SU/LİTYUM BROMİD VE ÜÇLÜ HİDROKSİT KARIŞIMLARIYLA ÇALIŞAN ABSORBSİYONLU SİSTEMLERİN PERFORMANSLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

Transkript

1 TNOLOJİ, Yıl, (00), Sayı -, - TNOLOJİ SU/LİTYUM BROMİD V ÜÇLÜ HİDROSİT RIŞIMLRIYL ÇLIŞN BSORBSİYONLU SİSTMLRİN PRFORMNSLRININ RŞILŞTIRILMSI ÖZT rzu ŞNCN, Reşat SLBŞ,.emal YUT SDÜ Teknik ğitim Fakültesi Makine ğitimi Bölümü, 60, Isparta, Türkiye Bu çalışmada, su/lityum bromid ve alternatif olarak su/üçlü idroksit karışımla çalışan bir absorbsiyonlu iklimlendirme sisteminin performanslarının karşılaştırılması yapılmıştır. Üçlü idroksit; 0:6: (NaOH:OH:CsOH) oranlarında sodyum, potasyum ve sezyum idroksitlerinden oluşmaktadır. Sistemin performans katsayısının bazı sıcaklık parametreleriyle değişimi grafiksel olarak gösterilmiştir. Sonuç olarak; sisteminin performans katsayısının sıcaklıklarla değişimi er iki karışım için benzerlik göstermesine rağmen alternatif üçlü karışımla çalışan sistemin daa yüksek verimle çalışabileceği görülmüştür. natar elimeler: bsorbsiyonlu sistem, iklimlendirme, lityum bromid, üçlü idroksit COMPRISON OF PRFORMNCS OF BSORPTION SYSTMS OPRTİN BY UOUS TRNRY HYDROXİD ND WTR/LİTHİUM BROMİD BSTRCT In tis study, comparing performance of absorption systems operating by water-litium bromide and an alternative ternary ydroxide mixture was studied. Te ternary ydroxide consist of sodium, potassium and caesium ydroxides in te proportions 0:6: (NaOH:OH:CsOH) Coefficient of performance of system was grapically sown variation wit some temperature parameters. s a result; altoug coefficients of performance for bot mixtures are similar, it was seen tat te system operating by te alternative ternary mixture can operate wit iger efficiency. ey Words: bsorption system, air-conditioning, litium bromide, ternary ydroxide. İRİŞ bsorbsiyonlu sistemlerde iklimlendirme amacıyla en sık kullanılan akışkan çiftlerinden biri LiBr-su karışımıdır. kışkan çifti olarak LiBr-su kullanılan absorbsiyonlu sistemlerde yüksek generatör sıcaklıklarında kristalleşme problemleri meydana gelmektedir []. Bu yüzden yeni alternatif akışkan çiftleri araştırılmaktadır. Bu alternatiflerden biri de sodyum idroksit-su karışımıdır []. bsorbent madde olarak sadece sodyum idroksitin kullanılması durumunda lityum bromide benzer şekilde yüksek generatör sıcaklıklarında kristalleşme problemlerinin ortaya çıktığı görülmüştür []. Üçlü idroksit karışımlarının kullanılması durumunda ise daa yüksek generatör sıcaklıklarında kristalleşme probleminin en aza indirgendiği gözlenmiştir []. Hidroksit karışımlarının bu tür avantajlarına rağmen daa düşük kütle ve ısı transfer katsayıları, yüksek sıcaklıklarda viskozite ve korozyon gibi bazı dezavantajları vardır [].

