Heat Engine, Heat Pump and Refrigerator MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Heat Engine, Heat Pump and Refrigerator - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संप्रत्यय:

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:

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

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

व्याख्या:

ऊष्मा पंप:

• एक बुनियादी ऊष्मा पंप चक्र में, कई प्रमुख घटक होते हैं जो एक स्थान से दूसरे स्थान पर ऊष्मा स्थानांतरित करने के लिए एक साथ काम करते हैं।
• एक ऊष्मा पंप HVAC (तापन, संवातन और वातानुकूलन) प्रणाली का एक अनिवार्य हिस्सा है, जिसका उपयोग थर्मल ऊर्जा को स्थानांतरित करके किसी स्थान को गर्म या ठंडा करने के लिए किया जाता है।
• एक बुनियादी ऊष्मा पंप चक्र में आमतौर पर पाए जाने वाले प्राथमिक घटकों में वाष्पित्र, संपीडक, संघनित्र और प्रसार-वाल्व शामिल हैं।

वाष्पित्र:

• वाष्पित्र ऊष्मा पंप चक्र में एक महत्वपूर्ण घटक है। यह आसपास के वातावरण से ऊष्मा को अवशोषित करने के लिए जिम्मेदार है। तापन मोड में, वाष्पित्र बाहरी हवा, जमीन या पानी के स्रोत से ऊष्मा को अवशोषित करता है। शीतलन मोड में, यह इनडोर हवा से ऊष्मा को अवशोषित करता है। वाष्पित्र के अंदर प्रशीतक वाष्पित होता है (तरल से गैस में बदल जाता है) क्योंकि यह ऊष्मा को अवशोषित करता है, जिससे वातावरण से थर्मल ऊर्जा निकलती है।

संपीडक:

• संपीडक ऊष्मा पंप प्रणाली का दिल है। यह प्रशीतक को संपीड़ित करता है, जिससे इसका दबाव और तापमान बढ़ जाता है। उच्च दबाव, उच्च तापमान वाली गैस तब संघनित्र में चली जाती है। संपीडक की भूमिका महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रणाली के माध्यम से प्रशीतक को स्थानांतरित करके ऊष्मा के हस्तांतरण को सक्षम बनाता है। संपीडक के बिना, चक्र प्रभावी ढंग से कार्य करने में सक्षम नहीं होगा।

संघनित्र:

• संघनित्र वह जगह है जहाँ प्रशीतक अवशोषित ऊष्मा को छोड़ता है। तापन मोड में, संघनित्र इनडोर स्पेस में ऊष्मा छोड़ता है, जिससे यह गर्म हो जाता है। शीतलन मोड में, यह बाहरी वातावरण में ऊष्मा छोड़ता है। प्रशीतक संघनित होता है (गैस से तरल में बदल जाता है) क्योंकि यह ऊष्मा छोड़ता है, जिसे फिर वाष्पित्र में वापस प्रसारित किया जाता है।

प्रसार-वाल्व:

• प्रसार-वाल्व वाष्पित्र में प्रशीतक के प्रवाह को नियंत्रित करता है। यह प्रशीतक के दबाव को कम करता है, जिससे वाष्पित्र में प्रवेश करने से पहले यह ठंडा हो जाता है। यह दबाव में कमी प्रशीतक को वाष्पित्र में अधिक प्रभावी ढंग से ऊष्मा को अवशोषित करने की अनुमति देती है। ऊष्मा पंप चक्र की दक्षता सुनिश्चित करने और प्रशीतक प्रवाह के उचित संतुलन को बनाए रखने के लिए प्रसार-वाल्व आवश्यक है।

संकल्पना:

कार्नो चक्र के अनुसार ऊष्मा इंजन की दक्षता को प्रति चक्र किए गए शुद्ध कार्य और स्रोत से कार्यशील पदार्थ द्वारा प्रति चक्र अवशोषित ऊष्मा की कुल मात्रा के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जा सकता है

अर्थात \(\eta =~\frac{Net~work~done~per~cycle~}{Total~amount~of~heat~absorbed~per~cycle}=\frac{W}{{{Q}_{1}}}\)

यहाँ W= Q1 Q2

\(\therefore \eta =\frac{{{Q}_{1}}-{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}\) या प्रतिशत के रूप में \(\eta =\frac{{{Q}_{1}}-{{Q}_{2}}}{{{Q}_{1}}}\times 100\)

