موائــع التبريـد

موائــع التبريـد Refrigerants

خواص موائع التبريـد

أهم الخواص التى تؤثر على اختيار مائع التبريد هى :

أ - ضغط التبخيـر (Evaporation pressure)

يفضل أن يكون ضغط التبخير أكبر من الضغط الجوى لمنع تسرب الهواء، المحمل ببخار الماء إلى داخل وحدة التبريد.

ب - ضغط التكثيف (Condensation pressure)

يفضل أن يكون ضغط التكثيف متوسط لخفض سمك المواسير وبالتالى وزن المكثف.

ج - درجة الأنحـدار (Glide temperature)

تتم عمليات التبخير والتكثيف لمخاليط الفريونات مع ثبوت الضغط. وقد لوحظ
أن درجة حرارة البخار المشبع تكون أعلى من درجة حرارة السائل المشبع لنفس
الضغط. حيث يعرف الفرق فى درجتى الحرارة بدرجة الانحدار. يفضل أن تكون
درجة الانحدار لموائع التبريد مساوية للصفر.

د - درجة التجميد (Freezing temperaure)

يجب أن تكون درجة حرارة التجميد مائع التبريد أقل بكثير من أقل درجة تبخير مطلوب تحقيقها بواسطة المبخر.

هـ - درجة الحرارة الحرجـة (Critical temperature)

يجب أن تكون درجة الحرارة الحرجة لمائع التبريد أكبر بكثير من درجة حرارة
التكثيف المحتملة والتى تتوقف قيمتها على درجة حرارة الهواء الخارجى.

و - درجة حرارة الطرد الأدياباتيكية (Adiabatic discharge temperature)

يجب أن تكون درجة حرارة طرد أبخرة الموائع من الضواغط متوسطة وذلك لتجنب
تسخين الضواغط، أو تحلل زيوت التزييت بها، والعمل على عدم أرتفاع درجة
حرارة الجو المحيط

ز - الطاقة الكامنة للتبخير (Latent heat of evaporation)

يفضل أن تكون الطاقة الكامنة لتبخير موائع التبريد كبيرة وذلك لزيادة
التأثير التبريدى لكل كيلو جرام من مائع التبريد وبالتالى خفض القدرة
اللازمة لسريانه لنفس سعة التبريد.

ح - الحجم النوعى (Specific volume)

يفضل أن يكون الحجم النوعى لبخار مائع التبريد صغير وذلك للعمل على زيادة سعة الضاغط، خفض أزاحة الكباس واستخدام وحدات صغيرة.

ط - إذابـة الزيـت (Oil misciplity)

يفضل عدم إذابة زيت التزيت فى مائع التبريد ليسهل فصله بعد عملية الأنضغاط وأرجاعة إلى الضاغط.

ى - بخـار المـاء (Water vapor)

يجب عدم تواجد بخار الماء حراً أو داخلاً فى التركيب الكيميائى لموائع
التبريد وذلك لأن تجمد بخار الماء يؤدى إلى أنسداد الأماكن الضيقة مثل
الأنبوبة الشعرية وصمام التمدد.

ك - اللزوجـة (Viscosity)

يفضل أن تكون لزوجة موائع التبريد صغيرة وذلك لتسهيل سريانه وخفض فاقد الضغط خلال المواسير.

ل - الحرارة النوعيـة (Specific heat)

يفضل أن تكون الحرارة النوعية لموائع التبريد صغيرة للطور السائل وكبيرة
للطور الغازى وذلك لزيادة التأثير التبريدى مع استخدام التبريد الدونىوخفض
درجة تحميص البخار خلال المبادل الحرارى.

م - معامل أنتقال الحرارة (Heat transfer coefficient)

يفضل ان يكون معامل إنتقال الحرارة كبير لتحسين أداء المبخرات والمكثفات وبالتالى خفض أبعادها.

ن - المتانة الكهربية (Dielectric strength)

يفضل أن تكون موائع التبريد غير موصلة للكهرباء خاصة مع الضواغط محكمة
القفل والتى فيها تكون مائع التبريد فى حالة تلامس مباشر مع مكونات
الموتور.

* هذا وعند اختيار مائع التبريد لا يمكن الأخذ فى الاعتبار كل الخواص
الطبيعية والحرارية السابقة فقط، بل يجب اعتبار ا لخواص التى تؤدى إلى خفض
حجم، وزن وسعر معدات التبريد، علاوة على أمكانية الحصول على موائع التبريد
الرخيصة والغير مؤثرة على طبقة الأوزون. ويعطى الجدول (1) الخواص الطبيعية
لبعض موائع التبريد. هذا وتعتبر استخدامات موائع التبريد متعددة وتتم عند
درجات حرارة مختلفة ولا يوجد مائع واحد يصلح لكل الاستخدامات.

