|
Prof. Dr. Sinsi
|
Mutfak Tipi Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sisteminin Tasarimi
Mutfak Tipi soğutucu için akışkan seçimi
Bu bölümde derin dondurucular için alternatif soğutucu akışkanlar kullanılarak buhar sıkıştırmalı soğutucunun termodinamik analizi gerçekleştirilmiştir Analizde kullanılan buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin çalışma parametreleri Çizelge 41’de verilmiştir R134a, R404A, R407A, R407C, R410A, R502, R507 ve R290 (Propan), buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi için alternatif akışkanlar olarak seçilmiş ve bu soğutucu akışkanlar için soğutma çevriminin termodinamik analizi yapılmıştır Farklı alternatif soğutucu akışkanlar ve yoğuşturucu sıcaklıkları için, çevrimin basınç oranı, kompresör gücü, soğutucu akışkan kütle debisi, soğutucunun etkinlik katsayısı, yoğuşturucu ısı kapasitesi ile alternatif soğutucu akışkanların etkinlik katsayılarının R12 ve R22'nin etkinlik katsayısına oranının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır
Çizelge 41 Soğutma çevriminin analizinde kullanılan çalışma parametreleri
Soğutma yükü 500 W
Buharlaştırıcı sıcaklığı çalışma aralığı - 40 oC - 0 oC
Aşırı soğutma sıcaklık farkı 10 oC
Aşırı ısıtma sıcaklık farkı 4 oC
Kompresör verimi 0,7
Yoğuşturucu sıcaklığı 40 oC
Emme borusu basınç kaybı 0,02 bar
Basma hattı basınç kaybı 0,01 bar
Alternatif soğutucu akışkanlar R134a, R290, R404A, R407A, R410A, R507, R407C
500 W soğutma yükü ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığında buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin farklı alternatif akışkanlar için Pr basınç oranının, buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi Şekil 41'de verilmiştir Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin basınç oranı, Py yoğuşturucu basıncının, Pb buharlaştırıcı basıncına oranı olarak tanımlanmıştır Soğutucu akışkanlarda düşük basınç oranı istenilen bir özelliktir
Şekil 41’de görüldüğü gibi R 134a basınç oranı en yüksek ve R290 (Propan) basınç oranı en düşük olan soğutucu akışkandır Bu fark, düşük buharlaştırıcı sıcaklıklarında daha açık olarak görülürken, yüksek buharlaştırıcı sıcaklıklarında azalmaktadır Farklı soğutucu akışkanlar için buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin yüksek ve düşük çalışma basınçları karşılaştırıldığında, çalışılan buharlaştırıcı sıcaklığı aralığında R12 ve R22 ‘nin basınç oranlarının birbirine çok yakın olduğu görülür Diğer taraftan, R404A, R507 ve R410A'nın basınç oranlarının birbirlerine yakın olması ve basınç oranları temel alındığında, R12 ve R22‘nin alternatifleri olarak görülmektedir Basınç oranının yüksek olması
R 134a için istenmeyen bir özelliktir
Şekil 41 500 W soğutma yükü ve 40 o C yoğuşturucu sıcaklığında soğutucunun
Basınç oranının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi
Kompresör gücünün buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi Şekil 42’de verilmiştir Kompresör gücü, buharlaştırıcı sıcaklığı ile yaklaşık doğrusal olarak azalmaktadır Yüksek kompresör gücü gerektiren alternatif soğutucu akışkan R404A‘dır En düşük kompresör gücü gerektiren soğutucu akışkan R22‘dir
Şekil 42 500 W soğutma yükü ve 40 o C yoğuşturucu sıcaklığında soğutucunun
kompresör gücünün buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi
