الأسس الترموديناميكية للتبريد والتكييف

الأسس الترموديناميكية للتبريد والتكييف

1. تعريف التبريد:

هو عبارة عن سحب الحرارة من المكان المراد تبريده لخفض درجة حرارة الهواء داخله والعمل
على ثبات قيمتها مهما تغيرت درجة حرارة الهواء خارج المكان. وقد يستخدم
هذا الأثر لجعل خواص الهواء باعثة للنشاط والراحة أو تخزين المواد
الغذائية.

2. تعريف تكييف الهواء:

هو التحكم فى درجة حرارة الهواء ورطوبته، ونقاوته وجريانه داخل مكان معين بهدف توفير ظروف الراحة والنشاط لشاغلي المكان نفسه .

3. الأبعاد والوحدات:

من
الممكن التعبير عن أى خاصية طبيعية عن طريق مجموعة أبعاد أساسية ، وكل بعد
من هذه الأبعاد الأساسية يمكن أن يعرف بعدد من الوحدات المختلفة ، تبعا
لنظام الوحدات المستخدم.

في عام 1960 أقر المؤتمر العام الحادى عشر للمعايير والأوزان النظام الدولى للوحدات :

(International System of Units (SI Units

يتكون
النظام الدولى للوحدات SI Unit من الوحدات الأساسية والوحدات المشتقة منها
، حيث يبين الجدول التالي الكميات الأساسية ووحداتها ورموزها فى هذا
النظام:

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذه الصورة]

كما نعلم .. توجد المادة في ثلاث حالات : الحالة الصلبة أو الغازية أو السائلة.

أ - مقارنة بين صلب ومائع:

تكون
جزيئات الجسم الصلب متلاصقة أكثر لبعضها عنها فى المائع (غاز أو سائل) ،
وقوى الجذب بين جزيئات الصلب تكون من الكبر، بحيث أنه يظل محتفظاً بشكله.

وهذه
الحالة ليست بالنسبة إلى المائع، حيث أن قوى التجاذب أصغر بين جزئياته.
فعندما يتغير شكل صلب ما بتأثير القوى الخارجية، فإن الاجهادات المماسية
بين الجزيئات المتقاربة تحاول أن تعيد الجسم إلى شكله الأصلى.

وبالنسبة
للمائع فإن هذه الاجهادات المماسية تعتمد على سرعة حدوث التغيير وتتلاشى
عندما تصل هذه السرعة إلى الصفر. وعندما تتوقف الحركة، تختفى الاجهادات
المماسية ولا يحاول المائع استعادة شكله الأصلى.

ب - المقارنة بين غاز وسائل:

تكون
جزيئات الغاز متباعدة عن بعضهما البعض عنها فى السوائل ، وبالتالى فإن
الغاز يكون قابلا جدا للانضغاط ، بحيث أنه عندما يزول الضغط الخارجى فإن
الغاز يحاول التمدد بلا حدود .

ويكون
السائل لا منضغطاً نسبياً ، وإذا أزيلت كل الضغوط فيما عدا ضغط بخاره، فإن
التماسك بين الجزئيات يحافظ على ترابطها معا، وبالتالى فإن السائل لا
يتمدد بلا حدود.

هذا
ويتأثر كثيراً كلاً من حجم الغاز أو البخار بتغيرات الضغط أو درجة الحرارة
أو كليهما ، ولذلك، فإنه من الضرورى عادة الأخذ فى الاعتبار التغيرات فى
الحجم ودرجة الحرارة عند التعامل مع الغازات أو الأبخرة.
المنظومة الترموديناميكية:

المنظومة
عبارة عن حيز معين يحدده إطار، وبداخله مائع يتبادل الطاقة والمادة مع
الوسط المحيط به. وتصنف المنظومات الترموديناميكية إلى : منظومة مغلقة
(التى يعبر حدودها الطاقة فقط) ومنظومة مفتوحة (وهى التى يعبر حدودها
الكتلة والطاقة) .

