DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 5 Sayı: sh. 7-87 Mayıs 00 H O-LiBr VE NH -H O ERİYİĞİ KULLANAN TEK KADEMELİ SOĞURMALI SOĞUTMA SİSTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI (A COMPARISON BETWEEN H O-LiBr AND NH -H O SOLUTIONS IN SINGLE STAGE ABSORPTION REFRIGERATION SYSTEM) Ömer KAYNAKLI *, Recep YAMANKARADENİZ * ÖZET/ABSTRACT Son yıllarda, NH -H O ve H O-LiBr eriyiği kullanan soğurmalı soğutma sistemlerinin perormansının iyileştirilmesi için çalışmalar yoğunlaşmıştır. Bu çalışmada, NH -H O ve H O-LiBr eriyiği kullanan tek kademeli soğurmalı soğutma sistemlerinin termodinamik analii yapılmıştır. Eriyiklere ait termodinamik öellikler verilerek sistemlerin perormansı, arklı ısıtıcı, yoğuşturucu, buharlaştırıcı ve soğurucu sıcaklıklarında karşılaştırılmıştır. Her iki sistemin de perormansı ısıtıcı ve buharlaştırıcı sıcaklıklarının artışıyla artmakta ancak yoğuşturucu ve soğurucu sıcaklıklarının artışıyla aalmaktadır. Genel olarak H O-LiBr eriyiği kullanan sistemin perormansı NH -H O eriyiği kullanan sisteme göre daha iyi olmaktadır. In recent years, research has been devoted to improvement o the perormance o NH -H O and H O-LiBr absorption rerigeration systems. In this study, thermodynamic analysis o NH -H O and H O-LiBr single stage absorption rerigeration systems are carried out. Detailed thermodynamic properties o solutions are presented and system perormances are compared at various generator, condenser, evaporator and absorber temperatures. As a result, it is seen that perormance o both systems increase with increasing heater and evaporator temperatures, but decrease with increasing condenser and absorber temperatures. It is observed that generally the perormance o H O-LiBr absorption rerigeration system is better than that o the NH -H O system. ANAHTAR KELİMELER/KEYWORDS Soğurmalı soğutma sistemi, Su-lityum bromür eriyiği, Amonyak-su eriyiği, Perormans katsayısı Absorption rerigeration system, Water-lithium bromide solution, Ammonia-water solution, Coeicient o perormance * Uludağ Üniversitesi, Müh-Mim. Fak., Makine Müh. Böl., 16059, Görükle, BURSA
Saya No: 74 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ 1. GİRİŞ Günümüde teknolojinin gelişimi ve dünya nüusunun artması sonucu enerji gereksinimi gittikçe büyümektedir. Buna karşılık dünyada kullanılan klasik enerji türleri reervlerinin, gelecek bir amanda gereksinimi karşılayama duruma geleceği açıktır. Buna çöüm olarak iki alternati vardır; birincisi mevcut enerji kaynaklarını daha verimli kullanmak, ikincisi yeni enerji türleri ortaya çıkarmak suretiyle kullanıma haır hale getirmektir. Türkiye gibi gelişmekte olan ülkeler için ikinci yol oldukça pahalı ve ordur. Bundan dolayı sahip olduğumu veya satın aldığımı klasik enerji türlerini daha verimli şekilde kullanmak orundayı. Bu nedenle, öellikle soğurmalı soğutma sistemleri, bir prosesde açığa çıkan atık ısı, güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi temini ucu olan enerji türleri kullanabilmesi nedeniyle son yıllarda tekrar önem kaanmıştır. Kullanımı en yaygın soğurmalı soğutma sistemleri, NH -H O ve H O-LiBr eriyiği kullanan sistemlerdir. Amonyağın soğutucu akışkan olarak kullanıldığı NH -H O eriyiği kullanan sistemler yaklaşık 10 C buharlaştırıcı sıcaklığına kadar soğutma yapabilmektedir. Suyun soğutucu akışkan olarak kullanıldığı H O-LiBr eriyiği kullanan sistemlerde ise soğutma, suyun donma riskinden dolayı yaklaşık 4 C dolaylarındadır. Konu ile ilgili yapılan çalışmalarda, Sun, NH -H O çitinin alternatii olabilecek baı eriyikler sunmuştur. Çalışmada çevrimin termodinamik analii yapılarak amonyağın arklı soğurucu akışkanlarla karışmaları neticesinde oluşturduğu eriyiklerin perormansı incelenmiştir (Sun, 1998). Keçeciler vd., H O-LiBr eriyiği kullanan soğurmalı soğutma sistemin jeotermal enerji destekli kullanılabilirliğini deneysel olarak test etmiştir (Keçeciler vd., 000). Mostaavi ve Agnew, H O-LiBr eriyiği kullanan soğurmalı soğutma makinesinin perormansının çevre sıcaklığı ile değişimini incelemiştir (Mostaavi ve Agnew, 1996). Seara ve Vaque, optimum ısıtıcı sıcaklığı (OGT) tanımlaması yaparak, NH -H O çevrimi için sistemdeki elemanların sıcaklıklarının sistemin perormansına ve OGT ye etkisini incelemiştir (Seara ve Vaque, 001). Saravanan ve Maiya, suyun çeşitli soğurucu akışkanlarla oluşturduğu eriyik çitlerinin sistem perormansına etkisini incelemiştir (Saravanan ve Maiya, 1998). Seewald ve Blanco, H O-LiBr eriyiğinin baı termodinamik öelliklerini vererek bu sistemde kullanılan soğurucunun modellenmesi üerine çalışmıştır (Seewald ve Blanco, 1994). Chuang ve Ishida, tek kademeli soğurmalı sistemin ve çit kademelilerden seri ve paralel akışlı soğurmalı sistemlerin ekserji analiini yaparak çevrimleri karşılaştırmıştır. Bu çevrimlerde H O-LiBr eriyiği kullanılmıştır. Yapılan ekserji analii sonucu paralel akışlı sistemin en iyi perormansı verdiği belirtilmiştir (Chuang ve Ishida, 1990). Bu çalışmada, kullanım alanı yaygın olan NH -H O ve H O-LiBr eriyiklerinin termodinamik öellikleri verilerek çevrimlerin analii yapılmıştır. Sistemlerin perormansının, ısıtıcı, buharlaştırıcı, yoğuşturucu ve soğurucu sıcaklıklarıyla değişimi incelenmiştir. Çevrimde bulunan elemanların kapasiteleri, dolaşım oranı ve pompalama gücü gibi sistemin perormansını etkileyen aktörler karşılaştırılmıştır.. ÇEVRİMİN ANALİZİ Tek kademeli eriyik eşanjörlü bir soğurmalı soğutma sisteminin şematik gösterimi Şekil 1 de verilmiştir. Eriyik eşanjörü, ısıtıcıdan çıkan engin eriyiğin (lityum bromürlü sistem için) veya akir eriyiğin (amonyaklı sistem için) ısıl enerjisinden yararlanarak diğer tarataki eriyiğin ısıtıcıya girmeden önce sıcaklığını artırmak için kullanılmaktadır. Böylece ısıtıcıda
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 75 eriyiğe verilmesi gerekli ısıl enerji aaltılarak sistemin soğutma etkenliği (STK) artırılabilir. Aşağıda NH -H O ve H O-LiBr eriyiği kullanan soğurmalı soğutma sistemlerinin termodinamik analii yer almaktadır. Şekil 1. Tek kademeli soğurmalı soğutma sisteminin şematik gösterimi.1. Amonyak-Su (NH -H O) Eriyiği Kullanan SSS nin Termodinamik Analii Isıtıcıda kütle dengesi yaılırsa aşağıda verilen eşitlikler elde edilir. m & = m& + m& (toplam kütle dengesi) (1) NH m &. X = m&. X + m& NH (amonyak dengesi) () Eşitlik 1 ve Eşitlik den m & m & 1 X = m& NH () X X 1 X = m& NH (4) X X elde edilir. Eşitlik den sistemin dolaşım oranı, FR