R22 soğutucu akışkanına yakın kompresör gücü gereksinimi gösteren alternatif soğutucu akışkan R407C‘dir R407C ile R22 arasındaki kompresör gücü farkı, -40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında 0025 kW‘dır Diğer taraftan, aynı buharlaştırıcı sıcaklığında R12 ve R407C'nin aynı evaperatör sıcaklığındaki kompresör gücü yaklaşık aynıdır Diğer taraftan, R290, R502 ve R134a'nın, – 40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında kompresör güçleri yaklaşık eşit ve 036 kW'dır Diğer taraftan, R407A, R410A ve R507 alternatif soğutucu akışkanların kompresör güçleri de yaklaşık eşit ve 0385 kW'dır Bu kompresör gücü R22'nin kompresör gücünden 0050 kW daha yüksektir Kompresör gücü gereksinimleri karşılaştırıldığında R407C ‘nin en düşük güç gereksinimine sahip olduğu görülür
Şekil 43 500 W soğutma yükü ve 40 o C yoğuşturucu sıcaklığında soğutucunun
kütle debilerinin buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi
Soğutucu akışkan kütle debisinin buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi Şekil 43’de verilmiştir Şekilde görüldüğü gibi soğutucu akışkanların kütlesel debilerinin buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi yaklaşık doğrusal ve yatay ile küçük bir açı yaparak azalmaktadır Diğer taraftan R290, minimum ve 0002 kg/s' ye eşit kütle debisine sahip alternatif soğutucu akışkandır R407C, R 290'dan sonra en az kütle debisi gerektiren soğutucu akışkandır ve -40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında kütle debisi 00032 kg/s' dir R134a'nın -40 oC buharlaştırıcı sıcaklığındaki kütle debisi 00038 kg/s' dir ve bu debi R22‘den daha fazla, R12 ve R507‘den daha azdır R507, R12 ile yaklaşık aynı kütlesel debiye sahiptir En fazla kütlesel debi gerektiren alternatif soğutucu akışkanlar R502 ve R404A‘dır
500 W soğutma yükü ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığı için buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin soğutma etkinlik katsayısının (COP), buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi Şekil 44’te görülmektedir Soğutma etkinlik katsayısı buharlaştırıcı sıcaklığı ile artmaktadır R12 en yüksek soğutma etkinlik katsayısına sahip soğutucu akışkandır
Şekil 44 500 W soğutma yükü ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığında soğutucunun
soğutma etkinlik katsayısının, buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi
En düşük soğutma etkinlik katsayısına sahip olan R404A‘nı 0oC buharlaştırıcı sıcaklığında soğutma etkinlik katsayısı 364 ve - 40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında değeri 119‘dur R407A, R507 ve R410A alternatif soğutucu akışkanları ise – 40o C' de 13 soğutma etkinlik katsayısına sahiptirler Soğutma etkinlik katsayısı en yüksek olan alternatif soğutucu akışkan R407C'dir ve – 40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında değeri 144'dir
Şekil 45 500 W soğutma yükü ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığında, soğutucunun
soğutma etkinlik katsayısının R12'nin soğutma etkinlik katsayısına
oranının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi
Çeşitli alternatif soğutucu akışkanların soğutma etkinlik katsayılarının, R12 soğutucu akışkanın soğutma etkinlik katsayısına oranlarının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi Şekil 45’de görülmektedir Soğutma etkinlik katsayısı oranı en düşük olan alternatif soğutucu akışkan R404A ve en yüksek olanı R407C‘dir R404A‘nın – 40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında 083 olan COP/ COP12 oranı, aynı sıcaklıkta R407C için 1007'dir R407A, R507 ve R410A‘nın COP/ COP12 oranları birbirine yakındır ve bu oran incelenen buharlaştırıcı sıcaklığı aralığında 090 ile 094 arasında değişmektedir R290, R134a ve R502‘nin soğutma etkinlik katsayıları oranı da birbirine çok yakın ve – 40 oC ile – 25 oC buharlaştırıcı sıcaklıklarında yaklaşık eşittir Bu akışkanlardan R502' nin, buharlaştırıcı sıcaklığı 0 oC’ye yaklaşırken soğutma etkinlik katsayısı da R12 ‘nin soğutma etkinlik katsayısına yaklaşmaktadır Şekil 45’e göre soğutma etkinlik katsayısı oranı yüksek olan alternatif soğutucu akışkan R 407C'dir R 290, R 134a ve R 502'nin COP/ COP12 oranı 10'a yakın ve ortalama 098'dir
