Refrigeration and Air Conditioning MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Refrigeration and Air Conditioning - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

उत्क्रमित कार्नो चक्र:

• उत्क्रमित कार्नो चक्र एक सैद्धांतिक थर्मोडायनामिक चक्र है जो प्रशीतक और हीट पंप के संचालन को समझने का आधार बनाता है। यह चक्र अनिवार्य रूप से उत्क्रमित क्रम में चलने वाला कार्नो चक्र है। जबकि कार्नो चक्र ऊष्मा को कार्य में बदलने की सबसे कुशल प्रक्रिया का वर्णन करता है (जैसा कि ऊष्मा इंजनों में उपयोग किया जाता है), उत्क्रमित कार्नो चक्र कार्य इनपुट का उपयोग करके ठंडे क्षेत्र से गर्म क्षेत्र में ऊष्मा को स्थानांतरित करने की सबसे कुशल प्रक्रिया का वर्णन करता है, जो प्रशीतन और हीट पंपिंग प्रणालियों के पीछे का सिद्धांत है।

उत्क्रमित कार्नो चक्र में, मुख्य लक्ष्य कम तापमान वाले भंडार से उच्च तापमान वाले भंडार में ऊष्मा को स्थानांतरित करना है। इस चक्र में चार थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएँ होती हैं:

1. समदैशिक संपीडन: इस प्रक्रिया में, कार्यशील द्रव (अक्सर एक सर्द) को समदैशिक रूप से संपीड़ित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि एन्ट्रापी में कोई परिवर्तन नहीं होता है। यह संपीडन द्रव के तापमान और दबाव को बढ़ाता है।
2. समतापीय ऊष्मा अस्वीकृति: कार्यशील द्रव, जो अब उच्च तापमान पर है, उच्च तापमान वाले भंडार (जैसे, आसपास का वातावरण) को ऊष्मा छोड़ता है। यह प्रक्रिया स्थिर तापमान पर होती है।
3. समदैशिक प्रसार: द्रव समदैशिक प्रसार से गुजरता है, जिससे इसका दबाव और तापमान कम हो जाता है। यह प्रक्रिया अगले चरण में ऊष्मा को अवशोषित करने के लिए द्रव को तैयार करती है।
4. समतापीय ऊष्मा अवशोषण: अंत में, कार्यशील द्रव कम तापमान वाले भंडार (जैसे, ठंडा करने के लिए स्थान) से ऊष्मा को अवशोषित करता है। यह प्रक्रिया भी स्थिर तापमान पर होती है।

उत्क्रमित कार्नो चक्र आदर्श है और यह मानता है कि कोई अपरिवर्तनीयता नहीं है, जिसका अर्थ है कि यह किसी भी प्रशीतन या हीट पंप प्रणाली के लिए अधिकतम संभव दक्षता का प्रतिनिधित्व करता है। वास्तविक दुनिया की प्रणालियाँ, जैसे कि वाष्प-संपीडन प्रशीतन चक्र, उत्क्रमित कार्नो चक्र पर आधारित हैं, लेकिन इनमें घर्षण, दबाव में गिरावट और गैर-आदर्श गैस व्यवहार जैसी अक्षमताएँ शामिल हैं।

अनुप्रयोग:

उत्क्रमित कार्नो चक्र निम्नलिखित का सैद्धांतिक आधार है:

• प्रशीतक: ऐसे उपकरण जो एक प्रशीतक के आंतरिक भाग (निम्न तापमान) से आसपास के वातावरण (उच्च तापमान) में ऊष्मा को स्थानांतरित करते हैं ताकि एक ठंडा इंटीरियर बनाए रखा जा सके।
• हीट पंप: ऐसे सिस्टम जो गर्म स्थान (जैसे, किसी भवन का आंतरिक भाग) को गर्म करने के उद्देश्य से ठंडे स्रोत (जैसे, सर्दियों में जमीन या हवा) से गर्म स्थान में ऊष्मा को स्थानांतरित करते हैं।