Saya No: 76 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ m& FR = (5) m& NH olarak tanımlanır. Bu durumda amonyağın birim kütlesi için ısıtıcı kapasitesi q ı = h ( h (6) 1 + FR 1). h8 FR. olarak bulunur. Eriyik eşanjöründeki enerji dengesinden (Sun, 1998) 9 = E ex.t6 + (1- Eex ).T8 7 T (7) h 7 FR 1 = h6 + ( h8 h9) (8) FR Pompa çıkış şartları ve pompa için gerekli güç ise h = P ). v (9) 6 h5 + ( Py b W p = ( P P ). v. m& (10) y b eşitlikleriyle bulunabilir. Soğurucudan ayrılan amonyak bakımından engin eriyiğin pompalanması için soğutucu akışkanın (amonyağın) birim kütlesi başına gerekli güç w = ( P P ). v FR (11) p y b. Sonuç olarak, sistemdeki diğer elemanlar (buharlaştırıcı, yoğuşturucu, soğurucu) için de enerji dengesi yaıldığında amonyağın birim kütlesi başına kapasiteleri q b = h 4 h (1) q y q s = h 1 h (1) = FR. h5 ( FR 1). h10 h4 (14).. Su-Lityum Bromür (H O-LiBr) Eriyiği Kullanan SSS nin Termodinamik Analii Isıtıcıda kütle dengesi yaılırsa aşağıda verilen eşitlikler elde edilir. m& = m& + m& (toplam kütle dengesi) (15) H O m &. X = m&. X (LiBr dengesi) (16) Eşitlik 15 ve Eşitlik 16 dan m& m& X = m& HO (17) X X X = m& HO (18) X X elde edilir. Eşitlik 17 den sistemin dolaşım oranı, FR
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 77 m& FR = (19) m& H O olarak tanımlanır. Bu durumda su buharının birim kütlesi için ısıtıcı kapasitesi q ı = h. + h (0) 1 + FR h8 ( FR 1). 7 olarak bulunur. Eriyik eşanjöründeki maksimum ısı geçişini belirleyen akışkan akir eriyik ise, eşanjördeki enerji dengesinden h (1) ( FR + 1) ( h h ) h9 = h8 Eex 8* 6 () FR elde edilir. Burada h 8*, akir eriyiğin T 8 sıcaklığındaki entalpisidir. Çünkü akir eriyik en ala T 8 sıcaklığına kadar çıkabilir. Eğer, E ex = 1 olması durumunda T 9 < T 6 oluyorsa eriyik eşanjöründeki maksimum ısı geçişini belirleyen akışkan engin eriyik demektir. Bu durumda, eriyik eşanjöründeki enerji dengesinden h () 7 = E ex.h8* + (1- Eex ).h 6 9 = E ex.h6* + (1- Eex ).h8 FR h = h + Eex (4) 7 6 ( ) ( h8 h6* ) FR + 1 elde edilir. Burada h 6*, engin eriyiğin T 6 sıcaklığındaki entalpisidir. Çünkü engin eriyik en ala T 6 sıcaklığına kadar inebilir. Soğurucudan ayrılan lityum bromür bakımından akir eriyiğin pompalanması için soğutucu akışkanın (su buharının) birim kütlesi başına gerekli güç w p = ( Py Pb ). v.( FR + 1) (5) Su buharının birim kütlesi başına soğurucunun kapasitesi ise q s = ( FR + 1). h FR h h (6) 5. 10 4 Soğutma sistemlerinin perormansını gösteren STK değeri, harcanan birim iş başına yapılan soğutma miktarı olup qb STK = (7) q + w ı p şeklinde tanımlanır. Eğer buharlaştırıcı, yoğuşturucu, ısıtıcı ve soğurucu sıcaklıkları bilinirse, yukarıda verilen denklemler yardımıyla sistemlerin perormans eğrileri elde edilebilir.. TERMODİNAMİK ÖZELLİKLER Amonyak (NH ) Amonyağın sıcaklığa bağlı doyma basıncını veren denklem aşağıda verilmiştir (Horu, 1990). a1 a LogP( T ) = a o + + (8) ( T.1,8 + 491,7) ( T.1,8 + 491,7)
