Politeknik Dergisi Journal of Polytecnic Cilt: 9 Sayı: s. 3-9, 26 Vol: 9 No: pp. 3-9, 26 R-44a/R-8b Soğutucu Akışkan Çiftinin Kademeli Soğutma Sistemindeki Performansının Deneysel İncelenmesi Hüseyin USTA, Tayfun MENLİK, Volkan KIRMACI Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü 6 Teknikokullar, ANKARA ÖZET Bu çalışmada, R-44a/R-8b soğutucu akışkan çiftinin kademeli soğutma sistemindeki performansı deneysel olarak incelenmiştir. 3 W lık soğutma kapasitesine saip deney setinin yüksek sıcaklık devresinde (YSD) R-44a, düşük sıcaklık devresinde (DSD) R-8b alternatif soğutucu akışkanları kullanılmıştır. Sistemde öncelikle YSD nin tasarım şartlarını sağlaması için itiyaç duyulan değişiklik ve düzenlemeler yapılmıştır. YSD de istenilen şartlar elde edildiğinde, DSD çalıştırılmış ve gerekli düzenlemeler yapılarak tasarım şartlarına ulaşması sağlanmıştır. Değişik ortam sıcaklıkları için elde edilen sıcaklık, basınç ve soğutma tesir katsayısı (STK) değişimleri grafikler alinde sunulmuştur. Sistemde tasarlanan tasarım şartları sağlanmış, R-44a/R-8b soğutucu akışkan çiftinin kademeli soğutma sistemine uygulanabilir olduğu görülmüştür. Anatar Kelimeler: Kademeli soğutma, alternatif soğutucu akışkan, R-44a, R-8b, sıcaklık, basınç Te Experimental Investigation of te Performance of R-44a/R-8b Refrigerants Couple in Cascade Cooling System ABSTRACT In tis study, te performance of te R-44a/R-8b refrigerants couple in cascade cooling system was investigated experimantally. R-44a was used in te ig temperature circuit (HTC) of te experimental set-up and R-8b was used in te low temperature circuit (LTC) of te experimental set-up wic as 3 W cooling capacity. Fistly, to reac desired design conditions of HTC, required variations and arrangements were performed. After obtained tese, LTC was operated. Te temperature, pressure and COP canges in te different ambient temperatures were presented as grapically. Te designing conditions were obtained. It was seen tat R-44a/R-8b refrigerants couple sould be applied. Key words : Cascade refrigeration, alternative refrigerant, R-44a, R-8b, temperature, pressure. GİRİŞ -7 C -9 C sıcaklık aralığında çalışabilen soğutucular ziraat, eczacılık ve kimya alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu aralıktaki düşük sıcaklık değerlerine buar sıkıştırmalı tek kademeli sistemler ile ulaşmak mümkün değildir. Ayrıca bu düşük sıcaklıklar için gerekli olan basınç ve sıcaklık aralığında çalışabilecek bir soğutucu akışkan mevcut değildir. Bu sebeplerden dolayı bu sıcaklıklar için kaskat (iki kademeli) soğutma sistemlerine itiyaç vardır. Kaskat soğutma sistemi, YSD buarlaştırıcısının DSD yoğunlaştırıcısı olarak görev yaptığı bir ısı değiştirici ile bir birine bağlandığı iki veya daa fazla soğutma sisteminden oluşmaktadır (-2). Düşük sıcaklıklı kaskat sistemlerin tasarımı ile ilgili itiyaç duyulan önemli bilgilerin çoğuna Stagmann (3) tarafından yayınlanan çalışmadan ulaşılabilir. Rose ve Valence (4), çok düşük sıcaklıklı soğutucular ile ilgili tüketicilere