KAPITULLI -III- LIGJI I DYTË I TERMODINAMIKËS

3.1 CIKLET TERMODINAMIKE (TË MAKINAVE TERMIKE) - Entropia -

3.1-1 Të përgjithshme

Ligji i parë i termodinamikës nuk përcakton drejtimin ezhvillimit të proçeseve natyrore. Sipas tij, nxehtësia dhepuna janë të njëvlershme nga ana sasiore. Ndërsa ligji idytë i termodinamikës shprehet pikërisht për drejtimin ezhvillimit të proçeseve reale natyrore si edhe përndryshimin cilësor midis punës dhe nxehtësisë.

Ligji i dytë tregon se ndërsa puna mund të shndërrohetplotësisht në nxehtësi ( p.sh. me anë të ferkimit),shndërrimi i plotë i nxehtësisë në punë është i pamundur; kyshndërrim është i lidhur me kushte kufizuese:

1 – me ekzistencën e domosdoshme të diferencës sëtemperatura; pra te të dy burimeve të nxehtësisë (të burimittë nxehtë BN dhe të burimit të ftohtë BF);

2 – me pamundësinë për të shndërruar në punë të gjithësasinë e nxehtësisë, një pjesë e të cilës detyrimisht ikalon burimit të ftohtë (mjedisit rrethues). Pra puna ështënjë formë e transmetimit të energjisë të një cilësie më tëlartë se sa nxehtësia.

Ky ligj, si dhe ligji i parë është një përgjithësim irezultateve eksperimentale, i të dhënave të praktikës, dheështë ndërtuar duke marrë për bazë faktin e njeanshmërisë tëkalimit të nxehtësisë nga trupat e nxehtë në trupat eftohtë.

Ekzistojnë shumë formulime të ligjit të dytë tëtermodinamikës, me kryesorët janë dy:

Formulimi i Klausiusit: Nxehtësia nuk mund të kalojë vetvetiunga trupi me temperaturë më të ulët në trupin me temperaturëmë të lartë (pra nga trupi me i ftohtë tek ai me i nxehtë).

Formulimi i Kelvin – Plankut: Është e pamundur që një motor tëshndërrrojë të gjithë nxehtësinë që i jepet atij në punë,një pjesë e kësaj nxehtësie kalon në burimin e ftohte.

27

Si burim i ftohtë në motorat termike shërben mjedisirrethues (atmosfera).

3.1-2 Ciklet termodinamike të makinave termike

Për të fituar punë nga një motor termik është edomosdoshme që trupi i punës; (me anë e të cilit nxehtësiashndërrohet në punë mekanike); të kthehet në gjëndjen e tijfillestare (vazhdimisht) duke realizuar një proçes tëmbyllur ciklik.

Cikli termodinamik është një vijim proçesesh tëndryshimit të gjëndjes të lendës së punës mbas kryerjes setë cilëve lenda e punës shkon përsëri në gjëndje fillestare.

Që cikli të jetë reversibël (i kthyeshëm) duhet që tëgjitha proçeset që e përbëjnë atë të jenë të kthyeshme(reversibile). (Për reversibilitetin dhe irreversibilitetine proçeseve do të shprehemi pak më poshtë)

Një proçes reversibel çfardo është paraqitur në diagramënp-v. (fig. 3-1)

Shqyrtojmë ciklin e makinës termike në diagramën p-v(fig.3-2) ku 1-a-2 paraqet proçesin e zgjerimit dhe 2-b-1proçesin e shtypjes, ( të konsideruar reversibël )

Puna e zgjerimit (pozitive)

Puna e shtypjes: (negative)

Shuma algjebrike e këtyre punëve jep punën e ciklit .

Për të fituar punë gjatë ciklit duhet që Ky rast paraqet ciklin e drejtë (fig. 3-2) sipas të

cilit punojnë motorët termik.

28

Kur pra ; puna e ciklit është negative.Në këtë rast kemi të bëjmë me ciklin e kundërt, sipas tëcilit punojnë instalimet e ftohjes dhe pompat e nxehtësisë,fig.3-3.

Për një cikël çfarëdo duke u nisur nga ligji i parë itermodinamikës kemi:

(3.1a)

Për ciklin (pasi u – është parametër i gjendjes) pra:

(3.1b)

Por: (3.1c)

- nxehtësia që trupi i punës merr nga burimi i nxehtë(BN) kJ/kg

- nxehtësia që trupit i punës i jep burimit të ftohtë(BF) kJ/kg

Për të vlerësuar shkallën e përsosjes së ciklittermodinamik përdoret kuptimi i rendimentit termim tëciklit, i cili është i barabartë me raportin ndermjet sasisë

29

Fig. 3-1

º

º1

2

p

v

Proçesreversibël

Kthehet vetvetiu

·

·

··

p

vcdb

a

1 2

q2=qF

q=0

c

Fig. 3-2 Cikli i drejtë

·q=0

q1=qN

·

Fig. 3-3 Cikli i kundërt

p

vb

a

2 1

q1=qN

q2=qF

c ⊖

së nxehtësisë së kthyer në punë dhe sasisë së nxehtësisë qëfutet gjatë ciklit në trupin e punës, pra

(3.2a)

Nga formula 3.2aduket që pasi

.

Për të rritur duhet të tentojmë tërrisim q1 (qN)dhe tëzvogëlojmë q2 (qF).

Studiojmë ciklin edrejtë Karnoreversibël tëparaqitur nëdiagramën p-v fig.3-4,i cili i referohet 1kg lende pune, dhepërbëhet: nga dyproçese izotermike (t= konst) dhe dy

proçese adiabatike . Pra cikli Karno realizohetndërmjet dy burimeve të nxehtësisë me temperaturë konstante

. Rendimenti termik i ciklit Karno;llogaritet:

(3.2b)

Duke llogaritur q1 dhe q2 dhe duke zëvëndësuar më sipërkemi:

(3.2c)

30

T1 =TN =q1=qN

q2=qF

R

Fig. 3-4 Cikli Karno reversibël

T2=TF

BFq2=qF

q1=qN

T1=TNBN

MTc

p

v8 7 6 5

3

2

1

4q2=qF

T2=TF

dq=0

T1=TN

q1=qN

Cikli i drejtë Karno është një cikël ideal (teorik) dheshërben si cikël krahasues i motorave termike. Cikli ikundërt Karno, i cili realizohet në sensin antiorar, shërbensi cikël krahasues i cikleve të impianteve të ftohjes dhe tëpompave të nxehtësisë.

Impiantet e ftohjes shërbejnë për të krijuar mjedise nëtemperaturë më të ulët se mjedisi rrethues, ndërsa pompa enxehtësisë përdoret për ngrohjes e ndërtesave. Përdoren dheimpiante që realizojnë njëkohësisht ftohjen e mjediseve dhengrohjen e banesave, të cilat realizohen nëpërmjetpërdorimit të cikleve të kundërt.

Në praktikë për realizimin të impianteve të mësipërmepërdoren ciklet të çfardoshëm të drejtë dhe të kundërt, tëcilat përcaktohen apo dallohen nga dy faktorë: kahu (sensi)i realizimit dhe niveli i temperaturave.

Për të kuptuar më mirë këtë fakt – më poshtë poparaqesim tabllonë e fushës së temperaturave në hapsirën(zonën) ku punon – motori termik; impianti i ftohjes, pompae nxehtësisë dhe impianti i kombinuar (ftohës-ngrohës)fig.3-5. Në analizë të problemit – njëri nga nivelet(burimet) – është pranuar – i përbashkët – në rastin tonëniveli i temperaturës së mjedisit rrethues, T0, që ndryshonnë stinë të ndryshme të vitit.

Sipas ciklit të drejtë të realizuar ndërmjettemperatrurës së burimit të nxehtë dhe temperaturëssë burimit të ftohtë , punon motori termik MT(fig.3-5a).

Sipas ciklit të kundërt të realizuar në intervalin etemperaturave: - të burimit të ftohtë TF dhe të mjedisitrrethues T0, punon instalimi i ftohjes (IF) – (fig.3-5b),ndërsa sipas ciklit të kundërt të realizuar ndërmjettemperaturës së mjedisit rrethues T0 dhe temperaturës në tëcilën duhet mbajtur mjedisi i ngrohtë ; punon pompa enxehtësisë PN. (ose pompë termike) (fig.3-5c). Ndërsa sipasnjë cikli të kundërt të realizuar ndërmjet temperaturës

dhe ; mund të punojë një makinë tjetër termikeqë shërben njëkohësisht për të ngrohur dhe ftohur mjediset,

31

që quhet makinë ngrohëse ftohëse (MNF) apo impianti ikombinuar fig.3-5d.

Fig. 3-5Fig. 3-5

Për të vlerësuar efektivitetin e punës së motorittermik, pra shkallën e shndërimit të nxehtësisë në punë,përdoret rendimenti termik formula (3.2a,b)

Me qënë se rezulton:

Për të vlerësuar efektivitetin e shndërrimeveenergjitike në ciklet e kundërt përdoren treguesit emëposhtëm:

Për frigoriferin (IF): koefiçienti ftohjes:

(3.3)

32

TN=T1

(qN=q1

)

(qF=q2

)

(qN=q1

)

(qF=q2

)

TN=T1

(qN=q1

)(qF=q2

)

TN=T1

(qN=q1

)

(qF=q2

)

TF=T2TF=T2

Mjedisi rrethues

Ndërtesë që ngrohet

Mjedisi që ftohet

Për pompën e nxehtësisë: koefiçienti i ngrohjes

(3.4)

Për makinën ngrohëse-ftohse (MNF; IK) koefiçienti itransformimit

(3.5)

3.2-1 Ciklet Reversibile dhe Irreversibile Reversibiliteti dhe Irreversibiliteti –Kushtet

Proçeset e ndryshimit të gjendjes të lendës së punësmund të jenë reversibël ose irreversibël. Mund të thuhet seproçeset (jo me veprime kimike) quhen, reversibël ose tëkthyeshëm, kur të gjithë gjëndjet që e përbëjnë atë janë në

gjëndje ekuilibri termik dhe mekanik. Reversibël quhet aiproçes i cili mund të kthehet vetvetiu në gjëndjenfillestare me kusht që edhe sistemi rrethues* (mjedisi) tëarrijë në gjëndje fillestare (fig.3-6a,b,c)

a) b) c) Fig 3-6a,b,c

33

1

2q = 0

Paraqet energjinë që transmetohet ndërmjet pistonit dhe volantit

gazi

pistoni

volanti

fërkimi neglizhohettermoizolim i plotë

dp=0; dT=0; f =0

Proçes reversibël

Kthim vetvetin12 = -21

p

v

1

2

p

v

Që proçeset të konsiderohen reversibile duhet tëplotësojnë kushtet e mëposhtëme:

1. Masa e gazit duhet të lëviz me një shpejtësi të tillëqë në çdo moment të caktuar e në çdo pikë të sajë tëkemi temperaturë dhe presion të njëjtë ,(pra pistoni në një cilindër duhet të lëviz shumëngadalë.

2. Pistoni duhet të lëviz pa fërkim. (si gjatë zgjerimitdhe shtypjes së gazit).Shkaqe që prishin reversibilitetin, pra që çojnë nëirreversibilitetin e proçeseve termodinamike nëpaisjet e makinat termike, janë:

a) Ekzistenca e fërkimit të pjesëve të trupit të punës,midis njëra tjetrës dhe me sipërfaqet e kanaleve tëmakinës termike

b) Ekzistenca e këmbimit të nxehtësisë ndërmjet burimevetë nxehtësisë dhe trupit të punës, me diferencëtemperaturash

c) Ekzistenvca e diferencës së presioneve në brendësinë etrupit të punës (gazit) dhe nga brenda jashtë. ; psh rasti i cilindrit me piston, kur pistoni lëviz

*) Me sistem rrethues kuptojmë të gjithë trupat e tjerë qëmarrin pjesë drejtpërdrejtë ose tërthorazi në realizimine këtij proçesi.

për efekt të diferencës së presionit nga brenda dhejasht, dhe si rrjedhim proçesi është irreversibëlfig. 3-7 Gjatë zgjerimit dhe shtypjes së trupit tëpunës (gazit) fig. 3-7, mund të shkruajm si më

poshtë:

Gjatë zgjerimit: kemi:

34

p

v

p1 p1

dv

p2

p2

p1, p2

zgjerim

shtypje

Fig. 3-7

p

Gjatë shtypjes: kemi:

Kjo do të thotë se gjatë proçesit të zgjerimitirreversibël, marrim punë më të vogël se në rastin eproçesit reversibël; ndërsa gjatë proçesit të shtypjesirreversibël harxhojmë punë më të madhe se gjatë shtypjesreversibël.

Pra irreversibiliteti i proçeseve shkakton humbjen epunës, pra degradim të energjisë.

Transmetimi i nxehtësisë që realizohet si rezultat iekzistencës së diferencës së temperaturave ndërmjet trupaveështë një proçes tipik irreversibël; megjithatë tendenca përrreversibilitet rritet kur diferenca e temperaturave gjatëtransmetimit nxehtësisëë zvogëlohet duke tentuar drejt zeros

.Të gjithë proçeset e izoluar termikisht, janë proçese

adiabatikë ku .Proçes adiabatikë reversibël: quhet ai proçes në të

cilin , (pra shkëmbimi i nxehtësisë është zero ose nukekziston) – transmetimi i punës është reversibël dhefërkimi nuk ekziston.

Proçes adiabatik irreversibël quhet ai proçes në tëcilin , dhe ose transmetimi i punës është irreversibëlose fërkimi ekziston, ose të dyja ekzistojnë.

Proçeset irreversibël nuk mund të paraqiten grafikishtme një vijë, në diagramat termodinamike, pasi gjëndjet që epërbëjnë proçesin nuk janë gjëndje ekuilibri (pra presionidhe temperatura janë të ndryshme në pozicione të ndryshme tëvëllimit të trupit të punës. Vetëm proçeset reversibël mundtë paraqiten me një vijë të vazhduar në diagramat p-v ose T-s, etj. fig.3-8.

