R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER ÖZET ABSTRACT

Transkript

1 2. Ulusal İklimlendirme Soğutma Eğitimi Sempozyumu ve Sergisi Ekim 2014 Balıkesir R1234YF SOĞUTUCU AKIŞKANININ FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ İÇİN BASİT EŞİTLİKLER Çağrı KUTLU 1, Mehmet Tahir ERDİNÇ 1 ve Şaban ÜNAL 1 1 Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Osmaniye cagrikutlu@osmaniye.edu.tr mehmettahirerdinc@osmaniye.edu.tr saban.unal@osmaniye.edu.tr ÖZET Yüksek verimliliğe ve düşük küresel ısınma potansiyeline sahip olan R1234yf (2,3,3,3-Tetraflauroprophane) soğutma uygulamalarında kullanılmakta olan bazı soğutucu akışkanların yerini almak üzere geliştirilmiştir. Hesaplamalarda kullanılacak olan soğutucu akışkanın fiziksel özelliklerinin belirlenmesi gerekli olmaktadır. Bu yüzden bilgisayar uygulamalarında kolaylıkla kullanılabilecek R1234yf nin fiziksel özelliklerini veren basit eşitliklere ihtiyaç vardır. Bu çalışmada, R1234yf soğutucu akışkanın bazı fiziksel özellikleri için NIST Standart Database 23 te verilen değerler kullanılarak basit eşitlikler çıkarılmıştır. Çıkarılan eşitlikler, 230~360 K aralığında NIST Standart Database 23 ün değerlerine göre bağıl hata genelde %1 den daha düşük değerler vermektedir. Anahtar Sözcükler: Soğutma, Soğutucu Akışkan, R1234yf ABSTRACT R1234yf(2,3,3,3-Tetraflauroprophane) which has high efficiency and low global warming potential(lgwp) is developed to use for refrigeration applications instead of some refrigerants. So for some applications, physical properties of refrigerant must be determined, and basic equations for R1234yf are needed for computer applications. In this work, simple equations have been obtained for R1234yf according to NIST Standart Database 23. The properties can be very accurately between 230 K and 360 K compared to NIST Standart Database 23 and relative error is lower than 1%. Keywords: Refrigeration, Refrigerant, R1234yf 1. GİRİŞ Avrupa parlementosunun kanunlaşan yönergesine göre küresel ısınma potansiyeli (GWP) 150 den yüksek olan R134a nın araç iklimlendirme sisteminde kullanımı yasaklanacaktır. GWP değeri yaklaşık 1300 olan 403

2 R134a nın yerine, benzer termodinamik ve fiziksel özelliklere sahip ve GWP değeri 4 olan R1234yf yeni soğutucu akışkan alternatifi olarak öne çıkmaktadır. Çeşitli soğutucu akışkanların kullanıldığı ısıtma ve soğutma sistemlerinin tasarımında ve optimizasyonunda fiziksel özelliklerinin sıcaklığa bağlı değişimini veren eşitliklere ihtiyaç vardır. Bu bağlamda R12, R22, R113, R114 ve R134a gibi farklı soğutucu akışkanlar için Ünal ve ark.[1] bilgisayar uygulamalarında kolaylıkla kullanılabilecek basit eşitlikler çıkartmışlardır. McLinden ve ark.[2] soğutucu akışkan ve soğutucu akışkan karışımları için genel denklemler çıkarmışlardır. Tanaka ve Higashi[3] R1234yf nin termodinamik özellikleri için deneysel verilerden eşitlikler çıkarmışlardır. Atalay ve Çoban[4] R1234yf termodinamik özelliklerinin hesaplanması için hal denklemleri kullanılarak eşitlikler verilmiştir. Yılmaz [5] transfer proseslerine ilişkin teorik ve deneysel bulguların yaklaşık ifadesi için genel esaslar geliştirmiştir. Bu çalışmada sunulan eşitliklerin çıkartılmasında da bu çalışmadan faydalanılmıştır. R1234yf soğutucu akışkanın termodinamik özellikleri tablolar halinde literatürde verilmektedir [6]. Bu değerlerin basit eşitlikler haline getirilmesi, bilgisayar uygulamalarında büyük kolaylık sağlayacaktır. Bu çalışmada doymuş sıvı R1234yf nin fiziksel özellikleri için basit eşitlikler verilecektir. 2. FİZİKSEL ÖZELLİKLER 2.1 Sıvının Isı İletim Katsayısı Sıvı haldeki soğutucu akışkanın ısı iletim katsayısı basit olarak kk = aa TT bb (1) şeklinde ifade edilmiştir. Burada TT Eşitlik (2) de, katsayılar ise Tablo 1 de verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan ısı iletim katsayısı değerlerinin karşılaştırılması, Şekil 1 de grafik halinde verilmiştir. TT = TT(KK) (2) TT kkkk TABLO-1 Eşitlik (1) deki katsayılar a b 54,5478-1,0621 Şekil-1 Refprop değeri ile hesaplanan doymuş sıvının ısı iletim katsayılarının karşılaştırılması 404

