ABSORPSİYONLU SİSTEMLERİN SANAYİYE UYGULANMASI. Nazım KURTULMUŞ YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Transkript

1

2 ABSORPSİYONLU SİSTEMLERİN SANAYİYE UYGULANMASI Nazım KURTULMUŞ YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ AĞUSTOS 2014

3 Nazım KURTULMUŞ tarafından hazırlanan ABSORPSİYONLU SİSTEMLERİN SANAYİYE UYGULANMASI adlı tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından OY BİRLİĞİ ile Gazi Üniversitesi Makina Mühendisliği Anabilim Dalında YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman: Prof. Dr. İlhami HORUZ Makina Mühendisliği, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Başkan: Doç. Dr. S. Ferda MUTLU Kimya Mühendisliği, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Üye: Yrd. Doç. Dr. İbrahim ATILGAN Makina Mühendisliği, Gazi Üniversitesi Bu tezin, kapsam ve kalite olarak Yüksek Lisans Tezi olduğunu onaylıyorum... Tez Savunma Tarihi: 12/08/2014 Jüri tarafından kabul edilen bu tezin Yüksek Lisans Tezi olması için gerekli şartları yerine getirdiğini onaylıyorum... Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü

4 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığım bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğum verileri, bilgileri ve dokümanları akademik ve etik kurallar çerçevesinde elde ettiğimi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumu, Tez çalışmasında yararlandığım eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, Bu tezde sunduğum çalışmanın özgün olduğunu, bildirir, aksi bir durumda aleyhime doğabilecek tüm hak kayıplarını kabullendiğimi beyan ederim. Nazım KURTULMUŞ

5 iv ABSORPSİYONLU SİSTEMLERİN SANAYİYE UYGULANMASI (Yüksek Lisans Tezi) Nazım KURTULMUŞ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Ağustos 2014 ÖZET Bu çalışmada absorpsiyonlu soğutma sisteminin bir sanayi kuruluşuna uygulanması incelenmiştir. Bir sanayi kuruluşu ile yapılan görüşmeler sonucunda, baca gazı olarak atık ısının mevcut olduğu değerlendirilmiştir. Bu atık ısının absorpsiyonlu soğutma sistemini tahrik etmesi ile iş yeri idari binasının yaz aylarında soğutulması düşünülmüştür. Bu amaçla atık ısının mevcut olduğu bacada ölçümler yapılarak baca gazının fiziksel özellikleri belirlenmiş ve mevcut enerji potansiyeli belirlenmiştir. İş yeri idari binasının soğutma yükü hesaplanmıştır. Absorpsiyonlu soğutma sistemi vasıtasıyla baca gazındaki enerjinin soğutma yükünü karşılayacağı değerlendirilmiştir. Bacanın bulunduğu kısımda yapılan ölçümler ve işyeri ile yapılan görüşmeler sonucu sistemin kurulacağı yer belirlenmiştir. Sistemin termodinamik analizi yapılmış ve soğutma yükünü karşılayan sistem elamanları detaylı bir şekilde tasarlanmıştır. Tamamen özgün bir tasarım yapılmıştır. Yapılan tasarım için çeşitli imalatçılarla görüşülmüş ve imalat fiyatları alınmıştır. Komple sistem için yatırım ve işletme maliyetleri araştırılmış ve alternatif sistemlerle karşılaştırılmıştır. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Absorpsiyonlu soğutma sistemi, atık ısı kaynaklı absorpsiyonlu sistem, absorpsiyonlu sistem tasarımı Sayfa Adedi : 125 Danışman : Prof. Dr. İlhami HORUZ

6 v THE APPLICATION OF ABSORPTION SYSTEMS TO AN INDUSTRIAL COMPANY (M. Sc. Thesis) Nazım KURTULMUŞ GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES August 2014 ABSTRACT In this study an application of absorption cooling system to an industrial company is investigated. After discussion with the company, the waste heat as exhaust gases is determined. It is thought that comfort cooling to the building can be made by using exhaust driven absorption cooling system. To this aim, the exhaust gases physical properties and heat quantity is determined by making measurements. The cooling load for building is calculated. It is come out that heat quantity can provide to drive absorption cooling system which has enough capacity. After measure the place around the chimney and discuss with the company, the location which absorption cooling system is installed is determined. Thermodynamic analysis is made to absorption cooling system. And absorption cooling system components is designed in detail. To produce the absorption cooling system component, the discussion is made with heat exchanger manufacturers. The investment cost and running cost of absorption cooling system is determined and compared with alternative systems. Science Code : Key Words : Absorption cooling systems, exhaust fired absorption systems, absorption system design Page Number : 125 Supervisor : Prof. Dr. İlhami HORUZ

7 vi TEŞEKKÜR Çalışmaların boyunca benden değerli yardım ve katkılarını esirgemeyen değerli hocam Prof. Dr. İlhami HORUZ a, çalışmam boyunca beni her zaman destekleyen aileme teşekkür etmeyi bir borç bilirim.

8 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET ABSTRACT... TEŞEKKÜR... İÇİNDEKİLER... ÇİZELGELERİN LİSTESİ... ŞEKİLLERİN LİSTESİ... SİMGELER ve KISALTMALAR... iv v vi vii x xi xiii 1. GİRİŞ KAYNAK ARAŞTIRMASI ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİ Sistemin Tanıtılması Tarihçesi Çalışma Prensibi Sistem Elemanları Buharlaştırıcı Kondenser Kaynatıcı Absorber Genleşme vanası Eriyik pompası Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminde Kullanılan Eriyikler Lityum bromür-su eriyiği özellikleri Amonyak-su eriyiği özellikleri... 23

9 viii Sayfa 3.6. Lityum Bromür-Su Eriyiği Kullanılan Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Termodinamik Analizi ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN BİR SANAYİ KURULUŞUNA UYGULANMASI Soğutma Yükünün Belirlenmesi Atık Isı Belirlenmesi Absorpsiyonlu Soğutma Sistem Dizaynı ve Parametrelerin Seçimi Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Elemanlarının Yüklerinin Belirlenmesi Buharlaştırıcı yük hesabı Kondenser yük hesabı Eriyik eşanjörü yük hesabı Kaynatıcı yük hesabı Absorber yük hesabı Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Elemanlarının Tasarlanması ve Boyutlandırılması Kaynatıcı tasarımı ve boyutlandırması Kondenser tasarımı ve boyutlandırması Absorber tasarımı ve boyutlandırması Buharlaştırıcı tasarımı ve boyutlandırması Eriyik eşanjörü tasarımı ve boyutlandırması Boru çapı hesabı Pompa seçimi Sistem Montajı MALİYET ANALİZİ TARTIŞMA VE SONUÇ... 97

10 ix Sayfa KAYNAKLAR EKLER EK-1. Soğutma yükü hesabı EK-2. Bina mimari planı, fancoil ve tesisatın yerleşimi ÖZGEÇMİŞ

11 x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 3.1. Libr-su eriyiği sıcaklığı belirleme katsayıları Çizelge 3.2. Amonyak entalpi denklem katsayıları Çizelge 3.3. Amonyak-su eriyiği entalpi denklemi katsayıları Çizelge 3.4. Amonyak-su eriyiği özgül hacim denklemi katsayıları Çizelge 4.1. Absorpsiyon oranı katsayıları Çizelge 4.2. Fancoil listesi Çizelge 4.3. Boru hesap cetveli Çizelge 4.4. Boru kritik devre cetveli Çizelge 4.5. Absorpsiyonlu soğutma sistemi boru boyutları Çizelge 5.1. Maliyet karşılaştırması... 95

12 xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 3.1. Faraday absorpsiyon deney aygıtı Şekil 3.2. Tek etkili absorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi Şekil 3.3. Buharlaştırıcı Şekil 3.4. Isı değiştiricisindeki sıcaklık dağılımı Şekil 3.5. Film absorber şematik şekli Şekil 3.6. Kaynatıcı şematik şekli Şekil 3.7. Basınç sıcaklık grafiği Şekil 3.8. Basınç entalpi grafiği Şekil 4.1. Atık ısı kaynağı şematik şekli Şekil 4.2. Buharlaştırıcı sıcaklığı STK değişimi grafiği Şekil 4.3. Konsantrasyon kristalizasyon sıcaklığı değişimi grafiği Şekil 4.4. Rotartica solar 45 şematik şekli Şekil 4.5. Robur marka ısı pompasının şematik şekli Şekil 4.6. Robur marka ısı pompasının akış diyagramı Şekil 4.7. Buharlaştırıcı şematik şekli Şekil 4.8. Kondenser şematik şekli Şekil 4.9. Eriyik eşanjörü şematik şekli Şekil Kaynatıcı şematik şekli Şekil Absorber şematik şekli Şekil Absorpsiyonlu soğutma sistemi elamanları şematik şekli Şekil Farklı kaynatıcı konstrüksiyonları Şekil Kaynatıcı konstrüksiyonu şematik şekli Şekil Kaynatıcının bacaya monteli hali... 50

13 xii Şekil Sayfa Şekil Kaynatıcıdaki ısı dağılımı Şekil Kaynatıcı teknik resmi Şekil Kondenser konstirüksiyonu şematik şekli Şekil Kondenserdeki ısı dağılımı Şekil Kondenser teknik resmi Şekil Absorber konstirüksiyonu şematik şekli Şekil Damlacık dağılımı şematik şekli Şekil Akış rejimleri şematik şekli Şekil Absorberdeki sıcaklık dağılımı Şekil Buharlaştırıcı konstirüksiyonu şematik şekli Şekil Buharlaştırıcıdaki sıcaklık dağılımı Şekil Absorber buharlaştırıcı teknik resmi Şekil Eriyik eşanjörü şematik şekli Şekil Eriyik eşanjörü teknik resmi Şekil Sistemin genel olarak kuruluş şematik şekli Şekil Absorpsiyonlu soğutma sistemi ve fancoil sistemi montaj şekli... 91

14 xiii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklamalar b c p ç d d d h d i f g gl h h h i k k l m p pd q r f s t t v w w Buhar Özgül ısı, j/kgk Çıkış Dış çap, m Hidrolik çap İç çap, m Dolaşım oranı Giriş Gelişmekte olan bölge Entalpi, kj/kg Isı transfer katsayısı, w/m 2 k Yükseklik, m Faiz oranı Toplam ısı geçiş katsayısı, w/m 2 k Isı iletim katsayısı, w/m 2 k Uzunluk, m Kütle, kg Basınç, pa Doyma basıncı Birim kütle ısı kapasitesi, w Kirlilik faktörü Sıvı Sıcaklık Kalınlık Hız, m/s İş, w Hız, m/s

15 xiv Simgeler Açıklamalar x Konsantrasyon ρ Yoğunluk, kg/m 3 µ Dinamik viskozite, kg/ms Birim boyda bir taraftaki akış debisi ɛ Etkenlik Sürtünme katsayısı t m Ortalama logaritmik sıcaklık farkı t max t min Maksimum sıcaklık farkı Minimum sıcaklık farkı Kısaltmalar Açıklamalar A A tah A eff ABS BUH KON KAY KRŞ LIBR LICL LINO 3 MAX MİN NU ORT PR RE ST STK Alan Tahmini alan Efektif alan Absorber Buharlaştırıcı Kondenser Kaynatıcı Kuruş Lityum bromür Lityum klorür Lityum nitrat Maksimum Minimum Nusselt sayısı Ortalama Prandtl sayısı Reynolds sayısı Stanton sayısı Soğutma tesir katsayısı

16 1 1. GİRİŞ Fosil yakıtların tükeneceği korkuları ve enerjinin gün geçtikçe artan maliyet artışları insanları yeni enerji kaynaklarına yöneltmenin yanında, hem mevcut sistemlerin daha verimli hale getirilmesi hem de atık ısıların değerlendirilmesi üzerine odaklanma gerekliliğini beraberinde getirmektedir. Endüstride enerji tüketimi fazla olan işletmelerde enerji yönetimi maalesef daha yeni gündeme gelmiştir. Eski işletmelerin birçoğunda verimsiz makineler, kazanlar ve hatalı işletmecilik nedeniyle enerji israfı söz konusundur. Günümüz şartlarına bakıldığında enerjinin hiçbir şekilde israf edilmemesi gerektiği, uygulanacak tasarruf tedbirleri ile son damlasına kadar kullanılması gerektiği aşikardır. Tasarruf ile kazanılabilecek enerji miktarına örnek olarak ABD de ki durum verilebilir. ABD de 1974 yılında tipik bir buzdolabı yılda 1800 kwh elektrik tüketmekteydi. Bugünkü uygulamalarla, motor ve kompresör sistemlerindeki verimlilik artışlarıyla, ayrıca daha etkin izolasyonlarla ve de iyileştirilmiş kontrol sistemleri ile elektrik tüketim miktarı yaklaşık %75 azaltılarak 450 kwh ye indirilmiştir. Yani bu durumda ABD de ortalama bir evin buzdolabı şimdi, 1974 te tükettiği miktarın 4 te 1 ini tüketmektedir. Bu da yılda ortalama 1350 kwh elektrik tasarrufu demektir. ABD deki toplam buzdolabı sayısı140 milyon adet ve konutlardaki elektriğin ortalama 9 cent/ kwh olduğuna göre buzdolaplarındaki verimlilik artışı ABD ye yılda 189 milyar kwh tasarruf sağlamaktadır. Günümüzde atık ısılardan çok az faydalanılmaktadır. Atık ısıdan faydalanabilmek için farklı yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler ısı transferi ile geri kazanım sistemleridir. Baca gazı ısı geri kazanım sistemleri, atık su ısı geri kazanım sistemleri, proses soğutma sularındaki ısı enerjisinin değerlendirilmesi sistemleridir. Bu sistemler direkt geri kazanım sistemleridir ve sıcak akışkanın soğuk akışkan ile ısıtılması prensibine dayanır (Kurt,2007). Sanayi tesislerinde açığa çıkan ısı doğrudan kullanılarak soğutma gerçekleştirilebilir. Sanayide bir çok proses için soğutma olayı gerçekleştirilir. Bu işlemi elektrik enerjisi ile çalışan mekanik kompresörlü soğutma sistemi ile yaptığınızda maliyetler artmaktadır.

17 2 Dış enerji kaynağı olarak her türlü ısıyı kullanabilen absorpsiyonlu sistemler doğrudan soğutma yapabilen en yaygın kullanılan sistemlerdir. Sanayi işletmelerinde açığa çıkan atık ısıların, elektrik üretim santrallerinde meydana gelen atık ısıların, jeotermal kaynakların ve güneş enerjisinin bulunması halinde ısı ile tahrik olan absorpsiyonlu soğutma sistemlerini kullanarak atık ısıyı kullanmak mümkündür. Absorpsiyonlu sistemleri atık ısı ile tahrik ederek işletmelerde proses soğutma, konfor soğutması yapılması durumunda işletmenin maliyetleri aşağı çekilecektir. Aynı zamanda yerleşim yerlerinde konfor amaçlı absorpsiyonlu soğutma sistemleri kullanılarak şehir şebekesine gelen yükler azalacak ve bunun sonucu maliyetler büyük oranda düşecektir. Ayrıca absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde kullanılan akışkanlar kompresörlü soğutma sisteminde kullanılan akışkanlara göre daha çevreci ve daha zararsız akışkanlardır. Bu çalışmada absorpsiyonlu soğutma sistemi kullanılarak hem baca gazındaki atık ısı değerlendirilmiş hem de konfor soğutması yapılarak işletmenin enerji israfı bir anlamda giderilmiş olacaktır.

18 3 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI Yapılan araştırmalar sonucu benzer çalışmaların bulunduğu anlaşılmıştır. Bu çalışmanın farkı amacının diğer çalışmalarda olduğu gibi absorpsiyonlu sistem STK sını yükseltmek değil özenle seçilmiş bir işletmeye göre absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarımını yapmak ve uygulamasını incelemek, işyerindeki bir sorunu çözmektir. Uygulaması incelenirken sistemin nasıl sonuç verdiğini araştırmaktır. Tarakçıoğlu (2006) atık ısının geri kazanılması ve atık ısının geri kazanılmasını sağlayan sistemler ile kojenerasyon ve kombine çevrimlerde atık ısının geri kazanılmasını örnek işletmelerle mukayeseli olarak incelemiştir. Isı enerjisi geri kazanılmasında kullanılan farklı tipteki ısı değiştiricileri tanıtılmıştır. Atık ısıdan faydalanma yöntemleri incelenmiş ve verim arttırıcı öneriler sunmuştur. Ma ve diğerleri (2003) Çin deki endüstriyel ölçekli ilk absorpsiyonlu ısı yükselticisi ekipmanının test sonuçlarını incelerek raporlamışlardır. Çalışmada 98 C deki buhar ve organik buharın ısısı kullanılarak pıhtılaşma ünitesinde kullanılan destek ısı kaynağı sıcaklığını 95 C den 110 C ye ısıtmakta kullanılmıştır. Kalinowski, Hwang, Radermacher, Hashimi ve Rodgers (2009) doğalgazla çalışan bir elektrik üretim santraline atık ısı kaynaklı absorpsiyonlu soğutma sistemi uygulamasını incelemişlerdir. Çalışmada doğalgazı sıvılaştırmak ve sudan arıtma işlemi için gerekli soğutma işleminde kompresörlü soğutma sisteminin yerini egzoz gazı kaynaklı absorpsiyonlu soğutma sisteminin alıp alamayacağı araştırılmış ve alabileceği belirtilmiştir. Böylelikle büyük oranda geri kazanımlar olmuştur. Alqdah (2011) tarafından yapılan çalışmada bir dizel motoru kullanan araç için egzoz gazı tahrikli absorpsiyonlu soğutma sistemi kullanarak araç içi iklimlendirme cihazı incelenmiştir. Sistemde akışkan olarak amonyak-su karışımı kullanılmıştır. Araçta kullanılan absorpsiyonlu sistemin STK değerlerinin yüksek oranda çalışma şartlarına bağlı olduğunu göstermiştir. Kullanılabilir atık ısının tamamen motor devrine ve egzozdaki debiye bağlı olduğunu göstermiştir.

