tabloların daha net anlasıldıgı linkleri isteyenler pm atabilirler

ALTERNATİF SOĞUTUCU AKIŞKAN KULLANILARAK MUTFAK
TİPİ BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMİNİN TASARIMI

1. Soğutucunun ozellikleri.
2. Soğutma yukunun hesaplanması
3. Soğutucu akışkanın secimi.
4. Kompresor secimi
5. Kılcal boru boyunun hesaplanması.
6. Soğutucunun gurultu duzeyi.
7. Soğutucunun defrost sistemi.
8. Soğutucunun yalıtımı.
9. Evaporator boyutlarının belirlenmesi.
10.Condenser boyutlarının belirlenmesi.


1. Soğutucunun ozellikleri
Bu calışmada, mutfaklarda kullanılacak ozon tabakasını etkilemeyecek alternatif soğutucu akışkan ile calışan 400 litre hacminde bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin tasarımı gercekleştirilecektir. Soğutma gucu duşuk, genleşme valfi yerine kılcal boru kullanılan bir buharlaştırıcı sıcaklıkları uygulamaya gore değişen, gıda depolamada kullanılan bir soğutma sisteminin tasarımı olacaktır.

Tablo 1. Mutfak tipi soğutucunun tasarım parametreleri.


Parametre
Ortam sıcaklığı (mutfak sıcaklığı) 25 oC





Bu buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin tasarımında şu verilere ihtiyac vardır: a) Soğutucunun kullanılacağı ortam, soğutucunun kullanılma amacı ve soğutucunun soğutma kapasitesi

Soğutucunun kullanılacağı ortama gore cevre sıcaklığı, soğutucunun kullanım amacına gore soğutucu ic ortam sıcaklığı belirlenir. Bunlara ilave olarak soğutucunun buyukluğu de bilinirse, bir soğutma sisteminin tasarımında ilk aşama olan soğutma yuku hesaplanabilir. Daha sonra, bu soğutma yukunu sağlayacak sistemin tasarımı yapılabilir. Belirlenen soğutma yukunu sağlayacak buharlaştırıcının, kompresorun, yoğuşturucunun kapasitelerinin ve kılcal boru uzunluğunun hesaplanması gerekir.
























Şekil 2.1. Soğutma sisteminin şematik gorunumu .


Bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde, duşuk sıcaklıktaki bir ortamdan cekilen ısı, daha yuksek sıcaklıktaki bir ortama atılır. Bunun icin, bir soğutucu akışkan soğutma sisteminde dolaşır. Bu sırada, soğutucu akışkan bir seri işleme tabi tutulur. Bu işlemler serisi, cevrim olarak bilinir. Cevrim esnasında soğutucu akışkan faz değiştirir ve soğutucu akışkanın sistem icerisinde dolaşımı kompresor ile sağlanır. Bu soğutma cevrimi buhar sıkıştırmalı soğutma cevrimi olarak bilinir ve yaygın olarak kullanılır. Bir ideal buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin şematik gorunumu Şekil 2.1’de verilmiştir. Cevrim dort temel işlemden oluşur:

a) Kompresorde izentropik sıkıştırma sureci (1-2).
b) Yoğuşturucudan cevreye ısı aktarımı sureci (2-3).
c) Kılcal boruda veya genleşme vanasında kısılma sureci (3-4).
d) Buharlaştırıcıdan akışkana ısı aktarımı sureci (4-1).

İdeal Buhar sıkıştırmalı soğutma cevriminde, soğutucu akışkan kompresore 1 noktasında doymuş buhar olarak girer ve izentropik olarak yoğuşturucu basıncına kadar sıkıştırılır. Sıkıştırma surecinde soğutucu akışkanın sıcaklığı ve basıncı cevre sıcaklığının ve basıncının uzerine cıkar ve soğutucu akışkan 2 noktasında kızgın buhar durumunda yoğuşturucuya girer, 3 noktasında doymuş sıvı durumunda yoğuşturucudan cıkar. Yoğuşma sırasında akışkandan cevreye ısı gecişi olur. Doymuş sıvı durumundaki soğutucu akışkan genleşme vanası veya kılcal borulardan gecirilerek buharlaştırıcı basıncına duşurulur. Bu esnada soğutucu akışkanın sıcaklığı soğutulan ortamın sıcaklığının altına duşer. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya 4 noktasında sıvı-buhar karışımı olarak girer ve buharlaştırıcıdan doymuş buhar durumunda cıkar ve kompresore girerek cevrim tamamlanır.

