bİr soĞutma Çevrİmİnİn deneysel olarak İncelenmesİ emrah karamanli

41
T.C. DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ BİTİRME PROJESİ Emrah KARAMANLI Projeyi Yöneten Yrd. Doç. Dr. Serhan KÜÇÜKA Haziran, 2007 İZMİR

Upload: huemmet-han-aydin

Post on 27-Jul-2015

404 views

Category:

Documents


15 download

TRANSCRIPT

Page 1: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

T.C.DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİMAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL

OLARAK İNCELENMESİ

BİTİRME PROJESİ

Emrah KARAMANLI

Projeyi Yöneten

Yrd. Doç. Dr. Serhan KÜÇÜKA

Haziran, 2007İZMİR

Page 2: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

TEZ SINAV SONUÇ FORMU

Bu çalışma … / … / …. günü toplanan jürimiz tarafından BİTİRME PROJESİ olarak

kabul edilmiştir.

Yarıyıl içi başarı notu 100 (yüz) tam not üzerinden ……… ( …………….…. ) dir.

Başkan Üye Üye

Makine Mühendisliği Bölüm Başkanlığına,

………………….. numaralı ………………… jürimiz tarafından … / … / …. günü saat

…… da yapılan sınavda 100 (yüz) tam not üzerinden ……. almıştır.

Başkan Üye Üye

ONAY

Page 3: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

TEŞEKKÜR

Bu çalışmamda bana rehberlik eden sorularıma ve sorunlarıma değerli vaktini

ayıran, anlayışı ve sabrı ile bana destek olan değerli hocam Yard. Doç. Dr. Serhan

Küçüka’ya şükranlarımı sunarım.

Emrah KARAMANLI

Page 4: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

ÖZET

Bu projede buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi esasına göre çalışan, soğuk su üretilmesini

sağlayan bir soğutma devresi üzerinde deneysel çalışmalar yapılmıştır. Deney süresince ısıl

çiftler aracılığı ile, soğutma çevrimi elemanları üzerinden sıcaklık ölçümleri yapılmıştır.

Elde edilen bu veriler sonucunda, sitemin performans değerleri (COP) ve kompresör verimi

hesaplanmıştır. Bulunan sonuçlar hem ideal hem de gerçek çevrim için karşılaştırılmıştır.

Projenin ilk bölümünde soğutma hakkında ve çalışma ile ilgili genel bilgiler verilerek

giriş yapılmıştır.

İkinci bölümde buhar sıkıştırılmalı soğutma çevrimi anlatılmış ve soğutma çevrimi

elemanları tanıtılmıştır.

Üçüncü bölümde deney düzeneği ve düzenek üzerindeki soğutma çevrimi elemanları

tanıtılmıştır.

Dördüncü bölümde deneyden elde edilen veriler doğrultusunda soğutma çevrimi hesapları

yapılmıştır.

Sonuçlar bölümünde ise hesaplamalar sonucunda bulunan değerler karşılaştırılmış ve

yorumlanmıştır.

Page 5: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

İÇİNDEKİLER

İçindekiler V

Tablo Listesi VIII

Şekil Listesi IX

Bölüm Bir

GİRİŞ

Sayfa

1. Soğutma Çevrimi Hakkında Genel Bilgiler 1

Bölüm İki

BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİ

2. Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi 2

2.1. İdeal Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevriminde Hal Değişimleri 2