19 4 Balaji ve Ramkumar (2012) bir şeker fabrikasındaki atık ısıyı kullanarak absorpsiyonlu soğutma sistemini incelemiştir. Türbin çıkışındaki atık ısıyla tahrik olan absorpsiyonlu bir soğutma sistemini incelemişlerdir. Aynı soğutma yükünü karşılayacak olan kompresörlü bir soğutma sisteminin harcayacağı enerji miktarını hesaplamışlardır. Ve absorpsiyonlu soğutma sistemi kullanarak hemen hemen 75 ton/yıl yakıt miktarında tasarruf sağlayacağı sonucuna ulaşmışlardır. Özdenal (2006) otomobil klima sisteminde, egzoz gazındaki atık ısıyı temel ısı kaynağı olarak kullanan absorpsiyonlu bir soğutma sistemi incelenmiştir. Yapılan incelemede 1400 cc motorun farklı devir ve yük değerlerinde ürettiği egzoz gazı ile sistem kaynatıcısı tahrik edilmiştir. Teorik hesaplamalar sonucu egzoz gazındaki atık ısı kullanılarak absorpsiyonlu soğutma sistemi sayesinde araç mahalli yaz aylarında soğutulmasının mümkün olduğu sonucuna ulaşmıştır. Seara, Vales ve Vazquez (1997) bir trol teknesi için atık ısı kaynaklı absorpsiyonlu soğutma sisteminin tasarlamış ve uygulamasını incelemişlerdir. Balıkçı tekneleri için gerekli olan balık muhafaza amaçlı buz eldesinde teknede kullanılan dizel motorun egzoz gazı kullanılarak bir sistem kurulmuştur. 80 ile 150 m 3 arasında hacmi olan bir 5 ile 10 kw arasında bir soğutma yükü bulunan bir muhafaza odasını, sıcaklığı 350 C ile 420 C arasında değişen egzoz gazı ile soğutmak amaçlanmıştır. Egzoz gazı ve kaynatıcı arasında ısı aktarımı bir aracı akışkan tarafından yapılmıştır. Derin soğutma istendiğinden amonyaksu akışkanı absorpsiyonlu soğutma sistemi için seçilmiştir. Sonuç olarak amonyak-su çifti kullanan absorpsiyonlu soğutma sisteminin tekneler için, uygun motor egzozu çıkışı çalışma şartlarından dolayı ve düşük sıcaklık istenen şartlarda uygun olduğu belirtmiştir. Manzela, Hanriot, Gomez ve Sodre (2010) araç egzoz gazını ısı kaynağı olarak kullanarak absorpsiyonlu soğutma sistemini deneysel olarak incelemişlerdir. Motor %25, %50, %75 ve %100 kelebek açıklıklarında test edilmiş, soğutucu 4 C ve 13 C deki stabil sistem sıcaklığına kelebek açıklığına bağlı olarak, başlatıldıktan 3 saat sonra gelmiştir. Bu sisteme özel tasarlanan absorpsiyonlu soğutma sistemi egzozda önemli bir basınç kaybına neden olmamıştır. Aksine diğer egzoz elemanları çıkarıldığı için motor güç çıkışı artmış ve yakıt tüketimi azalmıştır. Absorpsiyonlu sistem kurulduğunda karbon monoksit emisyonları azalmış, hidrokarbon emisyonları ise artmıştır. Egzoz konsantrasyonlarındaki bu

20 5 değişimlerin egzoz sistemindeki önemli modifikasyonlardan kaynaklandığını belirtmişlerdir. Talbi ve Agnew (2002) bir dizel motorun egzoz atık ısısını kullanarak hem motor performansını arttırmayı hem de soğutma yapmayı amaçlamışlardır. Yüksek ortam sıcaklıklarını incelemişlerdir. Bu amaçla farklı konfigirasyonlar denemişlerdir. Pre-cooler ve inter-cooler kullanarak entegre dizel motor absorpsiyonlu sistem, yalnızca pre-cooler kullanılan entegre dizel motor ve absorpsiyonlu sistem, yalnızca inter-cooler kullanılan entegre dizel motor ve absorpsiyonlu sistem ve son olarak pre-cooler ve inter-cooler kullanmaksızın entegre dizel motor ve absorpsiyonlu sistem kongifiürasyonlarını denemişlerdir. Bu konfigürasyonlarda pre-coolerda, inter-coolerda ve hacim şartlandırmasında kullanılan soğutma yükü absorpsiyonlu sistemin buharlaştırıcısı tarafından karşılanmaktadır. Sonuç olarak pre-cooloer ve inter-coolar kullanan entegre dizel motor absorpsiyonlu sistem diğer konfigürasyonlara göre daha fazla motor güç çıkışı sağladığını belirtmişler, fakat toplam verim olarak bakıldığında inter-cooler kullanan entegre dizel motor absorpsiyonlu sistemin diğer konfigürasyonlara göre daha verimli olduğunu göstermişlerdir. Şencan (2004) atık ısı ile çalışan absorpsiyonlu sistemlerin modellemesi, ekserji analizi ve optimizasyonu isimli çalışmasında bir absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarlamıştır. Sistemde lityum bromür eriyiği kullanılmış, bu eriyiğin termodinamik özelliklerinin belirlenebilmesi için yapay sinir ağları yöntemi kullanılmıştır. Sistemin 1. yasa ve 2. yasa verimleri incelenmiş, farklı çalışma şartlarında sistem performansı incelemiştir ve ekserji analizi yapılmıştır. Lityum bromür ve soğutkan maddesinin birleşmesi sırasında meydana gelen karışım kayıpları ve absorberdeki çalışma akışkanıyla soğutma akışkanı arasındaki sıcaklık farkı sebebiyle en büyük ekserji kaybının absorberde olduğu daha sonrada kaynatıcıda meydana geldiği belirtmiştir. Sun (1996) lityum bromür ve amonyak su eriyiklerinin termodinamik özelliklerini vermiştir. Detaylandırılmış tasarım bilgileri ve optimum tasarım haritası sunulmuştur. Değişen ortam şartlarına göre sistemin STK değişimlerini grafikler halinde sunmuştur. Horuz (1998) absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde amonyak-su ve lityum bromür-su eriyiklerini karşılaştırmıştır. Lityum bromür-su kullanan ve amonyak-su kullanan sitemler

21 6 hakkında çeşitli bilgiler verilmiş, eriyiklerin dikkat edilmesi gereken özellikleri vurgulanmıştır. Lityum bromür-su eriyiğinin daha çok iklimlendirme uygulamaları için uygun olduğu, amonyak-su eriyiğinin ise yüksek tonajlı derin soğutma istenen endüstriyel uygulamalar için kullanıldığını belirtmiştir. Amonyak-su çevriminin lityum bromür-su çevrimine göre daha kompleks olduğunu belirtmiştir. Lityum bromür-su eriyiğinin amaonyak-su eriyiğine göre daha iyi performans gösterdiğini grafikler halinde sunmuştur. Fakat kristalizasyon riskinin lityum bromür-su eriyiğinde sürekli olarak göz önünde bulundurulması gerektiği belirtilmiştir. Sun (1996) yaptığı çalışmada amonyak-su, amonyak-lityum nitrat, amonyak-sodyum thiokyanat eriyiklerinin termodinamik özelliklerini sunmuştur. Bu eriyiklerin kullanıldığı absorpsiyonlu sistemlerin performanslarını karşılaştırmış ve amonyak sodyum thiokyanat ve amonyak- lityum nitrat eriyiklerinin, amonyak- su eriyiğinden daha iyi performans gösterdiğini göstermiştir. Hatta ayrıştırıcı gerektirmeme özellikleri ile amonyak-su eriyiğine göre daha kullanışlı olduğunu belirtmiştir. Romero, Gulillen ve Pilatowsky (2005) monomethylamine-su eriyiği ile ilgili termodinamik özellikleri sunmuştur. Monomethylamine-su eriyiği ile çalışan absorpsiyonlu soğutma sistemi analizlerini yapmışlar ve amonyak-su eriyiği ile çalışan absorpsiyonlu soğutma sistemi ile çeşitli karşılaştırmalar yapmışlardır. Monomethylaminesu eriyiği ile çalışan absorpsiyonlu soğutma sisteminin kaynatıcı sıcaklığı 80 C ve 63 C sıcaklıklarında STK sının 0,35 ve 0,51 değerleri arasında çıktığını göstermişler ve bu değerlerle amonyak-su çevrimine göre daha üstün olduğunu göstermişlerdir. Florides, Kalogirou, Tassou ve Wrobel (2002) tek etkili lityum bromür- su eriyiği ile çalışan absorpsiyonlu soğutma sisteminin performansını ve karakteristiklerini değerlendirmek için metod sunmuşlardır. Gerekli ısı ve kütle transferi denklemleri belirlenmiş ve bir bilgisayar programında kullanılmışlardır. Lityum bromür kullanan absorpsiyonlu sistem ısı değiştiricileri için tasarım bilgileri sunulmuşlardır. Hesaplanan teorik değerlerle 1 kw kapasiteli küçük bir ünitede yapılan deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Lityum bromür kullanan sistemlerin ömrünün korozyon probleminden dolayı 20 yıl olduğunu söylemişlerdir. Bu yüzden eriyiğin ph seviyesini kontrol etmek gerekir. Bu amaçla da lityum kromat, lityum molibdat veya lityum nitrat gibi inhibitörlerin kullanılması gerektiğini vurgulamıştır. Ayrıca maliyet analizi yapmıştır. İzolasyonlu bir

22 7 evin ihtiyacı olan 10 kw lık bir ünite maliyeti 4300 Euro olarak belirtmiştir. Tüm sistemin kurulumu için gerekli miktarın 4800 Euro olduğunu belirtmiştir. Aynı kapasitedeki bir elektrikli çillere göre kurulum maliyeti oldukça yüksek olduğunu belirtmiştir. Dön (2010) doğalgazla çalışan bir absorpsiyonlu iklimlendirme sistemlerinin teknik ve ekonomik açıdan analizleriniz yapmıştır. Ankara da 200 m 2 lik bir işyerinin soğutulması ve ısıtılmasını absorpsiyonlu sistem ile incelemişlerdir. Çalışmada amonyak-su eriyiği kullanılmıştır. Sistemin performansını artırmak için öneriler sunulmuş ve sistemin ekserji analizleri yapılmıştır. Ve son olarak ekonomik analiz yapılmıştır. Sistemin ilk yatırım maliyetinin fazla olduğundan bahsedilmiş ve düşürülmesi için devletin teşvik edici politika sürdürmesi gerektiği belirtilmiştir. Pasakkaya (2012) güneş enerjisi ile çalışan absorpsiyonlu sistem ile bir konutun soğutulması ve ısıtılmasını deneysel ve sayısal olarak incelemiştir. Lityum klorür-su eriyiği kullanmıştır. Test odası için yapılan yıllık simülasyon uygulaması sonucunda, soğutma dönemi için absorbsiyonlu sistemin ortalama soğutma tesir katsayısı değerinin 0,35 olduğu tespit etmiştir. Tüm yıl boyunca test odasının soğutma ihtiyacının %99 u, ısıtma ihtiyacının %63 ü ve sıcak kullanım suyu ihtiyacının %99 u güneş enerjili sistem ile karşıladığını tespit etmiştir. Ayrıca güneş enerjili sisteminin ekonomik ve çevresel açıdan önemli faydalar sağladığı tespit etmiştir. Buna göre tüm yıl boyunca güneş enerjisinin kullanımına bağlı olarak sağlanan enerji tasarrufu sonucu yıllık toplam kg CO 2 salınımının engellendiğini, 1296 TL lik ekonomik tasarruf sağlandığını belirtmiştir. Örnek bir konut için yapılan ekonomik analizde, güneş enerjili sistemin geri ödeme süresi yaklaşık 20 yıl olarak hesaplamıştır. Jain, Kachhwaha ve Sachdeva (2013) kaskad sistem absorpsiyonlu soğutma sistemi ve buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin performans analizini yapmışlardır. Klasik buhar sıkıştırmalı sistemin elektrik tüketimi ile karşılaştırıldığında kaskad sistemin elektrik tüketiminin azaldığını belirtmiştir. Bu tüketimin azalmasından dolayı buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin STK sının artacağını belirtmiştir.

23 8

24 9 3. ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİ 3.1. Sistemin Tanıtılması Absorpsiyonlu soğutma sistemi buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemine oldukça benzerdir. Soğutma yükü, soğutucu akışkanın buharlaştırıcıda buharlaşmasıyla karşılanır. Buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma çevrimindeki mekanik işlem yerini, absorpsiyonlu soğutma sisteminde fiziko-kimyasal işlemler alır. Mekanik kompresör yerine absorpsiyonlu soğutma sisteminde termik kompresör kullanılmaktadır. Soğutma elde etmek için, buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemindeki mekanik ve elektrik enerjisi yerine absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde ısı enerjisi kullanılmaktadır. Bunun sağlamış olduğu avantajlarla çeşitli endüstriyel tesislerdeki atık ısı enerjisinin değerlendirilmesi ve tükenmez bir enerji kaynağı olan güneş enerjisinin kullanılması yoluyla enerjinin pahalı olduğu günümüzde absorpsiyonlu soğutma sistemi daha ekonomik olur. Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinin, dış hava sıcaklığının yüksek olduğu yörelerde ve büyük tesislerde kullanılması çok uygundur. Absorpsiyonlu soğutma çevriminde iki farklı akışkan dolaşır. Bunlardan biri soğutucu akışkandır. Bu akışkan buharlaştırıcıda buharlaşarak soğutma yükünün ortamdan çekilmesini sağlar. Diğer akışkan, yutucu (absorbent veya soğurucu) akışkandır. Bu akışkan çevrimin belli bir kısmında soğutucu akışkanı taşır. Soğutma sistemini meydana getiren başlıca elemanlar kaynatıcı, kondenser, buharlaştırıcı ve absorberdir (R. Yamankaradeniz, Horuz, Kaynaklı, Coşkun, N. Yamankaradeniz, 2009: 253,254) Tarihçesi İlk defa Michael Faraday tarafından bir asırdan fazla bir zaman önce amonyağın (NH 3 ) yoğuşturma denemeleri sırasında keşfedilen absorbsiyon prensibi daha sonra bir yoğuşma çevrimi olarak uygulanıp bundan yararlanmaya başlanmıştır. Faraday ın Şekil 3.1 de gösterilen deney aygıtı, absorbsiyon soğutma çevriminin kavranması bakımından ilginçtir.

25 10 Şekil 3.1. Faraday absorbsiyon deney aygıtı (Görgülü, 2013) Deneyin birinci kısmında amonyağa karşı aşırı bir emiciliği olan, amonyakla doyurulmuş gümüş klorür ısıtılırken deney tüpünün karşı ucu soğutma suyuna daldırılmış vaziyette tutulur. Kısa süre sonra, deney tüpünün soğutulan ucunda amonyağın yoğuşarak birikmeye başladığı görülür. Isıtılan uçtan amonyak tamamıyla soğutulan uca geçip sıvı halde toplandıktan sonra deneyin ikinci kısmına geçilir. Isıtma işlemi durdurulup soğutma suyu alınır. Çok kısa bir süre içerisinde, deney tüpünün soğutulan ucunda yoğuşup toplanmış olan sıvı amonyağın kaynamaya başladığı ve tüpün bu kısmının aşırı derecede soğuduğu görülür. Bu olay, sıvı amonyak tamamen buharlaşıp gümüş klorür tarafına taşınıncaya kadar sürer. Deney tekrarlandığında aynı olayların tekrarlandığında aynı olayların tekrar oluştuğu görülür. Burada gümüş klorür absorban madde, amonyak da soğutucu akışkan(soğutkan) madde rolünü oynamaktadır. Absorbsiyon soğutma çevriminde de daima iki akışkan mevcuttur. Birincisi soğutkan madde, ikincisi absorban maddedir. Şekil 3.1 deki Faraday deney aygıtında soğutma işleminin sürekli olmadığı hemen fark edilecektir ve pratik uygulama için bunun giderilmesi gerekmiştir. Bugünkü absorbsiyon soğutma çevrimlerinde soğutma işleminin sürekliliği mutlaka sağlanmıştır. Ayrıca gümüş klorür absorban madde, yerini daha bol bulunan ve ekonomik olan maddelere bırakmıştır (Görgülü, 2013).

26 Çalışma Prensibi Yoğuşturucu 1 Kaynatıcı Eriyik Eşanjörü Kısılma Genleşme Vanası Kısılma Vanası Eriyik Pompası Buharlaştırıcı 4 Absorber Şekil 3.2. Tek etkili absorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi Şekil 3.2 de görülen tek etkili bir absorpsiyonlu soğutma sistemidir. 5 noktasında bulunan eriyik bir pompa vasıtasıyla basınçlandırılarak, eriyik eşanjöründen geçirildikten sonra kaynatıcıya gönderilir. 7 noktasında kaynatıcıya giren eriyik bir ısı kaynağı vasıtasıyla ısıtılır. Isıtılan eriyikten buharlaşma noktasına gelen sıvı yani soğutucu akışkanın bir kısmı ayrılır. Geriye kalan soğutucu akışkan bakımından fakir olan eriyik kondenser basıncında kaynatıcıyı terk eder. 8 noktasında kaynatıcıyı terk eden eriyik bir kısılma vanasından geçirilerek basıncı düşürülür. Basıncı düşen eriyik 10 noktasında absorbere girer. Kaynatıcıdan 1 noktasında ayrılan ve kondenser basıncında olan soğutucu akışkan kondensere girer. Kondenserde ısı atan ve yoğuşan soğutucu akışkan bir kısılma vanasından geçirilerek basıncı düşürülür. Basıncı düşen soğutucu akışkan 3 noktasında buharlaştırıcıya girer. Buharlaştırıcıda buharlaşarak soğutma yükünü karşılayan soğutucu akışkan, 4 noktasında absorbere girer ve kaynatıcıdan dönen eriyik ile karşılaşarak birbirlerine karışırlar.

27 Sistem Elemanları Buharlaştırıcı Bir soğutma sisteminde soğutma serpantini olarak da adlandırılan buharlaştırıcılar, içerisindeki sıvı soğutucu akışkanın, buharlaşırken bulunduğu ortamdan ısıyı çekmesi esasına dayanan cihazlardır. Soğutucu akışkanın beslemesine, çalışma şartlarına, soğutulmak istenen sıvı veya havanın sirkülasyon yöntemine, soğutucu akışkanın kontrol tipine ve uygulamaya göre pratikte çok değişik konstrüksiyonlarda ve boyutlarda buharlaştırıcı tipi bulunmaktadır. Buharlaştırıcı bir maddeyi, soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısını kullanarak soğutur. Soğutma miktarı; buharlaştırıcı yüzey alanına, toplam ısı transfer katsayısına ve soğutucu akışkan ile soğutulan madde arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır. Şekil 3.3. Buharlaştırıcı Şekil 3.3 te gösterilen buharlaştırıcıda sıvı soğutucu akışkan A noktasında kısılma vanasına girer. Uygun şartlar altında, bu noktada doyma sıcaklığı altına soğutularak aşırı soğutulan soğutucu akışkan saf sıvı halde kısılma vanasına girmektedir. B noktasında düşük basınçta buharlaştırıcıya giren sıvı soğutucu akışkanın bir kısmı çevreden ısı çekerek buharlaşmaya başlar. Böylece B noktasında buharlaştırıcı içerisinde düşük basınçlı sıvı soğutucu akışkan yanında az miktarda buhar zerrecikleri görülmeye başlanır. Sıvı halde buharlaştırıcı serpantinlerden geçen soğutucu akışkan, sürekli olarak serpantin cidarlarından soğutulacak ortamın veya maddenin ısısını çeker. Böylece sürekli kaynar ve buharlaşır. C noktasında, sıvı soğutucu akışkan tamamen buhar haline gelir. Buharlaştırıcı içindeki buhar, hala soğutulan ortamdan soğuk olduğunda, ısı çekmeye devam eder. Yeni bir buharlaşma olmayacağından bu çekilen ısı, buharın duyulur ısısını (veya sıcaklık) arttıracaktır. Emme hattı boyunca (D noktası) buhar buharlaştırıcıdan ayrılana kadar

