BÖLÜM-5 SOĞUTUCU AKIġKANLAR 5.1 TERĠMLER VE TANIMLAR Soğutucu AkıĢkan: Buharlaşırken kendisi ısı absorbe eden ve soğutma etkisi oluşturan herhangi bir madde. Flokarbon: Bir veya birden fazla karbon atomu ihtiva eden flor bileşikleri Halojen: En aktifleri flor olan kimyasal grup. Halokarbon Soğutucu AkıĢkanlar: Halojen madde ihtiva eden soğutucu grubu. (Not:Bir grup halide soğutucu gazlara freon adı verilmiştir.) R-11: Triklor monoflor metan, CCL3F, bir halokarbon soğutucu gaz. R-12: Diklor diflor metan, CHL2F2, bir halokarbon soğutucu gaz. R-22: Monoklor diflor metan, CHCLF2, bir halokarbon soğutucu gaz. Azeotropik KarıĢım: Halokarbon soğutucu akışkanların tek (ayrı) bir akışkan eldesi için karıştırılması (Not: Çok yaygın azeotropik karışımlar R-500 ve R-502 dir.) Azeotrop Olmayan KarıĢım: İkili (binary) ve üçlü (ternary) soğutucu akışkan karışımlarının kendi özelliklerini koruyarak karışım yapmaları. Örnek: R-401A (R-22 /R152A/R-124'nın üçlü karışımıdır. R-717: Amonyak, NH3, bir halokarbon olmayan soğutucu gaz. (Not: Bu büyük endüstriyel soğutma tesislerinde, absorpsiyonlu soğutmada ve klimada kullanılmaktadır.) Soğutucu Silindiri: Soğutucu akışkanların içine konularak satıldığı ve dağıtıldığı çelik tank.(not: Bunlar genellikle soğutucu akışkan tüpü olarak bilinir) ġarj Silindiri: Tamamen doldurulmayan cam soğutucu silindiri. Ortam Sıcaklığı: Herhangi bir maddeyi çevreleyen havanın sıcaklığı. Soğutucu Yağı: Soğutma mekanizmalarında yağlama ve soğutma amacıyla kullanılan özel nemi alınmış yağ. 5.2 SOĞUTUCU AKIġKANLARIN ĠSTENĠLEN ÖZELLĠKLERĠ Zehirsiz olmalı Tutuşabilir olmamalı Patlayıcı olmamalı Korozyon etkisi olmamalı Düşük kaynama sıcaklığına sahip olmalı Kimyasal olarak kararlı olmalı Yağ ile kolayca karışabilmeli Çevreyle dost olmalı 5.3 SOĞUTUCU AKIġKAN TĠPLERĠ 1. Mineral soğutucu akışkanlar (NH3, CO2) 2. CFC ler (R12, R11 gibi) (terk edilecek gazlar) 3. HCFC ler (R22, R508, R402A, R123) (geçiş dönemi gazları) 4. HFC ler (R134a, R404A, R32) (uzun vadeli gazlar) 5. HC ler (R600, R600a, R290) (yanıcı ve patlayıcı gazlar) 5.4 YAYGIN SOĞUTUCU AKIġKANLAR VE ONLARIN KĠMYASAL ĠSĠMLERĠ (Not: Halokarbon=freon türü soğutucu akışkanlar numaralandırılması şu şekilde yapılır: Kimyasal formülde hidrojen varsa ilk rakam 2, yoksa 1 alınır, ikinci rakam ise bileşikteki flor atomlarının sayısıdır. R-500 serisi azeotrop karışımları, R-400 serisi azeotrop olmayan karışımları temsil eder. Ayrıca halokarbon olmayan akışkanlarda rakam o gazın atom ağırlığını gösterir. Örnek: NH3, R-717 olarak numaralandırılmıştır.