2.2 . İdeal Çevrim İle Gerçek Çevrim Arasındaki Farklar 4

2.3. Soğutma Çevriminde Yer Alan Elemanlar 5

Page 6: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

2.3.1. Kompresör 5

2.3.1.1. Pozitif Sıkıştırmalı Kompresörler 6

2.3.1.1.1. Pistonlu Kompresörler 6

2.3.1.1.2. Scroll (Döner) Tip Kompresörler 6

2.3.1.1.3. Helisel Tip Döner Kompresörler 7

2.3.1.2. Santrifüj Kompresörler 7

2.3.2. Evaporatör 8

2.3.2.1. Hava Soğutucu Evaporatör 8

2.3.2.2. Sıvı Soğutucu Evaporatör 9

2.3.2.3. Katı Soğutucu Evaporatör 9

2.3.3. Kondenser 10

2.3.3.1. Hava Soğutmalı Kondenserler 10

2.3.3.2 Su Soğutmalı Kondenserler 10

2.3.3.3. Evaporatif Kondenserler 11

2.3.4. Genleşme Valfi 11

2.3.4.1. Elektromanyetik Genleşme Valfleri 11

2.3.4.2. Sabit Basınçlı Genleşme Valfleri 12

2.3.4.3. Termostatik Genleşme Valfleri 12

2.3.5. Soğutucu Akışkanlar 12

Bölüm Üç

BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİ DENEY DÜZENEĞİ

3. Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi Deney Düzeneği 13

3.1. Deney Düzeneğinin Tanıtılması 13

3.2. Deney Düzeneğinde Yer Alan Soğutma Çevrimi Elemanları 15

3.3. Düzenekteki Çevrim Elemanlarının Tanıtılması 15

3.3.1. Scroll Tip Hermetik Kompresör 15

3.3.2. Evaporatör 17

3.3.3. Kondenser 17

Page 7: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

3.3.4. Termostatik Genleşme Valfi 19

3.3.5. Drayer 20

3.3.6. Elektrikli Isıtıcı 21

3.3.7. Alçak-Yüksek Basınç Presostatı 21

Bölüm Dört

SOĞUTMA ÇEVRİMİ HESAPLARI

4. Soğutma Çevrimi Hesaplamaları 22

4.1. Formüller 22

4.2. Kabuller 23

4.3. Deney Verileri 23

4.4. Kondenser Kapasitesinin Hesaplanması 24

4.5. Kondenser Çıkış Basıncı ve Evaporatör Giriş Basıncının Hesaplanması 24

4.6. I1 Noktasındaki Basınç, Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması 25

4.7. II2 Noktasındaki Basınç, Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması 25

4.8. 3 Noktasındaki Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması 25

4.9. 2 Noktasındaki Sıcaklık ve Entalpi Değerlerinin Hesaplanması 26

4.10. 4 Noktasındaki Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması 26

4.11. 1 Noktasındaki Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması 26

4.12. Soğutucu Akışkanın Kütlesel Debisinin Hesaplanması 26

4.13. I2 Noktasındaki Sıcaklık, Entalpi Değerlerinin Hesaplaması 27

4.14. Gerçek Çevrim İçin COP Değerinin Hesaplanması 28

4.15. Kompresör İzantropik Veriminin Hesaplanması 28

4.16. İdeal Çevrim İçin COP Değerinin Hesaplanması 29

Bölüm Beş

SONUÇLAR

5.1. Sonuçlar 31

Page 8: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

TABLO LİSTESİ

Sayfa

Tablo 4.1. Isıl Çiftlerden Alınan Veriler 23

Tablo 4.2. Gerçek Çevrime Ait h, S, T, P Değerleri 27

Tablo 4.3 İdeal Çevrime Ait h, S, T, P Değerleri 28

Page 9: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

ŞEKİL LİSTESİ

Sayfa

Şekil 2.1. Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi 2

Şekil 2.2. Sıcaklık-Entropi Diyagramı 3

Şekil 2.3. Basınç-Entalpi Diyagramı 3

Şekil 2.4. Soğutma Çevrimi Elemanları 5

Şekil 2.5. Pistonlu Kompresör 6

Şekil 2.6. Scroll (Döner) Tip Kompresör 7

Şekil 2.7. Helisel Tip Döner Kompresör 7

Şekil 2.8. Santrifüj Kompresör 8

Şekil 2.9. Hava Soğutucu Evaporatör 9

Şekil 2.10. Sıvı Soğutucu Evaporatör 9

Şekil 2.11. Hava Soğutmalı Kondenser 10

Şekil 2.12. Su Soğutmalı Kondenser 11

Şekil 3.1. Deney Düzeneği Şeması 13

Şekil 3.2. Deney Düzeneği 14

Şekil 3.3. Deney Düzeneği 14

Şekil 3.4. İnvolut 15

Şekil 3.5. Üst ve Alt Spiral 16

Şekil 3.6. Scroll Tip Hermetik Kompresör 16

Şekil 3.7. Su Soğutucu Evaporatör 17

Şekil 3.8. Hava Soğutmalı Kondenser 18

Şekil 3.9. Kondenser Hava Girişi 18

Şekil 3.10. Termostatik Genleşme Valfi Basınç Eşitliği 19

Şekil 3.11. Termostatik Genleşme Valfi 20

Şekil 3.12. Drayer 21

Şekil 3.13. Alçak-Yüksek Basınç Presostatı 21

Şekil 4.1. Soğutma Çevrimi 24

Şekil 4.2. R-134a T-S Diyagramı 30

Page 10: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

BÖLÜM BİR

GİRİŞ

1. Soğutma Çevrimi Hakkında Genel Bilgiler

Termodinamiğin önemli uygulama alanlarından birisi de soğutmadır. Bir soğutma

çevrimi her ne kadar termodinamik sahasına girse de bir soğutma sisteminin meydana

gelmesinde mühendislik bilimlerinin birçoğuna ihtiyaç duyulur. Soğutma düşük sıcaklıktaki

bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişidir. Soğutma işlemi soğutma makinaları

veya ısı pompaları tarafından gerçekleştirilir. Bu makinaların içerdikleri çevrimlere de

soğutma çevrimleri denir. En yaygın olarak kullanılan çevrim, buhar sıkıştırmalı soğutma

çevrimidir. Bu çevrimde akışkan dönüşümlü olarak buharlaşır, yoğuşur ve buhar

fazındayken sıkıştırılır. Diğer bir soğutma çevrimi de gaz akışkanlı soğutma çevrimidir. Bu

çevrim sırasında akışkan sürekli gaz fazında kalır.

Isı geçişinin sıcak bir ortamdan soğuk bir ortama doğru gerçekleştiği bilinmektedir. Bu

işlem doğada kendiliğinden gerçekleşmektedir. Ancak bir ortamdan, daha yüksek

sıcaklıktaki başka bir ortama ısı geçişini sağlamak için soğutma makinalarına ihtiyaç

duyulur. Düşük sıcaklıktaki bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama da ısı geçişi de

kendiliğinden gerçekleşmez bunu sağlamak için de ısı pompalarından yararlanılır.

Bu çalışmada, soğuk su üretilen bir soğutma devresi deneysel olarak incelenmiştir.

Çevrimin çeşitli noktalarında soğutucu akışkanın termodinamik özellikleri ölçülmüş ve

sonuçlar ideal çevrim sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Çalışılan çevrim için kompresör

izentropik verimi ve soğutma performans katsayısı hesaplanmıştır. Çalışılan soğutma

düzeneğinde performans katsayısının ideal çevrime göre %44 düşük olduğu görülmüştür.

Page 11: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

BÖLÜM İKİ

BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİ

Şekil 2.1 Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi

Buhar sıkıştırmalı soğutma makinalarında, iklimlendirme sistemlerinde ve ısı

pompalarında en çok kullanılan çevrimdir.

2.1. İdeal Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevriminde Hal Değişimleri

Bu çevrimi oluşturan hal değişimleri şu şekildedir.

1-2 Kompresörde izantropik sıkıştırma

2-3 Yoğuşturucudan çevreye sabit basınçta ısı geçişi

3-4 Kısılma (genleşme ve basıncın düşmesi)

4-1 Buharlaştırıcıda akışkana sabit basınçta ısı geçişi

Page 12: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 2.2 Sıcaklık-Entropy Diyagramı (C=constant)

Şekil 2.3 Basınç-Entalpi Diyagramı

Page 13: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde, soğutucu akışkan kompresöre 1 halinde

doymuş buhar olarak girer ve izantropik olarak kondenser basıncına sıkıştırılır. Sıkıştırma

işlemi sırasında soğutucu akışkanın sıcaklığı çevre sıcaklığı üzerine çıkar. Soğutucu akışkan

daha sonra 2 halinde kızgın buhar olarak kondensere girer ve kondenserden 3 halinde

doymuş sıvı olarak ayrılır. Yoğuşma sırasında akışkandan çevreye ısı geçişi olur. Soğutucu

akışkanın sıcaklığı bu durumda da çevre sıcaklığının üzerindedir. Doymuş sıvı halindeki

akışkan daha sonra bir genleşme valfi aracılığı ile evaporatör basıncına kısılır. Bu hal

değişimi sırasında soğutucu akışkanın sıcaklığı soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer.

Soğutucu akışkan evaporatöre kuruluk derecesi düşük doymuş sıvı buhar karışımı olarak

girer ve soğutulan ortamdan ısı alarak tümüyle buharlaşır. Soğutucu akışkan evaporatörden

doymuş buhar olarak çıkar ve kompresöre girerek çevrimi tamamlar.

2.2. [1] İdeal Çevrim İle Gerçek Çevrim Arasındaki Farklar

1) Ekspansiyon valf girişinden önce sıvılaştırılmış akışkan aşırı soğutularak, soğutma

gücü arttırılır. Böylece soğutulacak ortamdan daha fazla ısı çekilebilir.

2) Evaporatör çıkışında soğutucu akışkan doymuş buhar noktasından, kızgın buhar

noktasına geçirilerek yine soğutma gücünün artması sağlanabilir. Ayrıca soğutucu

akışkanın tam olarak buharlaşması sağlanarak, kompresöre sıvı girmesi engellenmiş

olur ve soğutma kapasitesinden tam olarak faydalanılmış olur.

