abstract - tmmob makina mühendisleri odası · soğutucu akışkanları kloroflorokarbon (cfc),...

Tesisat Mühendisliği - Sayı 144 - Kasım/Aralık 2014 89

Makale

ÖZETSon zamanlarda, dünya genelinde iklim değişikliği nedeniyle, bütün ülkeler ozontabakasında inceleme ve küresel iklim değişikliklerini önlemek için kendi çabala-rını ortaya koymaktadırlar. Otomobil endüstrisinde ozon inceltme etkisi (ODP)sıfır olan R-134a gazı klima sistemlerinde yaygın olarak kullanılmasına rağmenküresel ısınma etkisi (GWD) yüksektir. Bu yüzden R-134a gazının yerine geçecekalternatif soğutkanlar üzerine araştırmalar yapılmaktadır. R-152a gazınınODP’si sıfır ve düşük GWD’ye sahip olması nedeniyle son zamanlarda alternatifbir gaz olabileceği göz önüne alınmaktadır. Bu çalışmada otomotiv endüstrisindeR-134a gazının yerine geçebilecek R-152a gazının kullanılabilirliği ve uygunlu-ğu incelenerek R-152a gazının özellikleri (yanıcılığı, zehirliliği, termodinamiközellikleri, uyumluluğu vs.) ve performansı hakkında bilgi verilecektir. Bu konu-lar üzerine yapılan araştırmalar ve sonuçlar verilerek halen kullanılmakta olanR-134a gazı ile karşılaştırma yapılacaktır. Ayrıca otomobil klima sistemlerindekullanılacak R-152a gazı performansını değerlendirmek için hesaplamalar yapıl-mıştır. Sabit bir evaporatör soğutma yükünde (Qe=1,5 kW) kondenserde atılan ısıyükler, kompresörün çektiği güç (Wk) ve soğutma tesir katsayıları (COP) farklıevaporatör buharlaşma sıcaklıkları (Te =(-20)-10 °C aralığında) ve farklı kom-presör devir sayılarında (n=450-1800 dev/dak aralığında) incelenmiştir. Çalışmasonunda incelen gazlar için R-152a gazının R-134a gazı ile hemen hemen aynıperformansa sahip olduğu görülmüştür. Bu da mevcut otomobil sistemlerinde R-134a gazı kullanan soğutma sistemlerinde çok küçük değişiklikler yapılarak veyahiç değişiklik yapılmadan kullanabileceğini göstermiştir.

Anahtar Sözcükler: R-152a Gazı, Otomobil Klima Sistemleri, Küresel Isınma,Ozon İncelmesi, Ozon Delinmesi, Alternatif Gazlar.

1. GİRİŞMekanik sistemler için soğutkanlar geliştirilmeye ilk başlanıldığın-da, genel olarak Amonyak, Karbondioksit, Sülfürdioksit ve MetilKlorid kullanılmaktaydı. Bütün bu soğutkanlar zehirli ve tehlikeliolarak bilinmekteydi. Bununla beraber 1931’de koloroflorokarbon(CFC) ve hidrokloroflorokarbon (HCFC) soğutkanları daha güvenlialternatif seçenekler olarak ortaya çıkmıştır [1, 2].

Abs tract: Recently, due to the climate change allover the world, all the countries put theirefforts to prevent climate change andozone depletion. R-134a has been widelyused as an AC (air conditioning) refriger-ant in the automobile industry. Although R-134a has a small effect on the ozonedepletion, it has a great influence on theglobal warming. Thus, the researchers aretrying to find alternative refrigerants inreplace with the R-134a. In these days, R-152a has been considered as an alterna-tive refrigerant because of its having azero ODS and little GWD.

In this study, the possible usage of the R-152a in replace with R-134a in the AC sys-tem of an automobile and the properties ofthe R-152a will be investigated theoretical-ly. The studies have been conducted in thisfield so far and the results of these studieswill be presented and compared with the R-134a still used. Also, the effect of the R-152a on the performance of the AC systemof an automobile has been examined ana-lytically. At a constant evaporator coolingload (Qe = 1,5 Kw), the heat rejected fromthe condenser, compressor power and per-formance coefficient of the AC system(COP) have been studied for various evap-orator temperature (Te = (-20)-10 °C) andcompressor rotational speeds (n = 450-1800 rpm). As a result of this study, it hasbeen observed that R-152a and R-134a donot lead to any significant difference on theperformance of the cooling system.Therefore, R-152a can be used alternatelyas a cooling refrigerant in the AC system ofthe current automobiles with or withoutsmall modifications of their AC systems.

