AĞRI İBRAHİM ÇEÇEN ÜNİVERSİTESİ MESLEK YÜKSEK OKULU..PROGRAMI.. DERSİ DÖNEM ÖDEVİ. Buz Pateni Projesi. Ad Soyad

Transkript

1 AĞRI İBRAHİM ÇEÇEN ÜNİVERSİTESİ MESLEK YÜKSEK OKULU..PROGRAMI.. DERSİ DÖNEM ÖDEVİ Buz Pateni Projesi Ad Soyad AĞRI-2014

2 ÖZET Dönem Ödevi Buz Pateni Projesi Ad Soyad Ağrı İbrahim Çeçen Üniversitesi Meslek Yüksekokulu. Programı Dersin Öğretim Görevlisi: Öğr. Gör.Kadir GELİŞ Bilinen en eski spor dallarından biri olarak bilinen buz sahası oyunları teknolojinin ilerlemesiyle doğal halinden kopup yapay tesislere geçmiştir. Yeryüzü genelinde süren barış ortamı birçok ulusun zenginliğini ve insanların boş zamanlarını artırmış, toplumların faydalı uğraşlara yönelmeleri için yenilikler aranılır olmuş ve dün pahalı görülen teknolojik yatırımlar bugün olağan görülmeye başlanmıştır.yurdumuza ikliminde etkisiyle biraz geç giren bu spor dalı giderek artan bir tempo ile ilgi toplamaktadır. Bu çalışmada sözkonusu spor sahalarının en önemli unsure olan soğutma tesisatları tanıtılmakta;ayrıca son yıllarda yapılan araştırmalara dayanan, proje aşamasında dikkate alınması gereken kıstaslar ve uygulanabilecek yeni düzenlemeler açıklanmıştır. 2014, 27 sayfa 2

3 TEŞEKKÜR Çalışmamın her aşamasında gerekli teşvik ve desteği veren; bilgi, öneri ve deneyimleriyle bana destek olan Değerli ya sonsuz teşekkürlerimi sunarım. Ad Soyad Ekim,

4 İÇİNDEKİLER ÖZET SOĞUTMA SISTEMI Soğutucunun Tanımı Soğutucunun Yapısı Soğutucunun Çalışması Soğutma Soğutucu Akışkan SOĞUTMA ÇEVRIMLERI Ters Carnot Çevrimi İdeal Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi Gerçek Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi Gaz Akışkanlı Soğutma Çevrimleri SOĞUTMA SISTEMINI OLUŞTURAN ELEMANLAR YAPISI VE GÖREVLER Ekovat (Kompresör, Sıkıştırıcı) Kondenser (Yoğunlaştırıcı) Drayer Kılcal Boru Evaporatör Hava Soğutucu Evaporatörler Soğutma Gazı BUZ PATENİ İÇİN BURSA ŞARTLARI Isi Iletkenlik Katsayilari Sistem etkinlemesi Soğutma kontrolü: Soğutulmuş su pompasi kontrolü KAYNAKLAR

5 1.SOĞUTMA SISTEMI 1.1.Soğutucunun Tanımı Bir maddenin veya ortamın sıcaklığını, onu çevreleyen hacim sıcaklığının altına indirilmesi ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemine denir. 1.2.Soğutucunun Yapısı Soğutma sistemi; ekovat, kondanser, drayer, kılcal boru, evaparatör, dönüş borusu, soğutma gazı ve termostattan meydana gelmiştir. Soğutma Çevrimi 5

6 1.3.Soğutucunun Çalışması Öncelikle, soğuk gibi bir şey olmadığını biliyor muydunuz? Bir şeyi soğuk olarak tarif edebilirsiniz ve herkes ne demek istediğinizi anlar, ama aslında soğuk sadece ve sadece bir şeyden daha az ısı içeren başka bir şey anlamına gelir. Asıl olay daha az ve daha çok ısı miktarıdır. Soğutmanın tanımı ise ısının taşınması ve başka bir yere yerleştirilmesidir. Bir malzeme soğutulacaksa, aslında ondan ısı alınacaktır. Eğer ılık bir içeceğiniz varsa ve diyelim 25 C ise ama siz bu içeceği 4 C olarak içmeyi tercih ediyorsanız; onu bir süre bir buzdolabına koyarsınız, ısı ondan bir şekilde alınır ve siz daha az sıcak bir içecek sahibi olursunuz. Ama bir de şu durumu düşünün; dolaba koyduğunuzda 4 C olan içecek çıkardığınızda 3 C olmuş. İkisi de soğuk ama biri diğerinden daha az ısı içeriyor. Yani soğuk maddeler bile ısı içerirler ve daha az ısı içerme durumuna geçebilirler. Bu durumun limiti o malzemeden tüm ısının alınmasıdır. Bu sınır mutlak sıfır noktasıdır ve teorik olarak 273 C ile tarif edilir. Bu sıcaklığa ancak laboratuar ortamında elektriksel süper iletkenler vasıtası ile çok yaklaşılmıştır. 1.4.Soğutma Soğutma bir sıvının halini değiştirerek ısının bir yerden başka bir yere iletilmesidir. Sıcaklık farkı olduğu sürece ısı pek çok değişik şekilde iletilebilir. Dolayısıyla istenen sonuçlara bağlı olarak soğuk sıvı, ısıyı sıcak nesneden çekebilir (soğurabilir) veya sıcak sıvı nesnelere ısı verebilir. Fakat bir hal değişimi olmaksızın elde edilen sonuçlar bir soğutma sistemi veya soğutma etkisi sebebiyle değildir. İstenilen sonucu elde etmek için iş enerjisinin soğutma sistemi şeklinde düzenlenmiş mekanik elemanlar kullanılmasına mekanik soğutma denir. Soğumalı Soğutma; bir yerden bir yere iletimi için gerekli koşulları oluşturmak üzere ısı enerjisinin kullanılmasıdır. Isı enerjisi, iş enerjisine çevrilerek istenen sonuçlar, mekanik soğutma sistemindeki aynı prensiple elde edilir. 1.5.Soğutucu Akışkan Isıyı, buharlaşmayla ya da sıvı halden buhar hale kaynayarak soğuran ve sıvı halden buhar hale yoğuşarak geri bırakan kimyasal bileşimlerdir. Pek çok değişik soğutucu akışkan kullanılmaktadır ve belli bir tanesinin seçimi de, hangi koşullar altında çalışacağına bağlıdır. 6