3) Soğutucu akışkan gazın sıkıştırılması gerçek çevrimde sabit entropide

gerçekleşmemektedir. Bunun olabilmesi için kompresör silindir cidarı ile soğutucu

akışkan arasında sürtünmeden dolayı bir ısı alışverişi olmaması gerekir, bu ise

pratikte mümkün değildir.

4) Kompresörün emiş ve basma valflerinde, silindir tarafı ile valfin dış tarafı arasında

daima bir basınç farkı olacaktır. Aksi halde valfin açılması ve gazın geçmesi mümkün

değildir.

5) Evaporatör ve Kondenserde soğutucu akışkanın ilerlemesi sırasında mutlaka basınç

düşümleri meydana gelecektir.

Page 14: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

2.3 Soğutma Çevriminde Yer Alan Elemanlar

Şekil 2.4 Soğutma Çevrimi Elemanları [3]

Soğutma çevriminde yer alan elemanlar Şekil 2.4 de görülmektedir.

2.3.1. Kompresör

[1] Kompresör evaporatörden çıkan doymuş buharı, sıkıştırarak kızgın buhar haline

dönüştürür. Kompresörün sistemdeki görevi, evaporatördeki ısı yüklü soğutucu akışkanı

buradan uzaklaştırmak ve böylece arkadan gelen, henüz ısı yüklenmemiş akışkana yer temin

ederek akışın sürekliliğini sağlamak ve buhar haldeki soğutucu akışkanın basıncını,

kondenserdeki yoğuşma basıncına ulaştırmaktır.

Soğutma kompresörlerinin ilk modelleri tipik amonyak makinalarıdır. O dönemlerde

amonyok en çok tutulan soğutucu akışkan olduğu için kompresörler çok yüksek basınçları

karşılayabilmek için çok ağır yapılırdı, modern kompresörlere oranlar çok yavaş çalışırlardı.

Valf tasarımı, kompresör mil contaları, yataklar ve yağlama sistemindeki ilerlemeler tasarım

Page 15: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

hızının kademeli olarak artmasını sağlamıştır. Bu da belli bir beygir gücü için

kompresörlerin daha küçük olmasına olanak sağlamıştır. Ayrıca yeni soğutucu akışkanların

kullanılması kompresörlerin tasarımlarını ve gelişmelerini önemli ölçüde etkilemiştir.

Amonyak kullanımı sırasında kompresörün soğutucu akışkan ile temas eden kısımlarının

çelikten yapılması gerekirken, yeni soğutucu akışlarda, yüzeyler demir dışı metallerle de

üretilmeye başlanmıştır.

Kompresörler pozitif sıkıştırmalı kompresörler ve santrifüj kompresörler olmak üzere

ikiye ayrılır.

2.3.1.1. Pozitif Sıkıştırmalı Kompresörler: Pozitif sıkıştırmalı kompresörler kendi

arasında pistonlu, döner ve helisel tip olmak üzere üçe ayrılırlar.

2.3.1.1.1. Pistonlu Kompresörler: Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi

yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan bu tip kompresörlerde tahrik motorunun

dönme hareketi bir krank-biyel sistemiyle doğrusal harekete çevrilir. Bu günkü pistonlu

soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok silindirli makinalar

olup, açık tip (kayış- kasnak veya kavramalı) veya hermetik tip (hava sızdırmaz) motor-

kompresör şeklinde dizayn ve imal edilmektedir.

Şekil 2.5 Pistonlu Kompresör [3]

2.3.1.1.2 Scroll (Döner) Tip Kompresörler: Scroll kompresörler geliştirilerek son

yıllarda geniş ölçüde kullanılmaya başlanan, dönel, pozitif sıkıştırmalı makinalardır.

Birisi sabit diğeri uydu şeklinde dönen ve dar tolerans aralıklarıyla çalışan iki spiral

elemandan oluşmaktadır. Aşırı sıvı oranlarına daha dayanıklı olmaları, daha yüksek

verime sahip olmaları ve ses-titreşim seviyelerinin düşük olması gibi üstünlüklere

sahiptirler. (Bölüm 3’te detaylı bilgi verilmiştir)

Page 16: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 2.6 Scroll (Döner) Tip Kompresör [6]

2.3.1.1.3. Helisel Tip Döner Kompresörler: Vidalı kompresörler piston yerine

birbirine geçmiş rotor çiftinin kullanıldığı pozitif yer değiştirmeli makinalardır. Rotorlar

bir mil üzerindeki helisel loblardan oluşur. Rotorlardan biri erkek rotor olarak adlandırılır

ve onun helisleri dolgun yuvarlak çıkıntılardan (loblardan) oluşur. Diğer rotor dişi rotor

olarak adlandırılır ve erkek rotorun loblarına karşılık gelen yivleri vardır.

Şekil 2.7 Helisel Tip Döner Kompresör [6]

2.3.1.2. Santrifüj Kompresörler: Buhar sıkıştırma çevrimiyle soğutma işlemi yapan

santrifüj kompresörlerin, diğer kompresörlerden farkı pozitif sıkıştırma işlemi yerine

santrifüj kuvvetlerden faydalanarak sıkıştırma işlemi yapmasıdır. Santrifüj kompresörlerle

özgül hacmi yüksek olan akışkanların kolayca hareket ettirilmesi mümkün olduğu için sık

sık büyük kapasiteli soğutma işlemlerinde kullanılmaktadır.

Page 17: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 2.8 Santrifüj Kompresör

2.3.2. Evaporatör

Bir soğutma sisteminde evaporatör sıvı soğutkanın buharlaştığı ve bu sırada soğutulan

ortamdan ısıyı aldığı cihazdır. Diğer bir değişle evaporatör bir soğutucudur. Evaporatörün

yapısı soğutkanın iyi ve çabuk buharlaşmasını sağlayacak, soğutulan maddenin ısısını iyi bir

ısı geçiş sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve soğutkanın giriş ve çıkıştaki basınç farkını

en az seviyede tutacak şekilde dizayn tasarlanmalıdır. Ancak bu sonuncu koşul ile ilk koşul

birbirine ters düşmektedir. Çünkü evaporatörde iyi bir ısı geçişinin sağlanabilmesi için

girintili yüzeylerin ve kılcallığın daha fazla olması istenmektedir. Bu durum ise basınç

düşümlerinin artmasına ve verimin düşmesine neden olmaktadır. Bu nedenle evaporatör

yapımı incelik isteyen bir konudur. Deneyler sonucunda en uygun koşullar saptanır ve

istenilen evaporatör üretimine geçilir.