Proçese të tjerë tipike irreversibëljanë: përzierja e gazeve; zgjerimi meboshllëk, droselimi (që paraqetkalimin e gazit nëpër një ngushtim) –kalimi i masës së gazit në drejtim tërënies së presionit dhe konçentrimit,

35

p

2

v

Proçes reversibël

Proçes ireversibël

1

Fig. 3-8

a

b

p

v

4

q=0

32 T2

q=0

T1

1

TN=TBN

T1

T2 TF=TBF

Fig. 3-9

rrjedhja e lengjeve, etj. Irreversibiliteti shkaktongjithmonë degradimin e energjisë.

Efektin e irreversibilitetit mund ta dallojmë edhenëpërmjet vlerësimit të rendimentit të ciklit Karnoirriversibël; që është një nga ciklet më të thjeshtë

irreversibël; i cili realizohet ndërmjet dy burimeve tënxehtësisë (fig. 3-9). Në qoftë se kalimi i nxehtësisë ngaburimi i nxehtësisë (BN) me temperaturë TN tek trupi i punësme temperaturë T1 dhe nga trupi i punës me temperaturë T2 meburimin e plotë (BF) me temperaturë TF, bëhet me diferencëtemperaturash, atëhere këto proçese në ciklin Karno janëirreversibël dhe cikli Karno në tërësi është irreversibël.

Supozojmë se cikli Karno është reversibël: pra

atëhere

(3.2d)

Supozojmë se cikli Karno është irreversibël – pra

Pra transmetimi i nxehtësisë bëhet me diferencëtemperaturash (në mënyrë irreversibël).

(3.2e)

Nga krahasimi i barazimeve(3.2d; 3.2e) kemi:

36

Kështu rendimenti termik i ciklit Karno irreversibëlështë gjithnjë më i vogël i ciklit Karno reversibël.

Kjo shprehje ka vlerë dhe për ciklet e çfardoshëmreversibël dhe irreversibël.

3.2-2 Formulimi sasior i ligjit të dytë të termodinamikës

Më sipër pamë që . Kështu për një cikël çfardo reversibël ose irreversibël

me një burim nxehtësie dhe një burim ftohje mund të shkruhetnjë shprehje e përgjithshme si më poshtë:

(3.6)

Kjo formulë (3.6) jep shprehjen sasiore të ligjit tëdytë të termodinamikës dhe i përgjigjet (vërteton) të dyformulimeve të mësipërme të këtij ligji.

1) Kështu po të supozojnim se nxehtësia kalon nga njëtrup në tjetrin pa kryer punë, atëhere do të kemi se

Për proçeset irreversibël kjo tregon senxehtësia kalon nga trupi me një temperaturë më të lartë

, në trupin me temperaturë më të ulët (që ipërgjigjet formulimit të parë)

Shenja e barazimit vlen për kaliminreversibël të nxehtësisë nga një trup në tjetrin.

37

2) Le të shohim se çfarë jep formula e mësipërme(3.6) për sa i takon çështjes së perpetum mobil – (lëvizje epërjetëshme) të llojit të dytë; – që do të ishte një makinëe cila të gjithë nxehtësinë që merret nga burimi i nxehtë dota kthente plotësisht në punë (fig.3-10), pra , dhe

dhe (formula 3.6) do të shkruhesh:

ose

Por TN dhe TF (T1, T2) si temperatura absolute janëgjithmonë pozitive, dhe prandaj formula mund të jetë evërtetë vetëm në se . Kështu duke pranuar që gjithënxehtësia kthehet në punë (duke shkelur ligjin e 2 tëtermodinamikës) – arritëm në një paradoks që temperaturaabsolute bëhet zero, ( T=0 ) e cila sipas ligjit (apoteoremës) së Nernstit nuk mund të arrihet, pra nuk është emundur që dhe .

Pra nga formula (3.6) rezulton se nxehtësia kalonvetvetiu nga trupat me temperaturë më të lartë në trupat metemperatura më të ulët, dhe se nuk është e mundur që egjithë nxehtësia (q) të kthehet në punë. Prandaj kjo formulë(formula 3.6) mund të merret si formulimi sasior i ligjit tëdytë të termodinamikës.

3.2-3 Entropia dhe formulimi cilësor i ligjit të dytë të termodinamikës

38

MOTORMOTORTERMIK

q1=qN

(L)

a) Perpetum Mobil e“llojit të

parë”

b) Perpetum Mobil e

“llojit të dytë”

Fig. 3-10

(L)

1

4

2

3

q1

q=0

q2

p

vFig. 3-11

Më parë është treguar se kur , funksioniparaqet një parametër të gjëndjes. Duke e zbatuar ligjin edytë të termodinamikës për një cikël çfardo reversibël,

atëhere arrihet një rezultat i ngjashëm dhe si rrjedhimnxirret një parametër i ri i gjëndjes: entropia, parametër icili merret si shprehje matematike e këtij ligji.

Duke u nisur nga shprehja e formulimit sasior të ligjitdytë të termodinamikës:

Duke e studiuar këtë shprehje për një cikël tëçfardoshëm reversibël ose irreversibël(fig.3-11) dhe duke e ndarë ciklin 1-2-3-4 në cikle elementare Karno pasdisa transformimeve të formulës,arrijmë në përfundimin se për tëgjithë ciklin reversibël apoirreversibël mund të shkruhet formula:

(3.7)

Kjo është formula e përgjithsuar e ligjit të dytë tëtermodinamikës, formulimi i së cilës është:

Për çdo cikël termodinamik është i vlefshëm integrali

rrethor ku shenja e barazimit është për ciklet

reversibël (që shpreh integralin e Klausiusit), dhe e mosbarazimit për ciklet irreversibël (që shpreh mosbarazimin eKlausiusit). Këtu - është nxehtësia e shkëmbyer, T –temperatura absolute e burimit të nxehtësisë.

39

Këtu (integrali i Klausiusit) – interpretohet

kështu: për çdo cikël reversibël shuma algjebrike eraporteve është baraz me zero.

Është treguar se pra shprehja në kllapaparaqet ndryshimin e një parametri të gjëndjes; (du).

Në mënyrë të ngjashme: me qënë se për ciklet reversibël

, atëhere i një parametri të

gjëndjes. Ky parametër i gjëndjes quhet: Entropi dheshënohet me gërmën s – referuar 1 kg lende (dhe S – për M –kg lende) – pra

(3.8)

Ky ekuacion paraqet shprehjen matematike (në formëdiferenciale) të ligjit të dytë të termodinamikës – për njëproçes elementar.

Pas integrimit nga gjendja 1 në gjëndjen 2 – kur kemi(proçes reversibël 1-b-2) (fig.3-8)

(3.8a)

Për proçesin irreversibël (1-a-2) (fig.3-8)

(3.8b)Kjo nuk duhet kuptuar se sikur për proçeset irreversibël

(1-a-2) ndryshimi i entropisë është më i madh; pasi entropiaështë parametër i gjendjes, dhe pavarsisht nga rruga eproçesit (s2-s1) ka të njëjtën vlerë, por kjo duhet kuptuar

40

e lexuar se për proçeset irieversibël, është më i

vogël se ndryshimi entropisë (s2-s1).Për një proçes elementar reversibël ose irreversibël

mund të shkruajmë shprehjen matematike të ligjit të dytë tëtermodinamikës me formulën:

(3.8c)

Për një sistem të izoluar termikisht (i cili nukshkëmben nxehtësi me mjedisin) , atëhere

Prej këtu rezulton se entropia e një sistemi të izoluarnuk mund të zvogëlohet; ajo ose rritet (kur proçeset janëirreversibël), ose mbetet e pa ndryshuar (kur proçesetjanë reversibël). Rritja e entropisë përcakton shkallën eirreversibilitetit të proçeseve në sistemet e izoluara.

3.3-1 Diagramat T-s dhe h-s. Proçeset dhe Ciklet nëdiagramën T-s.

Llogaritjet e Ndryshimit të Entropisë.

Kuptimi i entropisë jep mundësi të ndërtohen dhediagrama të tjera, shumë e rëndësishme dhe të përshtatshme

për analizën (studimin) eproçeseve dhe të ciklevetermodinamike; që janëdiagrama T-s, dhe h-s, (përtë cilën do të shprehemi mëposhtë) ku në boshtin eordinatave vendosettemperatura absolute T dhe nëatë të abshisave vendosetentropia s (fig. 3-12 )

Si në çdo diagramë, menjë pikë paraqitet gjendja e ekulibrit, ndërsa me vijë të

41

⊖

Tdsq

1

2 2

sb

ab

ds

2

1Tds

Fig. 3-12 (Diagrama T-s)

T

T

vazhduar proçesi i ndryshimit të gjëndjes termodinamike tëekuilibrit.

Nga ekuacioni: nxjerrim se, nxehtësia qëshkëmbehet në një proçes 1-2 reversibël paraqitet nëdiagramën T-s (fig. 3-12) dhe llogaritet me formulën:

(3.9a)

Pra dhe nxehtësia paraqitet nga sipërfaqja nën kurbën eproçesit në diagramën T-s.

Diagrama T-s, quhet kështu diagrama e nxehtësisëNga ekuacioni 3.9 dhe figura 3-12 shohim se gjatë

proçesit 1-2, pra me rritje të entropisë trupi ipunës mer nxehtësi ndërsa gjatë proçesit1-2; trupi i punës largon apo jep nxehtësinë

.Diagrama T-s është shumë e rëndësishme dhe për studimin

e cikleve termodinamikë. Po paraqesim në këtë diagramë njëçikël të çfardoshëm reversibël 1-2-3-4 fig.3-13 ku:

(3.9b)

42

T

sa b

q1=qN

c=qN-qF

q2=qF

4

3

2

1

Fig. 3-13

është sasia e nxehtësisë që trupi i punës merr ngaburimi i nxehtë.

(3.9c)

është sasia e nxehtësisë që trupi i punës i jep burimittë ftohtë

Kështu puna që fitohet gjatë ciklit 1234 – apo nxehtësiaqë shndërohet në punë:

(3.10)

e cila për ciklin edrejtë është pozitivë.

Në diagramën T-smund të paraqitet dhecikli Karno reversibëldhe të tregohet cikliKarno irreversibël(fig.3-14) për të cilëtmund të llogaritet dhe

rendimenti perkatës.

3.3-2 Llogaritjet e ndryshimit të Entropisë

Nga kombinimi i ekuacioneve të ligjit parë dhe të dytëtë termodinamikës kemi:

(3.11)

(3.12)

43

T

s

1

23

4

e f

T1=TN

T2=TF

a)

TN

T

se f

1

23

4 T1

T2

T1

T2

b)

c

Fig. 3-14

T1

Këto ekuacione janë shumë të rëndësishme me qënë se:a) Bëjnë lidhjen ndërmjet ligjit të parë dhe të dytë të

termodinamikësb) Bëjnë lidhjen ndërmjet tyre të 6 parametrave me të

rëndësishëm të gjëndjesPër gazin ideal mund të shkruajm:

- nga ku:

- nga ku kemi si më posht:

(3.13)

dhe

(3.14)

Për një proçes politropik çfardo, ku c = konst.

(3.15a)

(3.15b)

Në se marrim;

(3.16)

44

dukë zëvëndësuar më sipër; kemi formula të tjera, që gjëndennë tekste të një literature më të zgjeruar.

3.3-3 Proçeset e ndryshimit të gjëndjes së gazeve ideale.

Do të studjojmë kryesisht proçeset reversibël tëndryshimit të gjëndjes.

Proçesi politropik: Proçesi i ndryshimit të gjëndjes sëgazit ideal për të cilin quhet proçespolitropik, ndërsa vija proçesit quhet politrope.

Nga ekuacionet e ligjit të parë të tërmodinamikës kemi:

(3.17)

(3.18)

Formojmë raportin: ; Shënojmë

(3.19a)

ku n – është konstante për një proçes të dhënë dhe e quajmëtregues të politropës, kështu kemi:

(3.19b)

Duke zgjidhur ekuacionin (3.19b) për një proçes çfarëdo 1-2do të kemi:

(3.20)

Ekuacioni pvn=konst shpreh ekuacionin e proçesitpolitropik, i cili në diagramën p-v na paraqet (grafikisht)një hiperbolë që varet nga treguesi (n), vija 1-n. fig.3-15

Ky ekuacion përfshin të gjitha relacionet e mundshme qeegzistojnë ndërmjet (p) dhe (v) të një gazi. Nga relacioni

45

. Llogarisim nxehtësinëspecifike të proçesit politropik ( c ).

(3.21)

ku k=cp/cv quhet treguesi i adiabates, që për gazetdyatomike është k=1,4 (si O2, N2, etj ).

Puna e zgjerimit për një proçes 1-2 llogaritet (për 1 kggaz)

(3.22)

Puna teknike (puna e brendshme) specifike, llogaritet(referenca 1 kg gaz)

(3.23)

Ndryshimi i energjisë brendëshme:

(3.24)

Ndryshimi i entalpisë:

(3.25)

Ndryshimi i entropisë:

(3.26)

46

Nxehtësia që shkëmbehet gjatë proçesit politropik (1-2)(referuar 1 kg)

(3.27)

Si provë për llogaritje të saktë të një proçesi politropikpërdoren formulat:

1. 2.

(3.28)

që njihet si formula që shpreh lidhjen e nxehtësisë e punësnë proçes politropik

Raste të veçanta të proçesit politropik

1. Rasti I-rë : Le të jenë , atëhere

Proçesi me vëllim konstant (v=konst) quhet edhe proçesiizokor. Në proçesin me Puna e zgjerimit ndërsa sasia enxehtësisë së shkëmbyer:

(3.29)

Në diagramën p-v proçesi me v=konst paraqitet nga njëdrejtëz vertikalë, ndërsa në diagramën T-s nga një kurbëlogaritme (fig a,b) (proçesi 1-v).