5.5 SOĞUTUCULARIN TANIMLANMASI ĠÇĠN ULUSLARARASI STANDARTLAR Tablo-1 de Amerikan Isıtma Soğutma ve İklimlendirme Mühendisleri Birliğinin (ASHRAE) tayin ve tespit ettiği soğutucu standartları verilmiştir. Her soğutucu akışkan bir numaraya sahiptir ve önlerine genellikle bir R harfi konur. Bu numaralar, soğutucu akışkanların çok uzun kimyasal adlarının teşhis edilmesi için kullanılmaktadır. Halokarbon bileşikleri terimi, Tablo-1'de gösterildiği gibi verilen kimyasal gruptaki elementlerin (halojenler) ihtiva ettikleri bileşiklerinden meydana geldiği için verilmiştir. Bu grup:flor, klor, brom ve iyottan müteşekkildir. Fakat bu bileşik listelerinde iyot bulunmaz. Azeotrop terimi, geniş sıcaklık seviyelerinde sıvı ve katı ayı fazları muhafaza edebilen kararlı soğutucu akışkan karışımlarını ifade eder. Bu gazlar genellikle kendilerini oluşturan gazlardan farklıdırlar. 5.6 SOĞUTUCU AKIġKANLARIN EMNĠYET AÇISINDAN SINIFLANDIRILMASI Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü(ANSI) ve Patent Laboratuvarı (UL), soğutucu akışkanları izafi güvenlik seviyelerine düzenlenmiştir. ANSI soğutucu akışkanları tehlike potansiyellerine göre üç grup halinde hazırlanmıştır. 1.grup, en az tehlikeli olan soğutucu gazlardır. UL soğutucu akışkanları altı gruba ayırmış. 1. gruptakiler en zehirli olanlarıdır. UL sınıflandırması sadece zehirlilik özelliğine bağlı olarak, ANSI sınıflandırması ise hem zehirlilik hem de tutuşabilme özelliğine bağlı olarak yapılmıştır. Tablo-2 de UL ve ANSI ye ait çok yaygın soğutucu akışkanların güvenlik seviyeleri birlikte verilmiştir.
TABLO-1 Soğutucu akışkanların ASHRAE tarafından hazırlanan standartları Soğ. Kimyasal Ġsmi Formül Soğ. Kimyasal Ġsmi Formül No No METAN SERĠSĠ ETAN SERĠSĠ R-10 Karbon tetra klorür CCL 4 R-110 Hegza klor etan CCL 3CCL 3 R-11 Tri klor flor metan CCL 3F R-111 Penta klor flor etan CCL 3CCL 2F R-12 Di klor diflor metan CCL 2F 2 R-112 Tetra klor di flor etan CCL 2FFCCL 2 F R-12B1 Brom klor di flor metan CBrClF 2 R-112a Tetra klor di flor etan CCL 3CCLF 2 R-12B2 Di brom diflor metan CBr 2F 2 R-113 Tri klor tri flor etan CCL 2FCCLF 2 R-13 Klor tri flor metan CCLF 3 R-113a Tri klor tri flor etan CCL 3CF 3 13B1 Brom tri flor metan CBrF 3 R-114 Di klor tetra flor etan CClF 2CCLF 2 R-14 Karbon tetra flor CF 4 R-114a 1,2-di klor-1,2,2,2 tetra klor CCl 2FCF 3 etan R-20 Kloroform CHCL 3 R- 1,2-di brom-1,1,2,2 tetra CBrF 2CBrF 2 114B2 flor etan R-21 Di klor flor metan CHCLF 2 R-115 Klor penta flor etan CCl 2F 2CF 3 R-22 Klor di flor metan CHCCLF 2 R-116 Hegza flor etan CF 3CF 3 R-22B1 Brom di flor metan CHBrF 2 R-120 Penta klor etan CHCl 2CCl 3 R-23 Triflormetan CH 2CL 2 R-123 2,2-diklor-1,1,1-triflor etan CHCl 2CF 3 R-30 Metilenklorür CH 2F 2 R-123a 1,2-diklor-1,1,2-triflor etan CHClFCClF 2 R-31 monoflormetan CH 3F R-124 2-klor-1,1,1,2-tetraflor etan CHClFCF 3 R-32 Di flor metan (metil florit) CH 2F 2 R-124a 1-klor-1,1,2,2-tetraflor etan CHF 2CClF 2 R-40 Klor metan (metil klorit) CH 3Cl R-125 Pentaflor etan CHF 2CF 3 R-41 Flor metan (meil florit) CH 3F R-133a 2-klor-1,1,1-triflor etan CH 2ClCF 3 R-50 Metan CH 4 R-134a