Simulation and Design of a Finned tube air cooled condenser used in absorption refrigeration systems

Absorption refrigeration systems(ARS) reduce the consumed energy comparing with the compression refrigeration systems. The (ARS) need the thermal energy for its work which can be provided from alternate and different sources such as solar energy, waste heat from industrial processes or from other resources. So one must focus on the small (ARS) for the purposes of air conditioning for houses and small buildings which use air-cooled condensers instead of water cooled condensers to eliminating the cooling tower. Thus, in this study a new model of an air cooled condenser is suggested which consisting of cylindrical tubes in staggered triangular arrangement with radial fins of rectangular profile. In this study, a model is proposed using the equations of heat transfer and considering factors affecting the performance of the condenser such as number and dimension of tubes, transverse and longitudinal distances between tubes, number of fins, temperature of cooling air and temperature of the condenser. Also the study will include the design correlations for the amount of rejected heat from a condenser to an atmosphere. This model can be used in (ARS) working with (Water-Lithium Bromide) or (Ammonia-Water). ملتسأ : 11 -1-2011 لبق : 8 -5 -2011 Al-Rafidain Engineering Vol.19 No.4 August 2011 90 ةمئاق زومرلا ةیلیلدلا زومرلا ةیلفسلا زومرلا A ةحاسملا m a ءاوھ b ةفنعزلا لوط mm af دحاولا بوبنلاا فناعز Cp ةیعونلا ةیرارحلا ةعسلا kJ/kg.K amb وجلا ) ةطیحملا ةئیبلا ( h C ةلداعملا ھفرعت لماعم ) 20 ( ـــ BF فناعزلا نیب D رطقلا m b ةفنعزلا ةدعاق F يرارحلا لدابملل حیحصتلا لماعم ـــ c فثكم f لماعم ھفرعت ةلداعملا ) 15 ( ـــ ch ةزیمم ةمیق G ةلتكلا ةعرس kg/m.s d يرطق g يضرلاا لیجعتلا m/s f ةفنعز h ةرارحلا لاقتنا لماعم W/m.K . fou بیبانلال يحطسلا خاستلاا fg h نماكلا يرارحلا ىوتحملا kJ/kg fs لا ةحاسملا نیب ةرح فناعزلا I لزیب ةلادل لولاا عونلا ) Bessel ( ةلدعملا ـــ h يكیلوردیھ K لزیب ةلادل يناثلا عونلا ) Bessel ( ةلدعملا ـــ i يلخاد k رحلا ةیلیصوملا ةیرا W/m.K ia لخادلا ءاوھلا L لوطلا m is يلخادلا حطسلا l ةرحلا ةیحطسلا ةحاسملا لوط بوبنلال m L يلوط m ةلتكلا قفدت لدعم kg/s o يجراخ N فناعزلا وا بیبانلاا ددع ـــ oa يجراخلا ءاوھلا