Gercek buhar sıkıştırmalı soğutma cevrimi, basıncın duşmesine sebep olan akış surtunmesi ve cevre ile olan ısı alışverişi nedeni ile ideal cevrimden farklıdır. Gercek buhar sıkıştırmalı soğutma cevriminin T-s diyagramı Şekil 2.2’de verilmiştir.

Gercek buhar sıkıştırmalı soğutma cevriminin hal değişimleri aşağıdaki şekilde gercekleşir.

a) Kompresorde sıkıştırma sureci (1-2).
b) Kompresorun basma hattındaki basınc kaybı (2-3).
c) Yoğuşturucudan cevreye sabit basıncta ısı gecişi (3-4).
d) Alt soğutma (4-5)
e) Kısılma vanasında basıncın duşmesi (5-6).
f) Buharlaştırıcıdan akışkana sabit basıncta ısı gecişi (6-7).
g) Kompresorun emme hattındaki basınc kaybı (7-1).

İdeal cevrimde, soğutucu akışkan kompresore doymuş buhar halinde girer. Uygulamada ise soğutucu akışkanın hal değişimi hassas bir şekilde kontrol edilemediğinden, soğutucu akışkanın kompresore kızgın buhar halinde girmesi sağlanacak şekilde sistem tasarlanır. Kompresor ile buharlaştırıcı arasındaki bağlantının genellikle uzun olması, akış surtunmesi nedeni ile basınc duşmesine yol acar. Ayrıca cevreden soğutucu akışkana ısı gecişi olur. Tum bu etkiler soğutucu akışkanın ozgul hacminin artmasına neden olur. Surekli akış işi, ozgul hacimle doğru orantılı olduğundan kompresor işi’de buna bağlı olarak da artar.

İdeal cevrimde, sıkıştırma işlemi izentropiktir. Gercek cevrimde ise akış surtunmesi ve ısı gecişi entropiyi etkiler. Akış surtunmesi entropiyi artırırken, ısı gecişi hangi yonde olduğuna bağlı olarak entropiyi artırır veya azaltır.

İdeal cevrimde, soğutucu akışkan yoğuşturucudan, kompresor cıkış basıncında ve doymuş sıvı olarak cıkar. Gercek cevrimde ise kompresor cıkışı ile kısılma vanası girişi arasında bir basınc duşmesi vardır. Akışkanın kısılma vanasına girmeden once tumuyle sıvı halde olması icin soğutucu akışkan aşırı soğutulur.

Bu durumda soğutucu akışkan buharlaştırıcıya daha duşuk bir entalpide girer ve buna bağlı olarak ortamdan daha cok ısı cekilebilir. Kısılma vanası ile buharlaştırıcı birbirine cok yakın olduğundan aradaki basınc kaybı kucuktur.


2. Soğutma yukunun belirlenmesi
Bir soğutma sisteminin tasarımında ilk aşamada soğutma yukunun ve sistemin birim zamanda ne kadar ısıyı soğutulan ortamdan dış ortama atması gerektiğinin hesaplanması gerekir.