Tetrafloretan CF 3CH 2F PROPAN SERĠSĠ R-140a Triklor etan (metil CH 3CCl 3 kloroform) R- 1,3-diklor-1,1,2,2,3,3- CCLF 2CF 2CC R-141b 1,1-diklor-1-flor etan CCl 2FCH 3 216ca hegza flor propan lf 2 R-218 Okta flor propan CF 3CF 2CF 3 R-142b 1-klor-1,1-diflor etan CClF 2CH 3 R- 1,1,1,2,2-penta flor CF 3CF 2CH 3 R-143a 1,1,1-triflor etan CF 3CH 3 245cb propan 290 Propan CH 3CH 2CH 3 R-150a 1,1-diklor etan CHCl 2CH 3 SĠKLĠK ORGANĠK BĠLEġĠKLER R-152a 1,1-diflor etan CHF 2CH 3 C316 1,2-diklor-1,2,3,3,4,4- C 4Cl 2F 6 R-160 Klor etan (etil kolrit) CH 2CH 2Cl hagza flor siklo bütan C317 Klor hepta flor siklo C 4ClF 7 R-170 Etan C 2H 6 bütan C318 Okta flor siklo bütan C 4F 8
TABLO-1 Soğutucu akışkanların ASHRAE tarafından hazırlanan standartları (devam) ZEOTROP KARIġIMLAR AZEOTROP KARIġIMLAR Soğ. Ġsmi/Oranı Soğ. Ġsmi/Oranı No No R-401A R-22/152a/124 (53/13/34) R-500 R-12/152a (73.8/26.2) R-401B R-22/152a/124 (61/11/28) R-501 R-22/12 (75/25) R-401C R-22/152a/124 (33/15/52) R-502 R-22/115 (48.8/51.2) R-402A R-125/290/22 (60/2/38) R-503 R-23/13 (40.1/59.9) R-402B R-125/290/22 (38/2/60) R-504 R-32/115 (48.2/51.8) R-403A R-290/22/218 (5/75/20) R-505 R-12/31 (78/22) R-403B R-290/22/218 (5/56/39) R-506 R-31/114 (55.1/44.9) R-404A R-125/143a/134a (44/52/4) R- R-125/143a (50/50) 507A R-405A R-22/152a/142b/C318 (45/7/5.5/42.5) R- R-23/116 (39/61) 508A R-406A R-22/600a/142b (55/4/41) R- R-23/116 (46/54) 508B R-407A R-32/125/134a (20/40/40) R- R-22/218 (44/56) 509A R-407B R-32/125/134a (10/70/20) ĠNORGANĠK BĠLEġĠKLER R-407C R-32/125/134a (23/25/52) R-702 Hidrojen H 2 R-407D R-32/125/134a (15/15/70) R-704 Helyum He R-408A R-125/143a/22 (7/46/47) R-717 Amonyak NH 3 R-409A R-22/124/142b (60/25/15) R-718 Su H 2O R-409B R-22/124/142b (65/25/10) R-720 Neon Ne R-410A R-32/125 (50/50) R-728 Azot N 2 R-410B R-32/125 (45/55) R-732 Oksijen O 2 R-411A R-1270/22/152a (1,5/87,5/11) R-740 Argon Ar R-411B R-1270/22/152a (3/94/3) R-744 Karbon dioksit CO 2 R-412A R-22/218/142b (70/5/25) R- Azot dioksit N 2O 744A HĠDROKARBONLAR R-764 Kükürt dioksit SO 2 R-600 Bütan CH 3CH 2CH 2CH 3 AZOT BĠLEġĠKLERĠ R-600a İzo-bütan CH (CH 3) 3 R-630 Metil amin CH 3NH 2 OKSĠJEN BĠLEġĠKLERĠ R-631 Etil amin C 2H 5NH 2 R-610 Etil eter C 2H 5OC 2H 5 R-611 Metil format HCOOCH 3
Soğutucu Gaz ANSI Emniy et Grup Kodu TABLO-2 Soğutucu Akışkanların Emniyet Açısından Sınıflandırılması UL UL Sınıf Soğutucu Gaz Sınıf ı ı Hava ile hacimse l patlama oran sınırı ANSI Emniy et Grup Kodu Hava ile hacimsel patlama oran sınırı No Adı No Adı R-50 Metan 3a 5b 4.9-15.0 R-40 Metilklorür 2 4 8.1-17.2 R-14 Tetraflormetan 1a 6a -- R- İzobütan 3 5b 1.8-8.4 600a R- Etilen 3a 5b 3.0-25.0 R-764 Kükürtdioksit 2 1-1150 744A Azotoksit - - -- R-600 Bütan 3 5 1.6-6.5 R-13 Klortriflor 1 6a - R-114 Diklortetrafloretan 1 6 - metan R-170 Etan 3 5b 3.3-10.6 R-21 Diklorflor metan 1 4-5 - R-744 Karbondioksit 1 5 -- R-160 Etilklorür 2 4a 3.7-12.0 13B1 Bromtriflor 1 6 - R-11 Trikloflor metan 1 5 - metan R-290 Propan 3 5b 2.3-7.3 R-611 Metilformat 2 3 4.5-20.0 R-502... 1 5a - R-30 Metilenklorür 1 4a -- R-22 Klordiflormetan 1 5a - R-113 Triklortrifler etan 1 4-5 - R-717 Amonyak 2 2 16-25.0 R- 1130 R-500... 1 5a - R-12 Diflordioklor 1 6 - metan dikloretilen 2 4 5.6-11.4