संकल्पना:

• बेल कोलमैन चक्र को उत्क्रमित ब्रेटन चक्र या उल्टा जूल चक्र के रूप में भी जाना जाता है।
• बेल कोलमैन प्रशीतन चक्र का कार्यशील द्रव वायु है।
• इस प्रशीतन प्रणाली का उपयोग विमान प्रशीतन के लिए किया जाता है और इसका वजन कम होता है।

जहाँ

1. प्रक्रिया 1 2: समदैशिक संपीडन
2. प्रक्रिया 2 3: स्थिर दाब ऊष्मा निष्कासन
3. प्रक्रिया 3 4: समदैशिक प्रसार
4. प्रक्रिया 4 1: स्थिर दाब ऊष्मा अवशोषण

वायु प्रशीतन प्रणाली और बेलकोलमैन चक्र या उल्टा ब्रेटन चक्र:

• वायु प्रशीतन प्रणाली में वायु को वातावरण से कंप्रेसर में लिया जाता है और संपीड़ित किया जाता है।
• गर्म संपीड़ित वायु को एक ऊष्मा विनिमयक में वायुमंडलीय तापमान (आदर्श परिस्थितियों में) तक ठंडा किया जाता है।
• तब ठंडी वायु को एक विस्तारक में फैलाया जाता है। समदैशिक प्रसार के कारण विस्तारक से निकलने वाली वायु का तापमान वायुमंडलीय तापमान से नीचे होता है।
• विस्तारक से निकलने वाली निम्न तापमान वाली वायु बाष्पीकरण में प्रवेश करती है और ऊष्मा को अवशोषित करती है। चक्र दोहराया जाता है।

व्याख्या:

कैस्केड प्रशीतन प्रणाली

परिभाषा: एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली एक विशेष प्रकार की प्रशीतन प्रणाली है जो बहुत कम तापमान प्राप्त करने के लिए विभिन्न रेफ्रिजरेंट के साथ दो या दो से अधिक प्रशीतन चक्रों का उपयोग करती है। प्रत्येक चक्र विभिन्न तापमान श्रेणियों पर संचालित होता है और श्रृंखला में जुड़ा होता है, जहाँ एक चक्र का बाष्पीकरण अगले चक्र के लिए संघनित्र का काम करता है।

कार्य सिद्धांत: एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली में, कई प्रशीतन सर्किट चरणों में उपयोग किए जाते हैं, प्रत्येक अपने रेफ्रिजरेंट के साथ जो उस विशिष्ट तापमान सीमा के लिए सबसे उपयुक्त है जिसमें वह संचालित होता है। पहला चरण (उच्च-तापमान चरण) अपेक्षाकृत उच्च क्वथनांक वाले रेफ्रिजरेंट का उपयोग करता है, जो उस तापमान पर संघनित होता है जो दूसरे चरण (निम्न-तापमान चरण) के लिए बाष्पीकरण तापमान के रूप में कार्य करता है। दूसरा चरण बहुत कम क्वथनांक वाले रेफ्रिजरेंट का उपयोग करता है, जो बेहद कम तापमान प्राप्त करने में सक्षम है।

उदाहरण के लिए, दो-चरण कैस्केड सिस्टम में, उच्च-तापमान चरण R-134a जैसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग कर सकता है, जबकि निम्न-तापमान चरण R-23 जैसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग कर सकता है। उच्च-तापमान चरण पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित करता है और इसे निम्न-तापमान चरण में स्थानांतरित करता है, जहाँ दूसरा रेफ्रिजरेंट गर्मी को अवशोषित करता है और बहुत कम तापमान पर वाष्पित होता है, जिससे वांछित प्रशीतन प्रभाव मिलता है।

लाभ:

• बेहद कम तापमान प्राप्त करने की क्षमता जो एकल प्रशीतन चक्र से संभव नहीं है।
• विशिष्ट तापमान श्रेणियों के लिए अनुकूलित रेफ्रिजरेंट का उपयोग करके बढ़ी हुई दक्षता और प्रदर्शन।
• रेफ्रिजरेंट का चयन करने में लचीलापन जो पर्यावरण के अनुकूल हैं और वांछित तापमान सीमा के लिए उपयुक्त हैं।

नुकसान:

• कई प्रशीतन सर्किट और घटकों के कारण डिजाइन और संचालन में बढ़ी हुई जटिलता।
• एकल-चरण प्रणालियों की तुलना में उच्च प्रारंभिक लागत और रखरखाव आवश्यकताएँ।
• इष्टतम प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न चरणों के बीच सटीक नियंत्रण और समन्वय की आवश्यकता होती है।

अनुप्रयोग: कैस्केड प्रशीतन प्रणालियों का उपयोग आमतौर पर बहुत कम तापमान की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है, जैसे कि क्रायोजेनिक्स, फार्मास्युटिकल उद्योग और वैज्ञानिक अनुसंधान प्रयोगशालाएँ।

अन्य विकल्पों का विश्लेषण:

विकल्प 2: दोनों चक्रों में एक ही रेफ्रिजरेंट

यह विकल्प गलत है क्योंकि एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली विशेष रूप से वांछित तापमान सीमा प्राप्त करने के लिए विभिन्न क्वथनांक वाले कई रेफ्रिजरेंट का उपयोग करती है। दोनों चक्रों में एक ही रेफ्रिजरेंट का उपयोग करने से सिस्टम को प्रभावी ढंग से बेहद कम तापमान तक नहीं पहुँचाया जा सकेगा।

विकल्प 3: केवल अमोनिया एक रेफ्रिजरेंट के रूप में

यह विकल्प गलत है क्योंकि जबकि अमोनिया विभिन्न प्रशीतन प्रणालियों में उपयोग किया जाने वाला एक सामान्य रेफ्रिजरेंट है, एक कैस्केड प्रशीतन प्रणाली को कुशलतापूर्वक संचालित करने के लिए विभिन्न क्वथनांक वाले कई रेफ्रिजरेंट की आवश्यकता होती है। केवल अमोनिया पर निर्भर रहने से चरणों के बीच आवश्यक तापमान अंतर प्रदान नहीं किया जाएगा।

विकल्प 4: केवल वायु एक कार्यशील द्रव के रूप में

यह विकल्प गलत है क्योंकि कैस्केड प्रशीतन प्रणालियों में वायु का उपयोग रेफ्रिजरेंट के रूप में नहीं किया जाता है। प्रशीतन प्रणालियाँ आमतौर पर ऐसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग करती हैं जो गर्मी को अवशोषित करने और अस्वीकार करने के लिए चरण परिवर्तन (तरल से वाष्प और इसके विपरीत) से गुजरते हैं। इस संदर्भ में वायु में रेफ्रिजरेंट के रूप में प्रभावी ढंग से कार्य करने के लिए आवश्यक गुण नहीं हैं।

संकल्पना:

सापेक्ष आर्द्रता इस प्रकार दी जाती है:

\( \phi = \frac{P_v}{P_{sat}} \times 100 \)

जहाँ आंशिक वाष्प दाब की गणना इस प्रकार की जाती है:

\( P_v = \frac{\omega \times P}{0.622~ + ~\omega} \)

दिया गया है:

• \( \omega = 0.018 \)
• \( P = 760 \, \text{mm Hg} \)
• \( P_{sat} = 28.34 \, \text{mm Hg} \)

गणना:

\( P_v = \frac{0.018 \times 760}{0.622 + 0.018} \approx 21.375 \, \text{mm Hg} \)

\( \phi = \frac{21.375}{28.34} \times 100 \approx {75.42\%} \)

संकल्पना:

एक रेफ्रिजरेटर के COP को इस प्रकार परिभाषित किया गया है:

\( COP = \frac{Q_L}{W} \Rightarrow W = \frac{Q_L}{COP} \)

कुल त्यागी गई ऊष्मा: \( Q_H = Q_L + W \)

दिया गया है:

• \( COP = 2 \)
• \( Q_L = 100~\text{kJ/min} = 1.667~\text{kW} \)

गणना:

\( W = \frac{1.667}{2} = 0.8335~\text{kW} \)

\( Q_H = 1.667 + 0.8335 = 2.5~\text{kW} \)

अवधारणा:

\({\rm{COP\;of\;Carnot\;Heat\;pump}} = \frac{{{T_1}}}{{{T_1} - {T_2}}}\)

गणना:

दिया हुआ:

T₁ = 327° C = 600 K, T₂ = 27° C = 300 K

\(\therefore COP = \frac{{{T_1}}}{{{T_1} - {T_2}}}\)

\(\therefore COP = \frac{{600}}{{600 - 300}} = \frac{{600}}{{300}} = 2\)

∴ कार्नोट ऊष्मा पंप का COP = 2

संकल्पना:

\(η_{carnot}=\frac{T_H-T_L}{T_H}=1-\frac{T_L}{T_H}\)

\((COP)_{carnot}=\frac{T_L}{T_H-T_L}\)

गणना:

दिया गया है:

η_Carnot = 50 % = 0.5, T_H = 400 K

\(η_{carnot}=\frac{T_H-T_L}{T_H}=1-\frac{T_L}{T_H}\)

\(\Rightarrow\frac{T_L}{T_H}=0.5=\frac{1}{2}\)

अब,

\((COP)_{carnot}=\frac{T_L}{T_H-T_L}=\frac{1}{\frac{T_H}{T_L}-1}=\frac{1}{2-1}=1\)

संप्रत्यय:

सापेक्ष आर्द्रता निम्न द्वारा दी जाती है

\(ϕ = \frac{{{P_v}}}{{{P_{vs}}}}\)

जहाँ P _v जल वाष्प का दाब है और P_vs संतृप्ति बिंदु पर जल वाष्प का दाब है।

समतापीय प्रक्रिया के लिए:

PV = स्थिरांक

गणना:

दिया गया है:

ϕ₁ = 50%, P_v1

चूँकि आयतन आधा हो गया है इसलिए दाब दोगुना हो गया है।

P_v2 = 2P_v1

\(\frac{{{ϕ _2}}}{{{ϕ _1}}} = \frac{{{P_{{v_2}}}}}{{{P_{v1\;}}}}\)

\(\frac{{{ϕ _2}}}{{{ϕ _1}}} = 2\)

ϕ₂ = 2ϕ₁

ϕ₂ = 2 x 50 ⇒ 100%।

अतिरिक्त जानकारीयहाँ, प्रारंभिक स्थिति नम हवा के रूप में दी गई है, लेकिन हम इसके लिए आदर्श गैस लागू नहीं कर सकते। तकनीकी रूप से शब्दांकन गलत है लेकिन यहाँ हमें इसे आदर्श मानकर हल करना होगा।

व्याख्या:

• घरेलू रेफ्रीजिरेटर सामान्यतौर पर वाष्प संपीडन चक्र पर चलता है। इस चक्र में R134a जैसा एक परिसंचारी प्रशीतक निम्न-दबाव वाले वाष्प पर या शीतित स्थान के तापमान से थोड़े कम तापमान पर एक संपीडक में प्रवेश करता है।
• अमोनिया का उपयोग सामान्यतौर पर वाष्प अवशोषण चक्र में किया जाता है।
• नाइट्रोजन और CO₂ का उपयोग प्रशीतक के रूप में नहीं किया जाता है।

वर्णन:

प्रशीतन प्रणाली:

एक प्रशीतन प्रणाली में न्यूनतम चार महत्वपूर्ण घटक शामिल हैं अर्थात् संपीडक, संघनित्र, विस्तार वाल्व, और उद्वाष्पक। 

विस्तार वाल्व:

• विस्तार वाल्व का उद्देश्य प्रशीतन चक्र में प्रशीतक के दबाव को तीव्रता से कम करना होता है। 
• यह प्रशीतक को उद्वाष्पक में प्रवेश करने से पहले तीव्रता से ठंडा होने की अनुमति प्रदान करता है। 
• विस्तार वाल्व ऊष्मा लाभ को कम करने के लिए उद्वाष्पक के निकट स्थित होता है। 
• अधिकांश सामान्य उपकरण केशिका ट्यूब, तापीय विस्तार वाल्व, इलेक्ट्रॉनिक विस्तार वाल्व हैं। 

​

स्पष्टीकरण:

वायु के अनुकूलन में मूलभूत प्रक्रियाएं:

संवेदी तापन:

वायु की नमी सामग्री स्थिर रहती है इसलिए विशिष्ट आर्द्रता स्थिर रहती है, तो तापमान बढ़ता है क्योंकि यह तापन कुण्डल पर प्रवाहित होता है।

संवेदी शीतलन:

वायु की नमी सामग्री स्थिर रहती है इसलिए विशिष्ट आर्द्रता स्थिर रहती है, लेकिन इसका तापमान कम होता है क्योंकि यह शीतलन कुण्डल पर प्रवाहित होता है।

निरार्द्रीकरण:

• जब तापमान स्थिर रहता है लेकिन विशिष्ट आर्द्रता घट जाती है ।
• यह एक ऊर्ध्वाधर रेखा द्वारा दर्शाया जाता है।

आर्द्रीकरण:

• जब एक प्रक्रिया में तापमान स्थिर रहता है लेकिन विशिष्ट आर्द्रता बढ़ जाती है ।
• यह एक ऊर्ध्वाधर रेखा द्वारा दर्शाया जाता है।

शीतलन और निरार्द्रीकरण:

• स प्रक्रिया में वायु तापमान और विशिष्ट आर्द्रता दोनों को कम करना शामिल होता है।
• इस प्रक्रिया का उपयोग सामान्यतौर पर गर्मियों में वातानुकूलन के लिए किया जाता है जिसमें वायु शीतलन कुण्डल पर पारित होता है।
• जब नम वायु को इसके ओसांक से नीचे ठंडा किया जाता है, तो वाष्प वायु से संघनित होता है परिणामस्वरूप शीतलन और निरार्द्रीकरण एकसाथ होता है।

तापन और आर्द्रीकरण:

• सर्दियों के दौरान आराम के लिए कमरे की वायु को गर्म और आद्रित करना अनिवार्य होता है।
• यह सर्वप्रथम संवेदी रूप से वायु को गर्म करने और फिर जलवाष्प को भाप नोज़ल के माध्यम से वायु की धारा में जोड़ कर पूरा किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप वायु का तापमान और आर्द्रता का अनुपात बढ़ता है।

शीतलन और आर्द्रीकरण:

वायु का तापमान गिरता है और इसकी आर्द्रता बढ़ जाती है।

तापन और निरार्द्रीकरण:

इस प्रक्रिया को एक आर्द्रताग्राही पदार्थ का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है, जो नमी से जलवाष्प अवशोषित करता है। यदि यह प्रक्रिया तापीय रूप से अवरोधित होती है, तो वायु की तापीय धारिता स्थिर रहती है, जिसके परिणामस्वरूप वायु का तापमान बढ़ता है।Additional Information

शुष्क बल्ब तापमान: गैसों का वास्तविक तापमान या गैसों का मिश्रण।

नम बल्ब तापमान: आसुत जल द्वारा नम बाती के साथ एक सटीक थर्मामीटर द्वारा प्राप्त तापमान।