yönelik çalışmalarında, sistem kullanım alanları ve şartları, soğutulacak ürüne göre çalışma sıcaklıkları, sistem özellikleri, sistem bileşenlerinin özellikleri, elektrik devreleri, kumanda ve kontrol devreleri, kompresörler, soğutucu akışkanlar ve güvenlik kuralları akkında bilgi vermektedirler. İki kademeli ve kaskat soğutma sistemleri ile ilgili olarak birçok araştırmacı tarafından termodinamik modeller geliştirilmiştir. Kan ve Zubair (), iki kademeli buar sıkıştırmalı sistemler için ısı değiştirici parametreleri ve sıcaklıklara göre sistem performansını belirleyen bir termodinamik model geliştirmişlerdir. Bu modelleme ile iki kademeli buar sıkıştırmalı soğutma sisteminin STK sının tek kademeliye göre daa iyi olduğunu belirlemiştir. Reman ve Zubair (6) çalışmalarında, düşük sıcaklıklarda çalışan tek kademeli sistemlerin düşük ve yüksek basınçları arasında meydana gelen büyük basınç farklarını ortadan kaldırmak amacıyla, iki kademeli buar sıkıştırmalı soğutma sistemin daa uygun olacağını belirlemişlerdir. Bunun için önce iki kademeli buar sıkıştırmalı soğutma çevriminin termodi- 3
Hüseyin USTA, Tayfun MENLİK, Volkan KIRMACI / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI, 26 namik analizini, daa sonra bazı kabuller yaparak sistemin simülasyonunu yapmışlardır. Termodinamik analiz esasına dayanan bu simülasyon ile iki kademeli sistem STK sının daa yüksek olduğunu göstermişlerdir. Kanoğlu (7) doğal gazın sıvılaştırılmasında kullanılan çok kademeli soğutma sisteminin egserji analizini yapabilmek için bir termodinamik model geliştirmiş ve minimum iş ile ilgili bir ifade elde etmiştir. Kılıçarsalan (), farklı tip buar sıkıştırmalı kaskat soğutma çevrimini deneysel incelemiştir. Çalışma sonucunda sistem performansı debi, sıcaklıklar ve basınçlara göre değerlendirmiştir. Bu çalışmada, buar sıkıştırmalı kaskat soğutma sisteminin teorik analizi yapılıp, deneysel olarak incelenmiştir. Kaskat sistemin er iki devresinde ozon tarip etme etkisi (ODP) ve küresel ısıtma potansiyeli (GWP) düşük olan alternatif akışkanlar kullanılmıştır. YSD de R-44a, DSD de R-8b kullanılan sistemde kaskat ısı değiştirici olarak plakalı ısı değiştirici kullanılmıştır. Çalışmanın amacı, alternatif akışkan çifti (R- 44a/R-8b) kullanılan kademeli soğutma sisteminin performansının incelenmesidir. Bunun için tasarım ve imâli yapılan sistemde, az literatür bilgisine saip olduğumuz R-8b devresinde istenilen tasarım şartları sağlanıncaya kadar düzenlemeler yapılmış, buarlaşmayoğunlaşma sıcaklık ve basınç değişimleri grafiklerle verilmiştir. 2. DENEY SETİ Yüksek sıcaklık ve düşük sıcaklık devresi olmak üzere iki farklı buar sıkıştırmalı soğutma sisteminden oluşan deney seti Şekil de görülmektedir. 