n لوط ةدحو لكل فناعزلا ددع 1/m R دیربتلا لئاس Q ةرارحلا kW l . R لئاس ةلئاسلا ھتلاحب دیربتلا R ةیرارحلا ةمواقملا m.K/W v . R ةیزاغلا ھتلاحب دیربتلا لئاس r رطقلا فصن m rej وجلا ىلإ ةحورطملا T ةرارحلا ةجرد C t بوبنا m T D ةرارحلا تاجرد يف قرفلا طسوتم يمتراغوللا C tr ضرعتسم U يلامجلاا ةرارحلا لاقتنا لماعم W/m.K 0 , 1 ةلدعملا لزیب ةلاد ةبترم W ضرع فثكملا mm X ةفاسملا mm z , y , x بیبانا ددع دنع فثكملا لوط فلتخم mm Z ةلداعملا ھفرعت لماعم ) 18 ( ـــ d ةفنعزلا كمس mm m ةقلطملا ةجوزللا N.s/m r ةفاثكلا kg/m طایخلأ : ةیصاصتملاا جیلثتلا تاموظنم يف مدختسُی ءاوھلاب دربم ةفنعزم بیبانأ يذ فثكم میمصتو ةاكاحم 91 ةمدقملا لمعت ةمظنأ جیلثتلا و ةیرارحلا ةقاطلاب ةیصاصتملاا يتلا دو قولا قرحك ة فلتخم رداصم نم اھیلع لوصحلا نكمی ،ةیعانصلا تا یلمعلا نم ةعئاضلا ة یرارحلا ة قاطلا ،ةیسمشلا ةقاطلا ،يدیلقتلا ة قاطلا وا تا كرحملا مداو ع نم تا نیبروتلا زاغلا ةیرارحلا رداصملا نم اھریغو ةی . نإ ءاشنإ ة مظنأ لمعت ا ھلعجو بتاكملاو لزا نملل ةریغ صلا ةیصاصتملاا فییكتلا لاثم ةیسمشلا ةقاطلاك ةلیدب رداصم ىلع لیلقت يف مھسی ة مظنا تاطغاض ریودتل ةمزلالا ةریبكلا ةیئابرھكلا ةقاطلا مادختسا جی لثتلا ةیطاغ ضنلاا ة ھج ن م ، و ضرلا ل يرار حلا سا بتحلاا ةرھا ظ ن م ل لقی ة ھج ن م ىر خأ . نإ تا موظنم ف ییكتلا ةریغ صلا ةی صاصتما ما ةیطاغ ضنا ت ناك ءاو س م جح ل یقتل ك لذو ءا ملا لد ب ءاوھلا ب ا ھیف ف ثكملا در بی نأ ل ضفلاا ن م ةموظنملا ا نع ءانغتسلااب جرب مادختس لا دیربت يلاتلابو ت لق ةفلكلا . دلا نم ریثك تزكر تاموظنم ىلع تاسار جی لثتلا ي ف ءاج ا مك ءا ملاب ةدر بم تا فثكم مدختست ي تلا ةیصاصتملاا ةسارد ] 1 [ ةموظنمل جیلثت ةیصاصتما ایلمع ةیسمشلا ة قاطلا نم ةیرارحلا ةقاطلاب ةدوزم ةأشنم ة موظنمل ةساردلا ت ناكو ةیلیب شا ي ف / ءا ملا مدخت سا ث یح ،ایناب سا مورب مو یثیل ا اكو جی لثت عئا مك د ی ي ھ ة موظنملل د یربتلا ةع س ت ن 174 طاوو لیك فثكم اھیف مدختساو عضو امك ،ءاملاب دربم ] 2 [ نم ا ھءادا نی مختل ة لحرملا ة یداحا ةیصاصتما ة موظنمل يضایر جذومن اضیا ما ق د قو ،لئاد بلا ض عبو ة یدیلقتلا لمعلا عئاوم مدختساو ءاملاب ادربم فثكملا نأ اربتعم بوساحلا ىلع جمانرب للاخ ] 3 [ ةموظنمل بوساحلا ىلع ةاكاحمب جیلثت ثكملاو صاملا ءزجلا دربت ةیصاصتما ف مادختساب ة موظنملا ءادا ربتخاو ءاملاب ءا م ل معلل نیعئا م – د یامورب مو یثیل ا ینوماو ةطی سب ةی صاصتما جی لثت ة موظنم ةا كاحم م تو ،ءا م ] 4 [ ل معلا عئا م نا كو مدختسملا ءام – دیامورب مویثیل ملا لیلحت متو ى لع ادمتعم ةموظن ،ءا