7 2.SOĞUTMA ÇEVRIMLERI 2.1.Ters Carnot Çevrimi Carnot çevrimi, verilen bir sıcaklık aralığında en yüksek ısıl verime sahip çevrimdir. Tersinir bir çevrim olduğu için, Carnot çevrimini oluşturan hal değişimleri ters yönde de gerçekleşebilir. Hal değişimlerinin ters yönde gerçekleşmesi, ısı ve iş etkileşimlerinin yönlerinin değişmesi anlamına gelir. Sonuç, ters Carnot çevrimi adı verilen çevrimdir. Ters Carnot çevrimine göre çalışan bir soğutma makinesi veya ısı pompası, Carnot soğutma makinesi veya Carnot ısı pompası diye adlandırılır. Bir soğutucu akışkanın doyma bölgesi içinde gerçekleşen ters carnot çevrimini ele alalım. Hal değişimi sırasında, soğutucu akışkana, TL sıcaklığındaki soğuk ortamdan, sabit sıcaklıkta QL miktarında ısı geçişi olur. Akışkan daha sonra izantropik bir hal değişimiyle 3 haline sıkıştırılır ve hal değişimi sonucunda sıcaklığı TH olur. 3 4 hal değişimi sırasında, soğutucu akışkandan TH sıcaklığındaki ortama, sabit sıcaklıkta ısı geçişi olur ve daha sonra akışkan 1 halin e izantropik olarak genişleyerek çevrimi tamamlar. 4 1 hal değişimi sonunda akışkanın sıcaklığı TL olur. 3 4 hal değişimi sırasında soğutucu akışkan, yoğuşturucuda doymuş buhardan doymuş sıvıya dönüşür. Ters Carnot çevrimi, belirli sıcaklıklardaki iki ısıl enerji deposu arasında çalışan en etkin soğutma çevrimidir fakat aşağıda belirtilen nedenlerle Carnot çevriminin uygulamaya aktarılması olanaksızdır. Isı geçişinin olduğu iki izotermal hal değişimi uygulamada gerçekleşebilir, çünkü doyma bölgesinde basıncın sabit kalması, sıcaklığında doyma sıcaklığında sabit kalmasını sağlar. Bu bakımdan 2 3 ve 4 1 hal değişimlerinin uygulamada gerçekleştirilmesi zordur. Çünkü 2 3 hal değişimi bir sıvı buhar karışımının sıkıştırılmasını, başka bir değişle iki fazlı akışkanla çalışan kompresörü gerektirir. 4 1 hal değişimi ise sıvı oranı yüksek bir karışımın genişlemesidir. Bu sorunların, Carnot çevrimini doyma bölgesinin dışında gerçekleştirerek çözülebileceği düşünülebilir, fakat bu kez ısı geçişi işlemlerinde sabit sıcaklık koşulunun yerine getirilmesi zorluk çıkaracaktır. Bu nedenlerle ters Carnot çevriminin uygulamada gerçekleşemeyeceği ve soğutma çevrimleri için ideal bir model oluşturamayacağı sonucuna varılır. 7

8 2.2.İdeal Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi Kısılma işlemi, sıvıyı bir kısılma vanasından veya kılcal borulardan geçirerek yapılabilir. Bu şekilde elde edilen çevrim, ideal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi diye bilinir. Bu çevrimin genel çizimi ve T-S diyagramı aşağıdaki şekilde verilmiştir.buhar sıkıştırmalı çevrim soğutma makinelerinde, iklimlendirme ve ısı pompalarında en çok kullanılan çevrimdir. Bu çevrimi oluşturan hal değişimleri şöyledir: 1-2 Kompresörde izantropik sıkıştırma 2-3 Yoğuşturucuda çevreye sabit basınçta ısı geçişi 3-4 Kısılma (genişleme ve basıncın düşmesi) 4-1 Buharlaştırıcıda akışkana sabit basınçta ısı geçişi İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde, soğutucu akışkan kompresöre 1 halinde doymuş buhar olarak girer ve izantropik olarak yoğuşturucu basıncına sıkıştırılır. Sıkıştırma işlemi sırasında, soğutucu akışkanın sıcaklığı çevre ortam sıcaklığının üzerine çıkar. Soğutucu akışkan daha sonra 2 halinde kızgın buhar olarak yoğuşturucuya girer ve yoğuşturucudan 3 halinde doymuş sıvı olarak ayrılır. Yoğuşma sırasında akışkandan çevreye ısı geçişi olur. Soğutucu akışkanın sıcaklığı 3 halinde de çevre sıcaklığının üzerindedir. Doymuş sıvı halindeki akışkan daha sonra bir genleşme vanası veya kılcal borulardan geçirilerek buharlaştırıcı basıncına kısılır. Bu hal değişimi sırasında soğutucu akışkanın sıcaklığı, soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya 4 halinde kuruluk derecesi düşük bir doymuş sıvı buhar karışımı olarak girer ve soğutulan ortamdan ısı alarak tümüyle buharlaşır. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıdan doymuş buhar halinde çıkar ve kompresöre girerek çevrim tamamlanır. 2.3.Gerçek Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, ideal çevrimden birkaç bakımdan farklıdır. Bu farklılık daha çok, gerçek çevrimi oluşturan elemanlardaki tersinmezliklerden kaynaklanır. Tersinmezliğin iki ana kaynağı, basıncın düşmesine neden olan akış sürtünmesi ve çevreyle olan ısı alışverişidir. Gerçek buhar sıkıştırmalı çevrimin T-S diyagramı aşağıda gösterilmiştir. İdeal çevrimde buharlaştırıcıdan çıkan soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar olarak girer. Bu koşul uygulamada gerçekleştirilemez, çünkü soğutucu akışkanın halini hassas bir biçimde kontrol etmek olanaksızdır. Bunun yerine sistem, soğutucu akışkanın kompresör 8