Soğutma yuku, değişik yollardan soğutulan ortama aktarılan ısı ile sistem icinde uretilen ısıların toplamına eşittir. Bu toplam ısı sistemin ısı kazancı olarak bilinir. Tasarımı yapılan derin dondurucunun soğutma yuku, FORTRAN dilinde geliştirilen bir program kullanılarak aşağıdaki şekilde hesaplanmıştır:

a. Soğutulan ortamı cevreleyen yuzeylerden soğutucuya olan ısı aktarımı:

Q = AUDT (1)

bağıntısı kullanılarak hesaplanmıştır. Bu bağıntıdaki U toplam ısı aktarım katsayısı, A ısı aktarım yuzey alanıdır ve soğutucunun fiziksel boyutlarına bağlıdır. Sıcaklık farkı; DT, soğutucunun kullanılacağı ortamın sıcaklığı ile soğutucunun kullanım amacına gore soğutucu ic ortam sıcaklığı arasındaki fark şeklinde tanımlanmıştır.

Toplam ısı aktarım katsayısı: U ceper ve yalıtım malzemesinin kalınlığına ve ceperde kullanılan malzemelerin cinsine bağlıdır. Ceper malzemelerinin ısı iletim katsayıları ile dış ve ic yuzeylerdeki taşınım aktarım katsayıları U’nun hesaplanmasında kullanılır. Tasarlanan buhar sıkıştırmalı soğutucunun şematik gorunumu Şekil 1’de verilmiştir.


Soğutulan ortamda olan maddelerin ortam sıcaklığına gelinceye kadar yaydıkları ısıdır. Sıcaklığı dolap ic sıcaklığından daha yuksek bir urun, dolap icine konulduğunda, bu urun dolap ici sıcaklığına gelinceye kadar, dolap icinde ısı yayar. Diğer taraftan dolaba konulan urun bir başka soğutucudan alınarak dolaba konulursa, ters yonde bir ısı gecişi olur.

Dondurulmuş urun, dolap sıcaklığına ulaşıncaya kadar soğutulan ortamdan ısı ceker. Dolap ic sıcaklığı urunun donma sıcaklığının ustunde bir sıcaklıkta ise, urun dolaba konulduğunda yaydığı ısı, soğuk ortamın sıcaklığına, giriş sıcaklığına, urunun kutlesine ve ozgul ısısına bağlıdır ve aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir.

Q = mC.DT (2)

Bu bağıntıda Q urun ısısı, m urunun kutlesi, C urunun ozgul ısısı ve DT: urun ile soğutucu ic sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkıdır. Eğer soğutucu ic ortam sıcaklığı urunun donma sıcaklığının altında ise, urun ısısı hesaplanırken donma ısısının da goz onune alınması gerekir. Donma ısısı

Q = mC(Tg – Tdon) + mhif + mC (TdonTbağ) (3)

bağıntısı kullanılarak hesaplanır.

Urun ısısı hesaplanırken, FORTRAN dilinde yazılmış olan bilgisayar programıyla hesaplama yapılmıştır. Derin dondurucunun tasarımında, soğutma yuku hesaplanırken, vişne, cilek, et, kiraz, bezelye derin dondurucuda urun olarak duşunulmuştur. Bu bilgisayar programı

İnfiltrasyon ısı kazancı, soğutulan ortamın kapılarının acılıp kapanması sırasında dışarıdan soğutucuya giren havanın taşıdığı ısı enerjisidir. Bircok uygulamada bunu hassas olarak hesaplamak oldukca zordur. Bu yolla soğutulan ortama giren enerji soğutma yukunun onemli bir kısmını oluşturur. Tasarımını yaptığımız derin dondurucunun bir gunde en fazla 50 defa acılıp kapanacağı varsayılarak ısı kazancı hesaplanmıştır. İnfiltrasyon ısı kazancının hesaplanması aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir.


İnfiltrasyon ısı kazancı = n.U. (ρd.hd- ρi hi) (9)

Bu bağıntıda ki n hava değişim sayısı, U soğutucu hacmi, ρ d dış ortam havasının yoğunluğu, hd dış ortam havasının entalpisi, ρi ic ortam havasının yoğunluğu, hi ic ortam havasının entalpisidir. Hava değişimi, soğutucunun icindeki havanın gunde kac defa dış ortam havasıyla değiştiğini gosterir. Bu sayı, onemli olcude, kullanıcının tutumu ve uygulamaya bağlıdır. Tasarımda bu sayı maksimum değer alınarak hesaplama yapılmalıdır.


