GİRİŞ VE TEMEL KAVRAMLAR

Transkript

1 GİRİŞ VE TEMEL KAVRAMLAR Bir maddenin veya ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklıgının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması iģlemine soğutma denilebilir. En basit ve eski sogutma Ģekli, soğuk yörelerde tabiatın meydana getirdiği buzları muhafaza edip bunları sıcak veya ısısı alınmak istenen yerlere koyarak sogutma sağlanmasıdır.kıģın meydana gelen kar ve buz u muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün m.ö yıllarından uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahiyurdumuzun bazı yörelerinde geçerli bir soğutma Ģekli olduğu görülmektedir. Diğer yandan, eski mısırlılardan beri geceleri açık gök yüzünü görecek tarzda yerleģtirilen seramik testilerde suyun soğutulabileceği bilinmektedir. Bu soğutma Ģekli, gökyüzünün gece karanlıktaki sıcaklığının mutlak sıfır (-273)derece sevyesinde olmasından ve ıģıma (Radyasyon) yolu ile ısının gökyüzüne iletilmesinden yararlanılarak sağlanmaktadır. Ticari maksatla ilk büyük buz satıģı 1806 yılında Frederic Tudor tarafından ve Antil adalarına 130 tonluk bir buz hamulesini Favorite adlı tekneyle götürülmesi ile baģlamıģtır. Daha sonraları buz kıralı adı ile tanınan bu Ģahıs, ilk macerasından 3500 dolar para kaybetmesine rağmen bu zararın tamamıyla depolama olanaklarının bulunmayıģından meydana geldiğini, gerçekte ise buz iģinde büyük kazançlar bulundugunu görebilmiģ ve buz ticaretine devam ederek 1850 yıllarında senede ton a ulaģan bir buz ticareti hacmi geliģtirmiģtir de ise buz sattığı ülkeler arasında Antiller, Ġran, Hindistan, Güney Amerika ülkeleri bulunuyor ve gemilerinin ugradıgı limanlarının sayısı 53 ü buluyordu. Tabiatın bahģettiği buz ile soğutma Ģeklinden 1880 lere kadar geniģ ölçüde yararlanılmıģtır. Buz ile elde edilen soğutma Ģeklinin gerek zaman ve gerekse bulunduğu yer bakımından çoğu kez pratik ve ucuz bir soğutma sağlayamayacagı bellidir. Bunun yerine mekanik araç ve cihazlarla soğutma sağlanması tercih edilir ki soğutma tekniği bilimide bu ikincisi ile ilgilenir. Mekanik soğutma ile ilgili bilinen ilk patent 1790 yılında Ġngiliz Thomas Harris ile John Long a aittir yılında da amerikalı Jacop Perkins eter ile çalıģan pistonlu bir soğutma makinasının patentini almıģtır. Bu makine, bir emme basma tulumbaya benzer. Bir tıp doktoru olan john Gorrie ( ) ilk defa, ticari gaye ile çalıģan bir soğutma makinası yapmıģ (1844- Apalachicola, Florida, ABD)ve Klima Soğutma-Ticari buz imali konularının babası olarak tarihe geçmiģtir. Uygulama alanında ilk defa 1860 yılında Dr. James Harrison (Avusturalya) üretim iģlemi sırasında birayı soğutmak maksadıyla mekanik soğutmayı baģarıyla kullanmıģtır. Sistemde soğutucu akıģkan olarak Sülfirik Eter kullanılmıģtır de Dr Alexander Kirk kömür ısısı ile çalıģan ilk Absorpsiyonlu soğutma aygıtını gerçekleģtirmiģtir. Mekanik soğutma vasıtasıyla buz imalinin ticari sahaya girmesinin ise 1890 yıllarını bulmuģtur.klima sahasında büyük çapta ilk uygulama 1904 yılında New York Ticaret Borsasına 450 ton/frigo luk bir makina konularak gerçekleģtirilmiģtir. Konutlarda kullanılmak maksadıyla soğutucu (Buz dolabı) yaptı. Otamatik olarak çalıģan buz dolapları 1918 de Kelvinatör Company tarafından imal edilmeye baģlandı ve ilk sene 67 dolap satıldı

2 1920 yılları arasında toplam 200 dolap yapılarak satıldı. Absorpsiyon prensibiyle çalıģan otamatik bir buz dolabı da (Electrolux) 1927 yılında amerika da satıģa çıktı. Soğutma nın tarifinden, bunun iki fiziksel değere, yani sıcaklık ve ısı değerlerine bağlı olduğu görülmektedir. Gerçekte bu iki değer birbirine yakinen bağlıdır. Ġzotermik ve Adyabatik iģlemler ile kütle transferi dıģında bu iki değer beraberce artıp azalırlar. ISI : Maddelerin moleküllerinin devamlı hareket halinde oldugu ve bu hareket serbestisinin en çok gaz halindeki maddelerde, daha az Ģekilde sıvı haldekilerde ve en az katı haldeki maddelerde olduğu bilinir.bu moleküler hareket ısının artmasıyla artar. Diğer bir değiģle ısı, moleküler bir harekettir. Katı bir maddeye ısı ilave edildiği sürece sıcaklığı artmaya devam eder ta ki sıvı hale dönmeye baģlayıncaya kadar. Madde tamamen sıvı hale dönüģünceye kadar sıcaklık artmaz. Sıvı hale dönüģünce, ısı verilmeye devam edilirse sıcaklık gene artmaya devam eder ve buharlaģma devam eder ve buharlaģma baģlayıncaya kadar sıcaklık artıģı sürer. BuharlaĢmanın baģlamasından maddenin tamamen