Şekil 46 500 W soğutma yükü ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığında, soğutucunun
soğutma etkinliğinin R22' nin soğutma etkinliğine oranının buharlaştırıcı
sıcaklığı ile değişimi
Şekil 46’da çeşitli alternatif soğutucu akışkanların etkinlik katsayılarının, R22 soğutucu akışkanın etkinlik katsayısına oranlarının, buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi görülmektedir Şekilde görüldüğü gibi R407C alternatif soğutucu akışkanı, R22 soğutucu akışkanının soğutma etkinlik katsayısı oranına oldukça yakın ve 0 oC’de değeri 097‘dir R12 ile karşılaştırıldığında R407C ‘nin soğutma etkinlik katsayısının daha yüksek olduğu belirtilmişti COP/ COP22 oranı en düşük olan alternatif soğutucu akışkan R404A olup, bu oran, – 40oC ile 0 oC buharlaştırıcı sıcaklığı aralığında 078 ile 086 arasında değişmektedir R410A, R507 ve R407A ‘nın COP/COP22 oranlarının değerleri birbirlerine yakındır ve – 40oC ile 0 oC buharlaştırıcı sıcaklığı aralığında 086 ile 09 arasında değişmektedir R407C ‘den farklı olarak R290, R134a ve R502 alternatif soğutucu akışkanların COP/ COP22 oranları – 40oC ile 0 oC buharlaştırıcı sıcaklığı aralığında 093 ile 096 arasında değişmektedir Bu sonuçlara göre R407C yüksek COP22/COP oranına sahip alternatif soğutucu akışkandır R290, R134a ve R502'de soğutma etkinlik katsayıları R22 ‘ye yakın olan alternatif soğutucu akışkanlardır
Şekil 47 500 W soğutma yükü ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığında, soğutucunun
yoğuşturucu ısı kapasitesinin buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi
Şekil 47’de 500 W soğutma yükündeki buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin, yoğuşturucuda çevreye olan ısı aktarımının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi görülmektedir Yoğuşturucuda, çevreye olan ısı aktarımı buharlaştırıcı sıcaklığı ile azalmaktadır Alternatif soğutucu akışkanlar karşılaştırıldığında, en düşük yoğuşturucu ısı kapasitesine sahip soğutucu akışkan R22, en yüksek yoğuşturucu ısı kapasitesine sahip olan soğutucu akışkan ise R404A’dır R407C'nin -40 oC buharlaştırıcı sıcaklığındaki yoğuşturucu ısı kapasitesi 085'dir ve bu değer R134a’nın kapasitesinden küçüktür Elde edilen bu sonuçlar literatürde verilen sonuçlarla uyum içerisindedir [5, 6]
Soğutucu akışkanların karşılaştırılması
Alternatif akışkan seçiminde sistemin soğutma etkinlik katsayısının, kompresör gücünün, kütle debisinin ve basınç oranlarının dikkate alınması gerekirBunun için buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin termodinamik analizi yapılmıştır Karşılaştırma için termodinamik analizden elde edilen, buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinde kullanılabilecek alternatif soğutucu akışkanların, - 40 oC buharlaştırıcı sıcaklığındaki,bazı çalışma parametreleri Çizelge 42’de verilmiştir
R134a, R502, R290 ve özellikle R407C alternatif soğutucu akışkanlarının, soğutma etkinlik katsayıları yüksektir Kompresör gücü ve soğutucu akışkanın kütle debisi açısından R407C uygun bir alternatif soğutucu akışkandır Çevrimin yüksek ve düşük basınçları dikkate alındığında R134a ve R407C alternatif soğutucu akışkanlarının basınçları düşüktür ve seçimleri uygun olur Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında, donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucuları için uygun olan alternatif soğutucu akışkanlar R407C ve R134a'dır