47

(3.30)2. Rasti II-të : Le të jetë n = 0, atëhere Proçesi me presion konstant (p=konst) quhet edhe proçesiizobar. Në proçes me p = konst; .

Puna e zgjerimit përcaktohet nga formula:

(3.31)

Sasia e nxehtësisë së shkëmbyer(3.32)

(3.33)

Në diagramën p-v proçesi me p = konst paraqitet nga njëdrejtëz horizontale, ndërsa në diagramën T-s nga një kurbëlogaritmike fig.3-15 (proçesi 1-p).

(3.34)

Rasti i III-të: Le të jetë n = 1, atëhere .Nga ekuacioni , kemi T = konst. Pra ekuacionipv = konst [paraqet proçesin me T = konst (izotermik).

Në proçesin izotermik:

(3.35)

Puna e zgjerimit llogaritet nga formula:

48

(3.36)

Sasia e nxehtësisë së shkëmbyer . Nëdiagramën p-v izoterma paraqitet nga një hiperbolë tëbarazlarguar nga akset, ndërsa në diagramën T-s nga njëdrejtëz horizontale fig. 3-15a,b. (proçesi 1-T).

(3.37)

Rasti IV-të: Le të jetë n = k, atëhere paraqet ekuacionin e proçesit adiabatik. Në

proçesin adiabatik

atëhere

(3.38)

Pra në proçesin adiabatik nuk kemi shkëmbim nxehtësie memjedisin e jashtëm (dq=0), q = 0. Puna e zgjerimit është

pra

(3.39)

Në proçesin adiabatik reversibël dq = T ds = 0 kemi:

ds = 0; s = konst ( pasi T > 0 )

Në diagramën T-s proçesi adiabatik paraqitet nga një drejtëzvertikale (fig3-15b) (proçesi 1-k). Në këtë proçes mund të shkruajm:

49

1

2

t = h2 – h1

v

p

Fig. (3-16)

(3.40)

(3.41)

Sipërfaqja e vizuar paraqet punën teknike. (fig. 3-16)

a) Proçeset në diagramën p-vb) Proçeset në diagramën T-s

Fig.3-15 Paraqitja e proçeseve të ndryshimit të gjëndjes sëgazeve ideale

50

p

v

p

v

v

1

c=cv

1n =

n = -w

1c

= cv

pn = o, c = cp

T n k

n( t )

s

v

pT

n=1, q<0 1

n

nk

k

n= kn= k

v

p

q>0, n=1 T

T

KAPITULLI -VI- 4.1 SHNDËRIMET FAZORE TË LËNDËVE. AVULLI IUJIT DHE I LËNDËVE FTOHËSE

4.1-1 Njohuri të përgjithshme.

Avulli i ujit ka gjetur përdorim në paisjet termoteknikesi trup pune dhe si mbartës nxehtësie. Ai prodhohet duke engrohur ujin në presion konstant. Këto avuj përdoren afërgjëndjes së lengështimit (ngopjes), pra për to nuk vlejnëligjet e gazeve ideale. Prandaj për përdorim praktik janëndërtuar tabela dhe diagrama me anë te të cilave përcaktohenmadhësitë e gjendjes së avujve të ujit.

Dallojmë tre gjendje fazore të lëndës (ujit): -tëngurtë, -të lëngët dhe të gaztë. Kalimi i lëndës nga faza elëngët në fazën gazore quhet avullim, kalimi i kundërt quhetkendesim. Kalimet fazore shoqërohen me marrje ose çlirim(dhënie) nxehtësie.

Duke e ngrohur ujin në p = konst. mund të formohen 1-avuj të lagur, 2-avuj të ngopur të thatë, 3-avuj tëtejnxehur.

Për tu kthyer në gjëndje avulli uji ngrohet në p =konst, deri në temperaturën e vlimit (ose të ngopjes) që eshënojmë me ts, prej këtij momenti fillon vlimi, pra formimii flluskave të para të avullit (gjatë avullimit ose vlimitnë p = konst, ts = konst.). Temperatura e vlimit (avullimit)ts varet nga presioni (p) në të cilin ndodhet uji (lëngu).Për një presion të dhënë çdo lëng i pastër kimikisht ka njëtemperaturë vlimi të përcaktuar plotësisht, të shënuar mets.

Me rritjen e p rritet edhe temperatura e vlimit (ts);në qoftë se këtë varësi e paraqesim në kurbën e ekuilibritfazor p – t, fig 4-1a, vëmë re se kjo kurbë përfundon në njëpikë k e cila quhet pikë kritike. Temperatura dhe presioni që ipërgjigjen kësaj pike quhen përkatësisht temperaturë kritike(tk) dhe presion kritik (pk). Për kalimi fazor ngagjendja e lëngët në avull ose kthimi i avullit në lëng nukmund të bëhet. Diagramen p-t, të ekuilibrit fazor për tregjëndjet fazore të lëndës, (e ngurtë N, e lëngët L, dhe e

51

gazët G), po e paraqesim në fig. 4-1b; ku dallohen 3 kurbakufitare I, II, III, pika kritike k dhe pika T, e ekuilibrittre fazor, që quhet pika trefishe. (me parametrat përkatëspër H2O)

Formimi i avullit. Supozojmë një enë cilindrike me një piston mepeshë konstante në të cilën ndodhet 1 kg lëng (ujë) për p =konst dhe tempëraturë fillestare t = 0oC (fig 4.2), gjëndja1 me vëllim specifik . Duke futur nxehtësi në lëng,vëllimi specifik i lëngut rritet dhe kalon në gjendjet etreguara ne fig.4-2 – 2,3,4,5. (ps1 = konst.)

Në gjendjen 2 pika (A), temperatura është rritur deri në ts

(në ps1 = konst) dhe vëllimi specifik deri në , këtu lënguështë në gjendje të ngopur (në pikën e vlimit). Nga gjendja2 (fillimi i vlimit) deri në gjendjen 4, pika B (mbarimi ivlimit) kryhet proçesi i avullimit të lëngut (me ps1 dhe ts1

konstante). Në gjendjen 4 i gjithë lëngu është shndërruar nëavull i cili ka vellimin specifik . Ky avull që ka p =ps1, dhe t = ts1, quhet avull i ngoput i thatë. Ndërmjetgjendjeve 2 dhe 4 në cilindrin me piston kemi përzierjen eujit me avuj uji (në ps1 dhe ts1), (gjendja 3), një përzierjee tillë quhet avull i lagur. Avulli i lagur karakterizohetnga përmbajtja e avullit ose shkalla e thatësirës (x) e cilaështë:

52

p

t

KII

nIT

G

LN

0,00611 bar

III

tT=0,010

CFig. 4-1b

pT

t

p

tk

Kpk

bar

lëng

avull

a

bFig. 4-1a

vk

(4.1)

Vëllimi specifik i avullit të lagur shënohet me vx.

Futja e nxehtësisë pas gjendjes 4 e kthen avullin e thatë nëavull të tejnxehur me dhe vëllim specifik

; kështu merret gjendja e avullit të tejnxehur 5.(pika C) Këto proçese janë treguar dhe në diagramën t-q, kuështë shënuar q, qav = r dhe qt.(respektivisht nxehtësia elengut, avullimit dhe tejnxehjes).

4.2-1 Diagrama fazore; p – v dhe T – s;

Ndryshimet e gjendjes të treguara më sipër, duke ishqyrtuar për vlera të ndryshme të presioneve, mund t’iparaqesim në diagramat p – v dhe T – s, fig.4-3 dhe 4-4

53

A B

tps1, ts1

A ps2, ts2

B

Bx

a)

1 2 3 4 5

'0v

t > ts1

tejnxehja e avullit

v' r

·x

v x

v"·

x (1-

x)v'

r=qav

qt

v v

t = 00C t = ts1

ngrohja e lëngut

t = ts1

avullimi i lëngut

t = ts1

Fig. 4-2a,b

ps

1

ps

1

ps

1

ps

1

(q

)(qav = r )

(qt )

b)

q

C

• •

Proçesin e shqyrtuar më sipër e vendosim në diagramën p – v.Për këtë heqim vijën e presionit p = ps1. Pika (a) paraqetgjendjen e lëngut për t = 0oC; pika (b) paraqet gjendjen elëngut të ngopur në pikën (e vlimit); pika (c) gjendjen eavullit të ngopur të thatë dhe pika d gjendjen e avullit tëtejnxehur. Këto gjendje paraqiten edhe në diagramën T – s,fig 4.4.

Proçesi a - b paraqet ngrohjen e lëngut, b – c paraqetvlimin e lëngut (ose avullimin), ndërsa proçesi c – dtejnxehjen e avullit. Në intevalin b – c kemi gjendjen eavullit të lagur. Në presione të tjera më të larta sepresioni ps1 pikat që karakterizojnë gjendjen e lëngut(ujit) në pikën e vlimit, (b’, b’’…)do të zhvendosendjathtas, ndërsa pikat që karakterizojnë gjendjen e avullittë ngopur të thatë (c’,c’’…) do të zhvendosen majtas. Kjoshpjegohet me faktin se vëllimi specifik i lëngut të ngopur

rritet (si rezultat i rritjes së temperaturës së tij)ndërsa vëllimi specifik i avullit të thatë zvogëlohet(si rezultat i rritjes së presionit të vlimit me rritjen etemperaturës).

Vëllimi specifik i ujit për t = 0oC ( )me rritjen e presionit praktikisht nuk ndryshon; vija I(pasi lëngjet kosiderohen të pashtypshëm).

Diferenca e vëllimeve ( ) me rritjen e presionitzvogëlohet dhe për një vlerë të presionit: pra

(pika kritike). Bashkimi i pikave b, b’, b’’….

54

12

p

v

'0aa0

Ia'v'a

KtK

II

III

x=1

b'

ps2

c' t

s2 b

ps1

c

dts1

vx

v" v

v '

vx

v"

vx

T

0sn m

00C =

2730K

qt

b

ps1

c

d

b'

ps2

c'

K

(r=h"-h')

qi=h

a

Fig. 4-3Fig. 4-4

na jep kurbën kufitare të lëngut (1) ndërsa bashkimi ipikave c, c’, c’’…. jep kurbën kufitare të avullit të thatë(2). Këto dy kurba me rritjen e presionit i afrohen njëra –tjetrës dhe takohen në pikën kritike k e cila për ujin kaparametrat:

Në diagramën T-s fig 4-4 janë paraqitur proçeset e ngrohjes,avullimit dhe të tejnxehjes.

Diagrama p – v dhe T – s plotesohen edhe me vijat x =konst, të cilat dalin nga pika kritike, ndërsa diagrama T –s plotësohet edhe me vijat v = konst dhe h = konst.

Parametrat në kurbën e lëngut shënohen me indeksin (‘),në kurbën e avullit të thatë me indeksin (”) dhe në zonën eavullit të lagur me indeksin (x); vx, sx etj.

Nxehtësia e lëngut: Është sasia e nxehtësisë e nevojshme përngrohjen e 1 kg lëngu (uji) nga to= 0oC deri në temperaturëne vlimit ts (fig 4-4) paraqitet me sip abnoa dhe llogaritet

, ku është nxehtësia specifike e lëngut. Për

ujin nga

,prandaj . Në këtë rast nësistemin e vjetër (teknik) të njësisë (si numër)

(Në sistemin SI, q = cpt )Nxehtësia e avullimit: Paraqet sasinë e nxehtësisë së

nevojshme për avullimin e plotë të 1 kg lëng me p dhe

55

t=konstante; ajo shënohet me dhe në diagramën T –s paraqitet nga sip nbcmn fig 4-4

Meqenëse avullimi kryhet zakonisht në ps = konst,atëherë:

(4.2)

Ku - quhet nxehtësi e brendshme e avullimit- quhet nxehtësi e jashtme e avullimit

Avulli i lagur: Ndërmjet dy kurbave kufitare (x = 0 dhe x =1) 1 kg avull i lagur përmban (x) kg avull të thatë dhe (1 –x) kg lëng (ujë në gjendje të vlimit (fig 4-5); kështuvëllimi specifik i avullit të lagur llogaritet ngaekuacioni:

(4.3a)

ku - vëllimi që zë avulli i thatë, dhe

-vëllimi që zë lëngu i ngopur.Në këtëpërfundim arrijmë duke u bazu nëngjashmërinë e trekendëshave (bccbdd) – prej ku

(4.3b)

Duke u nisur nga vetia additive evëllimit specifik vx e energjisë sëbrendshme x, të entalpisë hx dheentropisë sx në mënyrë analoge, përavullin e lagur kemi:

56

p

v'

vx

v"

v

K

b

c

d

x 1-x

x=1

d'c

'

vx-v

v "-v'Fig. 4-5

x

(4.4)

(4.5)

(4.6)

Avulli i tejnxehur: Prodhohet duke vazhduar nxehjen eavullit të thatë (në mungesë të ujit). Temperatura e avullittë tejnxehur Diferenca (t – ts) paraqet shkallën etejnxehjes së avullit.

Entalpia e avullit të tejnxehur deri në temperaturën(t) llogaritet:

(4.7)

ku - është nxehtësia spefike mesatare e avullit tëtejnxehur.