buhar haline dönüģmesine kadar sıcaklık artması yine durur. Madde gaz halde iken verilen ısı ile sıcaklığın yükselmeye devam etmesi termo dinamik Ģartlara bağlıdır. Isı enerjinin bir türüdür ve bugün mevcut ölçü cihazlarıyla direkt olarak öiçülmesi mümkün değildir. Isının ölçü birimi olarak soğutmacılıkta kilo kalori Kcal (+145.C de ki 1 kg suyun sıcaklığını 1 C artırmak için ilave edilmesi gereken ısı miktarı) veya British Thermal Unit BTU (1 libre ağırlığındaki suyun sıcaklığını 1 derece Fahrenheit yükseltmek için ilave edilmesi gereken ısı) kullanılır. Son yıllarda Joule(J) ve Kilojoule (KJ) ısı birimi daha yaygın bir Ģekilde kullanılmaktadır. SICAKLIK : Sıcaklık bağıl bir değerdir ve maddenin ısı sıklığını ifade eder. Genellikle bir referans noktasına göre, daha sıcak veya daha soğuk, Ģeklinde tarif edilir. Örneğin suyun atmosfer basıncı altındaki donma sıcaklığı 0 C ve atmosfer basıncı altında kaynamaya baģladığı sıcaklık 100 C olarak alınır. Maddenin sıcaklığı yalnız baģına ısı miktarı belirtemez. Örneğin 1000 C sıcaklıktaki 1 kg Demir parçasındaki ısı 100 C deki 20 kg demir parçasından daha azdır, fakat birincisi daha sıcaktır, yani ısı sıklığı daha fazladır Sıcaklıklar, değiģik pek çok ölçü aletleriyle ölçülebilirler ki, bunlara genellikle Termometre adı verilir. Civalı ve alkollü termometreler en ucuz ve basit sıcaklık ölçü aletleridir ve oldukça hassas olanları (0.1 C) mevcuttur. BASINÇ : Buhar sıkıģtırma çevrimleri halen mekanik soğutma en sık yararlanılan çevrimdir. Bu çevrim ise sistemde farklı basınç sevyelerinin meydana getirilmesi ile sağlandığından basınç kavramının ve basınçla ilgili fizik kanunlarının iyi bilinmesi gerekir. Basınç, birim yüzeye gelen ağırlık (kuvvet)dir, diye tarif edilebilir. Ağırlık veya kuvvet birimi Kilogram olarak ve birim yüzey metrekare alınırsa Basınç, Kg/m2 olacaktır. Soğutma tekniğinde ise daha çok bir santimetrekare ye gelen Kg miktarı kullanılır ve Kg/cm2 olarak tamamlanır. Bu aynı zamanda Teknik Atmosfer (at) diye adlandırılır.atmosfer basıncının altındaki basınçlar mutlak basınç Ģeklinde ifade edilebileceği gibi negatif manometre basıncı Ģeklinde de ifade edilmektedir ki bu ikincisi Vakum adı ile belirtilir; fakat aslında kısmi vakum kastedilmektedir. ISINMA ISISI (özgül ısı) : Birim ağırlıktaki bir kütlenin sıcaklığının

3 birim sıcaklık kadar arttırılması için, ilavesi gereken ısı miktarı olup her değiģik tür madde için farklı olduğu gibi aynı maddenin değiģik konumları (Katı, Sıvı, Gaz) için farklıdır. GÜÇ : Birim zamanda yapılan iģ miktarını ifade eder. Örneğin 1 beygir gücü (ps), saniyede 75 kg m iģ yapabilen bir güç ü belirtir. ENTALPĠ/ISI TUTUMU : Ġzafi bir değer olup bir sıvı veya gaz kütlesinin birim ağırlığının termodinamik gücünü ifade eder ve iç enerji (u) ile sıkıģtırma veya akıģ enerjisinin toplamıdır; I=u+p.v/j+w2/2g.j Metrik sistemde birimi Kcal/Kg dır. ĠKLĠMLENDĠRĠLMĠġ HAVANIN NAKLEDĠLMESĠ Bugün en sık rastlanan soğutma çevriminin buhar sıkıģtırma çevrimi olduğu bilinmektedir. Buhar sıkıģtırma çevriminde kullanılan cihaz ve ekipmanları öncelikle tanıyalım. Bir buhar sıkıģtırma çevrimi beģ ana kısımdan meydana gelmektedir. 1-SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ (Buhar sıkıģtırma aparatı) 2-KONDENSER (SıkıĢtırılan buharı yoğuģturucu) 3-EVAPORATÖR (BuharlaĢtırıcı-Soğutucu) 4-GENĠġLEME APARATI (Ekspansiyon valfleri, kılcal borular, seviye kontrol cihazları) 5-BORU DONANIMI SOĞUTMA KOMPRESÖRLERĠ Soğutma kompresörünün sistemdeki görevi (a) BuharlaĢtırıcı-Soğutucu ısı ile yüklü soğutucu akıģkanı buradan uzaklaģtırmak ve böylece arkadan gelen ısı yüklenmemiģ akıģkana yer temin ederek akıģın sürekliliğini sağlamak (b) Buhar haldeki soğutucu akıģkanın basıncını kondenserdeki yoğuģma sıcaklığının karģıtı olan seviyeye çıkarmaktır. Ġdeal bir kompresörde Ģu genel ve kontrol karakteristikleri aranır. a)sürekli bir kapasite kontrolü ve geniģ bir yük değiģimiçalıģma rejimine uyabilme b)ġlk kalkıģta dönme momentinin mümkün oldugunca az olması c)verimlerin kısmi yüklerde de düģmemesi d)değiģik çalıģma Ģartlarında emniyet ve güvenilirliği muhafaza etmesi e)titreģim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değiģik Ģartlarda belirli sevyenin üstüne çıkmaması f)ömrünün uzun olması ve arızasız çalıģması g)daha az bir güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi

4 h)maliyetinin mümkün olduğu kadar düģük olması Fakat bu karakteristiklerin tümüne birden sahip olan bir kompresör yoktur denilebilir. Uygulamadaki Ģartlara göre yukarıdaki karakteristiklerden en fazlasını sağlayabilen kompresör seçimde tercih edilir. Genel yapıları itibariyla soğutma kompresörlerini aģağıdaki Ģekilde sınıflandırmak mumkündür. 1A) Pozitif sıkıģtırmalı kompresörler : a) Pistonlu kompresörler b) Paletli dönel kompresörler c) Helisel-Vida tipi dönel kompresörler 1B) Santrifuj kompresörler 1A/a)Pistonlu kompresörler : Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıģtırma iģlemini yapan bir tip kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-byel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir. Eski tip bazı çift etkili kompresörlerin yatık tip pistonlu buhar makinaları ile hareketlendirilmesinde hiç dönel hareket olmadan da çalıģma durumlarına rastlamak mümkündür. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makinalar olup açık tip veya hermetik tip motor-kompresör Ģeklinde dizayn ve imal edilmektedirler. Pistonlu kompresörlerin uygulanma Ģartları, birim soğutucu akıģkan soğutma kapasitesine isabet eden silindir hacmi gereksinimi az olan ve fakat emiģ/basma basınç farkı oldukça fazla olan refrijeranlar için uygun düģmektedir. Amonyak, R-12, R-22, R-502 bu refrijeranların en baģta gelen türleridir. Açık tip pistonlu kompresörlerin bugünkü silindir tertip Ģekilleri genellikle düģey I,V ve w tertibinde 1 ila 16 silindirli ve tek etkili olup, yatık ve çift etkili kompresör dizaynı hemen tamamıyla terkedilmiģtir. Tam kapalı-hermetik tip motor-komresörlerde düģey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sık uygulanmaktadır. 1A/b)Paletli dönel kompresörler : Dönel kompresörler, pistonlu kompresörlerin gidip gelme hareketi yerine sıkıģtırma iģlemini yaparken dönel hareketi kullanırlar. Bu dönel hareketten yararlanma Ģekli ise değiģik türden olabilir (tek ve çift diģli, tek paletli, çok paletli). Çift diģli prensibine göre çalıģan ve çok sık rastlanan Helisel Vida tipi dönel kompresörler de vardır. 1A/c)Helisel tip dönel kompresörler :Pozitif sıkıģtırmalı kompresörler genel grubuna giren bu kompresörlerin değiģik konstrüksiyonu haiz birçok türüne rastlamak mümkündür. Soğutma uygulamalarında halen en çok rastlanan helisel tip dönel kompresörleri, bariz farklara sahip iki ana gurupta toplamak mümkündür; (1)tek vidalı/helisli tip, (2)çift vidalı /helisli, dönel kompresörler. Ancak her iki tip kompresörün de çalıģma prensibi ve konstrüktif yönden birçok müģterek yanları vardır. Örneğin, basınçla yağın püskürtülmesi suretiyle hem yağlama iģleminin yapılması, hem sıkıģtırma iģlemi sırasında sızdırmazlığın sağlanması hemde meydana

5 gelen ısının gövdeden alınıp uzaklaģtırılması, her iki tür kompresörde de yerleģmiģ bir uygulama Ģeklidir. Keza oranları, kapasite kontrolü mekanizmaları ve ısı ekonomizeri tertipleri her iki tip kompresörde de benzer durumdadır. 1B) Santrifuj kompresörler : Buhar sıkıģtırma çevrimiyle soğutma iģlemi yapan santrifuj kompresörlerin, pistonlu ve Dönel paletli veya vida tipi kompresörlerden farkı pozitif sııģtırma iģlemi yerine santrifuj kuvvetlerden faydalanarak sıkıģtırma iģlemini yapmasıdır. Santrifuj kompresörlerde özgül hacmi yüksek olan akıģkanların (daha geniģ hacimlerin) kolayca hareket ettirmesi mümkün olduğu için sık sık büyük kapasiteli derin soğutma (-100C kadar) iģlemlerinde uygulandığı görülür. Santrifuj kuvvetlerin büyüklügü hızların karesi ile doğru orantılı olduğundan giriģ-çıkıģ basıncı farklarının büyütülmesi devirin arttırılması ile veya rotor çapının büyütülmesi ile yahutta kademe sayısı arttırılarak sağlanabilir. Bu nedenle santrifuj makinalarda nadirende olsa d/d gibi çok yüksek rotor devirlerine rastlamak mümkündür. Bu yüksek devirlerin sağlanması için tahrik motoru ile komprösör mili arasına deviri yükseltici bir diģli kutusu konulur. Yüksek devirli buhar veya gaz türbünleri ile direkt akuple Ģekilde tahrik edilen santrifuj kompresörlere uygulamada rastlamak mümkündür. Genel olarak tahrik gücü elektrik motorlarıyla sağlanır. Içten yanmalı motorlarla tahrik edilen santrifuj kompresörlere seyrek de olsa rastlanabilir. Uygulamadaki kapasite sınırları bugün 85 ila Ton/Frigo arasında değiģmektedir. Santrifuj kompresörlerde emiģ ile basma tarafı arasındaki basınç farkının santrifuj kuvvetlerden yararlanılarak sağladığı yukarıda belirtmiģtim. Bu basınç sağlanırken refrijerana önce