|
Prof. Dr. Sinsi
|
Mutfak Tipi Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sisteminin Tasarimi
ALTERNATİF SOĞUTUCU AKIŞKAN KULLANILARAK MUTFAK
TİPİ BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMİNİN TASARIMI
1 Soğutucunun özellikleri
2 Soğutma yükünün hesaplanması
3 Soğutucu akışkanın seçimi
4 Kompresör seçimi
5 Kılcal boru boyunun hesaplanması
6 Soğutucunun gürültü düzeyi
7 Soğutucunun defrost sistemi
8 Soğutucunun yalıtımı
9 Evaporatör boyutlarının belirlenmesi
10Condenser boyutlarının belirlenmesi
1 Soğutucunun özellikleri
Bu çalışmada, mutfaklarda kullanılacak ozon tabakasını etkilemeyecek alternatif soğutucu akışkan ile çalışan 400 litre hacminde bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin tasarımı gerçekleştirilecektir Soğutma gücü düşük, genleşme valfi yerine kılcal boru kullanılan bir buharlaştırıcı sıcaklıkları uygulamaya göre değişen, gıda depolamada kullanılan bir soğutma sisteminin tasarımı olacaktır
Tablo 1 Mutfak tipi soğutucunun tasarım parametreleri
Parametre
Ortam sıcaklığı (mutfak sıcaklığı) 25 oC
Bu buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin tasarımında şu verilere ihtiyaç vardır: a) Soğutucunun kullanılacağı ortam, soğutucunun kullanılma amacı ve soğutucunun soğutma kapasitesi
Soğutucunun kullanılacağı ortama göre çevre sıcaklığı, soğutucunun kullanım amacına göre soğutucu iç ortam sıcaklığı belirlenir 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
Şekil 21 Soğutma sisteminin şematik görünümü
Bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde, düşük sıcaklıktaki bir ortamdan çekilen ısı, daha yüksek sıcaklıktaki bir ortama atılır Bunun için, bir soğutucu akışkan soğutma sisteminde dolaşır Bu sırada, soğutucu akışkan bir seri işleme tabi tutulur Bu işlemler serisi, çevrim olarak bilinir Çevrim esnasında soğutucu akışkan faz değiştirir ve soğutucu akışkanın sistem içerisinde dolaşımı kompresör ile sağlanır Bu soğutma çevrimi buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi olarak bilinir ve yaygın olarak kullanılır Bir ideal buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin şematik görünümü Şekil 21’de verilmiştir Çevrim dört temel işlemden oluşur:
a) Kompresörde izentropik sıkıştırma süreci (1-2)
b) Yoğuşturucudan çevreye ısı aktarımı süreci (2-3)
c) Kılcal boruda veya genleşme vanasında kısılma süreci (3-4)
d) Buharlaştırıcıdan akışkana ısı aktarımı süreci (4-1)
İdeal Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde, soğutucu akışkan kompresöre 1 noktasında doymuş buhar olarak girer ve izentropik olarak yoğuşturucu basıncına kadar sıkıştırılır Sıkıştırma sürecinde soğutucu akışkanın sıcaklığı ve basıncı çevre sıcaklığının ve basıncının üzerine çıkar ve soğutucu akışkan 2 noktasında kızgın buhar durumunda yoğuşturucuya girer, 3 noktasında doymuş sıvı durumunda yoğuşturucudan çıkar Yoğuşma sırasında akışkandan çevreye ısı geçişi olur Doymuş sıvı durumundaki soğutucu akışkan genleşme vanası veya kılcal borulardan geçirilerek buharlaştırıcı basıncına düşürülür Bu esnada soğutucu akışkanın sıcaklığı soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya 4 noktasında sıvı-buhar karışımı olarak girer ve buharlaştırıcıdan doymuş buhar durumunda çıkar ve kompresöre girerek çevrim tamamlanır
Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, basıncın düşmesine sebep olan akış sürtünmesi ve çevre ile olan ısı alışverişi nedeni ile ideal çevrimden farklıdır Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin T-s diyagramı Şekil 22’de verilmiştir
Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin hal değişimleri aşağıdaki şekilde gerçekleşir
a) Kompresörde sıkıştırma süreci (1-2)
b) Kompresörün basma hattındaki basınç kaybı (2-3)
c) Yoğuşturucudan çevreye sabit basınçta ısı geçişi (3-4)
d) Alt soğutma (4-5)
e) Kısılma vanasında basıncın düşmesi (5-6)
f) Buharlaştırıcıdan akışkana sabit basınçta ısı geçişi (6-7)
g) Kompresörün emme hattındaki basınç kaybı (7-1)
İdeal çevrimde, soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar halinde girer Uygulamada ise soğutucu akışkanın hal değişimi hassas bir şekilde kontrol edilemediğinden, soğutucu akışkanın kompresöre kızgın buhar halinde girmesi sağlanacak şekilde sistem tasarlanır Kompresör ile buharlaştırıcı arasındaki bağlantının genellikle uzun olması, akış sürtünmesi nedeni ile basınç düşmesine yol açar Ayrıca çevreden soğutucu akışkana ısı geçişi olur Tüm bu etkiler soğutucu akışkanın özgül hacminin artmasına neden olur Sürekli akış işi, özgül hacimle doğru orantılı olduğundan kompresör işi’de buna bağlı olarak da artar
İdeal çevrimde, sıkıştırma işlemi izentropiktir Gerçek çevrimde ise akış sürtünmesi ve ısı geçişi entropiyi etkiler Akış sürtünmesi entropiyi artırırken, ısı geçişi hangi yönde olduğuna bağlı olarak entropiyi artırır veya azaltır
