtur shpesh zemra ngrohëse. Në anën e lëngshme të këmbyesit e nxehtësisë është zakonisht ujë, ujë–glycol (lloj alkooli),

avull, ose një antipiretik. Për një mbështjellje të ngrohjes, ujë i nxehtë dhe avulli janë më të zakonshme dhe ky lëng i nxehtë është furnizuar nga kaldaja, për shembull. Për mbështjellje ftohje, ujë i ftohtë dhe antipiretiku janë më të zakonshme. Ujë i ftohtë është furnizuar nga një “chiller” (sisteme që ftohen me

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

9

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 lëng si uje-glycol ose ujë-klorur kaliumi ku solucioni lëng ftohës shpërndahet në shumë zona nga ku merr nxehtësi dhe pastaj kthehet prapë tek chilleri ku i hiqet nxehtësia) që ndodhet potencialisht shumë larg, por antipiretiku duhet të vijë nga një njësi e kondensimit aty pranë. Mbështjelljet HVAC që përdorin këtë zgjerim të drejtpërdrejtë të fluidit ftohës quhet zakonisht mbështjellje DX. Në anën e ajrit të mbështjelljes HVAC ekziston një dallim i madh mes atyre që përdoren për

ngrohje dhe atyre për ftohje. Për shkak të psikometrisë, ajri që është ftohur nga kondensimi shpesh ka lagështi, përveç flukseve ajrore jashtëzakonisht të thata. Ngrohja disi e ajrit rrit kapacitetin e rrymës së ajrit për të mbajtur ujë. Pra, mbështjellja e ngrohjes nuk ka nevojë të marrë në konsideratë përqindjen e lagështisë në anën e ajrit të tyre, por mbështjellja e ftohjes duhet të projektohet në mënyrë adekuate dhe të përzgjedhur për të trajtuar nxehtësinë latente të veçantë të tyre (lagështinë), si dhe ngarkesa të arsyeshme (ftohje). Ujë që është hequr quhet kondensat. Për shumë pajisje HVAC, ujë ose avulli i mbështjelljes mund të jenë ekspozuar ndaj kushteve të ngrirjes, sepse uji zgjeron volumin në ngrirje, prandaj këto pajisje janë të shtrenjta dhe të vështira për të zëvendësuar murin e hollë të këmbyesit të nxehtësisë dhe mund të dëmtohen lehtësisht ose shkatërrohen nga një ngrirje e vetme. Si e tillë, mbrojtja nga ngrirja e mbështjelljes është një shqetësim i madh për instaluesit dhe operatorët e ndërtimit të HVAC. Futja e dhëmbëzimeve brenda fletëve të shkëmbimit të nxehtësisë për të kontrolluar kondensimin, lejojnë molekulat e ujit të qëndrojnë në ajër të ftohta. Kjo shpikje ka lejuar ngrirje, pa dëmtim të mekanizmit të ftohjes. Këmbyesit e nxehtësisë të drejtpërdrejtë me furrat e djegies, tipike në shume vendbanime, nuk kanë “mbështjellje”. Ata kanë këmbyes nxehtësie, të cilat janë bërë në mënyrë tipike me fletë metalike çeliku të stampuar. Produktet e djegies kalojnë në njërën anë të këtij këmbyesi nxehtësie dhe ajri kushtëzohet qe të kalojë nga ana tjetër. Një këmbyes nxehtësie i plasaritur është një situatë e rrezikshme që kërkon vëmendje të menjëhershme për shkak se djegia e produkteve më tej ka gjasa për të hyrë në ndërtesë. KËMBYESI I NXEHTËSISË SPIRAL Një këmbyes i nxehtësisë spiral, mund t'i referohet një konfiguracioni tubi gjarpërues spiral; në përgjithësi, termi i referohet një palë (dy copë) sipërfaqeve të sheshta që janë mbështjellë në formë rrotullame për të formuar dy kanale në një kombinim kundër-rrjedhë. Secili nga të dy kanalet ka një rrugë të gjatë spirale. Çifti i portave të fluideve janë të lidhura tangencialisht në krahët e jashtëm të spirales dhe portalet aksiale janë të zakonshme dhe fakultative. Avantazhi kryesor i saj është përdorimi shumë efikas i hapësirës. Kjo veti është shpesh ngritëse dhe ri-shpërndarëse, pjesërisht për të fituar përmirësime të tjera në shfrytëzim, sipas formës së njohur në dizajn të këmbyesit të nxehtësisë. Kompaktësia e saj mund të përdoret që të ketë një pajisje të vogël dhe në këtë mënyrë të ulë në total shpenzimet kapitale, ose në një njësi më të madhe ajo mund të përdoret për të pasur më pak rënie presioni, më pak shpenzim të energjisë, efikasitet më të lartë termal dhe kosto më të ulët të energjisë. Ndërtimi -- Distancat në mes të fletëve në kanalet spirale janë mbajtur duke përdorur studimet që ishin bërë para ndarjes. Paketa kryesore pasi mbështillet në formë spirale në mënyrën më të mirë dhe skajet e poshtme janë të ngjitur, atëherë çdo fund mbyllet me një kapak mbulese ose mbyllje konike të trupit. Kjo siguron që të mos ndodhë përzierja e dy lëngjeve. Nëse ndodh rrjedhja, ajo do të jetë nga mbulesa periferike në atmosferë, ose ne një hapësire që përmban të njëjtin lëng. Vetë-pastrimi -- Është përdorur shpesh në ngrohjen e lëngjeve që përmbajnë trupa të ngurtë dhe në këtë mënyrë kanë një tendencë për të shkrirë brenda këmbyesit të nxehtësisë. Rënia e presionit të ulët i jep asaj aftësinë për të trajtuar papastërtitë më lehtë. Ajo përdor një mekanizëm "vetë pastrimi", ku sipërfaqet e turbulluara shkaktojë zvogëlime të lokalizuara të shpejtësisë së fluidit, duke rritur kështu vështirësitë (apo fërkime lëngu), duke ndihmuar për të shpërngulur bllokimin dhe për të mbajtur të pastër këmbyesit e nxehtësisë. Muret e brendshme që përbëjnë sipërfaqen e transferimit të ngrohjes janë shpesh mjaft të trasha, që e bën shumë të fuqishme dhe në gjendje për të kaluar një kohë të gjatë në mjediset e kërkuara. Ata gjithashtu pastrohen lehtë, duke hapur jashtë një si furrë ku çdo konstruksion e papastërtitë mund të hiqen duke i larë me presion. Ka tre lloje kryesore të rrjedhjeve në një këmbyes spiral të nxehtësisë:

• Qarkullim kundër rrjedhës: Fluidet rrjedhin në drejtime të kundërta. Këto janë përdorur për

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

10

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 aplikimet e ftohjeve të lëngshme, kondensimit e të gazit. Njësitë ngrihen zakonisht vertikalisht kur kemi kondensim të avullit dhe montuar horizontalisht kur ka trajtime e përqendrime të larta të lëndëve të ngurta.

• Qarkullimi kryq i rrjedhave: Një lëng është në rrjedhë spirale dhe të tjerat në rrjedhë kryq. Disa pjesë të rrjedhës spirale ngjiten në çdo anë. Ky lloj është i përshtatshëm për trajtimin e gazeve me densitet të ulët, e cila kalon nëpër rrjedhën kryqit, duke shmangur humbjen e presionit. Ajo mund të përdoret për aplikimet e lëngshme, në qoftë se një lëng ka shkallë të konsiderueshme rrjedhe më të madhe se tjetri.

• Qarkullimi sipas spirales i rrjedhës: Ky dizajn ka një kondensator dhe është e vendosur zakonisht vertikalisht. Ajo është projektuar për nën-ftohje të kujdesshme për të dy fluidet lëngut dhe avullit. Fluidi ftohës avull lëviz nëpër një spirale dhe e lë atë duke dalë lart. Gazrat e nxehtë që hyjnë e lënë spiralen si lëng nëpërmjet daljes në fund.