Saya No: 78 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ Amonyağın doymuş sıvı ve doymuş buhar entalpisi sıcaklığa bağlı olarak ve kıgın buhar entalpisi ise sıcaklık ve basınca bağlı olarak aşağıda verilmiştir (Horu, 1990). ( b + b.(t. 18, )) h sv (T ) =, 6. (9) 0 1 + h bh ( T ) + T = c0 + c1. T + c. T c. (0) {[ d.( T.1,8 + ) + d ] + P. [ d.( T.1,8 + ]} h kbh ( P, T ) =,6. + d (1) 0 1 ) Eşitlik 8, 9, 0 ve Eşitlik 1 de kullanılan katsayıların değerleri Çielge 1 de verilmiştir. Çielge 1. Eşitlik 8, 9, 0 ve Eşitlik 1 de kullanılan katsayılar i a b c d 0 6,5994 4,18716 144,5 5,0669.10-1 1-171,488 1,11064 1,0577 60,9786-11599,5598-7,66.10-1,5.10-4 - - 1,10.10-5 4,061.10 - Amonyak-Su (NH -H O) Eriyiği Amonyak-su karışımının doyma basıncı ve sıcaklığı arasındaki ilişki, karışımın konsantrasyonuna bağlı olarak (Sun, 1998) Burada; B LogP ( T, X ) = A () ( T + 7,16) A = 7,44 1,767. X + 0,98. X + 0,67. X (a) B = 01,8 155. X + 1540,9. X 194,7. X (b) Amonyak-su eriyiğinin entalpisi, sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak aşağıda verilmiştir (Sun, 1998). 16 i T + 7,16 n h ( T, X ) = 100. ai 1. X i () 7,16 i= 1 Burada, X amonyağın mol oranı olup Eşitlik (a) ile bulunabilir (Sun, 1998). m 18,015. X X = 18,015. X + 17,0.(1 X ) (a) Amonyak-su eriyiğinin ögül hacmi, sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak aşağıda verilmiştir (Sun, 1998). v ( T, X ) = a. T. X (4) j= 0i= 0 ij i j
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 79 Çielge. Eşitlik de kullanılan katsayılar i m i n i a i i m i n i a i 1 0 1 7,61080.10 0 9 1,84179.10 0 0 4,56905.10 1 10 7,41609.10 0 0 8 -,4709.10 11 5 8,91844.10 4 0 9,595.10 1 5 4-1,6109.10 5 0 1-1,58854.10 0 1 5 5 6,106.10 6 0 14 6,19084.10 1 14 6 -,07588.10 7 1 0 1,1414.10 1 15 6 4-6,879.10 0 8 1 1 1,18157.10 1 16 8 0,50716.10 0 Çielge. Eşitlik 4 de kullanılan katsayılar i j a ij i j a ij i j a ij i j a ij 0 0 9,984.10-4 0 1,5489.10-4 0-1,006.10-4 0,46.10-4 1 0-7,8161.10-8 1 1 5,610.10-6 1-1,0567.10-5 1 9,8890.10-6 0 8,7601.10-9 1-8,417.10-8,4056.10-7 -1,8715.10-7 0 -,9076.10-11 1 6,4816.10-10 -1,9851.10-9 1,777.10-9 Su (H O) Su buharının sıcaklığa bağlı doyma basıncını veren denklem aşağıda verilmiştir (Horu, 1990). Burada, A P ( T) = 10.6,8964 (5) a1 a A = a o + + (5a) ( T.1,8 + 491,7) ( T.1,8 + 491,7) Su buharının doymuş ve kıgın buhar entalpisi, sıcaklığa ve basınca bağlı olarak aşağıda verilmiştir (Horu, 1990). {[ b.( T.1,8 + ) + b ] + P. [ b.( T.1,8 + ]} h ( P, T ) =,6. + b (6) 0 1 ) Eşitlik 5 ve Eşitlik 6 daki katsayıların değerleri Çielge 4 de verilmiştir. Çielge 4. Eşitlik 5 ve Eşitlik 6 da kullanılan katsayılar i a b 0 6,1147 0,4494 1-886,7 1060,80 769,46 0,0074-0,989805 Su-Lityum Bromür (H O-LiBr) Eriyiği Su-lityum bromür eriyiğinin sıcaklığı aşağıda verilen denklem yardımıyla bulunabilir (Horu, 1990). T = AT. bhd + B (7)