3. Soğutucu akışkanın secimi
Turkiye’de imal edilen donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularında calışma akışkanı olarak ozon tabakasına zarar veren R12 ve R22 soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır. R12 ve R22’den alternatif soğutucu akışkanlar kullanılarak derin dondurucu icin donuşum (retrofit) yapılırken R134a ve R407C soğutucu akışkanların en uygun alternatif soğutucu akışkanlar olduğu belirlenmiştir. Donuşumu yapılacak olan derin dondurucuda R134a alternatif akışkanı kullanılacaktır.
Cizelge 5.1. Tasarımı yapılacak 400 Litre hacmindeki mutfak tipi
soğutucunun ozellikleri.

Brut hacim (lt) 400
Net hacim (lt) 104
İc olculer (mm) 445x445x520
Dış olculer (mm) 570x610x360
Emme borusu dış capı (mm) 6,35
Emme borusu ic capı (mm) 4,93
Basma borusu dış capı (mm) 6,35
Basma borusu ic capı (mm) 4,93
Kılcal boru dış capı (mm) 2
Kılcal boru ic capı (mm) 0,8
Soğutucu akışkan R 134a
Akışkan miktarı 0,110 kg
Enerji sarfiyatı 1,1 Kwh/24h
Donma kapasitesi 6 kg/24h
Kompresor gucu 1/8 Hp
Kompresor Tipi AZ78A LRA: 7.2
Elektrik Ozellikler 220 volt 50 Hz-130 W 0,35A


Cizelge 5.1.’de ozellikleri verilen derin dondurucuda, R134a’ya donuşum yapılırken soğutma sisteminin bazı calışma parametreleri uretici firmadan temin edilememiş ve bunlar icin kabuller yapılmak zorunda kalınmıştır. REFUTIL bilgisayar programı kullanılarak hesaplanan 250 W soğutma yuku icin secilen derin dondurucunun calışma parametreleri Cizelge 5.2’de verilmiştir.

Cizelge 2. Soğutucunun calışma parametreleri.

Buharlaştırıcı sıcaklığı, Te (°C) -20
Yoğuşturucu sıcaklığı, Ty (°C) 40
Aşırı soğutma sıcaklık farkı,DTalt (°C) 30,5
Yoğuşturucu basıncı, Py (bar) 10,2
Buharlaştırıcı basıncı, Pe (bar) 0,5
Emme hattı basınc kaybı (kpa 0,02
Basma hattı basınc kaybı (kpa) 0,01
İzentropik kompresor verimi - 0,7



4. Kompresor secimi
REFUTIL Bilgisayar programı kullanılarak 250 W soğutma yuku icin yapılan termodinamik analiz sonucunda kompresor gucu 0.150 HP olarak hesaplanmıştır. COPELAND kompresor ureticisinin hazırlamış olduğu, kompresor (ekovat) bilgisayar programı tasarımda kompresor seciminde kullanılmıştır.Termodinamik analiz sonucu elde edilen 0,150 HP guce en yakın kompresor gucu 0,353 HP’lik CX11K1-TFD modeli secilmiştir. R134a alternatif soğutucu akışkanı ile calışan kompresorler COPELAND tarafından Y indisi kullanılarak uretilmekte ve satılmaktadır. Bu kompresorler, kendi sınıflarının eşdeğeri olan R12 kompresorlerine en yakın şekilde adı gecen firma tarafından imal edilmiştir.

5. Kılcal boru uzunluğunun belirlenmesi
Kılcal boru boyunun hesaplanmasında, literaturde verilen ampirik bağıntılar kullanılmıştır. Literaturde verilen bağıntılardan adyabatik kılcal boru veya adyabatik olmayan kılcal boru şartlarında hesaplamalar yapılabilir. Bu calışmada kullanılan mutfak tipi kılcal borunun soğutucunun dışında ve mutfak şartlarında olması dikkate alınarak, adyabatik model kullanılarak kılcal boru uzunluğu hesaplanmıştır. Fakat kompresor sıcaklığı azda olsa, derin dondurucunun calışması sırasında cevre sıcaklığını değiştirebilir. Fakat bu durumun oluşturacağı hata ihmal edilebilecek kadar az olacaktır.