Kadir BİLENAhmet Tahir KALKIŞIM

İsmail SOLMUŞHüseyin BULGURCU

Hakan YALDIRAK

Key Words: R-152a Refrigerant, Air ConditioningSystem of Automobile, Global Warming,Ozone Depletion, Ozone Hole, AlternativeRefrigerants.

Otomobil Klima SistemlerindeR-152a Gazı Kullanımı ve Özellikleri

9Kadir Bilen:Sablon 17.12.2014 10:42 Page 89

Makale

CFC ve HCFC soğutucu akışkanların ise atmosferinyukarı tabakasında bulunan, stratosfer tabakasındabirikerek ozon tabakasını deldiği ve küresel ısınma-ya neden olduğu bilinmektedir [3]. 1974 yılındaRowland CFC’nin gerekli şartlar sağlandığındaozonu katalitik olarak ayrıştırma yeteneğine sahipolduğunu gösterir bir çalışmasına göre; 60 yıl içeri-sinde ozonu CFC’lerin %7 oranında aşındıracağınısaptamıştır [4]. CFC’lerin ve HCFC’lerin (hidroklo-roflorokarbonların) yanı sıra HFC’ler (hidrofloro-karbon) de dahil olmak üzere tüm soğutucu akışkan-lar sera gazı etkisini artırarak küresel ısınmanın hız-lanmasına yol açmaktadır. Bunun önüne geçebilmekiçin, soğutucu akışkanların üretimi ve kullanımıkonusunda çeşitli yasal düzenlemeler yapılmıştır [4].Avrupa Birliği ülkeleri artan küresel ısınma değerle-ri sonucunda, yaygın olarak kullanılan R-134a gazı-nın yüksek GWD değerine sahip olması sebebiyleyasal bir düzenlemeye giderek 2011 tarihi ile R-134agazının araçlarda kullanımını yasaklayan bir yasaçıkarmıştır. Bu yasaya göre, kullanılacak gazın GWPdeğerinin 150’den az olması gerekmektedir. 2008yılında kanunlaşan yasaya göre 2017 tarihi itibari ilearaçlarda R-134a gazı kullanımı tamamen ortadankaldırılmış olacaktır. Bu değişim sürecinde otomotivendüstrisi ve kimya endüstrisi, soğutucu akışkan ola-bilecek bir alternatif üzerinde çalışmalarını yoğun-laştırmışlardır. Bu alternatifin, mevcut sistem ekip-manlarında önemli bir değişiklik yapmadan, doğru-dan kullanım özelliği taşıması gerekmektedir.Alternatif soğutucu akışkan denildiği zaman ilk aklagelen C02 gazı yüksek çalışma basıncı ile doğrudankullanım seçeneği sunamamaktadır. Ve sistemdeayrıca yapısal değişikliklere neden olacağı için, sen-tetik soğutucu akışkanlara doğru çalışmalar yoğun-laştırılmaktadır [6]. Yapılan çalışmalarda R-134asoğutucu akışkanının yerine kullanılabilecek doğru-dan sistemde yapısal değişikliğe sebep olmadan çalı-şabilecek alternatif gazlardan R-152a gazı bu çalış-mada değerlendirmeye alınmış ve incelenmiştir.

2. SOĞUTUCU GAZLARSoğutucu akışkanları kloroflorokarbon (CFC), hid-rokloroflorokarbon (HCFC), hidroflorokarbon(HFC) seklinde üç kategoride inceleyebiliriz.

2.1. Kloroflorokarbon (CFC)CFC’ler zehirleyici ve yanıcı olmamaları, kararlıdoğası ve ısıl özellikleri nedeniyle uzun bir süresoğutma alanında önemli bir seçenek olarak kullanıl-mıştır. Ozon tabakası üzerinde en fazla tahribatyapan soğutucu akışkanlardır. Klor ve brom içerenbu akışkan ozon gazı ile reaksiyona girerek klormonoksit ve brom monoksit oluşturarak ozon taba-kasının incelmesine sebep olmaktadır. Bu sebeple;CFC üretimi 2006’da Montreal Protokolü ile tama-men durdurulmuştur.