Evaporatörler hava soğutucu, sıvı soğutucu ve katı soğutucu olmak üzere üçe ayrılır.

2.3.2.1. Hava Soğutucu Evaporatörler: Bu tip evaporatörlerde içersinden ısı

çekilen ortamdaki havadır. Hava soğutucu evaporatörlerde havanın ısı geçirme katsayısı

düşük olduğundan, bunu telafi etmek ve hava geçiş yüzeylerini arttırmak amacı ile

kanatçıklar kullanılır. Ayrıca hava geçiş hızlarını arttırmak için vantilatörlerden

faydalanılır.

Page 18: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 2.8 Santrifüj Kompresör

2.3.2. Evaporatör

Bir soğutma sisteminde evaporatör sıvı soğutkanın buharlaştığı ve bu sırada soğutulan

ortamdan ısıyı aldığı cihazdır. Diğer bir değişle evaporatör bir soğutucudur. Evaporatörün

yapısı soğutkanın iyi ve çabuk buharlaşmasını sağlayacak, soğutulan maddenin ısısını iyi bir

ısı geçiş sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve soğutkanın giriş ve çıkıştaki basınç farkını

en az seviyede tutacak şekilde dizayn tasarlanmalıdır. Ancak bu sonuncu koşul ile ilk koşul

birbirine ters düşmektedir. Çünkü evaporatörde iyi bir ısı geçişinin sağlanabilmesi için

girintili yüzeylerin ve kılcallığın daha fazla olması istenmektedir. Bu durum ise basınç

düşümlerinin artmasına ve verimin düşmesine neden olmaktadır. Bu nedenle evaporatör

yapımı incelik isteyen bir konudur. Deneyler sonucunda en uygun koşullar saptanır ve

istenilen evaporatör üretimine geçilir.

Evaporatörler hava soğutucu, sıvı soğutucu ve katı soğutucu olmak üzere üçe ayrılır.

2.3.2.1. Hava Soğutucu Evaporatörler: Bu tip evaporatörlerde içersinden ısı

çekilen ortamdaki havadır. Hava soğutucu evaporatörlerde havanın ısı geçirme katsayısı

düşük olduğundan, bunu telafi etmek ve hava geçiş yüzeylerini arttırmak amacı ile

kanatçıklar kullanılır. Ayrıca hava geçiş hızlarını arttırmak için vantilatörlerden

faydalanılır.

Page 19: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

sağladığı, yani bir ara akışkan (antifiriz vb) bulunmadan yapılan soğutma işlemleri de katı

madde soğutulması gurubuna girer.

2.3.3 Kondenser:

Kondenser kompresörden çıkan kızgın buhar halindeki soğutucu akışkanın içerisindeki

ısıyı atarak ideal çevrimde sabit basınç ve sıcaklık altında doymuş sıvı haline dönüşmesini

sağlar. Kondenserler su soğutmalı, hava soğutmalı ve evaporatif kondenserler olmak üzere

üçe ayrılır.

2.3.3.1. Hava Soğutmalı Kondenserler: Hava soğutmalı kondenserler kızgın buhar

halindeki soğutucu akışkan üzerindeki fazla ısıyı almak için hava akımından yararlanır.

Bu işlemin daha verimli bir şekilde yapılabilmesi için fanlardan yararlanılır. Özellikle 1

hp’ ye kadar kapasitedeki sistemlerde çok yaygın bir şekilde kullanılan bu sistemlerin

tercih nedenleri; basit oluşu, kuruluş ve işletme masraflarının düşük oluşu, bakım ve

tamirlerinin kolay olmasıdır.

Şekil 2.11 Hava Soğutmalı Kondenser [7]

2.3.3.2. Su Soğutmalı Kondenserler: Bu tip kondenserler soğutucu akışkanın

soğutulmasında sudan yararlanır. Kondenser üzerinde su giriş ve çıkışları bulunur.

Soğutucu akışkan üzerindeki fazla ısı su yardımıyla alınır ve soğutucu akışkan kondenseri

çıkışında sıvı halinde terk eder. Özellikle temiz suyun bol miktarda, ucuz ve düşük

sıcaklıklarda bulunabildiği yerlerde gerek kuruluş gerekse işletme masrafları yönünden en

ekonomik kondenser tiplerindendir.

Page 20: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 2.12 Su Soğutmalı Kondenser [3]

2.3.3.3. Evaporatif Kondenserler: Hava ve suyun soğutma etkisinden birlikte

faydanılması esasına dayanılarak yapılmışlardır. Evaporatif kondenserler üç ana kısımdan

oluşur; soğutucu serpantin, su sirkülasyonu ve püskürtme sistemi, hava sürkülasyon

sistemidir. Soğutma serpantinin içinden geçen soğutkan, hava soğutmalı konderserde

olduğu gibi yoğuşarak gaz deposuna geçer. Serpantinin dış yüzeyinden geçirilen hava,

ters yönde gelen atomize haldeki suyun bir kısmını buharlaştırırarak soğutma etkisi

meydana getirir. Evaporatif kondenserler günümüzde bakım ve servis güçlükleri, çabuk

kirlenmeleri, sık sık bozulmalarından dolayı çok fazla tercih edilmemektedirler.

2.3.4. Genleşme Valfi (Ekspansiyon Valfi)

Genleşme valfi soğutma sisteminin yük gereksinimine göre, soğutucu akışkanın akışını

başlatan, durduran ve ayarlayan soğutma çevrimi kontrol ekipmanıdır.

Genleşme valflerini genel olarak üç grupta toplayabiliriz;

2.3.4.1. Elektromanyetik genleşme valfleri: Günümüzde, bu tip genleşme valfleri

yaygın olarak kullanılmatadır.

a) Isı-motor kontrollü

b) Elektromanyetik modülasyonlu

c) Darbe modülasyonlu

d) Adım –motor kontrollü

Page 21: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

2.3.4.2. Sabit Basınçlı Genleşme Valfleri: Bu tip genleşme valfleri soğutma

sistemlerinde ilk kullanılan genleşme valflerindendir. Sabit basınçlı genleşme valfleri

evaporatöre girmesi gereken soğutucu akışkan miktarını, evaporatör veya valf çıkış

basıncına göre belirler.

2.3.4.3. Termostatik Genleşme Valfleri: Bu tip valflerde, evaporatöre girmesi

gereken soğutucu akışkan miktarı, evaporatörü terk eden soğutucu akışkanın kızgınlık

derecesine göre belirlenir. (Bölüm 3’te detaylı bilgi verilmiştir)

2.3.5 Soğutucu Akışkanlar:

Bir soğutma çevriminde ısının bir ortamdan başka bir ortama gönderilmesinde ara madde

olarak kullanılan soğutucu akışkanlar genelde ısı alışverişini sıvı halden buhar haline ve

buhar halden sıvı haline dönüşerek sağlarlar. Bu durum özellikle buhar sıkıştırmalı çevrim

için geçerlidir.