5.5 YAYGIN OLARAK KULLANILAN SOĞUTUCU AKIġKANLARIN MUKAYESE EDĠLMESĠ Amonyak (R-717) (NH3) Halokarbon kökenli soğutucular dışında geniş ölçüde kullanılmaya devam eden tek soğutucu akışkandır. Zehirleyici ve bir ölçüde yanıcı ve patlayıcıdır. Yüksek buharlaşma ısısı ve düşük özgül hacime sahiptir. Amonyak bakır boruları korozyona uğrattığı için amonyaklı tesislerde genellikle çelik borular kullanılır. Amonyak kompresörlerinin çıkış sıcaklığı yüksek olduğundan kompresör silindirlerinin su ile soğutulması yoluna gidilir. Amonyak yağ ile karışmadığı için kompresör çıkışına bir yağ ayırıcı koymak gerekir. Freon-22 (CHCLF2) R-12 ye kıyasla gizli buharlaşma ısısı daha yüksek olduğundan aynı soğutma etkisi için sistemde dolaşan akışkan debisi daha az olur. Dolayısıyla borular ve kompresör boyutları küçüktür. R-22 derin soğutma uygulamalarına cevap vermek için geliştirilmiş bir soğutucu akışkandır. Fakat paket tipi klima cihazlarında, ev tipi ve ticari tip soğutucularda R-12 ye nazaran tercih edilir. Yağ ile ancak yüksek sıcaklıklarda karışabildiği için derin soğutma uygulamalarında sisteme bir yağ ayırıcı konulması zorunlu olur. 5.6 ALTERNATĠF SOĞUTUCU AKIġKANLAR R12 yerine R134A (uzun vadeli) R401A, R401B, 409A (kısa vadede) R11 yerine R123 (kısa vadede) R22 yerine R407C, R410A (uzun vadede) R502 yerine R404A, R507 (uzun vadede) R402A, R408A, R402B (kısa vadede) R13, R503, R23 yerine R508B (uzun vadede) 5.6 SOĞUTUCU AKIġKAN TĠPLERĠ VE UYGULAMALARI R-717 (NH3): Zehirleyici etkisinin fazla önem taşımadığı hallerde, büyük kapasiteli tesislerde, soğuk depoculukta, buz üretiminde, buz pateni sahalarında ve donmuş paketleme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. R-134a: Ev tipi soğutucular, dondurucular ve otomobil klimaları. R-22: Ev tipi ve ticari tip klimalar ve dondurucularda kullanılır. R-407C: Ev tipi ve ticari klimalarda kullanılır. R-404A: Ticari soğutucular ve dondurucularda kullanılır. (Not: Bu gaz genellikle düşük sıcaklıklı cihazlarda bulunur.) 5.7 SOĞUTUCU TÜPLERĠNĠN RENK KODLARI R-12: Beyaz R-22: Yeşil R-500: Sarı R-502: Mor R-11: Turuncu
Şekil-5.1 Piyasada bulunan soğutucu akışkan tüpleri 5.9 SOĞUTUCU AKIġKANLARDA KAÇAK KONTROL METODLARI Sabun Köpüğü: Bütün gaz kaçaklarında kullanılabilir. (Şekil-5.2) Torç Lambası (Halide Lamp):Bütün florokarbon soğutucu akışkanlar için kullanılabilir. Kaçak olduğunda alev açık yeşil-mavi olur.(şekil-5.3) Elektronik Kaçak Detektörü: Bütün florokarbon soğutucu akışkanlar için kullanılabilir. Balans otomatik veya ayarlı tipleri vardır.(şekil-5.4) (Not: Amonyak kaçakları için baz esaslı turnusol kağıdının renk değişimi ve sülfür mumu dumanın beyaz bir duman çıkarması gibi yöntemler kullanılır.) Şekil-5.2 Sabun Köpüğü Şekil-5.3 Torç Lambası Şekil-5.4 Elektronik Kaçak Detektörü 5.10 SOĞUTUCU AKIġKANLARIN ÇEVREYE ETKĠLERĠ 1985 yılında atmosferdeki serbest klor bileşiklerinin ozon tabakasına zarar verdiği tespit edildi. Ayrıca Antarktika ve Kuzey Kutbu üzerinde büyük ozon deliklerinin bulunduğu anlaşıldı. Buna bağlı olarak 1988 de Montreal Protokolü ve 1990 Londra Toplantısı ile CFC esaslı soğutucu akışkanların devre dışı bırakılması için bir takvim belirlendi. Bu takvime göre CFC lerin kullanım ve üretimi 1995 yılından itibaren G-7 ülkelerinde tamamen yasaklandı. Geçiş dönemi gazları olarak adlandırılan R-22 ve R-502 gibi HCFC
