تاثیر گرمای ویژه (Specific Heat) در محاسبات سرمایشی

یکی از پارامترهای مورد استفاده در ظرفیت سیستم های برودتی نظیر یخچال های پرده هوا، یخچال های فروشگاهی و سردخانه ها، گرمای ویژه می باشد. گرمای ویژه به زبان ساده به مقدار گرمای لازم برای افزایش یک درجه سانتی گراد در هر یک کیلوگرم هر ماده گفته می شود که با واحد kj/kg °c اندازه گیری می گردد. دو ماده متفاوت با جرم یکسان به دلیل تفاوت در ظرفیت گرمایی ویژه، در صورت اضافه شدن انرژی یکسان، تغییرات دمایی متفاوتی خواهند داشت. بنابراین ظرفیت گرمایی ویژه به جنس ماده بستگی دارد.

برای مثال؛ اگر شما دو ماده با ظرفیت گرمایی ویژه متفاوت داشته باشید که یکی از آن ها دارای ظرفیت گرمایی ویژه کم و دیگری دارای ظرفیت گرمایی بیشتری باشد، در صورتی که به هردو ماده دقیقا به یک مقدار انرژی گرمایی بدهیم، دمای ماده ی اول به اندازه ی ماده ی دوم افزایش نمی یابد. باید توجه داشت که در گازها، ظرفیت گرمایی به فشار و دمای محیط بستگی دارد.

پارامتر دیگری به نام ظرفیت گرمایی وجود دارد که یک متغیر حالت است و به این بستگی دارد که چه مقدار ماده تحت انتقال حرارت قرار گرفته است. همانطور که می دانید برای افزایش حرکت مولکول ها در یک ماده، نیاز است تا به سیستم انرژی وارد شود. اگر مقدار انرژی وارد شده به ماده برای افزایش انرژی درونی و در نهایت افزایش حرکت مولکول های ماده کافی باشد، انرژی اضافی صرف افزایش دمای ماده خواهد شد.

همانطور که گفته شد مواد مختلف دارای ظرفیت گرمایی ویژه ی متفاوتی می باشند، به عنوان مثال طلا دارای گرمای ویژه  j/g °c 0/129 می باشد. این بدان معنی است که 0/129 ژول گرما نیاز است که دمای 1 گرم طلا به میزان 1 درجه سانتی گراد افزایش یابد.

ظرفیت گرمایی ویژه ی آب j/g °c 4/179 و ظرفیت گرمایی ویژه ی یخ j/g °c 2/03 است که این مقدار، برابر با نصف مقدار ظرفیت گرمایی ویژه ی آب می باشد. به عبارت دیگر میتوان گفت که حالت یک ماده نیز در کنار ترکیب و ساختار داخلی مولکول های ماده، بر مقدار ظرفیت گرمایی ویژه تاثیرگذار می باشد.

حال جهت محاسبه ی ظرفیت برودتی یک مدل یخچال فروشگاهی و یا سردخانه، در ابتدا باید مقدار و نوع مواد غذایی که قرار است در آن ها نگهداری شوند را بدانیم و پس از آن از طریق رابطه یQ = mcDT  ، مقدار انرژی لازم جهت سرد کردن آن ماده ی غذایی را محاسبه نماییم.

)فرمول محاسبه ی ظرفیت گرمایی ویژه)      Q = mcDT

در این رابطه؛

Q مقدار انرژی گرمایی، DT میزان تغییرات دما، m مقدار جرم و c مقدار ظرفیت گرمایی ویژه است.

 

برای مثال اگر یک یخچال پرده هوا داشته باشیم که مقدار 100 کیلوگرم خرما در آن نگهداری شود، با فرض اینکه خرما از سردخانه ای با دمای 10 درجه سانتی گراد به یخچال پرده هوا منتقل شده باشد و قرار باشد که دمای آن به 4 درجه سانتی گراد برسد محاسبات به شرح ذیل انجام می شود:

 

c (مقدار گرمای ویژه خرما) = 0/84 kj/kg °c

m = 100 kg

DT = 10 – 4 = 6 °c

Q = 100*0/84*6  =504  kj

این به آن معنی است که مقدار انرژی لازم برای تغییر دما در 1 ثانیه، به میزان 504 کیلوژول می باشد و در صورتی که زمان موردنیاز جهت این تغییر 1 ساعت باشد، مقدار وات مورد محاسبه به شکل زیر خواهد بود:

کیلو ژول 0/14=504/3600

به این معنی است که به میزان 0/14 (کیلووات) یا 140( وات) توان، جهت یخچال پرده هوای فوق موردنیاز می باشد. این مقدار در محاسبات میزان ظرفیت کمپرسور، کندانسور و اواپراتور یخچال فروشگاهی به کار می آید.