Soğutucu akışkanların yukarıdaki görevleri yerine getirebilmesi, yani sistemin verimli ve

emniyetli bir şekilde çalışabilmesi için bir takım fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip

olmaları gerekir.

Genel olarak bu özellikler şunlardır:

1) Daha az enerji tüketimi ile daha çok soğutma elde edilebilmelidir.

2) Soğutucu akışkanın buharlaşma ısısı yüksek olmalıdır.

3) Evaporatörde basınç mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır.

4) Yoğuşma basıncı düşük olmalıdır.

5) Viskozitesi düşük, yüzey gerilimi az olmalıdır.

6) Emniyetli ve güvenilir olmalı, nakli, depolanması, sisteme şarjı kolay olmalıdır.

7) Yağlama yağları ve soğutma devresindeki elemanlar ile zararlı sonuç verebilecek

reaksiyonlara girmemelidir.

8) Soğutma devresinde bulunmaması gereken rutubet ile bulunması halinde bile çok

zararlı reaksiyonlar meydana getirmemelidir.

9) Sistemden kaçması halinde yiyecek malzemelerine ve çevredeki insanlara zarar

verecek bir etki yapmamalıdır.

10) Havaya karıştığında yanıcı ve patlayıcı bir ortam oluşturmamalıdır.

Page 22: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

BÖLÜM ÜÇ

BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA ÇEVRİMİ

DENEY DÜZENEĞİ

3.1 Deney Düzeneğinin Tanıtılması

Bu projede kullanılan düzenek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi esasına göre

çalışmaktadır. Düzeneğin kuruluş amacı, soğutma çevriminde yer alan evaporatör üzerinden

geçen sudan soğutucu akışkan yardımıyla ısı çekilerek, suyun istenilen oranda soğutulmasını

sağlamaktır. Deney süresince okunan verilerin kaydedilmesi için kompresör giriş ve çıkışına,

evaporatör giriş ve çıkışına, kondenser giriş, çıkışına ısıl çiftler (thermocouple)

yerleştirilmiştir. Bu ısıl çiftler sayesinde soğutucu akışkanın evaporatör giriş-çıkış sıcaklığı,

kompresör ve kondenser giriş-çıkış sıcaklıkları saptanabilmektedir. Deney süresince ısıl

çiftler aracılığı ile okunan bu veriler “data logger” adı verilen bir cihaz sayesinde Excel

dosyası halinde bilgisayara aktarılabilmektedir. Deneyde kullanılan evaporatör su soğutucu

evaporatör olduğundan, deney süresince sabit debili bir su akışına ihtiyaç duyulmuştur. Bu

nedenle debinin sabit kalması için düzenek değişken şebeke su hattı ile değil, bir depodan

pompa aracılığı ile su çekilerek beslenmiştir.

Şekil 3.1 Deney Düzeneği Şeması

Page 23: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 3.2 Deney Düzeneği

Şekil 3.3 Deney Düzeneği

Page 24: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

3.2 Deney Düzeneğinde Yer Alan Soğutma Çevrimi Elemanları

1) Hermetik Scroll Kompresör

2) Su Soğutucu Evaporatör (R134-A soğutucu akışkanlı)

3) Hava Soğutmalı Kondenser

4) Termostatik Ekspansiyon Valfi

5) Drayer

6) Elektrikli Isıtıcılar

7) Alçak-Yüksek Basınç Presotatı

3.3 Düzenekteki Çevrim Elemanlarının Tanıtılması

3.3.1. [6] Scroll Tip Hermetik Kompresör: Scroll Kompresörler spiral şeklinde iç

içe geçmiş iki eleman ile sıkıştırma yapan yörüngesel hareketli, pozitif yer değiştirme

makinalarıdır. Spiral (scroll) Kompresör tasarımında önemli bir yeri olan involut spiral

şekil 2.16’dan anlaşılacağı gibi, sabit bir eksen üzerindeki temel dairenin çevresine göre

sürekli değişen yarıçap ile tanımlanan spiraldir.

Şekil 3.4 İnvolut [6]

Page 25: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 3.5 Üst ve alt spiral [6]

Bu tip kompresörlerde şekil 2.17 de görüldüğü gibi bir spiral seti bulunur. Spiral seti

birbiri ile aynı geometriye sahip iki spiralden oluşur. Bunlardan biri 180 derece döndürülerek

ters yüz edilir ve ikincisinin boşlukları içine sokulur. Spiral Kompresörlerin bir çoğunda

cihazın çerçevesi üst spiralı sabit tutar. Bir eksantrik motor mili alttaki spirali yörüngesel bir

şekilde hareket ettirir. “Oldham” olarak adlandırılan özel olarak tasarlanmış bir kavrama

alttaki spirali sabit bir açısal pozisyonda tutar, dönmesini engeller ve yörüngesel bir

güzergahta radyal olarak hareket etmesini sağlar.

Şekil 2.17’ den de görüleceği gibi alt ve üst spiraller monte edilince kanatların yan

yüzeyleri yarım ay şeklinde spiraller oluşturur. Alt spiral kendi ekseni etrafında döndükçe

kanatların yan yüzeyleri üzerindeki teğet noktaları içe doğru ilerler ve yarım ay şeklindeki

cepleri involutun merkezine doğru iter. Cepler hareket ettikçe hacimleri azalır ve aradaki gaz

sıkışır.

Şekil 3.6 Scroll Tip Hermetik Kompresör [6]

Page 26: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

3.3.2. Evaporatör (Buharlaştırıcı): Evaporatörler hava, su ve katı soğutmalı olmak

üzere üçe ayrılır. Bu deneyde kullanılan evaporatör su soğutmalı evaporatör sınıfına aittir.

Evaporatörde soğutucu akışkan olarak R134-A kullanılmıştır. Evaporatörün görevi soğutucu

akışkan aracılığı ile üzerinden geçen sudan ısı çekerek suyun soğutulmasını sağlamaktır.

Şekil 3.7 Su Soğutucu Evaporatör

3.3.3. Kondeser (Yoğuşturucu): Kondenser, kompresörden gelen kızgın buhar

halindeki soğutucunun, üzerindeki fazla ısının alınarak, yoğuşmasını sağlar. Bu deneyde

hava soğutmalı kondenser kullanılmıştır. Bu nedenle kondeserden önce kondenserin

soğutulması kondenserin soğutulması amacı bir fan yerleştirilmiştir. Bu fan sayesinde dış

ortamdaki hava emilerek kondenserden geçmesi sağlanır ve böylece kondenser daha etkili

bir şekilde soğutulmuş olur. Ayrıca kondenzasyon (yoğuşma) sıcaklığını aşma riski ortadan

kalkar. Fana hareket verebilmek için genellikle elektirik motorlarından faydalanılır.

