SOĞUTMA SĐSTEMĐ Araş.Gör. Özgen AÇIKGÖZ 23. Ders
Soğutma Makinaları Isı geçişi yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan düşük sıcaklıktaki ortama olur. Düşük sıcaklıktaki bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi ancak soğutma makinalarının kullanımıyla olur. Soğutma makinaları da ısı makinaları gibi bir çevrimi esas alarak çalışır. Bir soğutma çevriminde kullanılan aracı akışkana soğutucu akışkan adı verilir. En yaygın kullanılan soğutma çevrimi, buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimidir.
Soğutma Makinası
Sıkıştırmalı Soğutma 4 ana bileşeni vardır
Kompresör
Pistonlu Kompresörler
Dönel Kompresörler
Sarmal Kompresörler
Kondenser
Kondenser (Yoğuşturucu) Kompresörde sıkıştırılan soğutucu akışkanın basıncı ve sıcaklığı artar. Yüklenmiş olduğu ısının sistemden alınması kondenserde yapılır. Böylece soğutucu akışkanın sıvı hale gelerek basınçlandırılır ve tekrar genleştirilerek evaporatörden ısı alacak duruma getirilir.
Kondenserler hava yada su soğutmalı olabilir. Kondenseri hava soğutmalı olan cihazlar mutlaka atmosfere açık olarak monte edilirler. kondenserlerde de ısı transferi 3 safhada oluşur. Bunlar: (a) soğutucu akışkandan kızgınlığın alınması (b)yoğuşturma (c) Aşırı soğutma. Kondenserin alanının takriben %85 yoğuşturma olayına hizmet eder ki kondenserin asli görevi budur. %5 civarında bir alan kızgınlığın alınmasına ve %10 ise aşırı soğutma (subcooling) hizmet eder.
a) Su Soğutmalı Kondenserler Bilhassa temiz suyun bol miktarda, ucuz ve düşük sıcaklıklarda bulunabildiği yerlerde gerek kuruluş ve gerekse işletme masrafları yönünden en ekonomik kondenser tipi olarak kabul edilebilir. Su soğutmalı kondenserlerin tasarımı ve uygulamasında boru malzemesinin ısıl geçirgenliği, kullanılan suyun kirlenme katsayısı, kanatlı boru kullanıldığında kanat verimi su devresinin basınç kaybı, soğutucu akışkanın aşırı soğutulmasının seviyesi gibi hususlar göz önünde bulundurulur.
Bakır boru kullanılan kondenserlerde (halojen soğutucu akışkanlar) genellikle borunun et kalınlığı azdır. Bakırın ısı geçirgenliği de yüksek olduğu için kondenserin tüm ısı geçirme katsayısına kondüksüyonun etkisi azdır ve bu katsayı daha ziyade dış (soğutucu akışkan tarafı) ve iç (su tarafı) film katsayılarının değerine bağlı olur. Halbuki, et kalınlığı fazla ve ısıl geçirgenliği az (demir boru gibi) olan borular kullanıldığında, borudaki kondüktif ısı geçişi de tüm ısı geçirme katsayısına oldukça etgen olur.
b) Hava Soğutmalı Kondenserler Bilhassa 1 hp ye kadar kapasitedeki gruplarda kullanılan bu tip kondenserlerin tercih nedenleri; basit oluşları, kuruluş ve işletme masraflarının düşüklüğü, bakım-tamirlerinin kolaylığı şeklinde sayılabilir. Ayrıca her türlü soğutma uygulamasına uyabilecek karekterdedir (ev tipi veya ticari soğutucular, soğuk odalar, pencere tipi klima cihazları gibi).
Havalı kondenserler, halokarbon soğutucu akışkanlar için genellikle bakır boru / aluminyum kanat tertibinde, bazen de bakır boru / bakır kanat ve bakır veya çelik boru / çelik kanat tertibinde imal edilirler. Aluminyum alaşımı boru / kanat imalatlara da rastlamak mümkündür. Kullanılan boru çapları ¼ ila ¾ arasında değişmektedir. Kanat sayısı beşer metrede 160 ile 1200 arasında değişir, fakat en çok kullanılan sıklık sınırları 315 ila 710 arasında kalmaktadır.
Genleşme Vanası Evaporator coil Superheat sensor
Genleşme Vanası Genleşme vanası (ekspansiyon valf) soğutma çevriminde aşağıdaki fonksiyonları yerine getirir: a) Kondenserden gelen filtre edilmiş sıvı haldeki soğutma gaz basıncının (ve dolayısıyla ısısının ) ciddi bir şekilde düşürülmesi, b) Değişik konumlardaki termik yükün soğutma gazını evaparatör içinde akışı esnasında tam anlamıyla buharlaştırarak ve yolun son bölümünde soğutma gazının kompresöre gaz halinde ulaşması için yeterli düşük ısıtma derecesine ulaştırarak evaparatör içinde soğutma gazı akışının sürekli regüle edilmesi.
Evaporatör (Buharlaştırıcı, Soğutucu) Evaporatör ise, soğutulmuş, sıvı halindeki soğutucu akışkanı buharlaştırır ve soğuk gazın kabin içine yönlenmesi için, kabine hava üfleyici fanların önlerinde bulunan hava geçiş kanalına yollar. Buharlaştırılmış soğutucu, (1-2,5 bar) daha sonra kompresöre geçer.