Saya No: 80 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ Burada; A =,00755 + 0,16976. X,1.10. X + 1,97668.10. X (7a) B = 14,97 7,716. X + 0,1586. X 7,9509.10. X (7b) Su-lityum bromür eriyiğinin entalpisi, sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak aşağıda verilmiştir (Horu, 1990). Burada; 4 ( A + B.( T.1,8 + ) + C.(.1,8 ) ) h ( T, X ) =,6. T + (8) 0 + a1 X + a. X + a. X a4. 4 A = a. + X (8a) 0 + b1 X + b. X + b. X b4. 4 B = b. + X (8b) 0 + c1 X + c. X + c. X c4. 4 C = c. + X (8c) 5 Çielge 5. Eşitlik 8 de kullanılan katsayılar i a b c 0-1015,07 4,68108 4,9107.10-1 79,587-0,07766,8184.10-4 -,58016 8,44845.10-1,07896.10-5,0158.10 - -1,04771.10-4 1,15.10-7 4-1,40061.10-4 4,80097.10-7 -5,8970.10-10 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA Amonyak-su ve su-lityum bromür eriyiği kullanan soğurmalı soğutma sistemlerinin perormansının belirlenebilmesi için Termodinamik Öellikler kısmında verilen iadelerden yararlanarak, temel enerji ve kütle dengesi denklemleri bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Çevrimin simülasyonu oluşturularak, arklı ısıtıcı, buharlaştırıcı, yoğuşturucu ve soğurucu sıcaklıklarında sistemin perormansı incelenmiştir. Çielge 6 da T ı =90 C, T y =40 C, T s =5 C, T b =10 C için çevrimin çeşitli noktalarında eriyiklerin termodinamik öellikleri verilmiştir. Burada eriyik eşanjörünün etkenliği 0,6 alınmıştır. Çielgede görüldüğü gibi NH -H O çevriminde soğutucu akışkan olarak amonyak dolaştığından, sistemin basınçları su-lityum bromür çevrimine göre daha yüksektir ve iki çevrimin termodinamik öellikleri birbirinden oldukça arklıdır. Bu nedenle Çielge 7 de görüldüğü gibi çevrimdeki her elemanın ısıl kapasiteleri de birbirinden oldukça arklıdır. Çielge 7 de sistemin çalışma şartları Çielge 6 daki ile aynı alınmıştır. Çielge 7 de dikkati çeken hususlardan biri ısıtıcının sistemdeki diğer elemanlara göre ısıl kapasitesinin yüksek oluşu ve pompanın ise ihmal edilebilecek düeyde enerji tükettiğidir. Amonyaklı sistemde pompalama için gerekli enerjinin daha ala olmasının nedeni olarak, basınç arkının lityum bromürlü sisteme göre çok daha ala olması gösterilebilir. Aynı çalışma şartlarında (sıcaklıklarında) lityum bromürlü sistemin amonyaklı sisteme göre daha ala soğutma elde ettiği ve sistemin perormans katsayısın daha yüksek olduğu yine verilen çielgeden görülmektedir.
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 81 Çielge 6. Çevrimin çeşitli noktalarında NH -H O ve H O-LiBr eriyiklerinin termodinamik öellikleri Konum T ( C) P (kpa) X (%) h (kj/kg) NH -H O Çevrimi Isıtıcıdan amonyağın çıkışı (1) 90,00 155,816 100,00 161,48 Yoğuşturucudan amonyağın çıkışı () 40,00 155,816 100,00 67,100 Buharlaştırıcıdan amonyağın çıkışı (4) 10,00 614,947 100,00 145,00 Soğurucudan eriyiğin çıkışı (5) 5,00 614,947 58,67-81,16 Isıtıcıya eriyiğin girişi (7) 60,8 155,816 58,67 9,48 Isıtıcıdan eriyiğin çıkışı (8) 90,00 155,816 44,99 160,607 Soğurucuya eriyiğin girişi (10) 57,1 614,947 44,99 1,6 H O-LiBr Çevrimi Isıtıcıdan su buharının çıkışı (1) 90,00 7,84 0,00 66,5 Yoğuşturucudan suyun çıkışı () 40,00 7,84 0,00 167,60 Buharlaştırıcıdan su buharının çıkışı (4) 10,00 1,7 0,00 517,5 Soğurucudan eriyiğin çıkışı (5) 5,00 1,7 5,04 74,8 Isıtıcıya eriyiğin girişi (7) 59,1 7,84 5,04 16,56 Isıtıcıdan eriyiğin çıkışı (8) 90,00 7,84 6,10 1, Soğurucuya eriyiğin