bir hız (kinetik enerji) verilir ve sonra bu hız basınca (potansiyel enerji) dönüģtürülür. Bu dönüģtürme iģlemleri sırasında mutlaka birçok kayıplar olacaktır ve basma tarafı basıncı dahada yükseldikçe bunlar dahada artacaktır. Bu nedenle, santrifuj kompresörlerde basma basıncının mümkün olduğu kadar emiģten az bir farkla olması istenir. Buna rağmen uygulamada emiģ-basma basınç farkı değerleri 2 ila 30 arasında değiģmekte ve her tür refrijeran ile santrifuj kompresör kullanılabilmektedir. Fakat yukarıda izah edilen sebepden dolayı daha ziyade yoğuģma basıncı düģük olan refrijeranlar santrifuj kompresörler için uygun olmaktadır (R-11 ve R-113 gibi) ve bu Ģartlar ancak klima uygulamalarına cevap verebilmektedir. Bu nedenle santrifuj kompresörlere en çok klima sistemi uygulamalarında rastlanmasına ĢaĢmamak gerekir. Derin soğutma uygulamalarında genellikle çok kademeli kompresör kullanılır ve 10 kademeye kadar yapılan santrifuj kompresörlere rastlamak mümkündür. Ayrıca santrifuj kompresörlerin paralel ve seri bağlantı tertibinde hatta ara kademelerden değiģik sıcaklık uygulamaları için refrijeran bağlantısı yapılarak kullanıldığı zaman zaman görülmektedir. Santrifuj kompresörlerin kapasite kontrolü genellikle refrijeranı emiģte kısmak suretiyle sağlanır. Bu maksatla emiģ ağzına ayarlanabilir kanatlar konur. Kanatların ayarlanması pnömatik, elektrik veya hidrolik vasıtalarla yapılabilmektedir. Kapasite kontrolü maksadı için santrifuj kompresörlerde de rotor devrini değiģtirme tarzı kullanılmaktadır. Az da olsa uygulanan diğer kapasite kontrol sistemleri;difüzör (çıkıģ) kanatlarının açılarının ayarlanması, difüzör

6 kanalının daraltılıp geniģletilmesi, Rotorun (çark) geçiģ kanallarının daraltılması ve bunların birkaçının beraberce uygulanmasıdır. Santrifuj kompresörlerin dizaynında çalıģma kapasite sınırlarının ve devirlerinin gerek kritik devir sayısı yönünden ve gerekse Ģok dalgalanmasının baģlaması yönünden çok iyi etüt edilmesi gerekir. Kritik devir sayısının 0.8 ila 1.1 katı değerleri arasındaki devirlerde kati surette sürekli çalıģmaya müsaade edilmez. ġok dalgalanmasının durumu ise, değiģik devirlerdeki Debi/Basınç koordinatları üzerine inģa edilecek politropik verim ve Mach katsayısı eğrilerinin etüdü ile görülebilir. Buradan bulunacak Ģok dalgalanması zarfının altındaki değerlerde çalıģma Ģok dalgalanması yapacaktır. ġok dalgalanması (surgıng) olayı varken refrijeran kompresör çıkıģında sık sık bir ileriye bir geriye yönelir. (takriben 2 saniyede yön değiģtirir). Bu olayın neticesinde aģırı gürültü, aģırı titreģim ve kompresörde aģırı ısınma meydana gelir ki devam etmesi halinde gerek sistem tarafı gerekse kompresör tarafı bundan zarar görebilir. Keza tahrik motoru da alternatif Ģekilde yüklenir ve yükü azalır ki bunun sonucu dönme hızı bir azalır bir artar. Surging olayının tespitinde bu durumun mevcudiyeti bir ipucu olabilir. Motorun çektiği akımın ölçülmesi de bu olayı teyit edecektir. Kompresördeki aģırı titreģimler ve gürültüler daima bir anormal çalıģmaya ve arızanın yaklaģtığına iģaret olarak kabul edilmelidir. Santrifuj kompresörlerin rotorları (çark) açık tip veya örtülü tip Ģeklinde dizayn edilir ve dökme aliminyum, kaynaklı aliminyum, dökme çelik, kaynaklı çelik, perçinli çelik gibi malzemeden yapılır. Aluminyum, çeliğe nazaran daha yüksek bir dayanıklılık/ağırlık oranına sahiptir ve daha hafif rotor ile daha yüksek devirlerde çalıģılmasını mümkün kılar. Çelik rotorlar ise 150C üzerindeki çalıģma Ģartlarında üstünlük kazanır. Korosif refrijeran uygulamalarında paslanmaz çelik uygun bir çözüm getirmektedir. Santrifuj kompresörlerde de vida tiplerinde olduğu gibi eksenel ve radyal yükleri taģıyacak Ģekilde ayrı ayrı iyi bir yataklama gereklidir. Eksenel yükler burada daha da fazladır. KONDENSER (YOĞUġTURUCU) Soğutma sisteminde refrijeranın evaporatörden aldığı ısı ile kompresördeki sıkıģtırma iģlemi sırasında ilave olunan ısının sistemden alınması kondenserde yapılır. Böylece refrijeran sıvı hale gelerek basınçlandırılır ve tekrar genleģtirilerek evaporatörden ısı alacak duruma getirilir. Buhar ve gazların bir yüzeyde yoğuģması, yüzeyin vasıflarına bağlı olarak Damla veya film teģekkülü tarzlarında oluģur. Damla teģekkülü ile yoğuģma (Dropwise condensation) durumunda çok daha yüksek (Film teģekkülünden 4-8 defa daha fazla) ısı geçirgenlik katsayıları sağlanabilmekte ve bu tercih edilmekte ise