İdeal çevrimde, soğutucu akışkan yoğuşturucudan, kompresör çıkış basıncında ve doymuş sıvı olarak çıkar Gerçek çevrimde ise kompresör çıkışı ile kısılma vanası girişi arasında bir basınç düşmesi vardır Akışkanın kısılma vanasına girmeden önce tümüyle sıvı halde olması için soğutucu akışkan aşırı soğutulur
Bu durumda soğutucu akışkan buharlaştırıcıya daha düşük bir entalpide girer ve buna bağlı olarak ortamdan daha çok ısı çekilebilir Kısılma vanası ile buharlaştırıcı birbirine çok yakın olduğundan aradaki basınç kaybı küçüktür
2 Soğutma yükünün belirlenmesi
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 Bu toplam ısı sistemin ısı kazancı olarak bilinir Tasarımı yapılan derin dondurucunun soğutma yükü, FORTRAN dilinde geliştirilen bir program kullanılarak aşağıdaki şekilde hesaplanmıştır:
a Soğutulan ortamı çevreleyen yüzeylerden soğutucuya olan ısı aktarımı:
Q = AUDT (1)
bağıntısı kullanılarak hesaplanmıştır Bu bağıntıdaki U toplam ısı aktarım katsayısı, A ısı aktarım yüzey alanıdır ve soğutucunun fiziksel boyutlarına bağlıdır Sıcaklık farkı; DT, soğutucunun kullanılacağı ortamın sıcaklığı ile soğutucunun kullanım amacına göre soğutucu iç ortam sıcaklığı arasındaki fark şeklinde tanımlanmıştır
Toplam ısı aktarım 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 Tasarlanan buhar sıkıştırmalı soğutucunun şematik görünümü Şekil 1’de verilmiştir
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 = mCDT (2)
Bu bağıntıda Q ürün ısısı, m ürünün kütlesi, C ürünün özgül ısısı ve DT: ürün ile soğutucu iç sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkıdır Eğer soğutucu iç ortam sıcaklığı ürünün donma sıcaklığının altında ise, ürün ısısı hesaplanırken donma ısısının da göz önüne alınması gerekir Donma ısısı
Q = mC(Tg – Tdon) + mhif + mC (TdonTbağ) (3)
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 Bu bilgisayar programı
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) (9)
Bu bağıntıda ki n hava değişim sayısı, U soğutucu hacmi, ρ d dış ortam havasının yoğunluğu, hd dış ortam havasının entalpisi, ρi iç ortam havasının yoğunluğu, hi iç ortam havasının entalpisidir 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
3 Soğutucu akışkanın seçimi
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
Çizelge 51 Tasarımı yapılacak 400 Litre hacmindeki mutfak tipi
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 R 134a
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 2 Soğutucunun 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
4 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
5 Kılcal boru uzunluğunun belirlenmesi
Kılcal boru boyunun hesaplanmasında, literatürde verilen ampirik bağıntılar kullanılmıştır Literatürde verilen bağıntılardan adyabatik kılcal boru veya adyabatik olmayan kılcal boru şartlarında hesaplamalar yapılabilir Bu çalışmada kullanılan mutfak tipi kılcal borunun soğutucunun dışında ve mutfak şartlarında olması dikkate alınarak, adyabatik model kullanılarak kılcal boru uzunluğu hesaplanmıştır Fakat kompresör sıcaklığı azda olsa, derin dondurucunun çalışması sırasında çevre sıcaklığını değiştirebilir Fakat bu durumun oluşturacağı hata ihmal edilebilecek kadar az olacaktır
Bansal ve Rupasinghe [15] basit ampirik bir korelasyon geliştirmişlerdir Kılcal boru, yoğuşturucu ve buharlaştırıcıyı birbirine bağlar Kılcal boru girişinde soğutucu akışkan alt soğutulmuş sıvı (sıkıştırılmış sıvı) veya iki fazlı akış şartlarında olabilir Kılcal boru içerisinde akış, genellikle iki kısımda incelenebilir: Sıvı fazdaki bölge ve bu bölgede basınç flaş noktasına kadar doğrusal olarak azalır Diğeri iki fazlı bölgedir ve bu bölgede soğutucu hızı ve basınç kaybı kılcal borunun girişinden itibaren artar ve mesafe ile değişir Bansal ve Rupasinghe çalışmalarında çalışmalarında, kılcal boru uzunluğunun 5 temel değişkene bağlı olduğu belirlenmiştir: Kılcal boru iç çapı (d), kılcal boru içerisindeki soğutucu akışkanın kütle debisi (m) veya kütle akısı (G), soğutucunun yüksek kısmı ile düşük kısmı arasındaki basınç farkı (DP), kılcal borunun girişinde soğutucunun alt soğutması (DTsub) ve kılcal boru malzemesinin göreli pürüzlülüğü (ε) Bu beş değişkene ek olarak soğutucunun ısıl ve taşınım özellikleri de, kılcal borunun boyutlarının belirlenmesinde önemlidir Bu özellikler, diğer değişkenlerin etkileri incelenirken dikkate alınır Korelasyonu basit tutmak için ve tasarımcı için bilinen parametreleri dikkate alınarak yalnız yukarıdaki beş değişken bu yaklaşımda dikkate alınmıştır
Diğer taraftan soğutucunun kılcal boru içerisindeki durumunun, doymuş veya alt soğutulmuş sıvı fazında olduğu kabul edilmiştir Toplam kılcal boru uzunluğu, L için bağıntı,