9 girişinde biraz kızgın buhar olmasını sağlayacak şekilde tasarlanır. Burada amaç, akışkanın kompresör girişinde biraz kızgın buhar olmasını sağlayacak şekilde tasarlanır. Burada amaç, akışkanın kompresör girişinde tümüyle buhar olmasını güvenceye almaktır. Ayrıca, buharlaştırıcıyla kompresör arasındaki bağlantı genellikle uzundur, böylece akış sürtünmesinin yol açtığı basınç düşmesi ve çevreden soğutucu akışkana olan ısı geçişi önem kazanabilir. Yukarıda sıralanan etkilerin toplam sonucu, soğutucu akışkanın özgül hacminin ve buna bağlı olarak kompresör işinin artmasıdır, çünkü sürekli akış işi, özgül hacimle doğru orantılıdır. İdeal çevrimde sıkıştırma işlemi içten tersinir ve adyabatiktir, başka bir deyişle izantropiktir. Gerçek sıkıştırma işleminde ise entropiyi etkileyen akış sürtünmesi ve geçişi vardır. Sürtünme entropiyi arttırır, ısı geçişi ise hangi yöne olduğuna bağlı olarak entropiyi arttırır veya azaltır. Bu iki etkiye bağlı olarak, soğutucu akışkanın entropisi sıkıştırma işlemi sırasında artabilir (1 2 hal değişimi) veya azabilir (1 2 hal değişimi). Sıkıştırmanın izantropik olmaktansa, 1 2 hal değişimine göre olması tercih edilir, çünkü kompresör işi bu durumda daha az olacaktır. Bu bakımdan soğutucu akışkanın sıkıştırma işlemi sırasında soğutulması, ekonomik ve uygulanabilir olduğu sürece yararlıdır. İdeal çevrimde, soğutucu akışkanın yoğuşturucudan çıkış hali, kompresör basıncında doymuş sıvıdır. Gerçek çevrimde ise kompresör çıkışıyla kısılma vanası girişi arasında bir basınç düşmesi vardır. Akışkanın kısılma vanasına girmeden önce tümüyle sıvı halde olması istenir. Doymuş sıvı halini uygulamada tam bir hassaslıkla gerçekleştirmek zor olduğundan,, yoğuşturucudan çıkış hali genellikle sıkıştırılmış sıvı bölgesindedir. Soğutucu akışkan doyma sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa soğutulur, başka bir deyişle aşırı soğutulur. Bunun başka bir sakıncası yoktur, çünkü bu durumda soğutucu akışkan buharlaştırıcıya daha düşük bir entalpide girer ve buna bağlı olarak ortamdan daha çok ısı çekebilir. Kısılma vanasıyla buharlaştırıcı birbirine çok yakındır, bu nedenle aradaki basınç düşmesi küçüktür. 2.4.Gaz Akışkanlı Soğutma Çevrimleri Bu bölümün başında, güç çevrimlerini karşılaştırmak için bir standart oluşturan Carnot çevrimiyle soğutma çevrimleri için aynı işlevi gören ters Carnot çevriminin aynı hal değişimlerinden oluştuğu, fakat bu hal değişimlerinin ters yönde gerçekleştiği belirtilmişti. Buradan yola çıkarak, daha önceki bölümlerde incelenen güç çevrimlerinin, ters yönde gerçekleştirilerek, soğutma çevrimi olabilecekleri düşünülebilir. Gerçekten de, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, ters yönde çalışan bir Rankine çevriminin benzeridir. Bir başka örnek, Stirling soğutma makinelerinin dayandığı ters Stirling çevrimidir. Bu bölümde gaz akışkanlı soğutma çevrimi diye bilinen ters Brayton çevrimi incelenecektir. 9

