In order to control the amount of refrigerants that enters into the evaporator of a vapour compression refrigeration system, many expansion devices could be employed. Some of these are: thermostatic expansion valves (TEVs), solenoid valves, high-or low-side float valves, capillary tubes, or discharge bypass. In the use of any form of expansion device it has been noticed that evaporators exhibit an undesirable behavior known as “hunting” under certain operating conditions (Mithraratne and Wijeysundera 2002). The systems variables such as the refrigerant flow rate, evaporator pressure, and superheat temperature oscillate in a sustained manner when hunting takes place. From the review done by Mithraratne et al. (2000), based on the results of series of experimental studies, the temperature of the tube wall where the TEV bulb is attached fluctuates if the degree of superheat is below a certain value. Many researchers had worked on this same effect using capillary tube and other expansion devices with evaporators. These can be found in the works of Meyer and Dunn (1998), Motta et al. (2002), Kim et al. (2002), Wolf and Pate (2001), Wijaya (1992), and Wei et al. (2003). The results of their theoretical and experimental investigations were similar to those of TEVcontrolled evaporators. Material and Methods Experimental Rig The experimental rig was designed using Ref-2003. Ref-2003 is a software developed by Akintunde (2003). The mathematical model used in the development of the software was based on the balanced points between the operational elements of any vapor compression refrigeration system. Information about the development of Ref-2003 can be obtained from Akintunde (2003) and Akintunde (2004). The experimental rig is a simple refrigeration unit, shown in Fig. 1. It is a 10 kW cooling system with a double tube evaporator. The test evaporator is made up of 10 tube-in-tube sections, each of length 1.85 m, arranged in a serpentine manner in a horizontal plane. The refrigerant flows in the inner tube of the evaporator, while the secondary fluid (water in this case) flows in the opposite direction in the annulus. The inner diameter of the inner tube is 5.588 mm and the inner diameter of the outer tube is 8.350 mm. The evaporator temperature was regulated (or varied) by using the Evaporator Regulator Pressure Valve (ERPV) The Experiment According to Mithraratne and Wijeysundera (2002) and Wijeysundera, et al. (2000), the hunting of the evaporator lies between 1 oC and 5oC of superheat. Hence, in this experiment, the degree of superheat within this range was specifically focused on. Also, measurements were made beyond this range to justify the stability at the later stage of superheat. The following parameters were measured during the experiment: inlet and outlet evaporator temperatures, inlet and outlet circulating water temperatures and the mass flow rate while the condensing temperature was kept constant at the designed value of 40 oC and the ambient temperature was assumed to be constant at 35 oC. Normally, if saturated refrigerant leaves the evaporator it will be superheated at the end of the compression process, hence if the refrigerant leaving the evaporator is superheated, then the degree of superheat at the end of the compression process is increased. This means that more heat transfer area will be required for the condenser for an effective rejection of the heat absorbed by the refrigerant. Since the heat transfer area is fixed in this case, the rate of heat rejection decreases with the increase in the degree of superheat. This justifies the fact that balancing point is very important and can be used to minimize the effect of evaporator hunting. Since the characteristic curves show the same trend or pattern and performances normalized at the later stage of superheat, it means that the model itself is verified and the validity of the experimental processes confirmed. The discrepan-cies noted between the rig and the model values of parameters might be due to heat loss which could not be controlled
since there is no perfect insulator of heat, and the defect or deficiency of the measuring instruments. The present study has examined the effect of balanced point in the oscillatory performance of evaporators. A design model based on balanced points between the operational components of vapor compression refrigeration systems (Ref-2003) developed by Akintunde (2003) was used to interpret the result obtained from the constructed rig. In addition, test data have been used to assess the quality of the computer simulation results. The simulated and the experimental performance results were compared and the results obtained from the experimental investigations justified adequately the developed design. From the experimental investigations, it could be concluded that the balancing of the operational components enhanced the performance of the evaporator. With the system balancing, the hunting of the evaporator was reduced to the barest minimum. It was noted also that, as the degree of superheat increased, the system performance was reduced. This shows that higher degree of superheat should not be allowed for optimum performance of any vapor compression refrigeration system. Present analysis and experimental investigations have shown that model results are comparable to the experimental ones. Maximum absolute deviations of the rig parameters (such as: refrigerating effect, rate of heat rejection, and coefficient of performance) from the model are within the range of 16 to 19 %.