الخواص الترموديناميكية:

الخاصية
عبارة عن دالة حالة للمنظومة، يمكن ملاحظتها وقياسها، ومن أهم الخواص
التروموديناميكية الضغط، درجة الحرارة، الحجم النوعى، الطاقة الداخلية،
والانثالبى.

درجة الحرارة:

تعرف
درجة الحرارة بأنها حالة المادة من سخونة أو برودة مقارنة بنقطة ثابتة على
مقياس درجة الحرارة. تعرف درجة جسم ما بأنها مقياس لدرجة نشاط جزئيات
الجسم أو بمعنى أدق ، مقياس لمتوسط طاقة حركة جزئياته أى سخونته أو
برودته.

مقاييس درجة الحرارة:

يوجد نوعين أساسيين من مقاييس درجة الحرارة هما:

مقاييس درجة الحرارة العادية : وهى التى لا يبدأ تدريج مقياس درجة الحرارة بها من الصفر المطلق.

مقاييس درجة الحرارة المطلقة : وهى التى يبدأ تدريج مقياس درجة الحرارة بها من الصفر المطلق.

مقاييس درجة الحرارة العادية:

يمكن
قياس التغيرات التى قد تنشأ فى درجة الحرارة إما بالمقياس المئوى أو
المقياس الفهرنهيتى واللذان يعتمدان على نقطتين ثابتتين هما نقطة ذوبان
الثلج ونقطة غليان الماء النقى عند الضغط الجوى القياسى.
العلاقة بين درجتى الحرارة المئوية والفهرنايتيّة:

C° = ( °F - 32 ) x 5 /9
F° = ( 9 / 5 x C° ) + 32

مقاييس درجة الحرارة المطلقة:

التدريجان المستخدمان لدرجات الحرارة المطلقة هما :

مقياس كلفن وهو الذى يبدأ من -273.15° م

مقياس رانكن وهو الذى يبدأ من -460° ف

يجب مراعاة العلاقات التالية :

K = °C + 273.15
R = °F + 460.0

الكثافــة (الكتلة النوعية):
الكثافة (rho) لمائع ما هى الكتلة لوحدة الحجم منه، وتعطى الكثافة rho بوحدات kg/m3 فى الجملة الدولية .

الوزن النوعى :
الوزن
النوعى (w) لمائع ما هو الوزن لوحدة الحجم منه، أى انه يمثل قوة جذب الأرض
لكتلة من المائع تشغل حجماً مقداره وحدة الحجوم . وبالتالى يكون له وحدات
قوة ، ووحدته في SI الجملة الدولية N/m3 .

الكثافة والوزن النوعى للمائع يرتبطان كما يلى :

w = rho . g

ويجب
ملاحظة أن الكثافة (rho) مطلقة حيث أنها تعتمد على الكتلة التى لا تعتمد
على الموقع، والوزن النوعى (w) على النقيض من ذلك، لا تكون قيمته مطلقة،
لأنه يعتمد على تسارع الجاذبية الأرضية (g) التى تتغير مع تغير الموقع،
والذى يعتمد أساسا على خط العرض والمنسوب فوق سطح البحر.

الحجم النوعى:
الحجم
النوعى (v) هو الحجم الذى تشغله وحدة الكتلة للمائع. وغالبا ما يعطى
بوحدات m3/kg في الجملة الدولية SI . والحجم النوعى يعتبر معكوس الكثافة،
أى أن :

V = 1 / rho

الكثافة النوعية:
الكثافة
النوعية S للمائع هى النسبة بين كثافته وكثافة الماء النقى عند درجة
الحرارة القياسية. وفى النظام المترى تكون كثافة الماء عند 4 م° هي 1000
kg/m3.

الضغط:
يعرف الضغط بأنه القوة الضاغطة المؤثرة على وحدة السطوح.

P = F / A
حيث : P = الضغط ، F = القوة ، A =