Çizelge 42 500 Watt kapasite ve -40 oC buharlaştırıcı sıcaklığında soğutucuda
farklı soğutucu akışkanlar kullanılması durumunda bazı çalışma
parametrelerinin değerleri
Soğutucu Akışkan R
22 R 407C R
12 R
134a R
290 R 404A R 407A R 410A R
507 R
502
Buharlaştırıcı basıncı (bar) 103 094 064 052 11 133 096 180 140 128
Yoğuşturucu basıncı (bar) 1505 1678 9581 1024 1365 1817 1656 2394 1891 1656
Yoğuşturucu ısı kapasitesi (W) 834 847 849 862 861 921 880 886 886 862
Kompresör gücü (W) 334 347 349 362 361 421 382 385 386 362
Kompresör
gücü (kJ/kg) 1031 1069 7307 9438 180 8056 1021 1156 8212 6887
Kütle debisi (g/s) 329 324 478 389 201 523 374 334 470 526
COP 15 144 143 138 139 119 132 130 130 138
Mutfak tipi Soğutucunun tasarımı
Soğutma gücü düşük, genleşme valfi yerine kılcal boru kullanılan,buharlaştırıcı sıcaklıkları uygulamaya göre değişen, mutfak tipi soğutucunun tasarımı yapılacaktır
Bir soğutma sistemi tasarlanırken aşağıdaki bilgilere ihtiyaç vardır
a) Soğutucunun kullanılacağı bölge
b) Soğutucunun kullanılma amacı
c) Soğutucunun soğutma kapasitesi
Soğutucunun kullanılacağı bölgeye göre çevre sıcaklığı, soğutucunun kullanım amacına göre soğutucu iç ortam sıcaklığı belirlenebilir Bunlara ilave olarak soğutucunun büyüklüğü de bilinirse, bir soğutma sisteminin tasarımında ilk aşama olan soğutma yükü hesaplanabilir Daha sonra, bu soğutma yükünü sağlayacak sistemin tasarımı yapılabilir Belirlenen soğutma yükünü sağlayacak buharlaştırıcının, kompresörün, yoğuşturucunun kapasitelerinin ve kılcal boru uzunluğunun hesaplanması gerekir
52 Soğutma Yükünün Hesaplanması
Bir soğutma sisteminin tasarımında ilk aşamada soğutma yükünün ve sistemin birim zamanda ne kadar ısıyı soğutulan ortamdan dış ortama atması gerektiğinin hesaplanması gerekir
Soğutma yükü, değişik yollardan soğutulan ortama aktarılan ısı ile sistem içinde üretilen ısıların toplamına eşittir Bunlara sistemin ısı kazancıda denilir Tasarımı
yapılan derin dondurucunun soğutma yükünü bulmak için bölümümüz tarafından FORTRAN dilinde yazılan Ek 3’de verilen program yardımıyla soğutma yükü hesaplanmıştır Sistemin ısı kazancını aşağıdaki şekillerde gruplandırabiliriz
5 İletim ile ısı kazancının hesaplanması
Soğutulan ortamı çevreleyen duvar, döşeme ve tavandan geçen ısıdır ve
Q = AUDT 7 (51)
bağıntısı kullanılarak hesaplanabilir Bu bağıntıdaki A ısı aktarım alanıdır ve soğutucunun fiziksel boyutlarından hesaplanır
Sıcaklık farkı: DT, Soğutucunun kullanılacağı bölgenin sıcaklığı ile soğutucunun kullanım amacına göre soğutucu iç ortam sıcaklığı arasındaki fark şeklinde belirlenir
Toplam ısı geçiş katsayısı: U çeper ve yalıtım malzemesinin kalınlığına ve çeperde kullanılan malzemelerin cinsine bağlıdır Çeper malzemelerinin ısı iletim katsayıları ile dış ve iç yüzeylerdeki taşınım aktarım katsayıları U’nun hesaplanmasında kullanılır Tasarımını yaptığımız derin dondurucunun şematik görünümü Şekil 51’de verilmiştir
5 Ürün ısısı
Soğutulan ortamda olan maddelerin ortam sıcaklığına gelinceye kadar yaydıkları ısıdır Sıcaklığı dolap iç sıcaklığından daha yüksek bir ürün, dolap içine konulduğunda, bu ürün dolap içi sıcaklığına gelinceye kadar, dolap içinde ısı yayar Diğer taraftan dolaba konulan ürün bir başka soğutucudan alınarak dolaba konulursa, ters yönde bir ısı geçişi olur