ملاب در بم فثكملا نأ ر بتعاو يكیما نیدومرثلا ل یلحتلا اما ] 5 [ ماقف لاب فشك نیبروتلا ب لمعت ةرد ق ةطحم مداع نم ةدا عملا ةرارحلا مدختست ةیصاصتما جی لثت ة موظنم ءادا نع ءاملاب دربم مدختسملا فثكملا ناكو يزاغلا . مدق ] 6 [ ةموظنمل ةیرظن ةسارد جیلثت اصتما ة قاطلا نم ةرارحلا ب ةدوزم ةیص اینوملاا لمعتساو ةیسمشلا – ،ةموظنملل يكیمانیدومرثلا لیلحتلا ةساردلا هذھ يف دمتعاو لمع عئامك ءاملا ماقو امك ] 7 [ يف يجولنكتلا مدقتلل لماش ضرعب ھثحب ةمظنا نم ةفلتخم ةمظنلا جی لثتلا ن م ة صتمملا ة یرارحلا ة قاطلاب ة لماعلا ةیصاصتملاا شلا دیربت جاربا ىلا اھیف جاتحتو ءاملاب ةدربم تافثكم مدختست ثحبلا يف ةدراولا ةمظنلاا عیمج تناك ثیح سم . موظنم يف مدختسی يذلا ءاوھلاب دربملا فثكملا لوح تاساردلا نم دیدعلا كانھ ،ةیطاغ ضنلاا دیربتلا تا ءاج ا مك ةسارد يف ] 8 [ ثیح فنعزم ب یبانا وذ فثكمل يمیمصت لیلحت عضو لمعت ي تلا ةیطاغضنلاا ءاو ھلا تا فیكم ي ف مدختسی ة عئامب R22 ماق امك ، ] 9 [ جی لثت عئا مب لمعی ءاوھلا ب در بم فثكمل ةیلمع ةساردب ) R407C ( دختسی تاموظنم ي ف م جی لثتلا ةیطاغضنلاا . مظعم ناف قبس ام ىلع ءًانبو أ ءا ملاب ةدر بم تا فثكم مدختستو مجحلا ةر یبك ةیصاصتملاا جی لثتلا ة مظن ناو ، عفد ل ة جیتن ير سق قفد تب جی لثتلا عئا م ا ھیف قفد تی ةیطاغ ضنلاا جی لثتلا ة مظنا ي ف مدخت ست ي تلا ءاوھلا ب ةدر بملا تا فثكملا طغاضلا ةیصاصتملاا جیلثتلا ةمظنا يف هدوجو مدعنی يذلا . متیس اذھل ءادا نع فشكلاو ةا كاحمو حار تقا ةساردلا هذ ھ ي ف أ نكمی ءاوھلاب دربم فثكمل جذومن ةموظنم يف مدختسی ن جیلثتلا اینوماب ةلماعلاو ةریغصلا دیربتلا ةعسلا تاذ ةیصاصتملاا ءام وا ءام – دیامورب مویثیل . تافصلا فثكملل ةحرتقملا ة فنعزمو ي ثلثم لك شب ة بترمو ایلوقا ش ةعو ضوم ةیناوط سا ب یبانا ن م نو كتیو ءاوھلا ب حر تقملا ف ثكملا در بی طقملا ةلیطتسم ةیقلح فناعزب لكشلاب حضوم امكو ع ) 1 ( ب یبانلاا هذ ھ لخاد فثكتیل ى لعلاا نم جیلثتلا عئام راخب لخدیف ، لئاس لك ش ى لع جی لثتلا عئام ف ثكملا لفسا نم جرخی مث جراخلا نم ءاوھلاب ةدربملا . تا موظنم ي ف فثكملا اذ ھ مدختسی بشتلا ةرارح ةجردب د لوملا نم جراخلا راخبلا لخد ی ث یح ةیصاصتملاا جیلثتلا اذ ھبو ع فلأ تت ة لحرم نم فیثكتلا ة یلمع ط قف ف یثكتلا ي ھ ةدحاو ) Condensation ( صی محتلا ة لازا دو جو نود ) Desuperheating ( د یربتلا طر ف وا ) Sub cooling ( يف امك لا فثكم ل ءاوھلاب دربملا ،ةیطاغضنلاا جیلثتلا ةموظنم فثكملا ل خاد ى لإ راخبلا قفدت ناف كلذ نع لاضف لا يف حرتقملا ةسارد لاعف ریغ نایرجك نوكیس ) Passive flow ( كلذو ع نلا طغ ضلا لخلخت