Energjia e brendshme e avullit të tejnxehur është

. Për avullin e tejnxehur mund të përdoret me përafërsi ekuacioni

Diagrama h (i) – s dhe (p-h):Parametrat e avullit tëlagur, të thatë dhe tëtejnxehur përcaktohen mesaktësi të mjaftueshme nëdiagramën h – s (fig 4-6a).Në këtë diagramë paraqitendy kurbat kufitare (x = 0

57

h(i)

4000

3000

2000

1000

0 2 4 6 8 s

Entalpia

h

(i) kJ/k

g

Entropia

K

s1 kJ/(kg·K)Fig. 4-6a

dhe x = 1), izotermat izobaret, izokorat dhe kurbat x =konst. Diagrama h-s, përdoret shumë në proçeset e avullit tëujit dhe po ashtu në ciklet e termoçentraleve me avull, siai Rankin, etj.Nga ligji i parë i termodinamikës

atëherë

(4.8)

Kështu meqenëse gjatë vlimit me p = konst dhe T = konst,atëhere koefiçenti këndor i izobarës në diagramën h – sështë konstant. Rrjedhimisht në zonën dyfazore izobaret dheizotermat (të cilat përputhen) paraqiten me vija të drejta.Sa më i lartë të jetë presioni i ngopjes ps (pra dhetemperatur përkatëse ts), aq më i madh është koefiçentikëndor i izobarës. Prandaj izobaret p = konstant nëdiagramën h – s shkojne duke u hapur nga e majta në tëdjathtë (shiko fig.4-6a) Për vijat e proçeseve të tjerëshiko paraqitjen në diagramë h-s fig.4-6b Po kështu mund tëtregohet dhe diagrama p-h, e cila përdoren gjërësisht nëteknikën e ftohjes, fig.4-7

KAPITULLI -V- 5-1 AJRI I LAGËSHT. DIAGRAMA h-d (i –d)

58

p K

ps, ts

x=0x=1

ts

•

•

hFig. 4-7

h h

t

•

• •

•

pktk

A

B

t qt

r=qa

v

q=h' s

h

h

h"h'

Fig. 4-6b

K

5.1-1 Të përgjithëshme

Ajri i lagësht paraqet përzierjen e ajrit të thatë (N2,O2…) dhe të avujve të ujit Megjithëse ajri i thatë është njëpërzierje gazesh, ne do ta shqyrtojmë (në këtë rast) si njëgaz të vetëm, meqenëse përbërja e tij nuk ndryshon (nëproçeset që zhvillohen në këtë kapitull). Në ajër të lagështka dhe gaze të tjera, si argon 1%, CO2, e gaztë të rrallë.

Ajri i lagësht takohet në impjantet e ftohjes, nëtharëset si edhe në sistemet e ngrohjes, ventilimit dhe tëkondicionimit të ajrit. Interes praktik paraqet ajri nëpresion atmosferik dhe në intervalin e temperaturave (-50100)oC.

Në qoftë se presioni i avullit të ujit në ajër është më ivogël se presioni i ngopjes në temperaturën e dhënë, atëherëavulli i ujit është i tejnxehur. Në qoftë se presioni iavullit të ujit është i barabartë me presionin e ngopjes përtemperaturën e dhënë, atëherë avulli i ujit në ajër ndodhetnë gjendje të ngopur. Ajri i lagësht, që përmban avull tëngopur të thatë , quhet ajër i ngopur. Presioni i avujve tëujit në ajër nuk mund të jetë më i madh se presioni ingopjes (ps) në temperaturën përkatëse të avullit dhe tëajrit.

Në proçeset e ventilimit dhe kondicionimit të ajrit,presioni i avujve të ujit është më i vogël se 25 mm KZh. Nëkëto kushte avujt e ujit në ajër janë në gjendje tëtejnxehur dhe kanë veti të perafërta me gazet ideale. Kështuajri i lagësht mund të konsiderohet si përzierje gazeshideale. Në bazë të ligjit të Daltonit, presioni i ajrit tëlagësht (p) është i barabartë me shumën e presioneveparciale të ajrit të thatë (pg) dhe të avujve të ujit (pa):

mm KZh oseN/m2 (5.1)

Në proçeset e ndryshimit të gjendjes së ajrit të lagësht,sasia e ajrit të thatë mbetet konstant, ndërsa sasia eavullit të ujit zakonisht ndryshon, kështu në kushte tëcaktuara avulli mund të kthehet në ujë ose akull dheanasjelltas. Prandaj, është e përshtatëshme në llogaritje të

59

madhësive të ajrit të lagësht t’i referohemi njësisë sëmasës së ajrit të thatë.

5.2-1 Madhësitë karakteristike kryesore të ajrit të lagësht:

1. Përmbajtja e avullit d: quhet sasia e avujve të ujit në kgqë ndodhet në 1 kg ajër të thatë. Në një vëllim të caktuarkemi Ma kg. avull uji dhe Mg kg ajër të thatë, atëhere

(5.2a)

Madhësia e përmbajtjes së avullit (d) varet nga presioniparcial i avullit (pa) në ajër. Për të gjetur këtë varësishkruajmë ekuacionet e gjendjes për avullin dhe ajrin ethatë që ndodhen në të njëjtin vëllim; V

(5.3a)

(5.3b)

ku: V – vëllimi i ajrit të lagësht në m3; (po edhe i ajrittë thatë) T – temperatura e ajrit të lagësht në K;

Duke pjesëtuar ekuacionin 5.3a, me ekuacionin 5.3b kemi:

(5.3c)atëherë:

60

(5.2b)

këtu p – është presioni barometrik (atmosferik).Për ajrin e thatë pa= 0 dhe d = 0; për avull të pastër pa =p dhe d = .Në qoftë se presioni i avullit (pa) rritet deri në presionine ngopjes (ps) në temperaturën e dhënë (t), atëherëpërmbajtja e avullit në ajër arrin vlerën maksimale tëmundshme që përcaktohet me formulën:

(5.2c)

Në këtë rast thuhet se ajri është i ngopur me avuj uji, dhenuk mund të përmbajë avuj mbi vlerën e ds.

2. Lagështia absolute (vëllimore): quhet ajo sasi e avujvetë ujit që ndodhet në 1 m3 ajër të lagësht. Ajo shënohet me(e) kg/m3 ose gr/m3.

3. Lagështia relative: quhet raporti i presionit tëpjesshëm të avullit të ujit në përzierje pa dhe presionit tëngopjes ps, që mund të arrijë avulli në temperaturën t tëpërzierjes, shënohet me .

(5.4)

Madhësia shprehet zakonisht në %. Meqenëse atëherë . Për ajrin e thatë , për ajrin engopur, .

Në ekuacionin 5.2b, zëvendësojmë atëherëkemi:

61

(5.5)

4. Pika e vesës. Temperatura për të cilën pa bëhet ibarabartë me ps quhet pika e vesës, ose ndryshe thuhet sepika e vesës paraqet temperaturën në të cilën fillonkondensimi i avujve të ujit që ndodhen në ajrin jo të ngopur(i cili ftohet me p = konst) (fig. 5-1), pika 2 katemperaturën e vesës tv.

Për (t) të ajrit të lagësht më tëvogël se tv në ajër përveç avujve tëujit ndodhet edhe ujë ose akull

Në këtë rast - janë përkatësisht sasia e avujve, eujit dhe e akullit që ndodhen në 1 kg

ajër të thatë (këtu da = ds)

5. Vëllimi specifik dhe densiteti Përcaktojmë vëllimin V* tëcilin zë (1 + d) kg ajër i lagësht. Sipas ligjit të Daltonit(në të njëjtin presion p dhe temperaturë T)

(5.6a) Nga ekuacioni i gjendjes: Për ajrin e thatë:

(5.7)

Për avullin e ujit:

(5.8)

Duke vendosur (5.7) dhe (5.8) në ekuacionin (5.6) kemi:

62

Fig. 5-1

T

s

Tv pa =po

21

3k

ps

(5.6b)

Vëllimi specifik (v) dhe densiteti i ajrit të lagësht 2

llogariten përkatësisht

(5.9)_________________*) Shënohet me V – me qënë se kemi më shumë se 1 kg, ajërdhe pikërsiht (1+d)

(5.10)

Për ajrin e thatë:

(5.11)

Duke krahasuar (5.11) me (5.10) shikojme se: Pra ajri i lagësht është gjithmonë më i lehtë se i thati,për të njëjtin presion (p = konst.)

Entalpia e ajrit të lagësht. Në bazë të vetisë additive tësajë, entalpia e ajrit të lagësht mund të paraqitetsi shuma e entalpive të ajrit të thatë hg dhe të avujve tëujit (në temperaturën t). Duke ju referu 1+d – kg ajërtë lagësht kemi:

(5.12)

63

Këtu: - nxehtësia specifikemesatare e ajrit të thatë në p = konst, në intervalin etemperaturave që përdoren në teknikën e kondicionimit tëajrit.

, paraqet vlerën eentalpisë së avullit në temperaturën t dhe presionin pa (nëfakt këto vlera numerike i përgjigjen dhe po =0.0061 bar) cpa = 1.93 kJ / (kg K) – nxehtësia specifike eavullit të ujit. (fig. 5-2)

Në forme të përgjithshme mund të shkruajmë:

(5.13)

Madhësia

quhet nxehtësia specifike e ajrit të lagësht (kJ/kgK).

Probleme të ndryshme qëkanë të bëjnë me ajrin elagësht zgjidhen me lehtësi nëgrafikun psikrometrik dhe

diagramën h-d fig.5-3; 5-4. Në këtë diagramë fig.5-4a,b, nëboshtin e abshisave vendosen vlerat e përmbajtjes së avullit(d) gr/kg, ndërsa në boshtin e ordinatave entalpia (hl+d) eajrit të lagësht (kJ / kg), që i referohet 1 kg ajër ithatë, (pra H).

Për shfrytëzim të mirë të sipërfaqes së diagramës,vijat e drejta h = konst hiqen nën një kënd 135o me vijat edrejta d = konst; (vlerat e d shënohen në vijënhorizontale).

Në diagramën h – d janë shënuar me vija të drejtaizotermat t = konst, kurbat = konst, vijat h = konst;gjithashtu është treguar kurba e gradës së dytë që shpreh

64

T

s

K

To=273

K To (to) por0=2501

po

po 2'

t Cpa·t

Fig. 5-2

vartësinë pa = f (d)ku vlerat e pa oseps janë shënuardjathtas (zakonishtpa = f(d) nëdiagramën h – dmerret me përafërsinjë vijë e drejtë).

Në një rast mëtë përgjithshëmlagështia në ajërmund të jetë më emadhe se ajo engopjes ds, prapërveç avullit në

ajër mund të ndodhen: pika apo grimca uji në sasi d, dhe metemperatura më të ulta se O0C dhe kristale të akullit nësasi dn. Në këtë rast entalpia llogaritet me formulën:

(5.14)

ku dhe janërespektivisht nxehtësitë specifike të ujit dhe të akullit.

65

-5

0 5 10

15

20

25

30

35

40

2015105

0

-5-10-10

-5 20 25 30 35 40 45 502025

30

35

40

4550

Temperatura sipas termometrit të thatë

Temperatura sipas termometrit të thatë

Temperatura sipas

termometrit të lagur

Temperatura sipas

termometrit të lagur

Fig. 5-3 Grafiku psikrometrik

Fig. 5-4 a,b

-janë përkatësisht nxehtësitëlatente të shkrirjes së akullit dhe të vlimit të lëngut, nëO0C.

Krahas diagramës (h-d) (Mollier) – përdoret dhe diagramaCarrier d(p)-t, tek e cila vijat në me d=konst. dhe t=konst.janë përkatësisht vija të drejta horizontale dhe vertikale(fig.5-4 c).

Lakorja =100%, që është shumë e rëndësishme në studimine ajrit të lagësht del nga varësia e njohur p=ps(t) qëpërfaqëson bashkësinë e gjëndjeve të njohura të avullit (nëajër). Mbi po këtë bazë ndërtohen dhe vija të tjera të=konst (<100%).

66

a)

b)

Ashtu si dhe për diagramën Mollier dhe për ndërtimin tëdiagramës Carrier pranohet zakonisht – presioni atmosferik745 (750) mmKZH.

Vijat me H=konst. ndërtohen nëpërmjet zbërthimit tëekuacionit në formën

. Duke eleminuar termin si të parëndësishëm ndaj atij 2500d (për zonën e përdorimitpraktik) dhe duke nxjer në evidencë madhësinë d-kemi:

(5.15)

Duke derivuar si më poshtë (për H=konst) kemi:

(5.16)

Shprehja ( 5.16 ) tregon se në diagramën d-t, vijat meH=konst. janë drejtëza (vija të drejta) paralele me njëratjetrën e me pjerësi të caktuar fig.5-5, pjerësi e cilavaret nga shkallët e zgjedhura për ndërtimin e diagramës.

67

68

Fig. 5-4 c

Ashtu si dhe diagrama Mollier dhe diagrama Carrier –plotësohet me vijat e temperaturës adiabatike ; të cilëtnuk janë paralele me ato me H = konstante. Ndërtimi i tyrestudiohet në literaturë me të zgjeruar e speciale.

5.3-1 Proçeset e ajrit të lagësht:Sjedhja e një mjedisi në temperaturën dhe lagështirën e

deshëruar arrihet nëpërmjet proçeseve të kondicionimit tëajrit. Më kryesore janë proçeset e : ngrohjes e ftohjes së

69

a)

b) Fig.

5-5

thjeshtë; lagështimi dhe delagështimi dhe përzierja e masavenë rryma të ajrit të lagësht.

Disa nga këto probleme, duke u nisur nga një pikë çfardo1, po i paraqesim në diagramat Mollier dhe Corrier-(ku poshënojmë dhe emertimet perkatëse të tyre fig.5-6a,b)

Si më të rëndësishëm-po studiojmë proçesin e përzierjessë dy sasive, të ftohjes, delagështimit dhe ngrohjes sëajrit të lagësht.