2.2. Hidrokloroflorokarbon (HCFC)HCFC’ler de klor atomu içerdiği için ozon tabakasıile reaksiyona girerler. Buna rağmen HCFC’lerinyapısında hidrojen bulunduğu için kimyasal kararlı-lıkları çok zayıftır. Atmosferde mevcut yapılarıbozulmadan uzun süre kalamazlar. HCFC’ler atmos-fere doğru yükselirken yapılarındaki hidrojen hava-daki su molekülleri ile reaksiyona girerek yapılarıbozulur.

HCFC’lerin önemli özellikleri şunlardır: Atmosferdekimyasal yapıları bozulmadan uzun süre kalmazlar(15-20 yıl). Ozonu delme potansiyelleri düşüktür.Uygulamada en çok kullanılan HCFC’ler şunlardır:R-22, R-124, R-123.

Ozon gazını tahrip etmeleri gerekçesiyle geçiş döne-mi diye tanımlanan bu akışkanların üretimine 2020yılına kadar izin verilmektedir ve kullanımına ise2030 yılında son verilecektir.

2.3. Hidroflorokarbon (HFC)HFC’lerin yapısında klor atomu içermeyen eten,metan gibi doğal gazlardan sentezlenmiş olup kloryerine hidrojen ikâme edilmektedir. HFC türü akış-kanlar CFC ve HCFC’ye göre çevreye çok daha azzarar verir. Dolayısıyla bu akışkanın diğer akışkanla-rın kullanıldığı sistemlerde hiçbir değişiklik yapıl-madan kullanılması istenmektedir. Ancak bu pekmümkün olmamaktadır. HFC türü akışkanlar eski-den beri kullanılmakta olan mineral ve sentetik yağ-lama yağları ile karışmamakta dolayısıyla yağlamasisteminde gerektiği gibi dolaşamamaktadır. Bunun

90 Tesisat Mühendisliği - Sayı 144 - Kasım/Aralık 2014


Makale

sonucunda yağ, sistemde kondenser ve özellikle eva-poratörde sıvılaşıp ısı geçişini önemli ölçüde azalt-maktadır.

R-22 Gazı: Diğer florokarbon soğutucu akışkanlar-da olduğu gibi R-22 de emniyetle kullanılabilecekzehirsiz, yanmayan, patlamayan bir akışkandır. R-22, derin soğutma uygulamalarına cevap vermeküzere geliştirilmiş bir soğutucu akışkandır, fakatpaket tipi klima cihazlarında, ev tipi ve ticari tipsoğutucularda da, bilhassa daha kompakt kompresörgerektirmesi (R-12’ye nazaran takriben 0,60 katı) vedolayısıyla yer kazancı sağlaması yönünden tercihedilir. Çalışma basınçları ve sıcaklıkları R-12’dendaha yüksek seviyededir fakat birim soğutma kap-asitesi için gerekli tahrik gücü takriben aynıdır.

R-134a gazı (CF2CH2F): Ev tipi soğutucular, don-durucular ve otomobil klimaları. R-134a, termodina-mik ve fiziksel özellikleri ile R-12’ye en yakın soğu-tucudur. Halen ozon tüketme katsayısı 0 olan vediğer özellikleri açısından en uygun soğutucu mad-dedir. Araç soğutucuları ve ev tipi soğutucular içinen uygun olan alternatiftir. Ticari olarak da teminiolanaklıdır. Yüksek ve orta buharlaşma sıcaklıkların-da ve/veya düşük basınç farklarında kompresör veri-mi ve sistemin COP (coefficient of performance)değeri R-12 ile yaklaşık aynı olmaktadır. Düşüksıcaklıklar için çift kademeli sıkıştırma gerektirmek-tedir.

Bugün, ideal soğutuculardan beklenen gereksinimlerartmıştır. Ek ana gereksinimler artık sıfır OzonTüketim Potansiyeli (ODP) ve Küresel IsınmaPotansiyeli (GWP)’ni içermektedir. Hidroflurokarbonsoğutucu akışkanı R-134a, buzdolaplarında kullanımaçısından lider durumundadır. R-134a’nın ozon tüke-tim potansiyeli (ODP) sıfır olmasına rağmen, küreselısınma potansiyeli (GWP) diğer soğutucu akışkanlara

göre yüksektir (Tablo 1).