6 7 4 2 2 3 7 2 9 9 8 DSD kompresörü 2 YSD kompresörü 3 Plakalı ısı değiştirici (Kaskat kondenser) 4 DSD buarlaştırıcısı YSD yoğunlaştırıcısı 6 Fan 7 Genleşme valfi 8 Akümülatör 9 Yağ ayırıcı Isı değiştirici Nem tutucu 2 Debimetre P Basınç ölçer T Sıcaklık ölçer Şekil. Tasarlanan ve imal edilen deney seti Kademeli soğutma sistemlerinde kullanılan soğutucu akışkanlar ile ilgili bazı çalışmalar yapılmıştır. Srinivasa ve Krisna (8) R- ve R-2 kullanılan kaskat sistem ve ısı pompasının STK sını ve egserji performanslarını incelemişlerdir. Co ve arkadaşları (9) R- 22/R23 soğutucu akışkan çifti kullanılan kademeli soğutma sisteminde akışkan debisi ve buarlaşma sıcaklığının sistem performansı üzerindeki etkilerini incelemişlerdir. Molenaar () kademeli soğutma sistemlerinde kullanılan R-2/R-3 soğutucu akışkanları yerine ozon tarip etme potansiyeli daa düşük R22/R-23 akışkan çiftlerini kullanarak sistemin performanslarını ve sistem çalışma karakteristiğini incelemiştir. Bateman (), alternatif akışkana geçişte kademeli sistemlerde kullanılan soğutucu akışkanları incelemiştir. Çalışmada bu sistemlerin DSD lerinde kullanılan R-3 ve R-3 ile YSD lerinde kullanılan R-2 akışkanları ayrıntılı olarak araştırılmıştır. Montreal protokolü çerçevesinde bu akışkanların alternatifleri ile yer değiştirilme aşamaları ve angi akışkanlar ile yer değiştirileceği saptanmıştır. Özellikle DSD de R-8b nin iyi bir alternatif olduğunu ifade edilmiştir. Deney seti Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makine-Tesisat Eğitimi Anabilim Dalı Soğutma Laboratuarlarında imal edilmiştir. YSD, ermetik tip kompresör, ava soğutmalı yoğunlaştırıcı, termostatik genleşme vanası ve plakalı ısı değiştiricili buarlaştırıcıdan oluşmaktadır. DSD de YSD ye benzer şekilde ermetik kompresörü, soğutma odası içerisine yerleştirilmiş buarlaştırıcı, kılcal boru ve plakalı ısı değiştirici yoğunlaştırıcıdan oluşmaktadır. İki sistemin bağlantısını YSD nin buarlaştırıcısı ve DSD nin yoğunlaştırıcısı olarak görev yapan plakalı ısı değiştirici sağlamaktadır. 4
R-44A/R-8B SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇİFTİNİN KADEMELİ SOĞUTMA Sİ / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI, 26 Deneylerde, er iki sistemin buarlaştırıcı-yoğunlaştırıcı giriş-çıkışlarından ve soğutulacak ortamdan olmak üzere toplam 9 ayrı noktadan, J-tipi ısıl çiftler kullanılarak sıcaklık ölçümü yapılmıştır. Isıl çiftlerin bilgisayar ile bağlantısı kurularak deney sonuçları bilgisayar ortamına alınmıştır. Sistemde, giriş-çıkış (G/Ç) kartından alınan sinyallerin bilgisayar ortamına aktarılması ve sıcaklık değerlerinin analizlerinin yapılabilmesi amacıyla, ADVANTECH ürünü çok fonksiyon özelliği olan ADSL-76 kontrol kartı ile GENITA yazılım kullanılmıştır. Basınç ölçümleri ise er iki sistemin düşük ve yüksek basınç taraflarında olmak üzere 4 ayrı noktadan basınç sensörleri kullanılarak yapılmıştır. Basınç sensörlerinin bilgisayar ile bağlantısı kurularak deney sonuçları bilgisayar ortamına alınmıştır. Basınç ölçümlerinde de sıcaklık ölçümlerinde kullanılan G/Ç kartı kullanılmıştır. 