5.31-1Përzierja e dy sasive të ajrit të lagësht. Në qoftë se në dhomën ë përzierjes futet sasia e ajrit

M1 (kg / h) me parametrat d1, t1, h1 dhe sasia M2 (kg /h)parametrat d2, t2, h2 atëhere pas përzierjes në p = konst, të

këtyre dy sasive do të kemi gjendjen që karakterizohet ngaparametrat dp, tp, dhe ip që duke u bazuar në bilancin sasiortë lagështirës dhe nxehtësisë kemi

(Mp = M1 + M2)(5-17)

70

h

d

ngrohjedelagës

hti

ngr. dhe lagështinlagësht

im

ftohje

ftohjedhe

delagështim

=100%

1

a)

d

t

lagështim

=100%

ngr. dhe lagështinngrohje1

ftohjeftohjedhe

delagështim

delagështim

b)

b)

Fig. 5-6a,b

Proçesi i përzierjes mund të llogaritet lehtë edhe ngadiagrama h – d. Nga formulat 5.18 dhe 5.19 pas disatransformimesh nxjerrim:

(5.20)

Ekuacioni 5.20 në kordinatat h – dështë ekuacioni i një vije tëdrejtë. Kjo do të thotë se proçesi

i përzierjes në këtë diagramëparaqitet në drejtëzën që bashkonpikat 1 dhe 2 që përcaktojnëgjendjen e ajrit para përzierjes(fig.5-7a,b,c). Gjendja epërzierjes përcaktohet në këtëdrejtëz nga pika (p) e cila

gjendet nga kushti:

(5.20a)

71

d(pa

)

d2

d1

dp

tt2t1 tp

P

1

h1

hp

h2

=100%

2

21

1

2

c)

Fig. 5-7a,b,c

M1, d1, h1

M2, d2, h2

termoizolim

q=0

Mp, dp, hp

zona e

perzjerjes

a)

h

d

d

d1

dp d2

1

2

t1

tp

t2

2

1

i1

p

ip

b)

d.m.th. largësia e pikës p nga pikat 1 dhe 2 është inversproprcional me sasitë e ajrit M1 dhe M2 në këto pika(rregulla e leves).

Nga ekuacioni temperatura e përzierjes përcaktohet nga formula:

(5.21)

Në intervalin e temperaturave të ajrit që përdoren nëklimatizim, me një përafërsi të mjaftueshme praktiketemperatura e përzierjes mund të përcaktohet:

(5.22)

5.3-2 Ftohja, kondensimi dhe ngrohja. Po paraqesim me diagramën h– d një process ftohje të ajrit të lagësht, të kondensimit,të largimit të avujve të ujit dhe ngrohjes së ajrit tëngopur ma avuj uji fig.5-8. Duke ftohur ajrin nga gjendjafillestare 1 (me t1, 1) me d = konst, arrijmë në gjendjen engopjes, pika 2. Ftohja e ajrit pas gjendjes 2 çon nëkondensimin e pjesshëm të avujve të ujit. Pika 3’karakterizon përzierjen e ajrit të ngopur me gjendje në 3dhe të ujit, gjendja e të cilit shtrihet në izotermën t3

pasi t3 = t3’ (kjo gjendje shtrihet në pafundësi pasi ( )Në qoftë se ajrin nga gjendja 3 e ngrohim deri në

temperaturën t1 me d3 = konst atëherë marrim gjendjen 4 ku d4

d1. Kështu duke e ftohur ajrin deri në t tv (duke ilarguar lagështirën) dhe pastaj duke e ngrohur, ajri mund tëthahet.

72

Meqenëse të gjitha proçeset e shqyrtuara kryhen për p= konst, atëherë sasia e nxehtësisë e larguar gjatë ftohjes(për M kg ajër)

(5.23)Sasia e nxehtësisë që futet gjatë ngrohjes (për M kg ajër)

(5.24)

Sasia e avullit që kondensohet referuar M kg ajër është:

(5.25)

73

d

h

d4 d1

t3=cte

33'

i=cte

2

t1=cte

4 11

4

a)

t

d

t1=t4

t1=ct

t3=ct

43

2 1

1

4

h1h

2h4

h3

t3

=100%

b)

d3 = d4

d1 = d2

Fig. 5-8a,b

Këtu

KAPITULLI -VI- 6.1 PROÇESET E SHTYPJES NË KOMPRESORË

Kompresor quhet makina që shërben për shtypjen egazeve ose të avujve nga një presion më i ulët në njëpresion më të lartë. Kompresorët vihet në punë nga motorëtermikë ose elektrike, pra kompresorët janë makina qëharxhojnë energji..

Dallojmë kompresorë me piston ,rrotativ, centrifugaledhe aksiale etj. Në ndërtim dhe në miniera përdorenkryesisht kompresorët me piston me presion (4 – 8) bar dheme ftohje me ajër ose me ujë.

Ajri me presion përdoret në ndërtim për mekanizimin enjë seri proçesesh si: në prishjen e ndërtesave tëvjetëruara, në transprtimin e materialeve të ndërtimit(çimentos), në fabrikat e betonit, për ngritjen e ujit ngaburimet nëntokësore etj. Pajisjet pneumatike më të përhapuranë ndërtim janë: çekiçi pneumatic, makina çpuese etj.

6.1-1 Puna teorike e harxhuar në kompresorin me piston. Marrim njëkompresor teorik i cili punon në këto kushte: 1- Vëllimi ipërshkruar nga pistoni është i barabartë me vëllimin ecilindrit (pra vëllimi i dëmshëm mungon). 2- Rezistencat nërrugën e thithjes dhe të dergimit mungojnë. 3- Gjendje egazit në proçesin e thithjes dhe të dhënies nuk ndryshon. 4-Ndikimi i presionit të jashtëm në piston mungon.

Formulat llogaritëse të punës së harxhuar në kompresori referohen 1 kg ajër që futet në cilindër.

Në fig. 6-1a, është treguar diagrama teorike e punësnë kompresorin me piston në koordinatat p, v dhe në fig. 6-1b pjesët kryesore të kompresorit. Në diagramën (fig. 6-1a)vija 4 – 1 paraqet proçesin e thithjes së ajrit në cilindërnë p1; 1-2 paraqet proçesin e shtypjes deri në p2; 2-3

74

paraqet proçesin e shtytjes së ajrit të shtypur dhe proçesi3-4 paraqet barazimin e presioneve gjatë hapjes së valvolëssë thithjes 3 dhe mbylljes së asaj të shkarkimit 4.

Fig 6-1 1-cilindri: 2-pistoni: 3-valvola e thithjes; 4-valvola e dërgimit:

5-bjella:6-manovela: 7-volant: 8-rezervuari; 9-manometër;

PVS-pika e vdekur e sipërme; PVP-pika e vdekur e poshtëme

Puna mekanike e përgjithshme që harxhohet në kompresorinteorik për shtypje të 1 kg ajër (puna teorike e kompresorit)do të jetë:

(6.1)

Proçesi i shtypjes së gazit në kompresor mund tëjetë : izotermik 1-2 ; adiabatik 1-2 dhe politropik 1-2 metregueës . Në këto proçese puna teorike e kompresoritështë:

a- Për shtypje izotermike: n =1;

75

P

va)

14

3p2

2'

2 2"

p1

pvk=konstpvn=konstpv=konst

(v)

iz

PVS PVP

b)

3

4

1

2

56

7

9

8

R

S=2RPVS PVP

(6.2)

b- Për shtypjen adiabatike (dq = 0)

(6.3)

b- Për shtypje sipas politropës; n k; p1v1n = p2v2n

(6.4)

Për M kg.ajër të shtypur: Siç shihet nga fig. 6.1a, kur shtypja bëhet sipas

izotermës (1-2) puna mekanike teknike që harxhohet është mëe vogël se puna që harxhohet kur shtypja bëhet sipasadiabatës ose sipas politropës. Prandaj, ne kompresorëttentohet për të realizuar shtypjen sipas izotermës, dukeftohur me ujë ose me ajër cilindrin e kompresorit. Në këtërast, sasia e nxehtësisë që duhet larguar tregohet nëdiagramën T-s, fig.6.2, dhe llogaritet me formulat:

a) Shtypja izotermike: (6.5)

b) Shtypja politropike:

(6.5a)

76

Për M, kg.ajër:

(6.5b)

Fig. 6.2Fig. 6.3

6.1-2 Prodhimtaria dhe fuqia e kompresorit me piston

Proçeset reale të punës së kompresorit ndryshojnë ngaproçeset ideale për shkak të ekzistencës së vëllimit tëdëmshëm, të shkëmbimit të nxehtësisë ndërmjet mureve tëcilindrit, të ajrit të mbetur dhe ajrit që thithet, tërezistencave në valvolat, të rrjedhjeve të ndryshme, etj. Nefig. 6-3 po tregojmë proçeset që realizohen në kompresorinteorik me hapsirë të dëmëshme: ku 4-1; proçesi i thithjes sëajrit; 1-2; proçesi i shtypjes, nga p1 në p2; 2-3; proçesi idërgimit apo i shtytjes së ajrit në rezervuar; 3-4; proçesii zgjerimit të ajrit të mbetur në hapsirën e dëmshme.

Prodhimtaria reale e kompresorit me një shkallë është:

(6.6)

ku: VT – prodhimtaria teorike e kompresorit me një shkallëD dhe S – diametri i cilindrit dhe rruga e pistonit ne

m

77

s

T

2

2'

2"

1

p

Vp

V1-V4

V3

v

p2

p1 1

23

4

k 1<n<k

n – numri i rrotullimeve në minut (rrot/min)- koefiçenti i prodhimtarisë i cili varion

(ndryshon) (0.7 – 0.85)Me rritjen e presionit në dalje p2, prodhimtaria

(rendimenti ) i kompresorit me një shkallë zvogëlohet. Përkëtë qëllim përdoren kompresorë me dy dhe me shumë shkallënë të cilët realizohet ftohje me ujë ose më ajër. Në fig.6.4 a, b në diagramën p-v dhe T-s janë paraqitur proçesettermodinamikë në kompresorin me dy shkallë me ftohjendërmjetëse dhe në fig 6.5 skema e këtij kompresori nëvendosje të cilindrave në formë V.

Fig. 6-4a,b

Fig. 6.5 Skema e kompresorit me piston me dyshkallë

1- Cilindri, 2 – Pistoni, 3 - Valvolae thithjes, 4 – Valvola e dergimit, 5 –Bjella,6 – Ftohësi i ndermjetës

Duke u nisur nga kushti i harxhimit të punës minimalenë kompresorin me dy shkallë, presioni ndërmjetës llogaritet: .

Puna teorike e harxhuar në kompresorin me z shkallëllogaritet me formulën:

78

a)

v

P

1p1

p

p2

AB

2'

2" T=konstpvn=c

2

k2

k1

b)

s

T

'2p

1

p1

A

B

2

2

qk2 qpf qk1

1 2

34

6

12

5

ujë ftohës

qpf

(6.7)

Sasia e nxehtësisë që duhet larguar nga cilindri ekompresorve të shkallës së parë dhe të dytë (Qk1 dhe Qk2) dhenga ftohësi i ndërmjetëshëm (Qpf) ( në proçesin me px=konst.)llogariten:

(6.8)

(6.8a)

ku: M-(kg/s) – sasia e ajrit që shtypet në kompresor cn1, cn2, cp – nxehtësia specifike në proçeset politropik 1A

dhe B2, dhe në proçesin e ftohjes me px=konst, nëA-B.

Mu – kg/s-sasia e ujit ftohëscu – 4,1868 kJ/(kg K) – nxehtësia specifike e ujit ftohëstu=(1012)0C; Rritja e temperaturës së ujit ftohës

Fuqia treguese (indikatoriale) e kompresorit meveprim të njëfishtë llogaritet:

(6.9)

pi – presioni mesatar tregues indikatoriale në njësi tësistemit SI (N/m2)

79

Fuqia në boshtin e kompresorit që quhet fuqia efektiveështë:

(6.10)

ku m = 0.85 – 0.95 është rendimenti mekanik i kompresorit.Fuqia e motorit Nm është më e madhe se fuqia në boshtin

e kompresorit në madhësinë e humbjeve të fuqisë nëtransmission (kur ai ekziston) dhe në vetë motorin. Këtohumbje vlerësohen nëpërmjet rendimentit të transmisionit trr

dhe rendimentit të motorit mot

ku trr = (0.96-0.99) (6.11)

Fuqia e instaluar e motorit Ninst zakonisht pranohet menjë rezervë (10-15)%, pra:

(6.12)

KAPITULLI -VII- 7.1 CIKLET E IMPIANTEVE TË PRODHIMIT TË PUNËS

Në teknikë përdoren impiante që prodhojnë punë mekanike,për të vënë në lëvizje makina të ndryshme si në rastin emotorave me djegie të brendshme (MDB) që vejnë në lëvizjeautomjetet, lokomotivat, vaporet apo avionët, etj, por dheimpiante të tjerë që prodhojnë energji elektrike dhenxehtësi për ngrohje të zonave të ndryshme apo banesave,etj.

Por edhe në motorët me djegie të brendëshme apo tëjashtëme (si në rastin e turbinave me gaz) mund të përdoretnxehtësia për për ngrohje sipas metodës së kogjenerimit. Në

80

këto impiante trupi i punës mund të mos e ndryshojë gjëndjenfazore ose

edhe ta ndryshojnë gjendjen fazore. Do të studiojmë rastinkur trupi i punës e ndryshon gjendjen fazore, siç ndodh nëimpiantet e turbinave me avull.

7.1-1 Ciklet e impianteve të turbinave me avullNë këto impiante gazet e djegies që çlirohen nga

djegia e lendës djegëse shërbejnë si burim nxehtësie dhe josi trup pune. Në rolin e trupit të punës këtu shërben avullii ujit i cili prodhohet në gjeneratorin e avullit, ndërsa nërolin e burimit të ftohtë është uji i ftohtë i mjedisit qëkalon në kondensator, ku avulli kthehet në lëng,(kondensat).