28 13 sıcaklığı sürekli artacak ve bu noktada, buharın sıcaklığının üstüne çıkacak ve buhar kızdırılmış olacaktır. Buharlaştırıcılar genellikle, iletkenliği yüksek olan demir, çelik, pirinç, bakır ve alüminyum gibi malzemelerden imal edilirler. Yüzeylerde birikecek kir tabakasının etkisine oranla malzemenin, toplam ısı transferindeki payı önemli değildir. Dış yüzeyde hava soğutması halinde toz ve buz, su soğutması halinde kireç, iç yüzeyde ise yağ filmi olmak üzere bir kir tabakası oluşur. 1 cm kalınlığındaki buz tabakası ısı transferinin yaklaşık olarak yarıya indirmeye neden olur. Buharlaştırıcıda soğutulan ortamdan soğutucu akışkana taşınan ısı Burada; Q : Buharlaştırıcı ısı kapasitesi K : Toplam ısı geçiş katsayısı, W/m 2 K A : Buharlaştırıcı ısı transfer alanı, m 2 : Ortalama logaritmik sıcaklık farkı, o C K değeri teorik olarak hesaplanabilirse de uygulamada rastlanılan değerler, yüzey kirliliği nedeniyle hesaplanan değerin altındadır. Kirlilik ısı transferini kötüleştiğinden aynı soğutma için kompresörü daha uzun süre çalıştırmak gerekir. Yüzeylerin temiz kalmasına dikkat etmek, buz tabakası teşekkül etmişse zaman zaman defrost yaparak buzu eritmek gerekir. Dış yüzeyde soğutulan havanın hızı yükseltilerek K büyütülebilir, ancak bu takdirde yük kayıpları artacaktır. T g T ç T b Şekil 3.4. Isı değiştiricisindeki sıcaklık dağılımı

29 14 Soğutma akışkanının buharlaştırıcıya giriş sıcaklığı T g ve çıkış sıcaklığı T ç olmak üzere logaritmik sıcaklık farkı şu bağıntı ile hesaplanabilir. T max =T g -T b (3.2) T min =T ç -T b (3.3) ( ) Burada; : Ortalama logaritmik sıcaklık farkı T max : Maksimum sıcaklık farkı T min : Minimum sıcaklık farkı Buharlaştırıcıda mümkün olduğu kadar ters akım şekli sağlanarak tutulmasına gayret edilir (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 151,170). değerinin büyük Kondenser Soğutma sistemlerinin temel elemanlarından biri olan kondenserler, yüksek basınç ve sıcaklıktaki kızgın buhar haldeki soğutucu akışkanın ısısını dış ortama vermek suretiyle sıvı hale gelmesini sağlayan elemandır. Yani buharlaştırıcıda aldığı ısı ile buharlaşan akışkan burada sıvı hale gelir. Kondenserler sistemin yüksek basınç tarafına monte edilirler. Tanımından da anlaşılacağı gibi kondenserde ortam ile bir ısı alışverişi meydana gelmektedir. Kondenser, buhar içindeki ısıyı ilk olarak yoğuşturucu cidarlarına ve sonrada soğuk ortama transfer ederek uzaklaştırır. Soğuk ortam hava, su ve bu ikisinin bir kombinasyonu olarak karşımıza çıkabilir. Bu ısı alış verişi üç ana bölgede meydana gelmektedir. - Kızgınlığın alınması - Yoğuşma - Aşırı soğutma Her üç bölgede kondenserden atılması gereken toplam ısı miktarı

30 15 Bağıntısı ile verilir. Burada; A k : Kondenser ısı transfer alanı, m 2 Uygulamalarda birçok durumda; toplam ısı geçiş katsayısı hesaplanırken kızgınlık alma ve aşırı soğutma bölgeleri, yoğuşma bölgesine göre küçük olduğundan, sadece yoğuşma bölgeleri göz önüne alınır. Kondenserin ısıyı sıcak soğutucu akışkan buharından soğuk ortama aktarabilme kabiliyeti, kondenser kapasitesi olarak adlandırılır. Kondenserin ısı transfer kapasitesi 4 faktöre bağlıdır. - Kondenser yapımında kullanılan malzemeye - Kondenser yüzeyi ve yoğuşma ortamı arasındaki temas alanına - Kondenser ortamı ve soğutucu akışkan buharı arasındaki sıcaklık farkına - Kondenser temizliğine İlk iki faktör konstrüksiyon şartlarıdır. Farklı malzemeler ısı transferi için farklı özelliklere sahiptirler. Bu yüzden bir tasarımcı, doğru malzeme seçerek verilen kapasitedeki bir kondenserin boyutlarını değiştirebilir. Isı transfer kabiliyeti daha iyi bir malzeme ile daha küçük boyutlarda kondenser imal edebilir. Tasarımcı aynı zamanda kondenser kapasitesini, kondenser yüzeyi ve yoğuşma ortamı arasındaki temas alanı miktarını kontrol ederek değiştirebilir. Üç temel kondenser tipi mevcuttur. - Hava soğutmalı kondenserler - Su soğutmalı kondenserler - Buharlaşmalı tip kondenserler Su soğutmalı kondenserlerde soğutma ortamı olarak su kullanılır. Ticari ve endüstriyel soğutma sistemlerinde su soğutmalı kondenserler, hava soğutmalı kondensere nispeten

31 16 daha fazla kullanılır. Çünkü su soğutmalı kondenserler aynı kapasitedeki hava soğutmalı kondensere nispeten daha küçüktür ve bu yüzden daha az yer kaplarlar. Su soğutmalı kondenserler, hava soğutmalı kondensere göre daha düşük yoğuşma sıcaklığına sahiptirler. Çünkü temin edilen su sıcaklığı normalde çevre sıcaklığında düşüktür (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 105,140). Su soğutmalı kondenserlerin tasarım ve uygulamasına etki eden faktörler: - Boru malzemesinin ısıl geçirgenliği - Kullanılan suyun kirlenme katsayısı - Kanatlı boru kullanılırsa kanat verimi - Su devresinin basınç kaybı - Soğutucu akışkanın aşırı soğutulmasının seviyesi Kaynatıcı Generatör ismiyle de bilinmektedir. Kaynatıcıya verilen ısı ile birlikte eriyikte bulunan soğutucu akışkanın bir kısmı buharlaşarak kaynatıcıyı kızgın buhar halinde terk etmektedir. Kaynatıcı eğer atık ısı ile tahrik edilecekse, kaynatıcının tasarımı atık ısı kaynağına göre değişecektir. Geleneksel olarak kullanılan yöntem ise boru gövdeli tip kaynatıcı kullanmaktır. Gövde içerisindeki boru demetinin iç kısmından atık ısı geçirilir. Gövde kısmında yani boruların dışında kalan kısımda ise eriyik bulunur. Havuz kaynaması gerçekleştirilerek eriyik içerisindeki su buharlaştırılır. Son dönemlerde kullanılmaya başlanan kaynatıcı tipi ise boru içerisinde eriyiğin kaynamasını sağlayarak buharın oluşmasını sağlama yoluyla olur. Boru dış kısmından ise atık ısı akıtılır. Eğer kaynatıcı direk yanma ile tahrik edilecek ise tasarım değişecektir. Direk yanma ile tahrik edilen kaynatıcılarda da değişik tasarımlar mevcuttur.

32 Absorber Absorber absorpsiyonlu sistemlerin en önemli elemanıdır diyebiliriz. Buharlaştırıcıdan gelen doymuş buharın, kaynatıcıdan dönen zengin eriyik ile karıştığı elemandır. Tasarımcı bu karışımın iyi bir şekilde sağlanabilmesi için gerekli düzenlemeleri yapmak durumundadır. Absorber yüzey alanı olarak büyüktür çünkü karışımların ısı ve kütle transfer katsayısı oldukça düşüktür. Termodinamiğin 2. kanununa göre yapılan analizlerde en büyük ekserji kaybının absorberde gerçekleştiği görülmüştür. Bu kaybı azaltmak için yüzey alanını artırmak gerekecektir böylece yatırım maliyeti artacaktır. Absorberin ısı ve kütle transfer katsayısını artırmak için farklı tasarımlarda absorber tipleri mevcuttur. Bunlar temel olarak - Film absorber - Adyabatik absorber - Bubble absorber - Membrane absorber Bunlardan en çok kullanılanı film absorberlerdir. İnce film tabakası sayesinde yüksek ısı transfer katsayına sahiptir ve absorpsiyon sürecinde stabildir. Fakat film absorberlerde ıslaklık sorunu göze çarpar. Tasarımcı bu durumu göz önünde bulundurarak tasarım yapmalıdır. Film absorberlerse kütle transferi katsayısının artması için bazı katkı maddeleri kullnılmaktadır. Şekil 3.5 de görüldüğü üzere yatay borulu ve dikey borulu tipleri mevcuttur. Yatay borulu tiplerinde eriyik boru dışından film şeklinde akarken buhar eriyiğe absorbe olur. Dikey borulu tiplerde ise eriyik boru içerisinde borunun iç cidarında film şeklinde akarken yine borunun iç kısmında hareket eden buhar ile karşılşır ve kütle transferi meydana gelir (Ibarra-Bahena ve Romero, 2014).

33 18 Eriyik Soğutma suyu Eriyik Buhar Buhar Şekil 3.5. Film absorber şematik şekli (Ibarra-Bahena ve Romero, 2014) Genleşme vanası Sistemde kullanılan akışkanların basıncını arzu edilen basınca düşürmek amaçlı kullanılan elemandır. Kısılma vanası ismiyle de bilinmektedir. Sistemde iki adet mevcuttur. Endüstriyel ve ticari iklimlendirme ve soğutma alanında kullanılan genel olarak beş tip kısılma vanası mevcuttur (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 185,212). - El ayar vanası - Otomatik genleşme vanası - Termostatik genleşme vanası - Elektrikli genleşme vanası - Kılcal boru - Şamandıralı ayar vanası Eriyik pompası Absorpsiyonlu soğutma sisteminde çevrimi tamamlamak amacıyla bir adet eriyik pompası kullanılması yeterli olması gerekmektedir. Fakat sistemde bulunan eşanjörlerde farklı amaçlarla pompalar kullanılabilir. Kullanılan eriyik çiftine göre uygun malzemeden yapılmış pompa seçilmek zorundadır. Libr-su eriyiği kullanılan absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde seçilen pompanın korozyona karşı dayanıklı olması gerekmektedir.

34 Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminde Kullanılan Eriyikler Absorpsiyonlu soğutma sisteminin performansı çalışma akışkanının termodinamik özelliklerine bağlıdır. Sistemde dolaşan soğutucu akışkan-absorbent çiftinin karışımı kimyasal olarak stabil, zehirsiz olmalı ve patlayıcı olmamalıdır. Bir absorpsiyonlu sistemdeki çalışma akışkanından beklenenler şunlardır: - Aynı basınçtaki karışım ve saf soğutucu akışkanın kaynama noktaları arasındaki fark mümkün olduğunca büyük olmalıdır. - Birim soğutma kapasitesi için absorber ve kaynatıcı arasındaki düşük sirkülasyon oranını sürdürmek amacıyla soğutucu akışkanın buharlaşma ısısı yüksek olmalı ve absorbent içinde yüksek konsantrasyonda olmalıdır. - Isı ve kütle transferinin etkileyen viskozite, ısıl iletkenlik ve difüzyon katsayısı uygun olmalıdır. - Hem soğutucu akışkan hem de absorbent mümkünse korozif olmamalı, çevreye uyumlu olmalı ve düşük maliyetli olmalıdır (Srikhirin,2001). Araştırmalar sonunda absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde 200 ü aşkın eriyik denendiği tespit edilmiştir. Fakat araştırmalar, absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde istenen bütün özellikleri aynı anda sağlayan mükemmel bir eriyik olmadığını, bazılarının bazı şartları çok iyi sağlarken, diğer şartları sağlayamadıklarını göstermiştir. Uygulamalar amonyağın soğutucu akışkan olarak kullanıldığı amonyak-su eriyiği ile suyun soğutucu akışkan olarak kullanıldığı lityum bromür-su eriyiğinin çok yaygın bir şekilde kullanıldığını göstermektedir. Yine aynı şekilde amonyağın soğutucu akışkan olarak kullanıldığı amonyak-lityum nitrat ve amonyak-sodyum thiokyanat çiftleri amonyak-su çiftine iyi birer alternatif olarak gösterilmektedir (Kurtulmuş ve Horuz,2013) Lityum bromür-su eriyiği özellikleri Lityum bromür-su kullanan absorpsiyonlu soğutma sistemi genellikle konfor ısıtmasısoğutması amacıyla kullanılır. Lityum bromür-su çiftinin soğutucu akışkanı su olduğu için 0 C de katı hal olasılığı söz konusudur. Bu yüzden lityum bromür-su çifti düşük sıcaklıklı soğutma uygulamaları için kullanılmaz (Horuz,1998).

35 20 Lityum bromür katı haldeyken kristal yapıya sahiptir. Tuzların çoğu gibi lityum bromürde suda çözünebilir. Lityum bromürün su ile yaptığı eriyiğin belirli bir konsantrasyon değerinde belirli bir minimum eriyik sıcaklığı vardır. Bu minimum sıcaklığın altında tuz eriyikten ayrılmaya başlar. Yani katı hale gelmeye başlar, kristalleşme olur. Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde kristalleşme olayının olma ihtimalinin en yüksek olduğu yer eriyik ısı eşanjörüdür ki burada zengin eriyik kristalleşme sıcaklığına kadar inebilir. Bu durumda kristal haldeki tuz, ısı eşanjörünün borularına yerleşir ve boruları tıkayarak cihazın çalışması için gerekli olan akışı durdurur, sistem çalışmaz hale gelir. Kristalizasyon olayının temelde üç nedeni vardır; - Pompalama sisteminde güç düşümü olduğunda, otomatik dekristalizasyon sistemi çalışmaz. - Soğutma suyu sıcaklığında ani bir düşüş de kristalizasyona yol açar. Soğutma suyu, örneğin 30 C de gelmesi gerektiği halde 12 C de gelirse kondenser soğutma suyunun sıcaklığı çok düşmüş olur. Bu su absorberde kullanıldığından eşanjörden geçen fakir eriyiğin sıcaklığı 24 C ye kadar düşer. Bu da zengin eriyiğin yaklaşık 15 C ye yani kristalleşme noktasına yaklaşmasına neden olur. Bu durumda kondenser soğutma suyunun kesilmesi kristalleşmeyi önler. - Hava sızıntıları da kristalizasyona sebep olur. Kristalleşme olduğu zaman ısı eşanjörünün absorbere dönüş borusu tıkandığından zengin eriyik absorbere geri dönemez. Böylece kaynatıcıda eriyik seviyesi yükselir. Bu eriyik bir by-pass borusu vasıtasıyla absorbere gönderilebilir. Absorberdeki eriyiğe böyle bir ilave yapıldığında absorberin sıcaklığı yükselecektir. Sulandırılmış eriyik tekrar kaynatıcıya gönderilmek üzere ısı eşanjörüne pompalanır. Fakir eriyik sıcaklığı bu işlemler sonucunda yüksek olduğundan eşanjör borularını ısıtır ve tıkalı olan zengin eriyik dönüş borusunun tekrar açılmasına yardım eder. Kaynatıcıdaki eriyik seviyesi düşer ve sistem tekrar normal hale gelmiş olur. Bu işleme otomatik dekristalizasyon adı verilir. Yine aynı şekilde kondenser ve absorberin soğutma suları aynı anda kesilirse de kristalleşme önlenebilir (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 271,272).

36 21 Diğer bir dezavantajı lityum bromür-su eriyiği kullanan absorpsiyonlu soğutma sisteminin düşük basınç değerlerinde çalışmasıdır. Bu yüzden dışardan sisteme olabilecek hava sızıntılarını önlemek amacıyla sistem bağlantı elemanlarına özellikle dikkat edilmelidir. Eriyiğin diğer bir dezavantajı yüksek viskoziteye sahip olmasıdır. Bu dezavantajlar uygum tasarım şartları ile aşılabilir. Eriyiğin yüksek güvenirlilik, yüksek stabilizasyon, yüksek gizli ısı gibi bir takım avantajları vardır (Horuz,1998). Lityum bromür-su eriyiğinin hal denklemleri Lityum bromür-su eriyiğinin hal denklemleri şu şekildedir (Horuz,1990). Su buharının doyma basıncı P d =f(t) T p1 = [(T*1,8)+32], F (3.7) T P = (T P1 +459,7), R (3.8) P d = 6,89643 * P, kpa (3.9) P T : Suyun doyma basıncı, Psi : Suyun sıcaklığı, C Doymuş sıvı fazındaki su entalpisi h s = 2,326 ( 1,001*T hs - 32,05 ) (3.10) T hs = ( T 1,8 ) + 32 (3.11) T h s : Suyun sıcaklığı, C : Doymuş sıvı fazındaki su buharı entalpisi, kj/kg

37 22 Kızgın buhar fazındaki su buharı entalpisi h k = 2,326*[(0,00274 T hs ) 0,989805) P d + (0,44942 T hs +1060,8)] (3.12) Burada; T : Suyun sıcaklığı, C P d h k : Suyun basıncı, kpa : Kızgın su buharının entalpisi, kj/kg Libr-su eriyiğinin sıcaklığı (3.13) Çizelge 3.1. Libr-su eriyiği sıcaklığı belirleme katsayıları a 0 = -2,00755 b 0 = 124,937 a 1 = 0,16976 b 1 = -7,7165 a 2 = -3,1333*10-3 b 2 = 0, a 3 = 1,97668*10-3 b 3 = -7,9509*10-4 T e x T SA : Eriyik sıcaklığı, C : Lityum brömür kütle yüzdesi : Soğutucu akışkan sıcaklığı Libr-su eriyiğinin entalpisi (3.14) (3.15) (3.16) (3.17) (3.18)

38 Amonyak-su eriyiğinin özellikleri Amonyak-su çifti kullanan absorpsiyonlu soğutma sistem düşük sıcaklık istenen büyük kapasiteli endüstriyel uygulamalar için uygundur. Amonyak-su çifti ile çalışan sistemin ana problemi suyun uçuculuğudur. Bu sorundan dolayı kaynatıcıda eriyikten ayrılan soğutucu akışkan olan amonyak bir miktar su muhteva eder. Eğer bu suyun kondensere ve buharlaştırıcıya geçmesine izin verilirse buharlaştırıcı sıcaklığı yükselir ve soğutma etkisi azalır. Bu yüzden amonyak-su ile çalışan aborpsiyonlu soğutma sisteminde kaynatıcıdan sonra bir de ayrıştırıcı kullanılmak zorundadır (Horuz,1998). Amonyak zehirli ve kansorejen olduğundan kaçak olması durumunda zararlıdır. Amonyak bakır ve bakır alaşımlı malzemelere zarar verdiğinden dolayı çelik malzeme kullanılmak durumundadır. Ayrıca sistem basıncı yüksek olduğundan et kalınlığı fazla malzeme kullanılmak durumundadır. Bu gibi özellikler maliyeti arttırır (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 256,258). Amonyak-su eriyiğinin hal denklemleri Amonyak-su eriyiğinin hal denklemleri şu şekildedir (Sun,1998). Amonyak basınç-sıcaklık denklemi Burada; P : Basınç, kpa T : Sıcaklık, K Amonyak entalpi denklemi

39 24 Çizelge 3.2. Amonyak entalpi denklem katsayıları i a i b i c i 0 4,2871*10-1 1,9879*10 2 1,4633* ,6001*10-2 4,4644*10 0 1,2839* ,3652*10-4 6,2790* ,1501* ,6132*10-6 1,4591* ,1523* ,4303* ,5262*10-6 1,9055* ,2491* ,8069*10-8 2,5608* ,2741* ,9054* ,5964*10-10 Standart hata 1,6*10-3 8,5626*10 0 1,059*10 Ortalama sapma 1,252*10-2 5,566*10-3 3,679*10-3 Burada; h l h v T : Doymuş sıvı amonyak entalpisi : Doymuş buhar amonyak entalpisi : Sıcaklık, K Amonyak-su eriyiği konsantrasyon denklemi B T (3.23) (3.24) Amonyak-su eriyiği entalpi denklemi

40 25 Çizelge 3.3. Amonyak-su eriyiği entalpi denklemi katsayıları i m i n i a i i m i n i a i ,61080* ,84179* ,56905* ,41609* ,47092* ,91844* ,25952* ,61309* ,58854* ,22106* ,19084* ,07588* ,14314* ,87393* ,18157* ,50716*10 0 Burada; h = Amonyak-su eriyiğinin entalpisi T = Amonyak mol kesri = Sıcaklık, K Amonyak-su eriğinin özgül hacmi Burada; v = Özgül hacim, m 3 /kg T = Sıcaklık, K Çizelge 3.4. Amonyak-su eriyiği özgül hacim denklemi katsayıları i j a ij i j a ij 0 0 9,9842* ,5489* ,8161* ,2261* ,7601* ,4137* ,9076* ,4816*10-10

41 26 Çizelge 3.4. (devam) Amonyak-su eriyiği özgül hacim denklemi katsayıları 0 2-1,2006* ,2426* ,0567* ,8890* ,4056* ,8715* ,9851* ,7727* Lityum Bromür-Su Eriyiği Kullanılan Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Termodinamik Analizi Absorpsiyonlu soğutma sisteminin termodinamik analizine temel oluşturacak bir takım kabuller yapılması gerekir. Bu kabuller: - Her bir elemanın sıcaklıkları üniform ve sabit değerlerdedir. - Kaynatıcı ve kondenser basıncı, kondenser sıcaklığına karşılık gelen soğutucu akışkan doyma basıncıdır. - Buharlaştırıcı ve absorber basıncı, buharlaştırıcı sıcaklığına karşılık gelen soğutucu akışkan doyma basıncıdır. - Kaynatıcıdan ayrılan soğutucu buharının sıcaklığı ve basıncı, kaynatıcı sıcaklığı ve basıncındadır. - Kondenserden ayrılan soğutucu akışkan, doymuş sıvı basıncındadır. - Buharlaştırıcıdan ayrılan soğutucu akışkan, doymuş buhar fazındadır. - Absorberden ayrılan eriyik, absorber basınç ve sıcaklığında denge halindedir. - Kaynatıcıdan ayrılan eriyik, kaynatıcı basınç ve sıcaklığında denge halindedir. - Aynı sıcaklık ve konsantrasyon için, denge halindeki eriyik entalpisi dengesiz haldeki entalpi eşittir. - Absorber, kaynatıcı, buharlaştırıcı, kondenser içerisinde ve boru donanımında basınç kaybı meydana gelmemektedir. - Sisteme iş girişi ihmal edilebilir. (Pompa işi küçük) - Kondenser ve absorber aynı kaynak tarafından soğutulduğundan, absorber çıkış sıcaklığı, kondenser çıkış sıcaklığına eşittir.