Bansal ve Rupasinghe [15] basit ampirik bir korelasyon geliştirmişlerdir. Kılcal boru, yoğuşturucu ve buharlaştırıcıyı birbirine bağlar. Kılcal boru girişinde soğutucu akışkan alt soğutulmuş sıvı (sıkıştırılmış sıvı) veya iki fazlı akış şartlarında olabilir. Kılcal boru icerisinde akış, genellikle iki kısımda incelenebilir: Sıvı fazdaki bolge ve bu bolgede basınc flaş noktasına kadar doğrusal olarak azalır. Diğeri iki fazlı bolgedir ve bu bolgede soğutucu hızı ve basınc kaybı kılcal borunun girişinden itibaren artar ve mesafe ile değişir. Bansal ve Rupasinghe calışmalarında calışmalarında, kılcal boru uzunluğunun 5 temel değişkene bağlı olduğu belirlenmiştir: Kılcal boru ic capı (d), kılcal boru icerisindeki soğutucu akışkanın kutle debisi (m) veya kutle akısı (G), soğutucunun yuksek kısmı ile duşuk kısmı arasındaki basınc farkı (DP), kılcal borunun girişinde soğutucunun alt soğutması (DTsub) ve kılcal boru malzemesinin goreli puruzluluğu (ε). Bu beş değişkene ek olarak soğutucunun ısıl ve taşınım ozellikleri de, kılcal borunun boyutlarının belirlenmesinde onemlidir. Bu ozellikler, diğer değişkenlerin etkileri incelenirken dikkate alınır. Korelasyonu basit tutmak icin ve tasarımcı icin bilinen parametreleri dikkate alınarak yalnız yukarıdaki beş değişken bu yaklaşımda dikkate alınmıştır.

Diğer taraftan soğutucunun kılcal boru icerisindeki durumunun, doymuş veya alt soğutulmuş sıvı fazında olduğu kabul edilmiştir. Toplam kılcal boru uzunluğu, L icin bağıntı,

L = k1. D .d. (DTsub+k2) ( k3-ε/G2 ) (10)

şeklinde verilmiştir. Bu ifadedeki, k3 ve k2 eğrilerin kesim noktasıdır.L ve DTsub ile L ve ε eğrilerinin, k1, k2 ve k3 sabitlerinin değerleri Curve fitting yontemiyle elde edilen deneysel data R134a icin değerler Tablo 1’ de verilmiştir.

Bu datanın kullanım aralığı DTsub = 3-10 K , ε = 6.10-4 - 9. 10-4 , DP = 900-1300 kPa, d = 0,6 –0,8 aralığında ve m = 3-7 kg/h. Bu aralıklar dışında ampirik denklemin hassasiyeti bilinmemekte ve eğri cakıştırmanın kalitesi ± %5 farklılık gostermektedir.

Tablo 1. R134a soğutucu akışkanı icin korelasyon katsayıları.

Soğutucu k1 k2 k3 k4
R134a 16,3*108 10,25 1,662*10-03 305,05*10-04

Denklem (10) ve Tablo 1 kullanılarak kılcal boru uzunluğu aşağıdaki şekilde hesaplanabilir. Kılcal borunun dış capı 2 mm ve kılcal boru ic capı 0,8 mm dir. Soğutucu tasarımında DP = 972 kPa, ε = 7 . 10-4 , m = 6,1164 kg/h ve DTsub = 10K alınmıştır.