Kur cikli zhvillohet në zonën dy fazore, për faktin segjatë avullimit dhe kondensimit në presione respektivekonstante, temperatura qëndron konstante, rezulton mundësiaqë të realizohet teorikisht cikli Karno ndërmjettemperaturave respektive TN dhe TF-që jep mundësi të merretrendiment maksimal fig.7-1

Fig. 7-1

Proçeset e realizuar në këtë cikël teorik janë:1-2; zgjerim adiabatik në turbinë*) ku prodhohet puna T

2-3; kondensimi në p = konst. dhe t = konst. i avullit nëkondensator përmes të cilit largohet nxehtësia qF = q2

(QF=Q2)

81

v

p

a)

x2x1

x3

x=0

32 t

F

tN

14

K

p2

T

s

x=1x2

2qF

x3

32

1

p1K

qN4

b)

3-4; shtypja adiabatike në kompresor ku harxhohet puna k

4-1; avullimi në p dhe t – konstante, i lëngut, qërealizohet në gjenerator të avullit (GA)-si rezultat inxehtësisë qN=q1- të krijuar nga djegia e lëndës djegëse.(QF=Q1)

Ky cikël ka të metë kryesore se në proçesin 3-4 – nëkompresor shtypet (avulli i lagur (lëng+avull) ndërsa nëpikën 2 (pas zgjerimit në turbinë) kemi një sasi tëkondirueshme uji-që vështirson proçesin e zgjerimit.

Për të eleminuar këto të meta; bëhet kondensimi iplotë i avullit deri në pikën 2'-që jep mundësi që shtypjanë kompresor i avullit të lagur të zëvëndësohet me shtypjendhe shtytjen e kondensatit në pompë, kështu do të harxhohetnjë punë më e vogël në pompë p, ndërsa avulli para se tëfutet në turbinë tejnxehet, dhe avulli i tejnxehur paszgjerimit në turbinë del me shkallë të lartë thatësie, se nërastin e parë. Një cikël i tillë me avull të tejnxehur quhetcikël Rankin.

Skema e thjeshtë e impiantit, dhe cikli përkatësRankin i paraqitur në diagramat p-v, T-s dhe h-s, tregohetnë figurën si më poshtë 7-2a,b,c,d:________________________

*) Për shkak të epërsive të njohura, në ditët e sotme tëgjithë impiantet e avullit punojnë me motor të tipitturbinë.

82

2PU3

4

GA

5 TE 1 kg avull 1

q1=qN

GET

2

PQ

KF

KN

q2=qF

Fig. 7-2a

=pk

p1

a b

TF

2

- d -

- b -

- c -

Fig. 7-2a,b,c,d

Proçeset e realizuar në ciklin teorik Rankin me tejnxehje –janë si më poshtë:

1-2,zgjerimi adiabatik i avullit në turbinën T, ku presionibie nga p1 në p2 dhe prodhohet

punë , e cila përdoret për të prodhuar energjielektrike gjeneratorin elektrik GE.

2-2,kondensimi i plotë i avullit në kondinsator KN, me p2 =konst. dhe t2=konst.ku për efekt të diferencës të temperaturave TF largohet në

mjedis nxehtësia. (Nëtermoçentralet që punojnë sipas ciklit () Rankin

që i përgjigjet një temperature

25300C.) Nxehtësia q2=qF merret nëpërmjet ujit ftohës qëvjen nga kulla e ftohjes KF, dhe qarkullon nëkondensatorin KN.

2-3,shtypja dhe shtytja e kondensatit nëpërmjet pompës PU,ku presioni rritet nga p2 në p1 dhe harxhohet puna: p=h3-h2.

3-4,ngrohja e lëngut në gjeneratorn e avullit GA-deri nëtemperaturën e vlimit ts; 4-5, vlimi i lëngut në GA- në p1=konst dhe ts=konst dhe 5-1,

tejnxehja e avullit në tejnxehësin TE, deri në t1>ts. Nëproçesin 3-4-5-1 ku bëhet ngrohja –vlimi dhe tejnxehja nëp1=konst; nxehtësia qN=q1-merret nga burimi në temperaturënTN, për efekt të diferencës temperaturave TN. – ku

83

(7.1)

Cikli Rankin gjen zbatim në termoçentralet (TEC-et) me avullku puna e prodhuar nga nxehtësia e dhënë, shndrohet nëenergji elektrike në gjeneratorin elektrik GE.

Për ciklin Rankin-reversibël 1-2-2-3-4-5-1 (fig.7-2)puna e prodhuar llogaritet si më poshtë:

(7.2)

ndërsa rendimenti termik i ciklit Rankin llogaritet:

(7.3)

Për presione p1 deri 100 bar, puna e harxhuar në pompë(p) është shumë më e vogël se ajo që fitohet në turbinëprandaj ajo neglizhohet: pra , për të cilin

Për këto kushte rendimenti termik i ciklit Rankin-reversibël llogaritet:

(7.3a)

këtu - entalpia e ujit ushqyes.Rritja e rendimentit të ciklit Rankin, arrihet

nëpërmjet rritjes së parametrave fillestare p1, t1; uljes sëpresionit në kondestator p2 = pk, e cila kondicionohet ngatempëratura e mjedisit rrethues, ku në mënyrë të domosdoshmekalon një pjesë e nxehtësisë, gjithashtu për të rritrendimentin e ciklit përdoret tejnxehja përsëritëse dherregjenerimi i nxehtësisë që në ciklin e Rankin realizohetnëpërmjet marrjeve të avullit nga turbina.

7.1-2 Cikli me kogjenerim apo termofikues:

84

Ndërmarjet ekonomike, industriale apo banesat nëqytete, etj kanë nevojë jo vetëm për energji elektrike poredhe për nxehtësi, të cilat mund të prodhohen në mënyrë tëveçuar por dhe në mënyurë të përbashkët apo të kombinuar neimpiante që quhen termofikuese apo kogjeneruese.

Në keto impiante nxehtësia mund të prodhohet mepotencial (temperatura – t) të lartë-sipas kërkesaveteknologjike (industriale) ose me potencial (t) të ulët (nëformë të ujit të ngrohtë në t900C) për nevoja komunale, përngrohje, etj.

Impiantet që punojnë sipas parimit të ciklittermofikues apo kogjenerues përbëjnë TEC-et me termofikimapo kogjenerim.

Në ciklin termofikues Rankin të paraqitur në (fig.7-3)nxehtësia e dhënë nga burimi në cikël përdoret për:

konsumatorin apo përdoruesinmekanik (puna e prodhuar L ështëe bararvlefshme me syprinën1-2-2-4-5-1) dhe

konsumatorin termik (nxehtësiaQT, e barasvlershme me syprinën2-a-b-2-2) dhe e dhënë përmesmbartësit të nxehtësisë, qëpërfaqëson avullin me presion pT

dhe temperaturën tT.Kur përdoruesi termik, KT, kërkon ujë të nxehtë,

turbina punon me vakum të keqësuar (fig.7-4a), ndërsa kurkërkon avull, ajo punon me kundërpresion (fig.7-4b).Përdorim edhe më të madh kanë turbinat me marje tëndërmjetme e të rregullueshme (fig.7-4c), në të cilat njëpjesë e avullit, Dm, pasi zgjerohet nga presioni p1 deri nëatë marrjes pm dhe prodhon punën përkatëse, shkon nëpërdoruesin termik. Pjesa tjetër Dk, zgjerohet plotësishtderi në pk = p2 duke kalu ne kondensator dhe është epavlefshme për konsumatorin termik. Prej kësaj skeme,rezultojnë dy raste ekstreme

85

Fig.7-3

- me kondensim (kur dhe ), (ku nuk kakonsumatorë termikë)

- me kundërpresion (kur dhe ; nuk ka kondensator

Fig. 7-4 a,b,c

Prodhimi i kombinuar i punës dhe i nxehtësisë, megjithëse eul, rendimentin termik të ciklit, për shkak të rritjes sëpresionit të kondensimit, përmirëson shkallën e shfrytëzimittë lëndës djegëse. Vlerësimi i këtij prodhimi të përbashkëtmund të bëhet nëpërmjet koefiçientit të shfrytëzimit tënxehtësisë:

(7-4)

KAPITULLI -VIII- 8.1 CIKLET E IMPJANTEVE TË FTOHJES DHE TËPOMPAVE TË NXEHTËSISË (TERMIKE)

Kemi shpjeguar më parë (kapitulli III) se impiantet eftohjes (frigoriferët) dhe pompat termike, si rezultat ipunës së harxhuar bëjnë kalimin e nxehtësisë nga një

potencial termik (temperaturë) më të ulët, ne një potencialtermikë (temperaturë) më të lartë. Ndërmjet tyre atondryshojnë vetëm nga nivelet e temperaturave. Kështu përrealizimin e mjedisive të ftohta me temperaturë tF, sinivel i sipërm shërben mjedisi i jashtëm me temepraturë To;

86

në të kundërt kur mjedisi me temperaturë To, shërben siburim i poshtëm, ai shërben si burim, për realizimin emjediseve të nxehta në temperaturë TN, (dhe përdoren përngrohjen e ndërtesave).

Sipas llojit e energjisë së harxhuar, dallojmëimpjante ftohëse dhe pompa termike të tipit me kompresorë tëcilat harxhojnë (perdorin) punë mekanike, dhe ato të tipitme absorbim dhe me ezhektorë të cilët harxhojnë (përdorin)nxehtësi:

Në ciklet e kundërt të impianteve ftohëse (si dhe nëciklet e drejtë të motorave termikë) në rolin e trupit tëpunës përdoren përsëri gazet: si ajri (që pothuajse nukpërdoret më) dhe avujt. Trupat e punës në impiante e ftohjesduhet të plotësojnë kërkesat e më poshtëme:

Në mënyrë që cikli i ftohës apo i pompës termike, tërealizohet: në zona të përshtatëshme fazore, me qarkullim samë të vogël, në paisje me përmasa sa më më kompakte tëimpiantit, e pa probleme për materialet e impjantit dhejetën e njërëzve; trupat e punës në këtë rast duhet tëplotësojnë kërkesat e më poshtme:1. Parametrat e pikës trefishe T-të jenë sa më të ulët 2. Parametrat e pikës kritike K të jenë sa më të lartë3. Të kenë presione e temperatura avullimi dhe kondensimi sa

më të përshtatshme.4. Të kenë; nxehtësi latente e aftësi specifike vëllimore të

ftohtit sa më të mëdha5. Të kenë: qëndrueshmëri kimike mos djegie, të mos kenë

veti shpërthyese, aftësi jo helmueseKërkesat e mësipërme e kostoja më e ulët favorizojnë

përdorimin e mirë tekniko-ekonomikMë mirë nga të gjithë trupat e punës së përdorë deri

më sot, kërkesat e mësipërme i plotëson amonjaku (NH3) dheka mangësi të vetme se është shumë helmues.

Megjithatë amonjaku vazhdon të përdoret edhe sot nëfrigoriferët industrialë.Më pas më 1928-General Motors-krijoj-anëtarin e parë tëfamiljes të klorofluorkarbureve R21-të njohur me emrintregtar Freon 21. Më pas janë zbuluar e përdor: R11, R12,R13, R22, R23, R113, R502.

87

Freonet janë hidrokarbure të ngopura të metanit dheetanit. Për të gjithë freonet si veti të përbashkëta janë:qëndrueshmëria kimike, mos djegia, jo toksiciteti, mosndikimi në materialet e përdorura (në kushte të caktuara)mos ndikimi në organet e frymëmaries së njëriut, mos pasja eerës, (në raporte të caktuara).

Në vitet 1970 u dallua efekti negativ i freonevekryesisht R11, R12, R115, etj. në dëmtimin e shtresës sëozonit (veti të cila nuk e ka amonjaku NH3). Ky faktkushtëzoi prodhimin e përdorimin e lëndëve (freoneve) tëtjerë që nuk e dëmtojnë shtresën e ozonit. Kështu psh përpompat termike trupat e rinj të punës R407C dhe 410a-kanëzëvëndësuar freonin R22. Ndërsa për frigoriferët lengjetR134a dhe R409a kan zëvëndësuar atë R12, ndërsa R404a kazëvëndësuar R507, dhe R402 ka zëvëndësuar atë R 502.

Në makinat e ftohjes me absorbim (që përdoren shumë nësupermarkete e magazina , etj) si trupa pune përdorentretjetlinare të H20+NH3 dhe BrLi+H2O, në të cilëtpërkatësisht – uji H2O dhe bromuri i Litminit (BrLi) janëabsorbentet ndërsa amonjaku dhe uji, si të absorbuar, janëtrupa të punës.Në frigoriferët industrialë që punojnë me NH3- si mbartës itë ftohtit mund të përdoren dhe përzierja e ujit me kripë (eashtuquajtura shellirë).

8.1-1 Ciklet e impianteve të ftohjes në kompresorë

Skema e impjantit të ftohjes që realizon ciklin ekundërt me trup pune ajër ose avull mund të paraqitet si në(fig.8-1a).Në ciklet e paraqitura në diagramën T-s-kemi: 1-2, proçesi ishtypjes adiabatike të ajrit (fig.8-1b) dhe të avullit(fig.8-1c) në kompresorin K, ku harxhohet puna k, 2-3proçesi me p = konst, nëpërmjet të cilit në paisjen B bëhetdhënia e nxehtësisë qN =qI nga trupi i punës me burimin enxehtë (mjedisi rrethues); 3-4-proçesi adiabatik i zgjerimittë trupit të punës në makinën e zgjerimit MZ, ku fitohetpuna MZ,.