जहाँ

T1 = ऊष्मा स्रोत का तापमान

T2 = सिंक का तापमान

Q1 = स्रोत द्वारा आपूर्ति की गई ऊष्मा

Q2 = सिंक को आपूर्ति की गई ऊष्मा

संकल्पना:

रेफ्रिजरेटर:

एक रेफ्रिजरेटर एक ऐसा उपकरण है जो एक उल्टे कार्नोट चक्र पर काम करता है और कम तापमान वाले पिंड से ऊष्मा निकालकर पिंड के तापमान को परिवेश के तापमान से कम रखता है और कार्य इनपुट लेकर ऊष्मा को उच्च तापमान वाले पिंड या परिवेश में स्थानांतरित करता है।

शीतलन प्रभाव R.E.= QL

कार्य इनपुट = QH - QL

COP = \(\frac{Q_L}{Q_H~-~Q_L}\)

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,

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

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, \(\frac{{{Q_1}}}{1} = \frac{{{300}}}{{{300} - {250}}} \Rightarrow Q = 6 \ kW\) 

संकल्पना:

आदर्श रेफ्रीजिरेटर का COP (प्रदर्शन का गुणांक) = T₁ / (T₂ – T₁) = Q₁ / W_R

\(COP = \frac{{{Q_1}}}{W} = \frac{{{T_1}}}{{{T_2} - {T_1}}}\)

T₂ = गर्म जलाशय का तापमान 

T₁ = ठंडा जलाशय का तापमान 

Q₁ = ठंडे जलाशय से अस्वीकृत ऊष्मा 

W_R = ऊष्मा को बाहर निकालने के लिए आवश्यक कार्य

गणना:

T₁ = -23 + 273 = 250 K

T₂   = 27+ 273 = 300 K

Q₁ = 0.5 kJ/s

\(COP = \frac{{{Q_1}}}{W} = \frac{{{T_1}}}{{{T_2} - {T_1}}} \Rightarrow \frac{{0.5}}{W} = \frac{{250}}{{300 - 250}} \Rightarrow \frac{{0.5}}{W} = 5\)

W_in = 0.1 kJ/s

अवधारणा:

प्रदर्शन का गुणांक रेफ्रिजरेटर में निकाले गए ऊष्मा से प्रशीतक पर किए गए कार्य का अनुपात है।

आदर्श रेफ्रिजरेटर का COP (गुणांक)

\(COP = \frac{{{Q_1}}}{W_R} = \frac{{{T_1}}}{{{T_2} - {T_1}}}\)

जहां T2 = गर्म जलाशय का तापमान, T1 = ठंडे जलाशय का तापमान, Q1 = ठंड जलाशय से खारिज ऊष्मा, WR = ऊष्मा को बाहर पंप करने के लिए आवश्यक कार्य।

गणना:

दिया हुआ:

T 1 = 5 ° C = 278 K, T 2 = 100 ° C = 373 K

\(COP = \frac{{{Q_1}}}{W_R} = \frac{{{T_1}}}{{{T_2} - {T_1}}}\)

COP = 278/95 = 2.93

Mistake Points

यहां परिवेशी तापमान और ऊष्मा अस्वीकृति तापमान दोनों प्रदान किए गए हैं। इसलिए COP की गणना करते समय TH = तापमान का उपयोग करें, जिस पर ऊष्मा अस्वीकृत कर दी जाती है।

अवधारणा:

जहां, T₁ = कम तापमान वाला कुंड, T₂ = उच्च तापमान वाला कुंड, Q₁ = प्रशीतक को आपूर्ति की गई ऊष्मा, Q₂ = प्रशीतक द्वारा अस्वीकृत ऊष्मा, WR = प्रशीतक को दिया गया कार्य इनपुट

कार्नोट प्रशीतन में उच्च तापमान को अस्वीकृत ऊष्मा = प्रशीतन प्रभाव + कार्य इनपुट

Q2 = Q1 + WR

गणना:

दिया हुआ:

TL= - 30°C ,  Winput = 1.28 kW , QS = 1 TR = 3.5167 kW

QR = QS + Winput  = 3.51 + 1.28 = 4.79 kW

अवधारणा:

जैसा कि इस बात का कोई उल्लेख नहीं है कि यह कार्नोट चक्र पर कार्य करता है, इसलिए ऊष्मा पंप का COP निम्न द्वारा दिया जाता है,

\(COP = \frac{{Heat\;rejection}}{{Heat\;rejection - Heat\;addition}}\)

गणना:

दिया हुआ है कि:

Qadd = 750 kW, Qrej = 1000 kW, TH = 30°C, TL = 15°C 

∴ \(COP~=~\frac{1000}{1000-750}\)

COP = 4

अवधारणा:

एक ऊष्मा पम्प एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग ठंडे स्थान से तापीय ऊर्जा को शीतलन चक्र का उपयोग करके गर्म स्थान पर स्थानांतरित करके किया जाता है।

ऊष्मा पंप के प्रदर्शन या COP का गुणांक प्रदान किए गए उपयोगी तापन से आवश्यक कार्य (ऊर्जा) का एक अनुपात है।

\({COP_{HP}={Heat\: Rejected \over Work\: Provided}} =\frac{Q_1}{W}\)

गणना:

दिया हुआ:

अस्वीकृत ऊष्मा की दर, Q1 = 360 kJ/min = \( {360 \over 60}\) kJ/sec = 6 kW, आपूर्ति की गई शक्ति, W = 2 kW

एक ऊष्मा पंप के प्रदर्शन का गुणांक

COP = \({Q_1 \over W}\)

= \({6\over 2}\)

= 3

Additional Information

एक प्रशीतक का प्रदर्शन का गुणांक या COP अवशोषित ऊष्मा से आवश्यक कार्य (ऊर्जा) का अनुपात है।

\(\mathbf{COP_{RE}={Heat\: Absorbed \over Work\: Provided}}\) \(\mathbf{= {Q_2 \over W}}\)

∴ COPHP = COPRE + 1

संकल्पना:

आदर्श वाष्प संपीडन प्रणाली (VCRS) का COP:

यह प्रशीतन प्रभाव (R.E) और संपीडक द्वारा किये गए कार्य (Wc) का अनुपात है। 

\(COP=\frac{Refrigerating\;effect}{Work\;done\;by\;compressor}\Rightarrow \frac{R.E}{W_c}\)

प्रक्रिया 1-2: संपीडक द्वारा किया गया समऐन्ट्रॉपिक कार्य

प्रक्रिया 2-3: संघनित्र द्वारा स्थिर दबाव पर ऊष्मा निष्कासन

प्रक्रिया 3-4: उपरोधी वाल्व द्वारा सम-एन्थल्पी विस्तार

प्रक्रिया 4-1: उद्वाष्पक द्वारा स्थिर दबाव पर ऊष्मा संवर्धन। 

गणना:

दिया गया है:

h3 = h4 = 90 kJ/kg, h1 = 180 kJ/kg, h2 = 200 kJ/kg

\(COP = \frac{{Refrigeration\ effect}}{{Work\ done}} = \frac{{{h_1}\;- \;{h_4}}}{{{h_2}\;-\;{h_1}}}\)

\(\therefore\frac{{180\;- \;90}}{{200\;-\;180}} \Rightarrow 4.5\)

संकल्पना:

प्रदर्शन का गुणांक रेफ्रीजिरेटर में निष्कासित ऊष्मा और प्रशीतक पर किये गए कार्य का अनुपात है। 

आदर्श रेफ्रीजिरेटर का COP (प्रदर्शन का गुणांक)

\(COP = \frac{{{Q_1}}}{W_R} = \frac{{{T_1}}}{{{T_2} - {T_1}}}\)

जहाँ T2 = गर्म जलाशय का तापमान, T1 = ठंडे जलाशय का तापमान, Q1 = ठंडे जलाशय से अस्वीकृत ऊष्मा, WR = ऊष्मा को बाहर निकालने में पंप के लिए आवश्यक कार्य

गणना:

दिया गया है:

एक 10 - टन प्रशीतन प्रणाली 

1 टन = 3.5 kW इसलिए, 10 टन = 35 kW 

Q1 = 35 kW

प्रशीतन प्रणाली 10 kW विद्युतीय ऊर्जा का उपभोग करता है। 

W_R = 10 kW

\(COP =\frac{Q_1}{W_R} = \frac{{35}}{{10}} = 3.5\)