Yüksek küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip R-134a gazı için uluslararası endişeler, bazı Avrupaülkelerini R-134a’nın soğutucu/donduruculardan kal-dırmasına ve buzdolaplarında kullanımını terk etme-sine yol açmıştır. Bu sebepten dolayı R-134a’nın kul-lanımı ve üretimi yakın gelecekte sona erdirilecektir.Bu nedenle termodinamik olarak R-134a kadar etkilisoğutucu akışkanlara ihtiyaç duyulacaktır. Bu maka-lede, buhar sıkıştırmalı arabaların soğutucu sistemle-rinde R-134a ve diğer iki düşük GWP ye sahip HFCsoğutucu akışkanın (R-22 ve R-152a) performansıkarşılaştırılmıştır. Soğutucu performans parametrele-ri paket program (COOLPACK) kullanılarak hesap-lanmıştır.

Bir soğutucu akışkanın kabul edilebilmesi için emni-yetli bir şekilde kullanılabilir. Emniyetin sağlanmasıda soğutucu akışkanın iki temel özelliği ile ilgilidir.Bunlar soğutucu akışkanın zehirleme etkisi (zehirli-liği) ve yanıcılık özelliğidir. Emniyet sınıflandırma-sında bir harf ve bir sayı kullanılarak ifade edilir(örnek olarak A2). Alfabetik büyük harf zehirliliközelliğini, sayı ise yanıcılığı ifade eder.

1. Zehirlilik Yönünden Sınıflandırma2. Yanıcılık Sınıflandırılması

2.4. Zehirlilik ÖzelliğiSoğutucu akışkanlar zehirlilik yönünden iki grubaayrılır:

1. A sınıfı: Derişikliği 400 ppm’e eşit veya onun üze-rindeki soğutkanları gösterir (düşük zehirlilik).2. B sınıfı: Derişikliği 400 ppm’in üzerindeki soğut-kanları gösterir (yüksek zehirlilik).

Bazı gazların zehirlenme etkisi Tablo 2’de gösteril-


Tablo 1. Gazların Termodinamik Özellikleri


Makale

miştir. ATEL (acute toxicity exposure limit) olarakadlandırılan bu değer 30 dakikadan kısa bir süre içeri-sinde sağlığı kötü bir şekilde etkilemeyecek maksi-mum limiti göstermektedir. Yani ortamdaki R-152amiktarı 50.000 ppm’in üzerine çıkmadığı sürece her-hangi bir zehirleyici etki yaratmayacaktır. Görüldüğügibi R-152a’nın ATEL değeri R-12 ve CO2 gazındandaha uygun ve R-134a gazı ile ise aynıdır. ASHRAEstandartların da R-152a’nın zehirlilik sınıfı B olarakbelirtilmiştir.

Tablo 2. Soğutucu Akışkanların Zehirlenme Etkisi

Tablo 3. Yanıcılık Sınıflandırması

2.5. Yanıcılık SınıflandırmasıASHRAE 34’de soğutucu akışkanlar yanı-cılık özelliklerine göre üç kategoriye ayrıl-mıştır.

• Sınıf 1; 21 °C’de ve 101 kPa basınçtaalevlenme testinde yanmayan soğutkan-ları gösterir;

• Sınıf 2; 21 °C’de, 101 kPa basınçta 0,10kg/m3 yoğunlukta düşük yanıcılık göste-ren ve 19 kJ/kg’dan düşük yanma ısısıüreten soğutkanları ifade eder (HOC<19MJ/kg),

• Sınıf 3; 21 °C’de, 101 kPa basınçta 0,10kg/m3 yoğunlukta yüksek yanıcılık gös-teren ve 19 kJ/kg dan büyük veya onaeşit yanma ısısı üreten soğutkanları ifadeeder (HOC>19 MJ/kg).

2.6. Yanıcılık TemelleriYanma limitlerini belirleyen iki kavram; alt yanmalimiti (LFL: lower flame limit) ve üst yanma limiti-dir (UFL: upper flame limit). Alt yanma limiti birsoğutucu akışkanın yanması için ortamda bulunmasıgereken minimum miktarını belirtmektedir. Üstyanma limiti ise yanma oluşması için havada bulu-nabilecek maksimum soğutkan miktarını göstermek-tedir. Havadaki soğutkan yüzdesi belli bir miktarınüzerine çıktığı zaman yanması için yeterli oksijenmiktarı bulunmayacaktır. Şekil 1’de ise sağ üst köşe-ye doğru yanma etkisinin arttığı görülmektedir.Şekilden de görüleceği üzere R-152a’nın bir miktaryanma etkisi bulunmaktadır.

