BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMİNİN TERSİNMEZLİKLERİNİN BELİRLENMESİ. Mehmet ÖZKAYMAK Z.K.Ü, Teknik Eğitim Fakültesi, Karabük, Türkiye

Transkript

1 NOLOJİ, (2001, Sayı 1-2, NOLOJİ BUHAR SŞRMAL SOĞUMA SİSMİNİN RSİNMZLİLRİNİN BLİRLNMSİ ÖZ Mehmet ÖZAYMA Z..Ü, eknik ğitim Fakültei, arabük, ürkiye Bu çalışmada, buhar ıkıştırmalı oğutma iteminde kondener ve evaoratörün ermodinamiğin. anunu na göre analizi yaılmıştır. Soğutma güü 2 kw alınarak itemin her bir elemanının (kondener, evaoratör, genleşme valfi, komreör terinmezlik inelenmei yaılarak tüm itemin tolam terinmezliği healanmıştır. ondener ve evaoratör olarak aralel aynı yönlü akımlı eşanjör eçilerek oğutuu akışkan R-22 için terinmezlik eşitliği çıkarılmıştır. olam terinmezliğin kondener ıaklığına, evaoratör ıaklığına ve komreör verimine göre değişimi inelenmiştir. Anahtar elimeler: Soğutma, erinmezlik RRVRSBLY ANALYSS OF VAPOR COMPRSSD RFRGRAON SYSM ABSRAC n thi tudy, ondener and evaorator in a vaour omreed refrigeration ytem are analyed from the eond law of thermodynami oint of view. he irreveribility of whole ytem whih ha refrigerating ower 2 kw i alulated by determining irreveribility of eah omonent (ondener, evaorator, exanion valve, omreor. Having hoen ondener and evaorator whih are arallel ame flow exhanger, the equation of irreveribility are arried out for refrigerant R-22. he variation of total irreveribility i determined aording to ondener, evaorator and omreor effiieny. eyword: Refrigeration, rreveribility GİRİŞ nerji bazlı verimler, bazı durumlarda yeteriz ve yanıltıı olmaktadır. Meela enerji veriminde tüm enerjiler eşit olarak alınır. Oya gerçekte, enerji farklı kalitede olabilir. Meela iş ııdan, ıı daha düşük ıaklıktaki ııdan daha değerlidir. Çünkü işin tamamı ııya dönüşürken, ıının tamamı işe dönüşemez. Birini kanuna göre aynı oğutma teir katayıına ahi iki oğutma itemini ele alalım. Bu iki itemin oğutma teir katayıları eşit olmaına rağmen, birçok farklı değerlere ahitirler. Meela farklı ıaklık ve alanlara ahi eşanjörler (kondener, evaoratör, farklı verimlere ahi komreörler mevuttur. Bu farklılık anak İkini anuna göre teit edilir. İkini kanunla beraber terinmezlik ve ekerji kavramı ortaya çıkmıştır. erinmezlik, bir hal değişimi ıraında terinir işle yararlı iş araındaki fark olarak tanımlanır[12]. erinmezlik, işe dönüştürülebileek olan fakat dönüştürülemeyen enerjiyi göterir. kerji, belli bir enerjiye ahi akışkanın çevre şartlarına indirgenerek kendiinden makimum iş elde edilmeine denir[9]. erinmezlik heaları yaılan buhar ıkıştırmalı oğutma itemi Şekil 1.1 de görülmektedir.

2 42 Buhar Sikiştirmali Soğutma Siteminin erinmezliklerinin Belirlenmei İİNCİ ANUN ANALİZİ ondener Sıaklık Aralığı ( C ablo : Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Siteminin Analizinde ullanılan Giriş Verileri Sitemin Soğutma aaitei : 2 kw ; omreör Verimi, η 0,8...0,9 (vaoratör ve kondener, iç içe borulu aralel aynı yönlü bir ıı eşanjörüdür. vaoratör ondener vaoratör Soğutuu Akışkan Sıaklık Aralığı Soğutma Suyu Soğutma Suyu ( C Sıaklığı ( C Giriş Çıkış Sıaklığı ( C Giriş Çıkış R22 kç3 kg Ln P G. 5 ondener omreör vaoratör eg eç2 a b Şekil 1.1 Soğutma Sitemi lemanlarının Şematik Görünümü (a ve LnP-h Diyagramı (b h Soğutma itemi analizi için, gerekli olan oğutuu akışkanın termodinamik özellikleri, doymuş ıvı, doymuş ve kızgın buhar halindeki oğutuu akışkan buharının ıaklığı, doyma baını, entalii, entroii v. için literatürde yayınlanmış denklemler kullanılmıştır[2,3,7].. anun analizinde (1.2 ve (1.3 genel eşitlikleri [2,3,12] kullanılarak (ekerji dengeinden her bir elemanın terinmezliği healanarak itemin tolam terinmezliği bulunmuştur. olam terinmezliğin kondener ve evaoratör ıaklıklarına göre değişimi inelenmiştir (Şekil 2.1 ve Şekil 2.2. e x omreör h * ( h * (1.1 ( W ( Q + ( mr * ex giren ( mr * ex çıkan 0 * üretim (1.2 m1 m 2 m R ile komreördeki terinmezlik healanır. m R ex + W Q + m R * ex * (1.3 m R * 0 * ( 2 1 (1.4

