Makine Mühendisliği

Tek Kademeli Soğutma Devresi

Soğutma günümüzün en büyük ihtiyaçlarından bir tanesidir. İlk çağlardan beri soğutma yapılmakta olup günümüzde verimleri artırılmış ve çok daha düşük maliyetle soğutma işlemi gerçekleştirilebilmektedir.

Soğutma Devresi elemanlarını daha önceki yazımızda sizlerle paylaşmıştık. Soğutma Sistemi Devre Elemanları yazımızı okumanızı önerebiliriz. Bu yazımızda Tek Kademeli Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Devresini ele aldık.

TEK KADEMELİ SOĞUTMA DEVRESİ

Gerçek (tersinmez) buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, ideal (tersinir) çevrimden farklıdır. Bu farklılık daha çok, gerçek çevrimi oluşturan elemanlardaki tersinmezliklerden kaynaklanır. Tersinmezliğin iki ana kaynağı, basıncın düşmesine neden olan akış sürtünmesi ve çevreyle olan ısı alışverişidir.

Buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma çevrimlerinde gazların halini değiştirerek düşük ısıl enerji kaynağı QL’den yüksek ısıl enerji kaynağı QH’a ısı transferi Wg işiyle gerçekleşmektedir.(Şekil 7.1)

soğutma devresi şekil 7.1

Şekil 7.1

Tek Kademeli Soğutma Devresi

Şekil 7.1’de sisteme etki ettirilen Wg işi pistonu silindir içerisinde doymuş buhar halindeki soğutucu akışkanı sıkıştırarak kızgın buhar haline getirip yoğuşturucuya göndermekte, yoğuşturucu çıkışında sıvı haline gelen sıvı soğutucu akışkan kısılma vanasına gelerek vana çıkışında soğutucu akışkan basıncı ve sıcaklığı düşerek şiddetle kaynayan sıvı haline gelerek buharlaştırıcıya taşınır. Soğutucu akışkan buharlaştırıcının bulunduğu ortamdan ısı kazanarak buharlaştırıcı çıkışında doymuş buhar haline gelir. Piston alt ölü noktaya hareket ederken doymuş buhar halindeki soğutucu akışkan silindir içerisine dolarak sistem başlangıçtaki haline dönmüştür fakat tersinmez olarak.

TEK KADEMELİ SOĞUTMA DEVRESİ ELEMANLARI

Kompresör

Soğutucu ünitede buharlaşan ısı ile yüklü soğutucu akışkanı emerek arkadan gelen ısı yüklenmemiş akışkana yer temin edip buhar halindeki soğutucu akışkanın basıncını yoğuşturucudaki yoğuşma basıncına çıkartarak akışın sürekliliğini sağlamaktadır.

Basma Borusu

Kompresörün bastığı yüksek basınç ve sıcaklık altındaki soğutucu akışkan buharının kondensere taşınmasını sağlar.

Yoğuşturucu (Kondenser)

Soğutucu akışkanın buharlaştırıcıdan aldığı ısı ile kompresördeki sıkıştırma işlemi sırasında ilave olunan ısının alınarak kızgın buhar veya doymuş buhar halindeki soğutucu akışkanın kondenser çıkışında sıvı haline gelmesi kondenserde gerçekleşir.

Belirli bir ısı transferi yüzeyinde olup yoğuşturma ortamı hava, su, hava−su olabilir.

Sıvı Tankı

Kondenserde yoğuşan sıvı soğutucu akışkan sıvı tankında toplanır. Sıvı tankında soğutucu akışkanın sürekli olması soğutucu ünitenin ihtiyacı olan akışkanı kesintisiz besler. Sıvı tankında eksik soğutucu akışkan olması durumunda soğutucu ünitede dolaştırılması gereken akışkan miktarı temin edilemediği için soğutma sisteminin performansını olumsuz yönde etkiler. Düzenli bir soğutma işlemi için sıvı tankının bulunması kaçınılmazdır.

Sıvı Borusu

Sıvı tankında biriken sıvı soğutucu akışkanı kısılma (genleşme) valfine kadar taşınmasını sağlar.

Kısılma (Genleşme) Valfi

Kısılma vanaları, akış kesitini herhangi bir şekilde azaltarak akışkanın basıncını önemli ölçüde düşüren elemandır. Bilinen bazı örnekler arasında ayarlanabilir vana, kılcal (kapiler) borular vardır. (Şekil 7.2)

soğutma devresi şekil 7.2

Şekil 7.2

Kısılma vanaları akışkanın basıncını büyük ölçüde düşürmek için kullanılır.