de uygulamada refrijeran özellikleri ve kondenser imalatının ekonomik faktörlerle sınırlanmaları nedeniyle ancak film tarzı yoğuģma ve az ölçüde de damla teģekkülü ile yoğuģma birlikte olmaktadır. Kondenserdeki ısı alıģ veriģinin 3 safhada oluģtuğu düģünülebilir, bunlar(1)kızgınlığın alınması (2)Refrijeranın yoğuģması (3)AĢırı soğutma. Kondenser dizaynına bağlı olarak aģırı soğutma kondenser alanının %0-10 unu kullanacaktır. Kızgınlığın alınması için ise kondenser alanının %5 ini bu iģleme tahsis etmek gerekir. Bu üç değiģik ısı transferi Ģekline bağlı olarak kondenserdeki ısı geçirme katsayıları ile sıcaklık araları da farklı olacaktır. Ancak kızgınlığın

7 alınması safhasındaki ortalama sıcaklık aralığının fazlalığına karģı daha düģük bir ısı transferi katsayısı mevcut olacak, fakat aģırı soğutma sırasında bunun aksine sıcaklık aralığı daha az ve ısı geçirme katsayısı daha fazla olacaktır. YoğuĢma sırasında ise her iki değer de alt-üst seviyelerinin arasında bulunucaktır. Yapılan deneylerde ısı transferi katsayısının artmasının karģısında sıcaklık farkının azalması (veya tersi) yaklaģık olarak aynı çarpım sonucunu vermektedir ve bu değerlerin ortalamasını kullanmak mümkün olmaktadır. Hesaplamada sağladığı basitlik de göz önüne bulundurularak kondenserlerin hesabında tek bir ısı geçirme katsayısı ile tek bir ortalama sıcaklık aralığı değerleri uygulanmaktadır. Genel olarak 3 değiģik tip kondenser mevcuttur;(a)su soğutmalı kondenserler (B)Hava ile soğutmalı kondenserler (C)Evaporatif (Hava-Su) kondenserler. Uygulamada, bunlardan hangisinin kullanılacağı daha ziyade ekonomik yönden yapılacak bir analiz ile tespit edilecektir. Bu analizde kuruluģ ve iģletme masrafları beraberce etüt edilmelidir. Diğer yandan, su soğutmalı ve evaporatif kondenserlerde yoğuģum sıcaklığının daha düģük seviyelerde olacağı ve dolayısla soğutma çevrimi termodinamik veriminin daha yüksek olacağı muhakkaktır, bu nedenle yapılacak analizde bu hususun dikkate alınması gerekir. 2A) Su Soğutmalı Kondenserler : Bilhassa temiz suyun bol miktarda, ucuz ve düģük sıcaklıklarda bulunabildiği yerlerde gerek kuruluģ ve gerekse iģletme masrafları yönünden en ekonomik kondenser tipi olarak kabul edilebilir. Büyük kapasitedeki soğutma sistemlerinde genellikle tek seçim olarak düģünülür. Fakat son yıllarda yüksek ısı geçirme katsayıları sağlanan hava soğutmalı kondenserlerin yapılmasıyla 100 Ton/fr. kapasitelerine kadar bunların da kullanıldığı görülmektedir. Su soğutmalı kondenserlerin dizaynı ve uygulamasında boru malzemesinin ısıl geçirgenliği, kullanılan suyun kirlenme katsayısı, kanatlı boru kullanıldığında kanat verimi su devresinin basınç kaybı, refrijeranın aģırı soğutulmasının seviyesi gibi hususlar göz önünde bulundurulur. Bakır boru kullanılan kondenserlerde (halojen refrijeranlar) genellikle borunun et kalınlığı azdır. Bakırın ısı geçirgenliği de yüksek olduğu için kondenserin tüm ısı geçirme katsayısına kondüksüyonun etkisi azdır ve bu katsayı daha ziyade dıģ (refrijeran tarafı) ve iç (su tarafı) film katsayılarının değerine bağlı olur. Halbuki, et kalınlığı fazla ve ısıl geçirgenliği az (demir boru gibi) olan borular kullanıldığında, örneğin amonyak kondenserlerinde, borudaki kondiktif ısı geçiģi de tüm ısı geçirme katsayısına oldukça etgen olur. Kirlenme katsayısı, kullanılan suyun zamanla su tarafındaki ısı geçiģ yüzeylerinde meydana getireceği kalıntıların ısı geçiģini azaltıcı etkisini dikkata almak maksadını taģır. Kirlenme katsayısını etkileyen faktörler Ģunlardır:(1)Kullanılan suyun, içindeki yabancı maddeler bakımından evsafı (2)YoğuĢum sıcaklığı (3)Kondenser borularının temiz tutulması için uygulanan koruyucu bakımın derecesi. Bilhassa 50C nin üzerindeki yoğuģum sıcaklıkları için kirlenme katsayısı, uygulamanın gerektirdiğinden biraz daha yüksek alınmalıdır.38c nin altındakiyoğuģum sıcaklıklarında ise bu değer normalin biraz altında alınabilir. Su geçiģ hızının düģük olması da kirlenmeyi hızlandırır ve 1m/san den daha düģük hızlara meydan verilmemelidir. Yüzey kalıntıları peryodik olarak temizlenmediği taktirde kirlenme olayı gittikce hızlanacaktır, zira ısı geçirme katsayısı git gide azalacak ve gerekli kondenser kapasitesi ancak daha yüksek yoğuģum sıcaklığında sağlanabilecektir. Bu ise kirlenme olayına sebebiyet