42 27 Absorpsiyonlu soğutma sistemini oluşturan her bir eleman sürekli akışlı sürekli açık sistem (SASA) olarak ele alınıp, her biri için ayrı ayrı süreklilik denklemi ve Termodinamiğin 1. kanunu yazılırsa ısıl kapasitelerin tespiti mümkün olur. Burada; m g m ç : Giren kütle miktarı, kg/s : Çıkan kütle miktarı, kg/s Termodinamiğin I. kanunu Burada; Q : Alınan veya verilen ısı miktarı, kw W : Alınan veya verilen iş miktarı, kw H ç H g : Çıkan entalpi : Giren entalpi Entalpi, kütle miktarı ile özgül entalpi çarpımından elde edilir. H = m*h (3.30) Sistemin her bir noktasında basınç ve sıcaklığı tespit etmek nispeten kolay olduğundan, basınç ve sıcaklık değerlerine karşılık gelen her bir elemanın giriş ve çıkış noktalarındaki özgül entalpiyi hesaplamak mümkündür. Fakat özgül entalpi değerinden, entalpi değerini hesaplayabilmek için her bir elemandan geçen kütle miktarının tespiti gerekir ki, bu pek kolay değildir. Basit absorpsiyonlu soğutma sisteminde tespit edilmesi gereken toplam üç adet kütle miktarının olduğu görülür ki, bunlar sırasıyla zengin ve fakir eriyik debileriyle, soğutucu akışkan debisidir. Bir soğutma sisteminin soğutma kapasitesi biliniyorsa, soğutucu akışkan debisi kolaylıkla hesaplanabilir. Fakat zengin ve fakir eriyik debilerinin tespiti pek kolay bulunamaz. Bu sebeple, izah edilen termodinamik analiz, debilerden

43 28 bağımsız veya daha doğrusu sadece soğutucu akışkan debisine göre yapılan bir analizdir (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 259,270). Şekil 3.2 de ana elemanları verilmiş olan absorpsiyonlu soğutma sisteminin termodinamik analizi kütle dengesinden yola çıkarak yapılmakta ve sistemin STK sı bulunmaktadır. 1 Kaynatıcı 7 8 Şekil 3.6. Kaynatıcı şematik şekli Kaynatıcı (SASA) : Süreklilik denklemi : m 7 = m 8 +m 1 (3.32) Kaynatıcıdaki LiBr dengesi : m 7 *X 7 = m 8 *X 8 (3.33) Burada; m 7 : Fakir eriyiğin debisi, kg/s X 7 : Fakir eriyiğin konsantrasyonu, % X 8 : Zengin eriyiğin konsantrasyonu, % (m 7 +m 1 )*X 6 = m 7 *X 7 (3.34) Süreklilik denkleminin her iki tarafı m 1 ile bölünürse;

44 29 Her bir noktada basınç ve sıcaklık değeri bilinirse, her nokta için konsantrasyon değeri ilgili tablolardan bulunabilir. Dolayısıyla, kütlesel debilerin oranlar konsantrasyon oranlarına bağlı olarak hesaplanabilir. Kütlesel debi oranlarının payda kısmındaki soğutucu akışkan debisi m 1 tesadüfi değildir. Zira soğutucu akışkan debisi, sistemin soğutma kapasitesi bilindiğinde kolaylıkla hesaplanabilecek bir değer olduğundan, sistemi oluşturan bütün elemanların kapasitelerinin, soğutucu akışkan debisine bağlı olması büyük bir kolaylık sağlayacaktır. Kaynatıcı ısıl kapasitesinin tespiti için daha önce belirtildiği gibi süreklilik denklemi ve termodinamiğin I. kanunu yazılırsa; Kaynatıcı basıncı sabit olduğundan = 0 olur ve yukarıdaki denklem, halini alır. Denklemin her iki tarafı m 1 ile bölünürse, Kondenser: Kondenser basıncı sabit olduğundan = 0 olur ve termodinamiğin I. kanunu, Q yoğ = m 2 *h 2 m 1 *h 1 (3.40) m 2 = m 1 dir. Denklemin her iki tarafı da m 1 ile bölünürse, Buharlaştırıcı: Buharlaştırıcı basıncı sabit olduğundan = 0 olur ve termodinamiğin I. kanunu,

45 30 (3.42) m 4 = m 3 = m 1 dir. Denklemin her iki tarafı da m 1 ile bölünürse, Absorber: Absorber basıncı sabit olduğundan = 0 olur ve termodinamiğin I. Kanunu, m 5 = m 7, m 4 = m 1, m 10 = m 8 dir.denklemin her m 1 e bölünürse (3.44) Her noktanın konsantrasyon ve entalpi değerleri bulunduktan sonra yapılması gereken termodinamik analiz kısmında ana elemanların ısıl kapasiteleri için verilen denklemleri uygulayarak ısıl kapasitelerin tespit edilmesidir. lnp Pkon Pbuh 1/T Tkon Tbuh Tsbs,g Tkay,g Tkay,ç Şekil 3.7. Basınç-sıcaklık grafiği

46 31 lnp 2 1 Pyoğ Tkayç 3 4 Pbuh h Şekil 3.8. Basınç-entalpi grafiği

47 32

48 33 4. ABSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN BİR SANAYİ KURULUŞUNA UYGULANMASI Bu bölümde absorpsiyonlu sistemlerin sanayiye uygulaması incelenecektir. Bu amaçla absorpsiyonlu sistemin uygulanabileceği bir işyeri itina ile seçilmiştir. Absorpsiyonlu soğutma sisteminin uygulamasının inceleneceği tesis olan Güney Çelik isimli firma Adana OSB de faaliyetlerini sürdürmektedir. Firma çelik hasır üretimi, galfanlı tel, galvanizli tel üretimi ile faaliyetlerini sürdürmektedir. Firma ile yapılan görüşmeler sonucunda işyeri idari binasının yaz aylarında soğutulmak istendiği, fakat bunun klasik buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri ile yapıldığında çok maliyetli olduğu dile getirilmiştir. Bunun üzerine fabrika idari binası ve imalat kısmında inceleme başlatılmıştır. Yapılan inceleme sonucunda bir üretim hattında bulunan, doğalgaz ile çalışan bir endüstriyel fırın bacasında yararlanılabilecek ısı potansiyeli olduğu düşünülmüş ve yapılan ölçümler sonucunda yeterli ısının bulunduğu anlaşılmıştır. Bunun üzerine firma yetkilisine atık ısı kaynaklı absorpsiyonlu soğutma sistemi uygulanabilirliğinin incelenmesi önerisinde bulunulmuştur. Atık ısı kaynaklı absorpsiyonlu soğutma sistemi uygulması incelenirken komple istemin iki kısımdan oluşacağı düşünülecektir. Birinci kısım absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarımı ve atık ısı kaynağına montajı, ikinci kısım ise fancoil sistemi olarak düşünülmektedir Soğutma Yükünün Belirlenmesi Sistemin soğutma yükü belirlenmesi amacıyla firma ile yapılan görüşmeler neticesince gerekli paylaşımlarda bulunularak yapılmıştır. Firmadan idari binanın mimari planı alınmıştır. Çalışma ofislerinin bulunduğu giriş katı ve 1. katın soğutma gereksiniminin bulunduğu anlaşılmaktadır. İlk iki katın soğutma hesabı Carrier programı kullanılarak yapılmıştır. Soğutma yükü 85 kw çıkmıştır. Soğutma yükü hesap çizelgeleri EK-1 de verilmiştir. Bina mimari planı EK-2 e bakılarak anlaşılabilir.

49 Atık Isı Belirlenmesi Fabrikada tel üretimi yapılmaktadır. Tel çekme makinesinde çekilen tel yapısında gerilimler, moleküler yapısında bozukluklar ve bunun gibi yapısal hatalar barındırır. Bu yapısal hataları gidermek amacıyla tel çekme makinesinden çıkan teller bir endüstriyel fırında ısıl işleme tabi tutulduktan sonra suda soğutulur ve tel istenen yapıya ulaşmış olur. Bu istenen yapıyı sağlamak amacıyla tel üzerinde çok yüksek sıcaklıklara ulaşılmak durumunda kalınmaktadır. Yüksek sıcaklıklara çıkılmak için sarf edilen ısının tamamı tele verilememektedir. Bu yüzden burada oluşan ısının bir kısmı mecburen baca ile dışarı salınmak durumunda kalınmaktadır. Doğalgaz ile çalışan bu endüstriyel fırın için dışarı salınan ısı kayıp demektir. Bu bacalarda atık ısı miktarını belirlemek amacıyla çeşitli ölçümler yapılmıştır. Fırındaki baca gazı sıcaklığı termal kamera ile ölçülmüş ve bu ölçümlerde ortalama 270 C sıcaklık olduğu görülmüştür. Bacalarda yapılan hız ölçümleri pitot tüpü aparatı olan çok fonksiyonlu ölçüm cihazıyla yapılmış ve bu yapılan ölçümler sonucu ortalama 7,5 m/s hız olduğu görülmüştür. Baca çapı bilindiği için buradan hacimsel debi kolayca hesaplanmıştır. Yine aynı bacalarda baca gazındaki yanma sonu gazlarının konsantrasyonlarını elde etmek amacıyla baca gazı analiz cihazıyla ölçümler yapılmıştır. Böylece içeriğindeki yanma sonu gaz konsantrasyonları kullanılarak baca gazının fiziksel özellikleri hesaplanmıştır. Şekil 4.1 de şematik olarak görülmekte olan endüstriyel fırında 3 adet baca bulunmaktadır. 1 numaralı baca etrafı absorpsiyonlu sistem kurmak için elverişli değildir. Firma 2 numaralı baca içerisine sarmal bir ısı değiştiricisi koymuş ve böylece 2 numaralı bacanın atık ısısını geri kazanmıştır. Bu bacaya koyulan ısı değiştiricisi vasıtasıyla işçilerin vardiya sonrası temizlik işlemleri için gerekli olan sıcak su ihtiyacı karşılanmıştır. 3 numaralı baca ise sistemi kurmak için elverişli olup firma ile yapılan görüşmeler sonunda sistemin buraya kurulması planlanmaktadır. Bacalar eşdeğer çapta olup her bir bacanın iç çapı 924 mm dir.

50 35 3 Nolu Baca 2 Nolu Baca 1 Nolu Baca Tel Çıkış Hattı Tel Giriş Hattı Şekil 4.1. Atık ısı kaynağı şematik şekli 4.3. Absorpsiyonlu Soğutma Sistem Dizaynı ve Parametrelerin Seçimi İşyerindeki alanın elverişli kullanımı ve işyerindeki şartlar değerlendirilerek bir sistem kurulması, bakım onarım koşulları gibi etkenler de bu sistemi ve parametreleri seçerken göz önünde bulundurulmuştur. Piyasada satılan absorpsiyonlu çiller grupları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Araştırmalara göre piyasada satılan absorpsiyonlu çiller grupları tahrik edilme şekilleri farklılık göstermektedir. Absorpsiyonlu çillerlerin tahrik biçimleri olarak çeşitlerini şu şekilde gruplandırabiliriz. - Doğalgaz tahrikli (Direk tahrikli) - Kızgın buhar tahrikli - Sıcak su tahrikli - Yanma sonu gazları tahrikli Absorpsiyonlu soğutma sisteminin STK sını artırmak amacıyla çift kademeli ya da daha yüksek sayıda kademeli yapılması mümkündür. Fakat işyerindeki alanın etkin bir şekilde kullanılması için bu şekilde konfigürasyonlar mümkün değildir. Ayrıca uygulanması incelenen sistemin çok karmaşık olmaması istenmektedir. Sistemde fazla eleman kullanılması hem karmaşıklığı artırmakta hem de ilk yatırım maliyetini artırmaktadır. Bu ve benzeri sebeplerden tek kademeli absorpsiyonlu soğutma sistemi kurulması

51 STK 36 planlanmaktadır. Sistem STK sını artırmak amacıyla absorber ve kaynatıcı arasına eriyik eşanjörü kullanılacaktır. Yapılan araştırmalara göre ticari firmaların tasarlamış oldukları ve şu an serbest piyasada satılan absorpsiyonlu çillerler iki farklı eriyik çeşidi kullanmaktadırlar. Bu eriyikler ise libr-su eriyiği ve amonyak-su eriyiğidir. Bu iki eriyik içerisinde ise en çok libr-su eriyik çifti kullanıldığı görülmüştür. Kurtulmuş ve Horuz (2013) Şekil 4.2 de görüldüğü üzere 4 farklı eriyik çiftini karşılaştırmış ve STK performansı olarak en iyi eriyiğin libr-su çifti olduğunu göstermişlerdir. 0,8 0,7 T kay =90 C T kon =35 C 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 (STK)Lityum Bromur-Su (STK)Amonyak-Sodyum Thiokyanat (STK)Amonyak-Lityum Nitrat (STK)Amonyak Su Buharlaştırıcı Sıcaklığı Şekil 4.2. Buharlaştırıcı sıcaklığı STK değişimi grafiği (Kurtulmuş ve Horuz,2013) Firmaların libr-su çiftini çok fazla kullanıyor olma sebebi STK nın diğer eriyik çiftlerine oranla daha yüksek olmasıdır. Özellikle 2 kademeli ve 3 kademeli libr-su çifti kullanan ve aynı zamanda eşanjör kullanan absorpsiyonlu çillerlerde STK oldukça yükselmektedir. Fakat bu avantajlarına rağmen en büyük dezavantajı ise libr-su çiftinin kristalizasyon riskidir. Şekil 4.3 te libr-su çiftinin kristalizasyon durumunun sıcaklıkla değişim grafiği verilmiştir.

52 Kristalizasyon Sıcaklığı ( C) 37 Konsantrasyon Şekil 4.3. Konsantrasyon kristalizasyon sıcaklığı değişimi grafiği Kristalizasyon riskine karşı sistem elemanlarının çalışma sıcaklıkları özenle seçilmelidir. Ticari absorpsiyonlu sistemlerin çoğunun su soğutmalı olarak tasarlandığı görülmüştür. Fakat su soğutmalı çillerde kullanılan soğutma kulesinin dezavantajları vardır. Bu dezavantajlar şu şekilde sıralanabilir: - Kurulum alanı gerektirmesi - İlk yatırım maliyetini artırması - Sürekli işletme maliyeti bulunması - Lejyoner hastalığına sebep olan bakteri için uygun ortam sağlaması 1970 lerin ortasından itibaren hava soğutmalı absorpsiyonlu çiller tasarımı araştırılmaya başlanmıştır. Bir çok hava soğutmalı çiller analizi yapılmış, tasarlanmış, prototipler yapılmış, testler yapılmıştır. Tasarlanan ürünlerden bir kaç tanesi piyasaya sürülmüştür. Bunlardan bir tanesi Yazaki firmasının üretimi olan Yazaki ACH-8 modelidir. Bu model direk tahrikli hava soğutmalı absorpsiyonlu çillerdir. Yazaki ACH-8 modeli eriyik olarak LiBr/LiCl/LiNO3 kullanmaktadır. Şu an Yazaki firmasının kataloglarında bu ürün yer almamaktadır (Tiaxlcc,2005).

53 38 Bir diğer ticarileşen hava soğutmalı absorpsiyonlu çiller ise Rotartica firmasının ticarileştirdiği Rotartica solar 045 modelidir. Bu model güneş enerjisi ile tahrik olmaktadır ve 4,5 kw güç üretmektedir. Eriyik çifti olarak libr-su çifti kullanmakta ve inhibitör kullanmamaktadır. Bu model dolaylı hava soğutmalı olarak adlandırılmaktadır. Çünkü Şekil 4.4 de görüldüğü üzere kondenser ve absorber direkt olarak hava ile soğutulmamaktadır. Kondenser ve absorber soğutma suyu ile soğutulduktan sonra ısınan soğutma suyu bir fan-coil vasıtasıyla soğutulmakta ve soğuyan su sisteme tekrar dönmektedir. Rotartica solar 045 modeli şuan piyasada bulunmamaktadır (Lizarte,2013). Kaynatıcı Kondenser Absorber Buharlaştırıcı Şekil 4.4. Rotartica solar 045 şematik şekli (Lizarte,2013) Bir diğer hava soğutmalı absorpsiyonlu çiller üretici firma ise Robur markasıdır. Robur firmasının absorpsiyonlu çilleri yaklaşık 18 kw gücündedir ve doğalgaz ile tahrik olmaktadır. Şekil 4.5 de görülmekte olan ürün amonyak-su çiftini çalışma akışkanı olarak kullanmaktadır. Robur firmasının literatüre açık olan dokümanlarında kaynatıcı sıcaklığı 130 ºC ve 19 bar verilirken kaynatıcıya verilen enerji için 25,7 kw kapasiteli tek kademeli doğalgaz brülörü kullanıldığı bildirilmektedir. Sistemin düşük basıncı 4 bar ve ayırıcıdan ayrılan buharın sıcaklığı ise 75ºC olarak verilmektedir.