girişi (10) 57,00 1,7 6,10 159,48 Çielge 7. Çevrimdeki her elemanın birim soğutucu akışkan kütlesi için kapasiteleri Kapasiteler (kj/kg) NH -H O Çevrimi H O-LiBr Çevrimi Isıtıcı (q ı ) 1958,78 05,700 Yoğuşturucu (q y ) 164,8 494,750 Buharlaştırıcı (q b ) 1086,11 49,656 Soğurucu (q s ) 1784,664 880,65 Pompa (w p ) 4,064 0,04 Eşanjör (q ex ) 480,686 19,5 STK 0,55 0,777 Şekil de NH -H O ve H O-LiBr çevrimleri için ısıtıcı sıcaklığı ile STK değerinin değişimi görülmektedir. Sistemin çalışma şartları şekil üerinde verilmiştir. Her iki çevrimde de ısıtıcı sıcaklığının artışıyla sistemin STK değeri artmaktadır. NH -H O için STK, yaklaşık 95 C ye kadar artmakta ve bu sıcaklıktan sonra %5 dolaylarında sabit kalmaktadır. 80 C den daha düşük sıcaklıklarda ise STK da ani düşme gölenmektedir. Isıtıcı sıcaklığının artmasıyla akir eriyik konsantrasyonu aaldığından dolaşım oranı (FR değeri) aalmaktadır. Dolaşım oranının aalması ise ısıtıcı kapasitesini düşürür, böylece aynı soğutmayı elde etmek için harcanan iş aaldığından STK artar. H O-LiBr çevriminde ise, ısıtıcı sıcaklığının artmasıyla engin eriyik konsantrasyonu artar ve bu sebeple dolaşım oranının aalması suretiyle STK artar. H O-LiBr çevrimi için de 80 C nin altındaki ısıtıcı sıcaklıklarında perormansın aniden düştüğü görülmektedir. Aynı amanda verilen şekilde eriyik eşanjörünün arklı etkenlik değerlerinde (%40, %60 ve %80) sistemin STK eğrileri de yer almaktadır. Doğal olarak, eşanjörün etkenliği arttıkça sistemin STK değeri ile beraber kristaliasyon ihtimali de artmaktadır. Şekil de ısıtıcı sıcaklığı ile dolaşım oranının değişimi verilmiştir. Isıtıcı sıcaklığının artması, NH -H O çevriminde akir eriyik konsantrasyonunu aaltarak, H O-LiBr
Saya No: 8 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ çevriminde engin eriyik konsantrasyonu arttırarak dolaşım oranını aaltmaktadır. Dolaşım oranının aalması pompalama maliyetlerini de aaltmaktadır. Şekil den, yine yaklaşık 80 C den daha düşük sıcaklıklarda dolaşım oranının ani olarak arttığı görülmektedir. Böylece Şekil ve den yararlanarak her iki sistem için ısıtıcı çalışma sıcaklığı belirlenebilir. Şekil 4 ve 5 de her iki çevrim için buharlaştırıcı sıcaklığı ile STK değerinin ve dolaşım oranının değişimi görülmektedir. Hem NH -H O hem de H O-LiBr çevrimleri için buharlaştırıcı sıcaklığı arttıkça, STK artmaktadır. 0,9 0,8 0,7 0,6 HOLiBr(Eex=%40) HOLiBr(Eex=%80) HOLiBr(Eex=%60) NHHO(Eex=%60) kristaliasyon bölgesi STK 0,5 0,4 0, 0, Ts=40 C Ty=40 C Tb=10 C 0,1 70 75 80 85 90 95 100 105 110 Isıtıcı sıcaklığı (0C) Şekil. SSS nde STK nın ısıtıcı sıcaklığı ile değişimi HOLiBr NHHO 80 70 60 Ts=40 C Ty=40 C Tb=10 C Eex=%60 Dolaşım oranı, FR 50 40 0 0. 10 0 70 75 80 85 90 95 100 105 110 Isıtıcı sıcaklığı (0C) Şekil. SSS nde FR nin ısıtıcı sıcaklığı ile değişimi