8 verecektir. Artan kirlenme ile su tarafı direncinin artacağı ve bunun sonucu su debisinin azalarak yoğuģum sıcaklığını daha da arttıracağı muhakkaktır. 2B) Hava Soğutmalı Kondenserler : Bilhassa 1 hp ye kadar kapasitedeki gruplarda istisnasız denecek Ģekilde kullanılan bu tip kondenserlerin tercih nedenleri;basit oluģları, kuruluģ ve iģletme masraflarının düģüklüğü, bakım-tamirlerinin kolaylığı Ģeklinde sayılabilir. Ayrıca her türlü soğutma uygulamasına uyabilecek karekterdedir (Ev tipi veya ticari soğutucular, soğuk odalar, pencere tipi klima cihazları gibi). Çoğu uygulamalarda hava sirkilasyon fanı açık tip kompresörün motor kasnağına integral Ģekilde bağlanır ve ayrı bir tahrik motoruna ihtiyaç kalmaz. Hava soğutmalı kondenserlerde de ısı transferi 3 safhada oluģur, bunlar(a)refrijerandan kızgınlığın alınması (b)yoğuģturma (c) AĢırı soğutma. Kondenserin alanının takriben %85 yoğuģturma olayına hizmet eder ki kondenserin asli görevi budur. %5 civarında bir alan kızgınlığın alınmasına ve %10 ise aģırı soğutma (subcooling) hizmet eder. Hava soğutmalı kondenserlerde yoğuģan refrijeranı kondenserden almak ve depolamak üzere genellikle bir refrijeran deposu kullanılması artık usul haline gelmiģtir. Bundan maksat kondenserin faydalı alanını sıvı depolaması için harcamamaktır. Havalı kondenserler, halokarbon refrijeranlar için genellikle bakır boru / aliminyum kanat tertibinde, bazen de Bakır boru / Bakır kanat ve bakır veya Çelik boru / çelik kanat tertibinde imal edilirler. Aliminyum alaģımı boru / kanat imalatlara da rastlamak mümkündür. Kullanılan boru çapları ¼ ila ¾ arasında değiģmektedir. Kanat sayısı beģer metrede 160 ile 1200 arasında değiģir, fakat en çok kullanılan sıklık sınırları 315 ila 710 arasında kalmaktadır. Bu tip havalı kondenserlerin ısı geçiģ alanı ihtiyacı ortalama olarak 2.5 m/sn hava geçiģ hızında, beher ton/frigo (3024 kcal/h) için 9 ila 14 m kare arasında değiģmektedir. Çok küçük, tabii hava akıģlı kondenserler hariç tutulursa, hava ihtiyacı ortalama beher kcal/h için 0.34 ila 0.68m3 /h arasında değiģmekte olup buna gereken fan motor gücü beher 1000 kcal/h için 0.03ila0.06hp civarında olmaktadır. Fan devirleri 900 ila 1400 d/d arasında olmalıdır. Kondenser fanları genellikle aksiyal tip olup sessiz istenen yerlerde radyal tip kullanılabilir. Refrijeran yoğuģma sıcaklığı ise, hava giriģ sıcaklığının 10-20C üzerinde bulunacak Ģekilde düģünülmelidir. Genelde boruların durumu, kanat aralıkları, derinlik (boru sırası) alın alanı gibi dizayn özellikleri hava debisi ihtiyacını, hava direncini ve dolayısıyla fan büyüklüğü, fan motor gücünü ve hatta grubun ses seviyesiyle maliyetleri etkiliyecektir. Bugünkü kondenserdizayn Ģekli sıcak refrijeranın üstten bir kollektörle birkaç müstakil devreye verilmesi, yoğuģtukça gravite ile aģağı doğru inmesi ve aģırı soğutma sağlanarak gene bir kollektörden alınması Ģeklindedir. Hava soğutmalı kondenserler, grup tertip Ģekline göre (a)kompresör ile birlikte gruplanmıģ (b)kompresörden uzak bir mesafeye konulacak tarzda tertiplenmiģ (split kondenser) olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır. Kondenserden hava geçiģi düģey ve yatay yönde olacak tarzda tertiplenebilir. Diğer yandan, hava fanı, havayı emici veya itici etkiyle hareketlendirecek Ģekilde konulabilir. Bir soğutma sisteminin bekleneni verebilmesi, büyük ölçüde yoğuģma basınç ve sıcaklığının belirli sınırlar arasında tutulabilmesiyle mümkündür. Bu ise kondenserin çalıģma rejimi ile yakından ilgilidir. AĢırı yoğuģum sıcaklık ve basıncının önlenmesi kondenserin yeterli soğutma alanına sahip olmasıyla ilgili olduğu kadar hava sık rastlanan bir durumdur. Bu nedenle, bilhassa soğuk havalarda

9 çalıģma durumu devresinde yeterli debi ve sıcaklıkta havanın bulunmasıylada ilgilidir. YoğuĢma sıcaklık ve basıncının çok düģük olması halinde ise yeterli refrijeran akıģı olamamasına bağlı olan sorunlar çıkmaktadır. Örneğin, termostatik akspansiyon Vaf inde yeterli basınç düģümü sağlanamamasından dolayı kapasitenin düģmesi sık olduğunda, çok düģük yoğuģma basıncını önleyici tedbirler alınır ki bunları iki grupta toplamak mümkündür; (a) Refrijeran tarafını kontrol etmek, (b) Hava tarafını kontrol etmek. 