3. DSD NİN ANALİZİ Kaskat sistemin DSD elemanlarının kapasitelerinin belirlenmesi buar sıkıştırmalı soğutma çevriminde olduğu gibi yapılmaktadır. Şekil 2 de tasarımı yapılan DSD nin logp- diyagramı görülmektedir. m& Eşitliklerde DSD de dolaşan soğutucu akışkan debisidir. Tasarlanan sistem soğutma yükü bilindiği için DSD soğutucu akışkan debisi Eşitlik den bulunabilir. m& kaskat = (4) 4 DSD nin performansı buarlaştırıcıda çekilen ısı ve kompresörün arcadığı işe bağlıdır ve aşağıdaki eşitlik ile ifade edilebilir. STK kaskat DSD = () WK 4. YSD NİN ANALİZİ Kaskat sistemin YSD elemanlarının kapasitelerinin belirlenmesi DSD ye benzer şekilde yapılır. Şekil 3 te tasarımı yapılan YSD nin logp- diyagramı görülmektedir. Şekil 2. Tasarımı yapılan DSD nin LogP- diyagramı Şekilden de görüldüğü üzere emme ve basma atlarında aşırı soğutma ve ön kızdırma yapılmıştır. Bu durum göz önünde bulundurularak buarlaştırıcı, yoğunlaştırıcı ve kompresörlerde yapılan işleri aşağıdaki eşitlikler ile bulabiliriz. DSD buarlaştırıcısında yapılan iş aynı zamanda sistemin soğutma yüküne eşittir. Bu durumda buarlaştırıcıda çekilen ısı; B = kaskat = kaskat m&. 4 () Yoğunlaştırıcıda atılan ısı; = Y m&. 2 3 (2) Kompresörün arcadığı iş; W = K m&. 2 (3) Şekil 3. Tasarımı yapılan YSD nin LogP- diyagramı Şekilden de görüldüğü üzere emme ve basma atlarında aşırı soğutma ve ön kızdırma yapılmamıştır. Bu şartlar için buarlaştırıcı, yoğunlaştırıcı ve kompresörlerde yapılan işleri Eşitlik, Eşitlik 2 ve Eşitlik 3 ün aşağıdaki gibi yeniden düzenlenmesi ile bulunabilir. Buarlaştırıcıda çekilen ısı; B2 = m2.( 8 ) (6) Yoğunlaştırıcıda atılan ısı; Y2 = m2.( 6 7 ) (7) Kompresörün arcadığı iş; WK2 = m2.( 6 ) (8) YSD nin performansı buarlaştırıcıda çekilen ısı ve kompresörün arcadığı işe bağlıdır ve aşağıdaki eşitlik ile ifade edilebilir. STK YSD = B2 WK2 İki sistem plakalı ısı değiştirici ile birleştirildiğinden DSD yoğunlaştırıcısında atılan ısı YSD buarlaştırıcısında çekilen ısıya eşit olacaktır. Bu durumda;
Hüseyin USTA, Tayfun MENLİK, Volkan KIRMACI / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI, 26 Y = B2 (9) eşitliği yazılabilir. YSD buarlaştırıcısında çekilen ısı bilindiğinden, YSD soğutucu akışkan debisini Eşitlik 6 dan esaplanabilir. m B2 2 = () 8 Buar sıkıştırmalı kaskat soğutma sistemlerinde sistem performansı aşağıdaki eşitlik ile esaplanabilir. STK kaskat kaskat = () Wnet Bu eşitlikte W net YSD ve DSD kompresörlerinin arcadığı işlerin toplamına eşittir. Bu durumda Eşitlik açık olarak yazılabilir. STK = kaskat kaskat (2) (m )) + (m )).( 2 2.( 6. DENEYLERİN YAPILIŞI Deney sisteminde kullanılan elemanların kapasiteleri Çizelge de, sistem çalışma şartları ise Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge. Sistem elemanlarının tasarlanan kapasiteleri Kompresör (W) Buarlaştırıcı (W) Yoğunlaştırıcı (W) Debi (g/s) YSD 9 43 62 4,7 DSD 3 3 43 2,67 Çizelge 2. Sistemin tasarlanan çalışma şartları Buarlaştırıcı Yoğunlaştırıcı Basınç bar Sıcaklık C Basınç bar Sıcaklık C YSD, -4 3 DSD, -86,3-3 Deneyler DSD de ve YSD de yapılanlar olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Kaskat sistemin en önemli bölümü DSD devresidir. Sistem çalıştırılırken önce YSD çalıştırılıp istenilen çalışma şartlarına ulaşınca DSD devreye sokulmuştur. Sıcaklık ve basınç ölçümleri