10 Çevre sıcaklığı T0 olup, soğutulan ortam TL sıcaklığındadır. Gaz 1 2 hal değişimi sırasında sıkıştırılır. Kompresörden çıktığında (2 hali), basıncı ve sıcaklığı yüksek olan gaz, daha sonra sabit basınçta çevreye ısı vererek T0 sıcaklığına soğur. Bu işlemi, türbinde genişleme izler ve genişleme sonunda gazın sıcaklığı T4 e düşer. (Bu soğutma etkisi. türbin yerine bir kısılma vanası kullanarak gerçekleştirilebilir mi?) Son olarak gaz, soğutulan ortamdan ısı çekerek T1 sıcaklığına yükselir. Yukarıda belirtilen hal değişimlerinin tümü içten tersinirdir, bu nedenle çevrim ideal gaz akışkanlığı soğutma çevrimi diye bilinir. Gerçek gaz akışkanlı soğutma çevrimlerinde, sıkıştırma ve genişleme izantropik değildir, ayrıca sonlu büyüklükte bir ısı değiştiricisi için, T3 sıcaklığı, T0 sıcaklığından daha yüksek olur. T-s diyagramında 4 1 eğrisi altında kalan alan, soğutulan ortamdan çekilen ısıyı göstermektedir hallerinin çevrelediği alan ise çevrime giren net işi simgeler. Bu alanların birbirine oranı, çevrimin etkinlik katsayısıdır ve aşağıdaki gibi ifade edilir. Gaz akışkanlı soğutma çevrimi, ters Carnot çevriminden farklıdır, çünkü ısı geçişinin olduğu hal değişimleri sabit sıcaklıkta değildir. Hatta gaz sıcaklığı ısı geçişi sırasında önemli ölçüde değişir. Bunun bir sonucu olarak, gaz akışkanlı soğutma çevriminin etkinlik katsayısı, gerek buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminden, gerekse ters Carnot çevriminden daha düşüktür. Ters Carnot çevrimi daha az net iş gerektiren (1A3B1 alanı), daha çok soğutma yapmaktadır. Gaz akışkanlı soğutma çevrimlerinin etkinlik katsayıları düşüktür, fakat bu çevrimlerin iki önemli özelliği vardır. İlk olarak, bu çevrime göre çalışan makineler daha basit ve hafif elemanlar gerektirirler, bu bakımdan uçaklarda soğutma için elverişlidirler. 10

11 3.SOĞUTMA SISTEMINI OLUŞTURAN ELEMANLAR YAPISI VE GÖREVLER 1.Sıcaklık Kontrol 2.Dondurucu Silindiri 3.Selenoid Valf 4.Kondenser 5.Su Ayar Vanası 6.Nem Alıcı Filtre 7.Kompresör 8.İç Ortam Sıcaklık Kontrol 9.Termostat 10.Akışkan İçin Selenoid (Manyetik) Valf 11.Otomatik Genleşme Valfi 12.Akışkan Besleme Kontrol Valfi 11

12 13.Isı Değiştirici Akümilatörü 14.Akışkan Besleme Kontrol Valfi 15.Soğutma Boru Demeti 3.1.Ekovat (Kompresör, Sıkıştırıcı) Kompresörünün sistemdeki görevi, buharlaştırıcı-soğutucu ısı ile yüklü soğutucu akışkanı buradan uzaklaştırmak ve böylece arkadan gelen ısı yüklenmemiş akışkana yer temin ederek akışın sürekliliğini sağlamaktır. Bunun yanısıra buhar haldeki soğutucu akışkanın basıncını kondenserdeki yoğuşma sıcaklığının karşıtı olan seviyeye çıkarmaktır. Kompresörün iki görevi vardır. Gazı sıkıştırır (yumurtaların ısısını üzerinde taşıyan gazı) ve soğutucu akışkanı döngü içinde hareketlendirir. Böylece proses istenildiği sürece tekrarlanır. Gazı sıkıştırmamızın sebebi tekrar sıvı fazına geçişi sağlayabilmektir. Bu sıkıştırma gaza biraz daha fazla ısı yükler. Şekilde görevini yapan bir kompresör görülmektedir. Yukarı ve aşağı hareketli pistonu ya da pistonları vardır. Pistonun aşağı yönlü hareketinde akışkan buharı (gazı) silindir içine alınır. Yukarı yönlü harekette bu gaz sıkıştırılır. Bu arada çekvalf gibi çalışan çok ince valfler vardır ki bunlar gazın sıkıştırılması esnasında geldiği yere dönmesini engeller. Bu pistonlar açılıp kapanarak akışkan basıncını istenen düzeye getirirler. Sıkıştırılmış sıcak gaz tahmin edebileceğiniz gibi boşaltma kanalına gelir. Akışkan son temel komponente doğru yolculuğuna devam eder. İdeal bir kompresörde şu genel ve kontrol karakteristikleri aranır. Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimi-çalışma rejimine uyabilme İlk kalkışta dönme momentinin mümkün oldugunca az olması Verimlerin kısmi yüklerde de düşmemesi Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenilirliği muhafaza etmesi Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyenin üstüne çıkmaması Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması Daha az bir güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması 12

13 3. 2. Kondenser (Yoğunlaştırıcı) Soğutma sisteminde refrijeranın evaporatörden aldığı ısı ile kompresördeki sıkıştırma işlemi sırasında ilave olunan ısının sistemden alınması kondenserde yapılır. Böylece refrijeran sıvı hale gelerek basınçlandırılır ve tekrar genleştirilerek evaporatörden ısı alacak duruma getirilir. Buhar ve gazların bir yüzeyde yoğuşması, yüzeyin vasıflarına bağlı olarak Damla veya film teşekkülü tarzlarında oluşur. Damla teşekkülü ile yoğuşma (Dropwise condensation) durumunda çok daha yüksek (Film teşekkülünden 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 yoğuşma ve az ölçüde de damla teşekkülü ile yoğuşma birlikte olmaktadır. 13