Evaporatörlerde Kullanılan Kanat Malzemesi Özellikleri Evaporatörlerde kullanılan ana kanat malzemesi Alüminyumdur. Kullanım yerine bağlı olarak epoksi kaplı kanat Malzemeleri de tavsiye edilir.
Đdeal bir kompresörde aşağıdaki özellikler aranır: a) Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimiçalışma rejimine uyabilme, b) Đlk kalkışta dönme momentinin mümkün olduğunca az olması, c) Verimlerin kısmi yüklerde de düşmemesi, d) Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenilirliği muhafaza etmesi, e) Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyenin üstüne çıkmaması, f) Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması, g) Daha az bir güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi, h) Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması,
Basınç ve Sıcaklıklar
Örnek Sistem
Soğutucu Akışkanlar Soğutma makinalarında önceleri amonyak ve karbondioksit kullanılmıştır. Günümüzde ise freon kullanılmaktadır. Soğutucu akışkanlar şu özelliklere sahip olmalıdır : Buharlaşması ve sıvılaşması uygulanabilir basınçlar altında olmalıdır Buharlaşma sıcaklığı mümkün olduğunca düşük olmalıdır Kimyasal olarak ayrışmamalı, yanmamalı, zehirli olmamalı ve metal yüzeylerle reaksiyona girmemelidir. Düşük güç ile çalışabilmelidir Maliyeti düşük olmalı ve kolay temin edilebilmelidir.
En çok kullanılan soğutma akışkanları şunlardır: Freon 12, Freon 22, Freon 134a, Freon 407c, F502 gibi türleri vardır. Bileşiğinde C, Cl ve F bulunur. (Örneğin F12'nin atmosferik basınçta kaynama noktası 29,8 ºC, donma noktası 157,78 ºC 'dir. Yoğunluğu havanın yoğunluğundan büyüktür. Renksiz bir gazdır) Freon 410A gazı 407c nin muadili olup daha verimli olduğundan 407c nin yerini tamamen almıştır. Amonyak (patlayıcı,yanıcı ve zehirlidir) Frigen 12, Genetron 12, Kaltron 12 Kükürtdioksit Metilklorid
Soğutucu Akışkan Özellikleri (R 22) Freon 22 Molekül Formülü CHClF 2 Molekül Ağırlığı 86,5 Kaynama Noktası ( C) - 40,8 Buharlaşma Basıncı (15 C) 3,02 Yoğunlaşma Basıncı (30 C) 12,2 Soğutma Etkisi ( kcal/kg) 38,8 Özgül Hacmi (m 3 /kg) 0,077 COP 4,7 25
Soğutma Sistemi Verimi 26
Standart Soğutma Çevrimi Qc (Ortama Atılan Isı) 3 KONDENSER 2 EXPANSION VALVE Soğutucu Akışkan KOMPRESÖR Pc (Tüketilen Güç) 4 EVAPORATÖR 1 Qe (Alınan Isı) Qc = Qe + Pc 27
Standart Çevrim (p-h diyagramı) Q c (Ortama Atılan Isı) T c T e Q e (Alınan Isı) Q c = Q e + P c P c (Tüketilen Güç) 28
Coefficient of Performance (COP) COP standart = = = Kazanç Tüketim Alınan Isı Tüketilen Güç Q e P c COP carnot = Q e P c = T e T c - T e 29
Etkinlik Katsayısı (COP) Bir soğutma makinesinin verimi etkinlik katsayısı ile ifade edilir ve COPsm ile gösterilir. Soğutma makinesinin amacı soğutulan ortamdan ısı cekmektir (Qe). Bu amacı gerçekleştirmek için bir iş yapılması gerekir (Pc). Bu durumda soğutma makinesinin etkinlik katsayısı aşağıdaki gibi ifade edilir. Elde edilmek istenen değer COP = ------------------------------------ = ------------- Harcanması gereken değer P c DĐKKAT : Soğutma makinesi, klima, chiller, buzdolabı,derin dondurucu veya ısı pompası alırken COP veya EER değerlerini mutlaka kontrol edilir. COP veya EER değeri büyüdükçe cihaz daha az enerji harcayacaktır. Eğer alınan cihazda COP değeri yazmıyor ise ürün katalogunun teknik tablolarındaki verilerden cihazın soğutma gücünü soğutmak için harcadığı enerjiye bölmek gerekir. Çıkan değer COP değeridir ve bu değer ne kadar büyük ise cihaz o derece az enerji harcayacak demektir. EER = 3,412 COP dir. Özellikle klima alırken dikkat edilecek en önemli husus EER değerinin 3,2 nin altında olmamasıdır. Qe
Örnek: Bir buzdolabının iç ortamından dakikada 360 kj ısı çekilerek iç ortam 4 C sıcaklıkta tutulmaktadır. Buzdolabını çalıştırmak için gerekli güç 2 kw olduğuna göre, a) buzdoabının etkinlik katsayısını, b) buzdolabından mutfağa olan ısı geçişini hesaplayın. COP SM = 360kJ/dakika 2kW 1kW 60kJ/dakika = 3 60 kj/dakika Q& H = Q& L + W& net, giren = 360 kj/dakika + (2kW)( ) = 1kW 480 kj/dakika
SU SOĞUTMALI KONDENSERĐ OLAN ÇĐLLER SĐSTEMĐ 32
SU SOĞUTMALI KONDENSERĐ OLAN ÇĐLLER SĐSTEMĐ 33
HAVA SOĞUTMALI KONDENSERĐ OLAN ÇĐLLER SĐSTEMĐ 34
35
36
TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASI ISITMA SĐSTEMĐ 37