3 NOLOJİ DRGİSİ, Yıl 4, Sayı 1-2, Genleşme Valfi Genleşme valfinde giren ve çıkan ekerjiler eşitlenire terinmezlik bulunur. ondener G. V m R * 0 * ( 6 5 (1.5 ondenerdeki terinmezlik healanırken (1.3 denklemi kullanılarak bulunur. 0 * mk * ( kç m * ( kg R (1.6 vaoratör 0 * me* ( eç m * ( eg R (1.7 olam erinmezlik Soğutma iteminin tolam terinmezliği, itemi oluşturan tüm elemanların terinmezliklerinin tolamına eşittir[1,8]. Yani dır. o o Si.l (1.8 G V g + o 0 * mk * ( kç * ( 3 kg me eç 2 eg (1.9 ç ç g ( δ (1.11 hiç k h dış Yukarıda elde edilen (1.10 denkleminde (1.11 ve (1.12 denklemleri yerlerine konura tolam terinmezlik genel denklemi elde edilir (1.17. (1.12 denklemi kullanılarak iç-içe borulu kondener ve evaoratör için R- 22 kullanımında ortalama tolam ıı iletim katayıı (1.11 healanmıştır ve tablo 2 de görülmektedir. ablo 2. Soğutma Sitemindeki şanjörlerin olam ı ranfer atayıları (kw/m 2 R-22 0,10 0,8 AS 0,14 0,6 A 0,08 şanjörlerde her bölgenin logaritmik ıaklık farkı ve eşanjör alanları genel olarak aşağıda unulmuştur: m ( 2 Ln 2 kg ( 3 kç 3 R * ( h2 h3 kg kç (1.12 m A (1.13 * m Bulunan (1.13 ve (1.14 denklemleri evaoratörde iki bölge (buharlaşma, aşırı kızdırma ve kondenerde üç bölge (yoğuşma, aşırı oğutma için ayrı ayrı yazılarak (1.15 ve (1.16 denklemlerinde yerine konur.

4 44 Buhar Sikiştirmali Soğutma Siteminin erinmezliklerinin Belirlenmei k m k * ( * m * ( * m * ( * kg k k kç3 AS A mas (1.14 * m A A * ma m e (1.15 * ( eg eç * ( 1 eç e e 1 eç2 Yukarıdaki denklemler (1.9 denkleminde yerine konulura ve gerekli düzenlemeler yazılıra (1.16 denklemi elde edilir. o * m + * 0 kg kg m AS + m k * 1 + k m k * AS k * * mas + eg * eç1 m A A * m A + m e* 1 (1.16 e e m * * e eç1 (1.16 denklemi, tüm düzenlemeler yaılarak on şeklini alan ve itemin tolam terinmezliğini veren denklemdir. Bu denklem, verilen giriş değerleri kullanılarak bilgiayar yardımıyla, itemin tolam terinmezliğinin kondener ve evaoratör ıaklıklarına göre değişimi grafiklerle ifade edilmiştir. Şekil 2.1 de tolam terinmezliğin kondener ıaklığına göre, Şekil 2.2 de evaoratör ıaklığına göre değişimi görülmektedir. Şekil 2.3 de ie tolam terinmezliğin komreör verimine göre değişimi görülmektedir. eç1 eg kw 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Seriler -10 C1 Seriler -5 C 2 Seriler 0 C 3 Seriler 5 C 4 Seriler 7 C ondener Sıaklığı C Şekil 2.1 ondener Sıaklığına Göre erinmezliğin Değişimi (R-22 ( k 5 C, 5 C, η 0.85