Page 27: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 3.8 Hava Soğutmalı Kondenser [3]

Şekil 3.9 Kondenser Hava Girişi

Page 28: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 2.20’deki, deney düzeneğinde kullanılan hava soğutmalı kondenserde de fana

hareket sağlayabilmek için elektrik motorundan yararlanılmıştır.

3.3.4. [5] Termostatik Genleşme Valfi (Ekspansiyon Valfi): Termostatik

genleşme valflerinde evaporatöre girmesi gereken soğutucu akışkan miktarı, evaporatör

çıkışındaki soğutucu akışkanın kızgınlık derecesine göre belirlenmektedir. Eğer kızgınlık

derecesi yükselmeye başlamışsa genleşme valfi devreye girer ve evaporatöre daha fazla

soğutucu akışkan girmesini sağlayarak, kızgınlık derecesinin düşmesini sağlar. Kızgınlık

derecesi düşmeye başladığında genleşme valfi tekrar devreye girerek, bu sefer

evaporatöre daha az soğutucu akışkan bırakılmasını sağlar ve kızgınlık derecesi bir süre

sonra yükselmeye başlar.

Termostatik genleşme valflerinin ana görevi, evaporatör alanının en verimli şekilde

kullanılmasını ve kompresöre sıvı fazında akışkanın girmesini engellemektir.

Şekil 3.10 Termostatik Genleşme Valfi Basınç Eşitliği

Şekil 2.21’de termostatik genleşme valfinin çalışmasını etkileyen bütün basınçlar

gösterilmiştir.

Ps= Yay basıncı

Pb= Bulp basıncı (evaporatör çıkışındaki basınç)

Pe= Evaporatör basıncı

Termostatik genleşme valfinin basınç eşitliği “Pb=Ps+Pb” şeklindedir. Bu eşitlikte sabit

olan “Ps” yani yay basıncıdır. Evaporatöre soğutucu akışkan girişinin sağlanabilmesi için, bu

Page 29: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

eşitliğin “Ps+Pe<Pb” olması gerekir. Bu durumda valf içerisinde bulunan diyafram soğutucu

akışkanın geçmesine izin verecek şekilde açılır. Kompresör ilk devreye girdiğinde

evaporatör basıncında ani bir düşme meydana gelir, bunun sonucunda basınç eşitliği bozulur

ve evaporatöre soğutucu akışkan girişi başlar. Böylece evaporatör çıkışındaki akışkanın

kızgınlık derecesinde bir miktar düşme meydana gelir. Kızgınlık derecesinin daha fazla

düşmemesi için Pb basıncı düşerek, diyaframın açıklık derecesini azaltır ve kondensere daha

az soğutucu akışkan gitmesini sağlar. Böylece evaporatör çıkış noktasındaki kızgınlık

derecesi istenen seviyede tutulmuş olur.

Şekil 3.11 Termostatik Genleşme Valfi [3]

3.3.5. Drayer (Dryer): Çevrimde konderser çıkışı ile genleşme valfi arasında bulunur.

Drayer sistemde bulunan fazla nemin alınmasını sağlayan bir elemandır. Çevrimde

bulunan nem kompresörde korozyona sebep olur, ayrıca genleşme valfinde aşırı basınç

düşümünden dolayı suyun donmasına sebep olabilir. Bunun sonucunda soğutucu akışkan

geçişi kesilebilir. Bu nedenlerden dolayı çevrimdeki nemin sistemden uzaklaştırılması

çok önemlidir.

Page 30: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 3.12 Drayer

3.3.6. Elektrikli Isıtıcı: Şekil 2.13’den de görüleceği gibi, kanal üfleme havasına ön

ısıtma yapmak amacı ile kondeserin önüne yerleştirilmiştir. İstenilen noktada sıcaklık

ayarlaması yapılabilen, 16 Kw kapasiteli kanal tipi elektrikli hava ısıtıcısı kullanılmştır.

3.3.7. Alçak-Yüksek Basınç Presostatı: Kompresörler soğutma çevrimini

tamamlayan elemanlar oldukları için çok önemlidirler, bu nedenle kompresörler bazı

beklenmeyen durumlara karşı korunmaları gerekmektedir. Bu durumlardan birisi de çok

yüksek basma basınçları veya çok düşük emiş basınçlarıdır. Bu tür durumlar için alçak ve

yüksek basınç presostatları kullanılmaktadır. Bu eleman kompresörün emiş ve basma

basınçlarını mekanik olarak algılayıp, basınçlar ayarlanan değerlerin üzerine çıktığında

kompresörü korumak amacı ile enerjiyi keser.

Şekil.3.13 Alçak-Yüksek Basınç Presostatı

Page 31: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

BÖLÜM DÖRT

SOĞUTMA ÇEVRİMİ HESAPLARI

Bu bölümde, yapılan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi deneyi sonucunda elde edilen

veriler neticesinde kondenser kapasitesi, evaporatör kapasitesi, kompresör işi hesaplanmıştır.

Bu hesaplamalar hem gerçek çevrim hem de ideal çevrim için ayrı ayrı yapılarak, sonuçta

ideal ve gerçek soğutma çevrimi arasındaki farklar (kompresörün izantropik verimi, çevrimin

COP değeri gibi) matematiksel olarak ifade edilmiştir. Hesaplamalar yapılırken birtakım

kabuller yapılmıştır. Hesaplamalarda geçen noktalar bölümün sonundaki T-S diagramı

üzerinde belirtilmiştir.

4.1. [2] Formüller

kompresörevaporatörSM WQCOP /= (1) (soğutma makinası için COP değeri)

kompresörkondenserIP WQCOP /= (2) (ısı pompası için COP değeri)

kompresörkondenserevaporatör WQQ -= (3) (evaporatör kapasitesi)

)( 41 hhmQevaporatör -´= · (4) (m●= kütlesel debi, h=entalpi)

)( 12 hhmWkompresör -´= · (5)

TCmQ p D´´= · (6) (∆T= sıcaklık farkı, Cp=özgül ısı)

gerçekkompresöridealkompresöriz WW --= /h (7) ( η iz= kompresör izantropik verimi)

skgm /=· , KwWkompresör = , KwQ = , oCT =D , oCkgKkalC p ×= /

Page 32: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

4.2. Kabuller

Bu bölümde yapılan hesaplamalarda, gerçek çevrim için birtakım kabuller

yapılmıştır.

1) Evaporatör çıkış sıcaklığı ölçüldü ve Evaporatör çıkışındaki soğutucu akışkan

doymuş buhar olarak kabul edildi.