2- موائـع التبريـد الأوليــة :

أهم موائع التبريد الأولية هى :-

أ - الهــواء (Air)

الهواء عبارة عن مائع التبريد لنظام التبريد الهوائى الذى سبق استخدامه مع السفن التجارية ولا يزال يستخدم مع الطائرات.

ب - المــاء (Water)

الماء عبارة عن مائع التبريد لنظام التبريد بالأبواق البخارية، الذى سبق
استخدامه فى المستشفيات والمصانع، ولنظام التبريد الامتصاصى (ماء + بروميد
الليثيوم).

ج - ثانى أكسيد الكربون (Carbon dioxide)

استخدم ثانى أكسيد الكربون كمائع تبريد لنظام التبريد الأنضغاطى للسفن
والمسارح فى أوروبا. وحالياً يستخدم ثانى أكسيد الكربون لانتاج الثلج
الجاف.

وثانى أكسيد الكربون عبارة عن غاز عديم الرائحة، غير سام، غير قابل
للأشتعال والأنفجار، لا يذيب الزيوت ولا يصيب المعادن بالصدأ ولكن فى وجود
الهواء والماء معا يعمل على تآكل الحديد والنحاس.

د - ثانى أكسيد الكبريت (Sulpher dioxide)

استخدم ثانى أكسيد الكبريت مع الثلاجات المنزلية والتجارية. وثانى أكسيد
الكبريت عبارة عن غاز سام جداً، غير قابل للألتهاب والأنفجار، لا يذيب
الزيوت، لا يصيب المعادن بالصدأ ولكن فى تواجد بخار الماء يعمل على تآكل
الزنك وسبائك الألومنيوم.

هـ - كلوريد الميثيل (Methyle chloride)

استخدم كلوريد الميثيل مع الثلاجات المنزلية والتجارية. وكلوريد الميثيل
عبارة عن غاز غير خانق، قابل للالتهاب عند خلطه بالهواء، يذيب الزيوت، لا
يسبب الصدأ للمعادن ولكن فى تواجد بخار الماء يعمل على تآكل الألومنيوم
والزنك.

و - الأمونيــا (Ammonia)

كانت الأمونيا ولازالت تستخدم بكثرة فى المجالات الصناعية والتجارية مثل مصانع الثلج، مصانع التغليف ومخازن التبريد.

ولا تستخدم الأمونيا مع الثلاجات المنزلية والتجارية لأنها غاز خانق، قابل
للألتهاب والأنفجار, والأمونيا لا تذيب الزيوت وتعمل على تآكل النحاس.

ومن مزايا الأمونيا أنها لا تؤثر علىالبيئة، وذات أكبر طاقة كامنة
للتبخير، ولها ضغط متوسط عند التكثيف، متوافرة، ورخيصة وتحتاج إلى أزاحة
صغيرة للضواغط. هذا وتستخدم الأمونيا مع كل أنواع الضواغط الترددية،
الدوارة والحلزونية.

3- موائـع التبريـد الحاليـة :

بدأ أنتاج الفريون فى عام 1920 والذى يعتبر مائع تبريد مثالى، غير قابل
للأشتعال، أو الأنفجار أوالأختناق ويعتبر أكثر أمانا من موائع التبريد
الأولية الأخرى (الأمونيا، ثانى أكسيد الكربون، ثانى أكسيد الكبريت
وكلوريد الميثيل.

والفريون عبارة عن مركب هيدروكربونى، يحضر عن طريق أحلال ذرات الهيدروجين
فى الميثان (C H4)، الأيثان (C2 H6) والبروبان (C3 H8) بذرات الكلور ثم
أحلال ذرات الكلوريدات الفلور. وأمثلة للفريونات المستحدثة هى :-

أ - فى حالة عدم وجود ذرات هيدروجين :

لمجموعة الميثان : R - 11, R - 12, R - 13, R - 14

لمجموعة الأيثان : R - 113, R - 114, R - 13, R - 115

ولمجموعة البروبان : R - 218

ويلاحظ أن العدد الأول على اليمين يرمز لعدد ذرات الفلور والباقى يرمز
لمجموعة الميثان (1)، لمجموعة الأيثان (11) ولمجموعة البروبان (21) :

ب - فى حالة وجود ذرات هيدروجين :

لمجموعة الميثان : R - 21, R - 22, R - 23, R - 40

لمجموعة الأيثان : R - 143

ويلاحظ أن عدد ذرات الهيدروكين أضيفت إلى العدد الأول على الشمال لمجموعة الميثان وللعدد الثانى لمجموعة الأيثان.