 

Akışkanın basıncı düşerken, sıcaklığındada büyük bir düşme gözlenir. Genleşme çok ani olduğu için soğutucu akışkanın ısı tutumunda bir değişiklik olmaz. Bu nedenle kısılma vanaları soğutma ve iklimlendirme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır

Kısılma valfi genellikle küçük elemanlardır. Bu nedenle soğutucu akışkanla çevre arsında ısı geçiş alanı küçüktür. Isı geçişi için alanın küçük zamanında kısa olması nedeniyle kısılma vanalarında akış adyabatik kabul edilebilir.

Buharlaştırıcı (Soğutucu Ünite)

Belirli bir ısı transfer yüzeyinde olup soğutulan hacimden soğutucu akışkana ısı transfer ederek soğutucu akışkanı buharlaştırır. Bu işlem sırasında soğutulan hacim havasının ısı tutumu azalır, buharlaşan soğutucu akışkanın ısı tutumu artar. Isı tutumu azalan soğutulan hacim havasının sıcaklığı düşer ve bu işlemin devamı halinde soğutma işlemi gerçekleşmiş olur.

Emme Borusu

Soğutucu ünitede buharlaşan düşük basınçlı soğutucu akışkan buharının kompresör emişi girişine taşınmasını sağlar.

SOĞUTMA DEVRELERİNDE BASINÇ VE SICAKLIK KAVRAMLARI

Soğutma devrelerinde sistem içerisindeki soğutucu akışkanın sıcaklığı ve basıncı sistemin kısımları ve akışkanın çalışma şartlarını gösterir. Bu kavramlar aşağıdaki gibi açıklanmıştır.

Yüksek Basınç Tarafı

Bir soğutma devresinin kompresörün basma tarafından basma borusu, kondenser, sıvı tankı, sıvı borusu ve genleşme valfine kadar olan kısmına “yüksek basınç tarafı” denir.

Alçak Basınç Tarafı

Bir soğutma devresinin genleşme valfi çıkışından itibaren soğutucu ünite, emme borusu ve kompresörün emişine kadar olan kısmına «alçak basınç tarafı» denir.

Yoğuşma Basıncı

Soğutucu akışkanın kondenserdeki kızgın buhar, doymuş buhar,ıslak buhar ve sıvı durumundaki akışkan sıcaklığına uyan basınç, yoğuşma basıncıdır. Yoğuşma basıncı aynı zamanda soğutma devresinin yüksek taraf basıncıdır.

Soğutma sisteminde kompresör devre dışı kaldığında belirli bir süre sonra yüksek basınç tarafındaki soğutucu akışkan sıcaklığı yüksek basınç tarafını çevreleyen hava sıcaklığına eşit olur. Bu durumda, soğutma devresinin yüksek taraf basıncı, çevre havasının sıcaklığına uygun bir basınç olarak belirlenir.

Belirli bir süre devre dışı kalan kompresör tekrar devreye girdiğinde soğutucu akışkan sıcaklığı ile yoğuşturma ortamının sıcaklığı (çevre havası yoğuşturma ortamı olarak kullanılırsa) arasında çok kısa bir süre sıcaklık farkı  olmadığından dolayı yoğuşma olmaz. Çok kısa bir zaman içinde yüksek taraf sıcaklığı yoğuşturma ortamı (çevre havası sıcaklığının üzerine çıkarak bir sıcaklık farkı meydana gelir. Bu fark yeterli bir değere ulaşınca kondenserdeki soğutcu akışkandan yoğuşturma ortamına olan ısı transferi yeterli duruma gelerek kararlı bir yoğuşma işlemi başlamış olur.

Yoğuşturma Sıcaklığı

Kondenserde yoğuşma durumundaki soğutucu akışkanın doymuş buhar, ıslak ve sıvı durumundaki sıcaklığıdır. Yoğuşma sıcaklığı kondenser ısı transfer yüzeyi ile yoğuşturma ortamının sıcaklığı ile belirlenir. Yoğuşma sıcaklığı, yoğuşturma ortamının sıcaklığından ekonomik nedenlerden dolayı ve atmosfer sıcaklığının belirlenen ortam sıcaklığının üzerine zamanla çıkma olasılığına karşı daha yüksek seçilir. Ancak  bu yükseklik farkının mümkün olduğu kadar küçük seçilmesi istenir.