Dondurulmuş ürün, dolap sıcaklığına ulaşıncaya kadar soğutulan ortamdan ısı çeker Dolap iç sıcaklığı ürünün donma sıcaklığının üstünde bir sıcaklıkta ise, ürün dolaba konulduğunda yaydığı ısı, soğuk ortamın sıcaklığına, giriş sıcaklığına, ürünün kütlesine ve özgül ısısına bağlıdır ve aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir
Q = m cDT (52)
Bu bağıntıda;
Q = Ürün ısısı (w)
m: Ürünün kütlesi (kg)
c: Ürünün özgül ısısı (W/m²°C)
DT: Ürünün sıcaklık farkı (°C )
Eğer soğutucu iç ortam sıcaklığı ürünün donma sıcaklığının altında ise, ürün ısısı hesaplanırken donma ısısının da göz önüne alınması gerekir
Q = mc(Tg – Tdon) + mhif + mc (TdonTbağ)
bağıntısı kullanılarak hesaplanır
Ürün ısısı hesaplanırken, FORTRAN dilinde yazılmış olan bilgisayar programıyla hesaplama yapılmıştır Derin dondurucunun tasarımında, soğutma yükü hesaplanırken, vişne, çilek, et, kiraz, bezelye derin dondurucuda ürün olarak düşünülmüştür
İnfiltrasyon ısı kazancının hesaplanması
İnfiltrasyon ısı kazancı, soğutulan ortamın kapılarının açılıp kapanması sırasında dışarıdan soğutucuya giren havanın taşıdığı ısı enerjisidir Birçok uygulamada bunu hassas olarak hesaplamak oldukça zordur Bu yolla soğutulan ortama giren enerji soğutma yükünün önemli bir kısmını oluşturur Tasarımını yaptığımız derin dondurucunun bir günde en fazla 50 defa açılıp kapanacağı varsayılarak ısı kazancı hesaplanmıştır İnfiltrasyon ısı kazancının hesaplanması aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir
İnfiltrasyon ısı kazancı = nU (ρdhd- ρi hi) (53)
Bu bağıntıda, n hava değişim sayısı, U soğutucu hacmi (m³),
ρ d : Dış ortam havasının yoğunluğu (kg/m³),
hd : Dış ortam havasının entalpisi (kJ),
ρi : İç ortam havasının yoğunluğu (Kg/m³)
hi : İç ortam havasının entalpisi (kJ) dir
Hava değişimi, soğutucunun içindeki havanın günde kaç defa dış ortam havasıyla değiştiğini gösterir Bu sayı, önemli ölçüde, kullanıcının tutumu ve uygulamaya bağlıdır Tasarımda bu sayı maksimum değer alınarak hesaplama yapılmalıdır
Türkiye’de imal edilen donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularında çalışma akışkanı olarak ozon tabakasına zarar veren R12 ve R22 soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır R12 ve R22’den alternatif soğutucu akışkanlar kullanılarak derin dondurucu için dönüşüm (retrofit) yapılırken R134a ve R407C soğutucu akışkanların en uygun alternatif soğutucu akışkanlar olduğu belirlenmiştir Dönüşümü yapılacak olan derin dondurucuda R134a alternatif akışkanı kullanılacaktır Dönüşüm için derin dondurucu olarak “Uğur Soğutma Sanayii Ticaret AŞ”nin 100lt kapasiteli göğüs tipi derin dondurucusu kullanılmıştır
Çizelge 5 Soğutucunun özellikleri
Brüt hacim (lt) 400
Net hacim (lt) 104
İç ölçüler (mm) 445x445x520
Dış ölçüler (mm) 570x610x360
Emme borusu dış çapı (mm) 6,35
Emme borusu iç çapı (mm) 4,93
Basma borusu dış çapı (mm) 6,35
Basma borusu iç çapı (mm) 4,93
Kılcal boru dış çapı (mm) 2
Kılcal boru iç çapı (mm) 0,8
Soğutucu akışkan R12
Akışkan miktarı 0,110 kg
Enerji sarfiyatı 1,1 Kwh/24h
Donma kapasitesi 6 kg/24h
Kompresör gücü 1/8 Hp
Kompresör Tipi AZ78A LRA: 72
Elektrik Özellikler 220 volt 50 Hz-130 W 0,35A
Çizelge 51’de özellikleri verilen derin dondurucuda, R134a’ya dönüşüm yapılırken soğutma sisteminin bazı çalışma parametreleri üretici firmadan temin edilememiş ve bunlar için kabuller yapılmak zorunda kalınmıştır REFUTIL bilgisayar programı kullanılarak hesaplanan 250 W soğutma yükü için seçilen derin dondurucunun çalışma parametreleri Çizelge 52’de verilmiştir
Çizelge 52 Derin dondurucunun çalışma parametreleri