فثكملا لخاد فیثكتلا ة یلم يرسق قفد ت كا نھ نوكی لا فوس اذ ھبو فثكملا ى لإ د لوملا نم راخبلا قفد تیل ا م اعون ضفخن یف ) Active flow ( عئا مل جیلثتلا يف ثدحی امك غضنلاا جی لثتلا ة موظنمل ءاوھلا ب در بملا فثكملا ةیطا يو تحت ي تلا ،جی لثتلا عئا م كرحی طغاض ى لع ام اذھو حرتقملا فثكملا زیمی . ،ةضفخنم جیلثت ةعس تاذ ةیصاصتملاا تاموظنملل يلمعلا ذیفنتلل اھلھؤی لكشب حرتقملا فثكملا تافص رایتخا مت لولاا نیجذومنبو ـب ةلماعلا ةموظنملا يف جیلثتلا عئام وھ ءاملا نوكی ) ءام – رب مویثیل دیامو ( يناثلاو ، ھیف اینوملاا نوكی ـب ةلماعلا ةیصاصتملاا ةموظنملا يف جیلثت عئامك ) اینوما ءام ( تسیلو ةیدیدح بیبانا عونلا اذھ يف مادختسا متی ثیح ، دیدش اینوملاا نلا ةیساحن ة لودجلاو ،ساحنلا عم لكأتلا ) 1 ( حرتقملا فثكملا نم نیجذومنلل ةحرتقملا تافصلا حضوی . Al-Rafidain Engineering Vol.19 No.4 August 2011 92 لكشلا ) 1 ( أ ءاوھلاب دربملا حرتقملا فثكملا حضوی . ب – بیبانلال يثلثملا بیترتلا حضوی لودج ) 1 ( حرتقملا فثكملا نم نیجذومن تافص جذومنلا عئام يف جیلثتلا فثكملا عون ةدام بوبنلاا Do (mm) [10] Di (mm) [10] kt [11] ةدام عون فناعزلا kf b (mm) d (mm) ن جذوم ) 1 ( ءام ساحن 22.22 20 372 موینمولأ 237 10 0.5 جذومن ) 2 ( اینوما دیدح 26.7 20.9 61 موینمولأ 237 10 0.5 ةمدختسملا بیبانلاا لوط بسح نوكتف فثكملا داعبا ثیح نم اما ، ضرعلاو لوطلا ا ما عا فترلاا ص خی ا م اذ ھ بیبانلاا ددعو فوفصلا ددعو بیبانلاا رطق اھددحیف فثكملل ث یح ، ب یبانلاا نی ب ةیضرعلاو ةیلوطلا ةفاسملاو ةمدختسملا فوفص ثلاث حارتقا متیس حرتقملا فثكملا بیبانلأ . حرتقملا فثكملا ةاكاحمو يضایرلا جذومنلا ف ثكملا ي ف ةرار حلا لا قتنا ة یلمع نأ ث یح ، لئا س ى لا را خبلا لو حتیف ف ثكملا ي ف ةرار حلا ن م صلخت لا مت ی لاا نم نوكت حرتقملا يأ ب یبانلال ةرحلا تاحاسملا نم نو كت ة لقتنملا ة یلكلا ةرارحلا نم ءزجف ، ةفنعزملا ةیلوقاشلا بیبان نم ةجراخلا ة یلكلا ةرارحلا ل ثمت اذ ھبو فناعزلا ق یرط نع ل قتنی ةرارحلا نم رخلاا ءزجلاو فناعزلا نی ب تاحاسملا ةیتلاا ةلداعملاب فثكملا : ( ) t af fs rej N * Q Q Q + = (1) يھ دحاولا بوبنلال ةرحلا حطسلاا نم ةلقتنملا ةرارحلا لثمتو ] 12 [ : m o o fs T F A U Q D = (2) حیحصتلا لماعم نأ ثیح F ،تارخبملاو تافثكملا يف دحاو اھتمیق يھف بوبنلاا ةیجراخلا ةیحطسلا ةحاسملا اما : l o o D A p = (3) ثیح l يتلااك لثمتو بوبنلال ةرحلا ةیجراخلا ةیحطسلا ةحاسملا لوط لثمت : f N L d = l (4) ةرارحلا تاجرد يف قرفلا طسوتم لثمیو ةیتلاا ةقلاعلاب يمتراغوللا ] 12 [ : ( ) ( ) ( ) oa c ia c ia oa m