Basma Hattı Sıcaklığı

Basma hattı sıcaklığı yoğuşma sıcaklığından farklıdır. Kompresörce basma hattına gönderilen soğutucu akışkan buharı, doymuş buhar ıslak buhar durumunda ise basma hattı sıcaklığı yoğuşma sıcaklığına eşit kabul edilebilir. Uygulamada soğutucu akışkan basma hattında kızgın buhar durumundadır. Kızgın buharın sıcaklığı, aynı basınçtaki doymuş buhar veya ıslak buhardan daha yüksek sıcaklıktadır. Basma hattı sıcaklığı ile yoğuşma sıcaklığı ayrı ayrı sıcaklık kavramlarıdır.

Buharlaşma Basıncı

Soğutucu ünitede buharlaşan soğutucu akışkanın basıncına buharlaşma basıncı denir. Buharlaşma basıncı soğutucu ünite ısı transfer yüzeyi ile soğutulan hacmin havasının sıcaklığına göre değişir. Soğutucu ünite ısı transfer yüzeyinin belirli bir değeri için, soğutulan hacmin sıcaklığının daha düşük değerler alması halinde buharlaşma basıncı düşer. Soğutulan hacmin sıcaklığının artması buharlaşma basıncınıda arttırır.

Buharlaşma Sıcaklığı

Her soğutucu akışkanın buharlaşma basıncına bağlı olarak buharlaşma sıcaklığı vardır, bu sıcaklık basınca göre değişir. Buharlaşma sıcaklığı düştükçe buharlaşma  basıncıda düşecektir. Buharlaşma sıcaklığıda soğutulan hacmin havasının sıcaklığına göre değişmektedir.

Soğutma Tesiri

Birim ağırlıktaki soğutucu akışkanın tamamının soğutulmakta olan hacimden absorbe ettiği ısı miktarı, o soğutucu akışkanın soğutma tesiridir. Mesela, 1’kg ağırlığında 00C‘de 1kg buzu ele alalım. Buz kütlesinin tamamı eriyip su haline gelinceye kadar çevre havasından 335kj ısı absorbe eder. 335kj 00C’de ve 1kg ağırlığındaki buz’ un gizli ısısı olup, buz için soğutma tesiridir.

Buz örneği gibi soğutucu akışkanlarıda inceleyelim. Bir soğutucu akışkanın 1kg’ının soğutucu ünitede buharlaşırken soğutulan hacmin havasından absorbe ettiği ısı miktarı soğutma tesiri olup, bu miktar o soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısına eşittir. Ancak bu karşılaştırma soğutucu akışkanın sıvı durumundaki sıcaklığı ile, buharlaşma durumundaki sıcaklığının birbirine eşit olması haline göre yapılmıştır. Uygulamada, soğutucu akışkanın sıvı durumundaki sıcaklığı soğutucu ünitede buharlaşma sıcaklığından daima yüksektir. Soğutucu akışkanın buharlaştırıcı da soğutulmakta olan hacmin havasından ısı absorbe etmeden önce sıcaklığı buharlaşma sıcaklığına düşürülür.

Bu sebeple, soğutucu akışkanın sadece belirli bir kısmı soğutucu ünitede buharlaşır ve soğutulmakta olan hacmin havasından ısı absorbe eder. Demek ki soğutma tesiri soğutucu akışkanın sıvı durumundaki sıcaklığı ile soğutucu ünitede buharlaşma sıcaklığına göre belirlenmekte olup, bu değer soğutucu akışkanın toplam buharlaşma gizli ısısından daha küçüktür. Toplam buharlaşma gizli ısısı soğutma tesiri yüzünden erişilebilecek ideal bir değerdir.

Her soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısı farklı olduğundan belirli sıvı ve buharlaşma sıcaklıklarına göre değişik soğutucu akışkanların soğutma tesirleride farklı değerlerde olur.

Soğutma sistemlerinde soğutma tesiri yüksek olan soğutucu akışkanlar tercih edilir, çünkü sistemde daha az soğutucu akışkan dolaştırılacağı için sistemde dışarıdan verilen iş az olacaktır.

Soğutma tesirleri termodinamik tablo veya çalışma sıcaklıkları verildiği zaman ph diyagramından bulunabilir.