Buharlaştırıcı sıcaklığı, Te (°C) -20
Yoğuşturucu sıcaklığı, Ty (°C) 40
Aşırı soğutma sıcaklık farkı,DTalt (°C) 30,5
Yoğuşturucu basıncı, Py (bar) 10,2
Buharlaştırıcı basıncı, Pe (bar) 0,5
Emme hattı basınç kaybı (kpa 0,02
Basma hattı basınç kaybı (kpa) 0,01
İzentropik kompresör verimi - 0,7
Kompresör Seçimi
REFUTIL Bilgisayar programı kullanılarak 250 W soğutma yükü için yapılan termodinamik analiz sonucunda kompresör gücü 0150 HP olarak hesaplanmıştır COPELAND kompresör üreticisinin hazırlamış olduğu, kompresör (ekovat) bilgisayar programı tasarımda kompresör seçiminde kullanılmıştırTermodinamik analiz sonucu elde edilen 0,150 HP güce en yakın kompresör gücü 0,353 HP’lik CX11K1-TFD modeli seçilmiştir R134a alternatif soğutucu akışkanı ile çalışan kompresörler COPELAND tarafından Y indisi kullanılarak üretilmekte ve satılmaktadır Bu kompresörler, kendi sınıflarının eşdeğeri olan R12 kompresörlerine en yakın şekilde adı geçen firma tarafından imal edilmiştir
13 Sonuçlar
Çalışma sonucunda, hesaplanan 250 W soğutma yükü için, derin dondurucular için yapılan dönüşümler sonucu elde edilen sonuçlar Çizelge 54’de verilmiştir
Çizelge 54 –2°C buharlaştırıcı sıcaklığında R134 a alternatif soğutucu
akışkan için elde edilen sonuçlar
Kompresör Tipi Copeland
Kompresör modeli CX11K1-TFD
Kompresör gücü (Hp) 0,353
Yoğuşturucu soğutma yükü (Watt) 355
Yoğuşturucu sıcaklığı (°C) 40
Buharlaştırıcı Sıcaklığı (°C) -25
Dolap içi sıcaklığı (°C) -20
Dış ortam sıcaklığı (°C) 37
Alt soğutma sıcaklık farkı (°C) 30,5
Aşırı ısıtma sıcaklık farkı (°C) 1
Yoğuşturucu basıncı (bar) 10,2
Buharlaştırıcı basıncı (bar) 0,5
Emme hattı basınç kaybı (bar) 0,02
Emme hattı dönüş sıcaklığı (°C) -20
Basma hattı basınç kaybı (bar) 0,01
Basma hattı dönüş sıcaklığı (°C) 66,5
İzentropik kompresör verimi 0,7
Qe (kj/kg) 147,134
Qc (kj/kg) 209,208
W (kj/kg) 62,074
COP 2,37
Basınç oranı (Pr) 7,643
Qe (kw) 0,250
Qc (kw) 0,355
M (kg/s) 0,001699
Kılcal boru uzunluğu (m) 2,06
Kılcal boru iç çapı (mm) 0,8
Yukarıda özellikleri verilen derin dondurucu, Uğur soğutma sanayi ltd şti’nin 100lt kapasiteli UDD100 BK soğutucusudur Bu derin dondurucu R12 soğutucu akışkanı ile çalışacak şekilde tasarlanmıştır Derin dondurucu, Çizelge 54’de verilen dönüşüm parametreleri sonucu, R134a alternatif soğutucu akışkanı ile çalışacak şekilde yeniden tasarlanmıştır Yoğuşturucu ve buharlaştırıcı boru boyları, Kapileri tüp uzunluğu, nem alıcı ve kompresör bu soğutucu için değiştirilerek sisteme 130 gr R134a soğutucu akışkanı şarj edilmiştir Bu soğutucunun resmi şekil 53’ de verilmiştir
Sonuçların irdelenmesi
Bu çalışmada düşük – 40 ≤ Tb ≤ 0oC buharlaştırıcı sıcaklıklarında çalışan ticari soğutucularda alternatif soğutucu akışkanlardan R134a, R290, R404A, R407C, R410A, R507 ve R407A’nın kullanılabilirliği incelenmiştir Bu soğutucu akışkanlar için elde edilen sonuçlar R12, R22 ve R502 ile karşılaştırılmıştır
Soğutma gücü düşük, genleşme vanası yerine kılcal boru kullanılan, buharlaştırıcı sıcaklıkları uygulamaya göre farklı olabilen soğutucular, derin dondurucu olarak adlandırılmıştır
Bu çalışmanın diğer bir amacıda, termodinamik analiz sonucu elde edilen sonuçlar ile R12’ye alternatif soğutucu akışkan olarak R134a ve R407C’nin uygunluğunu ortaya koymuştur Dönüşümde alternatif soğutucu akışkan olarak R134a seçilmiştir Daha sonra derin dondurucunun R12’den R134a’ya dönüşümü için çalışma parametreleri belirlenerek soğutucunun dönüşümü yapılmış ve test edilmiştir