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 8 HOLiBr NHHO 0,9 0,8 0,7 0,6 STK 0,5 0,4 0, 0, Tı=90 C Ts=40 C Ty=40 C Eex=%60 0,1 -,5 0,5 5 7,5 10 1,5 15 17,5 0 Buharlaştırıcı sıcaklığı (0C) Şekil 4. SSS nde STK nın buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi HOLiBr NHHO 60 Dolaşım oranı, FR 50 40 0 0 Tı=90 C Ts=40 C Ty=40 C Eex=%60 10 0 -,5 0,5 5 7,5 10 1,5 15 17,5 0 Buharlaştırıcı sıcaklığı (0C) Şekil 5. SSS nde FR nin buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi NH -H O çevriminde buharlaştırıcı sıcaklığının yaklaşık -1 C nin altına düşmesi durumunda akir eriyiğin konsantrasyonu engin eriyiğin konsantrasyonunu aşmaktadır. Bu sebeple verilen şartlarda buharlaştırıcı sıcaklığı -1 C nin altına ineme. Buharlaştırıcı sıcaklığının artmasıyla NH -H O çevriminde engin eriyik konsantrasyonu artar, H O-LiBr çevriminde akir eriyik konsantrasyonu aalır. Bu sebeple her iki çevrimde de buharlaştırıcı sıcaklığının artışıyla dolaşım oranı aalmaktadır. Şekil 6 ve 7 de yoğuşturucu sıcaklığı ile STK değerinin ve dolaşım oranının değişimi görülmektedir. Her iki çevrimde de yoğuşturucu sıcaklığının artmasıyla STK değerindeki düşüş artarak devam etmektedir. Yoğuşturucu sıcaklığının değişmesi sistemin üst basıncını etkilemektedir. Bu etki NH -H O çevriminde
Saya No: 84 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ akir eriyik konsantrasyonu artırmakta, H O-LiBr çevriminde ise engin eriyik konsantrasyonunu aaltmaktadır. Böylece iki çevrimde de yoğuşturucu sıcaklığıyla dolaşım oranı artmaktadır. H O-LiBr çevriminde eriyik eşanjörü etkenliğinin 0,6 olması durumunda yoğuşturucu sıcaklığının inebileceği minimum değer yaklaşık C dir. Bu sıcaklığın altında kristaliasyon problemi vardır. Çünkü yoğuşturucu sıcaklığı düştükçe engin eriyik konsantrasyonu artmakta ve bu da kristaliasyon ihtimalini artırmaktadır. Aynı amanda Şekil 6 da eriyik eşanjörü etkenliğiyle kristaliasyon bölgesinin değişimi de görülmektedir. HOLiBr(Eex=%40) HOLiBr(Eex=%80) HOLiBr(Eex=%60) NHHO(Eex=%60) 0,9 0,8 kristaliasyon bölgesi 0,7 STK 0,6 0,5 0,4 Tı=90 C Ts=40 C Tb=10 C 0, 8 6 40 44 48 5 Yoğuşturucu sıcaklığı (0C) Şekil 6. SSS nde STK nın yoğuşturucu sıcaklığı ile değişimi HOLiBr NHHO 0 5 Tı=90 C Ts=40 C Tb=10 C Eex=%60 Dolaşım oranı, FR 0 15 10 5 0 8 6 40 44 48 5 Yoğuşturucu Sıcaklığı (0C) Şekil 7. SSS nde FR nin yoğuşturucu sıcaklığı ile değişimi
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 85 0,9 0,8 0,7 HOLiBr NHHO STK 0,6 0,5 0,4 0, Tı=90 C Ty=40 C Tb=10 C Eex=%60 0, 15 0 5 0 5 40 45 50 55 Soğurucu sıcaklığı (0C) Şekil 8. SSS nde STK nın soğurucu sıcaklığı ile değişimi Dolaşım oranı, FR 60 50 40 0 0 10 Tı=90 C Ty=40 C Tb=10 C Eex=%60 HOLiBr NHHO 0 15 0 5 0 5 40 45 50 55 Soğurucu sıcaklığı (0C) Şekil 9. SSS nde FR nin soğurucu sıcaklığı ile değişimi Şekil 8 ve Şekil 9 da soğurucu sıcaklığı ile STK değerinin ve dolaşım oranının değişimi görülmektedir. İki çevrimde de soğurucu sıcaklığı arttıkça STK değeri aalmaktadır ve bu aalma soğurucu sıcaklığıyla artarak devam etmektedir. Öellikle 50 C nin üerinde ani bir aalma gölenmektedir. Çünkü soğurucu sıcaklığının artması NH -H O çevriminde engin eriyik konsantrasyonunu aaltarak ve H O-LiBr çevriminde akir eriyik konsantrasyonunu artırarak dolaşım oranını artırmaktadır. Dolaşım oranındaki artış öellikle 50 C nin üerinde bir sıçrama şeklinde gerçekleştiğinden ısıtıcı kapasitesi artmakta ve STK değeri ani olarak düşmektedir.