R-152a soğutkanı R-12 ve R-134a’dan daha iyiCOP’a sahip olan, termodinamik ve fiziksel özellikle-ri R-12 ve R134a’ya çok yakın olan, bu yüzden dönü-şümlerde kompresörde herhangi bir modifikasyonagerek bulundurmayan bir soğutkandır ve R-152a gazımineral yağlarla da iyi uyum sağlayan gazdır.

Ozon tahribatına neden olmayan ve sera etkisi çokdüşük olan bir gazdır. Yanıcı ve kokusuz olan R-152a zehirleyici özellik göstermez [13]. MontrealProtokolü kapsamında üretimi ve kullanımı yasakla-nan gazların yerine kullanılabilmesi için, tekniközelliklerinin, istenen seviyede olması gerekmekte-


Şekil 1. Yanmanın Yaratacağı Etki


Makale

dir. R-152a soğutkanı için bazı teknik özellikleryukarıdaki aşağıdaki gibidir.

3. SOĞUTMA SİSTEMİ İÇİN HESAPLAMALAROtomobil soğutma sistemlerinin performans değer-lerini bulmak için farklı evaporatör sıcaklıkları(Te = (-20) - 10 °C), farklı kompresör devir sayıları(n = 450-1800 dev/dak), sabit kondenser sıcaklığı(Tk = 40 °C) ve sabit soğutma yük (Qe = 1,5 KW)değeri için hesaplamalar paket programı COOL-PACK kullanılarak yapılmıştır. Soğutucu gazlar R-152a, R-134a ve R-22 dikkate alınmıştır. Tüm hesap-lamalarda gerçek uygulamalara benzemesi içinsoğutma sisteminde aşırı soğutma ΔTasoğ = 7 °C, aşırıkızdırma ΔTakızğ = 5 °C, volumetrik verim = 0,7 alın-mıştır. Kompresör 4 silindirli, silindir çapı 35 mm,strok uzunluğu 28,5 mm alınmıştır.

4. SONUÇLAR VE TARTIŞMAŞekil 2’de kondenserde atılan ısı yükünün (Qk) eva-poratör buharlaşma sıcaklığına (Te) göre değişimi

gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi R-152a, R-134a ve R-22 gazları için kondensere atılan ısıl yük-ler büyük benzerlik göstermektedir. Düşük evapora-tör buharlaşma sıcaklıklarında kondenserde atılanısıl yükler daha fazla olmakta ve evaporatör sıcaklı-ğı yükseldikçe kondenserde de atılan ısıl yükleryavaşça azalmaktadır. Bunun nedeni düşük evapora-tör sıcaklıklarında kompresör için daha fazla güççekmekte ve bunun sonucunda kondenserde ısıl yükde artmaktadır (Şekil 3). Çünkü kondenserde atılanısıl yük (Qk) evaporatör soğutma yükü (Qe) ile kom-presörde tüketilen enerjilerin (Wk) toplamına eşittir.Evaporatör soğutma yükü (Qe) = 1,5 kW sabit oldu-ğu için kondenser ısıl yükü (Qk)’de kompresör işiyleartış göstermektedir. Bu durum Şekil 4’den de açık-ça görülebilir. Şekil 5’de ise kondenserde atılan ısıyükün kompresör devir sayısı ile değişimi gösteril-miştir. Artan devir sayısı ile birlikte kondenserde atı-lan ısıl yük de artmaktadır. Burada devir sayısı ilebirlikte kompresörde harcanan iş artmakta ve sonuç-ta evaporatörde atılan ısıl yükü de artırmaktadır.