5 NOLOJİ DRGİSİ, Yıl 4, Sayı 1-2, kw 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Seriler 35 C 1 Seriler 40 C 2 Seriler 45 C 3 Seriler 50 C 4 Seriler 55 C vaoratör Sıaklığı C Şekil 2.2 vaoratör Sıaklığına Göre erinmezliğin Değişimi (R-22 ( k 5 C, 5 C, η 0.85 Buhar ıkıştırmalı oğutma iteminin terinmezliklerin belirlenmei için gerekli olan oğutuu akışkanın termodinamik özellikleri, literatürde yayınlanmış denklemler kullanılarak elde edilmiştir. Sitem elemanlarının terinmezlik eşitlikleri, ekerji dengeinden (denklem (1.2 türetilmiştir. Bu eşitlikler kullanılarak, itemin tolam terinmezliği healanmıştır. olam terinmezliğin buharlaşma ve yoğuşma ıaklıklarına göre değişimi inelenmiştir. lde edilen onuçlara göre tolam terinmezliğin, evaoratördeki ıaklık artışına göre düştüğü ve kondenerdeki ıaklık artışına göre ie arttığı teit edilmiştir. Buna göre, itemin verimini arttırmak ve terinmezliği azaltmak için evaoratör ıaklığının yükek, kondener ıaklığının düşük, komreör veriminin yükek tutulmaı gerekir. kw 0,49 0,48 0,47 0,46 0,45 0,44 0,43 40 C, -5 C 3 C, k 3 C 0,42 SONUÇ V ÖNRİLR 0,8 0,82 0,84 0,86 0,88 0,9 omreör Verimi Şekil 2.3 omreör Verimine Göre erinmezliğin Değişimi (R-22

6 46 Buhar Sikiştirmali Soğutma Siteminin erinmezliklerinin Belirlenmei SİMG V SALMALAR Simge COP e x G.V h m η P Q W Açıklama : Sabit baınçta özgül ıınma ııı (kj/kg : Soğutma teir katayıı : Özgül ekerji (kj/kg : Genleşme valfi : ntali (kj/kg : erinmezlik miktarı (kw : ütleel debi (kg/ : omreör verimi : Baınç (kpa : ı tranfer miktarı (kw : ntroi (kj/kg : ullanılabilir İş (kw Alt indi Açıklama : vaoratör eg : vaoratöre giriş eç : vaoratörden çıkış : ondener kg : ondenere giriş kç : ondenerden çıkış : ondener. bölgei : ondener. bölgei R : Soğutuu akışkan e : vaoratör ııtma uyu k : ondener oğutma uyu, o : olam AYNALAR 1. ota,., J., he xergy Method of hermal Plant Analyi, Deartment of Mehanial ngineering, Queen Mary College, Univerity of London, oçoğlu, A., hermo-eonomi Otimization of a Single Stage Heat Pum, Mater hei, MU, Ankara, Dingeç, H., hermo-eonomi Otimization of Simle Refrigerator, Mater hei, MU, Ankara, Gaggioli, R. A., l-sayed, Y., M., 1987, A Critial Review of Seond Law Coting Method, Pro. he 4. nt. Symoium on eond Law Analyi and hermal Sytem, Rome, ASM, N. Y. 5. ota,., J., 1980, xergy Conet for hermal Plant, nternational Journal of Heat and Fluid Flow, 2, No Holman, J., P., Heat ranfer, 7. dition, Southern Methodit Univerity, Yılmaz,., Oğulata,., R., 1989, Soğutuu Akışkanların ermodinamik ve Fizikel Özellikleri İçin Bait Özellikler, ı Bilimi ve ekniği Dergii, Cilt 12, Sayı 1, Sayfa xergy Grou, 1990, Nomenlature for he xergy Method of hermodynami Analyi, Workho on Seond Law of hermodynami, riye Ü. BD 27-30/8/1990, ayeri- URY, örezlioğlu, H., S., Soğurmalı Soğutma Sitemlerinde arışım ve Soğutuu ı Değiştiriilerinin Sitem Performanına tkii, Y. Lian ezi, Gazi Üniv. Fen Bilimleri ntitüü, Ankara, İleri, A., 1981, kerji Verimi, Üçünü Ulual ı Bilimi ve ekniği ongrei, Sayfa İleri, A., 1990, hermoeonomi : Otimiation and Coting, Workho on Seond Law of hermodynami, riye Ü. BD 27-30/8/1990, ayeri- URY, Setion X Bejan, A., 1988, heory of Heat ranfer rreverible Refrigeration Plant, nternational Journal of Heat Ma ranfer, Vol