L = k1 D d (DTsub+k2) ( k3-ε/G2 ) (10)
şeklinde verilmiştir Bu ifadedeki, k3 ve k2 eğrilerin kesim noktasıdırL ve DTsub ile L ve ε eğrilerinin, k1, k2 ve k3 sabitlerinin değerleri Curve fitting yöntemiyle elde edilen deneysel data R134a için değerler Tablo 1’ de verilmiştir
Bu datanın kullanım aralığı DTsub = 3-10 K , ε = 610-4 - 9 10-4 , DP = 900-1300 kPa, d = 0,6 –0,8 aralığında ve m = 3-7 kg/h Bu aralıklar dışında ampirik denklemin hassasiyeti bilinmemekte ve eğri çakıştırmanın kalitesi ± %5 farklılık göstermektedir
Tablo 1 R134a soğutucu akışkanı için korelasyon katsayıları
Soğutucu k1 k2 k3 k4
R134a 16,3*108 10,25 1,662*10-03 305,05*10-04
Denklem (10) ve Tablo 1 kullanılarak kılcal boru uzunluğu aşağıdaki şekilde hesaplanabilir Kılcal borunun dış çapı 2 mm ve kılcal boru iç çapı 0,8 mm dir Soğutucu tasarımında DP = 972 kPa, ε = 7 10-4 , m = 6,1164 kg/h ve DTsub = 10K alınmıştır
L = (16,3108) (972) (0,8) 10-3 (10+10,25) [ (1,62-0,7)/3381,762] 10-3
G =ρV m = ρV A m = GA
G = m /A
G = 0,001699 4 /0,82 3,14 10-6
G =1699 4/0,64 3,14
G = 3381,76 kg/m2s
L = (16,3108) (972) (0,8) 10-3 (20,25) [0,92/11436351,5] 10-3
L = 16,3 102 (972) (0,8) (20,25) 8,04410-8
L = 2,064 m
Yukarıda özellikleri verilen soğutucu 400lt kapasiteli soğutucudur Mutfak tipi soğutucu, Çizelge 5’ de verilen dönüşüm parametreleri sonucu, R134a alternatif soğutucu akışkanı ile çalışacak şekilde yeniden tasarlanmıştır Yoğuşturucu ve buharlaştırıcı boru uzunlukları, Kılcal boruuzunluğu, nem alıcı ve kompresör bu soğutucu için değiştirilerek sisteme 130 gr R134a soğutucu akışkanı şarj edilmiştir Bu soğutucu Şekil 5’de verilmiştir
8 Soğutucunun gürültü düzeyi
Yurdışında üretilen soğutucularda küçük güce sahip sistemlerde 5000 W soğutma kapasitesinin altında pistonlu hermetik kompresör kullanılmakta ve kompresör bölmesi yalıtılmaktadır Büyük güce sahip sistemlerde ise pistonlu kompresör yerine daha düşük gürültü seviyesine sahip olduğu bilinen scroll, tipi hermetik kompresörler kullanılmakta ve yine kompresör bölümü yalıtılmaktadır Scroll tipi kompresörlerin sessiz olmalarına karşın maliyetleri yüksektir Bu projede geliştirilecek buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin kapasitesi 5000 W’ın altındadır ve hermetik kompresör kullanılacaktır Bu kompresörlerin düşük gürültü seviyesine sahip olması sağlanacaktır
Bu gelişmeler, üretici firmalar için ozonu tahrip etme potansiyeline sahip CFC ve HCFC’li soğutucu akışkanların yerini alacak, ozon tabakasını etkilemeyen HFC’li soğutucu akışkanlar konusunda araştırmalar yapılması gereğini doğurmuştur CFC’li bir soğutucu akışkanın yerini alabilecek, farklı özelliklere sahip birden fazla akışkanın geliştirilmiş olması; çevresel etkiler, enerji verimliliği, maliyet, servis hizmetleri ve standart ekipmanlar açısından ele alındığında, soğutucu akışkan seçimini güçleştirmektedir
Ozonu tahrip etme potansiyeli (ODP) sıfır olan HFC’li soğutucu akışkanlar küresel ısınma açısından incelendiğinde; küresel ısıtma potansiyeli (GWP) olarak adlandırılan ve atmosfere bırakılan soğutucu akışkan miktarına bağlı olan etkilerinin bulunduğu belirlenmiştir
Bu çalışmanın amacı, derin dondurucularda ozon tabakasını olumsuz olarak etkilemeyen alternatif soğutucu akışkanı seçmek Çalışmada alternatif soğutucu akışkanlar olarak R134a, R290, R404A, R407A, R407C, R410A, R507, soğutucu akışkanları seçilmiştir R12, R22, R134a, R290, R404A, R407A, R407C, R507, R410A ve R502 soğutucu akışkanlar ile çalışan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinin termodinamik analizi yapılmış, analizden R12’ye alternatif olarak R134a soğutucu akışkan olarak seçilmiştir Daha sonra, derin dondurucunun R12’den R134a’ya dönüşüm parametreleri belirlenerek, derin dondurucunun dönüşümü yapılmıştır Soğutucu akışkanların termodinamik özellikleri Dünya Bankası tarafından hazırlatılan Refrigeration Utilities (REFUTIL) yazılımının 121 versiyonundan alınmıştır REFUTIL, çok sayıda soğutucu akışkanın termodinamik özelliklerini ve diyagramlarını vermektedir REFUTIL bilgisayar programı kullanılarak Ty = 40°C yoğuşturucu sıcaklığı ve - 40 £ Tb £ 0 °C buharlaştırıcı sıcaklıklarındaki ; basınç, sıcaklık, entalpi, entropi, yoğunluk vb özellikler kullanılarak soğutucu kütlesel debisi, kompresör gücü, basınç oranı (pr =pe/py) yoğuşturucu ve buharlaştırıcı kapasiteleri ile soğutma etkinliği (COP) hesaplanmış, elde edilen veriler grafikler halinde verilmiştir Ayrıca alternatif soğutucu akışkanların etkinlik katsayılarının R12 ve R22 kullanan buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin etkinlik katsayısına oranının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi grafikler halinde elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır
Bu çalışmada – 40 £ Tb £ 0oC buharlaştırıcı çalışma aralığında derin dondurucular için alternatif soğutucu akışkanların buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde termodinamik analizi yapılarak, derin dondurucular için alternatif soğutucu akışkan seçimi yapılmıştır Daha sonra, dönüşümü yapılacak olan derin dondurucuda R12’den R134a’ya dönüşüm parametreleri kullanılarak bir dönüşüm yapılmış ve soğutucu, ilgili standartlara uygun olarak test edilmiştir
Bir soğutma çevriminde “Yüksek basınç” ve “Alçak basınç “kavramlarından söz edilir Aşağıda bu kavramların açıklaması verilmiştir [4]
i) Yüksek Basınç Tarafı:
Bir soğutma çevriminde kompresörün çıkışından, basma hattı borusu, yoğuşturucu, sıvı borusu ve kısılma vanasına kadar olan kısmına “Yüksek basınç tarafı” olarak adlandırılır
Soğutma çevriminde yoğuşturucudaki kızgın buhar, doymuş buhar, ıslak buhar ve sıvı durumundaki soğutucu akışkan sıcaklığındaki basınca yoğuşma basıncı denir Yoğuşma basıncı aynı zamanda soğutma çevriminin yüksek basıncıdır Soğutma sisteminde kompresörün çalışmadığı durumlarda bir süre sonra yüksek basınç tarafındaki soğutucu akışkan sıcaklığı bu kısmı çevreleyen hava sıcaklığına eşit olur Bu durumda soğutma çevriminin yüksek basıncı çevre havasının sıcaklığına uygun bir basınç olarak belirlenir
Kompresör çalışmaya başladığı anda sıkıştırdığı soğutucu akışkanın buhar sıcaklığı ile yoğuşturma ortamının sıcaklığı arasında herhangi bir sıcaklık farkı olmayacağından yoğuşma olmaz Ancak çok kısa bir zaman içerisinde kompresör tarafından pompalanan soğutucu akışkan buharının sıcaklığı çevre sıcaklığının üstüne çıkar ve soğutucu akışkan buharının sıcaklığı ile çevre havasının sıcaklığı arasında belirli bir fark meydana gelir Bu fark yeterli bir değere ulaşınca yoğuşturucuda çevreye olan ısı geçişi yeterli duruma gelir ve yoğuşma işlemi başlar
ii) Alçak Basınç Tarafı:
Bir soğutma çevriminin kısılma vanasından itibaren buharlaştırıcı, emme hattı borusu ve kompresörün emişine kadar olan kısmına “alçak basınç tarafı” denir
Buharlaştırıcıda bularlaşan soğutucu akışkanın basıncı, “buharlaştırıcı basıncı” olarak anılır Buharlaşma basıncı, buharlaştırıcı ısı geçiş yüzeyi ile soğutulan hacmin havasının sıcaklığına göre değişir Buharlaştırıcı ısı transfer yüzeyinin belirli bir değeri için, soğutulan hacmin sıcaklığının daha düşük değerler olması halinde buharlaşma basıncı düşer Soğutulan hacmin sıcaklığının daha büyük değerler olması halinde ise buharlaşma basıncı artar
9 Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevriminin Termodinamik Analizi
Bu bölümde buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin termodinamik analizi yapılmış –40 £ Tb £ 0 °C çalışma aralığında, Ty =40°C yoğuşturucu sıcaklığında, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresör gücü, soğutucu akışkanın kütle debisi, basınç oranı ve sistemin COP’si ile COP/COP12 ‘ye oranları belirlenmiştir Soğutma sisteminin analizi yapılırken; sistemde kullanılan soğutucu akışkan, soğutucunun soğutma yükü, yoğuşturucu ve buharlaştırıcıdaki akışkan sıcaklıkları bilinmelidir
Bu çalışmada, R12, R22, R134a, R290, R404A, R407A, R410A, R407C, R507 ve R502 soğutucu akışkanları analiz yapmak üzere seçilmiş, soğutucunun soğutma yükü 500 W ve kompresör verimi 0,7 olarak alınmıştır Analiz, 40°C yoğuşturucudaki akışkan sıcaklığı ile –40°C ve 0°C arasında buharlaştırıcıdaki akışkan sıcaklığında yapılmıştır Kompresörün emme ve basma hattındaki basınç kayıpları sırası ile 2 kPa ile 1 kPa olduğu varsayılmıştır Ayrıca, yoğuşturucu çıkışında soğutucu akışkana farklı sıcaklıklarda aşırı ısıtma ve sıkıştırma uygulanmış ve sonuçlar grafikler halinde verilmiştir
Sistemin termodinamik analizine, belirlenen yoğuşturucu, buharlaştırıcı, alt soğutma ve aşırı ısıtma sıcaklıkları, sistemin emme ve basma hattındaki basınç kayıpları ile kompresör verimine göre yoğuşturucu ve buharlaştırıcı basınçlarının hesaplanması ile başlanılmıştır Bu basınç değerleri yoğuşturucu çıkışında sıkıştırılmış sıvı bölgesindeki basınç ile buharlaştırıcı çıkışında kızgın buhar bölgesindeki basınç değerlerine eşittir Daha sonra, çevrim analizine, yoğuşturucu çıkışındaki termodinamik parametrelerin değerlerinin belirlenmesi ile devam edilmiştir Yoğuşturucu çıkışındaki entalpi, sıkıştırılmış sıvı bölgesindeki akışkanın entalpisine eşittir