Tablo 4. Soğutucu Gaz R-152a’nın Teknik Özellikleri

Şekil 2. Kondenserde Atılan Isı Yükünün EvaporatörBuharlaşma Sıcaklıkları İle Değişimi

(Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)Şekil 3. Kondenserde Atılan Isı Yükünün KompresörDevir Sayısı İle Değişimi (Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)


Makale

Şekil 6’da incelenen soğutucu gazlar için kompresö-rün devir sayısının evaporatör buharlaşma sıcaklığı-na göre değişimi gösterilmiştir. Buradan görüldüğügibi düşük buharlaşma sıcaklığında kompresör dahayüksek devirlerde dönmekte ve artan buharlaşmasıcaklığıyla devir sayısı düşmektedir. Burada yinekompresör devir sayıları R-134a ile R-152a gazlarıiçin büyük benzerlik göstermektedir. Burada devirsayılarının, düşük buharlaşma sıcaklıklarında büyükolmasının nedeni artan kompresör işiyle açıklanabi-lir. İncelenen gazlar için kompresör devir sayısı,artan buharlaşma sıcaklığı ile yavaşça azalış göster-mektedir ve devir sayıları evaporatör sıcaklığınagöre R-134a ve R-152 gazları için hemen hemenaynı olmaktadır. Diğer iki gazın devir sayıları R-22gazı ile karşılaştırıldığında düşük evaporatör sıcak-lıklarında yaklaşık %80’lik bir artış görülmektedir.

Şekil 7’de kompresörün giriş ve çıkış basınç oranları-nın evaporatör buharlaşma sıcaklıklarına göre değişi-mi gösterilmiştir. Buradan görüldüğü gibi artan buhar-laşma sıcaklığı ile basınç oranları düşmekte ve basınçoranları R-134a ve R-152 gazları için hemen hemenaynı olmaktadır. Bu durum soğutma tesisatında her-hangi bir değişiklik yapılmadan aynı basınç oranların-da çalışan tesisatta R-134a gazı yerine R-52a gazınınkullanılabileceğini bize göstermektedir. Ya da çokküçük değişiklikler yapılarak kullanabilineceği anla-mına gelmektedir. Genelde soğutma sistemleri tesisa-tında yapılacak değişiklik sistemin basınç oranlarıdeğiştiği zaman dikkate alınmaktadır. Bunun yanı sıraaynı zamanda boru malzemesinin soğutucu gaz ileuyumunun da dikkate alınması gerekmektedir.Uyumsuzluk halinde boru malzemesinin tipinde dedeğişikliliğe gidilmesi gerekir.


Şekil 4. Kompresör İşinin Evaporatör BuharlaşmaSıcaklıkları İle Değişimi (Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)

Şekil 6. Kompresör Devir Sayısının Evaporatör BuharlaşmaSıcaklıkları ile Değişimi (Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)

Şekil 5. Kompresör İşinin Kompresör Devir Sayısı İleDeğişimi (Tk = 40 °C, Qe = 1,5 Kw)

Şekil 7. Kompresör Basınç Oranının EvaporatörBuharlaşma Sıcaklıkları ile Değişimi

(Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)


Makale

Şekil 8’de soğutma sisteminin performansını göste-ren COP değerinin evaporatör buharlaşma sıcaklığıile değişimi gösterilmiştir. Buradan görüldüğü gibisistemin COP si her zaman düşük evaporatör sıcaklı-ğında daha düşük ve artan buharlaşma sıcaklıkları ileise daha büyük olmaktadır. En yüksek COP değeri enyüksek evaporatör sıcaklığında elde edilmektedir.Sonuçta sıcaklık farkı (kondenser ve evaporatör ara-sındaki sıcaklık farkı) büyüdükçe sistemin COPdeğeri düşmekte ve küçülen sıcaklık farkı ile art-maktadır.

Şekil 9’da ise soğutma sisteminin COP değerinindevir sayısı ile değişimi gösterilmiştir. Soğutucugazlar için düşük devir sayılarında sistemin COP siyüksek olmakta ve devir sayısı arttıkça sisteminCOP’si de yavaşça azalmaktadır. Buradan soğutmasistemi düşük devirlerde çalıştırıldığı zaman herzaman sistem daha büyük COP değerlerine sahipolacağı görülmektedir.

Şekil 10 ve 11’da soğutma sisteminde dolaşan soğu-tucu gaz kütlesel debisinin evaporatör buharlaşmasıcaklığı ve kompresör devir sayısı ile değişimi sıra-sıyla gösterilmiştir. Bu şekillerden sistemde en fazlasoğutucu gaz kütlesi R-134a için olmakta ondansonra R-22 gazı için olmaktadır. En az kütlesel gazdebisi ise R-152a gazı için olmaktadır. Burada sis-temde dolaşan soğutucu gaz kütlesel debisinin minu-mum olması soğutma sistemi için bir avantajdır.Ayrıca yine soğutucu kütlesel debisinin sistemde

devir sayısına göre miktarı yine aynı sıralamadaolmakta ve aynı devir sayısında en az gaz R-152aiçin olmaktadır. Bu da soğutma sistemlerinde enerjitüketimleri açısından istenilen bir durumdur.