3 2.2 Doymuş Buharın Isı İletim Katsayısı Doymuş buharın ısı iletim katsayısı için kk = aa TT 3 + bb TT 2 + cc TT (3) kk = kk (4) kk kkkk Şekline bir eşitlik çıkarılmıştır. Eşitlik (3) teki katsayılar Tablo 2 de verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan ısı iletim katsayıları karşılaştırılması, Şekil 2 de grafik halinde verilmiştir. TABLO-2 Eşitlik (3) deki katsayılar a b c d 1,02-2,2 1,6456-0,399 Şekil-2 Refprop değerleri ile hesaplanan doymuş buharın ısı iletim katsayıları değerlerinin karşılaştırılması 2.3 Sıvının Özgül Isısı Sıvı haldeki soğutucu akışkanın özgül ısısı için cc pp = aa TT 3 + bb TT 2 + cc TT + dd (5) şeklinde bir eşitlik çıkarılmıştır. Eşitlik (5) teki katsayılar Tablo 3 de verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan özgül ısı değerlerinin karşılaştırılması, Şekil 3 de grafik halinde verilmiştir. TABLO-3 Eşitlik (5) teki katsayılar a b c d 29,257-62,879 46,087-10,

4 Şekil-3 Refprop değeri ve hesaplanan doymuş sıvının özgül ısıların karşılaştırılması 2.4 Doymuş Buharın Özgül Isısı Doymuş buhar halindeki soğutucu akışkanın özgül ısısı için cc pp = aa TT 3 + bb TT 2 + cc TT + dd (6) cc pp = cc pp cc ppkkkk şeklinde bir eşitlik çıkarılmıştır. Eşitlik (6) daki katsayılar Tablo 4 de verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan özgül ısı değerlerinin karşılaştırılması, Şekil 4 de grafik halinde verilmiştir. TABLO-4 Eşitlik (6) daki katsayılar a b c d 0,0361-0, ,0561-0,0131 (7) Şekil-4 Refprop değeri ve hesaplanan doymuş buharın özgül ısıların karşılaştırılması 406

5 2.5 Sıvının Kinematik Viskozitesi Sıvı haldeki soğutucu akışkanın kinematik viskozitesi için θθ = aa TT bb (8) eşitliği çıkarılmıştır. Eşitlikteki katsayılar Tablo 5 de verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan kinematik viskozite değerleri, grafik halinde Şekil 5 te verilmiştir. TABLO-5 Eşitlik (8) deki katsayılar a b 0,0008-2,1 Şekil-5 Refprop değeri ve hesaplanan doymuş sıvının kinematik viskozite değerlerinin karşılaştırılması 2.6 Doymuş Buharın Kinematik Viskozitesi Doymuş buhar halindeki soğutucu akışkanın kinematik viskozitesi için θθ = aa TT bb (9) eşitliği çıkarılmıştır. Eşitlikteki katsayılar Tablo 6 da verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan kinematik viskozite değerleri, grafik halinde Şekil 6 da verilmiştir. TABLO-6 Eşitlik (9) daki katsayılar a b 0,8879-7,