2C) Evaporatif kondenserler : Hava ve suyun soğutma etkisinden birlikte yararlanılması esasına dayanılarak yapılan evaporatif kondenserler bakım ve servis güçlükleri, çabuk kirlenmeleri, sık sık arızalanmaya müsait oluģları nedenleriyle gittikçe daha az kullanılmaktadır. Evaporatif kondenser üç kısımdan oluģmaktadır. (a)soğutma serpantini, (b)su sirkilasyon ve püskürtme sistemi, (c)hava sirkülasyon sistemi. Soğutma serpantininin içinden geçen refrijeran, hava soğutmalı kondenserde olduğu gibi, yoğuģarak gaz deposuna geçer. Serpantinin dıģ yüzeyinden geçirilen hava, ters yönden gelen atomize haldeki suyun bir kısmını buharlaģtırarak soğutma etkisi meydana getirir.(aynen soğutma kulesinde olduğu gibi). Böylece kondenserdeki yoğuģma sıcaklığı ve dolayısıyla basıncı daha aģağı seviyelere düģürülmüģ olur. Serpantinin dıģ yüzeyi, ısı transferi film katsayısının düģük oluģunun etkisini karģılamak üzere, alanı arttırmak için kanatlarla techiz edilmektedir. Ancak, modern evaporatif kondenserlerde, boru dıģ yüzeylerinde iyi bir ıslaklık elde edilmesi neticesi yüksek ısı transfer katsayılarına ulaģmakta ve kanatsız düz borular kullanılmaktadır. Kondenserin alt seviyesinde bulunan su toplanma haznesinden su devamlı Ģekilde bir pompa ile alınıp soğutma serpantinin üst tarafında bulunan bir meme grubuna basılır ve memelerden püskürtülür. Bu suyun takriben %3-5 buharlaģarak (takriben 6 ila 7.5 litre/h beher ton /frigo için) havaya intikal ettiğinden, su haznesine, flatörlü valf aracılığıyla devamlı su verilir. Ancak bu kondenserdeki su ilavesi, su soğutmalı kondenseri bulunan soğutma kulesi ile mücehhez bir sisteme oranla çok daha azdır ve bunun %5ila10 u mertebesinde olmaktadır. Soğutma kulelerinde olduğu gibi, evaporatif kondenserlerde de, buharlaģma sebebiyle geride kalan suyun sertliği ve kirliliği gittikçe artacağından, su toplanma haznesinden bir miktar suyu sürekli sızdırmak gerekir. Iyi vasıflı su kullanıldığında sızdırılan su miktarı 9(klima)ila12(soğutma)litre/h beher ton/frigo civarında olmalıdır. Su haznesinde verilen suyun yumuģatılmıģ su olması halinde bu miktar sıfıra indirilebilir ve bu tercih edilmelidir. Bir evaporatif kondenserin ısıl perfonmansı, sadece havanın kuru veya yaģ termometre sıcaklıkları veya havanın giriģ çıkıģ entalpi farkları baz alınarak gösterilemez. Zira püskürtülen suyun ve üflenen havanın sıcaklıkları giriģten çıkıģlarına kadar çok değiģik değerler gösterirler. Havanın yaģ termometre sıcaklığı normal olarak sürekli artar ve çıkıģta en yüksek seviyeye ulaģır. Suyun sıcaklığı ise refrijerandan alınan ısı ile yükselme eğilimi gösterirken suyun buharlaģma ısısı almasıyla sıcaklığı düģmeye baģlar. Bunun sonucu, su sıcaklığı soğutma serpantinin giriģinde yükselir (hava yaģ termometre sıcaklığı bu kısımda oldukça yükseldiğinden) ve sonradan, havanın giriģ yerine yaklaģınca sıcaklığı düģmeye baģlar. Toplanma havuzunda su sıcaklığı, stabil bir çalıģmaya eriģilince fazla değiģmez. Evaporatif kondenserler genellikle binanın dıģına ve çatıya konulur, fakat bina içine konularak hava giriģ-çıkıģları galvanizli saçtan kanallarlada sağlanabilir. Bina dıģındaki cihazların kıģın da çalıģması

10 söz konusu ise donmaya karģı tedbir alınmalıdır. Bina içindeki uygulamalarda ise, ıslak havanın atıldığı kanalın soğuk hacimlerden geçmesi halinde kanalın içinde yoğuģma olacağı hatırda tutulmalı ve bu suyun toplanıp atılması için önlem alınmalıdır. Bina içi uygulamaları, bir egzost sistemi ile entegre olarak uygulandığında egzost fanı ve elektrik enerjisinden tasarruf sağlayacaktır. Hava soğutmalı kondenserlerde olduğu gibi evaporatif kondenserlerde de soğuk havalarda çalıģma sırasında çok düģük yoğuģma basınçları oluģumunun önlenmesi gerekir. Bu maksatla uygulanan tertipler; (a)vantilatör motorunun durdurulup çalıģtırılması (b)hava debisini azaltıp çoğaltmak üzere hava akımına bir damper ve ayar servomotoru kullanılması (c)vantilatör motorunun devrinin azaltılıp çoğaltılması olarak sayılabilir. EVAPORATÖR(BUHARLAġTIRICI-SOĞUTUCU) Bir sogutma sisteminde evaporatör sıvı refrijeranın buharlaģtığı ve bu sırada bulunduğu ortamdan ısıyı aldığı cihazdır. Diğer bir ifadeyle evaporatör bir soğutucudur. Kondenserden direkt olarak veya refrijeran deposundan geçerek ve direkt ekspansiyonlu sistemde (kuru tip) ekspansiyon valfi, kılcal boru veya benzer bir basınç düģürücü elamanda adyabatik olarak geniģledikten sonra evaporatöre sıvı-buhar karıģımı Ģeklinde giren refrijeranın büyük bir kısmı sıvı haldedir. Evaporatörde ısı alarak buharlaģan refrijerana, emiģ tarafına geçmeden önce bir miktar daha ısı verilmesi ve 3-8C arasında kızgınlık verilerek kızgın buhar durumuna gelmesinin birçok faydaları vardır. Bunların en