Yoğuşturucudan çıkan soğutucu akışkanın kılcal boruda kısılması esnasında entalpisi sabit kalır Kısılma sürecinde sistem basıncı yoğuşturucu basıncından (yüksek basınç), buharlaştırıcı basıncına (alçak basınç) düşer Böylece soğutucu akışkanın buharlaştırıcıya giriş şartları belirlenmiş olur Kısılma vanasındaki (kılcal boru) kısılma sürecinde entalpi sabit olduğundan h5 = h6 olur ve 1 noktası kızgın buhar fazındadır Kompresör girişindeki 1 noktasının sıcaklığı sistem tasarımında belirlenen DTP aşırı ısıtma değerinden, basıncı ise buharlaştırıcı çıkış basıncına, buharlaştırıcı ve kompresör arasında emme hattı borusundaki belirlenen basınç kaybının eklenmesi ile bulunmuştur Böylece 1 noktasında sıcaklık ve basınç belirlendiğinden gerekli olan diğer termodinamik parametreler (entalpi, entropi, özgül hacim vb) bulunabilir
Kompresör verimi
1 noktasından 2 noktasına geçişte; daha önce izentropik süreç sonunda ulaşılan 2 noktasındaki özellikler belirlenmiştir Gerçek çevrimin kompresör çıkışındaki 2 noktasının özellikleri seçilen kompresör verimi kullanılarak hesaplanmıştır
(21)
Bağıntı (21) kullanılarak 2 noktasındaki entalpi değeri hesaplanmıştır Bu değer bulunduktan sonra 2 noktasının bilinen basınç değeride kullanılarak gerekli diğer özellikler hesaplanmıştır
Termodinamik analiz sonunda çevrimin belli noktalarında, termodinamik özelliklerin değerleri belirlendiğinden, soğutma sisteminin, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresör gücü ve sistemin alçak basınç ile yüksek basınç oranları hesaplanmıştır
Soğutucu akışkanın kütle debisi
Soğutulan ortamdan buharlaştırıcı tarafından çekilen ısı, sistemin soğutma yüküne eşittir Belirlenen soğutma yükünün sağlanabilmesi için sistemde dolaşması gereken soğutucu akışkan kütle debisi
(22)
bağıntısı kullanılarak hesaplanmıştır Bu bağıntıdaki Qb soğutma yükü (buharlaştırıcı kapasitesi), h7 ve h6 sırası ile buharlaştırıcı çıkış ve girişindeki entalpilerdir
Kompresör gücü
Kompresör gücü, kompresör giriş ve çıkışındaki entalpinin fonksiyonu olarak;
Wk = ) (23)
bağıntısından hesaplanmıştır Bu bağıntıda h1 ve h2 sırası ile kompresörün giriş ve çıkışındaki entalpilerdir
Yoğuşturucu kapasitesi
Yoğuşturucunun, soğutulan ortamdan buharlaştırıcı tarafından çekilen ısı ve soğutucu akışkanın kompresör ile emme ve basma hattı borularında çevreden kazandığı ısıyı, çevreye atacak kapasitede olması gerekir Yoğuşturucu kapasitesi, yoğuşturucu giriş ve çıkışındaki entalpi değerleri kullanılarak;
Qy = ) (24)
bağıntısından hesaplanabilir
Soğutma etkinliği (COP)
Soğutucunun soğutma gücünün, tükettiği enerjiye oranı olarak tanımlanan COP aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır
COP = (25)
Bu bağıntıda; Qb soğutucunun soğutma yükünü, Wk ise kompresör gücünü göstermektedir
10 REFUTIL Yazılımı
REFUTIL yazılımının kullanılması ve termodinamik özelliklerin elde edilmesi ile ilgili yapılması gerekenler aşağıda ayrıntılı olarak verilmiştir
Doymuş şartlar tablosu
REFUTIL yazılımının bu bölümünde, seçilen sıcaklık aralığı ve adımında, seçilen soğutucu akışkana ait o sıcaklıklara karşılık gelen doyma basınçları (bar), doymuş sıvı ve doymuş buhar fazının özgül hacim değerleri (dm³/kg, m³/kg), entalpi (kJ/kg) ve entropi (kJ/kgK) değerleri ile gizli buharlaşma ısısı (kJ/kg) elde edilebilmektedir
Doymuş şartların seçilmesi halinde, öncelikle bilgisayar ekranına gelen diyalog kutusundan doymuş faz özellikleri istenen soğutucu akışkan seçilmelidir Bu şekilde örnek olarak elde edilen R134a soğutucu akışkanına ait doymuş şartlar tablosu Çizelge 21’de verilmiştir
Özellikler tablosu
Seçilen soğutucu akışkanın, belirlenen herhangi iki parametre değerine göre elde edilen tablodan, bu akışkanın seçilen parametre değerlerinde, doymuş buhar ve doymuş sıvı fazlarının basınç ve sıcaklığı, kızgın buhar ve doymuş sıvı fazlarının entalpi ve entropi değerleri, sıvı ve buhar fazlarının özgül hacimleri cp ve cv değerleri, viskoziteleri ve ısıl iletkenlikleri ile gizli buharlaşma ısısı elde edilmektedir
Öncelikle ekranda beliren diyalog kutusundan özellikleri istenen soğutucu akışkan seçilmelidir Daha sonra sıcaklık-basınç, özgül hacim veya entropi, basınç-özgül hacim, entalpi veya entropi, özgül hacim entalpi veya entropi parametrelerinden gerekli olan seçilmeli ve bu parametrelere ait istenen değer aralığı ile adımları belirlenmelidir Bu şekilde oluşturulan tablodan, seçilen iki parametre değerine karşılık gelen yukarıda anlatılan termodinamik özellikler elde edilir
p-h diyagramı