14 Kondenserdeki ısı alış verişinin 3 safhada oluştuğu düşünülebilir, bunlar; Kızgınlığın alınması Refrijeranın yoğuşması Aşırı soğutma Kondenser dizaynına bağlı olarak aşırı soğutma kondenser alanının %0-10 unu kullanacaktır. Kızgınlığın alınması için ise kondenser alanının %5 ini bu işleme tahsis etmek gerekir. Bu üç değişik ısı transferi şekline bağlı olarak kondenserdeki ısı geçirme katsayıları ile sıcaklık araları da farklı olacaktır. Ancak kızgınlığın alınması safhasındaki ortalama sıcaklık aralığının fazlalığına karşı daha düşük bir ısı transferi katsayısı mevcut olacak, fakat aşırı soğutma sırasında bunun aksine sıcaklık aralığı daha az ve ısı geçirme katsayısı daha fazla olacaktır. Yoğuşma sırasında ise her iki değer de alt-üst seviyelerinin arasında bulunucaktır. Yapılan deneylerde ısı transferi katsayısının artmasının karşısında sıcaklık farkının azalması (veya tersi) yaklaşık 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. 14

15 3. 3.Drayer Soğutma sisteminin iç temizliğine bağlıdır. Sistemin içinde sadece kuru ve temiz soğutucu akışkan ile kuru ve temiz yağ dolaşmalıdır. Akışkanın içine gerek sisteme doldurmadan önce ve gerekse sistemin diğer elemanlarından bir miktar su karışabilir. Bu su kılcal borunun evaporatöre giriş yerinde donarak sistemi tıkar ve soğutmayı önler. İçindeki toz ve küçük parçacıklar da tıkama yapabilirler. Sistem içine su ve tozların girmesini önlemek hemen hemen mümkün değildir. Bunlardan başka soğutucu akışkan içinde bazı asitler de bulunabilir. 15

16 Kondenser çıkışına konulan kurutucu ve süzgecin (drayer ve süzgeç) görevi su ve asitleri emerek tutmak küçük katı maddeleri de (toz vs.) süzmektir. Kurutucu ve süzgeç (drayer ve süzgeç) şu kısımlardan ibarettir. Bakır borudan gövde, kondenser içindeki basıncı mukaviim olarak yapılmıştır. Her iki ucunda boruların girebileceği delikler vardır. Ufak katı maddeleri tutabilecek ince tülbent delikli tel boruya doğru gelecek şekilde takılır. Nem emici madde özel surette yapılmış olan madde 4 5 mm emme özelliğinden başka soğutucu akışkan içinde bulunabilecek asitleri de emerek tutma özelliği de vardır Kılcal Boru Yoğuşturucu ile buharlaştırıcı arasına yerleştirilmiş iç çapı ve uzunluğu soğutma sisteminin kapasitesine göre seçilmiş olup, çoğunlukla çapı 0.76 ile 2.16 mm arasında değişen çok küçük çaplı bir boru kısmıdır. İç çapı çok küçük olduğu için kılcal boru adı verilir. Esas itibariyle iki görevi vardır. Kondenserden çıkan sıvı haldeki akışkanın basıncını düşürerek ve miktarını ölçerek (gerekli miktarda) evaporatöre ulaştırır. Kompresör durduğu zaman alçak ve yüksek basınç devreleri arasında bir köprü vazifesi görerek yüksek basınç tarafındaki akışkanın alçak tarafına geçmesini sağlar. Bu suretle her iki devre 16

17 basıncı birbirine eşit olur (Dengeleme olayı) ve kompresör tekrar kalkış yaparken büyük bir basınç yükü ile karşılaşmaz. Kapiler boru en iyi, yükün az çok sabit olduğu soğutucular, dondurucular ve hatta konutlarda ilgili ve küçük, ticari iklimlendirme sistemlerinde kullanılır. Eğer, sistem geniş bir yük aralığında çalışması isteniyorsa; basınç düşürme ve soğutucu hacim kontrolünün daha uygun şekilde yapılması gerekir. Bu durumda önerilen cihaz, termostatik genleşme valfıdır. 3.5.Evaporatör Bir soğutma sisteminde evaporatör sıvı refrijeranın buharlaştığı 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 düşürücü elemanda adyabatik olarak genişletildikten sonra Evaporatöre sıvı-buhar karışımı şeklinde giren refrijeranın büyük bir kısmı sıvı haldedir. Evaporatörde ısı olarak buharlaşan refrijerana, emiş tarafına geçmeden önce bir miktar daha ısı verilmesi ve 3-8 C arasında kızgınlık verilerek kızgın buhar durumuna gelmesinin bir çok faydaları vardır. Bunların en başında, kompresöre büyük zarar verebilen sıvı refrijeranın kompresöre gelmesi gösterilebilir. Sıvı taşmalı tip evaporatörlerde ise refrijeran evaporatörde sıvı halde bulunur ve ısıyı alarak buharlaşan kısmı bir sıvı - buhar ayırıştırıcısından (surge tank) geçtikten ve sıvı kısmı ayıldıktan sonra buhar halinde kompresöre ulaşır. Sıvı refrijeranın evaporatöre beslenmesi seviye kumandalı (flatörlü, manyetik. vs.) bir vana ile yapılır. Sıvı ayıştırıcı tankta biriken sıvı refrijeran tekrar evaporatöre gönderilir ve soğutma işleminde yararlanır. Direkt veya sıvı taşmalı tertiplerde çalışan evaporatörlerin hepsinde de refrijeran basıncı, kondenser tarafındaki basıncı, kondenser tarafındaki basınca oranla çok daha düşüktür. Bu nedenle, evaporatör tarafına sistemin alçak basınç tarafı adı verilir. Evaporatörün yapısı; refrijeranın iyi ve çabuk buharlaşmasını sağlayacak, soğutulan maddenin (Hava, su, salamura, v.s.) ısısının iyi bir ısı geçiş sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve refrijeranın giriş ve çıkıştaki basınç farkını (kayıpları) asgari seviyede tutacak tarzda dizayn edilmelidir. Ancak, bunlardan sonuncusu ilk ikisiyle genellikle ters düşmektedir. Şöyle ki; iyi bir ısı geçişi ve ii iyi bir buharlaşma için gerekli şartlar iç ve dış yüzeylerin daha girintili ve daha kolay ıslanır (kılcallığı fazla) olmasını gerektiren bu durum basınç kayıplarını arttırmaktadır. Bu 17