baģta, kompresöre büyük zarar verebilen sıvı refrijeranın kompresöre gelmesi gösterilebilir. Sıvı taģmalı tip evaporatörlerde ise refrijeran evaporatörde sıvı halde bulunur ve ısıyı alarak buharlaģan kısmı bir sıvı-buhar ayrıģtırıcısından (surge tank) geçtikten ve sıvı kısmı ayrıldıktan sonra buhar halinde kompresöre ulaģır. Sıvı refrijeranın evaporatöre beslenmesi seviye kumandalı (flatörlü,manyetik vs.) Bir vana ile yapılır. Sıvı ayrıģtırıcı tankta biriken sıvı refrijeran tekrar evaporatöre geri gönderilir ve soğutma iģleminde yararlanılır. direkt veya sıvı taģmalı tertiplerde çalıģan evaporatörlerin hepsinde de refrijeran basınca, kondenser tarafındaki basınca oranla çok daha düģüktür. Bu nedenle, evaporatör tarafına sistemin alçak basınç tarafı adı verilir. Evaporatörün yapısı; refrijeranın iyi ve çabuk buharlaģmasını sağlayacak, soğutulan maddenin (hava su, salamura, vs) ısısını iyi bir ısı geçiģi sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve refrijeranın giriģ ve çıkıģtaki basınç farkını (kayıpları) asgari sevyede tutacak tarzda dizayn edilmelidir. Ancak, bunlardan sonuncusu ilk ikisiyle genellikle ters düģmektedir. ġöyle ki; iyi bir ısı geçiģi ve iyi bir buharlaģma için gerekli Ģartlar iç ve dıģ yüzeylerin daha girintili ve daha kolay ıslanır (kılçallığı fazla) olmasını gerektirirken bu durum basınç kayıplarını arttırmaktadır. Bu nedenle, evaporatör dizaynı geniģ tecrübe ve dikkat isteyen, ayrıca deneylere sık sık baģvurulan bir çalıģma Ģeklini gerektirir. Bu çalıģmaların yönlendirilmesinde en baģta gelen etken soğutulacak maddenin cinsi ve konumudur (sıvı, katı, gaz). Ayrıca, refrijeran ısı alıģveriģi yaparken içinde bulunduğu ve hareket ettiği hacmin durumu da evaporatör dizaynında önemli değiģiklikler meydana getirir. Burada refrijeranın bir boru serpantinin içerisinde hareket etmesi ve soğutulacak maddenin boruların dıģından geçmesi veya bunun tersi söz konusu olmaktadır ki bunlardan ilki genellikle kuru tip-direkt ekspansiyonlu evaporatörlerde, ikincisi ise sıvı taģmalı tip evaporatörlerde uygulanmaktadır. Refrijeranın boru içinden geçmesi halinde, akıģ hızının arttırılmasının içteki film katsayısını ve dolayısıyla ısı geçiģini arttırıcı yönde bir etkisi beklenir, fakat bu durum refrijeranın basınç kayıplarını arttıracağı için akıģ debisini azaltacak ve kapasiteyi düģürecektir. Burada, her iki etkenin durumu

11 beraberce göz önünde bulundurulup ısıl geçiģ ve kapasitenin optimum olduğu değerler saptanmalıdır. Evaporatör tipleri, uygulamanın özelliklerine göre 3 ana grupta toplanabilir; (A) Gaz haldeki maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (genellikle hava) (B)Sıvı haldeki maddeleri soğutucu evaporatörler(su, salamura, antifriz, kimyasal akıģkanlar vs.) (C)Katı maddeleri soğutucu evaporatörler (Buz, buz paten sahası, metaller, vs). Buhar sıkıģtırma çevrimli bir soğutma sisteminin, alçak basınç ve yüksek basınç tarafı Ģeklinde iki kısıma ayrılabileceği bilinmektedir. Kompresörün alçak basınçlı refrijeran gazı yüksek basınç altındaki kondensere basmak maksadına hizmet ettiği de izah edilir. Refrijeranın evaporatörde buharlaģarak ısı alabilmesi için basıncının, evaporatör sıcaklıklarında buharlaģmasına imkan verecek seviyeye düģürülmesi gerekir. Keza sıvı taģmalı sistemlerde de refrijeranın, evaporatör sıcaklığında buharlaģmaya hazır halde (DoymuĢ buhar-sıvı)bulunmasını sağlayacak bir basınca düģürülmesi gerekecektir. Bunu sağlayan kontrol elemanları direkt ekspansiyonlu sistemlerde Exspansiyon (geniģleme) valfleri veya kılcal boru, sıvı taģmalı sistemlerde ise seviye kontrollü valf olarak tanımlanabilir. Her iki tür uygulamada da bu kontrol elemanlarından beklenen husus, evaporatörde buharlaģan refrijeran kadar sıvı refrijeranı evaporatöre aynen beslemektir. Evaporatör dizaynı çok tecrübe ve dikkati gerektiren bir iģtir. Ġç boruların çapları, refrijeran geçiģ hızları, boru iç yüzeyindeki film katsayısını arttırıcı önlemlerin uygulanması, dıģ zarfın çapı, su tarafındaki türbülans perdelerinin sıklığı, imalat iģçiliği kalitesi gibi kapasiteyi etkileyici bir çok değiģken mevcuttur. Isı geçirme katsayısı Ku yu etkileyen en önemli faktör muhakkak ki refrijeran tarafındaki film katsayısıdır. Bu katsayıyı arttırmak üzere boruya boğum Ģeklinde Ģekil verilmesi, borunun içine yıldız Ģeklinde türbülatör konulması, iç yüzeye kanat yapılması gibi önlemler alınmaktadır. Kaynak: NURĠ ÖZKOL