88

A

MZ

BK

s

T

1

4 qF

TF

TN2

3To=TN

c

qF=q2

x4

14

3

p1

p2

K

qN

x=1c

T

sDH.F

41

23 2

a) b)c)

Fig. 8-1a,b,c

Proçesi 4-1, bëhet transmetimi apo dhënia e nxehtësisënga burim i ftohtë ne trupin e punës, ku bëhet mbyllja eciklit në temperaturën tF, (pika 1). Dallimi ndërmjet ciklittë ajrit dhe atij të avullit –është se në cikël të ajrittemperatura e ajrit ndryshon vazhdimisht në proçeset 4-1 dhe2-3, ndërsa në ciklin e avullit temperatura në ato proçesenuk ndryshon. Kështu me përdorimin e avullit si trup pune,mund të realizohet cikli ideal i kundërt Karno, nëintervalin e temperaturave TF dhe TO = TN.Në ciklet me trup pune avull-paisjet e transmetimit tënxehtësisë B dhe A-ku realizohen proçeset e kondensimit 2-3dhe të vlimit – ose avullimit 4-1 quhen përkatësishtkondensues e avullues.Në këto proçese nuk është konsideruar deferenca e nevojëshmee temperaturave TN dhe TF, për transmetimin e nxehtësisë,ndërmjet dy niveleve dhe trupit të punës. Në vazhdim,temperatura e sipërme TN me të cilët realizohet proçesi ikondensimit (ne TK) pranohet sa ajo e mjedisit të jashtëm(TO); pra (TN = TK= TO); ndërsa ajo e poshtëme sa temperaturae vlimit pra TF=Tv.

Në këto kushte, realizohet cikli ideal Karno (që nëpraktikë nuk mund të realizohet) për të cilin koefiçienti iftohjes i përcaktuar sipas ekuacionit ( 3-3 ) del ibarabartë me:

(8.1)

Vëmë re në diagramën T-s në (fig.8-1c) se nëkompresor shtypen avull dhe pika lëngu në masën (1-x), tëcilët në se nuk avullojnë gjatë shtypjes krijojnë mundësinëe

mbushjes së cililindrit të kompresorit me lëng, kompresoripunon me goditje hidraulike e mund të shkatërohet. Për të

89

eliminu këtë dukuri gjëndja 1 në dalje të avulluesit, duhettë jetë jo në zonën e avullit të lagët-por së paku në vijënkufitare x=1 ( fig.8-2b) në këto kushte proçesi i shtypjes1-2 kryhet në zonën e avullit të tejnxehur, që shkaktonshmangien e parë nga cikli Karno.

Më tutje për të thjeshtuar konstruksionin e impiantittë ftohjes – makina e zgjerimit (ku realizohet) proçesi izgjerimit 3-4 zëvëndësohet me ventilin droselues VD., kurealizohet proçesi adiabatik irversibël 3-4i. (proçes qërrit punën e harxhuar në cikël). Në frigoriferët shtëpiak nëvënd të ventilit droselues përdoret një tub kapilar në formëspirale.

Kështu kur si trup pune përdoret avulli, skema më eplotë e impjantit të ftohës dhe cikli përkatës në diagramatT-s dhe p-h (me ndryshimet apo korigjimet e përdorur më

sipër-për ciklin e avullit Karno)-paraqiten në figurë ( 8-2a,b,c)

a)b) c)

Fig.8-2a,b,c

Në skemën është shtuar dhe ndarësi i lëngut N, i cilinuk lejon kalimin e lëngut në kompresor K, por lejon vetëmkalimin e avullit të thatë, me x=1.

Proçeset e realizuara në skemë dhe ciklet teorik1234i1-janë

Proçesi –1-2-shtypja e avullit në kompresor K kuharxhohet puna:

90

DH.F

s

T

hgfea

b

qF=q2

4i

41

x=1

pvh=ct

pk3

K

qN=q1

2

2

h

p

q2=qF

k

k

x=1x=0

tv

tk

t2

2

1

2

4ipv, tv

pk, tk

3

K

qN

c

(8.2)

Proçesi –2-2-3-ftohja në p=konst. dhe kondensimi iavullit në kondensator KN ku-nxehtësia e dhënë në mjedisështë:

(8.3)

Proçesi 3-4i-droselimi i lëngut në ventil droselues VDku, h3=h4i

Proçesi 4i-1 – marrja e nxehtësisë në avullues A ngamjedisi që ftohet, që përfaqëson edhe të quajturin efektftohës; qF.

(8.4)

Në këtë rast koefiçienti i ftohjes (f) llogaritet:

(8.5)

Për siguri më të plotë në punë të kompresorit me avulldhe për të rritur efektin ftohës (apo prodhimtarinë e tëftohtit) si dhe koefiçientin e ftohjes f, bëhet edhetejnxehja e avullit (proçesi) 1-1 dhe tejftohja ekondensatit proçesi 3-3 (fig.8-3a,b).

Për shkak të transmetimit të nxehtësisë nga kondensatiKN-në mjedis rrethues dhe nga dhoma e ftohjes (DH.F) nëavullues A këto proçese kushtëzohen dhe nga tamperatura T0

dhe TF.

91

Fig. 8-3a,b

Kështu për të realizuar transmetimin e nxehtësisëndërmjet trupit të punës dhe burimeve të nxehtësisë duhet tëekzistojnë dhe diferencat e temperaturave TN dhe TF, ekështu proçeset me cikël real janë irreversibël.

8.1-2 Cikli me shumë shkallë dhe cikli Kaskadë

1) Cikli me dy shkallë:Kur kërkohen temperatura të ulta tëftohjes duhet të zvogëlohet dhe presioni i vlimit, pra tërritet = p2/p1 – në kompresor. Për këtë kalohet nëciklet e ftohjes me dy ose me më shumë shkallë, kupresioni ndërmjetës përcaktohet sipas rregullit

. Në figurën 8-4 po paraqesim skemën e instalimit me dyshkallë me kompresorë me piston dhe ciklin përkatës nëdiagramën p-h, ku proçeset e realizuara janë si më poshtë:1-2-shtypja e avujve të tejnxehur në kompresorin e presionite të ulët (KPU); ku harxhohet puna 1; 3-4-shtypja nëkompresor të presionit të lartë (KPL) kur harxhohet puna 2;4-5-ftohja dhe kondensimi i avullit në kondensator KN, kujepet nxehtësia

92

p

3

1

2

45

67

8

hx=1

x=0

tv=-300C

00C

tk=(3040)0C

K

AqF

8

VD1

7M1

EN

6VD25

00C M2

qNKN

4KPL(K2

)3

2KPU

(K1

)1-

300C

a)

a)

DH.F

s=konst.

s=konst.

Fig. 8-4

; 5-6-proçesi i droselimit të kondensatit neVD2; 7-8-droselimi i lëngut në VD1; 8-1-proçesi i avullimittë lëngut në avulluesin A-ku merret nxehtësia qF nga mjedisiqë ftohet

Koefiçienti i ftohjes në këtë rast llogaritet

(8.6)

ku M1 dhe M2 – sasia e trupit të punës që qarkullon nëqarkun e presionit të ulët dhe presionit të lartë (është injëjti trup pune apo lëndë pune)

2) Cikli kaskadëMegjithatë, edhe në ciklet shumëshkallëse, arritja e

temperaturave gjithnjë e më të ulta është e kufizuar.Vështërsitë dukën sidomos për temperatura e vlimit, nën –700C, nivele që, për disa trupa të punës, janë rreth pikës

trefishe. Trupa tëtjerë të punës,megjithëse metemperatura më tëulta të kësaj pike,kanë parametrakritike mjaft tëulët dhe shpeshnëntemperaturën e

93

Fig. 8-5

K2

K1

mjedisit të jashtëm. Me këtë tregues, cikli i ftohjes irealizuar sipër pikës kritike, do të shmangej shumë nga aikarno. Për të gjitha këto arësye kalohet në ciklin kaskadë(fig.8-5). I ngjkashëm me atë të fuqisë, por me kah tëkundërt, ai paraqet në vetvete bashkimin e dy qarqeve të njëcikli binar, atij 1-2-3-4i-1, të

realizuar me trup pune të temperaturave të ulta (zakonishtR13) dhe atij 5-6-7-8-9i-5, të realizuar me trup pune tëtemperaturave të larta (R12, R22 ose amoniak). Qarku iposhtëm rrit potencialin termik, nga rreth –1000C deri nërreth –400C, ndërsa i sipërmi nga –400C në temperaturën emjedisit të jashtë, p.sh. +300C. bashkimi i këtyre qarqeve,që mund të jenë njëshkallësh, por edhe dyshkallësh, bëhet nëpaisjen KN-A të transmetimit të nxehtësisë, e cila përqarkun e poshtëm është kondensues dhe realizon proçesin 2-3;ndërsa për të sipërmin, avullues dhe realizon proçesin 9i-5.

Koefiçienti i ftohjes ka një ekuacion krejt tëngjashëm me atë (8-6)

8.1-3 Ciklet e impjanteve të pompave termike

Pompa e nxehtësisë, megjithëse me të njëjtat pjesë kryesore,kompresor K, kondenstaori KN; ventili droselues VD dheavulluesi A (fig.8-6) ndryshon nga makina ftohëse vetëm përnga intervali i temperaturave ku realizohet cikli. Ajo kryentë njëjtët proçese: shtypja adiabatiike e avullit, 1-2;ftohja 2-2 e kondensimit 2-3; droselimi adiabatik 3-4i dheavullimi 4i-1. (fig. 8-2b )

Koefiçienti i ngrohjes, i barabartë me

(8.7)

më i madh se një, dhe që në realizimet e sotme ështëndërmjet 1,5 dhe 4, tregon se, përkundrejt ngrohjes direkte, kërkohet n herë më pak

eksergji, edhe pse zakonishtnë trajtën e energjisë

94

Fig.8-6

elektrike. Për rrjedhojë, pompat termike, të bazuara nërikuperimin e nxehtësisë, megjithëse me investime më tëmëdha, kanë kosto më të ulët të prodhimit të energjisë përngrohje, fakt që paraqet një përparësi të padiskutueshme tëkëtyre paisjeve ndaj të gjithë mënyrave me ngrohje tëdrejtpërdrejtë .

Si trupa pune përdoren ato avuj, që, me vetitë e tyre,i përshtaten parametrave të kërkuara në avullues e nëkondensator, çka do të thotë se në impiantet e ftohjes itakon një diapazoni më të gjërë të temperaturave. Në këtëkëndvështrim, amoniaku mbetet i përshtatshëm vetëm përarritjen e potencialeve relativisht të ulta. Nga freonetmund të përmenden R12, R22, R11, R113, R142, prej të cilëvei pari dhe i katërti përdoren në kompresorët me piston;ndërsa i dyti dhe i treti, në turbokompresoët. Sot tentohetsidomos te R407c dhe 410a.

Përmes valvolës së kthimit VK, nga komandimi i dypajisjeve të transmetimit të nxehtësisë, të instaluarabrënda dhe jashtë mjedisit (fig.8-7), mundësohet që pompa enxehtësisë që përdoret për ngrohje dhe për ftohje. Kurpajisja e majtë shërbën si avullues dhe e djathta sikondensues, ajo punon për ngrohje, ndërsa, kur pajisja emajtë shërben si kondensues dhe e djathta si avullues, përftohje.

Pompat e

95

Fig.8-7.

nxehtësisë, me të dy funksionet e tyre (për ngrohje dheftohje, veçanërsiht të godinave rezidenciale dhe tregtare),janë gjithnjë më efektive në rajonet ku ngarkesa termikegjatë verës është më e madhe se gjatë dimrit. Në rastet ekundërta, d.m.th. me koefiçient më të vogël të ngrohjes,këto pajisje janë më pak ekonomike.

Praktika ka edhe shembuj të aplikimit të njëhershëm tëngrohjes e të ftohjes fig.3-5 d. Në qëndrat modernesportive, me impmiantin e ftohjes përgatitet pllaka epatinazhit, ndërsa me atë të ngrohjes, uji i ngrohtë ipishinave, në industrinë e qumështit, krahas ftohjes sëkëtij materiali, bëhet ngrohja e ujit sanitar, ashtu sikundërt ka edhe frigoriferë shtëpiakë që, duke kaluar ujënëpër kondensator, e ngrohin atë për nevojat e kuzhinës.

Pomapa termike kthehet në kondicioner, në seplotësohet me pajisjet e nevojshme për realizimin eproçeseve të lagështimit dhe të tharjes së ajrit.

Burimet termike të pompës së nxehtësisëBurimi termnik më i shpeshtë dhe më i zakonshëm, ose

niveli i poshtëm i ciklit të pompave të nxehtësisë, ështëajri i atmosferës. Për këtë rast (sistemet ajër-ajër), mepërdorim të gjërë sidomos në pompat me kapacitete të vogla etë mesme, i vetmi shqetësim i shfrytëzimit të tyre mbetetmundësia e grumbullimit të padëshirueshëm të borës nga ana ejashtëme e serpentinës së avulluesit. Kjo ndodh gjatë dimritsidomos në rajonet me klimë të lagësht e kur temperaturatjanë nën 2-50C. Shtresa e borës dobëson kalimin e nxehtësisëdhe, për rrjedhojë, e ul koefiçientin e ngrohjes.Megjithatë, shkrirja e saj bëhet e thjesht, duke ndryshuarciklin, nga ngrohja në ftohje, d.m.th. duke kthyeravulluesin në kondensator. Në planin termodinamik, mangësitëkonsistojnë në luhatjen e temperaturave të këtij ajri dhe nëkoefiçientin e vogël të konveksionit.

Ujërat kanë epërsi të ndjeshme termodinamike dheprandaj mund të përdoren për kapacitet të mesme e të mëdha.Ndaj ajrit, uji ka të metën se i shërben vetëm impianteve

të ndodhura afër burimeve të tij, por ka përparësinë se, metë mundësohet ulja e tem[peraturës së kondensimit, pra edhe

96

rritja e koefiçientit të ngrohjes. Gjatë dimrit, ata kanëtemperaturë më të lartë se të ajrit dhe madje më tëqëndryeshme se ajo. Nëse nuk ka probleme të ngrirjes, ujithithet edhe nga thellësia prej deri në 80 m. Uji i lumejve,me temperatura prej 2110C, ka papastërti mekanike; ndërsaai i liqenjve, për shkak të lëvizjes më të pakët, nën algaqë grumbullohen në sipërfaqen e avulluesit. Uji i detit,megjithëse më i pastër, ka temperaturë më të lartë. Nga tëgjithë ujërat, më i përshtatshëm është ai i burimevegjeotermale.

