Projektarbete Kylska p

Transkript

1 Projektarbete Kylska p Kursnamn Termodynamik, TMMI44 Grupptillhörighet MI 1A grupp 2 Inlämningsdatum Namn Personummer E-postadress Ebba Andrén ebban462@student.liu.se Kajsa-Stina Hedback kajhe827@student.liu.se Linn Krüger linkr404@student.liu.se Lukas Caesar lukca003@student.liu.se Joakim Finnander joafi737@student.liu.se

2 Sammanfattning I detta projekt undersöktes köldfaktorn COPR för ett kyldskåp i två olika fall. I fall ett var det normal drift på kylskåpet och i fall två fick kylskåpet gå på onormalt fall, vilket menas med att en fläkt riktades mot kondensorn. Det resulterade i att kompressor cykeln påverkades och köldfaktorn minskade. Det innebär att effekten var tvungen att öka. För att få mätvärden användes mjukvaran temperaturlogger tillsammans med Logger PRO. För att kunna beräkna på dessa två fall behövdes fyra olika experiment. Experiment ett och två mättes för ett kylskåp med normal drift med en vatten dunk fyllt med vatten i det ena experimentet. Experiment tre och fyra mättes för ett kylskåp med onormal drift och en vatten dunk fyllt med vatten i det ena experimentet. Köldfaktorn för normalt fall blev 2,3 och för onormalt fall 1,3.

3 Innehållsförteckning Sammanfattning... 2 Inledning... 4 Metod... 5 Utförande... 6 Uträkningar... 6 Fall 1 (COP R för normal drift)... 7 Fall 2 (COP R för onormal drift) fläkt riktad mot kondensorn... 7 Resultat... 8 Diskussion Felkälla Slutsatser... 13

4 Inledning Uppgiften i projektarbetet går ut på att beräkna köldfaktorn (COP R ) i normal drift respektive onormal drift där onormal drift innebär, i detta fall, en fläkt som riktas mot kondensorn på kylskåpet. För att komma fram till ett resultat utförs fyra temperaturmätningar samt en effektmätning. Detta sker vid fyra stycken olika fall, där varje fall är under ett bestämt tidsintervall. Syftet med projektarbetet är att få en inblick i hur kompressorcykeln fungerar i ett verkligt perspektiv, i detta fall ett kylskåp. En ökad förståelse för värmeöverföring och temperaturmätteknik är en positiv följdverkan av processen.

5 Metod För att räkna ut köldfaktor COP R (coefficient of performance) användes följande formler: Där är medeleffekten under mätningens gång, t är tiden i sekunder som den medeleffekten verkar och är det elektriska arbetet som utförs vid tomt kylskåp under tiden t. Där m är massan vatten som ställs in i kylskåpet, cp är den specifika värmekapaciteten för vatten vid, delta T är skillnaden i temperatur för vattnet och är värmemängden som vattnet avger. Där är det totala arbetet som krävs för att kyla kylskåpet och vattnet, är det extra arbetet som krävs för att kyla vattnet. För att räkna ut allt detta behövdes ett visst antal mätningar göras: Sluttemperaturen i kylskåpet Köldmediets temperatur efter kondensorn Temperaturen på vattnet Omgivningstemperatur Temperaturen i förångaren Medeleffekten Resten av värdena söktes upp i tabeller och grafer. Detta gjordes i fyra olika fall: Normal drift, tomt kylskåp Normal drift, vattendunk fylld med vatten i kylskåpet