beş dakikada bir yapılarak kayıt altına alınmıştır. Önce YSD istenilen çalışma şartlarına getirilmiştir. Şekil 4 te YSD de tasarlanan ve elde edilen çalışma basınçları görülmektedir. Ayrıca Şekil ve Şekil 6 da buarlaştırıcı ve yoğunlaştırıcı için tasarım sıcaklıkları ile ölçülen sıcaklıklar karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Grafiklerde er bir zaman aralığı dakikayı ifade etmektedir. Basınç (kpa) 2 7 2 9 4 Ölçülen İstenen Ölçülen İstenen Buarlaştırıcı basıncı Yoğunlaştırıcı basıncı Şekil 4. YSD nin denge alindeki ve tasarım çalışma basınçları Şekilde görüldüğü üzere YSD denge şartlarında elde edilen basınç değerleri tasarlanan değerlerden düşüktür. DSD devreye girdiğinde YSD de meydana gelecek basınç artışları göz önünde bulundurularak bu fark göz ardı edilmiştir. 3 2 - -2-3 -4 - -6 Ölçülen değer 3 3 7 9 3 7 9 2 23 2 Tasarlanan değer Şekil. YSD buarlaştırıcısının çalışma ve tasarım çalışma sıcaklıklarının karşılaştırılması 4 3 3 2 2 Ölçülen değer Tasarlanan değer 3 7 9 3 7 9 2 23 2 Şekil 6. YSD yoğunlaştırıcısının çalışma ve tasarım sıcaklıklarının karşılaştırılması Şekilden de görüldüğü üzere YSD yaklaşık olarak 4 dakika içerisinde tasarlanan çalışma sıcaklıkları olan -4 C buarlaştırıcı ile 3 C yoğunlaştırıcı yüzey sıcaklığına ulaşmıştır. Sistem termal dengeye ulaştığında buarlaştırıcı yüzey sıcaklığı -46 C olmuştur. Tasarlanan değerden 6 C daa düşük sıcaklığa ulaşılan YSD de tasarlanandan daa iyi bir değer elde edilmiştir. YSD de istenilen tasarım şartları sağlandıktan sonra DSD deki deneylere başlanmıştır. Bu tür kademeli soğutma sistemlerinde çalışma sıcaklık aralığı çok büyük olduğu için 2 C nin üzerindeki ortam sıcaklıklarında verimleri düşmektedir (3). Bunun için bu gibi sistemler klimalı ortamlarda en yüksek 2 C sıcaklıkta 6
R-44A/R-8B SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇİFTİNİN KADEMELİ SOĞUTMA Sİ / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI, 26 çalıştırılmaktadır. Bu durum göz önünde bulundurularak sistem 2 C ortam sıcaklığındaki çalışma değerleri baz alınarak performansı denenmiştir. Tasarlanan sistemin uygunluğu bu sıcaklık için araştırılmıştır. Ayrıca farklı sıcaklıklardaki performansları karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Deneyler DSD de 3 W lık bir soğutma kapasitesine göre tasarım yapılarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan esaplamalarda 2,67 g/s lik soğutucu akışkan debisi belirlenmiştir. Deneylerde ilk önce 2 g/s, 2,6 g/s ve 3 g/s debiler için optimum çalışma şartları denenmiştir. Üç farklı debi için yapılan deneylerden elde edilen buarlaştırıcı ve yoğunlaştırıcı çalışma basınçları Şekil 7 ve Şekil 8 de görülmektedir. Basınç (bar),3,2,,9,8 Ölçülen evap. basıncı Tasarlanan evap. basıncı, ) 2-3 7 9 3 7 9 2 23 2 27 29 3 33 3 37 39 4 43 4 47 49 3-2 -3-4 - -6-7 -8-9 Tasarım değeri Ölçülen değer Şekil 9. DSD buarlaştırıcısı sıcaklık Şekil 7 den buarlaştırıcı basıncı tasarım değerinin biraz altında kaldığı görülmektedir. Bu basınç düşüklüğüne bağlı olarak Şekil 9 dan buarlaştırıcı yüzey sıcaklığının yaklaşık -88 C civarında olduğu görülmektedir. Bu değer tasarım değerinden 2 C daa düşük bir değerdir. Şekil da ise yoğunlaştırıcı sıcaklık verilmiştir. 