بعض الفريونات الشائعة الأستخدام فى الوقت الحاضر هى :-

أ - فريون - 11

يستخدم فريون (CF CL3) 11- مع ضواغط الطرد المركزى، نظراً لأنخفاض ضغطه
الفعال ولكبر أزاحة الضاغط المطلوبة، ولتكييف هواء المصانع، المخازن
والمسارح لأن درجة غليانه عند الضغط الجوى 23.7°م.

ب - فريون - 12

يستخدم فريون (CF2 CL2) 12- كمائع تبريد مفضل لأمانه وخواصه الممتازة
ومنها عدم إذابته للزيوت. درجة غليان فريون - 12 عند الضغط الجوى هى -
29.8°م لذا يستخدم فريون - 12 للحصول على درجات الحرارة المتوسطة فى
الثلاجات المنزلية والتجارية.

ج - فريون - 13

يستخدم فريون (CF3 CL) 13- حيث له درجة تبخر - 81.5°م عند الضغط الجوى
وبالتالى يستخدم للحصول على درجات الحرارة المنخفضة بواسطة أنظمة التبريد
التعاقبية لأن درجته الحرجة 28.78°م.

د - فريون - 22

خواص فريون (CHF2 CL) 22- أحسن من خواص فريون - 12، درجة حرارة غليانه عند
الضغط الجوى - 40.8°م وحجمه النوعى أقل من نظيره لفريون - 12 عند درجات
الحرارة المنخفضة، لذا يستخدم فريون - 22 حالياً بدلا من فريون - 12
(للمبردات العميقة)، وللأغراض الصناعية ولمخازن التبريد للحصول على درجات
حرارة منخفضة.

والفريون - 22 يذوب فى الزيت عند درجة حرارة التكثيف وينفصل عن الزيت عند
درجة حرارة التبخير. يفضل استخدام فريون - 22 بدلا من فريون - 12 لأن سعته
التبريدية أكبر بنسبة 60% لنفس الضاغط.

هـ - فريـون - 114

والفريون - 114 (C2 F4 CL2) له درجة غليان 3.6°م عند الضغط الجوى، لذا
فأنه يستخدم مع الثلاجات المنزلية ومبردات مياه الشرب ذات الضواغط الدوارة.

و - فريـون - 502

فريون - 502 عبارة عن مخلوط فريون - 22 وفريون - 115 بنسبة مئوية للكتلة
48.8% و 51.2% على التوالى. وقد أستحدث فريون - 502 ليحل محل فريون - 22
فى بعض استخدامات درجات الحرارة المنخفضة مثل مخازن التبريد. ويمتاز فريون
- 502 عن فريـون - 22 بأن درجة حرارة الطـرد الأديابانى (37.2°م) أقـل مـن
نظيرتها لفريون - 22 (53.3°م) مع أن أزاحة الضاغط والقدرة المطلوبة لنفس
سعة التبريد أكبر من نظيرتها لفريون - 22.

4- موائع التبريـد الحديثـة :

أكتشف عام 1974 وجودخفض فى نسبه غاز الأوزون الموجود بطبقه التروبيسمح
بنفاذ الأشعة فوق البنفسيجية. وتبين عام 1985 أن سبب الثقب أنبعاث موائع
التبريد الكلوروفلورو كاربون (CFC). وانتشارها لأعلى نحو طبقات الغلاف
الجوى العليا.

ولاعتبارات بيئية تم توقيع بروتوكول مونتريال عام 1987 والذى ينص على خفض
انتاج (CFC) وتوقفه عام 2000 بعد استحداث موائع بديلة غير مؤثرة على طبقة
الأوزون. وقد تم تأكيد توقيع بروتوكول مونتريال فى لندن عام 1990 وأتفق
على تداول الموائع (CFC) فى الدول النامية حتى عام 2010 وأقر المعدلات
المعطاة فى جدول (2) لخفض انتاج الموائع (CFC).

والموائع (CFC) الواسعة الاستخدامات فى الوقـت الحـالى هى : R-11, R-12,
R-114, R-502. حيث يستخدم المائع R-502 مع مخازن التبريد. كما يستخدم
المائع R-11 مع مبردات المياه ويدخل فى صناعة العوازل الحرارية كعامل
رغاوى. ويعتبر المائع R-12 الأوسع استخداماً فى المجالات : المنزلية،
التجارية، مخازن التبريد، تكييف السيارات ومثلجات المياه.

ومنذ توقيع أتفاقية مونتريال والأبحاث تجرى لاستخدامات موائع بديلة لموائع
(CFC)، تتمشى مع معدات التبريد الجديدة وتصلح عند احلال وتجديد معدات
التبريد الحالية حتى تصل إلى نهاية عمرها الافتراضى وذلك لمدى التبخير من
- 40 إلى 4°م ولمدى التكثيف من 21 إلى 55°م. والاتجاه العلمى هو احلال
الموائع الهيدروكلوروفلوروكاربونية (HFC)بدل الموائع (HCFC) كما هو موضح
فى جدول (3).