esaslı akışkanlar 2030 yılına kadar tamamen devre dışı bırakılacaklardır. Yine 1992 de ABD de yürürlüğe giren Temiz Hava Yasası ile CFC esaslı soğutucu akışkanların atmosfere tahliyesi yasaklanmıştır. CFC lerin ozona olan etkileri Ozon Delme Faktörü (ODP) olarak adlandırılmış olup bu faktör için R-11 gazı referans alınmıştır. R- 11 gazı için yeni HFC türü akışkan R-123 gazı, R-12 için ise R-123a gazları geliştirilmiştir. R-22 ve R-502 yerine ise R-404A, R- 407C ve R-507 alternatif akışkan karışımları bulunmuştur. Soğutucu akışkanların çevreye ikinci bir zararı atmosferde sera etkisi oluşturmalarıdır. Küresel Isınma Faktörü (GWP) olarak adlandırılan bu etki için CO2 gazı referans alınmıştır. TABLO-4 Soğutucu akışkanların çevreye etkileri Soğutucu Akışkan Atmosferik ODP GWP(CO2) GWP(R-11) Ömrü R-11 60 yıl 1.0 3300 1.0 R-12 120 yıl 1.0 10 000 3.1 R-113 90 yıl 0.8 4500 1.3 R-114 200 yıl 0.7 13000 4.2 R-115 400 yıl 0.4 25000 9.8 R-500-0.74 2700 R-502-0.33 13300 5.1 R-22 15.3 yıl 0.05 1100 0.37 R-123 2 0.02 28 R-134a 15.5 yıl 0 900 0.29 5.11 YAĞLAMA YAĞLARI Yağlama yağı kompresörlerde mekanik elemanların aşınmasını azaltır, sıkıştırma yüzeyleri arasında film tabakası oluşturarak gazın geri kaçmasını önler ve sürtünme sonucunda oluşan ısının o bölgeden uzaklaştırılmasını sağlar. Yağlama yağı soğutucu akışkanın cinsine, kompresörün tipine ve uygulamanın özelliğine uygun olarak (uygun viskozite) seçilmelidir. Bu konuda üretici firmaların tavsiyelerine uymak gerekir. Günümüzde soğutma sistemlerinde kullanılan yağlama yağlarını; mineral yağlar ve sentetik yağlar olarak iki ana gruba ayırabiliriz. Mineral yağlar da kendi aralarında naftenik esaslı, parafinik esaslı, aromatikler ve hidrokarbon dışı olanlar diye ayrılır. Naftenik ve parafinik esaslı olan yağlar (doymuş hidrokarbonlar) kimyasal yönden kararlı olmalarına rağmen R-13, R-22 ve R-502 gibi polar soğutucu akışkanlar ile zor karışmakta ve evaporatörlerde mumlaşma yapmaktadır. Aromatikler ise biraz daha reaktiftirler fakat soğutucu akışkanlar ile daha iyi karışım yapmaktadırlar. Hidrokarbon dışı olanlar ise en reaktif olanlarıdır Doymuş hidrokarbonların soğutucu akışkanlar ile zor karışması nedeniyle yeni sentetik alkali benzen esaslı yağlar geliştirilmiştir. Ozona saygılı yeni soğutucu akışkanların (HCF) mineral yağlar ile iyi karışmaması nedeniyle yeni sentetik yağlar geliştirilmiştir. Bunları alkil benzen grubu, ester grubu ve glikol grubu olmak üzere üçe ayırabiliriz. Bunlardan R-22 ve R-502 için alkil benzenler, R-32 ve R-134a için poliglikoller (özellikle polialkinglikol-pag) ile poliesterler (PE) kullanılır. Soğutma yağlarının en önemli özelliği akıcılığa karşı gösterdiği direnç olup viskozite olarak tariflenir. Viskozitesi düşük akışkanların akıcılığı yüksektir.