ओस बिंदु तापमान: तापमान जिस पर तरल की बूंदें दिखाई देती हैं, जब नम हवा को लगातार ठंडा किया जाता है।

संतृप्ति रेखा के अनुदिश सापेक्ष आर्द्रता 100% है।

संकल्पना:

• केशिका नली घरेलू प्रशीतक, डीप फ्रीजर, वाटर कूलर और एयर कंडीशनर में सबसे अधिक इस्तेमाल होने वाले उपरोधी उपकरणों में से एक है।
• केशिका नलियों में बहुत छोटे आंतरिक व्यास और बहुत लंबी लंबाई होती है और वे कई मोड़ों पर कुंडलित होती हैं ताकि यह कम स्थान घेरे (सुगठित)।
• वे निर्माण में आसान, सस्ते और सुगठित हैं।

कार्यप्रणाली:

• जब प्रशीतक द्रवणित्र छोड़ता है और केशिका नली में प्रवेश करता है, तो इसका उच्च दबाव केशिका नली के बहुत छोटे व्यास के कारण अचानक नीचे गिर जाता है और लंबी लंबाई अधिक घर्षण शीर्ष देती है और आगे दबाव छोड़ देती है।
• दबाव में कमी से प्रशीतक का ठंडा होना और कम तापमान प्रशीतक कमरे से ऊष्मा ले सकता है।

दिया गया है: अन्तर्गम (अवस्था 1): 35°C और 100% RH; निर्गम (अवस्था 2): 25°C और 100% RH, आपेक्षिक आर्द्रता समान है लेकिन जैसे-जैसे ताप कम हो रहा है और विशिष्ट आर्द्रता भी कम हो रही है। तो प्रक्रिया 1-2 शीतलन और अनार्द्रीकरण प्रक्रिया है। उपकरण का नाम अनार्द्रीकारक है। 

स्पष्टीकरण:

प्रशीतक दो प्रकार के होते हैं

1. प्राथमिक प्रशीतक: प्राथमिक प्रशीतक वे पदार्थ होते हैं जो एक चक्रीय प्रक्रिया से गुजरते हैं और न्यूनतम तापमान उत्पादित करते हैं। इसमें प्रशीतकों के लिए एक गुप्त ऊष्मा रूपांतरण होता है। उदाहरण के लिए - R-11, R-12, R-22, R-134a, R-1150 इत्यादि।
2. द्वितीयक प्रशीतक : ये वे कार्यरत पदार्थ हैं जिसे पहले प्राथमिक प्रशीतक द्वारा ठंडा किया जाता है और फिर वांछनीय स्थानों पर शीतलन के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण - H2O, लवण-जल।

 Additional Information

• R-11 –बड़ा केंद्रीय वातानुकूलन संयंत्र
• R-12- घरेलू रेफ्रीजिरेटर, वाटर कूलर आदि
• R-22- विंडो AC
• NH3- शीत संग्रहण या आइसिंग संयंत्र 
• CO2- शुष्क बर्फ का परिवहन 
• वायु - विमान प्रशीतन प्रणाली 
• लवण जल- दूध शीतलन संयंत्र

Mistake Points

दोनों जल और लवण जल द्वितीयक प्रशीतक हैं, लेकिन यहां वह 0°C से ऊपर पूछ रहा है, इसलिए जल सही उत्तर होगा। 

दिया गया है: T1 = 27°C = 300 K, T2 = -23°C = 250 K, W = 1 kW; \(CO{P_{HP}} = \frac{{{Q_1}}}{W} = \frac{{{Q_1}}}{{{Q_1} - {Q_2}}} = \frac{{{T_1}}}{{{T_1} - {T_2}}} = \frac{{{Q_H}}}{{{Q_H} - {Q_L}}}\); अब, \(\frac{{{Q_1}}}{1} = \frac{{{300}}}{{{300} - {250}}} \Rightarrow Q = 6 \ kW\)