6 Şekil-6 Refprop değeri ve hesaplanan doymuş buharın kinematik viskozite değerlerinin karşılaştırılması 2.7 Sıvının Prandtl Sayısı Sıvı haldeki soğutucu akışkanın Prandtl sayısı PPPP = aa TT 2 + bb TT + cc (10) şeklinde çıkarılan eşitlikten hesaplanabilir. Eşitlikteki katsayılar Tablo 7 de verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan Prandtl değerleri, grafik halinde Şekil 7 de verilmiştir. TABLO-7 Eşitlik (10) daki katsayılar a b c 18,265-35,076 19,549 Şekil-7 Refprop değeri ve hesaplanan doymuş sıvının Prandtl değerlerinin karşılaştırılması 408

7 2.8 Doymuş buharın Prandtl Sayısı Doymuş buhar halindeki soğutucu akışkanın Prandtl sayısı PPPP = aa TT 3 + bb TT 2 + cc TT + dd (11) şeklinde çıkarılan eşitlikten hesaplanabilir. Eşitlikteki katsayılar Tablo 8 te verilmiştir. Refprop değeri ve hesaplanan Prandtl değerleri, grafik halinde Şekil 8 te verilmiştir. TABLO-8 Eşitlik (11) deki katsayılar a b c d 0, ,4809 0, ,0684 Şekil-8 Refprop değeri ve hesaplanan doymuş buharın Prandtl değerlerinin karşılaştırılması 3. SONUÇ R1234yf soğutucu akışkanın bazı fiziksel özellikleri için verilen bu eşitlikler, bilgisayar uygulamaları için oldukça elverişlidir. Eşitliklerin geçerli olduğu aralık pratikteki soğutma çevrim uygulamaları için yeterlidir. Eşitliklerdeki bağıl hatalar genelde %1 in altındadır. 4. KAYNAKLAR [1] T. Yılmaz, Ş. Ünal, R134a ve R22 nin termodinamik özellikleri için genel eşitlikler, Termoklima, [2] Richter, M., McLinden, M.O., and Lemmon, E.W, Thermodynamic Properties of 2,3,3,3-Tetrafluoroprop-1- ene (R1234yf): Vapor Pressure and p-rho-t Measurements and an Equation of State, J. Chem. Eng. Data, [3] K. Tanaka, Y. Higashi, Thermodynamic properties of HFO-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropene), International journal of refrigeration,

8 [4] H. Atalay, M. T. Çoban, HFO-1234yf ( 2, 3,3,3-tetrafluoropropene), 19.Ulusal ısı bilimi ve tekniği kongresi, [5] T. Yılmaz, Transfer proseslerinde deneysel ve teorik bulguların yaklaşık eşitliklerle ifadesi için genel eşitlikler Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 2/,1979. [6] REFPROP, NIST Standart Database 23 KISALTMALAR Boyutsuz basınç [-] Kritik basınç [MPa] Boyutsuz sıcaklık [-] Kritik sıcaklık [K] k Isı iletim katsayısı [W/mK] cc pp Özgül ısı [kj/kgk] θθ Kinematik viskozite [cm 2 /s] Pr Prandtl sayısı [-] PP PP kkkk TT TT kkkk 410

9 T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İKSES ULUSAL İKLİMLENDİRME SOĞUTMA EĞİTİMİ SEMPOZYUMU VE SERGİSİ EKİM 2014 BİLDİRİLER KİTABI

10 T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ İKSES ULUSAL İKLİMLENDİRME SOĞUTMA EĞİTİMİ SEMPOZYUMU VE SERGİSİ EKİM 2014 EDİTÖRLER Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU Dr. Okan KON YARDIMCI EDİTÖRLER Veli Gökhan DEMİR İsmail CANER BAÜ KONGRE VE KÜLTÜR MERKEZİ BALIKESİR 2014

11 HFO- Ce Florlu Gazlar (F R R- Mehmet Tahir R