Derin dondurucunun düşük buharlaştırıcı sıcaklıklarındaki analizinde REFUTIL bilgisayar programı ile geliştirmiş olduğumuz FORTRAN dilinde yazılmış olan bilgisayar programı kullanılmıştır Termodinamik analizde kullanılan soğutucu akışkanların özellikleri REFUTIL’den alınmıştır Bu çalışmada, pratikte derin dondurucuların tasarımında kullanılacak olan alternatif soğutucu akışkan seçimine yardımcı olacak grafikler verilmiştirÇalışma sonucunda, buharlaştırıcı sıcaklığı arttıkça yoğuşturucu sıcaklığı ise azaldıkça soğutma sisteminin COP’sinin arttığı, basınç oranının, kompresör gücünün, yoğuşturucu kapasitesinin ve akışkan kütle debisinin ise azaldığı görülmüştür
Soğutma etkinlik katsayıları açısından incelendiğinde, ticari soğutucunun R22 ile çalışması halinde en fazla, R404A ile çalışması halinde ise en az soğutma etkinliğine sahip olduğu tespit edilmiştir Soğutma etkinliği açısından, R22 soğutucu akışkanının COP değerine en yakın olan alternatif soğutucu akışkanlar R134a ve R407C’dir R22’ye alternatif olarak R134a ve R290’nın kullanılması halinde, ticari soğutucunun soğutma etkinliği bir miktar azalmaktadır R12 soğutucu akışkanının COP değerine en yakın olan alternatif soğutucu akışkanlar ise R407C, R134a, R502 ve R290’dır R502 ile R507 karşılaştırıldığında, R502 soğutucu akışkanının COP’sinin daha yüksek olduğu görülür Kütle debisi açısından bakıldığında R502’nin daha fazla kütle debisine sahiptirBu durum R507 için bir avantajdır
Soğutucu akışkanlar, kompresör gücü açısından karşılaştırıldıklarında, R22 düşük kompresör gücü gerektirdiğinden ideal bir soğutucu akışkandır Alternatif soğutucu akışkanlardan R407C akışkanının kompresör gücü diğer alternatif soğutucu akışkan olan R134a, R507 ve R404A’ya göre daha düşüktür Bu durum R407C için bir avantajdır R404A soğutucu akışkanının kompresör gücü gereksinimi ise en fazla olan alternatif soğutucu akışkandır
Düşük buharlaştırıcı sıcaklıklarında,basınç oranları ve farklı akışkanlar arasındaki basınç oranları farkı yüksek iken, buharlaştırıcı sıcaklığı arttıkça basınç oranı ve akışkanlar arasındaki basınç oranı farkı azalmaktadır Basınç oranları dikkate alındığında soğutucu akışkanlardan R134a basınç oranı en yüksek R290 en düşük basınç oranına sahip alternatif soğutucu akışkandırBasınç oranının yüksek olması R134a için istenmeyen bir özelliktir
14 Yalıtım
Yalıtımda poliüretan kullanılacaktır Poliüretan içerisinde gözenekli ortamın oluşturulmasında R141a soğutucu akışkanının kullanılması planlanmaktadır
15 Defrost sistemi
Defrost sistemi olarak ısıtıcılı defrost sisteminin kullanılması planlanmaktadır
KAYNAKLAR
1 1994,Technologies forProtecting the Ozone Layer, Refrigeration Air conditioning and Heat Pumps, UNEP IE, France
2 Beşer, E, 1998, Soğutucu maddelerle ilgili dünyada ve Türkiye’de gelişmeler , Mühendis ve Makine, Cilt 39, Sayı 458, s15-26, Ankara
3 Stefanutti, L, Lassa, E, 1998, İklimlendirme ve Soğutma Sistemleri İçin Yeni Soğutkanlar,TTMD 111 Uluslararası Yapıda Tesisat Bilimi ve Teknolojisi Sempozyomu, 7-9 Mayıs1998, İstanbul
4 Savaş, S, 1987, Soğuk Depoculuk ve Soğutma Sistemlerine Giriş, Uludağ Üniversitesi Basımevi, Cilt 1, s17-20, Uludağ Üniversitesi Balıkesir Mühendislik Fakültesi, Balıkesir
5 Linton, J W, Snelson, WK,Triebe, ARand Hearty, PF, 1995, System performance comparision of R507 with R502, ASHRAE Transactions Vol 101 pp 502-510
6 Linton, J W, Snelson, W K, Triebe, A Rand Hearty, PF, 1995, System Performance Mesurements of four Long Term R502 Replacements in a test Facility Containig a Scroll Compressor, 19 th International Congress of Rerigeration, The Hague, The Netherlands