Figura 7: Këmbyesi spiral i nxehtësisë Monitorimi dhe mirëmbajtja -- Monitorimi online i këmbyesit të nxehtësisë është bërë nga vijueshmëria e përgjithshme e transferimit të koeficientit të nxehtësisë. Nxehtësia e përgjithshme (koeficienti i transferimit të nxehtësisë) priret të bjerë me kalimin e kohës për shkak të papastërtive. Nga llogaritjet e përgjithshme periodike, koeficienti i transferimit të nxehtësisë përcaktohet nga treguesit e këmbimit dhe temperaturat; aftësia e këmbyesit të nxehtësisë mund të llogaritet kur pastrimi i këmbyesit të nxehtësisë do të jetë ekonomikisht tërheqës. Inspektimi i integritetit të pllakave dhe tubave të këmbyesit të nxehtësisë mund të testohen në vend nga përçueshmëria me metodën me gaz helium. Kjo metode konfirmon integritetin e pllakave ose tubave për të parandaluar ndonjë ndotje në kryq dhe gjendjen e rondelave. Monitorimi mekanik i integritetit të tubave të këmbyesit të nxehtësisë mund të bëhet përmes metodave jo-destruktive të tilla si testimi me rryma aktuale. Papastërtitë -- Këmbyesi i nxehtësisë në një central elektrik me avull të kontaminuar. Papastërtitë ndodhin kur depozitime të plumbit grumbullohen në sipërfaqet e brendshme të këmbyesit të nxehtësisë. Depozitimi i këtyre papastërtive mund të shkaktohet nga: pastërtia e ulët e sipërfaqeve të mureve, shpejtësia e vogël e qarkullimit të lëngjeve, shpejtësia e lartë e reagimit të precipitateve të ngurta, produktet e papastërtive të tretura për shkak të temperaturave në paretet e tubave. Sistemet ftohës të ujit janë të ndjeshëm ndaj kontaminimeve (bllokimeve nga papastërtive). Ujit ftohës zakonisht ka një përmbajtje të lartë të totalit të lëndës së ngurtë që shpërbëhet dhe trupat e ngurtë pluskues të shpërndara në të. Shtjellat e lëndës së ngurtë të tretur ndodhen të lokalizuara në sipërfaqe të shkëmbimit të nxehtësisë për shkak të temperaturave më të larta se temperatura në mur të pjesës më të madhe të fluidit. Shpejtësia e ulët e lëngut lejon trupat e ngurtë pluskues për të dalë në sipërfaqe shkëmbimit të nxehtësisë. Ujit ftohës është zakonisht në anën e tubave të një këmbyesi të nxehtësisë me depozita dhe tub, sepse është më e lehtë për t’u pastruar. Për të parandaluar bllokimin, projektuesit sigurohen që zakonisht shpejtësia e ujit ftohës të jetë më e madhe se 0.9 m/s dhe temperatura në pjesën më të madhe të lëngut është ruajtur më pak se 60°C. Qasje të tjera për të kontrolluar papastërtitë e kombinuara të padukshme aplikojnë testime laboratorike kimike periodike. Mirëmbajtja -- Pjatat e këmbyesit të nxehtësisë duhet të çmontohen dhe pastrohen periodikisht. Tubat e këmbyesit të ngrohjes mund të pastrohen me metoda të tilla si pastrimi acid, me rrymë rëre, presion të lartë të rrymës së ujit, pastrimin me plumb, ose me shufër. Në shkallë të gjerë, këmbyesit e nxehtësisë për sistemet e ujit ftohës, bëjnë trajtime të tilla të ujit si pastrimi, shtimi i kimikateve dhe testimi, që