6 Onormal drift (fläkt mot kondensorn), tomt kylskåp Onormal drift (fläkt mot kondensorn), vattendunk fylld med vatten i kylskåpet Detta utfördes genom att temperaturgivare sattes vid olika bestämda positioner och kopplades in i datorn genom Logger PRO. Programmet Temperaturlogger användes för att skapa grafer och tabeller för att visa temperaturförändring under tiden t. Utförande Experimentet började med att datorn och programmet Temperaturlogger startades. Mätningsapparaten kopplades in i datorn och givarna (sensorer som mäter temperatur) fästes på kondensorn, förångaren och inne i kylskåpet. Den fjärde och sista givaren fästes i omgivningen för fallen utan vatten i kylskåpet och placerades i vattnet för fallen med vatten. När alla förberedelser var klara startades mätningen. Tidsintervallet bestämdes som 30 sekunder, alltså togs ett mätvärde ut var trettionde sekund. Sedan läts mätningen gå i fyra timmar och ett resultat hämtades. När mätningen var klar togs data från Temperaturlogger och exporterades (fördes över) till Microsoft Excel. Sedan startades en ny mätning med samma process, fast med några olikheter. I fall ett var kylskåpet tomt och gick under normal drift, I fall två gick kylen i normal drift men med fyra liter vatten i kylskåpet. I fall tre och fyra riktades en fläkt mot kylskåpets kondensor, ett av dem var med vatten i skåpet och ett utan. Uträkningar

7 Fall 1 (COPR för normal drift) Fall 2 (COPR för onormal drift) fläkt riktad mot kondensorn

8 Temperatur [ C] Resultat Tabell 1. De resultat som är relevanta för att räkna ut COP R. Mätning 1 Mätning 2 Mätning 3 Mätning 4 Medeleffekten (W) ,25 130,8 Tid (s) Starttemperatur för vattnet ( C) - 20,9-21,4 Sluttemperatur för vattnet ( C) - 7,6-5,8 50 Normal drift, Tomt kylskåp Omgivningen Kondensorn Förångaren Kylen Tid [h] Diagram 1. Visar temperaturen för de olika mätpunkterna sett över tiden, t. I denna mätning var kylen tom och i normal drift. Mätningen höll på i fyra timmar. Temperaturen i kondensorn ligger mellan 20 C och 40 C och förångarens temperatur ligger mellan 0 C och -20 C. Kondensorn har sina toppar då förångaren har sina dalar och förångaren har sina toppar då kondensorn har sina dalar. Sensorn som mätte temperaturen för omgivningen sattes på väggen ca en meter från kylskåpet.

9 Temperatur [ C] Temperatur [ C] 50 Normal drift med vatten Kylen Kondensorn Förångaren Vattnet Tid [h] Diagram 2. Visar temperaturen för de olika mätpunkterna sett över tiden t. I denna mätning fanns det en vattendunk med fyra liter vatten och kylskåpet var i normal drift. Mätningen höll på i tre timmar. 40 Onormal drift, tomt kylskåp Kylen Kondensorn Förångaren Omgivningen Tid [h] Diagram 3. Visar temperaturen för de olika mätpunkterna sett över tiden t. I denna mätning är kylskåpet tomt och i onormal drift. Mätningen höll på i fyra timmar. Temperaturen i kondensorn ligger mellan 20 C och 35 C och förångarens temperatur ligger mellan 0 C och

10 Temperatur [ C] -20 C. Kondensorn har sina toppar då förångaren har sina dalar och förångaren har sina toppar då kondensorn har sina dalar. Sensorn som mätte temperaturen för omgivningen sattes på väggen ca en meter från kylskåpet. 40 Onormalt drift med vatten Kylen Kondensorn Förångaren Vattnet Tid [h] Diagram 4. Visar temperaturen för de olika mätpunkterna sett över tiden t. I denna mätning fanns det en vattendunk med fyra liter vatten i och kylskåpet var i onormal drift. Mätningen höll på i fyra timmar. Temperaturen i kondensorn ligger mellan 20 C och 35 C och förångarens temperatur ligger mellan 0 C och -20 C. Kondensorn har sina toppar då förångaren har sina dalar och förångaren har sina toppar då kondensorn har sina dalar. Sensorn som mätte temperaturen för omgivningen sattes på väggen ca en meter från kylskåpet.