L = (16,3.108) . (972) . (0,8) . 10-3 (10+10,25) . [ (1,62-0,7)/3381,762] .10-3

G =ρV m = ρV A m = GA
G = m /A
G = 0,001699 . 4 /0,82 .3,14 .10-6
G =1699 . 4/0,64 . 3,14
G = 3381,76 kg/m2s
L = (16,3.108) . (972) . (0,8) . 10-3 . (20,25) . [0,92/11436351,5] .10-3
L = 16,3 .102 . (972) . (0,8) . (20,25) . 8,044.10-8
L = 2,064 m

Yukarıda ozellikleri verilen soğutucu 400lt kapasiteli soğutucudur. Mutfak tipi soğutucu, Cizelge 5’ de verilen donuşum parametreleri sonucu, R134a alternatif soğutucu akışkanı ile calışacak şekilde yeniden tasarlanmıştır. Yoğuşturucu ve buharlaştırıcı boru uzunlukları, Kılcal boruuzunluğu, nem alıcı ve kompresor bu soğutucu icin değiştirilerek sisteme 130 gr R134a soğutucu akışkanı şarj edilmiştir. Bu soğutucu Şekil 5’de verilmiştir.

8. Soğutucunun gurultu duzeyi
Yurdışında uretilen soğutucularda kucuk guce sahip sistemlerde 5000 W soğutma kapasitesinin altında pistonlu hermetik kompresor kullanılmakta ve kompresor bolmesi yalıtılmaktadır. Buyuk guce sahip sistemlerde ise pistonlu kompresor yerine daha duşuk gurultu seviyesine sahip olduğu bilinen scroll, tipi hermetik kompresorler kullanılmakta ve yine kompresor bolumu yalıtılmaktadır. Scroll tipi kompresorlerin sessiz olmalarına karşın maliyetleri yuksektir. Bu projede geliştirilecek buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin kapasitesi 5000 W’ın altındadır ve hermetik kompresor kullanılacaktır. Bu kompresorlerin duşuk gurultu seviyesine sahip olması sağlanacaktır.

Bu gelişmeler, uretici firmalar icin ozonu tahrip etme potansiyeline sahip CFC ve HCFC’li soğutucu akışkanların yerini alacak, ozon tabakasını etkilemeyen HFC’li soğutucu akışkanlar konusunda araştırmalar yapılması gereğini doğurmuştur. CFC’li bir soğutucu akışkanın yerini alabilecek, farklı ozelliklere sahip birden fazla akışkanın geliştirilmiş olması; cevresel etkiler, enerji verimliliği, maliyet, servis hizmetleri ve standart ekipmanlar acısından ele alındığında, soğutucu akışkan secimini gucleştirmektedir.

Ozonu tahrip etme potansiyeli (ODP) sıfır olan HFC’li soğutucu akışkanlar kuresel ısınma acısından incelendiğinde; kuresel ısıtma potansiyeli (GWP) olarak adlandırılan ve atmosfere bırakılan soğutucu akışkan miktarına bağlı olan etkilerinin bulunduğu belirlenmiştir.

Bu calışmanın amacı, derin dondurucularda ozon tabakasını olumsuz olarak etkilemeyen alternatif soğutucu akışkanı secmek. Calışmada alternatif soğutucu akışkanlar olarak R134a, R290, R404A, R407A, R407C, R410A, R507, soğutucu akışkanları secilmiştir. R12, R22, R134a, R290, R404A, R407A, R407C, R507, R410A ve R502 soğutucu akışkanlar ile calışan buhar sıkıştırmalı soğutma cevrimlerinin termodinamik analizi yapılmış, analizden R12’ye alternatif olarak R134a soğutucu akışkan olarak secilmiştir. Daha sonra, derin dondurucunun R12’den R134a’ya donuşum parametreleri belirlenerek, derin dondurucunun donuşumu yapılmıştır. Soğutucu akışkanların termodinamik ozellikleri Dunya Bankası tarafından hazırlatılan Refrigeration Utilities (REFUTIL) yazılımının 1.21 versiyonundan alınmıştır. REFUTIL, cok sayıda soğutucu akışkanın termodinamik ozelliklerini ve diyagramlarını vermektedir. REFUTIL bilgisayar programı kullanılarak Ty = 40°C yoğuşturucu sıcaklığı ve - 40 £ Tb £ 0 °C buharlaştırıcı sıcaklıklarındaki ; basınc, sıcaklık, entalpi, entropi, yoğunluk vb. ozellikler kullanılarak soğutucu kutlesel debisi, kompresor gucu, basınc oranı (pr =pe/py) yoğuşturucu ve buharlaştırıcı kapasiteleri ile soğutma etkinliği (COP) hesaplanmış, elde edilen veriler grafikler halinde verilmiştir. Ayrıca alternatif soğutucu akışkanların etkinlik katsayılarının R12 ve R22 kullanan buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin etkinlik katsayısına oranının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi grafikler halinde elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır.