2 Su/Lityum Bromid bsorbsiyonlu Sistemlerin Performanslarının arşılaştırılması Bu çalışmada; er iki karışımla çalışan absorbsiyonlu iklimlendirme sisteminin performans katsayılarını belirlemek için matematiksel bir model oluşturulmuştur. Her bir karışım için sistemin temel sıcaklıklarıyla performans katsayısının değişimi grafiksel olarak incelenmiştir.. SİSTMİN ÇLIŞMSI bsorbsiyonlu sistem Şekil de gösterildiği gibi buar sıkıştırmalı soğutma sistemine benzemesine karşılık burada kompresörün yerini absorber, sıvı pompası ve generatör almıştır. Çalışma akışkanının generatörde buarlaşarak eriyikten ayrılması için generatör ısısı verilir. Buarlaşan akışkan kondenserde ısısını vererek sıvı ale geçer. Yüksek basınçta sıvı aldeki çalışma akışkanının basıncı düşürülerek evaporatöre gelir ve burada ortamdan ısısını alarak buarlaşır. kışkan buarı daa sonra absorbere giderek generatörden gelen zayıf eriyikle birleşerek zengin eriyiği oluşturur. Bu sırada absorberden ısısı çekilmelidir. bsorberde oluşan zengin eriyik bir sıvı pompası yardımıyla ısı değiştiriciden geçirilerek bir miktar ısı alır ve generatöre gönderilir [,6]. Çevrim böylece devam eder. Şekil de görüldüğü gibi absorbsiyonlu sistemde yüksek ve alçak basınç değeri ile kondenser ve absorber sıcaklıkları aynı olmak üzere üç sıcaklık değeri vardır. P P kondanser generatör Isı değiştirici 9 6 P evaporatör 0 absorber T T T T T. SİSTMİN MTMTİSL MODLİ Şekil. Basit bir absorbsiyonlu soğutma çevrimi bsorbsiyonlu sistemin matematiksel modeli aşağıdaki kabullerle yapılmıştır. a) Sistem tümüyle termodinamik dengededir. b) Sistem analizi sürekli ve üniform durum şartları için yapılmıştır. c) eneratör ve absorberden ayrılan eriyik ile kondenser ve evaporatörden ayrılan çalışma akışkanı doymuş aldedir. d) Isı kayıpları ve basınç düşüşleri imal edilmiştir. e) Pompa işi imal edilmiştir. f) Sistemin elemanlarının sıcaklıkları ve evaporatör ısı yükü bilinmektedir

3 TNOLOJİ, Yıl, Sayı -, 00 9 Şekil de verilen absorbsiyonlu sistemin enerji ve kütle balansları yapılarak aşağıdaki eşitlikler yazılabilir []. m & & & & () m & + () m m m 0 eneratörde enerji dengesi: + () ondenserde enerji dengesi : () vaporatörde enerji dengesi: () bsorberde enerji dengesi: + (6) 0 0 kış oranı kütlesel debiler cinsinden: O () m & veya konsantrasyonlar cinsinden: X O () X X bsorbsiyonlu soğutma sistemi için performans katsayısı, evaporatör ısı yükünün generatör ısı yüküne oranı olarak tanımlanır. soğ (9) Sistemin teorik olarak ulaşabileceği en yüksek verim olan Carnot performans katsayısı (soğutma için) evaporatör sıcaklığı T, absorber sıcaklığı T, kondenser sıcaklığı T ve generatör sıcaklığı T olmak üzere dört temel sıcaklığa bağlı olarak aşağıdaki gibi yazılabilir : C,soğ T T (0) T T Sistemin entalpileri yardımıyla bulunan gerçek performans katsayısı (soğutma için):,soğ () + O( ) bsorbsiyonlu ısıtma sistemi için performans katsayısı, kondenser ve absorber ısı yükü toplamının generatör ısı yüküne oranı olarak tanımlanır.

4 0 Su/Lityum Bromid bsorbsiyonlu Sistemlerin Performanslarının arşılaştırılması ısıtma + () Sistemin Carnot performans katsayısı (ısıtma için): T + T () C,ısıtma T T Sistemin entalpileri yardımıyla bulunan gerçek performans katsayısı (ısıtma için): + (),ısıtma + + O( 0 + O( ) ) 0. SONUÇLR Her iki karışımla çalışan absorbsiyonlu sistemin farklı generatör, evaporatör ve absorber sıcaklıkları için performans katsayılarının değişimleri incelenmiştir. Şekil de er iki karışımın Carnot ve gerçek performans katsayılarının aynı evaporatör, kondenser ve absorber sıcaklıkları için generatör sıcaklığı ile değişimi görülmektedir. Her iki karışımın performans katsayısı değerlerinin generatör sıcaklığı ile arttığı ve üçlü karışımın daa yüksek generatör sıcaklıklarında kristalleşme problemi olmadan çalışabileceği görülmektedir t o C t t o C.. 0. C eneratör sıcaklığı C,soğ LİBr/su,soğ -OH/su C,soğ LiBr/su ve - OH/su Şekil. Farklı akışkan çifti kullanılan absorbsiyonlu soğutma sisteminin performans katsayısının generatör sıcaklığı ile değişimi Şekil de farklı absorber sıcaklıklarıyla performans katsayısının değişimi görülmektedir. Üçlü karışımla çalışan sistemin daa yüksek absorber sıcaklıklarında yüksek verimle çalışabildiği görülmüştür..