2) I-=D 14)( PPP evaporatör (evaporatördeki basınç düşümü eşitliği)

3) 32)( PPP kondenser -=D II (kondenserdeki basınç düşümü)

4) Kondenser çıkışı doymuş sıvı olarak kabul edildi.

5) kondenserPPP )(32 D+=II

6) evaporatörkondenser PP )()( D=D kondenserdeki basınç düşümü evaporatördeki basınç

düşümüne eşit kabul edilmiştir.

7) 0=Q kompresör adyabatik olarak kabul edilmiştir, yani kompresörden dışarı ısı

kaybı olmadığı düşünülmektedir.

4.3. Deney Verileri

Aşağıdaki tabloda deney düzeneğine bağlı ısıl çiftlerden alınan veriler yer almaktadır.

Tablo 4.1 Isıl çiftlerden alınan veriler

Isıl Çiftler Bağlı olduğu nokta Sıcaklıklar [C°]

101 Kompresör çıkışı 58,2

102 Kondenser çıkışı 42,4

103 Evaporatör girişi 6,4

104 Kompresör girişi 3,5

105 Hava girişi (kondenser) 23,1

106 Hava çıkışı (kondenser) 30

107 Su girişi (evaporatör) 16,5

108 Su çıkışı (evaporatör) 13,5

skghkgm Hava /735,0/7,2645 ==· (kondenserdeki hava debisi)

skgm Su /315,0=· (evaporatördeki su debisi)

Page 33: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 4.1 Soğutma Çevrimi

4.4. Kondenser Kapasitesinin Hesaplanması

Tablo 4.1’ de kondenser hava giriş-çıkış sıcakları belirtilmiştir ve kondenser hava debisi

de bilinmektedir. Bu verileri kullanarak formül (6)’ dan kondenser kapasitesi hesaplanır.

TCmQ pkondenser D´´= · oo CkgKkalCkgkJChavap ./24,0./005,1 ==

KwhKkalQkondenser 1,5/279,4381)1,2330(24,0735,0 ==-´´=

4.5. Kondenser Çıkış Basıncı ve Evaporatör Giriş Basıncının Hesaplanması

oCT 4,423 = KpaP 736,10853 =

R-134a termodinamik tablosundan doymuş sıvı için interpolasyon yapılarak P3 değeri

bulunur.oCT 4,64 = KpaP 07,3694 =

R-134a termodinamik tablosundan doymuş sıvı buhar karışımı için interpolasyon

yapılarak P4 değeri bulunur.

Page 34: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

4.6. I1 Noktasındaki Basınç, Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması

oCT 5.31 =I (gerçek soğutma çevrimindeki evaporatör çıkış sıcaklığı)

R-134a termodinamik tablosundan 3.5 C°, doymuş buhar için interpolasyon yapılarak P,

h, S değerleri bulunur.oCT 5.31 =I kPaP 83,3331 =I , kgkJh /432,4001 =I , KkgkJS -=I /7246.11

4.7. II2 Noktasındaki Basınç, Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması

oCT 2.582 =II (gerçek soğutma çevrimindeki kompresör çıkış sıcaklığı)

kondenserPPP )(32 D+=II (kabul 3)

evaporatörkondenser PP )()( D=D (kabul 4)

KpaPPP kondenser 24,3583,33307,369)( 114 =-=-=D

KpaP 976,112024,35736,10852 =+=II

R-134a termodinamik tablosundan 58,2 C°, kızgın buhar, II2P basıncı için interpolasyon

yapılarak entalpi, entropi değerleri bulunur.

kgkJh /76,4372 =II , KkgkJS -=II /7621.12

4.8. 3 Noktasındaki Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması

oCT 4,423 = (kompresör çıkış sıcaklığı)

R-134a termodinamik tablosundan 42.4 C°, doymuş sıvı için interpolasyon yapılarak

entalpi ve entropi değerleri bulunur.

kgkJh /17,2603 = , KkgkJS -= /2.13

Page 35: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

4.9. 2 Noktasındaki Sıcaklık ve Entalpi Değerlerinin Hesaplanması

İdeal çevrimde 1 ve 2 noktaları arasında sabit entropi doğrusu izlenmektedir ( 21 SS = ),

aynı zamanda bu noktalar arasında basınçlar da eşit olduğundan ( 23 PP = ), 2 noktasındaki

sıcaklık değerini hesaplayabiliriz.

R-134a termodinamik tablosundan 1S , kızgın buhar, 3P için interpolasyon yapılarak, 2

noktasındaki sıcaklık değeri bulunur.

KkgkJS -= /7233,11

KpaP 736,10853 =oCT 56,452 =

2T değerini bulduktan sonra, R-134a termodinamik tablosundan kızgın buhar için 3P ,

2S değerlerini kullanarak 2h değerini bulabiliriz.

KpaP 736,10853 = kgkJh /179,4232 =

4.10. 4 Noktasındaki Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması

oCT 4,64 = (evaporatör giriş sıcaklığı)

43 hh = sabit entalpi eğrisi takip edilerek 6,4 C° için R-134a T-S diyagramından entropi

değeri bulunur.

KkgkJS -= /22,14

4.11. 1 Noktasındaki Entalpi, Entropi Değerlerinin Hesaplanması

oCT 4,61 = (ideal soğutma çevriminde kompresör çıkış sıcaklığı)

R-134a termodinamik tablosundan 6,4 C°, sıvı-buhar karışımı için interpolason yapılarak

entalpi ve entropi değerleri bulunur.

kgkJh /135,4021 = , KkgkJS -= /7233,11

4.12. Soğutucu Akışkanın Kütlesel Debisinin Hesaplanması

Page 36: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

)( 32134 hhmQ aRkondenser -´= II-

·

]/[1.5 skJKwQkondenser = (4.4)

KkgkJh -=II /76,4372 (4.7)

kgkJh /17,2603 = (4.8)

)17,26076,437(1,5 134 -´= -·

aRm skgm aR /0287,0134 =-·

4.13. I2 Noktasındaki Sıcaklık, Entalpi Değerlerinin Hesaplanması

Kompresör için ideal soğutma çevrimi şartlarını düşünecek olursak, I1 noktasında

kompresöre giren soğutucu akışkan sabit entropi doğrusunu izleyerek ( II = 12 SS ) I2

noktasında kompresörden çıkar. Aynı zamanda III - 22 noktaları arasında sabit basınç

eğrisi takip edildiği için bu noktalardaki basınçlar da ( III = 22 PP ) eşittir. I2 noktasına ait

basınç ve entropi değerlerine sahip olduğumuzdan dolayı, bu noktadaki sıcaklık, entalpi

değerlerini hesaplayabiliriz.