54 39 Şekil 4.5. Robur marka ısı pompasının şematik şekli (Dön,2010) Horuz ve Callander (1994), Şekil 4.5 de gösterilen soğutma çevriminde, buharlaştırıcıdan alınan kapasiteyi 10 kw alarak deneysel bir çalışma yapmışlar. Bu deneyde sisteme 23,2 kw lık ısı enerjisi girdisi sağlanırken çözelti pompası ve soğutma suyu pompası için 0,37 kw, fan için ise 0,25 kw lık elektrik ihtiyacı olmuştur (Dön,2010). Şekil 4.6. Robur marka ısı pompası akış diyagramı (Dön,2010) Yukarıda verilmiş olan bilgiler ve yapılan araştırmalar ışığında firma için gerekli olan soğutma yükünü karşılamak için kurulması planlanan absorpsiyonlu soğutma sisteminde kullanılması planlanan eriyik çifti libr-su çifti olarak seçilmiştir. Bu seçimde en etkili

55 40 faktör ise eriyiğin STK sının diğer eriyiğe göre yüksek olması ve buharlaşma sıcaklığının 0 C nin üstünde olmasıdır. Bu sayede sistem elemanlarının boyutları önemli ölçüde küçülecektir. Aynı şekilde, uygulaması incelenen absorpsiyonlu soğutma sisteminde soğutma yükü oldukça büyük olduğundan, sistem su soğutmalı olarak tasarlanacaktır. Bu seçimi etkileyen en önemli faktör ise kristalizasyon riski olmuştur. Libr-su çifti kullanan su soğutmalı absorpsiyonlu soğutma sisteminde sistem elemanlarının çalışma sıcaklıkları seçilirken kristalizasyon riskine dikkat edilmiştir. Kondenser çalışma sıcaklığı: Kondenser sıcaklığı soğutma kulesindeki suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları dikkate alınarak 40 C olarak belirlenmiştir. Buharlaştırıcı çalışma sıcaklığı: Hava soğutma amaçlı kullanılan fan-coiller genel olarak 7 C giriş ve 12 C çıkış sıcaklıklarında çalışmaktadır. Yapılan araştırmalarda firmaların kullandıkları sistemlerde buharlaşma sıcaklıkları 2 C ye kadar düşebilmekte olduğu görülmüştür. Fakat düşük sıcaklıklar çok riskli olduğundan buharlaştırıcı sıcaklığı 4 C olarak seçilmiştir. Kaynatıcı çalışma sıcaklığı: Kaynatıcı çalışma sıcaklığı seçiminde kristalizyon riskine dikkat edilmiştir. Kaynatıcı sıcaklığının yüksek seçilmesi durumunda eriyik içindeki su fazladan buharlaşarak eriyiğin kristalize olmasına sebep olabilir. Kaynatıcı sıcaklığının düşük seçilmesi durumunda ise sistem STK sı düşecek dolayısıyla sistem eleman boyutları büyüyecek bu da ilk yatırım maliyetini etkileyecektir. Bu sebepler göz önünde bulundurularak kaynatıcı sıcaklığı 90 C olarak seçilmiştir.

56 41 Absorber çalışma sıcaklığı: Absorber çalışma sıcaklığı seçiminde kristalizasyon riskine dikkat edilmiştir. Aynı zamanda soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıkları dikkate alınarak absorber çalışma sıcaklığı 40 C seçilmiştir Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Elemanlarının Yüklerinin Belirlenmesi Sistemin termodinamik analizi yapılırken tek kademeli eşanjörlü bir çevrim (Bkz. Şekil 3.2) esas alınarak klasik yöntemler izlenmiş ve tablolardan yararlanılmıştır. İlk olarak sistemin alt ve üst basınçlarını bulmaya çalışırsak; Eş. 3.6 kullanılarak buharlaştırıcı çıkış sıcaklığındaki su buharının doyma basıncı P d = 0,812 kpa olarak bulunmuştur. Eş. 3.6 kullanılarak kondenser çıkış sıcaklığındaki doymuş su basıncı P kon =7,375 kpa olarak bulunmuştur. Sistemde dolaşan eriyiğin konsantrasyon oranlarını bulmak için; Absorberden çıkan libr bakımından fakir eriyik konsantrasyonunu bulmak için Eş kullanılarak P 5 =P buh = 0,812 kpa ve eriyik sıcaklığı 40 C için X 5 =Xf = 58,44 olarak elde edilir. Kaynatıcıdan çıkan libr bakımından zengin eriyik konsantrasyonunu bulmak için Eş kullanılarak P 7 =P kon = 7,375 kpa ve eriyik sıcaklığı 90 C için X 8 =X z = 62,098 olarak elde edilir.

57 42 Yapılacak termodinamik analiz için sistem elemanlarından çıkış sıcaklıkları şu şekilde listelenirse; Absorber çıkış sıcaklığı T 5 = 40 C Kondenser çıkış sıcaklığı T 2 = 40 C Kaynatıcı çıkış sıcaklığı T 1 = 90 C Buharlaştırıcı çıkış sıcaklığı T 4 = 4 C Eriyik eşanjörü çıkış sıcaklığı T 7 = 61,5 C Eriyik eşanjörü çıkış sıcaklığı T 9 = 65,5 C Eriyik eşanjörü etkenliği 0,5 olarak alınmıştır. Dolaşım oranı: Buharlaştırıcı yük hesabı T3 Tç Tg BUHARLAŞTIRICI T4 Şekil 4.7. Buharlaştırıcı şematik şekli P d = 0,812 kpa olarak bulunmuştu. Buharlaştırıcı basıncındaki doymuş buhar entalpisi Eş kullanılarak h 4 = 2506,73 kj/kg olarak bulunur. Kondenser basıncındaki doymuş su entalpisi Eş kullanılarak h 2 = 167,59 kj/kg olarak bulunur. h 3 =h 2 =167,59 kj/kg q buh =2506,73-167,59 =2339,14 kj/kg

58 43 Toplam soğutma yükü olan 85 kw lık gücü kayıplardan dolayı 90 kw olarak alırsak; ṁ 1 =Q buh /q buh = 90/ 2339,140 = 0,03847 kg/s olarak elde edilir Kondenser yük hesabı Tç Tg KONDENSER T1 T2 Şekil 4.8. Kondenser şematik şekli Kondenser basıncındaki kızgın buhar entalpisi Eş kullanılarak h 1 =2662,384 kj/kg olarak bulunur. Kondenser basıncındaki doymuş su entalpisi h 2 = 167,59 kj/kg olarak bulunmuştu. q kon =167, ,384=-2494,794 kj/kg elde edilir. Kondenserden geçen soğutucu akışkan miktarı ile birim kütlenin ısıl gücü çarpılırsa Q kon = ṁ 1 *q kon = 0,03847*2494,794= 95,9747 kw Kondenser gücü 95,974 kw elde edilir Eriyik eşanjörü yük hesabı T7 T8 ERİYİK EŞANJÖRÜ T9 T6 Şekil 4.9. Eriyik eşanjörü şematik şekli Eş kullanılarak eriyik entalpileri bulunabilir.

59 44 8 noktasındaki eriyik eşanjörü girişindeki eriyik derişimi ve sıcaklığı bilindiğinden, X 8 =X z = 62,098 ve T 8 = 90 C için h 8 = 221,212 kj/kg olarak bulunur. 6 noktasındaki eriyik eşanjörü girişindeki eriyik derişimi ve sıcaklığı bilindiği için, X 5 =X 6 =X f = 58,44 ve T 5 =T 6 = 40 C için h 6 = 107,8 kj/kg olarak bulunur. 9 noktasındaki eriyik eşanjörü çıkışındaki eriyik derişimi ve sıcaklığı bilindiği için, X 8 =X 9 =X z = 62,098 ve T 9 = 65,5 C için h 9 = 175,84 kj/kg olarak bulunur. 7 noktasındaki eriyik eşanjörü çıkışındaki eriyik derişimi ve sıcaklığı bilindiği için, X 6 =X 7 =X f = 58,44 ve T 7 = 61,5 C için h 7 = 150,48 kj/kg olarak bulunur Kaynatıcı yük hesabı Tç T1 KAYNATICI Tg T7 T8 Şekil Kaynatıcı şematik şekli Kaynatıcıya giren ve çıkan eriyik derişimleri ve entalpileri bilinmektedir. Kaynatıcıdan çıkan kızgın su buharı entalpisi h 1 = 2662,384 kj/kg elde edilmişti. Kaynatıcıda; q kay = f*h 8 +h 1 -(f+1)*h 7 = 3641,49 kj/kg Kaynatıcıdan geçen soğutucu akışkan miktarı ile birim kütlenin ısıl gücü çarpılırsa Q kay = ṁ 1 *q kay = 0,03847* 3641,49= 140,088 kw Kaynatıcı gücü 140,088 kw elde edilir.

60 Absorber yük hesabı T10 T5 T4 ABSORBER Tç Tg Şekil Absorber şematik şekli Absorbere giren ve çıkan eriyik derişimleri ve entalpileri bilinmektedir. q kay =(f+1)*h 5 -h 4 f*h 10 = -3484,168 kj/kg Absorberden geçen soğutucu akışkan miktarı ile birim kütlenin ısıl gücü çarpılırsa Q abs = ṁ 1 *q abs = 134,036 kw Absorber gücü 134,036 kw elde edilir. Daha sonraki işlemlerimizde eriyik debileri de kullanılacaktır. Kaynatıcı dengesinden eriyik debileri ise şu şekilde bulunabilir. ṁ 8 = 0,6146 kg/s ṁ 7 = 0,65306 kg/s 4.5. Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi Elemanlarının Tasarlanması ve Boyutlandırılması Sistem elemanları tasarlanırken absorpsiyonlu çiller üreticilerinin ürünlerin tasarım şekli itina ile incelenmiştir. Yanma sonu gazları ile çalışan absorpsiyonlu soğutma sistemleri genelde soğutma-ısıtmagüç sistemlerine kurulan sistemler olup, güç santrallerindeki yanma sonu gazlardaki atık ısı ile tahrik olmaktadırlar. Firma ürün gamlarına baktığımızda yanma sonu gazlarla tahrik olan absorpsiyonlu soğutma sistemleri genellikle çok büyük kapasitelidir.

61 46 İş yerinde kurulması planlanan absorpsiyonlu soğutma sistem şematik olarak Şekil 4.12 de gösterilmektedir. Absorpsiyonlu soğutma sistemi elamanları şekilde gösterildiği üzere uygulanması planlanmaktadır. Kaynatıcı kısmı baca içerisine yerleştirilecek olup daha sonraki bölümlerde detaylı olarak anlatılacaktır. Şekil 4.12 de gösterilmekte olan absorpsiyonlu soğutma sisteminin çalışma prensibi şu şekildedir. Absorberdeki fakir eriyik, eriyik pompası vasıtasıyla kaynatıcıya pompalanır. Fakir eriyik, kullanılacak olan bir eriyik eşanjörü ile kaynatıcıya girmeden sıcaklığı yükseltilir. Kaynatıcıya giren fakir eriyiğin sıcaklığı yükselir ve kaynamaya başlar. Kaynayan eriyikten su ayrılmaya başlar ve eriyik zengin eriyik halini alır. Buharlaşan su bir boru vasıtasıyla kondensere gitmektedir. Kondenser yatay boru demetinden oluşmaktadır. Boruların içinden soğutma suyu geçerken kaynatıcıdan gelen kızgın buhar boru dışarısında yoğuşarak buharlaştırıcıya doğru yol almaya başlar. Doymuş sıvı halini alan su bir kısılma vanasından geçerek buharlaştırıcıya girer. Buharlaştırıcı yatay boru demetinden oluşmakta ve absorberin her iki yanında bulunmaktadır. Yatay boru demetindeki boruların içinden fancoillere gönderilecek su geçmektedir. Buharlaştırıcıya gelen doymuş sıvı dağıtıcı hazne içerisine alınarak boru demeti üzerine akıtılır. Boru demeti üzerinde yer çekimi kuvveti etkisiyle film şeklinde akan sıvı buharlaşarak boru içerindeki sudan ısı çeker. Böylece istenen sıcaklıkta fancoile gönderilecek su elde edilmiş olur. Buharlaştırıcıda film şeklinde akan suyun tamamının tek geçişte buharlaşmama ihtimali göz önünde bulundurularak buharlaştırıcı alt kısmına bir adet sirkülasyon pompası yerleştirilir. Bu sirkülasyon pompası otomatik kontrol sistemi ile kontrol edilir. Buharlaştırıcı içerisindeki buharlaşmamış su belli seviyeye geldiğinde çalışır ve buharlaşmamış suyu boru demetinin hemen üzerinde bulunan dağıtıcı hazneye gönderir. Böylece su tekrar sisteme kazandırılmış olur. Buharlaştırıcıdan doğmuş buhar olarak çıkan su absorbere girer. Bu sırada kaynatıcıdan ayrılan zengin eriyik absorbere doğru yol almaya başlar. Absorbere giderken bir eşanjöreden geçerek absorberden gelen fakir eriyiğe

62 47 Kaynatıcı Kondenser Eriyik eşanjörü Absorber Buharlaştırıcı Absorber geri besleme pompası Eriyik pompası Buharlaştırıcı geri besleme pompası Şekil Absorpsiyonlu soğutma sistemi elemanları şematik şekli ısısını verir ve böylece sıcaklığı düşer. Absorber yatay boru demetinden oluşmaktadır. Boruların içerisinden soğutma suyu geçmekte ve boruların dış kısmından eriyik film şeklinde akıtılmaktadır. Buharlaştırıcıdan gelen doymuş buhar hemen dağıtıcı hazne alt kısmına verilir. Dağıtıcı hazneden akan zengin eriyik damlacıkları buharlaştırıcıdan gelen doymuş buharı sürükleyerek aşağı doğru götürür. Temas noktasından itibaren kütle transferi başlar ve doymuş buhar zengin eriyik ile karışır ve eriyik fakirleşir. Boruların üzerinden film şeklinde akarken ısısını suya vererek absorber tabanına ulaşır. Absorber

63 48 tabanında iki adet pompa bulunmaktadır. Pompalardan bir tanesi eriyik pompası diğeri ise absorber geri besleme pompasıdır. Buharlaştırıcıdan gelen doymuş buhar dağıtıcı hazneden gelen zengin eriyik damlacıkları tarafından tamamen sürüklenemezse eriyik istenen konsantrasyonlara gelemez. Bu durumda otomatik kontrol sistemi ile yönlendirilen pompadan absorber geri besleme pompası absorber tabanındaki eriyiği tekrar dağıtıcı hazne içerisine pompalar. İstenen konsantrasyona erişen eriyik, eriyik pompası tarafından kaynatıcıya pompalanır ve böylece çevrim tamamlanmış olur Kaynatıcı tasarımı ve boyutlandırması Kaynatıcı iş yerindeki endüstriyel fırın bacasına monte edilecektir. Kaynatıcı tasarımı yapabilmek amacıyla araştırmalar yapılmış ve absorpsiyonlu soğutma sisteminde kullanılmakta olan çeşitli tasarımlara rastlanmıştır. Bunlardan bir tanesi Şekil 4.13 de görülmektedir. Borular baca içerisine yerleştirilir. Boru içerisinden duman geçmektedir. Dış kısmındaki haznede ise libr-su eriyiği giriş çıkışı olur. Çalışma prensibi olarak haznede gerçekleşen havuz kaynamasıyla su eriyik içerisinden ayrılır ve hazne üst kısmından ayrılır. Hazne içerini doldurmak amacıyla çok miktarda eriyik gerekmektedir. Bu dezavantaj maliyeti etkilemektedir (Kren,2008). Kızgın buhar Kızgın buhar Eriyik çıkışı Eriyik çıkışı Eriyik girişi Baca gazı Eriyik girişi Baca gazı Şekil Farklı kaynatıcı konstrüksiyonları (Kren,2008)

64 49 Diğer tasarım şekli ise dikey borulu kaynatıcıdır. Şekil 4.13 te görülmekte olan dikey boruların içerisinde eriyik geçerken kaynama meydana gelir. Böylece kızgın buhar elde edilmiş olur. Bu tür kaynatıcı avantajlıdır. Çünkü oldukça kompakt bir yapıya sahiptir ve eriyik sarfiyatı diğer tipe göre oldukça azdır (Kren,2008). Dikey borulu kaynatıcı hem az miktarda eriyik sarfiyatı hem de kompakt yapısı gereği kurulması planlanan sistem için uygun olduğu düşünülmüştür. Bu yüzden kanatlı dikey borulu kaynatıcı tasarımı yapılmıştır. C A B Şekil Kaynatıcı konstrüksiyonu şematik şekli Şekil 4.14 de görülmekte olan kaynatıcı bacaya bu Şekil 4.15 te görüldüğü üzere monte edilecektir. Fakir eriyik girişi ve zengin eriyik çıkışında eriyiğin borulara aynı anda girmesi ve aynı anda çıkması için tasarım bu şekilde yapılmıştır. Kaynatıcı boyutları A B C Boru iç çapı, d i Boru dış çapı, d d Boru aralığı, L : 949,9 mm : 41,3 mm : 1000 mm : 17,08 mm : 21,3 mm : 41,3 mm

65 Buhar çıkışı Baca gazı çıkışı Eriyik çıkışı Eriyik girişi Baca gazı girişi Şekil Kaynatıcının bacaya monteli hali Baca gazı girişi Baca gazı çıkışı 50

66 51 İç taşınım katsayısı hesabı: Cehn(1966) yapmış olduğu çalışmada dikey borularda akış kaynaması ile ilgili denklem sunmuştur. Çekirdek kaynaması ısı transfer katsayısı: [ ] Burada, h çk =Çekirdek kaynaması ısı transfer katsayısı T doy = T duvar T doy (4.3) P doy = P duvar - P doy (4.4) Konveksiyon ısı transfer katsayısı: [ ] Burada, h kk : Konveksiyon ısı transfer katsayısı x : Buhar kuruluğu (ṁ buhar /ṁ toplam ) ( ) ( ) ( ) ( )

67 52 Florides (2003) çalışmasında libr-su eriyiğinin fiziksel özelliklerini veren denklemleri sunmuştur. 90 C sıcaklıktaki ve ortalama %60 konsantrasyondaki libr-su eriyiğinin fiziksel özellikleri: ρ s : 1677,239kg/m 3 µ s : 0,002382kg/ms c ps k s : 1926,04 J/kgK : 0,48866 W/m 2 K Charters, Megler, Chen ve Wang (1982) yapmış olduğu çalışmadan eriyiğin yüzey gerilimi alınmıştır. σ s : 0,077 N/m 90 C sıcaklıktaki suyun özellikleri: h sb : J/kg ρ b : 0, kg/m 3 µ b : 1,20895*10-5 kg/ms Toplam eriyik debisi, ṁ : 0,65306 kg/s Kaynatıcı genişliğindeki boru sayısı, n s : 23 adet Kaynatıcı derinliğindeki boru sayısı, n d : 1 adet Toplam boru sayısı, n tb : 23 adet Her bir borudaki kütlesel debi : ṁ/23= 0,02839kg/s Her bir borudaki kütlesel hız, G : 123,98 kg/m 2 s Buhar kuruluğu, x : m buhar / m toplam = 0,3847/ 0,65306= 0,0589 Konveksiyonla ısı transfer katsayısı: Çekirdek kaynaması ısı transfer katsayısı:

68 53 0,3928 Toplam iç taşınım katsayısı: Dış taşınım katsayısı hesabı: Baca gazının giriş ve çıkış sıcaklığı ortalamasında (252 C) fiziksel özellikleri: ρ : 0,7068kg/m 3 µ : 2,60844*10-5 kg/ms c p k : 1113,67 J/kgK : 0,04034 W/m 2 K Pr : 0,74348 w min : 12,12 m/s n, cmdeki kanat sayısı : 2 Kanat yüksekliği : 10 mm Boru boyunca kanat sayısı, n tk : 198 adet Havanın geçtiği dik kesit alanı, A c : 0,4144m 2 Kanat alanı, A kanat : 2*n tk *(A*B-(3,14*d 2 d /4*n tb ))=12,29 m 2 Boru iç alanı, A i : 3,14*d i *C*n tb =1,23 m 2 Boru dış alanı, A b : 3,14*d d *C*n tb =1,53 m 2 Toplam alan, A : A=A b +A kanat =13,83 m 2 Hidrolik çap, D h : 4*B*A c /A=0,00495 Kanatlı borulu ısı değiştiricilerinde cm deki kanat sayısına göre Re sayısına bağlı olarak St.Pr 2/3 ün değişiminden St.Pr 2/3 = 0,0076 olarak okunur.