18 nedene, evaporatör dizaynı geniş tecrübe ve dikkat isteyen, ayrıca deneylere sık sık başvurulan bir çalışma şeklini gerektirir. Bu çalışmaların yönlendirilmesinde en başta gelen etken soğutulacak maddenin cinsi ve konumudur (sıvı, katı, gaz). Ayrıca, refrijeran ısı alışverişi yaparken içinde bulunduğu ve haraket ettiği hacmin durumu de evaportör dizaynında önemli değişikler meydana getirir. Burada, refrijeranın bir boru serpantinin içerisinde hareket etmesi ve soğutulacak maddenin boruların dışından geçmesi veya bunun tersi söz konusu olmaktadır ki bunlardan ilki genellikle kuru tip-direkt ekspansiyonlu evaporatörlerde, ikincisi ise sıvı taşımalı tip evaporatörlerde uygulanmaktadır. Refrijeranın boru içinden geçmesi halinde, akış hızının arttırılmasının içteki film katsayısını ve dolayısıyla ısı geçişini arttırıcı yönde bir etkisi beklenir, fakat bu durum refrijeranın basınç kayıplarını arttıracağı için akış debisini azaltacak ve kapasiteyi düşürecektir. Burada, her iki etkenin durumu beraberce göz önünde bulundurup ısıl geçiş 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, metilen glikol, kimyasal akışkanlar, vs.) (C) Katı maddeleri soğutucu evaporatörler (Buz, Buz paten sahası, metaller, vs.) 18

19 3.6.Hava Soğutucu Evaporatörler Bu tip evaporatörlerde, havanın ısı geçirme katsayısı düşük olduğundan bunu telafi etmek ve hava geçiş yüzeylerini arttırmak maksadıyla genellikle kanatçıklar ilave edilir. Isıl film katsayısını daha da arttırmak üzere hava geçiş hızlarını arttırmak için vantilatörlerle cebri bir hava hareketi sağlanabilir. Ancak, kanat ilavesi, gerekse motorla tahrikli vantilatör konulması her uygulamada pratikman mümkün olmayabilir. Örneğin, ev tipi soğutucularda ve küçük kapasiteli ticari tip dolaplarda (kasap dolabı, vitrin tipi dolaplar gibi), hatta bazen küçük soğuk muhafaza odalarında gravite tipi veya tabii konveksiyonla hava sirkülasyonu diye anılan evaporatörler kullanılmaktadır. Gravite tipi, kanallı boru evaporatörlerde ısı geçirme katsayıları, 2-10 kcal/h. Cm^2 arasında değişmekte (Bakır boru Alüminyum kanat imalat için) ve kanat sıklığı arttıkça veya düşey yöndeki boru sıra sayısı arttıkça ısı geçirme katsayısı düşük değere yaklaşmaktadır. Cebir hava sirkülasyonu (Forced Convestion) evaporatörler daha az ısı geçiş alanı ile daha yüksek kapasiteler sağlayabilmektedir ve uygulamanın duruumu müsaade ettiğindedaima tercih edilir. Memleketimizde Erfos (Airforce) adıyla anılan bu tür soğutcular Ünit soğutucu diye de tanımlanmakta ve hava hareketi çoğunlukla aksiyal/pervane tipi bazen de radyal/santrifuj tip (kanalla hava iletimi ve aşırı basınç kaybı mevcutsa) vantilatörlerle sağlanmaktadır. Bu cihazlar soğutucu soğutucu serpantin (Evaporatör) hava vantilatörü ve damlama tavası ile saç dış muhafazadan meydana gelmektedir. Hava vantilatörü, üfleyici ve emici şekilde çalışacak tarzda yerleştirilebilir. Ünit soğutucu adı, vantilatörü ile birlikte olan komple bir soğutucuyu tanımlar. Halbuki cebri hava sirkülasyonu daha genel kapsamlı bir tanımlamadır. Nitekim, vantilatörü bulunmayan, örneğin bir klima santralı tarafından integral şekilde sağlanan bir soğutma serpantini (evaporatörü) gene cebri hava sirkülasyonu olarak hesaplanır, dizayn edilir. Cebri hava hareketi evaporatörleri 3 ana grupta toplamak mümkündür; Alçak hızlı soğutucular (Hava hızı 1-1,5 m/san), Orta hızlı soğutucular (2,5-4 m/sn), Yüksek hızlı soğutucular (4-10 m/san). Fazla hava hareketi sakıncalı olan uygulamalarda (çiçek muhafazası, et kesim odası gibi hava hareketinin 1 m/san. altında olması gereken haller) alçak hızlı soğutucular kullanılmalıdır. Orta hızlı soğutucular genel soğutma uygulamalarında ve en sık kullanılan 19

