Posts

Showing posts with the label Cryogenics (Kriogenika)

Orto-paravodonik konverzija

Image
Struktura ortovodonika i paravodonika. Dva aranžmana za pretvaranje ortovodonika u paravodonik. Orto-paravodonik konverzija Godine 1932, fizičar Verner Hajzenberg dobio je Nobelovu nagradu „za stvaranje kvantne mehanike, čija je primena, između ostalog, dovela do otkrića alotropnih oblika vodonika“. Bio je glavni naučnik u nemačkom programu nuklearnog oružja tokom Drugog svetskog rata. Takođe je bio ključan u planiranju prvog zapadnonemačkog nuklearnog reaktora u Karlsrueu, zajedno sa istraživačkim reaktorom u Minhenu, 1957. Likvifikacija vodonika sa sobom donosi dodatni aspekt koji se ne sreće kod drugih kriogenih tečnosti. Vodonik postoji u dva oblika, ortovodonik i paravodonik, a ravnotežna koncentracija između njih zavisi od temperature vodonika. Na sobnoj temperaturi, ova koncentracija je oko 75% ortovodonika i 25% paravodonika (generalno označenog kao normalni vodonik), dok je ravnotežna koncentracija na normalnoj tački ključanja vodonika skoro sav paravodonik. Kada je vodonik

Kaskadni procesi

Image
Pojednostavljeni klasični kaskadni ciklus Kriva hlađenja kaskadnog ciklusa na tri i devet nivoa za prirodni gas. Propan prethodno ohlađeni MRC ciklus hlađenja za prirodni gas. Kaskadni ciklus mešanog rashladnog sredstva. Kaskadni procesi Klasični kaskadni ciklus Pojednostavljeni tok klasičnog kaskadnog procesa je prikazan na slici. Kada se koristi za likvifikaciju prirodnog gasa, struja prirodnog gasa nakon prečišćavanja se sukcesivno hladi isparavanjem propana, etilena i metana. Svaki od ovih gasova se likvifikuje u konvencionalnim rashladnim petljama sličnim onom prikazanom na slici u postu Džul-Tomsonov efekat pod nazivom  Jednostavan Lindeov ciklus koji se koristi kao frižider.  Svako rashladno sredstvo može da se ispari na dva ili tri nivoa pritiska da bi se povećala efikasnost hlađenja, ali po cenu znatno povećane složenosti procesa. Krive hlađenja za likvifikaciju prirodnog gasa kaskadnim procesom su prikazane na slikama. Očigledno je da se efikasnost kaskadnog ciklusa može z

Izentropska ekspanzija

Image
Izentropski ekspanzioni frižider Pojednostavljeni raspored opreme za Simon sistem za likvifikaciju helijuma Putanja procesa koja opisuje sistem za likvifikaciju helijuma Simon na dijagramu temperature-entropije Helium Liquefier by Prof. Franz Eugen Simon, 1932-36 Oxford Georges Claude 1926. Claude ciklusni frižider koji koristi i ekspanzioni motor i ekspanzioni ventil. Klodov proces za likvifikaciju vazduha Prethodno ohlađeni Claudeov ciklus koji se koristi za likvifikaciju neona i vodonika. Izentropska ekspanzija U termodinamici ,  izentropski proces  ili  izoentropijski proces  ( ισον  = "jednak"(grčki);  εντροπία   e ntropija  = "nered"(grčki)) je proces u kojem se, u svrhu inženjerske analize i proračuna, može pretpostaviti da se proces odvija od početka do kraja bez porasta ili opadanja entropije sistema, tj. entropija sistema ostaje konstantna. Jednostavan ciklus ekspanzije gasa U ekspanziji koja proizvodi rad, temperatura procesnog fluida se uvek smanjuje; st

Džul-Tomsonov efekat

Image
Prva Džoul-Tomsonova eksperimentalna postavka. Joule–Thomson eksperiment Predznak the Joule–Thomson koeficijenta, za  N 2 William Thomson, 1st Baron Kelvin James Prescott Joule Carl von Linde 1868. Jednostavan Lindeov ciklus koji se koristi kao (a) frižider ili (b) kao likvifikajer sa (c) dijagramom temperature i entropije za oba procesa Von Lindeov originalni crtež njegovog procesa likvifikacije vazduha Džul-Tomsonov efekat U termodinamici, Džul-Tomsonov efekat (takođe poznat kao Džul-Kelvinov efekat ili Kelvin-Džulov efekat) opisuje temperaturnu promenu stvarnog gasa ili tečnosti (za razliku od idealnog gasa) kada se propusti kroz ventil ili porozni čep držeći ga izolovanim tako da se toplota ne razmenjuje sa okolinom. Ovaj postupak se naziva proces prigušivanja ili Joule-Thomsonov proces. Na sobnoj temperaturi, svi gasovi osim vodonika, helijuma i neona se hlade nakon širenja Joule–Thomsonovim procesom kada se prigušuju kroz otvor; ova tri gasa doživljavaju isti efekat ali samo na

Sadržaj bloga

Image
  Sadržaj bloga   Sadržaj kriogenike   Sadržaj elektrotehnike   Sadržaj rashlada   Sadržaj Instrumenata   Sadržaj popravki   Sadržaj knjiga   Sadržaj ostalo   Sadržaj razonode   Najave O meni   Kontakt Pregledi bloga   Upozorenje  