69 54 h d = 88,40W/m 2 K Kanat verimi: Kanat malzemesi aliminyum olup K al = 230W/m 2 K Silindirik boru çevresinde dikdörtgen kesit alanlı kanatçık için kanat verimi şu şekilde bulunabilir (Yılmaz,1999:77) Kanatçık verimi: [ ] Olarak bulunur. Kirlilik faktörleri (Genceli,2005:92): İç kısımdaki kirlilik için kirlilik faktörü R f = 0,0001 Dış kısımdaki kirlilik için dizel egzoz gazı kirlilik faktörü R f = 0,0002

70 55 Metal direnci: Kaynatıcıdaki boruların malzemesi 316 kalite paslanmaz çeliktir. Olarak bulunmuştur (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 142). Ortalama taşınım katsayısı hesabı: Ortalama taşınım katsayısı şu şekilde bulunabilir (Genceli,2005:98). K=67,71W/m 2 K Ortalama taşınım katsayısı bu tür eşanjörlerdeki taşınım katsayısı değerleriyle uyumludur. Horuz ve Callender (1994) yaptıkları örnek kaynatıcı hesaplarında ortalama taşınım katsayıları için 56W/m 2 K ve 124W/m 2 K arasında değerler bulmuşlardır. T m hesabı: T bgg =260 C T bgç =225 C T k =90 C Şekil Kaynatıcıdaki ısı dağılımı Burada; T bgg T bgç T k : Baca gazı giriş sıcaklığı : Baca gazı çıkış sıcaklığı : Kaynatıcı sıcaklığı

71 T max =T bgg -T k (4.19) T min =T bgç -T k (4.20) Kaynatıcı gücü hesabı: Buhar çıkışı 949,9 41, ,3 Eriyik çıkışı Eriyik girişi Şekil Kaynatıcı teknik resmi

72 Kondenser tasarımı ve boyutlandırması Doymuş buhar giriş Soğutma suyu giriş Soğutma suyu çıkış Doymuş sıvı çıkış Şekil Kondenser konstrüksiyonu şematik şekli Daha önceden de belirtildiği üzere kondenser su soğutmalı olarak düşünülmüştür. Absorpsiyonlu çillerlerde soğutma suyunun dolaşımı ile ilgili çeşitli düzenlemeler mevcuttur. Uygulamada absorpsiyonlu soğutma sisteminde soğutma suyu önce absorberden geçecek daha sonra kondensere gelecektir. Şekil 4.18 de görüldüğü üzere kondenser yatay boru demeti ve dış gövdesinden oluşmaktadır. Yatay boru demetindeki borulardan soğutma suyu geçmektedir. Dış kısmında ise buhar yoğuşmakta ve yerçekimi kuvveti etkisiyle aşağı doğru film şeklinde ilerlemektedir. Kondenser taşınım katsayısının yüksek olması istenmesi sebebiyle iki boru geçişli tasarlanmıştır. Kondenser Boyutları: Boru iç çapı, d i Boru dış çapı, d d Boru boyu, L Toplam boru adedi, n t Bir geçişteki boru adedi Yatayda boru sayısı : 17,5 mm : 19,05 mm : 2,2 m : 104 adet : 52 adet : 11 adet

73 58 İç taşınım katsayısı hesabı: 35,5 C deki suyun fiziksel özellikleri: ρ : 999,74 kg/m 3 µ : 0, kg/ms c p k : 4178 J/kgK : 0,6256 W/m 2 K Soğutma suyu debisi Bir borudaki kütlesel debi Her bir borudaki hız : 7,4625 kg/s : 7,4625 / 52= 0,1435 kg/s : 0, m/s Reynolds sayısına bakarak akışın türbülanslı olduğunu görüyoruz. Boru içerisindeki türbülanslı akış için Nu sayısını veren denklem (Genceli,2005:312): Olarak bulunur. Dış taşınım katsayısı hesabı: Yatay bir borunun dış yüzeyinde film yoğuşma için ortalama ısı transfer katsayısı (Çengel, 2005/2011) [ ( ) ]

74 59 Burada verilen denklem bir boru için geçerlidir. Bir boru demetinde yoğuşan suyun aşağı doğru akmasıyla alt kısımlarda kalan borularda film kalınlığı artar. Bu durumda şu denklem önerilmektedir. Burada; : Değiştirilmiş buharlaşma gizli ısısı : Akışkanın doyma sıcaklığı : Duvar sıcaklığı N : Dikeyde boru adedi 40 C deki suyun fiziksel özellikleri: ρ b : 0,0511 kg/ m 3 h sb : J/ kg Duvar sıcaklığı iterasyon yapılarak yaklaşık 39 C olarak bulunmuştur. Film sıcaklığı 39,5 C olduğundan 40 C deki suyun fiziksel özellikleri ile işlemleri devam ettirebiliriz. Film sıcaklığındaki suyun özellikleri: ρ s : 994,58 kg/m 3 µ s : 0, kg/ms c p k s : 4184 J/kgK : 0,628 W/m 2 K Dikeyde ortalama boru adedi(n) : 104/11= 9,

75 60 Kirlilik faktörü: Su soğutmalı kondenserlerde belli bir zaman sonra, soğutma suyu tarafında meydana gelen kirlenmeden dolayı ısı transferi azalır. Bu yüzden kirlilik faktörü dikkate alınmalıdır. olarak alınmıştır (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 139). Metal direnci: Boru malzemesi bakırdır. Ortalama taşınım katsayısı hesabı: Ortalama taşınım katsayısını veren denklem şu şekildedir (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 139). Toplam dış alan (A) : 14 m 2 Toplam iç alan (A i ) : 12,57 m 2 K=1622,09 W/m 2 K Elde edilen ortalama ısı transfer katsayısı çeşitli kaynaklarla karşılaştırılmıştır. Su soğutmalı kondenserlerde ortalama ısı transfer katsayısının arasında olduğu çeşitli kaynaklarda bulunmaktadır (Genceli,2005:305).

76 24,96 61 T m hesabı: T bgg =40 C T ssç =37 C T ssg =34 C Şekil Kondenserdeki ısı dağılımı Burada; T ssg T ssç T ko : Soğutma suyu giriş sıcaklığı : Soğutma suyu çıkış sıcaklığı : Kondenser sıcaklığı ( ) Kondenser gücü hesabı: ,05 Şekil Kondenser teknik resmi

77 Absorber tasarımı ve boyutlandırması Eriyik girişi Buhar girişi Soğutma suyu çıkışı Soğutma suyu girişi Şekil Absorber konstrüksiyonu şematik şekli Absorbsiyonlu soğutma sisteminin en önemli elemanlarından bir tanesidir. Buharlaştırıcıdan gelen doymuş buharın kaynatıcıdan dönen zengin eriyiğe karışabilmesi için konstrüksiyonunun bu duruma uygun olarak tasarlanması gerekmektedir. Absorber yatay boru demeti ve dış gövdeden oluşmaktadır. Yatay boru demeti içerisinden soğutma suyu geçmektedir. Boru demeti dış kısmında ise kaynatıcıdan gelen zengin eriyik yer çekimi kuvveti etkisiyle film şeklinde akmakta ve soğumaktadır. Soğutma suyunun dolaştığı borular iki geçişli olarak yapılacaktır. Soğutma suyu absorberi dolaştıktan sonra kondensere gitmektedir. Absorpsiyonlu soğutma sistemi üreticileri eskiden bir pompa vasıtası ile kaynatıcıdan gelen zengin eriyiği boru demeti üzerine püskürtmekte idi. Fakat son uygulamalarda püskürtme yerine bir dağıtıcı hazne kullanarak eriyiği boru demeti üzerine akıtmaktadırlar. Püskürtme nozulu yerine dağıtıcı hazne kullanan firmalardan bazıları eriyik geri besleme pompası kullanmamayı tercih etmektedirler. Fakat bu sistemde eriyik geri besleme

78 63 pompası kullanılacaktır. Çünkü dağıtıcı hazneden akan zengin eriyik damlacıklarının buharlaştırıcıdan gelen doymuş buharın tamamını sürükleyememe riski vardır. Bu riski ortadan kaldırmak amacıyla eriyik geri belseme pompası kullanılacaktır. Bu pompa eriyik pompası ile kordineli bir şekilde çalışacaktır. Otomatik kontrol sistemi kullanılarak eriyik geri belseme pompası çalışması düzenlenebilecektir. Firmalar buharlaştırıcı ve absorber konuşlandırması hususunda çeşitli yerleşim farklılıkları tercih etmektedirler. Şematik şekilde de görüldüğü üzere kurmayı planladığımız absorpsiyonlu soğutma sisteminde buharlaştırıcı boru demetleri absorber boru demetlerinin her iki yanında olacaktır. Böylece buharlaşan soğutucu akışkanın dağıtıcı hazneden akan zengin eriyik ile buluşması daha kolay olacaktır. Absorber boyutları ve diğer parametreler: Yatay sıradaki boru adedi, n y : 10 adet Dikey sıradaki boru adedi, n d : 19 adet Boru iç çapı, d i : 17,55 mm Boru dış çapı, d d : 19,05 mm Toplam boru adedi, n s : 190 adet Boru boyu, L : 1,504 m Eriyiğin absorber çıkış sıcaklığı : 40 C Eriyiğin giriş sıcaklığı : 65,5 C Eriyiğin giriş konsantrasyonu : % 62,09 Eriyiğin çıkış konsantrasyonu : % 58,44 Eriyik giriş debisi : 0,6146 kg/s Soğutucu akışkan debisi : 0,0358 kg/s Malzeme : CuNi10 İç taşınım katsayısı hesabı: 32 C deki suyun fiziksel özellikleri: ρ : 995 kg/m 3 µ : 0, kg/ms c p : 4178 J/kgK

79 64 k : 0,62 W/m 2 K Pr : 5,2 Soğutma suyu debisi : 7,4625 kg/s Her bir borudaki su debisi : 7,4625/(190/2)= 0,07855 kg/s Her bir borudaki su kütlesi hızı : 324,89 kg/m 2 s Boru içerisindeki türbülanslı akış için Nu sayısı; Dış taşınım katsayısı hesabı: Yatay boru demetle film absorberde kaynatıcıdan gelen zengin eriyiğin boru demeti üzerine akıtılmasında karşılaşılan sorun, eriyiğin boruyu tamamen ıslatamamasıdır. Pratikte borunun ne kadar ıslandığının belirlenmesi imkansızdır. Çünkü akışın ne zaman nasıl davranacağı belli olmaz. Bu yüzden akışın nasıl olacağı konusunda bir tahmini modelleme yapmamız gerekmektedir. Seewald and Blanco (1994) yaptığı çalışmada etkili alan yaklaşımı isminde bir modelleme sunmuştur. Tahmini Alan Şekil Damlacık dağılımı şematik şekli

80 65 Damlacıkların boruların her bir tarafına bu şekilde yayıldığı düşünülmüştür. Burada ; Burada A tah r o l : Tahmin edilen ıslak alan : Borunun dış yarıçapı : Damlacığın temas noktasından yatay olarak yayıldığı uzunluk Eğer damlacıkların oluşma sıklığını tahmin edebilirsek tahmini alana ulaşmamız için çözmemiz gereken bir tek l, yani damlacığın temas noktasından yatay olarak yayıldığı uzunluğu bulmak kalmaktadır. l yi bulabilmek için aşağıdaki adımları izleriz. Yatay borunun bir yüzündeki akış debisi şu şekilde ifade edilebilir. Burada; n : Tahmini damlacık oluşum yeri sayısı : Film kalınlığı : Ortalama hız Burada; t : Zaman Buradaki t, sıvıların katılar üzerindeki yayılma zamanını veren bir denklem ile tahmin ediliyor. Burada; a : Karakteristik boyut

81 66 : Yüzey gerilimi : Temas açısı Yukarıda tanımlanan ortalama hız, film kalınlığı ifadeleri aynı zamanda şu şekilde ifade edilebilir. ( ) ( ) Verilen Eş ve Eş a kadar olan eşitlikleri kombine ederek şu sonuca ulaşabiliriz. ( ) ( ) Su için, bakır boru gibi temiz metal yüzeylerle olan temas açısı 0 den 20 ye kadar değişmektedir. Böylece cos 1 ile 0,94 arasında değişiklik gösterir. Hesaplamalarda cos, 1 olarak kabul edilecektir. Böylece bir boru yüzeyindeki efektif alan şu şekilde ifade edilebilir. Efektif alan boruda etkili ıslak alan olarak ta ifade edilebilir. Isı ve kütle transferinin olacağı alan olarak hesaplarda bu alan kullanılacaktır. Peki n yi yani damlacık oluşum aralığı nasıl tahmin edilebilecek? Şekil 4.23 de yatay borulardaki akış rejimleri görülmektedir. a şeklinde damlacık modu akış rejimi, b şeklinde jet modu akış rejimi, c şeklinde ise levha modu akış rejimi görülmektedir.

82 67 Şekil Akış rejimleri şematik şekli (Hu ve Jakobi, 1998) Burada; λ : Dalga boyu, damlacıkların oluşma aralığı Su, etil alkol, amonyak gibi düşük viskoziteli akışkanlarda dalga boyu oluşumu şu denklemle ifade edilebilir (Thome,2009:14-16). Burada; n=2 olarak kullanılacaktır. Fakat film kalınlığı fazla ise n=3 olarak alınabilir. Eriyiğin %60 derişim ve 52,75 C deki fiziksel özellikleri ρ : 1682 kg/m 3 µ : 0,00418 kg/ms c p k : 1926,04 J/kgK : 0,456 W/m 2 K ʋ : 2,48*10-6 m 2 /s Damlacıkların buhar ile karışıp boru demeti üzerine aktığı düşünülürse; m f = m z +m b = 0, ,03847= 0,65307 kg/s Her bir boru sütunundaki debi : 0,65307/ 10= 0, kg/s : 0,0217 kg/sm

83 68 Yatay borulardaki film akışı için Re sayısı: Cosenza ve Vliet (1990) yaptıkları çalışmada yatay boru dışındaki film akışı için Nu sayısını şu şekilde ifade etmişlerdir. W/m 2 K Efektif alan hesabı: Tahmini damlacık oluşum yeri sayısı =L/ = 74,17 adet n= 75 olarak alınacaktır. Bir borudaki efektif alan; Toplam efektif alan; Kirlilik faktörü: Su soğutmalı absorberde belli bir zaman sonra, soğutma suyu tarafında meydana gelen kirlenmeden dolayı ısı transferi azalır. Bu yüzden kirlilik faktörü dikkate alınmalıdır.

84 69 Boru dışında ise eriyik için kirlenme faktörü R fd = 0,0001 olarak alınmıştır. Metal direnci: Ortalama taşınım katsayısı hesabı: Toplam dış alan (A top ) : 11,839 m 2 Toplam iç alan (A i ) : 15,747 m 2 K=604,505 W/m 2 K T m hesabı: T ags =65,5 C T açs =40 C T ssç =34 C T ssg =30 C Şekil Absorberdeki sıcaklık dağılımı Burada; T ssg T ssç T ags T açs : Soğutma suyu giriş sıcaklığı : Soğutma suyu çıkış sıcaklığı : Absorber giriş sıcaklığı : Absorber çıkış sıcaklığı

85 70 T max = T ags -T ssç T min = T açs -T ssg ( ) Absorber gücü hesabı: Kütle transferi Andberg ve Vliet (1983) yatay borulardaki kütle transferi için basitleştirilmiş bir model belirlemişlerdir. Modele göre yatay boru demeti bir sabit duvar sıcaklığına sahip dikey levha olarak düşünülmektedir. Eriyik girişi levha üzerinden çıkışı ise levha tabanından olmaktadır. Burada; C g C ç C d A p : Eriyiğin giriş konsantrasyonu : Eriyiğin çıkış konsantrasyonu : Eriyiğin denge konsantrasyonu : Absorpsiyon oranı

86 71 [ ( )] ( ) Burada; X : Eriyik Konsantrasyonu C d : X d /100 P : Basınç, Pa T w : Duvar sıcaklığı Burada Absorpsiyon uzunluğu Çizelge 4.1. Absorpsiyon oranı katsayıları Yukarıda verilmiş olan denklerde absorber basıncı ve duvar sıcaklığı bilindiği için iterasyon uygulanarak denge konsantrasyonu C d bulunur. Denge konsantrasyonu bulunduktan sonra absorpsiyon oranı A p bulunur. Çizelge 4.1 kullanılarak a ve b katsayıları bulunur. Sonra Eş kullanılarak gerekli absorpsiyon uzunluğu bulunmuş olur. İterasyon uygulanarak C d : 16 % A p : 8,6956

87 72 a : 5,889 b : 1,33 bulunur Buharlaştırıcı tasarımı ve boyutlandırması Şematik şekilde görüldüğü üzere yatay borulu buharlaştırıcı tasarlanacaktır. Yatay boru demeti içerisinden fancoillerde dolaştırılacak su geçerken boruların dışında kondenserden gelen doymuş sıvı buharlaşacaktır. Bu sayede boruların içerisinde dolaşan suyun sıcaklığı düşecektir. Boru içerisinden geçen akışkanın taşınım katsayısının artırılması için boru geçiş sayısı 4 olacaktır. Soğutucu akışkan girişi Dağıtıcı hazne Soğuk su çıkışı Damlacıklar Sıcak su girişi Şekil Buharlaştırıcı konstrüksiyonu şematik şekli Boru içerisindeki soğuk su pompa vasıtasıyla fancoil sistemine verilecektir. Fancoil çalışma sıcaklığı olarak 7-12 C seçilmiştir. Bu durumda fancoilden gelen suyun buharlaştırıcıya giriş sıcaklığı 12 C, çıkış sıcaklığı ise 7 C olacaktır. Boru iç çapı, d i Boru dış çapı, d d Boru boyu, L Toplam boru adedi, n t : 9,55 mm : 12,5 mm : 1,51 m : 320 adet

88 73 Bir geçişteki boru adedi : 80 adet Sütundaki boru sayısı : 20 adet Sıradaki boru sayısı : 16 adet Buharlaşan su debisi : 0,0358 kg/s Buharlaşma sıcaklığı : 4 C İç taşınım katsayısı hesabı: 9,5 C deki suyun fiziksel özellikleri: ρ : 1000 kg/m 3 µ : 0, kg/ms c p k : 4190 J/kgK : 0,5876 W/m 2 K Kütlesel debi Bir borudaki kütlesel debi Her bir borudaki hız : 4,3 kg/s : 4,3 / 80=0,05375 kg/s : 0,75 m/s Reynolds sayısına bakarak akışın türbülanslı olduğunu görüyoruz. Boru içerisindeki türbülanslı akış için Nu sayısını veren denklem;