وتأثير طبقة الأوزون يعبر عنه بدلالة جهد تآكل الأوزون (Ozone depletion
potential) ويرمز له بالرمز (ODP). وتعمل الموائع المنبعثة إلى الغلاف
الجوى على تسخين غلاف الكرة الأرضية (ظاهره الأحتباس الحرارى) ويعبر عن
تأثيرها بدلالة جهد تدفئة الغلاف الجوى (Global warming potential) ويرمز
لها بالرمز (GWP). ويعطى جدول (4) تأثير الموائع المختلفة على طبقة
الأوزون وغلاف الكرة الأرضية منسوبة إلى تأثير المائع R - 11 الذى له أعلى
تأثير.

من جدول (4) يتضح أن :-

أ - تأثير الموائع (HCFC) على الغلاف الجوى بسيط بالنسبة إلى تأثير
الموائع (CFC) وبالتالى سمح باستمرار أنتاجها حتى عام 2010 وإيقاف تداولها
بعد عام 2030.

ب - عدم تأثير الغلاف الجوى لكل من الأمونيا والموائع (HFC).

ج - تأثير المائع R-502 لم يذكر فى الجدول السابق وتأثيره هو نفس تأثير المكونات الأساسية له أى R-22 و R-115.

مما سبق يتضح أن الموائع البديلة هى :-

أ - للفريون R-11 : البديل HCFC - 123 ثم HFC - 125.

ب - للفريون R-502 : البديل HCFC - 22 ثم HFC – 134A ، HP 52.

ج - للفريون R-12 : البديل هو HCFC - 22 ، HFC - 134A ، HFC - 152 A
والمخاليط المتوالفة من HCFC - 124 ، HFC - 152 A و HCFC - 22 مثل MP 33 و
MP 39 خاصة مع وحدات التبريد القديمة التى تحتاج لاعادة شحن.

د - للفريون R-22 : البديل هو MP 39 لدرجات الحرارة المتوسطة والعالية و MP- 66 لدرجات الحرارة المنخفضة.

هذا ويعطى جدول (5) أهم الخواص للفريون - 12 وبعض الموائع البديلة. والذى
يوضح تقارب الخواص لكل من الفريون R -12 والموائع البديلة HFC - 134A و
HFC - 152A وقد تلاحظ عيب فى المائع HFC - 152A وهو قابليته للأشتعال فى
المدى من 5.1% إلى 17.1% من حجم هواء الحيز.

ومنذ اكتشاف ثقب طبقة الأوزون وحتى الآن تجرى الأبحاث والدراسات لاستحداث
موائع بديلة ونوعيات من الزيوت ملائمة لها. ويعطى الجدول (6) نتائج الدورة
النظرية لبعض الموائع البديلة والفريون - 12 عند : درجة تكثيف 54.5°م ،
درجة تبخير - 23°م ودرجة سحب 32°م قبل صمام التمدد. ومن هذا الجدول يتضح
أن المائع البديل HFC - 134A له سعة ومعامل أداء أقل من نظيره للفريون CFC
- 12.

وقد قام مركز الأبحاث القومى الكندى باختبار وحدة تبريد تعمل بالموائع CFC
- 12 ، HFC - 134A و HFC - 152A عند الظروف التالية : درجة التكثيف
51.5°م، درجة التبخير من - 17.3°م إلى 7.9°م، درجة السحب 7.4°م والتبريد
الدونى للسائل 12°م. حيث يعطى جدول (7) تحليل نتائج التجارب بالنسبة إلى
نتائج الفريون - 12.

من الجدول (7) يتضح أن المائع البديل HFC - 152A يعطى نتائج أحسن من
المائع البديل HFC - 134 A وحيث أن HFC - 152A له قابلية الاشتعال فإنه لا
يمكن استخدامه إلا إذا تغاضينا عن هذا العيب، وعليه فإن المائع HFC - 134A
يعتبر المائع البديل الممكن استخدامه لكل استخدامات الفريون - 12 مع
استخدام زيوت من النوع الأيستر (Ester) بدلاً من النوع المعدنى (Mineral)
المستخدم مع الفريون - 12 حالياً. هذا ويعطى جدول ( قائمة بموائع
التبريد التى توصى بها شركة كوبلاند الأمريكية والتى لا تؤثر على طبقة
الأوزون. وجميعها يستخدم الزيت موبيل إيستر (Movil EAL Arctic 22 CC)

وفيما بعد سنعرض الجداول الموضحة لهذالتاثير