Untuk mengontrol jumlah refrigeran yang masuk ke dalam evaporator sistem refrigerasi kompresi uap, banyak perangkat ekspansi dapat digunakan. Beberapa di antaranya adalah: katup termostatik ekspansi (TEV), katup solenoid, float katup-sisi rendah tinggi-atau, tabung kapiler, atau memotong debit. Dalam penggunaan bentuk perangkat ekspansi telah menyadari bahwa evaporator menunjukkan suatu perilaku yang tidak diinginkan yang dikenal sebagai "berburu" di bawah kondisi operasi tertentu (Mithraratne dan Wijeysundera 2002). Sistem variabel seperti laju refrigeran aliran, tekanan evaporator, dan suhu lewat panas berosilasi secara berkelanjutan ketika berburu berlangsung. Dari review yang dilakukan oleh Mithraratne et al. (2000), berdasarkan hasil dari serangkaian penelitian eksperimental, suhu dinding tabung di mana bola TEV terpasang berfluktuasi jika tingkat superheat di bawah nilai tertentu. Banyak peneliti telah bekerja pada efek yang sama dengan menggunakan pipa kapiler dan perangkat ekspansi lain dengan evaporator. Ini dapat ditemukan dalam karyakarya Meyer dan Dunn (1998), Motta et al. (2002), Kim et al. (2002), Wolf dan Pate (2001), Wijaya (1992), dan Wei et al. (2003). Hasil dalam teori dan eksperimen mereka serupa dengan evaporator TEV dikendalikan. Rig eksperimental Rig eksperimental dirancang menggunakan Ref-2003. Ref-2003 adalah software yang dikembangkan oleh Akintunde (2003). Model matematika yang digunakan dalam pengembangan perangkat lunak didasarkan pada poin yang seimbang antara unsur-unsur operasional dari setiap sistem refrigerasi kompresi uap. Informasi tentang perkembangan Ref2003 dapat diperoleh dari Akintunde (2003) dan Akintunde (2004). Rig eksperimental adalah unit pendingin sederhana, ditunjukkan pada Gambar. 1. Ini adalah sistem pendinginan 10 kW dengan tabung evaporator ganda. Tes evaporator terdiri dari 10 bagian tabung-in-tabung, masing-masing dengan panjang 1,85 m, diatur dengan cara berbelit-belit dalam bidang horizontal. Refrigerant mengalir dalam inner tube evaporator, sedangkan cairan sekunder (air dalam kasus ini) mengalir dalam arah yang berlawanan di anulus. Diameter bagian dalam ban dalam adalah 5,588 mm dan diameter bagian dalam tabung luar adalah 8,350 mm. Suhu evaporator diatur (atau bervariasi) dengan menggunakan Evaporator Regulator Tekanan Valve (ERPV). Percobaan Menurut Mithraratne dan Wijeysundera (2002) dan Wijeysundera, et al. (2000), perburuan evaporator terletak antara 1oC dan 5oC superheat. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, tingkat superheat dalam kisaran ini secara khusus difokuskan pada. Juga, pengukuran dilakukan di luar kisaran ini untuk membenarkan stabilitas pada tahap selanjutnya dari superheat. Parameter berikut yang diukur selama percobaan: inlet dan evaporator stopkontak suhu, inlet dan outlet beredar suhu air dan laju aliran massa sedangkan suhu kondensasi dijaga konstan pada nilai yang dirancang dari 40oC dan suhu lingkungan diasumsikan konstan pada 35oC. Biasanya, jika refrigeran jenuh meninggalkan evaporator akan superheated pada akhir proses kompresi, maka jika refrigeran meninggalkan evaporator adalah superheated, maka tingkat superheat pada akhir proses kompresi meningkat. Ini berarti bahwa lebih luas perpindahan panas akan diperlukan untuk kondensor untuk penolakan efektif dari panas yang diserap oleh refrigeran. Karena luas perpindahan panas adalah tetap dalam kasus ini, laju pembuangan panas menurun dengan meningkatnya derajat superheat. Ini membenarkan fakta bahwa titik keseimbangan sangat penting dan dapat digunakan untuk meminimalkan efek evaporator berburu. Karena kurva karakteristik menunjukkan trend yang sama atau pola dan pertunjukan dinormalisasi pada tahap selanjutnya dari superheat, itu berarti bahwa model itu sendiri diverifikasi dan keabsahan proses eksperimental dikonfirmasi. The discrepan-species
mencatat antara rig dan nilai-nilai model parameter mungkin disebabkan karena panas yang hilang yang tidak bisa dikendalikan karena tidak ada isolator yang sempurna panas, dan cacat atau kekurangan dari alat pengukur. Penelitian ini telah meneliti efek dari titik seimbang dalam kinerja osilasi dari evaporator. Sebuah model desain berdasarkan poin yang seimbang antara komponen operasional sistem refrigerasi kompresi uap (Ref-2003) yang dikembangkan oleh Akintunde (2003) digunakan untuk menafsirkan hasil yang diperoleh dari rig dibangun. Selain itu, data uji telah digunakan untuk menilai kualitas hasil simulasi komputer. The simulasi dan hasil kinerja eksperimen dibandingkan dan hasil yang diperoleh dari penyelidikan eksperimental dibenarkan secara memadai desain dikembangkan. Dari penyelidikan eksperimental, dapat disimpulkan bahwa keseimbangan komponen operasional meningkatkan kinerja evaporator. Dengan sistem balancing, perburuan evaporator dikurangi menjadi minimum paling sederhana. Telah dicatat juga bahwa, sebagai tingkat superheat meningkat, kinerja sistem berkurang. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat yang lebih tinggi superheat seharusnya tidak diperbolehkan untuk kinerja optimal dari setiap sistem refrigerasi kompresi uap. Analisis ini dan penyelidikan eksperimental telah menunjukkan bahwa hasil model yang sebanding dengan yang eksperimental. Penyimpangan absolut maksimum parameter rig (seperti: efek pendingin, tingkat penolakan panas, dan koefisien kinerja) dari model ini adalah dalam kisaran 16 sampai 19%.
Please download full document at www.DOCFOC.com Thanks