89 74 Dış taşınım katsayısı hesabı: 4 C deki suyun fiziksel özellikleri: ρ : 999,97 kg/m 3 µ : 0, kg/ms c p k : 4205 J/kgK : 0,537 W/m 2 K ν : 0, h sb : 2492,1 kj/kg : Yatay boru dışından film şeklinde akan akışkanın Re sayısı Yatay bir borudaki akış için bir kombine model geliştirilmiştir (Lorenz ve Yung,1979). ( ) ( ) Burada; h çk h gl h : Çekirdek kaynaması ısı transfer katsayısı : Gelişmekte olan bölge ısı transfer katsayısı : Gelişmiş bölge ısı transfer katsayısı ( ) Burada a : Isıl difüzyon katsayısı Li, Wu, Luo, Yao ve Xu (2010) yatay boru demetinde film buharlaşması ile ilgili çalışma yapmışlardır. Bu çalışmalarında buharlaşan akışkan olarak suyu kullanmışlar ve çalışmalarını yaklaşık 1 kpa basınç altında gerçekleştirmişlerdir. Onlara göre bu şartlarda

90 75 çekirdek kaynaması meydana gelmemiştir. Bu çalışmalarında taşınım ile ısı transferini kapsayan bir denklem sunmuşlardır. Bu denklem; Bu denklem ıslak alanlar için geçerlidir. Yatay borularda boru dış yüzeyinde kuru alanlar meydana gelmektedir. Kuru alanlarıda içine alan denklem aşağıda sunulmuştur(ribatski ve Thome, 2007). h ı : Islak alandaki taşınım katsayısı Boru dışındaki gelişmiş bölgedeki taşınım katsayısı h Boru dışında gelişmekte olan bölgedeki h gl ( ) Ortalama dış taşınım katsayısı ( ) ( ) Kirlilik faktörleri: Boru malzemesi bakırdır.iç kısımda ve dış kısımda R f =0,0001 olarak alınmıştır. Metal direnci:

91 76 Ortalama taşınım katsayısı hesabı: Film buharlaştırıcılarda K değeri arasında olmalıdır (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 183). T m hesabı: T bgg =12 C T bs =4 C T bçs =7 C Şekil Buharlaştırıcıdaki sıcaklık dağılımı T max =T bgg -T bs T min =T bçs -T bs ( ) Burada; T bgg T bçs T bs : Buharlaştırıcı giriş sıcaklığı : Buharlaştırıcı çıkış sıcaklığı : Buharlaştırıcı sıcaklığı Buharlaştıcı gücü hesabı =90 kw

92 14,3 A-A Buharlaştırıcı Buharlaştırıcı Absorber Şekil Absorber buharlaştırıcı teknik resmi 21, A A 77 8X20XØ ,79 10X19XØ ,3 8X20XØ12.5

93 Eriyik eşanjörü tasarımı ve boyutlandırması tcç thg thg tcg Şekil Eriyik eşanjörü şematik şekli En basit ısı değiştirici tipi olan iç içe borulu ısı değiştiricisi seçilmiştir. Aynı eksenli çapları farklı iki borudan oluşmaktadır. Zengin eriyik iç borudan akarken, fakir eriyik iki boru arasındaki boşluktan akacaktır. ( ) ( ) ( ) Burada Q Q max C min t hg t hç t cg t cç : Gerçek ısı transferi : Eşanjörün verebileceği maksimum ısı transferi : Minumum ısıl kapasite hızı : Sıcak akışkan giriş sıcaklığı : Sıcak akışkan çıkış sıcaklığı : Soğuk akışkan giriş sıcaklığı : Soğuk akışkan çıkış sıcaklığı Etkenlik ɛ=0,5 olarak alınacaktır. Eriyiklerin belli olmayan giriş ve çıkış sıcaklıkları belirlenirken ɛ-ntu yöntemi uygulanacaktır. Yapılacak tasarımın başta seçilen etkenliği sağlayıp sağlamadığı kontrol edilecektir (Çengel, 2005/2011).

94 79 Burada C h C c :Sıcak akışkanın ısıl kapasite hızı :Soğuk akışkanın ısıl kapasite hızı alındığında C olarak bulunur. Eriyik eşanjörü boyutları İç boru iç çapı, d i İç boru dış çapı, d d Dış boru iç çapı, D i Dış boru dış çapı, D d Boru boyu Malzeme : 29,7 mm : 33,7 mm : 42,3 mm : 48,3 mm : 22 m : Paslanmaz çelik 316 kalite Zengin eriyik tarafındaki taşınım katsayısı Eriyik debisi (ṁ) : 0,6146 kg/s 77,5 C sıcaklık ve %62 derişimdeki libr-su eriyiği fiziksel özellikleri ρ : 1724 kg/m 3 µ : 0,0033 kg/ms c p k : 1874,83 J/kgK : 0,4711 W/m 2 K Boru içerisindeki hız (V) : 0,5146 m/s

95 80 Fakir eriyik tarafındaki taşınım katsayısı Eriyik debisi (ṁ) : 0,65306kg/s 50,75 C sıcaklık ve %58 derişimdeki libr-su eriyiği fiziksel özellikleri ρ : 1665 kg/m 3 µ : 0,00363 kg/ms c p k : 1978,03J/kgK : 0,46 W/m 2 K Boru içerisindeki hız (V) : 0,27m/s Kirlilik faktörü: R f = 0,0001 olarak alınmıştır. Çeliğin iletim katsayısı k ç =16W/m 2 K Ortalama taşınım katsayısı hesabı Ortalama taşınım katsayısı şu şekilde bulunabilir. K=490W/m 2 K

96 81 ( ) Başta kabul ettiğimiz etkenlik değeri taşınım katsayısı vasıtasıyla bulunan NTU değeri ile eşleşmelidir. ile hesaplanan NTU değeri ile ortalama Eşleşme olduğuna göre kabul edilen transfer alanı ve taşınım katsayısı sağlanmıştır. değeri doğrudur. Bu etkenlik için gerekli ısı

97 33,7 4,3 42, R90,88 Şekil Eriyik eşanjörü teknik resmi Boru çapı hesabı Absorber- kaynatıcı arası Absorberden çıkıp kaynatıcıya giden sadece sıvı faz olacaktır. Bu durumda boru içerisindeki hız 1,5 m/s yi aşmamalıdır (Yamankaradeniz ve diğerleri, 2009: 402). Sistemde libr-su dolaştığından seçilecek boru malzemesinin korozyona dayanıklı olması gerekmektedir. Bu yüzden paslanmaz çelik boru kullanılması uygun görülmüştür. Standart boru çaplarına baktığımızda sistemdeki debi için uygun boru çapı olarak 3/4 boru düşünülmüştür. D d = 3/4 = 26,9mm t = 2 mm ṁ = 0,65306kg/s V = 0,95m/s

98 83 Kaynatıcıdan çıkıp absorbere dönen hatta sadece sıvı faz olacaktır. Hatta libr-su dolaştığından paslanmaz çelik boru kullanılması uygundur. Standart boru çaplarına baktığımızda sistemdeki debi için uygun boru çapı olarak 1 boru düşünülmüştür. D d = 1 = 33,7mm t = 2 mm ṁ = 0,6146kg/s V = 0,51m/s Kondenser - buharlaştırıcı arası Kondenser çıkıp buharlaştırıcıya dönen hatta sadece sıvı faz olacaktır. Standart boru çaplarına baktığımızda sistemdeki soğutucu akışkan debisi için uygun boru çapı olarak 1/8 boru düşünülmüştür. Sistemde su dolaştığı için çelik boru kullanım için uygundur. D d = 1/8 = 10,3 mm t = 1,24 mm ṁ = 0,038 kg/s V = 0,8m/s Kaynatıcı - kondenser arası Kaynatıcıdan çıkıp kondensere giden hatta kızgın su buharı bulunmaktadır. Sistemde su buharı dolaştığı için çelik boru kullanım için uygundur. Buhar hızı orta çaplardaki borular için 20 m/s uygundur. Standart boru çaplarına baktığımızda sistemdeki soğutucu akışkan debisi için uygun boru çapı olarak 31/2 boru düşünülmüştür. D d = 31/2 = 101,6 mm t = 3 mm ṁ = 0,038 kg/s V = 18,9m/s

99 Pompa seçimi Eriyik pompası Eriyik pompası sistemde meydana gelen basınç kayıplarını karşılayacak ve elemanlarda istenen basınca getirebilecek şekilde seçilmelidir. Absorpsiyonlu soğutma sisteminde pompa absorberden sonra eriyik eşanjöründen önce konumlandırılır. Bu durumda eriyik eşanjöründe meydana gelen kayıpları, kaynatıcıda meydana gelen kayıpları karşılamalı ve kaynatıcıda istenen basıncı sağlamalıdır. Sistemde libr-su eriyiği kullanıldığı için pompa malzemesi korozyona dayanıklı olmalıdır. Bu amaçla paslanmaz çelik malzemeden yapılmış olan pompa seçilir. Eriyik eşanjöründe meydana gelen kayıplar Eşanjörde ve diğer elemanlarda meydana gelen kayıplar şu şekilde hesaplanabilir (Genceli,2005:132,166). Düz borudaki düzeltme katsayısı geçiş bölgesi için : ( ) Giriş ve çıkıştaki düzeltme katsayıları ve olarak alınmıştır. Bu durumda eşanjörde meydana gelen kayıp; Giriş ve çıkışlardaki kayıplar olarak bulunmuştur.

100 85 Absorber çıkışından kaynatıcıya kadar olan kısımda 4400 mm uzunluğunda 26,9 mm çapında paslanmaz çelik boru kullanılacak olup bu kısımdaki basınç düşüşü için Pa olarak bulunur. Kaynatıcıdaki boru demetinde olan basınç kaybı: Laminer akış için Boru demetine girişte ve çıkıştaki toplam düzeltme katsayısı 2,5 olarak alınmıştır. Pompa gücü hesabı için Bernouilli denklemi yazılırsa P A = 0,812 kpa P B = 7,375 kpa V A = 0 m/s V B = 0 m/s Z B = 3 m

101 86 Soğutma kulesi pompası Soğutma kulesinden gelen su eşanjörlerden geçeceği için eşanjörlerde meydana gelecek basınç kayıpları dikkate alınmalıdır. Aynı zamanda suyun belli bir yüksekliğe çıkacağı düşünülmelidir. Absorberdeki kayıplar Absorberde kollektör giriş ve çıkışlarında basınç kaybı yaşanır.buradaki yerel kayıp katsayısı iki geçişli eşanjörler için kollektörten boru demetine giriş ve çıkışta alınabilir. Kollektöre giriş ve çıkışta ise alınabilir. Bu durumda absorberdeki basınç kaybı olarak bulunmuştur. Kondenserdeki kayıplar Kondenserde de kollektör giriş ve çıkışlarında basınç kaybı yaşanır. Buradaki yerel kayıp katsayısı iki geçişli eşanjörler için kollektörten boru demetine giriş ve çıkışta alınabilir. Kollektöre giriş ve çıkışta ise alınabilir. Bu durumda kondenserdeki basınç kaybı olarak bulunmuştur. Buradaki kayıpları değerlendirerek soğutma kulesi pompası h= 4 m ve m= 7,46 kg/s şartlarını sağlamalıdır. P= 0,35 kw 4.6. Sistem Montajı Absorpsiyonlu soğutma sistemini atık ısı kaynağına monte edilecek ve elde edilen soğuk su ise soğutma yükünü karşılamak amacıyla binaya döşenecek fancoil sisteminde dolaştırılacaktır. Sistemin genel olarak kurulma şekli şematik olarak Şekil 4.30 da gösterilmiştir.

102 Mahal No Duyulur soğutma yükü Gizli soğutma yükü Toplam soğutma yükü Fan coil adedi Seçilen fancoil ünite tipi Seçilen fancoil ünite toplam soğutma kapasitesi 87 Atık ısı kaynağı Atık ısı Absorpsiyonlu soğutma sistemi Soğuk su Ilık su Fancoil sistemi Şekil Sistemin genel olarak kuruluş şematik şekli Absorpsiyonlu soğutma sisteminin bacaya monte edilmesi ve sistemin çalışması sonucu elde edilecek soğuk su bina içerisine yerleştirilen fancoil sistemine gönderilecektir. Burada önemli olan konulardan bir diğeri ise fancoillerin seçimi ve yerleştirilmesi olacaktır. Fan coillerin seçimi ve yerleşimi yapılırken iş yerinde duvar diplerinde çalışma masalarının bulunması, binada asma tavan bulunması ve insanların çalışma konforu gibi faktörler düşünülerek tavan kaset tipi fancoiller tercih edilmiştir. Seçilen fancoil listesi Çizelge 4.2 de verilmiştir. Çizelge 4.2. Fancoil listesi Zemin kat Watt Watt Watt Watt Z-01 Giriş holü Z-02 Danışma Z-03 Misafir Z-04 Arşiv MKD 400 MKA 750 MKD 400 MKD

103 88 Çizelge 4.2. (devam) Fancoil listesi Z-05 Finans satın alma Z-06 Muhasebe Z-07 Teknik oda Z-08 Depo Kat 101 Kat holü Misafir Misafir Genel müdür odası Toplantı odası Üretim Planlama Dış ticaret Galvaniz planlama İç ticaret MKD 500 MKD 400 MKD 300 MKD 300 MKD 400 MKD 500 MKD 400 MKD 500 MKD 400 MKD 500 MKA 850 MKA 850 MKD Binaya döşenecek tesisat ve pompa hesapları Çizelge 4.3 ve Çizelge 4.4 te verilmiştir.

104 89 Çizelge 4.3. Boru hesap cetveli Çizelge 4.4. Boru kritik devre cetveli Absorpsiyonlu soğutma sisteminin ve fancoil sisteminin montaj şekli Şekil 4.31 de göründüğü gibi olacaktır. Sistemin borularının boyutları Çizelge 4.5 de verilmiştir. Yapılan hesaplamalar ve analizler sonucu sistemin bu şekilde monte edilmesi uygun görülmüştür.

105 90 Çizelge 4.5. Absorpsiyonlu soğutma sistemi boru boyutları Boru boyu Boru çapı Diğer eleman 1-2 arası 3952 mm 31/2 2 adet 90 dirsek 3-4 arası 1815 mm 1/8 5-6 arası 2014 mm 3/4 2 adet 90 dirsek 7-8 arası 2371 mm 3/4 1 adet 90 dirsek 9-10 arası 3820 mm 1 1 adet 90 dirsek arası 600 mm 1 Bina içerisine döşenmiş fancoil yerleşimi, tesisat yerleşimi EK-2 ye bakılarak anlaşılabilir.

106 Buharlaştırıcı Buharlaştırıcı Endüstriyel fırın Baca gazı Flanş bağlantısı Kaynatıcı Zengin eriyik Fakir eriyik Baca Fan coil sistemi Şekil Absorpsiyonlu soğutma sistemi ve fancoil sistemi montaj şekli Baca gazı Absorber geri besleme pompası Eriyik eşanjörü Eriyik pompası 12 Absorber Buharlaştırıcı geri besleme pompası Kondenser Soğuk su Ilık su 91

107 92

108 93 5. MALİYET ANALİZİ Absorpsiyonlu soğutma sisteminin maliyet analizini yapmak amacıyla belli bir değere getirilmiş maliyet yöntemi kullanılmıştır (Dön,2010). İlk yatırım maliyeti, toplam ilk yatırım maliyeti ile amortisman faktörü çarpılması ile bulunur. Bugünkü koşullarda işletme maliyeti; ( ) [ ( ) ] Belli bir değere getirilmiş maliyet hesabında eşdeğer yıllık işletme maliyeti; Yıllık toplam yatırım maliyeti; Burada; AF I i e f : Amortisman faktörü : İlk yatırım maliyeti : İlk yatırım yıllık maliyeti : Faiz oranı : Bugünkü koşullarda yıllık işletme maliyeti : Yıllık işletme maliyeti : Yıllık toplam maliyet : Yıllık ekskalasyon oranı Maliyet analizinde sırasıyla absorpsiyonlu soğutma sisteminin imal ettirilmesi ve fancoil sistemine monte edilmesi durumundaki maliyet, çiller grubunun satın alınması ve fancoil

109 94 sistemine monte edilmesi durumundaki maliyet ve son olarak tüm binanın split klimalar kullanılarak soğutulması durumundaki maliyet analizi yapılacaktır. Yapılan analizlerde cihazların yaz döneminde günde 10 saat 120 gün boyunca çalışacağı düşünülmüştür. İmal ettirillecek absorpsiyonlu soğutma sistemi yaklaşık maliyetleri: Absorpsiyonlu soğutma sistemi elemanlarının maliyetleri şu şekildedir: Absorber ve buharlaştırıcı : TL + KDV Kondenser : 8100 TL + KDV Kaynatıcı : 7000 TL + KDV Eriyik eşanjörü : 6500 TL +KDV Diğer : TL + KDV Soğutma kulesi : 4000TL+KDV Eriyik pompası elektrik tüketimi : 0,45 kw/h Soğutma kulesi pompası elektrik tüketimi : 0,3 kw/h Satın alınacak çiller grubu yaklaşık maliyetleri: Çiller grubu Elektrik tüketimi : TL+KDV : 45 kw/h Split klima cihazları maliyet hesabı: Split klimaların sezonda harcadığı toplam enerji: kw Fancoil sistemi maliyet hesabı: Fancoil Borulama tesisatı Diğer Fancoil pompası elektrik tüketimi Fancoil elektrik tüketimi : 9310 EURO + KDV : TL : 5000 TL+ KDV : 0,741 kw/h : 1,9 kw/h

110 95 Yapılan kabuller: i : %10 n : 20 yıl e f Birim elektrik fiyatı 1EURO : % 4(elektrik için) : 22,22 krş/kwh : 3 TL AF= 0,1175 olarak bulunur. Çizelge 5.1. Maliyet karşılaştırması İmal edilecek sistem Satın alınabilecek çiller grubu İlk yatırım maliyeti (TL) İlk yatırım yıllık maliyeti (TL) Bugünkü koşullarda işletme maliyeti (TL) Bugünkü koşullarda yıllık işletme maliyeti (TL) Yıllık işletme maliyeti (TL) Yıllık yatırım maliyeti (TL) , , , , Split klima ,5 7332, , , Maliyet analizinde satın alınacak çiller grubunun ilk yatırım maliyeti imal edilecek absorpsiyonlu soğutma sistemine göre daha düşük çıktığı, fakat işletme maliyetinin ise imal edilecek absorpsiyonlu soğutma sistemine göre çok yüksek çıktığı görülmüştür. İlk yatırım maliyeti düşük olan split klimanın da işletme maliyetinin çiller grubu kadar yüksek olmasa da imal edilecek sistemin işletme maliyeti ile karşılaştırıldığında bir hayli yüksek olduğu tespit edilmiştir. Her ne kadar imal edilecek sistem ilk yatırım maliyeti açısından en pahalı sistem gibi görünse de atık ısının geri kazanılması ve işletme giderlerinin düşüklüğü ile diğer sistemlere göre tercih edilmesinde ön plana çıkmaktadır.