REFUTIL bilgisayar programının bu bölümünde, seçilen soğutucu akışkanın alt ve üst sınırları belirlenen sıcaklık ve basınç değerlerinde P-h diyagramı çizilmektedir Bilgisayar ekranında beliren P-h diyagramı üzerine, tek kademeli, çift kademeli veya çift kademeli ve ısı değiştirgeçli soğutma çevrimleri çizdirilebilmektedir Örneğin, tek kademeli soğutma çevrimi için hesaplar yaptırılmak istendiğinde, menüde bulanan “input cycle” komutu çalıştırılmalı, ekrana gelen diyalog kutusundan “one-stage” komutu seçilmelidir Çizdirilecek soğutma çevrimine ait, buharlaştırıcı ve yoğuşturucudaki soğutucu akışkan sıcaklıkları ile aşırı ısıtma ve alt soğutma sıcaklık değerleri, kompresör emme ve basma hattındaki basınç kayıpları, kompresör verimi ve soğutma yükü değerleri girilmelidir Böylece dataları verilen soğutma çevrimi ekrandaki P-h diyagramı üzerine çizdirilmiş olur Bu çevrime ait noktalardaki termodinamik değer ile yoğuşturucu ve buharlaştırıcı kapasiteleri, kompresör işi, soğutma etkinliği, alçak ve yüksek basınç oranları ve belirlenen soğutma yükünde sistemde kullanılması gereken soğutucu akışkanın kütlesel ve hacimsel debisi elde edilmiş olur Şekil 21’de verilen soğutma çevriminin, yoğuşturucu, kısılma vanası, kompresör ve buharlaştırıcı giriş ve çıkış noktalarındaki termodinamik özellikler ve hesaplanan değerler Şekil 23’de ve Çizelge 22’de gösterilmiştir
Çalışmada buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinin Termodinamik analizi yapılmıştır Termodinamik analizde gerekli olan soğutma yükü, kompresör verimi, yoğuşturucudaki ve buharlaştırıcıdaki akışkan sıcaklıkları, kompresör emme ve basma hattındaki basınç kayıpları ile uygulanacak alt soğutma ve aşırı ısıtma sıcaklık değerleri seçilmiştir Seçilen bu değerler, REFUTIL yazılım Programı kullanılarak çevrimin referans noktalarındaki termodinamik özellikleri ile buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresör gücü, basınç oranı, soğutucu akışkanın kütle debisi, COP’si belirlenmiştir Ayrıca belirlenen soğutma yükünde, R134a alternatif soğutucu akışkanı için, ticari soğutucularda kullanılan kılcal boru uzunluğu amprik model kullanılarak hesaplanmıştır
11 Bu Çalışmanın Amacı
Ozon tabakasını tahrip etme potansiyeline sahip olan soğutucu akışkanların, Montreal protokolüne göre üretim ve tüketimlerinin sınırlandırılması, bu akışkanların yerine kullanılabilecek ve ozonu tahrip etme potansiyelini “0” veya sıfıra yakın olan alternatif soğutucu akışkanların geliştirilmesi gereğini doğurmuştur
Bu çalışmanın amacı, buhar sıkıştırmalı ticari soğutucular için, kompresör gücü, COP, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, basınç oranları, kütle debisi gibi parametreler için R12, R22, R502 soğutucu akışkanları ile bunlara alternatif olacak R134a, R290, R404A, R407C, R410A, R507 ve R407A soğutucu akışkanları karşılaştırmak ve en uygun alternatif soğutucu akışkanı, istenilen çalışma aralığı olan – 40 £ Tb £ 0°C düşük buharlaştırıcı sıcaklıklarında belirlemektir
Bunun için, Ty = 40°C yoğuşturucu sıcaklığın da, – 40 £ Tb £ 0°C buharlaştırıcı sıcaklıklarında, buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde yoğuşturucu çıkışındaki farklı alt soğutma (sıkıştırılmış sıvı) ile kompresör girişindeki farklı aşırı ısıtma (kızgın buhar) şartlarının, soğutucunun buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresör gücü, kütle debisi ve COP’sine etkisini incelemektir
Bu çalışmanın diğer bir amacıda, R12 ile çalışan derin dondurucunun R134a’ya dönüşümünün yapılması için gerekli olan dönüşüm parametreleri belirlenerek, bölümümüz tarafından yazılan Ek 3’de verilen FORTRAN bilgisayar programı ile REFUTIL yazılım programı yardımıyla, derin dondurucunun R134a’ya dönüşümü için gerekli çalışma parametreleri belirlenerek, dönüşüm yapılmış ve dönüşümü yapılan derin dondurucu test edilmiştir
Mutfak tipi soğutucu için akışkan ve özellikleri
Düşük buharlaştırıcı sıcaklığı uygulamalarında (-40 £ Tb £ 0°C), soğutucularda tek kademe sıkıştırma ile R12 soğutucu akışkanı kullanılmaktadır Fakat CFC içeren R12 vb soğutucu akışkanlar yakın bir zamanda kullanılmayacaktır Düşük sıcaklık uygulamalarında bu akışkanların yerine ozon tüketme potansiyeli (ODP) “0” olan alternatif soğutucu akışkanlar kullanılacaktır R12’ye ve R22’ye alternatif olarak R134a önerilmektedir[3]
Bu çalışmada R12 soğutucu akışkanı yerine alternatif olarak R134a, R290, R404A, R410A, R507, R407C, R407A soğutucu akışkanların kullanılabilirliği incelenmiş ve alternatif soğutucu akışkan seçilmiştir Soğutucu akışkanların karşılaştırılmasına yardımcı olacak akışkanların fiziksel özellikleri Ek 13’de, kimyasal formülleri, bileşimleri ile Montreal protokolü kapsamında kullanılabilirlikleri Ek 12 ve Ek 13’de, soğutucu akışkanların kullanım alanları Ek 18’de verilmiştir
Soğutucu Akışkanlarla İlgili Bazı Kavramlar
CFC içeren soğutucu akışkanların yerine kullanılabilecek alternatif akışkanların incelenmesi ve karşılaştırılması sırasında, bu akışkanlarla ilgili bazı kavramlar aşağıda verilmiştir
Ozon tüketme potansiyeli (ODP):
Ozon tabakasının incelmesine veya parçalanmasına neden olan soğutucu akışkanların ozon tabakasını etkileme potansiyelidir