Örnek Problem 7.1

+300C yoğuşma sıcaklığı, -100C buharlaşma sıcaklıkları arasında R-134a soğutucu akışkanla çalışacak sistemin soğutma tesir katsayısını bulunuz? (Tablo R-134a)

Çözüm

Termodinamik tablodan -100C’ deki soğutucu akışkanın doymuş buhar halindeki entalpisi, +300C’ deki sıvı soğutucu akışkanın entalpisi bulunup doymuş buhar hakindeki soğutucu akışkanın entalpisiyle sıvı halinde soğutucu akışkanın entalpi farkı 1kg soğutucu akışkanın soğutma tesirini verir.

R-134a termodinamik tablosundan ısı tutumları;

+300C doymuş sıvı durumundaki R-134a soğutucu akışkanın ısı tutumu=140kj/kg,

–100C doymuş buhar durumundaki R-134a soğutucu akışkanın ısı tutumu=296kj/kg,

Soğutma tesiri=296-140=156 kj/kg

Örnek Problem 7.2

Örnek 7-1’deki çalışma şartlarında soğutma sistemi R-12 soğutucu akışkanla çalıştırılırsa soğutma tesirindeki değişimi bulunuz. (Tablo R-12)

+300C doymuş sıvı durumundaki R-12’nin entalpisi hf =237 kj/kg

-100C  doymuş sıvı durumundaki R-12’nin entalpisi hg =350 kj/kg

q0 =350-237=113 kj/kg

KAPASİTE KAVRAMLARI

Tek kademeli buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemlerinde ortam sıcaklığının istenilen düzeyde tutulabilmesi için soğutucu akışkana dışarıdan bir iş verilmesi gerektiği tekrar hatırlanırsa, soğutucu akışkana verilen işin ne kadarının ortam sıcaklığını istenilen düzeyde tutulabilmesi için harcandığı bilinmelidir. Sistemin istenilen şartlarda çalışabilmesi için aşağıdaki kapasite hesaplarının iyi öğrenilmesi gereklidir.

Sistem Kapasitesi (soğutma yükü)

Bir soğutma sistemi soğutulmakta olan hacim veya hacimlerden absorbe  ettiği ısı miktarına sistem kapasitesi veya soğutma yükü denir. Sistem kapasitesi kj/h, kcal/h, Btu/h veya ton soğutma birimi ile ölçülür.

Ton soğutma

Buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemleri ev tipi soğutucu olarak geliştirilmeden önce yaz aylarında su meşrubat gibi içecekler ve gıda maddelerinin kısa sürede olsa soğuk muhafazası için, satın alınan buz kalıpları dolap içerisine konularak, soğuk muhafaza  sağlanmaya çalışılmıştır.

Mekanik soğutma sistemlerinin geliştirilmesinden sonra soğutma kapasiteleri ergiyen buz kütlesinin yaptığı soğutmaya göre mukayesesi devam ede gelmiştir.

2000 lb ağırlığındaki buz kütlesi 32°F’ tamamen ergiyip su oluncaya kadar bulunduğu ortamdan aldığı ısı miktarı 1’ton soğutmadır.

1ton ağırlık = 2000 lb

32°F’de 1lb bu ergidiği ortamdan 144Btu ısı emer

1 ton soğutma = 2000 lb x 144Btu/lb = 288000 Btu,

1 ton buz 24 saatte su haline gelirse ortamdan

288000 Btu/24h=12000/60=200Btu/dak

Soğutma yükü ve diğer kapasite hesaplarını yapabilmek için en yaygın kullanılan yöntem, soğutma sisteminin çalışma (buharlaşma ve yoğunlaşma) sıcaklıkları belirlenip termodinamik tablo ve  p-h diyagramıyla bulunur.

Sistem kapasitesinin P-h diyagramı ve termodinamik tabloyla bulunması

soğutma devresi diyagram 7.1

Diyagram 7.1

P-h diyagramı

Diyagram 7.1’de soğutucu akışkan, kondenser çıkışı 3 noktasında doyma eğrisiyle çakıştığı için doymuş sıvı halinde, soğutucu ünite çıkışı 1 noktasında doyma eğrisiyle çakıştığı için doymuş buhar halindedir. İdeal bir soğutma çevrimi bu diyagramdaki gibi çalışmaktadır. Fakat uygulamada dış havanın ve soğutulan hacmin sıcaklığının değişken olması diyagramdaki doyma eğrilerinden sapmalarına neden olmaktadır. Pratik soğutma çevrimlerine kapisite hesapları anlatıldıktan sonra tekrar üzerinde ayrıntılı bir şekilde durulacaktır.