2 Tasarım değeri Ölçülen Değer,7 2 2,6 3 Debi (gr/s) Şekil 7. DSD de debi-buarlaştırıcı basınç için tasarım değerleri ile deneysel sonuçların karşılaştırılması. Sıcaklık ( C - -2-3 -4 3 7 9 3 7 9 2 23 2 27 29 3 33 3 37 39 4 43 4 47 49 3 Basınç (bar) 2, 2,3 2,,9,7,,3,,9,7, Ölçülen kond. basıncı Tasarlanan kond. basıncı,6,3 2 2,6 Debi (gr/s) Şekil 8. DSD de debi-yoğunlaştırıcı basınç için tasarım değerleri ile deneysel sonuçların karşılaştırılması. Şekillerden de görüldüğü gibi deneylerde tasarlanan debi için basınçlara buarlaştırıcıda %, ve yoğunlaştırıcıda % 3 lük bir ata ile ulaşılmıştır. Sistem performansı ile ilgili deneyler 2,6 g/s debiye göre yapılmıştır. Şekil 9 da DSD buarlaştırıcısının sıcaklık görülmektedir. 3 - -6 Şekil. DSD yoğunlaştırıcısı sıcaklık DSD yoğunlaştırıcısı için tasarlanan sıcaklığı değeri -4 C olup ölçümler sonucunda -36 C olarak ölçülmüştür. Yoğunlaştırıcı basınç değerindeki ata payı % 3 tür. Sıcaklık farkı ise 4 C olup farkın tamamının basınçtan meydana geldiğini söylemek çok doğru olmaz. Şekil a baktığımızda DSD ilk 4 4 dakikalık bölümünde istenilen tasarım şartlarının yakalandığı ancak bu süre sonunda yoğunlaştırıcı sıcaklığının yükseldiği görülmektedir. Buradaki yükselmenin sebebi çok az miktarda basınç değerinden olabileceği gibi büyük bölümünün kompresörün gerçek çalışma şartlarında teoriden biraz fazla ısınması olduğu söylenebilir. Ancak sıcaklık farkının düşük olması, bu farkın sistem kaskat dengesini etkilememesi ve yoğunlaştırıcısındaki sıcaklık artışının belirli süre sonunda sabitlenmesi nedeniyle genelde tasarım şartlarına ulaşıldığını göstermektedir. 7
Hüseyin USTA, Tayfun MENLİK, Volkan KIRMACI / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI, 26 Sistem ayrıca C, 2 C ve 3 C ortam sıcaklıklarında denenmiştir. Ortam sıcaklıkları için er angi bir düzenleme yapılmayıp normal ortam sıcaklıklarında ölçüm yapılmıştır. Bu sıcaklıklarda DSD çalışma sıcaklıkları Şekil ve Şekil 2 de verilmiştir. Ayrıca Şekil 3 te farklı sıcaklıklar için YSD buarlaştırıcı, Şekil 4 te ise yoğunlaştırıcı sıcaklık değişimleri görülmektedir. 4 4 3 3 2 2 Tasarlanan değer p= bar Tort=3 C Ölçülen değer p=3,8 bar Tort= C Ölçülen değer P=4, bar Tort=2 C Ölçülen değer P=7 bar Tort=3 C 3 2 Tasarlanan değer, P=,, Tort=2 C Ölçülen değer, P=,9 bar, Tort= C Ölçülen değer, P=, bar, Tort=2 C Ölçülen değer, P=,8 bar, Tort=3 C - 4 7 3 6 9 22 2 28 3 34 37 4 43 46 49 2-2 -3-4 - -6-7 -8-9 - Şekil. Farklı sıcaklıklarda DSD buarlaştırıcısının sıcaklık - - - -2-2 -3-3 -4-4 - - 4 7 3 6 9 22 2 28 3 34 37 4 43 46 49 2 Tasarlanan değer P=,3 bar Tort=2 C Ölçülen değer P=, bar Tort= C Ölçülen değer P=,6 bar Tort=2 C Ölçülen değer P=2,6 Tort=3 C Şekil 2. Farklı sıcaklıklarda DSD yoğunlaştırıcısının sıcaklık 2 3 4 6 7 8 9 234678922222324226 Şekil 4. Farklı sıcaklıklarda YSD yoğunlaştırıcısının sıcaklık Şekil 