7 Ataer, Ö E, Usta, H, 1999, Alternatif akışkan seçiminde ticari soğutucuların test edilmesi, ULIBTK’99 12 Ulusal Isı Bilimi Kongresi, 8-10 Eylül 1999, 6s, Ankara
8 Ree, H, Replacement of R22, Bulletin ofthe International Institue 98-1, vol LXX5111, s5-16
9 Didion, DA , 1999, The Influence of the thermophyssical fluid properties of the new ozone-Safe Refrigerants on performance, Applied Thermodynamics V 2, no 1 pp 19-35, USA
10 Savaş, S, 1987, Soğuk Depoculuk ve Soğutma sistemlerine Giriş, Uludağ Üniversitesi Basımevi, Cilt 1, s17-20, Uludağ Üniversitesi Balıkesir mühendislik Fakültesi, Balıkesir
11 Skovrup, M J, Knudsen, H J H, Holm, HV 1998 Refrigeration Utilities version 121 yazılımı, 1998, Dept Of Energy Engineering, DTU, Denmark
12 Çengel, YA, Boles, MA, 1996, Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik, Eylül 1996, İstanbul
13 Bansal, P, K, Rupasinge, A S, 1996, An empirical model for sizing capillary tubes, Department of Mechanical Engineering, The Universty of Auckland,New Zeland
14 TS 7853, 1990, Soğutucu Dolaplar, ticari-Deney Metotları-Genel Deney Şartları, TSE, Ankara
15 ISO 1992/2, 1992 Commercial rerigerated cabinets- Methods of test - part2 : General Test Conditions, Switzerland
16 TS 7854, 1990, Soğutucu Dolaplar, Ticari-Deney Metotları-Sıcaklık Deneyi, TSE, Ankara
17 ISO 1992/3, 1992, Commercial refrigerated cabinets – Methods – part3 : Temperature Test, Switzerland
18 Kaya, T, 1998, Soğutma sistemleri için Deney Odası Tasarımı, İmali ve Performans Deneyleri, Yüksek Lisans Tezi, Ankara
EK 11 Saf Soğutucu Akışkanlar
Soğutucu Akışkan Kimyasal Tanımı Kimyasal Formülü Notlar
R 11 (CFC 11) Triklormetan CFCl3 w
R 12 (CFC 12) Diklorflormetan CF2C2 w
R 13 (CFC 13) Klortriflormetan CClF3 w
R 13B1 (BFC 13) Bromtriflormetan CBrF3 w
R 22 (HCFC 22) Klordiflormetan CHF2Cl ww
R 23 (HCF 23) Triflormetan CHF3 www
R 32 (HCF 32) Diflormetan CH2F2 www
R 113 (CFC 113) Triklortrifloretan C2F3Cl3 w
R 114 (CFC 114) Diklortetrafloretan C2F4Cl2 w
R 115 (CFC 115) Klorpentafloretan C2F5Cl w
R 123 (HCFC 123) Diklortrifloretan C2HF3Cl2 www
R 125 (HFC 125) Pentafloretan CF3CHF2 www
R 134a (HCF 134a) Tetrafloretan C2H2F4 www
R 141b(HCFC141b) Flordikloretan C2Cl2FH3 www
R 143a (HFC 143a) Trikloretan CF3CH3 www
R 152a (HCF 152a) Dikloretan C2H4F2 www
R 290 (HC 290) Propan C3H8 www
R 600 (HC 600) Bütan CH3CH2CH2CH3 www
R 600a (HC 600a) İzobütan CH(CH3)3 www
R 717 Amonyak NH3 www
R 718 Su H2O www
R 744 Karbondioksit CO2 www
R 764 Sülfürdioksit SO2 www
EK 12 Karışım Şeklindeki Soğutucu Akışkanlar
Soğutucu Akışkan Bileşimi (Ağırlıkça) Notlar
R 401A %52 R22 + %33 R124 + %15 R152a ww
R 402A %38 R22 + %60 R125 + %2 R290 ww
R 404A %44 R125 + %4 R134a + %52 R143a www
R 407A %20 R32 + %40 R125 + %40 R134a www
R 407A %10 R32 + %70 R125 + %20 R134a www
R 407C %23 R32 + %25 R125 + %52 R134a www
R 410A %50 R32 + %50 R125 www
R 500 %73,8 R12 + %26,2 R152a w
R 502 %51,2 R115 + %48,8 R22 w
R 507 %50 R125 + %50 R143a www
Montreal Protokolü kapsamında üretimi ve kullanımı yasaklanan veya kısıtlamaya tabi tutulan soğutucu akışkanlardır
ww Montreal Protokolü kapsamında henüz üretimi ve kullanımı yasaklanmayan, kısıtlamaya tabi tutulan akışkanlar, geçiş dönemi alternatif soğutucu akışkanlardır
www Montreal Protokolü kapsamında kullanımı yasaklanan veya kısıtlamaya tabi tutulan soğutucu akışkanlara alternatif akışkanlardır
EK 13 Soğutucu Olarak Kullanılan Akışkanların Fiziksel Özellikleri
Soğutucu Madde Mol
Ağırlığı
kg/Kmol Normal
Kaynama
Sıcaklığı
˚C Kritik
Sıcaklık
˚C Kritik
Basınç
bar TLV
ppm LFL
% Delta
Hcomb
MJ/kg
ODP GWP
|