Saya No: 86 Ö. KAYNAKLI, R. YAMANKARADENİZ 5. SONUÇLAR Soğurmalı soğutma sistemleri öellikle son yıllarda, dünyada ve ülkemide yaşanan ekonomik krilerden ve mevcut enerji potansiyellerinin kullanılabilirliğinin aalmasından dolayı, eski itibarını kaanmaya başlamıştır. H O-LiBr eriyiğiyle çalışan soğurmalı soğutma sistemleri çoğunlukla 4 C ve üerindeki sıcaklıklarda kullanılmakta, NH -H O eriyiğiyle çalışan sistemler ise 0 C nin altındaki soğutma uygulamalarında da kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, NH -H O ve H O-LiBr eriyiği kullanan soğurmalı soğutma çevrimlerinin analii yapılmış ve termodinamik öellikleri denklemler yardımıyla verilmiştir. Bu iki çevrimin perormansı arklı ısıtıcı, buharlaştırıcı, yoğuşturucu ve soğurucu sıcaklıklarında incelenmiştir. Yapılan anali sonucu elde edilen bulgular öetle şunlardır; 1. Her iki sistemde de ısıtıcı ve buharlaştırıcı sıcaklıklarının artmasıyla STK artmakta ancak yoğuşturucu ve soğurucu sıcaklıklarının artmasıyla STK aalmaktadır.. Aynı sıcaklıklar arasında çalışan H O-LiBr eriyiği kullanan sistemin STK ve FR değerleri NH -H O eriyiği kullanan sisteme göre daha ala çıkmaktadır.. NH -H O eriyiği kullanan sistem daha ala pompalama gücüne ihtiyaç duymaktadır. 4. NH -H O eriyiği kullanan sistemde çevrimin soğutma kısmında amonyak dolaştığından sistem daha yüksek basınçlarda çalışmaktadır. 5. H O-LiBr eriyiği kullanan sistemde ısıtıcı sıcaklığı arttıkça ve yoğuşturucu sıcaklığı aaldıkça kristaliasyon ihtimali artmaktadır. 6. Kristaliasyon riski eriyik eşanjörü etkenliğinin artmasıyla (engin eriyiğin sıcaklığının aalmasıyla) artmaktadır. 7. Her iki sistemde de FR değerinin artması, soğutucu akışkanın birim kütlesi başına pompanın çekmiş olduğu enerjiyi artırmaktadır. 6. SEMBOLLER Semboller Alt indisler SSS : Soğurmalı soğutma sistemi b : Buharlaştırıcı STK : Soğutma tesir katsayısı, boyutsu bh : Buhar E : Eriyik eşanjörü etkenliği, boyutsu bhd : Doymuş subuharı FR : Dolaşım oranı, boyutsu ex : Eşanjör h : Entalpi, kj/kg : Fakir m& : Kütlesel debi, kg/s ı : Isıtıcı P : Basınç, kpa kbh : Kıgın buhar q : Soğutucu akışkanın birim kütlesi için ısıl kapasite, kj/kg max : Maksimum Q : Isıl güç, kw min : Minimum T : Sıcaklık, C NH : Amonyak v : Eriyiğin ögül hacmi, m /kg ort : Ortalama w : Soğutucu akışkanın birim kütlesi başına pompanın çektiği p : Pompa enerji, kj/kg W : Pompanın birim amanda çektiği enerji, kw s : Soğurucu X : Konsantrasyon sv : Sıvı y : Yoğuşturucu : Zengin
Fen ve Mühendislik Dergisi Cilt : 5 Sayı : Saya No: 87 KAYNAKLAR Chuang C.C., Ishida M. (1990): Comparison o Three Types o Absorption Heat Pumps Based on Energy Utiliation Diagrams, ASHRAE Transactions, 96 (), pp. 75-81. Horu İ. (1990): Absorpsiyonlu Soğutma Sistemlerinden Amonyak-Su Çiti İle Lityum Bromür-Su Çitinin Mukayesesi, Yüksek Lisans Tei, Bursa, 147s. Keçeciler A., Acar İ.H., Doğan A. (000): Thermodynamic Analysis o The Absorption Rerigeration System with Geothermal Energy: An Experimental Study, Energy Conversion and Management, Vol. 41, p.7-48. Mostaavi M., Agnew B. (1996): The İmpact o Ambient Temparature on Lithium Bromide- Water Absorption Machine Perormance, Applied Thermal Engineering, Vol. 16, No. 6, p.515-5. Saravanan R., Maiya M. P. (1998): Thermodynamic Comparison O Water Based Working Fluid Combinations For A Vapour Absorption Rerigeration System, Applied Thermal Engineering, Vol. 18, No. 7, p.55-568. Seara J.F., Vaque, M. (001): Study and Control Optimal the Generation Temperature in NH -H O Absorption Rerigeration Systems, Applied Thermal Engineering, Vol. 1, p.4-57. Seewald J.S., Blanco H.P. (1994): A Simple Model or Calculating the Perormance o a Lithium Bromide-water Coil Absorber, ASHRAE Transactions, p.18-8. Sun D.W. (1998): Comparison o the Perormance o NH -H O, NH -LiNO and NH - NaSCN Absorption Rerigeration Systems, Energy Conversion, Vol.9, No.5/6, p.57-68.