Şekil 8. Sistemin Soğutma Performansı COP’ninEvaporatör Buharlaşma Sıcaklıkları ile Değişimi

(Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)

Şekil 9. Sistemin Soğutma Performansı COP’ninKompresör Devir Sayısı ile Değişimi

(Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)

Şekil 10. Soğutucu Gaz Kütle Debisinin EvaporatörBuharlaşma Sıcaklığıyla İle Değişimi

(Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)

Şekil 11. Soğutucu Gaz Kütle Debisinin KompresörDevir Sayısı İle Değişimi (Tk = 40 °C, Qe = 1,5 kW)


Makale

Şekil 12’de farklı evaporatör sıcaklıklarında soğut-ma sisteminin COP değerleri gösterilmiştir (Tk= 40°C, n = 1200 dev/dak). Farklı evaporatör sıcaklıkla-rında COP değeri R-152a gazı için her zaman en iyiolmuştur. R-134a ve R-12 gazı için ise COP değerle-ri yaklaşık aynı olmaktadır. Yüksek evaporatörsıcaklıklarında COP değeri en düşük R-22 gazı içinolmaktadır. Burada R-12 gazının gösterilmesi soğut-ma sistemlerinde yaygın kullanıldığı için karşılaştır-ma amaçlı verilmiştir.

Şekil 13’de farklı evaporatör sıcaklıklarında kom-presör emme ve basma basınç oranlarının değişimigösterilmiştir (Tk=40 °C, n=1200 dev/dak). Buradangörüldüğü gibi düşük evaporatör sıcaklıklarındabasınç oranı en büyük olmakta ve artan evaporatörsıcaklıkları ile artış göstermektedir.

SONUÇFarklı evaporatör sıcaklıklarında sabit soğutma ısısıiçin soğutma sisteminde elde edilen sonuçlar aşağıdasıra ile verilmiştir;

• R-152a dazı kullanan soğutma sistemi, mevcut R-134a gazı kullanan sistemden daha iyi soğutmaperformansı sağlamıştır.

• Kondenserde atılan ısı yükünün evaporatör buhar-laşma sıcaklığına göre değişiminde R-152a, R-134a ve R-22 gazları için kondensere atılan ısılyükler büyük benzerlik göstermiş ve düşük evapo-ratör buharlaşma sıcaklıklarında kondenserde atı-lan ısıl yükler daha fazla olmuştur. Evaporatörsıcaklığı yükseldikçe kondenserde atılan ısıl yük deazalmıştır.

• Kondenserde atılan ısıl yükün kompresör devirsayısı ile değişiminde artan devir sayısı ile birliktekondenserde atılan ısıl yük artmıştır. Bunun sebebiartan devir sayısı ile birlikte kompresörde harcananiş artmıştır. Bu sebeple evaporatörde atılan ısılyükte artmıştır.

• Kompresör devir sayısının evaporatör buharlaşmasıcaklığıyla değişiminde düşük buharlaşma sıcak-lıklarında kompresör daha yüksek devirlerde dön-mekte ve artan buharlaşma sıcaklıklarıyla devirsayısı düşmüştür. Buharlaşma sıcaklıkları içindevir sayıları R-134a ile R-152a gazları için büyükbenzerlik göstermiştir.

• Kompresör giriş ve çıkış basınç oranlarının evapo-ratör buharlaşma sıcaklıklarına göre değişimi ince-lendiğinde artan buharlaşma sıcaklığı ile basınçoranları düşüş göstermiş ve basınç oranları R-134ave R-152 gazları için aynı olmaktadır. Bu durum


Şekil 13. Farklı Evaporatör Sıcaklıklarında BasınçOranları Değişimi (Tk = 40 °C, n = 1200 dev/dak)

Şekil 12. Farklı Evaporatör Sıcaklıklarında COPDeğişimi (Tk = 40 °C, n = 1200 dev/dak)


Makale

soğutma tesisatında herhangi bir değişiklik yapıl-madan aynı basınç oranlarında çalışan tesisatta R-134a gazı yerine R-52a gazının kullanılabileceğinibize göstermiştir.