20 cihazlardır. Yüksek hızlı soğutucular ise hızlı soğutma istenen hallerde, örneğin şok tünellerinde ve özel hızlı soğutma işlemlerinde uygun bir soğutma şekli sağlar. Ünit soğutucunun hava debisi ile evaporasyon sıcaklığının en doğru şekilde hesabı, oda duyulur/toplam ısı oranının bulunması ve buradan gidilerek oda Aparat Çiğ Noktasının (Room Apparatus Dew Point) psikometrik diyagram üzerinde saptanması ile sağlanır. Bu tarz hesap, klima uygulamalarında daima yapılır, fakat ünit soğutucu seçiminde pek tatbik edilmez, zira duyulur ısı oranının gerçek değerini tespit etmek çoğunlukla güçtür. Bunun yerine aşağıdaki tabloda verilen yaklaşık değerlerden yararlanmak mümkündür. Bir soğutulmuş hacimde, sıcaklığın en düşük olduğu yer şüphesiz evaporatörün yüzeyidir. Bu nedenle, oda nemi yeterli seviyede yüksek ise, oda havası evaporatör üzerinden geçerken çiğ nokta sıcaklığının altına düşerek içerisindeki nem yoğuşmaya başlayacaktır. Hatta, evaporatör yüzey sıcaklığı ile 0 C nin altında ise, bu ne donacaktır da. Oda sıcaklığı ile evaporasyon sıcaklığı farkını belirli sınırların altında tutmak suretiyle, oda relatif rutubetini de belirli bir seviyede tutmak mümkündür. Yukarıdaki tablo, bu değeri vasat bir oda veya dolap için vermektedir. 3.7.Soğutma Gazı Bir soğutma çevriminde ısının bir ortamdan alınıp başka bir ortama nakledilmesinde ara madde olarak yararlanılan soğutucu akışkanlar ısı alış verişini genellikle sıvı halden buhar haline (soğutucu evaporatör devresinde) ve buhar halden sıvı hale (yoğuşturucu kondenser devresi) dönüşerek sağlarlar. Bu durum bilhassa buhar sıkıştırma çevrimlerinde geçerlidir. Soğutucu akışkanların, yukarıda tarif edilen görevleri ekonomik ve güvenilir bir şekilde yerine getirebilmesi için bazı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olması gerekir. Bu özellikler, 20

21 uygulama ve çalışma şartlarının durumuna göre değişeceği gibi her zaman bu özelliklerin hepsini yerine getirmek mümkün olmayabilir. Genel kayide olarak bir soğutucu akışkanlığı aranması gereken özelliklerin hepsini birden her şart altında yerine getire bilen üniversal bir refrijeran bir madde (soğutucu akışkan) mevcut değildir. Fakat, yukarıda da belirtildiği gibi, uygulamadaki şartlara göre bunlardan bir kısmı aranmaya bilir. Bilhassa emniyet ve güvenilirlik yönünden iyi olan, ayrıca iyi bir ısıl özelliği de sahip olan refrijeran madde için 1920 lerde yapılan araştırmalar Fluokarbon refrijeranların (florine edilmiş hidro karbonların) bulunmasına sağlamıştır. Halo karbon (halojene edilmiş hidro karbonlar) ailesinden olan fluo karbonlar, metan (CH4) veya etan (C2H6) içerisindeki hidrojen atomlarından bir veya birkaçının yerine sentez yoluyla klor, flor veya brom (halojen) atomları yerleştirmek suretiyle elde edilmektedir. Fluo karbonlardan en sık rastlananlar; metandaki 4 hidrojen atomu yerine 2 klor ile 2 flor ikame edilen Dichloro difluoro methane / CCl2F2 (freon 12 veya R12) ve gene metandaki 4 hidrojen yerine bir klor ile 2 flor atomu yerleştirilen Chlorodifluoromethane (freon 22 veya R22) soğutucu akışkanlarıdır. En sık rastlanan diğer soğutucu akışkanların tipik özellikleri aşağıda özetlenmektedir. 21

22 22

23 Soğutucu Akışkanlarda Aranılan Özellikler Pozitif buharlaşma basıncı olmalıdır. Hava sızmasını dolayısıyla havanın grtirdiği su buharının soğuk kısımlarda katılaşarak işletme aksaklıklarına meyden vermesini önlemek için buharlaşma basıncının çevre basıncından bir miktar üzerinde olması gerekir. Buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır. Buharlaşma gizli ısısı ne kadar yüksek olursa sistemde o oranda gaz akışkan kullanılacaktır. 23