Bu değer R11 soğutucu akışkanı referans alınarak belirtilmektedir Başka bir ifadeyle R11’in ozon tüketme potansiyeli 10 kabul edilmektedir
Küresel ısıtma potansiyeli (GWP):
Soğutucu maddelerin veya benzer gazların küresel ısınmaya (Sera etkisine) katkı gücüdür Küresel ısıtma potansiyeli CO2 referans alınarak 100 yıllık bir süreye göre belirlenmektedir CO2 için bu değer 10 dır
Küresel Isıtma Etkisi (GWE):
Atmosfer gazlarının yer yüzünden yansıyan uzun dalga boylarındaki (kızıl ötesi) ışınları soğurarak yeryüzü seviyesine yakın bölgelerdeki hava sıcaklığını artırma etkisidir Bu etki sera etkisi olarakda adlandırılmaktadır
Zehirlilik sınır değeri (TLV):
Zehirlilik sınır değeri, ppm olarak zehirli gazın havadaki hacimsel konsantrasyonunu ifade etmektedir Başka bir deyimle, zehirli bir gazın mevcut olduğu bir ortamda bulanan insanların uzun süre etkilenmeden kalabilecekleri ortam koşullarını ifade etmektedir
Yanma Isısı
HF, Cl2, H2O ve CO2’nin yanma sonucu çıkan ürünler olarak kabul edilmesi sonucu hesaplanan değerdir Oksijen ile reaksiyon zor olduğu durumlarda negatif veya çok düşük değerler elde edilir
Tutuşma alt sınırı (LFL) :
Belirli koşullarda yanıcı ve yakıcı gazların homojen karışımında ölçü başlatabilecek minimum yanıcı madde konsantrasyonudur
Azeotrop :
Farklı uçuculuğa sahip maddelerden oluşan karışım olup soğutma çevriminde kullanıldığında, sabit basınç altında buharlaşma ve yoğuşması esnasında hacimsel bileşimi ve doyma sıcaklığı değişmeyen bileşimdir
Zeotrop :
Farklı uçuculuğa sahip maddelerden oluşan karışım olup soğutma çevriminde kullanıldığında, sabit basınç altında buharlaşma ve yoğuşma esnasında hacimsel bileşimi ve doyma sıcaklığı değişen bileşimdir
12 Alternatif Soğutucu Akışkanlar
CFC (kloroflorokarbon)’lerin ozon tabakasına olumsuz etkisi, ODP’si sıfır olan alternatif soğutucu akışkanların kullanımını gerektirir Donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularının ucuz ve yüksek etkinlikte çalışmasını sağlayacak iyi ısıl özelliklere sahip soğutucu akışkanın seçilmesi gerekir
Diğer taraftan soğutucunun, optimum miktarda soğutucu, akışkan ile şarj edilmesi gerekir Literatürde verilen çalışmalarda, donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularında kullanılabilecek alternatif soğutucu akışkanlar olarak, R134a, R407C, R404A, R410A, R407A, R502, R507, R290 (Propan) önerilmiştir [5]
Diğer taraftan GWP etkilerinden dolayı bu soğutucu akışkanlardan ilk altısı geçiş dönemi akışkanlarıdır Literatürde uzun dönemde kullanılabilecek soğutucu akışkanlar üzerinde de çalışmalar yapılmaktadır
Bu çalışma kapsamında ozon tabakasının incelmesine neden olan soğutucu akışkanların yerine yukarıda belirtilen yeni alternatif soğutucu akışkanların tasarlanmasında ilk aşamada soğutucu akışkan seçimi yapılmalıdır Bunun için buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin termodinamik analizinin yapılması gerekir Seçilen alternatif soğutucu akışkanın gerektirdiği kompresör, soğutma gücü dikkate alınarak seçilmelidir Buharlaştırıcı ve yoğuşturucunun ısı yükleri hesaplandıktan sonra donmuş gıda depolama dolabı ve gıda dondurucusunun seçilen soğutucu akışkan ile çalışması için gereken dönüşüm işlemi yapılarak, soğutucu deneye hazır hale getirilmiştir
Bu çalışma kapsamında incelenen alternatif soğutucu akışkanların genel özellikleri aşağıda verilmiştir
R134a soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R134a (CF2CH2F) soğutucu akışkanı; saf bir soğutucudur Dolayısıyla tek bir bileşimden oluşmuştur ve bir fazda diğerine (örneğin sıvıdan buhara gibi) geçişlerde sıcaklık kaymaları oluşmaz
Ek 21’de P-h diyagramı Ek 14’de fiziksel özellikleri verilen R134a, Fiziksel özellikleri R12’ye en yakın olan alternatif soğutucu akışkandır Halen ozon tüketme katsayısı “0” olan ve diğer özellikleri dikkate alındığında en uygun alternatif soğutucu akışkan olarak önerilmektedir Araç soğutucuları, ev tipi soğutucular için en uygun alternatif olarak bilinmektedir
R134a, yatırım masrafları makul olan ve soğutucu cihazlarda fazla değişiklik gerektirmeden kullanılması mümkün olan bir alternatif soğutucu akışkandır Düşük sıcaklık için çift kademeli sıkıştırma gerekmektedir R134a, mineral yağlarla uyumlu olmadığından poliester veya poliolalkalin glikol bazlı yağlarla kullanılmalıdır [2]
Ayrıca R134a’nın p-h diyagramı Ek 21’de, fiziksel özellikleri Ek 14’de, R134a ve R12 soğutucu akışkanlarının -5°C’deki buharlaşma sıcaklığında termodinamik özelliklerinin karşılaştırılması Ek 16’da R134a ve R12 soğutucu akışkanlarının 40°C’deki yoğuşma sıcaklığında termodinamik özellikleri Ek 17’de, Bu özellikler soğutucu akışkanların karşılaştırılmasına ve alternatif akışkanların seçimine yardımcı olan özelliklerdir