Dewarova posuda

Image
  Dewarova vakumska boca u muzeju Royal Institution James Dewar Laboratorijska Dewar boca, Deutsches Museum, München Dewarova posuda Napor da se likvifikuje vodonik predvodio je škotski hemičar i fizičar James Dewar (1842–1923) . Svi kriogeni, uključujući tečni vodonik, imaju nisku latentnu toplinu. Mala količina toplote koja teče iz posude u tečni kriogen će uzrokovati da kriogen ispari u kratkom vremenskom periodu. Kriogeni su bili skladišteni pod vrlo visokim pritiskom, u kontejnerima sa značajnim pojačanjem pre Dewarovog vremena. Ovaj pristup je bio vrlo nepoželjan zbog visoke cene, kao i zbog sigurnosnih razloga. Tečni vodonik ima nižu temperaturu ključanja i manju molsku toplotu isparavanja (886 Joule) od ostalih gasova likvifikovanih do tada, što je čuvanje tečnog vodonika činilo posebno izazovnim. Dewar je shvatio da je osnovno rešenje minimizirati razmenu topline između kriogena i njegovog skladišta. Sledeći svoju ideju da bi „vakum“ funkcionisao kao termička barijera između p

Pritisak-entalpija dijagram

Image
P-h dijagram amonijaka R717       P-h dijagram kiseonik Pritisak-entalpija dijagram Kako bi znali osobine rashladnih fluida koje su nam od interesa koristimo pritisak-entalpija dijagram ili P-h dijagram. Ovaj dijagram je dobar način da se opiše tečna i gasovita faza supstance. Na vertikalnoj osi je pritisak, P, obično predstavljen u logaritamskoj skali, a na horizontalnoj osi je entalpija, h. Linija zasićenja definiše granicu čiste tečnosti i čistog gasa. Kod pritisaka iznad vrha krive, nema razlike između tečnosti i gasa. Iznad tog pritiska gas se ne može likvifikovati. Ta tačka na vrhu krive predstavlja kritični pritisak. U dvofaznom regionu ispod krive nalazi se mešavina tečnosti i gasa. Ovi dijagrami su verovatno najprepoznatiji alat u industriji, sa dobrim razlogom. Nekada ih nazivamo i Mollier dijagramima. Richard Mollier je napravio prvi dijagram koristeći entalpiju na osi, slika (b)  1904. godine pokazujući proces sa konstantim pritiskom u kome se toplota dodaje tečnosti, čime

Upotreba kriogenike u zdravlju

Image
Kriogenski očuvani uzorci koji se uklanjaju iz dewara tečnog azota     Upotreba kriogenike u zdravlju Kriobiologija je nauka o zamrzavanju žive materije radi očuvanja. Nekoliko procedura zamrzavanja je osmišljeno radi čuvanja krvi i njenih komponenti. To je neophodno zbog toga što konvencionalne tehnike skladištenja dozvoljavaju efektivno čuvanje krvi samo 21 dan. Brzo zamrzavanje i održavanje na temperaturama tečnog azota, rezultira u uspešnom, dugotrajnom skladištenju krvi.  Uz krv, životinjsko seme se takođe skladišti uz pomoć kriogenike. Kriogeno zamrzavanje i skladištenje se takođe koristi u očuvanju koštane srži, kultura tkiva, ćelija tumora i kože. Embrioni nekih živih životinja i riba bili su uspešno zamrznuti i oživljeni, što je dovelo do stvaranja njihovog zdravog potomstva. Bilo kako, u sadašnjem trenutku, zamrzavanje i funkcionalan oporavak celih organa nije bio uspešan. Mali uzorci ćelija tumora, su ipak bili uspešno zamrznuti. Prvo ljudsko telo koje je zamrznuto s nadom u

Termodinamika-principi

Image
Lord Kelvin predaje      Lord Kelvin   Joule eksperiment "Mehanički ekvivalent toplote" Termodinamika-principi Ovaj post se bavi kratkim objašnjenjem važnih pojmova termodinamike, kako bi služili kao osnova za raspravu o kriogenoj tehnici. Kako je prvi smisleno definisao Skotski fizičar William Thomson (lord Kelvin) 1854: "Termo-dinamika je predmet odnosa toplote i sila koje deluju između susednih delova tela, i relacije toplote sa električnim činiocima".Termodinamika proučava makroskopske sisteme koji se sastoje od velikog broja "čestica", kao što su atomi, molekuli, klasteri i elektroni. Makroskopska svojstva sistema su prosečne vrednosti koje proizilaze iz slučajnih kretanja sastavnih mikroskopskih čestica. Na primer "pritisak" sistema se zasniva na prosečnoj vrednosti impulsa svih mikroskopskih čestica koje formiraju sistem. Razumevanje termodinamike nije počelo sa fizičkim modelom ili pretpostavkom. Umesto toga, bazira se na iskustvu i ekspe

Hlađenje i likvifikacija-principi

Image
Idealna Carnotova rashladna mašina   Carnot ciklus Idealni likvifikacioni sistem Carnotova monografija Razmišljanja o pokretačkoj moći vatre Hlađenje i likvifikacija-principi Hlađenje se ostvaruje termodinamičkim procesom dok procesni fluid na nižoj temperaturi od temperature okoline uzima toplotu okolini.  Proces hlađenja na kriogenim temperaturama u početku uključuje kompresiju procesnog fluida na ambijentalnoj temperaturi i odbacivanje toplote kompresije rashladnom sredstvu.  Za vreme kompresije na temperaturi okoline, za koji se normalno predpostavlja da je izoterman, entalpija (totalna energija) i entropija (vezana energija sistema koja se ne može upotrebiti) procesnog fluida se smanjuje.  Temperatura komprimovanog procesnog fluida se tada smanjuje kroz izmenu toplote sa strujom rashladnog fluida nakon čega sledi ekspanzija.  Ova ekspanzija se može odvijati ili putem uređaja za prigušivanje (izentalpičko širenje), gde postoji samo smanjenje temperature kada je Joule Thomson koefic