Bir ortamı soğutma için soğutma çevrimine göre çalışan makinelere soğutma makinesi denmektedir. Bir örnek ile açıklamak gerekir ise evde bulunan klimaları hem ısıtma hem soğutma için kullanıyoruz.
Eğer odayı soğutma için kullanıyorsak klimaya soğutma makinesi, ısıtmak için kullanıyorsak ısı pompası ismini almaktadır. ( Isı pompasının asıl tarifi farklıdır fakat soğutma sistemlerinde bu şekilde adlandırılmaktadır.)
Soğutma Makinesi Nedir?
Termodinamiğin İkinci yasası gereğince ısı her zaman yüksek sıcaklıktaki bir ortamdan düşün sıcaklıktaki ortama doğru hareket eder. Bunun tersi yapılmak istenirse yani ısı düşük sıcaklıktaki ortamdan yüksek sıcaklıktaki ortama aktarılması gerekir ise enerji harcanır ve bu cihazlara soğutma makinesi denir.
Yukarıda da açıkladığımız gibi soğutma makineleri soğutma işleminin yapıldığı her alanda vardır. Soğutma cihazı eğer ısıtma modunda kullanıyor ise ısı pompası adıyla ortama ısı vermektedir.
Daha önceki yazılarımızda soğutma sistemi elemanlarını sizlere tanıtmıştık. Bu elemanların kullanıldığı soğutma sistemlerine en güzel örnek evimizde bulunan klimalar ve buzdolaplarıdır. Klimaları hem ısıtma hem soğutma modunda kullanabilir iken buzdolabı sadece içini soğutmak için çalışır.
Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimini ve temel elemanları aşağıdaki grafikten görebilirsiniz.
Soğutma sistemlerinde genelde soğutucu akışkanlar kullanılır. Kullanılan soğutucu akışkanın kompresöre 120 kPa basınçta -20 derece sıcaklıkla buhar halinde girdiğini farz edelim ve burada bu sıvı yoğuşturucu basıncına sıkıştırılır. Bu işlem sonunda akışkanın sıcaklığı 60 ºC’ye ve basıncı da 800 kPa’la yükselir. Daha sonra ise akışkan yoğuşturucuya girerek bünyesindeki fazla ısıyı dış ortama aktararak tamamen sıvı fazına geçer. Bu işlemde sadece sıcaklık 30 ºC ‘ye düşerken basınç sabit kalır.
Sıvı fazına geçen soğutucu akışkan soğutulacak ortamdan tekrar ısı çekmek için buharlaştırıcı basıncına sıkıştırılması gerekir bunun için de kısılma vanası ile akışkanın basıncı 120 kPa’la ve sıcaklığı da -25 ºC ‘ye düşürülür. Buharlaştırıcıda akışkan soğutulacak ortamdan ısı çekerek buharlaşır ve soğutma işlemini tamamlamış olur. Buharlaşma esnasında sıvının sıcaklığı -20 ºC’ye yükselir ve basınçta sabit kalır.
Buzdolaplarının arka kısmında bulunan bakır borular soğutma çevriminde sistemin yoğuşturucusudur. Bu boruları elle kontrol ettiğimiz zaman sıcak olduğunu hissederiz çünkü soğutucu akışkan burada ısısını çevreye aktararak sıvı hale geçer. Bu soğutma makinesi için buharlaştırıcı kısmı da dolabın iç dondurucu bölümüdür. Akışkanın sistemde dolaşmasını sağlayan ve yoğuşturucu basıncına sıkıştıran kompresörler de buzdolabında kolaylıkla ayırt edilebilir.
Soğutma Makinesinin Etkinlik Katsayısı
Verimlilik, soğutma makinesi için etkinlik katsayısı ile ifade edilir ve COPsm ile gösterilir. Soğutma makinesi için amaç ortamı soğutmaktır. Bunu yapmak içinde belirli bir enerji harcanır.
COPsm = Yapılmak istenen / harcanan enerji = QL / Wnet
Wnet = QH-QL (kj)
COPsm = QL / QH-QL
QL = Soğutulan ortamdan çekilen ısı değeri (kj)
QH = Çevreye aktarılan ısı değeri (kj)
Wnet = Sistemde harcanan enerji miktarı (kj/s)
Soğutma makinesi verimi 1’den büyük olabilir. Çünkü soğutulan ortamdan çekilen ısı bunu yapmak için harcanan enerjiden büyük olabilir. Ancak önceki ısı makineleri yazısından bahsettiğimiz ısıl verim kesinlikle 1’den büyük olamaz. Bunun nedeni ise soğutma makineleri ve ısı pompalarında amaç , ısı enerjisinin bir ortamdan diğerine aktarımıdır ısı makinelerinde ise ısı enerjisini mekanik enerjiye ve dolayısıyla elektrik enerjisine dönüştürmektir. Soğutma makinesi ve ısı pompası için etkinlik katsayısı kullanılmasının nedeni de değerinin 1’den büyük olma zorunluluğudur.