R507 soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R507 soğutucu akışkanı, derin dondurucular, buz makineleri vb düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılan, ODP oranı 0,33 olan R502 soğutucu akışkanına alternatif olarak geliştirilmiştir R125 ile R143a’nın karışımıdır Ağırlık olarak karışım oranları % 50 R125 ve % 50 R143a’dır ODP oranı sıfırdır Karışım içinde R143a’nın bulunması, küresel ısıtma potansiyeline neden olmaktadır
R507 soğutucu akışkanı ile çalışacak soğutucularda poliester yağlama maddeleri kullanılmalıdır Bir çok kompresör üreticisi özel poliester yağlama maddelerini tavsiye etmektedir R507 soğutucu akışkanı, zehirlilik açısından her türlü uygulamada güvenle kullanılabilmektedir Yüksek yoğunlukta R507 buharı solunması halinde kalp düzensizlikleri ve muhtemelen kalp krizine yol açabilmektedir Çevre sıcaklığında ve atmosfer basıncında yazıcı değildir Ancak yüksek basınç ve sıcaklıklarda hava ile karışması halinde yanıcı olabilir, tutuşabilirliği yoktur [6]
R404A soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R404A soğutucu akışkanı, R125, R134a ve R143a soğutucu akışkanlarından oluşmuştur Ağırlıkça % 44 R125, % 4 R134a ve % 52 R143a soğutucu akışkanlarından oluşmaktadır ODP oranı sıfırdır Yapısında R143a bulunduğundan yüksek küresel ısıtma potansiyeline sahiptir R502 ve R22 soğutucu akışkanlarına alternatif olarak geliştirilmiştir Genel olarak süper market soğutucuları gibi düşük ve orta düzeyde buharlaştırıcı sıcaklığı gerektiren uygulamalar için düşünülmektedir[2] R404A soğutucu akışkanının ısıl performansı ve kritik sıcaklığı R502 soğutucu akışkanına çok yakındır Hava soğutmalı sistemlerde yoğuşma sıcaklığının R22’den daha yüksek ve kritik sıcaklığının daha düşük olması R404A’nın bir dezavantajıdır Aynı çalışma şartlarında hacimsel kapasitesi R22 soğutucu akışkanından daha yüksek, performans katsayısı ise daha düşüktür
R290 soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R290 soğutucu akışkanı hidrokarbonlar sınıfına giren doğal soğutucu akışkandır ODP oranı sıfır olup sera etkisi çok düşüktür Bu özellikleri sebebiyle R502, R22 ve R12 soğutucu akışkanları için önemli bir alternatiftir
Yanıcılık özelliği ve solunum güçlüğü yaratması nedeniyle kullanım alanı oldukça kısıtlıdır R12 ile kullanılan yağlara uyum göstermektedir Ucuz ve kolay temin edilebilir olmasının yanı sıra hacimsel soğutma kapasitesinin R12 soğutucu akışkanına göre daha yüksek olması önemli bir avantajıdır
R410A soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R410A soğutucu akışkanı, R32 ve R125 karışımlarından oluşan yarı-azeotropik özellikleri taşır Molekül ağırlığının % 50’sini R32, diğer % 50 sini R125 soğutucu akışkanı oluşturur Yarı-azeotropik karışım olmasından dolayı, sıcaklık kaymaları (glide) önemli değildir Ancak R410A soğutucu akışkanı R22’ye göre daha yüksek basınçlarında çalışır Bugüne kadar yapılan deneylerden, R410A alternatif soğutucu akışkanı, R22’nin teorik özellikleri elde edilememesine rağmen, termik alışveriş özelliklerinin, çoğu tesislerde daha üstün olduğu görülmüştür R410A alternatif soğutucu akışkanının kullanılması durumunda soğutma devresi ve makineler büyük oranda tekrar düzenlenmelidir Avantajları ise şunlardır; Bu soğutucu akışkanlar daha yoğun, daha büyük çalışma basınçlı ve daha büyük termik alışveriş kapasiteli olduklarından, soğutucunun elemanlarının ebadını küçültme imkanını sağlar ve özelliklede R22’nin soğutma kapasitesine göre % 50 – 60 arasında artış sağlar
Soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R407A soğutucu akışkanı, ozon tüketme potansiyeli (ODP) “O” olan alternatif soğutucu akışkan olup, ağırlıkça bileşimini sırasıyla R32, R125 ve R134a soğutucu akışkanları oluşturmaktadır Yüzde olarak da R32 % 20, R125 % 40 ve R134a % 40’nı oluşturur Bu soğutucu akışkan düşük ve orta sıcaklıklarda kullanılan ve poliester bazlı yağlarla uyum sağlayan alternatif bir soğutucu akışkandır
337 R502 soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R502 soğutucu akışkanı, Montreal protokolü kapsamında üretimi ve kullanımı yasaklanan veya kısıtlamaya tabi tutulan bir soğutucu akışkandır Atmosferik basınçta kaynama sıcaklığı – 45°C dir R502’nin özellikle düşük sıcaklıklarda soğutma etkisi büyüktür Ağırlıkça bileşimi R115 ve R22’den oluşmakta olup, yüzde olarak % 51,2 R115 ve % 48,8 R22’den oluşmaktadır En çok kullanıldığı alan soğuk taşımacılık ve ticari soğutuculardır
3 R407C soğutucu akışkanı ve ısıl özellikleri
R407C soğutucu akışkanı, karışım olarak R32, R125 ve R134a’den oluşmakta olup, yüzde olarak % 23 R32, % 25 R125 ve % 52’de 134a’dan oluşur Montreal protokolü kapsamında kullanımı yasaklanan veya kısıtlamaya tabi tutulan soğutucu akışkanlara alternatif akışkandır
|