R-134a termodinamik tablosundan II2P , kızgın buhar, I

1S için interpolasyon yapılarak

I2 noktasına ait basınç ve sıcaklık değerleri bulunur.

kgkJSS /7246,112 == II

KpaPP 976,112022 == III oCT 13,472 =II , kgkJh /54,4252 =I

Aşağıdaki tabloda hesaplamalar sonucunda bulunan, gerçek çevrime ait h, S, T, P

değerleri görülmektedir.

Tablo 4.2 Gerçek çevrime ait h, S, T, P değerleri

]/[ kgkJh ]/[ KkgkJS - ][ oCT ][KpaP

I1 Kompresör emiş 400,432 1,7246 3,5 333,83

II2 Kompresör çıkış 437,76 1.7621 58,2 1120,976

3 Kondenser çıkışı 260,17 1,2 42,4 1085,736

4 Evaporatör girişi 260,17 1,22 6,4 369,07I2 Kompresör çıkış

(tersinir adyabatik)

425,54 1,7246 47,13 1120,976

Page 37: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Aşağıdaki tabloda hesaplamalar sonucunda bulunan, ideal çevrime ait h, S, T, P değerleri

görülmektedir.

Tablo 4.3 İdeal çevrime ait ait h, S, T, P değerleri

]/[ kgkJh ]/[ KkgkJS - ][ oCT ][KpaP

1 Kompresör emiş 402,135 1,7233 6,4 369,07

2 Kompresör çıkış 423,179 1,7233 45,56 1085,736

3 Kondenser çıkış 260,17 1,2 42,4 1085,736

4 Evaporatör giriş 260,17 1,22 6,4 369,07

4.14. Gerçek Çevrim İçin COP Değerinin Hesaplanması

kompresörevaporatörSM WQCOP /=

)( 41134)(II

-· -´= hhmQ aRgerçekevaporatör KwQ gerçerkevaporatör 0255,4)( =

)( 12134)(III

-· -´= hhmW aRgerçekkompresör KwW gerçekkompresör 06,1)( =

06,1/0255,4)( =gerçekSMCOP 8,3)( =gerçekSMCOP

4.15. Kompresör İzantropik Veriminin Hesaplanması

gerçekkompresöridealkompresöriz WW --= /h

)( 12134)(III

-· -´= hhmW aRgerçekkompresör KwW gerçekkompresör 06,1)( =

)( 21134)(II

-· -´= hhmW aRizantropikkompresör KwW izantropikkompresör 724,0)( =

06,1/724,0=izh 68%=izh

Page 38: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

4.16. İdeal Çevrim İçin COP Değerinin Hesaplanması

)( 41134)( hhmQ aRidealevaporatör -´= -· KwQ idealevaporatör 074,4)( =

)( 12134)( hhmW aRidealkompresör -´= -· KwW idealkompresör 6,0)( =

6,0/074,4)( =idealSMCOP 79,6)( =idealSMCOP

Page 39: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Şekil 4.2 R-134a T-S Diyagramı

Page 40: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

Bölüm Beş

SONUÇLAR

5.1 SonuçlarBu projede yapılan hesaplamalar sonucunda, gerçek ve ideal buhar sıkıştırmalı soğutma

çevrimi arasındaki farklar matematiksel olarak gösterilmiştir. Gerçek ve ideal çevrim için

COP değerleri hesaplandıktan sonra gerçek çevrimde sitemin veriminin azaldığı

anlaşılmıştır. Aynı durum kompresör için de geçerlidir. Gerçek soğutma çevriminde

kompresör ideal çevrime (tersinir adyabatik) göre daha fazla iş yapmaktadır. Bu durum da

kompresör izantropik verimine %68’ lik bir oran olarak yansımıştır.

Kompresör işinin gerçek çevrimde daha fazla çıkmasının sebebi mekanik sürtünme

kayıplarıdır. Eğer sistemde kullanılan kompresör kabuller kısmında adyabatik olarak kabul

edilmeseydi bu durumda kompresör işine ısıl kayıpların da eklenmesi gerekecek ve

kompresör işi daha fazla olacaktı. Böylece hesaplanan COP değeri kompresör işi ( kompresörW )

arttığı için daha az çıkacaktır. Şekil 4.2’ deki T-S diyagramına bakıldığında, kompresör

tersinir adyabatik durumda, II - 21 noktaları arasında sabit entropi doğrusunu takip ederek

çalışmaktadır. Gerçek çevrimde ise III - 21 noktaları arasında çalıştığı görülmektedir.

Gerçek soğutma çevrimde evaporatörde basınç düşümleri meydana gelmektedir. Basınç

düşümlerinin sebebi evaporatörde soğutucu akışkanın dolaştığı hatlarda meydana gelen

kayıplardır. Bu kayıplardan dolayı ideal çevrimde 13 - noktaları arasında sabit basınç

doğrusunu takip ederken, gerçek çevrimde ise 1’den I1 noktasına doğru bir basınç düşümü

gerçekleşmiştir. Basınç düşümünden dolayı da sıcaklık 6,4 C°’den 3,5 C°’ye düşmüştür. T-S

diyagramından da görüleceği gibi I> 11 hh olduğundan bu durumda evaporatör kapasitesi de

azalmaktadır.

Gerçek soğutma çevriminde kondenser girişinde, kompresör işinin artmasından dolayı

)2( noktasıII o noktadaki sıcaklık değeri artar, buna bağlı olarak basınç değeri de yükselir.

Sonuç olarak, gerçek çevrimde sistem performansı ideal çevrime göre %44 oranında

düşük olmaktadır. Aynı zamanda kompresör veriminde %32 oranında bir kayıp

görülmektedir.

Page 41: BİR SOĞUTMA ÇEVRİMİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Emrah Karamanli

KAYNAKLAR

[1] UYGULAMALI SOĞUTMA TEKNİĞİ, yayın no: MMO/2004/115/6, 6.

Baskı, Nuri Özkol, s 91–140

[2] MÜHENDİSLİK YAKLAŞIMI İLE TERMODİNAMİK, ekonomik baskı

ISBN 975–8431–91–9, Literatür yayıncılık, Dr. Yunus A. Çengel, Dr.

Michael A. Boles, s 527–533

[3] REFRIGERATION AND AIR-CONDITINING, A. R. Trott. and T. Welch,

[4] http://www.alarko-carrier.com.tr/eBulten/TekBulten/TekBulten3.htm, 20.04.2007

[5] “ Termostatik Genleşme Valfi”, Danfoss Refrigeration And Air-Conditioning

[6] “Spiral (Scroll) Kompresörler” Alarko Carier Sanayi Ticaret A.Ş TEKNİK

BÜLTEN.

[7] “ Ticari tip hava soğutmalı kondenserler” Friterm Termik Cihazlar Sanayi

Ticaret A.Ş