Soğutulan hacim sürekli olarak yüksek sıcaklık kaynağı çevre havasının ve diğer ısı kazançlarının etkisi altındadır. Soğutulacak hacimdeki ısı kazaçlarına göre soğutma yükü belirlenip bu ısının soğutulan hacimden uzaklaştırılabilmesi için yoğuşma ve buharlaşma sıcaklıklarına göre soğutucu ünitede birim zamanda dolaştırılacak akışkan miktarını belirlemek gerekecektir. Soğutma yükü ısı kazaçları hesaplanıp bulunduğuna göre sistemin doymuş buhar halindeki özgül entalpisi ve sıvı halindeki entalpisi termodinamik tablodan bulunarak aşağıdaki denklemden sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarı bulunabilir.

Q0 =mr.(h1 – h3,4 )

Q0 =Sistem kapasitesi

mr =Sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarı ( kg/h)

h1 =Soğutucu akışkanın evaporatör çıkışında doymuş buhar halindeki ısı tutumu

h3,4 =Soğutucu akışkanın kondenser çıkışında doymuş sıvı halindeki ısı tutumu

formul-7-1

 

Örnek Problem 7.3

Sistem kapasitesi 2kw/h olan tek kademeli bir soğutma sistemi R-134a soğutucu akışkanla +300C yoğuşma , -100C buharlaşma sıcaklıkları arasında çalışmaktadır.

a) Sistemin p-h diyagramını çizin.

b) Sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarını bulunuz.

Çözüm

soğutma devresi diyagram-7-2

134a soğutucu akışkan için P−h diyagramından

-10°C doymuş buhar için h1= 296kj/kg

+30°C doymuş sıvı için h3,4= 140kj/kg

1kwh =3600kj, 2kwh =7200kj

formul-7-2

KOMPRESÖR KAPASİTESI

Kompresör kapasitesi sistemdeki soğutucu akışkan buharını emip kondensere basabilecek değerde olmalıdır. Soğutucu akışkanın hareket hacmi sistem kapasitesine göre oluştuğundan herhangi bir soğutma devresi için kompresör kapasitesi sistemin soğutma kapasitesine eşit olmalıdır.

Kompresör kapasitesi soğutma kapasitesinden küçük olursa buharlaşma sıcaklığı ve basıncı yükselerek yeterli soğutma yapılamadığı gibi kompresörde zorlanma olur.

Kompresör kapasitesi sistemin soğutma kapasitesinden büyük olursa, buharlaşma sıcaklığı ve basıncı düşer. Hatta alçak basınç tarafı vakuma inerek sisteme atmosfer havası sızabilir. Bu durumda soğutma devresinde soğutucu akışkanla birlikte atmosfer havası dolaştığı için soğutma tesirini düşürdüğü gibi yeterli kapasitede soğutma yapamayarak kompresör işini artırır.

Kompresör kapasitesi mutlaka sistem kapasitesine eşit olmalıdır. Soğutma sistemlerinde yoğuşma sıcaklığının ve buharlaşma sıcaklığının sabit olmaması sistem kapasitesinide değişken haline getirmektedir. Bu değişkenliği minumumda tutmak için kompresör devir sayısını yüke göre değiştiren sistemler ve buharlaşma basıncını otomatik veya elle sabit tutacak basınç regülatörleri geliştirilmiştir.

Şıkıştırma işlemi

Sıkıştırma  işleminde P-h diyagramında görüleceği üzere  doymuş buhar noktası 1’de emilen soğutucu akışkan buharı kompresör tarafından 2 noktasına kadar basılarak soğutucu akışkanı kızgın buhar haline dönüştürür. Bu sıkıştırma işlemi sırasında kompresör tarafından yapılan birim ağılıktaki soğutucu akışkan için iş ısı olarak

qy = (h2-h1) = kj/kg

Sistemde m kg soğutucu akışkan dolaştırılıyorsa

formul-7-2-1

Örnek Problem 7.4

Örnek 7.3’deki soğutma sisteminin P-h diyagramını çizip ve kompresör sıkıştırma ısısını  bulunuz.