5 TNOLOJİ, Yıl, Sayı -, t o C t 90 o C t o C C 0., soğ LiBr/Su, soğ -OH / Su C, soğ ( LiBr/Su ve -OH / Su bsorber sıcaklığı C 0. Şekil. Farklı akışkan çifti kullanılan absorbsiyonlu soğutma sisteminin performans katsayısının absorber sıcaklığı ile değişimi Şekil de farklı evaporatör sıcaklıklarıyla performans katsayısının değişimi görülmektedir. rtan evaporatör sıcaklıklarıyla performans katsayısının arttığı ve üçlü karışımın performans değerlerinin diğer karışıma oranla daa yüksek olduğu görülmektedir t 90 o C t 0 o C t 0 o C.9. C 0..,soğ LiBr/Su,soğ -OH/Su C,soğ LiBr/su ve -OH/su vaporatör Sıcaklığı C Şekil. Farklı akışkan çifti kullanılan absorbsiyonlu soğutma sisteminin performans katsayısının evaporatör sıcaklığı ile değişimi Şekil ve Şekil 6 da absorbsiyonlu ısıtma sistemi için sırasıyla performans katsayısının generatör sıcaklığıyla değişimi ve performans katsayısının absorber sıcaklığıyla değişimi görülmektedir. Buradaki performans değişimleriyle absorbsiyonlu soğutma sitemindeki değişimler paralellik göstermesine rağmen ısıtma modunda performans katsayısı değerlerinin daa yüksek olduğu açıkça görülmektedir.

6 Su/Lityum Bromid bsorbsiyonlu Sistemlerin Performanslarının arşılaştırılması,9, t o C t t o C,,, C,,,ısıt LiBr/su, ısıt -OH/su C,ısıt (LiBr/su ve -OH/su), eneratör sıcaklığı C, Şekil. Farklı akışkan çifti kullanılan absorbsiyonlu ısıtma sisteminin performans katsayısının generatör sıcaklığı ile değişimi,, t o C t 90 o C t o C,,,,0 C,, ısıt LiBr/su,ısıt -OH/su C,ısıt (LiBr/su ve -OH/su),6, bsorber sıcaklığı C, SMBOLLR Şekil 6. Farklı akışkan çifti kullanılan absorbsiyonlu ısıtma sisteminin performans katsayısının absorber sıcaklığı ile değişimi T X performans katsayısı kütlesel debi, [kg/s] entalpi, [kj /kg] ısı yükü, [kw] sıcaklık, [] konsantrasyon İNDİSLR absorber evaporatör generatör kondenser

7 TNOLOJİ, Yıl, Sayı -, 00. YNLR [] Lee, S.F., Serif,S.., "Termodynamic analysis of a litium bromide/water absorption system for cooling and eating applications", International Journal of nergy Researc, Vol., 09-0, 00. [] Stepan,., Scmitt, M., Hebecker, D., Bergman, T., "Dynamics of a eat transformer working wit te mixture NaOH- H O", Int. J. Refrig., 0(), -9, 99. [] Rivera, W., Romero, R.J., "Termodynamic design data for absorption eat transformers. Part seven: Operating on an aqueous ternary ydroxide", ppl. Termal ngng., (-), -6, 99. [] Romero, R.J., Rivera, W., racia, J., Best, R., "Teoretical comparison of performance of an absorption eat pump system for cooling and eating operating wit an aqueous ternary ydroxide and water/litium bromide", ppl. Termal ngng,, -, 00. [] Cua, H.T., To, H.., Malek,., Ng,.C., Sirinivasan,., "Improved termodynamic property fields of LiBr-H O solution.", Int. J. Refrig.,, -9, 000. [6] Cua, H.T., To, H.., Malek,., Ng,.C., Sirinivasan,., " general termodynamic framework for understanding te beaviour of absorption cillers", Int. J. Refrig.,, 9-0, 000. [] Tozer, R.M., James, R.W.," Fundamental termodynamics of ideal absorption cycles", Int. J. Refrig., 0(), 0-, 99.