11 Diskussion I och med att kylskåpet samt mätredskapen inte bytts ut under de senaste åren blir mätvärdena inte helt exakta. Detta har även medfört att kontakterna mellan loggern och sensorerna inte sluter tätt. Kylskåpets delar är dessutom inte tillräckligt isolerade för att undvika en värmeförlust med omgivningen. Projektarbetet hade blivit för brett om värmeförlusten skulle tas hänsyn till, därmed valdes värmeförlusten att försummas. Uträkningarna innehöll mätvärden som avrundats. Den specifika värmekapaciteten C p uppskattades till att bero av ett medelvärde på temperaturen i vattnet före och efter mätningen. Effekten uppskattades till ett medelvärde gjort av manuell avläsning på elmätaren. Detta påverkar inte resultatet märkbart. Anledningen till att fyra liter vatten användes vid mätningen var på grund av att när hela vattenvolymen antagit kylens innertemperatur uppstår termisk jämvikt mellan vattnet och omgivningen enligt nollte huvudsatsen. För att termisk jämvikt samt slutet av mätningen skulle infalla så nära varandra som möjligt användes, enligt handledning, en liter vatten per timme som mått. Vid onormal drift, fläkt mot kondensorn, hjälps kylprocessen genom att kompressorn kyls snabbare. Detta leder till att en större effekt behövs för att kunna värma upp köldmediet till önskad temperatur. Köldfaktorn minskar på grund av den ökade effekten därför verkar slutresultatet rimligt för onormal drift. Då COP R för det onormala driftfallet är mindre än det för normaldrift, vilket förväntades. Det som hade kunnat göras bättre inför detta projektarbete var planering av utförandet. Rimliga värden på köldfaktorn skulle kunna ha undersökts samt mer noggranna mätningar på framförallt effekten. En av mätningarna pågick bara under tidsintervallet tre timmar, men med vattenmängd för fyra timmar. Anledningen till detta var en felaktig uppstart där vattnets temperatur inte mättes korrekt. Bokningen av mätutrustningen var upptagen efter tre timmar, vilket ledde till ett tvingat avbrott. I brist på tid kunde inte en ny mätning utföras, i beräkningarna försummades det faktum att mätningen inte var korrekt. Omgivningens temperatur som valdes som extra mätvärde har inte använts i uträkningarna, det skulle kunna användas om beräkningarna innefattade värmeförlusten. Den sensorn kunde möjligen använts till något mer väsentligt, om detta hade planerats bättre.

12 Felkälla Antog att det inte förekom någon värmeförlust. Kylskåpets komponenter var inte tillräckligt isolerade för att uppnå ideala förhållanden. Bytt mätvärden med en annan grupp, eventuella felkällor från den mätningen har förbisetts. Glapp i kontakterna mellan sensorerna och loggern. Detta medförde eventuella felvärden. Uppskattade medelvärdet på effekten när det avlästes på elmätaren. En exakt mängd vatten är svår att uppmäta, ändå gjordes beräkningar på fyra liter. Fyra liter vatten antogs väga exakt fyra kilogram. Då densiteten antogs vara ett kilogram per liter. Sensorn för innetemperatur i kylskåpets sattes mot kylskåpets vägg längst in, där det är kallare än i mitten av kylen. Detta gav en lägre innetemperatur än i verkligheten. En mätning gjordes bara under tre timmar men med fyra liter vatten.

13 Slutsatser Med de uträkningar vi har kan det antas att det behövs mer effekt för att kyla kylskåpet om man har en fläkt riktad mot kondensorn. Det leder till att köldfaktorn blir lägre, vilket innebär att man inte kan föra bort lika mycket värmeenergi i relation mot arbetet som förs in. När kondensorn är som varmast är förångaren som kallast, vilket är logiskt när man tänker på värmepumpsystemet. Detta gäller för alla fyra fallen utan normal drift med vatten.