Përkundrejt dy burimeve të para, toka ka temperaturëkonstante, koefiçient të lartë të transmetimit të nxehtëisëetj. në gjëndje të ngjeshur dhe të lagur ka veti edhe më tëmira. Sistemet me burim dheu janë pak të përdorshme përshkak të vendosjes së thellë në tokë.

Me mjaft efektivitet, është përdorimi i burimevedytësore të energjisë, me hedhjet termike, si: ujëratindustrialë, gazet e nxehta, avujt etj.

KAPITULLI –IX- 9.1 LËNDËT DJEGËSE DHE KLASIFIKIMI I TYRE.

9.1-1 Disa njohuri

Lëndë djegëse (l.dj.)*) quhen ato lëndë të cilat kurdigjen çlirojnë nxehtësi, e cila shfrytëzohet për qëllimeenergjitike, industriale osse edhe për ngrohje. Sipasgjendjes së saj fizike, l. dj. ndahet në: të ngurtë, tëlëngët dhe te gaztë, ndërsa sipas origjinës, në natyrale dheartificiale, që fitohen me anë të përpunimit kimik osemekanik të l. dj. natyrore.

Në tabelën 9.1 po japim klasifikimin e l.dj sipasndarjes së mësipërme:

Tabela 9.1

Origjina

Gjendja fizike

E ngurtë E lëngët E gaztë

97

Natyrale

Druri, torfa,qymyri i gurit,qymyri brun,antraciti

NaftaGazi natyraldhe gazet epuseve tënaftës

Artificiale

Qymyri i drurit,briketi, koksi,lënda djegëse epluhurizuar (lëndadjegësebërthamore)

Benzina, vajguri,benzoli, mazuti,vaji solar dhe

lëndët djegëse qënxirren gjatëkoksifikimit të

qymyreve

Gazi ndriçues,gazi i koksit,gazi i furrëssë lartë, gazii gjeneratorit,gazi i ujit,gazi i uzinavetë përpunimittë naftës.

Analiza elementare për lëndën djegëse (të lëngët dhe të ngurtë) jep këtë përbërje:

(9.1)

_______*) Lënda djegëse – do e shënojmë me shkurtime: l.dj.

Këtu me c, h, o, n, s, a, w, janë shënuar sasitë në peshë tëelementeve përbërës të l. dj. në kg (respektivisht karboni,hidrogjeni, oksigjeni, azoti, squfuri, hiri dhe lagështia)që ndodhen në 1 kg lëndë djegëse (l.dj.)*.

Lënda djegëse e ngurtë ose e lëngët, shtu siç përdoretnë furrat e gjeneratorëve të avullit, quhet l. dj. e punës(ose masa e punës) dhe në këtë rast të gjithë elementëtpërbërës shënohen me indeksin p, që duke i shprehur nëpërqindje kemi:

(9.2)

Elemente që digjen janë karboni Cp, hidrogjeni Hp dhesqufuri që digjet .

98

Karboni ( c ) është elementi kryesor i l. dj. tëngurtë por dhe të lëngët i cili kur digjet çliron nxehtësinëprej : 33939 kJ/kg.

Hidrogjeni ( h ) është elementi më i rëndësishëm ekryesor për l.dj. të lëngëta dhe gazta, i cili kur digjetçliron nxehtësinë prej: 103074 kJ/kg.

Squfuri ( s ) është elementi i dëmshëm në përbërjen e l.dj. Pavarsisht se kur digjet çliron nxehtësi prej 10894kJ/kg. (pasi krijon mundësinë e krijimit H2SO4 që dëmtonsipërfaqet e impianteve)

Lagështia e l. dj. është e dëmshme pasi për avullimine saj harxhohet nxehtësi, ( dhe kjo krijon mundësinë ekrijimit H2SO4 në reaksionin me SO3)

Prandaj vlerësohen më tepër ato l.dj. që kanë, mëshumë ( c ) dhe ( h ), dhe sa më pak ( s ), ujë dhehi ( a ).Hidrogjeni, oksigjeni dhe azoti në l.dj. të ngurtë janë nësasira relativisht të vogla.

Po të heqim nga lënda djegëse në fillim lagështirëndhe pastaj dhe hirin, elementet që mbeten përbëjnërespaktivisht masën e thatë e masën djegëse për të cilatkemi:

Për masën e thatë: (9.3)

Për masën djegëse: (9.4)

Në tabela, l. dj. zakonisht jepet kështu: 1) përbërjamesatare e masës djegëse: 2) hiri në masën e thatë, Ath: 3)lagështia e punës . Në qoftë se l. dj. ngrohet në mungesëtë ajrit (në t = 850oC, për 7 minuta) atëherë produktet egazta që formohen quhen lëndë flurore që përbëhen kryesishtprej gazeve djegëse (që quhen edhe flurore djegës) dheavullit të ujit. Pjesa e ngurtë që mbetet (pas veçimit tëlëndëve flurore) quhet koks, i cili përbëhet kryesisht prejkarbonit (shiko fig. 9-1)

99

9.1-2 Nxehtësia e djegies së lëndës djegëse (fuqiakalorifike). Sasia e ajrit të nevojshëm për djegie.

Karakteristikë shum e rëndësishme termoteknike e l. dj. është nxehtësia e djegies,e cila përfaqëson sasinë e nxehtësisë që çlirohet nga djegia e 1 kg l. dj. të ngurtë(ose të lëngët) ose e 1 m3 N l. dj. të gaztë dhe matet respektivisht kJ / (kg ldj) osekJ / (m3 N ldj).

Dallojmë nxehtësinë e djegies së lartë ( ) dhe

të ulët ( ). Nxehtësia që fitohet nga djegia e 1 kg l.dj. duke përfshirë edhe nxehtësinë e formimit tëavujve të ujit, quhet nxehtësia e lartë e djegies së l.dj. ( ). Në qoftë se avujt e ujit që hyjnë nëpërbërje të produkteve të djegies nuk kondensohen,por largohen në atmosferë, atëherë sasia enxehtësisë që çlirohet (apo fitohet) në këtë rastpërbën nxehtësinë e ulët të djegies ( ).Këto dy madhësi lidhen ndërmjet tyre me formulën:

(9.5)

Përcaktimi i nxehtësisë së ulët të djegies së lëndëve djegëse 1) të ngurta dhetë lëngëta me përafërsi të mjaftueshme, Fig. 9.1 bëhet me anë të formulës empirike.

(9.5a)

ku CP, HP, OP, -janë specifikuar në formulën 9.22.Për lëndën djegëse të gazët –kemi formulën empirike:

100

AP

CP

HP

SPdj

NPQP

WP

Përbër

ësit

djegës

Masa

e

punë

s

Hir

iKarb

oni

fiks

flur

ore

djeg

ës

Lagësh

tira

koks

iLëndët

flurore

ku CO, H2, CH4 ….., etj - janë pjesët në vëllim nëpërqindje (%) të gazeve përkatës në l. dj. të gazët. Pjesëtnë vëllim mund ti referohen dhe 1 m3N – l. dj. dhe formulashkruhet:

Për të gjykuar mbi harxhimin e l. dj. të ndryshme ështëfutur kuptimi i l. dj. konvencionale, nxehtësia e ulët edjegies se të cilës është për l. dj. të ngurtadhe të lëngëta) (për l. dj. tëgaztë). Në përputhje me këto, çdo l. dj. ka ekuivalentin evet termik, i cili llogaritet:

(9.8)

Kalimi nga lënda djegëse natyrale e harxhuar, Bn; në atëkonvencionale bëhet:

(9.9)

Kur përbërja kimike e l. dj. nuk dihet atëhere nxehtësiae djegies: për l. dj. të ngurtë përcaktohet në bombënkalometrike, ndërsa për l. dj. të lëngëta dhe të gazta,përcaktohet me kalorimetrin Junkers. Për vlerësim të sasisëapo harxhimit të l. dj. është futur në teknikë njësia matëseTEP (ton ekuivalent petrol).

1 TEP = 1000 ton naftë = 107 kkal = 4,1868107 kJ

9.1-3 Djegia. Sasia e ajrit dhe produkteve të djegies

Për të realizuar proçesin e djegies së l. dj. janë tëdomozdoshme kushtet e mëposhtëme: 1) Arritja në paisjen efurrës, e temperaturës së lartë për ngrohjen e e l. dj. derinë temperaturën e ndezjes dhe 2) Futja tek l. dj. e sasisësë mjaftueshme të ajrit të nevojshëm për djegie.

101

Temperatura e ndezjes së l. dj. varet jo vetëm ngapërbërja kimike e saj por dhe nga kushtet e djegies. Mepërafërsi pranohen temperaturat e ndezjes (flakërimit) përl. dj. si më poshtë: -për l. dj. të ngurtë -për drutë dhetorfën (250300)0C, për qymyrët e gurit (450500)0C, përantracit (600700)0C. Për l. dj. të lëngët – mazut etj. –temperatura e ndezjes është 5000C, ndërsa për l. dj. egazët (650750)0C.

Për llogaritje termoteknike të proçeseve të djegiesduhet të dijmë sasinë e domozdoshme të O2 dhe të ajrit tënevojshëm për djegie të l. dj. Kjo gjë përcaktohet në bazëtë ekuacioneve stehiometrike të djegies si më poshtë:

Për djegien e plotë – C;(9.10)

Për djegien jo e plotë – C;(9.11)

(9.12)Për djegien e H2;

(9.13)Për djegien e S;

(9.14)

(9.14a)Për djegien e hidrokarbureve:

(9.15)Ndryshimi i numrit të kilomoleve gjatë djegies së njëhidrokarburi rezulton:

(9.16)

Në këtë bazë të ekuacioneve të mësipërme mund të shkruajm:

102

Për 12 kg C …………..32 kg O2

1 kg C ………….. X kg O2

Kështu për të djegur 1 kg C duhen 2,67 kg O2

4 kg H2+32 kg O2 = 36 kg H2O

1 kg H2….. X kg O2

Kështu për të djegur 1 kg H duhen 8 kg O2

32 kg S + 32 kg O2 = 64 kg O2

1 kg S…… X kg O2

Kështu për të djegur 1 kg S duhet 1 kg. O2.Kështu sasia e domozdoshme e O2 për djegie të 1 kg l. dj.

me përbërje: c – kg karbon, h-kg hidrogjen dhe s kg squfurdo të jetë (referuar formulës 9.1)

(9.17)

Në se konsidrojmë se në l. dj. përmbahet një sasi O2,atëhere nga jashtë për djegie duhet të futet më pak oksigjenO2, pra :

(9.18)

Ku me c, h, s, o – janë sasitë në masë të elementëvereferuar 1 kg l. dj.

Duke ditur që në furrë futet ajër, ku O2 ka pjesën nëmasë atëhere sasia teorike e domozdoshmee masës së ajrit për djegie të 1 kg l. dj. do të jetë:

103

(9.19)

Është më komode që sasia e ajrit të nevojshëm përdjegien e l. dj. të shprehet me m3N, duke ditur se

, kemi:

(9.20)

Në literaturë takojmë dhe formula të tjera përllogaritje të sasisë minimale së ajrit, të nevojshme përdjegie të l. dj. (të ngurta) – bile mjaft e përdorur, si mëposhtë:

(9.20a)

Për l. dj. të gazta kemi (sasia minimale të ajrit përdjegie):

(9.21)

Për të siguruar djegie të plotë të l. dj. – në furrajepet sasia reale e ajrit Lr:

(9.22)

104

ku: - quhet koefiçienti i tepricës së ajrit, i cili nëfurrat e gjeneratorëve të ujit të ngrohtë ose të avullitështë më i madh se 1 ( > 1).

9.1-4 Produktet apo Gazet e Djegies. Koefiçienti

Gazet që prodhohen nga djegia e l. dj. të shprehura nëmadhësi relative – janë:

(9.23)

Koefiçienti i tepricës së ajrit duhet të merret itillë për të realizuar djegie të plotë për të cilin CO = 0,dhe gazet CO2, H2O, N2, SO2, O2 – kanë ngjyrë e tyre kafe tëhapur (çelur).

Kur djegia është jo e plotë – në gazet e tymit kemi dheCO, H2 apo CH4 – produktet (gazet) e djegies në këtë rastkan ngjyrë të zeze – të fortë.

Kur vlera e koefiçientit është më e madhë se vlera eduhur, rriten humbjet e nxehtësisë me ajrin e tepërt dhengjyra e produkteve të djegies është e bardhë e çelur.

Përcaktimi i koefiçientit tepricës ajrit - - bëhetduke bërë analizën e gazeve të tymit (djegies) me formulat.

Për djegie të plotë:

(9.24)

Për djegie jo të plotë:

(9.25)

Për të llogarit seksionin e kanaleve të tymit apo tëoxhakut të një furre, etj, është e nevojshme të dihet

105

vëllimi i përgjithshëm i gazeve të tymit; i cili përcaktohet

me formulën:

(9.26)

Për këtë qëllim përdoret dhe formula:

(9.27)

(9.28)

ku: Mp, Mr – janë respektivisht sasia e gazeve dhe e ajritreal – kg/kg l.dj.

- është densiteti i gazeve (produktevetë djegies)AP – sasia e hirit në masën e punës në %.

Entalpia e gazeve të tymit – të cilët kalojnë nga furra nëoxhak llogaritet: (për djegie të plotë; CO=0)

ku: t-0C temperatura e gazeve të tymit (psh-në dalje ngaoxhaku i furrës) - nxehtësia specifike për – gazetrespektiv – i.

106

107