Çözüm

soğutma devresi

P-h Diyagramı 7.3

P-h diyagramında +30°C doymuş sıvı eğrisinden aşağıya dik inerek (3 noktası) –10˚C buharlaşma sıcaklığından yatay çizilen doğruyla kestirilerek h3,4 noktası bulunur, doymuş buhar noktası 1’den sabit entropi çizgilerine paralel doğru çıkılarak +30°C yatay çizgisiyle çakıştırılarak 2noktası bulunur, 2noktasından dik inilerek 2noktasının entalpisi bulunur.

formul-7-3

YOĞUŞTURMA İŞLEMİ

soğutma devresi diyagram-7-4

P-h diyagramı 7-4’te görüleceği üzere 2 noktasında kızgın buhar halindeki soğutucu akışkan q2,3 ısının bir miktarını atmosfer havası veya suya transfer edip entalpisi kadar azalarak  noktasında doymuş buhar haline dönüşmüştür. 2 noktasında doymuş buhar haline gelen soğutucu akışkan q2,3 ısısının kalan kısmınıda yoğuşturma ortamına transfer ederek 3 noktasınında doymuş sıvı haline gelerek entalpisi  kadar azalır. P-h diyagramında entalpideki toplam değişme veya  kadardır.

Kondenser tarafından yoğuşturma ortamına transfer edilen birim ağırlıktaki soğutucu akışkan için yoğuşma ısısı qk=h2-h3, kj/kg

Sistemde m klogram soğutucu akışkan dolaştırılıyorsa kondenser yoğuşturma kapisitesi;

formul-7-4

Örnek Problem 7.5

Örnek 7.3’deki soğutma sisteminin kondenser yoğuşturma kapasitesini P-h diyagramı çizerek bulunuz?

soğutma devresi diyagram-7-5

P-h Diyagramı 7.5

Qk=mr( h2 –h3 )

Qk=46,153( 320-140)=8307,54kj/h

ISI EŞANJÖRLÜ TEK KADEMELİ SOĞUTMA DEVRELERİ

Soğutma sistemleri, soğutucu akışkanın yoğuşma ve buharlaşma sıcaklıklarına göre belirlendiği için yoğuşturma ortamı sıcaklığı belirlenen şartlarda ideal bir durumdur. Tatbikatta bu durumun pek mümkün olmadığı görülür.

Yoğuşturma ortamı (hava, su) sıcaklığının belirlenen değerden yüksek olması basma hattı basıncını artırarak kompresörün zorlanmasına, yoğuşturma ortam sıcaklığının düşük olması ise kondenser çıkışında soğutucu akışkanın aşırı soğutulmuş sıvı olarak çıkışına neden olacaktır.

Buharlaştırma sıcaklığı belirlenen değerden düşük sıcaklıkta olursa soğutucu akışkanın tamamı iç ünitede buharlaşamayıp emme hattına sıvı yürümesine, ortam sıcaklığı yüksek olursa kompresörün uzun süreli çalışmasına neden olacaktır.

Emme hattından kompresöre sıvı yüremesi halinde vuruntu oluşur. Bu vuruntuların emme ve basma klapeleri üzerinde yıpratacı etkileri olduğu gibi fazla sıvı yüremesi durumunda silindir bloku ve kapağında çatlamalara neden olabilir.

Kompresör kapasitesi sistem kapasitesinin üzerinde olursa kompresör tarafından emilen soğutucu akışkanın tamamı, buharlaşamayacağı için emme hattına sıvı yüremesi olacaktır.

Kompresöre emilen soğutucu akışkan buharında sıvı bulunmasını önlemek için, kompresörce emilen sıvı+buhar karışımı soğutucu akışkan, sıvı hattı tarafından aşırı ısıtma işlemine tabi tutularak soğutucu akışkanın tamamı buhar haline getirilip bu olumsuz durum giderilmiş olur.

Isı Eşanjörlü Tek Kademeli Soğutma Sisteminin Şema Üzerinde İncelenmesi:

sekil-7-4

Şekil 7.4

Isı eşanjörlü tek kademeli soğutma sistemi şeması

1 noktasında, evapotarörde buharlaşan soğutucu akışkan buharı kompresör tarafından emilerek silindir içersine dolar.