24 Kimyasal olarak aktif olmamalıdır, tesisat malzemesini etkilememesi, korozif olmaması, yağlama yağının özelliğini değiştirmemesi gerekir. Yanıcı patlayıcı ve zehirli olmamalıdır. Kaçakların kolay tespitine imkan veren özellikte olmalıdır.(koku, renk) Ucuz olmalıdır. Isı geçirgenliği yüksek olmalıdır. Dielektrik olmalıdır. Düşük donma derecesi sıcaklığı olmalıdır. Yüksek kritik sıcaklığı olmalıdır. Özgül hacmi küçük olmalıdır. Viskozitesi düşük olmalıdır Yukarıdaki özelliklerin hepsine sahip soğutucu akışkan bulunamamış duruma göre özelliklerin bazılarından vazgeçilmiştir. Verilmiş buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıkları için gerçek çevrim soğutma etkinliği soğutma devresinde kullanılan akışkanın cinsine bağlıdır. Akışkan seçiminde bu etken ayrıca göz önünde bulundurulmalıdır. Soğutucu akışkanın suda erime durumunun da gözden uzak tutulmamalıdır. 4. BUZ PATENİ İÇİN BURSA ŞARTLARI YER BURSA RAKIM (m) 155 ENLEM ( ) 40 KIŞ KURU TERMOMETRE -3 ( C) KIŞ BAĞIL NEM (%) 80 YAZ KURU TERMOMETRE 37 ( C) YAZ YAŞ TERMOMETRE ( C) 25 YAZ GÜNLÜK SICAKLIK 13.7 DEĞİŞİMİ ( C) 24

25 4.1.Isi Iletkenlik Katsayilari Yer : Bursa Dıs Duvar : 0.40 W/m²K Tavan : 0.25 W/m²K Döseme : 0.40 W/m²K Pencere : 2.40 W/m²K Buz pateni ve antreman salonu buz pistleri için Bağımsız split konderserli soğutma grupları tasarlanmıstır. Cihaz Su rejimi -15/-12 C olacaktır. Soğutucu akıskan olarak %35 glikol çözeltisi kullanılacaktır. Soğutma grubunun soğutucu gazı düsüksıcaklıklarda çalısmaya elverisli gaz seçilmistir. Glikol çözeltisi buz pateni pisti altında borularda sirküle edilerek gereken soğutma enerjisi piste verilecektir. Buz pateni pistinin dösemesi enerji kayıplarının engellemek amacı ile izole edilecektir. Buz patenindeki buz -6 C de tutulacaktır. Buz pistinin soğutma yükü hesabı 2002 ASHRAE HANDBOOK REFRIGERATION kitabının 34. bölümünde yer alan soğutma gereksinimi hesabı yöntemine göre asağıdaki sekilde yapılmıstır. Bu yönteme göre buz pistinin toplam soğutma yükü asağıdaki gibi formülize edilebilir. (Buzun 24 saatte soğutulduğu kabul edilmistir); qr = (Sistem Kayıpları Katsayısı)(qF + qc + qsr + qhl) Burada; qr = toplam soğutma gereksinimi qf = suyu soğutmak ve dondurmak için gereken enerji qc = betonu soğutmak için gereken enerji qsr = ikincil soğutucu sıvıyı (etilen glikol) soğutmak için gereken enerji qhl = binadan ve pompalama sisteminden gelen toplam ısı kazancı 25

26 Hesaplamalarda kullanılan malzemelerin ve akıskanların özellikleri yukardaki tabloda verilmistir. Suyun Donma Isısı = 334 kj / kg Hesaplamalar için gereken diğer veriler asağıda gösterilmistir; Buz Pistinin Alanı = 1800 Buza dönüsmesi gereken suyun hacmi = 1800 m² x 0.03 m = 54 m³ Buza dönüsmesi gereken suyun kütlesi = 54.0 m³ x 1000 kg/m³ = kg Betonun Kütlesi = 0.15 m x 1800 m² x 2400 kg/m³ = kg Sistem Kayıpları Katsayısı = 1.15 Bu verilere göre; Sonuç olarak; olarak hesaplanır Burada qhl 200 kw olarak kabul edilmistir.gerekli soğutma enerjisini sağlamak üzere her pist için 2 ser adet 285 kw kapasiteli split kondenserli soğutma grubu seçilmistir.soğutma Grubu kapasiteleri, her bir soğutma grubu toplam kapasitenin %50 sini karsılayacak sekilde belirlenmistir. 4.2.Sistem etkinlemesi Sistem etkinlemesi açıldığı zaman soğutma sistemi otomatik olarak başlayacaktir. Sistem etkinlemesi kapalı iken soğutma sistemi devre dişi bırakılır Soğutma kontrolü: Sistem iki soğutucudan oluşmaktadir. Soğutucular kendi iç kontrolcüleri tarafından, giriş su sıcaklığını soğuk tutmak üzere yönetilir.suyun giriş ve çıkış sıcaklığı farkını istenen düzeyde 26

27 tutmak için fazladan soğutucular açılıp kapatılabilir. Fazladan bir soğutucu gerektiğinde, toplamda en az süre çalışmış olan soğutucunun çalışmasına izin verilir Soğutulmuş su pompasi kontrolü Her bir soğutucu etkinlendiğinde,kendisine bağli bir pompa çalişmaya başlar. Soğutucu durdurulduğunda,bağli pompa, soğutucunun yavaşlayarak durmasi için, bir süre daha çalişmaya Devam eder. Fazladan bir pompanin kullanilmasi gerektiğinde, toplamda en az Süre çalişmiş olan pompanin çalişmasina izin verilir. Eğer pompanin durumu verilen komutla ayni değilse, bir alarm verilir ve pompa durdurulur. Sistemin yeniden başlatilmasiyla pompa durumu silinmiş olur ve pompa çalişmaya devam eder. Pompa motorunun starterinin aşiri yüklenme bilgisi vermesi durumunda pompa ve soğutucu durdurulur. Aşiri yüklenme bilgisi silindiğinde, pompa istenildiği gibi tekrar başlatilabilir. 27

28 KAYNAKLAR MMO yayınları,buz Pateni Soğutma Donma Tesisatları,İbrahim İŞBİLEN 28