• Soğutma sisteminde düşük evaporatör sıcaklığındaCOP değeri daha düşük olmuş ve artan buharlaşmasıcaklıkları ile artış göstermiştir. En yüksek COPdeğeri en yüksek evaporatör sıcaklığında elde edil-miştir. Bu sonuca göre sıcaklık farkı (kondenser veevaporatör arasındaki sıcaklık farkı) büyüdüğüzaman sistemin COP değeri düşmüş ve küçülensıcaklık farkı ile artmıştır.

• Soğutma sisteminin COP değeri, düşük devir sayı-larında daha yüksek olmuş ve artan devir sayıların-da azalmıştır.

• Farklı evaporatör sıcaklıklarında R-152a gazınınCOP değeri diğerlerine göre en yüksek olmuştur. R-134a ve R-12 gazının COP değerleri hemen hemenaynı olmuş ve yüksek evaporatör sıcaklıklarındaCOP değeri en düşük R-22 gazına ait olmuştur.

• Farklı evaporatör sıcaklıklarında kompresör emmeve basma basınç oranları incelendiğinde (Tk= 40 °C,n= 1200 dev/dak) düşük evaporatör sıcaklıklarındabasınç oranı en büyük olmuş ve ve artan evaporatörsıcaklığı ile artmıştır.

KAYNAKLAR[1] McMullan, J. T., “Refrigeration And The

Environment Issues And Strategies For TheFuture”, International Journal of Refrigeration,25(5), 89-99, 2002.

[2] Bolaji, B. O., CFC Refrigerant AndStratospheric Ozone: Past, Present And Future.In: Okoko E, Adekunle VAJ, Editors.Environmental Sustainability And Conservationin Nigeria, 37, 231-239, 2005.

[3] Ataer, Ö. E., Türkoğlu, H., Usta, H., “KüçükÜretim Kapasiteli Ticari Soğutucu Üreticileriİçin CFC-12 Yerine HFC-134a ve HFC-404A

Soğutucu Akışkanların Kullanımı”, TürkiyeTeknolojiler Geliştirme Vakfı, Pro. No. TTGV-P12/P3, Ankara, 29, 1999.

[4] Çomaklı, K., Şimsek, F., Özyurt, Ö., Bakırcı, K.,“Soğutma Isıtma Sistemlerinde KullanılanSoğutucu Akışkanlar ve Alternatifleri”,Mühendis ve Makina, 47 (562), 33-45, 2008.

[5] Talley, E., “R1234yf Refrigerant”, Fall 2010ICAIA Conference, 2010.

[6] Bryson, D., Affil, A., Dixon, C., StHill, S.,“Testing of HFO-1234yf and R152a as Mobileair Conditioning Refrigerant Replacements”,Ecolibrium, 30-38, 2011.

[7] R-152a Material Safety Data Sheet (MSDS)04.2012.

[8] Bolaji, B. O., Akintunde, M. A., “ComparativeAnalysis of Performance of Three Ozone-FriendsHFC Refrigerants in a Vapor CompressionRefrigerator”

[9] “R152-a Material Safety Data Sheet”, NationalRefrigerants, “http://www.refrigerants.com/msds/r152a.pdf”

[10] Spatz, M., Minor, B.; “HFO-1234yf: A LowGWP Refrigerant for MAC”, SAE WorldCongress, Detroit, Michigan, 14-17 April, 2008.

[11] Koban, M., “Automotive Material Investigationwith Low GWP Refrigerant HFO-1234yf”,Willmington, DE.

[12] http://www2.dupont.com/Refrigerants/en_US/assets/downloads/SmartAutoAC/20110514_VTMS_Automotive_Material_Investigation.pdf

[13] ASHRAE, Thermophysical Properties ofRefrigerants, ASHRAE Fundamental, Inc.Atlanta (GA), 20, 1-67, 2001.

[14] Koyun, T., Koyun, A., Avar, M., “Soğutma Sis-temlerinde Kullanılan Soğutucu Akışkanlar ve BuAkışkanların Ozon Tabakası Üzerine Etkileri”,Tesisat Mühendis Dergisi, 88, 46-53, 2005.


9Kadir Bilen:Sablon 17.12.2014 10:42 7

abstract - tmmob makina mühendisleri odası · soğutucu akışkanları kloroflorokarbon (cfc),...

Documents