2 noktasından soğutucu akışkana dışarıdan verilen Wg işi soğutucu akışkanı kızgın buhar haline dönüştürerek 3 noktasından kondensere gönderir. 4 noktasında sıvı haline dönüşen soğutucu akışkan sıvı tankına ve 5 noktasında ısı eşanjörüne girerek eşanjör  çıkışı 6  noktasında aşırı soğutulmuş sıvı olarak 7 noktasında genleşme valfine gelir genleşme valfi çıkışında adyabatik olarak genişleyerek basıncı ve sıcaklığı düşen soğutucu akışkan evaporatörde  buharlaşarak 8 noktasında ısı eşanjörüne girer, ısı eşanjörü çıkışında soğutucu akışkan aşırı ısıtlıarak emme hattına sıvı yürümesi önlenmiş olur.

Isı Eşanjörlü Tek Kademeli Soğutma Sisteminin P−h Diyagramı Üzerinde İncelenmesi:

soğutma devresi diyagram-7-6

P-h Diyagramı 7.6

Isı eşanjörlü ve eşanjörsüztek kademeli soğutma sisteminin ortak P-h diyagramı üzerinde gösterilmesi.

Diyagram 7-6’ta 1,2,3,4 notaları eşanjörsüz soğutma sisteminin P-h diyagramını noktaları da eşanjörlü soğutma sisteminin P-h diyagramını göstermektedir.

Eşanjörsüz soğutma sisteminin diğer sistemden açık farkı  ve  noktalarındaki soğutucu akışkanın halidir.

Eşanjörsüz soğutma sisteminde soğutucu akışkan kondenrserde 2 noktasında kızgın buhar, de doymuş buhar, sıkıştırılmış doymuş sıvı eğrisi 3 de ise sıvı halindedir. 3 noktası aynı zamanda genleşme valfi giriş noktasıdır.

Soğutucu akışkan, evaporatör çıkışında doymuş buhar eğrisi 1 noktası ile çakışarak doymuş buhar halindedir.1 noktası aynı zamanda kompresör giriş noktasıdır.

Eşanjörlü soğutma sisteminde sıvı soğutucu akışkan tarafından evaparatör çıkışında soğutucu akışkana verilen ısı soğutucu akışkanın ısı tutumunu doymuş buhar eğrisinin sağ tarafındaki h1’ne çıkartıp kuru doymuş buhar haline gelmesini sağlayıp emme hattına sıvı yürüme olasılığını da ortadan kaldırmıştır.Aşırı ısıtma kompresör giriş sıcaklığını buharlaşma sıcaklığının belirli miktar üzerine çıkarmıştır.

Sıkıştırılmış sıvı üzerindeki 3 noktası kondenser çıkışındaki soğutucu akışkanın sıvı olduğu noktadır. Diyagram da kondenser çıkışında soğutucu akışkanın ısı tutumu doyma eğrisinin sol tarafı  ne kaydığı görülmektedir. Bu sapma, ısı eşanjörüne emme hattından gelen soğutucu akışkan buharının kondenser çıkışındaki sıvı soğutucu akışkanı aşırı soğutarak gerçekleşmektedir.

Buraya kadar anlattıklarımızı aynı buharlaştırma ve yoğuşturma sıcaklıkları arasında çalışan eşanjörlü ve eşanjörsüz soğutma sistemlerni örnek problem üzerinde incelersek konu daha iyi anlaşılacaktır.

Örnek problem 7.6

+30°C yoğuşma, -10°C buharlaşma sıcaklıkları arasında R-134a soğutucu akışkanla çalışan tek kademeli soğutma sisteminin soğutma yükü 5000kj/h’tır.

a) Eşanjörsüz sistemin p-h diyagramını,

b) Verilen soğutma yükünde sistemde dolaştırılması gereken soğutucu akışkan miktarını,

c) Kompresör sıkıştırma ısısını,

d) Kondanser yoğuşturma kapasitesini,

Çözüm

134-a P-h diyagramı üzerinde +30°C yoğuşma sıcaklığı sıkıştırılmış doymuş sıvı eğrisiyle çakıştırılıp -10°C buharlaşma sıcaklığından dik inilerek 3ve 4 noktaları bulunur. -10°C buharlaşma sıcaklığı doymuş buhar eğrisiyle çakıştırılarak 1 noktası bulunur. 1 noktasından sabit entropi çizgilerine paralel çizgi çizerek 3 noktasından ( +30°C yoğuşma sıcaklığı) yatay çizgi çizerek 1 ve 3 noktaları çakıştırılarak 2 noktası bulunur.