4 den bakıldığında 3 C ortam sıcaklığında YSD yoğunlaştırıcı sıcaklığının 4 C ye yaklaştığı ve tasarım değerinin yaklaşık C üzerinde olduğu görülmektedir. Bu şartlarda yoğunlaşma basıncı 7 bar olarak ölçülmüştür. Bu değer de tasarım değerinin 2 bar üzerindedir. Burada bu yükselmelerin sebebi ortam sıcaklığının yüksekliğine bağlı olarak YSD yoğunlaştırıcısının raat ısı atamaması ve yoğunlaşmanın tam gerçekleşememesidir. Aynı şekilde C ortam sıcaklığında ise sistemin çalışma sıcaklık ve basıncının tasarım şartlarının daa altında kaldığı görülmektedir. Bu durum sistem YSD yoğunlaştırıcısı, dolayısıyla sistem genel performansı üzerinde olumlu etki yapmaktadır. Ancak C ortam sıcaklığı düşük bir değer olduğundan er zaman bu çalışma değerleri sağlanamayabilir. Bu sonuçlar Şekil, Şekil 2 ve Şekil 3 için ortak değerlendirildiğinde 3 C lik ortam sıcaklığında YSD yoğunlaştırıcısındaki bu olumsuz durumlardan dolayı YSD buarlaştırıcısında, dolayısıyla sırasıyla DSD yoğunlaştırıcı ve buarlaştırıcısında tasarlanandan daa kötü sonuçlar ortaya çıktığı görülmektedir. Aynı şekilde C ortam sıcaklığında ise daa düşük çalışma sıcaklıklarına ulaşıldığı görülmektedir. Şekil de, üç farklı ortam sıcaklığı için kaskat soğutma sisteminin performansı (STK kaskat ) verilmiştir. 3 2 - -2-3 -4 Tasarlana değer P=, bar Tort=2 C Ölçülen değer P=,8 bar Tort= C Ölçülen değer P=, bar Tort=2 C Ölçülen değer p=,9 bar Tort=3 C 2 3 4 6 7 8 9 234678922222324226 COP kaskat,3,2,2,,, y = -,4.t ort +,3733 R 2 =,992 -,9-6 Şekil 3. Farklı sıcaklıklarda YSD buarlaştırıcısının sıcaklık,9 2 3 T ort ( C) Şekil. Kaskat soğutma sistemi STK sının farklı ortam sıcaklıklarına göre 8
R-44A/R-8B SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇİFTİNİN KADEMELİ SOĞUTMA Sİ / POLİTEKNİK DERGİSİ, CİLT 9, SAYI, 26 Şekil ten de görüldüğü üzere sistem performansı ortam sıcaklığı ile doğrudan ilişkilidir. Ortam sıcaklığının artmasına bağlı olarak YSD yoğunlaştırıcısı ile buarlaştırıcısı arasındaki basınç ve kompresörün arcadığı iş artmaktadır. Aksine bir şekilde buarlaştırıcısında yapılan soğutmada bir değişiklik olmayıp geçen akışkan miktarına bağlı olarak azalma görülmektedir. Bu durumda sistemin STK sı azalmaktadır. Deneylerin yapıldığı C, 2 C ve 3 C ortam sıcaklıkları içerisinde C de STK,22 olarak bulunmuştur. Tasarım değeri, e göre bu değer iyi bir değerdir. Ancak daa önce de basettiğimiz gibi C ortam sıcaklığı düşük bir değer olduğu için ortalama çalışma sıcaklığını 2 C kabul etmek en uygunudur. 2 C ortam sıcaklığında STK, olarak bulunmuştur. Bu değer tasarım değerine oldukça yakındır. Sonuçlara göre yapılan tasarım değerine az bir farkla yaklaşılmıştır. 