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

11

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3 përdoret për të minimizuar papastërtinë e pajisjeve të shkëmbimit të nxehtësisë. Trajtim i ujit përdoret edhe në sistemet me avull për termocentralet, etj për të minimizuar papastërtitë dhe gërryerjet e pajisjeve të shkëmbimit të nxehtësisë e të pajisjeve të tjera. Kompani të shumta kanë filluar përdorimin e teknologjive për të parandaluar luhatjet e bio-papastërtive të ujit. Me përdorimin e kimikateve, kjo lloj teknologjie ka ndihmuar në sigurimin e një rënie të presionit të ulët në këmbyesin e nxehtësisë. NË NATYRË -- Te njerëzit kanalet e hundës shërbejë si një këmbyes nxehtësie, e cili ngroh ajrin e thithur dhe ftoh shtjellën e ajrit të nxjerrë. Ju mund të demonstroni efektivitetin e këmbyesit të nxehtësisë duke vënë dorën para fytyrës tuaj dhe duke nxjerrë, së pari përmes hundës e pastaj nëpërmjet gojës tuaj. Ajri i nxjerrë nga hunda do të jetë kryesisht më i freskët. Në speciet që kanë test të jashtëm (të tilla si njerëzit), arteriet e testisit janë të rrethuar nga një rrjetë e venave të quajtur pleksus pampiniform. Këto e shtynë gjakun të drejtohet për në testis, ndërsa të zogjtë, peshqit, gjitarët detare ri-ngroh gjakun e kthimit. KËMBYESIT “KUNDËRRYMË” Shkëmbimi kundërrymë që ndodhet natyrshëm në sistemin e qarkullimit të peshkut, balenave e gjitarë të tjerë detar sjell ruajtjen e qarkut ngrohës. Arteriet e gjakut të lëkurës mbajnë ngrohtë se janë të ndërthurura me venat e lëkurës që mbajnë gjak të ftohtë duke furnizuar gjak të ngrohtë arterial gjatë shkëmbimit të nxehtësisë me gjakun venoz të ftohtë. Kjo redukton humbjen e përgjithshme të nxehtësisë në ujërat e ftohtë. Këmbyesit e nxehtësisë janë gjithashtu të pranishëm në gjuhën e balenave karshi vëllimeve të mëdha të rrjedhës së ujit nëpër gojën e tyre. Zogjtë këmbëgjate përdorin një sistem të ngjashëm për të kufizuar humbjet e nxehtësisë nga trupi i tyre nëpërmjet këmbëve e tyre në ujë. Në industri: Këmbyesit e nxehtësisë janë përdorur gjerësisht si për ftohje dhe ngrohje të proceseve në shkallë të madhe. Lloji dhe madhësia e këmbyesit të nxehtësisë së përdorur e të përshtatur janë në varësi të procesit, të llojit të lëngut, fazës e tij, temperaturës, dendësisë, viskozitetit, presionit, përbërjes kimike dhe vetive të tjera të ndryshme termodinamike. Në shumë procese industriale, këmbyesit e nxehtësisë mund të përdoren për të rimarrë këtë nxehtësi duke e venë atë në përdorim të ngrohjes në rrjedhën e proceseve të ndryshme. Kjo praktikë, kursen më shumë të holla, sepse bën furnizimin e nxehtësisë për rrjedhat e tjera nga këmbyesi i nxehtësisë, duke eliminuar marrjen e saj nga një burim i jashtëm që është më i shtrenjtë dhe më i dëmshëm për mjedisin. Këmbyesit e nxehtësisë janë përdorur në shumë industri, disa prej të cilave përfshijnë: trajtimin e mbeturinave të ujit, sistemet e ftohjes në industrinë e birrës, industrinë e naftës. Në industrinë e trajtimit te mbeturinave te ujit, këmbyesit e nxehtësisë luajnë një rol jetik në ruajtjen e temperaturës optimale brenda tretësve anaerobe, në mënyrë që të nxisin rritjen e mikrobeve për të hequr pisllëqet nga ujërat e zeza. Tipet e zakonshme të këmbyesve të nxehtësisë të përdorura në këtë aplikacion janë të dyfishtë: ngrohje me tub këmbimi si dhe pjatë në kornizën e këmbyesit e nxehtësisë. Në aeroplan: Këmbyesit e nxehtësisë në avionët janë përdorur për të marrë nxehtësinë nga sistemi i ngrohjes të motorit, për të ngrohur karburantin e ftohtë. Kjo përmirëson efikasitetin e qarkullimit të karburantit, si dhe zvogëlon mundësinë e ngrirjes së karburantit nga depërtimi i komponentëve të ujit në të. Problemi u identifikua si kusht specifik për Rolls-Royce, që vaji i motorit dhe karburanti të rrjedhin në një këmbyes nxehtësie. MODELI I NJË KËMBYESI TË THJESHTË TË NXEHTËSISË Një këmbyes i thjeshtë i nxehtësisë mund të mendohet si dy tuba të drejtë me rrjedhje të fluidit, të cilat janë të lidhura termikisht. Gjatësia e gypave le të jetë L në distanca të barabarta, që mbajnë lëngjet me kapacitet të nxehtësisë C (energjia e masës për njësi që ndryshon në njësinë e temperaturës) dhe le të rrjedhin një masë e përcaktuar e lëngjeve përmes tubave të tij (peshë për njësinë e kohës), ku kalimi vlen për tubin1 e për tubin 2. Konveksioni është lëvizja përmes një tubi ngrohës si një lëng në një tigan. Rrezatimi ngrohës mund të udhëtojë nëpër rrezet e nxehtësisë dhe të kalojë nga një vend në një tjetër pa ngrohjen e ajrit përmes udhëtimit, shembull është rrezatimi ultravjollcë i cili udhëton nga dielli i nxehtë.

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

12

SISTEMET E SIGURISE DHE KONDICIONIMIT Leksioni 3

Figura 8: Këmbyes nxehtësie i lidhur termikisht

Figura 9: Skema e drejtimit

të qarkullimit në këmbyesin e nxehtësisë të lidhur termikisht

Lektore Msc. Ing. Eli Vyshka

13