1-2 ve3,4 noktalarından entalpi doğrusuna dik inilerek soğutucu akışkanın entalpileri bulunur.

a) P-h diyagramı gelecek dikkat……

ornek-7-6

b)

cozum-7-6

c)

Qy= mr (h2-h1)= 33,112 (328-296)=1059,584 kj/h

d)

Qk= mr (h2-h3)= 33,112(328-145)= 6059,496 kj/h

Qk= Q0+Qy

Qk=5000+1059,584 = 6059,584 kj

 

Örnek problem 7.7

Örnek problem 7.6’daki soğutma sistemi eşanjörlü hale getirildiği zaman; sıvı soğutucu akışkan ısı eşanjöründe 10°C aşırı soğutularak 20°C oluyor, ısı eşanjöründe 10˚C aşırı ısıtılarak kuru doymuş buhar haline gelen soğutucu akışkan buharının kompresör giriş sıcakığı 0°C oluyor.

Çözüm

134a p-h diyagramı üzerinde +30°C yoğuşma sıcaklığı çizgisini sıkştırılmış domuş sıvı  çizgisini kestirerek bir miktar uzatılır, kondenser sıvı çıkışında sıvı soğutucu akışkan aşırı soğutulduğu için 20°C doyma eğrisinde yukarı dik çıkılarak yatay çizgiyle kesiştirilip 3 noktası, 3 noktasından -10°C buharlaşma sıcaklığına aşağı inilerek 3noktası bulunur.

Emme hattında doymuş buhar halindeki soğutucu akışkan ısı eşanjöründe aşırı ısıtılarak kuru doymuş buhar haline geldiği için doymuş buhar eğrisinin sağ tarafına doğru -10°C’den uzatılan yatay çizgi .çizilir, diyagramın alt kısmında bulunan 0°C’de üzerindeki eğriden yukarıya çıkılarak -10°C çizgisiyle kesiştirilerek 1noktası, 1noktasından sabit entropi çizgisine paralel çizgi çizerek +30°C yoğuşma sıcaklığıyla çakıştırılara 2noktası bulunur. Bulunan noktalardan dikler inerek soğutucu akışkanın entalpisi belirlenir.

a)

ornek-7-7

cozum-7-7

Eşanjörlü ve eşanjörsüz örnek problemleri incelediğimiz zaman şu sonuçları çıkartabiliriz.

a) Her iki sistemde sistem kapasitesi ile kompresör sıkıştırma ısısı kondenser yoğuşturma kapasitesine eşit olduğu görülmektedir.

Qk=Q0+Qy

b)Eşanjörsüz sistemde sıkıştırılmış doymuş sıvı eğrisi üzerinde olan 1noktası, eşanjörlü sistemde sıvı soğutucu akışkan doyma eğrisinin sol tarafına koyarak aşırı soğutulmuş sıvı haline gelmekte,

c) Eşanjörlü sistemde birim ağırlıktaki soğutucu akışkanın soğutma tesiri artarken özgül hacmide artarak kompresör kapasitesini negatif yönde etkilemektedir. Şöyleki eşanjörsüz sistemde soğutucu ünitede buharlaşan doymuş buhar halindeki soğutucu akışkanın 1noktasındaki özgül hacmi 0,100m3/kg iken eşanjörlü sistemde aşırı ısıtmanın etkisiyle soğutucu akışkanın 1noktasındaki özgül hacmi 0,125m3/kg’a çıkarak birim hacimden dolaşan soğutucu akışkanın kütlesel debisini negatif yönde etkileyecektir. Bu negatif durumu gidermek için genleşme valfiyle ayar yapmak mümkündür.

d) Eşanjörlü sistemde aynı sistem kapasitesi için daha az kompresör sıkıştırma ısısı verileceği hesaplardan görülmektedir.

Örnek Problem 7-1’deki soğutma sistemi ısı eşanjörlü sistem haline getirildiğinde;

Kondenser çıkışındaki sıvı soğutucu akışkan ısı eşanjöründe -10°C aşırı soğutuluyor,

Evaporatör çıkışındaki doymuş buhar -10°C aşırı ısıtılarak kuru doymuş buhar haline getiriliyor.

İlgili Makaleler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Reklam Engelleyici

Reklam engelleyici eklenti kullandığınızı fark ettik. Muhendisiz.Net web sitesini verimli kullanabilmek için lütfen reklam engelleyiciyi kapatınız.