6. SONUÇ Yapılan bu çalışmayla kaskat sıcaklık dengesi bakımından R-44A/R-8B soğutucu akışkan çiftinin uygulanabilir olduğu görülmüştür. Her iki soğutucu akışkanın da alternatif soğutucu akışkanlar olması, çalışmanın bir diğer amacı olan alternatif akışkan kullanmayı da sağlamış olmaktadır. Bu sistemlerde en çok arızanın ve çalışma sorunun görüldüğü kaskat ısı değiştirici kısmında plakalı ısı değiştirici kullanılmış ve erangi bir sorun ile karşılaşılmamış, oldukça verimli çalışmıştır. Ayrıca plakalı ısı değiştirici kullanılarak kaskat ısı değiştiricinin yalıtım ve soğutucu üzerine yerleştirme sorunu ortadan kaldırılmıştır. İç içe borulu ısı değiştiricilerde imalat zorluğunun yanında, yalıtımları ile beraber soğutucu gövdesi içerisinde muafaza edilmektedirler. Bu durum zaten yalıtımdan dolayı oldukça büyük olan soğutucu gövdesinin daa da büyümesine sebep olmaktadır. Not: Bu çalışma 7/23-23 Kodlu G.Ü. Bilimsel Araştırma Projesi tarafından desteklenmiştir. 7 YSD indeki yoğuşturucu çıkış entalpisi, J/kg 8 YSD indeki buarlaştırıcı giriş entalpisi, J/kg m& DSD inde dolaşan akışkan debisi, g/s m& 2 YSD inde dolaşan akışkan debisi, g/s B DSD nin buarlaştırıcı kapasitesi, W B2 YSD nin buarlaştırıcı kapasitesi, W Y DSD nin yoğunlaştırıcı kapasitesi, W Y2 YSD nin yoğunlaştırıcı kapasitesi, W W K DSD nin kompresör gücü, W W K2 YSD nin kompresör gücü, W 8. KAYNAKLAR. Kılıçarslan, A., An Experimental Investigation of a Different Type Vapor Compression Cascade Refrigeration System, Applied Termal Engineering 24, 26 2626, 24. 2. Dossat, R.J. Horan, T.J. Principles of Refrigeration, Prentice Hall, New Jersey, 22. 3. R. Stegmann, Practical Guide To Low Temperature Refrigeration, ASHRAE Journal 42 (), 42, 2. 4. Rose, D., H., Valence, J., H., Consideration Wen Purcasing An Ultra-Low Temperature Freezer, Genetic Engineering News, April, -4, 99.. Kan, J.R. Zubair, S.M. Termodynamic Optimization of Vapor Compression Refrigeration Systems, Energy Conversion and Management, 42, 47 47, 2. 6. Reman, J., Zubair, S., M., Design and Rating of a Two- Stage Vapor-Compression Refrigeration System, Energy, 867-878, 998. 7. Kanoglu, M., Exergy Analysis of Multistage Cascade Refrigeration Cycle Used For Natural Gas Liquefaction, International Journal of Energy Researc 26 (8), 763 774, 22. 8. Murty, S., S., Murty, M.,V., K., Experiments On A 7. SİMGELER Cascaded R-R2 Vapour Compression System For STK Cogeneration of Heat And Cold, Journal of Heat Recovery DSD DSD nin soğutma performansı Systems, (6), 9 26, 98. STK kaskat DSD nin soğutma performansı 9 Co, K., Park, J., Co, H., Performance of Te Cascade STK YSD YSD nin soğutma performansı System Using Alternative Refrigerants, In: Proceedings of te National Heat Transfer Conference, vol., Publication DSD indeki buarlaştırıcı çıkış entalpisi, J/kg of ASME, pp. 9 6, 2. 2 DSD indeki yoğuşturucu giriş entalpisi, J/kg. Molenaar, G., L., Use Of R22/23 In Lieu Of R-2/3 In A Cascade Refrigeration System, In: Proceedings, Annual 3 DSD indeki yoğuşturucu çıkış entalpisi, J/kg Tecnical Meeting, Institute of Environmental Sciences, vol. 2, pp. 243 246,992. 4 DSD indeki buarlaştırıcı giriş entalpisi, J/kg. Bateman, D., Maintaining Reliable Operation Of Very YSD indeki buarlaştırıcı çıkış entalpisi, J/kg Low Temperature Test Equipment In Te Post-CFC YSD indeki yoğuşturucu giriş entalpisi, J/kg ERA, Institute of Enviromental Science, 77-8, 997. 6 9