111 96

112 97 6. TARTIŞMA VE SONUÇ Bu tez çalışmasında atık ısı kaynaklı absorpsiyonlu soğutma sistemin uygulaması incelenmiştir. Atık ısı kaynağı belirlenmiş ve özellikleri araştırılmıştır. İş yeri şartlarına uygun koşullarda bir absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarlanmış ve uygulaması incelenmiştir. Tasarımı yapılan absorpisyonlu soğutma sistemi STK sı 0,64 civarındadır. Sistemde eriyik eşanjörü kullanılması sistem STK sını artırmıştır. Sistem STK sını arttırmak için farklı yollarda vardır. Kaynatıcı çıkış sıcaklığının artırılması, buharlaştırıcı çıkış sıcaklığının artırılması, kondenser çıkış sıcaklığının azaltılması sistem STK sını artırmak için kullanılan yollardan birkaç tanesidir. Sistem STK sını artırmak için birçok çalışma yapılmıştır. Bu çalışmada ise sistem STK sını artırmak için farklı yollar araştırılmamış, absorpsiyonlu soğutma sisteminin uygulanması için özgün bir tasarım yapılmıştır. Bu tasarım yapılırken uygun enerji geri kazanımı için yollar araştırılmıştır. Özellikle atık ısı kaynağı yani baca gazı özellikleri araştırılırken fark edilen şey sanayideki işletmelerde kullanılmayan baca gazlarındaki enerjinin çok yüksek potansiyeline sahip olduğudur. Bu konunun üzerinde eğilinmesi durumunda sanayideki işletmelerde bulunan endüstriyel fırın, kazan, termik santraller ve bunun gibi yakıtın yakılması sonucu enerji elde edilen sistemlerin toplam veriminde iyileştirmeler olacağı belirlenmiştir. Verimlerdeki bu iyileşmeler sonucunda ise uygulanan sistemlerin toplam maliyetlerinde düşme olacağı düşünülmektedir. Uygulaması incelenen absorpsiyonlu soğutma sistemi tasarlanırken kullanılan eriyiğin sistem tasarımında ve maliyetinde etkisinin yüksek olduğu görülmüştür. Kullanılan eriyik, hem sistemde kullanılan ısı değiştiricilerin malzeme seçiminde rol oynamış hem de et kalınlığı seçiminde rol oynamıştır. Burada kullanılan eriyiğin korozyona etkisinden dolayı ısı değiştiricilerinde daha korozyona dirençli malzeme kullanılmak durumunda kalınmıştır. Bu malzeme ise Türkiye şartlarında zor temin edilen malzeme olduğu, temin edildiğinde ise maliyetinin oldukça yüksek olduğu görülmüştür. Yine eriğin etkisi olarak, sistem vakum altında çalıştığından dolayı et kalınlıklarının fazla olması gerektiği ve bunun sonucu olarak ise sistemde kullanılan boru ağırlıklarının arttığı ve buna binayen maliyetin

113 98 arttığı görülmüştür. Bu durumda sistemin ilk yatırım maliyeti artmaktadır. Farklı eriyikler kullanılması ile sistemdeki korozyon etkisi kaldırılarak farklı ve ucuz malzeme ile ısı değiştiricileri imal edilebilir. Maliyet analizine tekrar baktığımızda, çiller grubu ile imal ettirilmesi düşünülen absorpsiyonlu soğutma sistemini karşılaştırdığımızda klasik sistemin ilk yatırım maliyetinin daha düşük olduğu fakat işletme maliyetinin absorpsiyonlu sisteme göre çok fazla olduğu görülmektedir. Bu iki sistemin karşılaştırılmasına baktığımızda toplam yatırım maliyetinde absorpsiyonlu soğutma sisteminin büyük farkla daha avantajlı olduğu görülmüştür. Yine maliyet analizine baktığımızda imal ettirilmesi düşünülen absorpsiyonlu soğutma sistemi ile split klimaların karşılaştırılmasında split klimalarında daha avantajlı olduğu görülmüştür. Fakat bu yapılan karşılaştırmada split klimaların işletme maliyetleri katalog değerlerine göre alınmıştır. Uygulama değerlerinde işletme maliyetlerinin daha fazla çıkacağı düşünülmektedir. Ayrıca unutulmaması gereken şey split klimaların fosil kaynaklı yakıtlar ile çalıştığı, bu kaynaklın ömrünün sınırlı olduğu, bu kaynakların azaldıkça maliyetlerinin artacağıdır. Özellikle Türkiye gibi enerji ithal eden ülkelerin enerjisini daha verimli kullanması gerektiği unutulmamalıdır. Absorpsiyonlu soğutma sisteminin uygulanması ile endüstriyel fırında kaybedilen atık ısı enerjisinin bir kısmının geri kazanılacağı, endüstriyel fırınla entegre bir şekilde sistemin toplam veriminin artacağı göz önünde bulundurulmalıdır. Bilindiği üzere Türkiye kullandığı enerjinin çoğunu ithal etmektedir. İthal edilen enerjinin çoğunluk kısmını ise fosil yakıt kaynaklı ürünler oluşturmaktadır. Elektrik elde etmek için fosil yakıt kaynaklı ürünler elektrik üretim santrallerinde yakılmaktadır. Bu santrallerin verimi ise en fazla %50 civarlarındadır. Bu santrallerin kurulması, kurulurken santral elemanlarının ithal edilmesi durumları, santralde üretilen elektriğin kullanılacağı yere iletilmesi masrafları, elektriğin iletilirken verim kayıpları, santralde yakılacak fosil yakıtın taşıma ve bu taşıma sisteminin kurulması masrafları gibi etkenler düşünüldüğünde ülkemizde enerjinin değerlendirilmesinin ne kadar önemli olduğu düşünülmelidir. Bu yüzden yapılan çalışma sonucu sanayide açığa çıkan atık ısının bir biriminin bile değerlendirilmesi gerektiği düşünülmektedir. Bu amaçla uygulaması incelenen

114 99 absorpsiyonlu soğutma sisteminin karşılaştırılması yapılan diğer sistemlere göre daha avantajlı olduğu sonucunu doğurmaktadır. Bu durum ısıl kirlenmeyi azaltacak ve doğaya karbondioksit salınımının azalmasını sağlayacaktır.

115 100

116 101 KAYNAKLAR Alqdah, K. (2011). Performance and evaluation of aqua ammonia auto air conditioner system using exhaust waste energy. Energy Procedia. 6, Andberg, J. W. and Vliet, G. C. (1983). Design guidelines for water-lithium bromide absorbers. Conference Proceeding by ASHRAE. 89, Bahena, J. and Romero, R. (2014). Performance of different experimental absorber designs in absorption heat pump cycle technologies: A review. Energies. 7, Balaji, K. and Ramkumar, R. (2012). Study of waste heat recovery from steam turbine xhaust for vapour absorption system in sugar industry. Procedia Engineering. 38, Charters, W. W. S., Megler, V. R., Chen, W. D. and Wang, Y. F. (1982, March). Atmospheric and sub-atmospheric boiling of H 2 O and LiBr/H 2 O solutions. International Journal of Refrigeration. 5, Chen, C. J. (1966). Correlation for boiling heat transfer to saturated fluids in convective flow. Industrial and Engineering Chemistry Process Design and Development Cosenza, F. and Vliet, G. C. (1990). Absorption in falling water/libr films on horizontal tubes. Conference Proceeding by ASHRAE. 96, Çengel, Y. A. (2011). Isı ve Kütle Transferi. (Çev.Tanyıldızı, V. ve Dağtekin, İ.). GÜVEN Kitapevi. (Eserin orjinali 2005 de yayınlandı), Dön, F. (2010). Doğalgazla Çalışan Absorpsiyonlu İklimlendirme Sistemlerinin Teknik ve Ekonomik Açıdan Karşılaştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Florides, A. G., Kalogirou, S. A., Tassou, S. A., and Wrobel, L. C. (2003, September). Design and construction of a LiBr-water absorption machine. Energy Conversion and Management. 44, Görgülü, B. (2013). Atık Isı Kaynaklı Çift Etkili Absorpsiyonlu Soğutma Sisteminin Termodinamik Analizi, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, Horuz, İ. (1990). Absorpsiyonlu Soğutma Sistemlerinden Amonyak-Su Çifti ile Lityum Bromür-Su Çiftinin Mukayesesi, Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, Horuz, İ. (1994). An Experimental Study of the Use of Vapour Absorption Refrigeration in Road Transport Vehicles, Doctoral Thesis, University of Strathclyde Department of Mechanical Engineering, Glasgow, UK

117 102 Horuz, I. (1998). A comparison between ammonia-water and water- lithium bromide solutions in vapor absorption systems. International Communications in Heat and Mass Transfer. 25, Hu, X. and Jacobi, A., M. (1998). Departure-site spacing for liquid droplets and jets falling between horizontal circular tubes. Experimental Thermal and Fluid Science. 16, Jain, V., Kachhwaha, S. and Sachdeva, G. (2013, November). Thermodynamic performance analysis of a vapor compression-absorption cascaded refrigeration system. Energy Conversion and Management. 75, Kalinowski, P., Hwang, Y., Radermacher, R., Hashimi, S. and Rodgers, R. (2009, June). Application of waste heat powered absorption refrigeration system to the LNG recovery prosess. İnternational Journal of Refrigeration. 32, Kren, C. (2008). Flue gas fires absorption chillers, Dissertation, Munich Technical University, Munich, Kurt, B. (2007). Absorpsiyonlu Isı Yükselticileri ve Sanayiye Uygulanması, Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, 1-2. Kurtulmuş, N. and Horuz, İ. (2013, Eylül). Absorpsiyonlu soğutma sistemlerinde performans artırmak için farklı eriyik arayışları. 19. Ulusal Isı Bilim ve Tekniği Kongresi. Li, W., Wu, X., Luo, Z., Yao, S. and Xu, J. (2011, April). Heat transfer characteristics of falling film evaporation on horizontal tube arrays. İnternational Journal of Heat and Mass Transfer. 54, Lizarte, R., Izquierdo, M., Marcos, J. D., and Palacios, E. (2013, July). Experimental comparison of two solar-driven air-cooled LiBr/H 2 O absorption chillers: Indirect versus direct air-cooled system. Energy and Buildings. 62, Lorenz, J. J. and Yung, D. (1979). A note on combined boiling and evaporation of liquid films on horizontal tubes. Journal of Heat Transfer, ASME. 101, Ma, X.,Chen, J., Li, S., Sha, Q., Liang, A., Li, W., Zhang, J., Zheng, G., Feng, Z. (2003, May). Application of absorption heat transformer to recover waste heat from synthetic rubber plant. Applied Thermal Engineering. 23, Manzela, A., Hanriot, S., Gomez, L., and Sodre, J. (2010, April). Using engine exhaust gas as energy source for absorption refrigeration system. Applied Energy. 87, Özdenal, A. (2006). Motor Egzoz Gazını Isı Kaynağı Olarak Kullanan Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi İle Taşıt Kabini Soğutulmasının Teorik İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara,

118 103 Pasakkaya, B. (2012). Bir Konutun Isıtılması ve Soğutulmasında Güneş Enerjisi Kaynaklı Absorpsiyonlu Sistemlerin Kullanılması, Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Bursa, Ribatski, G. and Thome, J. R. (2007). Experimental study on the onset of local dryout in an evaporating falling film on horizontal plain tubes. Experimental Thermal and Fluid Science. 31, Romero,R. J., Guillen, L. and Pilatowski, I. (2005, April). Monomethylamine- water vapour absorption refrigeration system. Applied Thermal Engineering. 25, Seara, J., Vales, A. and Vazquez, M. (1998, December). Heat recovery system to power an onboard NH 3 -H 2 O absorption refrigeration plant in trawler chiller fishing vessels. Applied Thermal Engineering. 18, Seewald, J.S. and Perez-Blanco, H. (1994). A simple model for calculating the performance of a lithium bromide/water coil absorber. Conference Proceeding by ASHRAE. 100, Srikhirin, P., Aphornratana, S. and Chungpaibulpatana, S. (2001, December).A review of absorption refrigeration technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 5, Sun, D. (1997). Thermodynamic design data and optimum design maps for absorption refrigeration systems. Applied Thermal Engineering. 17, Sun, D. (1998). Comparison of performances of NH 3 -H 2 O, NH 3 -LiNO 3 and NH 3 -NaSCN absorption refrigeration systems. Energy Conversion Management. 39, Şencan, A. (2004). Atık Isı İle Çalışan Absorpsiyonlu Sistemlerin Modellemesi, Ekserji Analizi ve Optimizasyonu, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, Talbi, M. and Agnew, B. (2002). Energy recovery from diesel engine exhaust gases for performance enhancement and air conditioning. Applied Thermal Engineering. 22, Tarakçıoğlu, A. (2006). Sanayide Atık Isıdan Yararlanma Yöntemleri, Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, Thome, J. R. (2009). Engineering Data Book III. Switzerland: Wolverine Tube, INC, Zogg, R. A., Feng, M. Y. and Wesphalen, D. (2005). Tiaxlcc; Guide to developing air cooled libr absorption for combined heat and power applications. Distributed Energy Program Report. NY, USA Yamankaradeniz, R., Horuz, İ., Kaynaklı, Ö., Coskun, S., Yamankaradeniz, N. (2009). Soğutma Tekniği ve Isı Pompası Uygulamaları (İkinci Baskı). Türkiye: DORA Yayıncılık,

119 104 Yılmaz, T. (1999). Teorik ve Uygulamalı Isı Transferi (1.Basım). Türkiye: PAPATYA Yayıncılık, 77.

120 EKLER 105

121 106 EK-1. Soğutma yükü hesabı 1-01 Kat holü Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 0 m² 0 - Duvar transmisyonu 0 m² 0 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 0 m² 0 - Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 81 m² Bölmeler 83 m² Tavan 81 m² Tepe lambaları 1217 W Elektrik ekipmanı 0 W 0 - İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 4047W olarak alınmıştır.

122 107 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-02 Misafir odası Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 13 m² Duvar transmisyonu 0 m² 2 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 13 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 14 m² 15 - Bölmeler 10 m² 28 - Tavan 14 m² 33 - Tepe lambaları 272 W Elektrik ekipmanı 300 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 4518 W olarak alınmıştır.

123 108 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-03 Misafir odası Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 10 m² Duvar transmisyonu 0 m² 5 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 10 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 10 m² 11 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 10 m² 25 - Tepe lambaları 208 W Elektrik ekipmanı 300 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Tavan güneş yükü Toplam soğutma yükü 3550 W olarak alınmıştır.

124 109 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-04 Genel müdür odası Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 13 m² Duvar transmisyonu 0 m² 9 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 13 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 26 m² Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 26 m² Tepe lambaları 512 W Elektrik ekipmanı 300 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 4589 W olarak alınmıştır.

125 110 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-05 Toplantı odası Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 13 m² Duvar transmisyonu 26 m² Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 13 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 34 m² Bölmeler 13 m² 53 - Tavan 34 m² Tepe lambaları 674 W Elektrik ekipmanı 1000 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 7274 W olarak alınmıştır.

126 111 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-06 ÜRETİM PLANLAMA Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 10 m² Duvar transmisyonu 0 m² 6 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 10 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 18 m² 75 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 18 m² 77 - Tepe lambaları 366 W Elektrik ekipmanı 750 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 4397 W olarak alınmıştır.

127 112 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-07 DIS TICARET Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 13 m² Duvar transmisyonu 0 m² 2 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 13 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 26 m² Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 26 m² Tepe lambaları 512 W Elektrik ekipmanı 1500 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 6709 W olarak alınmıştır.

128 113 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-08 GALVANIZ PLANLAMA Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 13 m² Duvar transmisyonu 0 m² 9 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 13 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 26 m² Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 26 m² Tepe lambaları 512 W Elektrik ekipmanı 1500 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 6635 W olarak alınmıştır.

129 114 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı 1-09 IC TICARET Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 13 m² Duvar transmisyonu 25 m² Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 13 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 34 m² Bölmeler 13 m² 48 - Tavan 34 m² Tepe lambaları 674 W Elektrik ekipmanı 1500 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 7496 W olarak alınmıştır.

130 115 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-01 GIRIS HOLU Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 9 m² Duvar transmisyonu 0 m² 2 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 9 m² 91 - Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 15 m² 0 - Bölmeler 12 m² 33 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 231 W Elektrik ekipmanı 0 W 0 - İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Zemin kat giriş holü soğutma yükü olarak 3045 W alınmıştır.

131 116 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-02 DANISMA BEK.KOR. Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 16 m² Duvar transmisyonu 1 m² 10 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 16 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 89 m² 0 - Bölmeler 16 m² 45 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 1335 W Elektrik ekipmanı 0 W 0 - İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 6785 W olarak alınmıştır.

132 117 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-03 MISAFIR Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 10 m² Duvar transmisyonu 0 m² 1 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 10 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 13 m² 0 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 262 W Elektrik ekipmanı 300 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 3565 W alınmıştır.

133 118 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-04 ARSIV Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 10 m² Duvar transmisyonu 15 m² Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 10 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 15 m² 0 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 218 W Elektrik ekipmanı 0 W 0 - İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 3069 W olarak alınmıştır.

134 119 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-05 FINANS SATIN ALMA Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 10 m² Duvar transmisyonu 3 m² 55 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 10 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 26 m² 0 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 528 W Elektrik ekipmanı 750 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü 4557 W olarak alınmıştır.

135 120 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-06 MUHASEBE Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 36 m² Duvar transmisyonu 27 m² Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 36 m² Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 93 m² 0 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 1850 W Elektrik ekipmanı 1500 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% Toplam yük Toplam soğutma yükü W olarak alınmıştır.

136 121 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-07 TEKNIK ODA Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 0 m² 0 - Duvar transmisyonu 0 m² 0 - Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 0 m² 0 - Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 8 m² 0 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 154 W Elektrik ekipmanı 500 W İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% 72 4 Toplam yük Toplam soğutma yükü 833W olarak alınmıştır.

137 122 EK-1. (devam) Soğutma yükü hesabı Z-08 DEPO Duyulur Gizli Yükler Detaylar (W) (W) Tavan güneş yükü 0 m² 0 - Duvar transmisyonu 10 m² Çatı transmisyonu 0 m² 0 - Pencere transmisyonu 0 m² 0 - Tavan transmisyonu 0 m² 0 - Kapı yükleri 0 m² 0 - Zemin transmisyonu 9 m² 0 - Bölmeler 0 m² 0 - Tavan 0 m² 0 - Tepe lambaları 135 W Elektrik ekipmanı 0 W 0 - İnsanlar İnflitrasyon Güvenlik faktörü 10% / 10% 55 4 Toplam yük Toplam soğutma yükü 639 W olarak alınmıştır.

138 EK-2. Fancoil sistemi projesi (Bkz. CD) 123

139 124

140 125 ÖZGEÇMİŞ Kişisel Bilgiler Soyadı, adı : KURTULMUŞ, Nazım Uyruğu : T.C. Doğum tarihi ve yeri : , Mersin Medeni hali : Evli Telefon : 0(324) nkurtulmus@adanbtu.edu.tr Eğitim Derece Yüksek lisans Eğitim Birimi Gazi Üniversitesi Mezuniyet tarihi Devam Ediyor Lisans Selçuk Üniversitesi 2009 Lise M.T.S.O Anadolu Lisesi 2005 İşDeneyimi Yıl Yer Görev 2012 Adana Bilim ve Teknoloji Üniversitesi Araştırma Görevlisi YabancıDil İngilizce Yayınlar Hobiler Yüzme, Spor, Yabancı dil öğrenme

141 GAZİ GELECEKTİR...