Bu calışmada – 40 £ Tb £ 0oC buharlaştırıcı calışma aralığında derin dondurucular icin alternatif soğutucu akışkanların buhar sıkıştırmalı soğutma cevriminde termodinamik analizi yapılarak, derin dondurucular icin alternatif soğutucu akışkan secimi yapılmıştır. Daha sonra, donuşumu yapılacak olan derin dondurucuda R12’den R134a’ya donuşum parametreleri kullanılarak bir donuşum yapılmış ve soğutucu, ilgili standartlara uygun olarak test edilmiştir.


Bir soğutma cevriminde “Yuksek basınc” ve “Alcak basınc “kavramlarından soz edilir. Aşağıda bu kavramların acıklaması verilmiştir. [4].

i) Yuksek Basınc Tarafı:
Bir soğutma cevriminde kompresorun cıkışından, basma hattı borusu, yoğuşturucu, sıvı borusu ve kısılma vanasına kadar olan kısmına “Yuksek basınc tarafı” olarak adlandırılır.

Soğutma cevriminde yoğuşturucudaki kızgın buhar, doymuş buhar, ıslak buhar ve sıvı durumundaki soğutucu akışkan sıcaklığındaki basınca yoğuşma basıncı denir. Yoğuşma basıncı aynı zamanda soğutma cevriminin yuksek basıncıdır. Soğutma sisteminde kompresorun calışmadığı durumlarda bir sure sonra yuksek basınc tarafındaki soğutucu akışkan sıcaklığı bu kısmı cevreleyen hava sıcaklığına eşit olur. Bu durumda soğutma cevriminin yuksek basıncı cevre havasının sıcaklığına uygun bir basınc olarak belirlenir.

Kompresor calışmaya başladığı anda sıkıştırdığı soğutucu akışkanın buhar sıcaklığı ile yoğuşturma ortamının sıcaklığı arasında herhangi bir sıcaklık farkı olmayacağından yoğuşma olmaz. Ancak cok kısa bir zaman icerisinde kompresor tarafından pompalanan soğutucu akışkan buharının sıcaklığı cevre sıcaklığının ustune cıkar ve soğutucu akışkan buharının sıcaklığı ile cevre havasının sıcaklığı arasında belirli bir fark meydana gelir. Bu fark yeterli bir değere ulaşınca yoğuşturucuda cevreye olan ısı gecişi yeterli duruma gelir ve yoğuşma işlemi başlar.

ii) Alcak Basınc Tarafı:
Bir soğutma cevriminin kısılma vanasından itibaren buharlaştırıcı, emme hattı borusu ve kompresorun emişine kadar olan kısmına “alcak basınc tarafı” denir.

Buharlaştırıcıda bularlaşan soğutucu akışkanın basıncı, “buharlaştırıcı basıncı” olarak anılır. Buharlaşma basıncı, buharlaştırıcı ısı geciş yuzeyi ile soğutulan hacmin havasının sıcaklığına gore değişir. Buharlaştırıcı ısı transfer yuzeyinin belirli bir değeri icin, soğutulan hacmin sıcaklığının daha duşuk değerler olması halinde buharlaşma basıncı duşer. Soğutulan hacmin sıcaklığının daha buyuk değerler olması halinde ise buharlaşma basıncı artar.

9. Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Cevriminin Termodinamik Analizi
Bu bolumde buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin termodinamik analizi yapılmış –40 £ Tb £ 0 °C calışma aralığında, Ty =40°C yoğuşturucu sıcaklığında, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresor gucu, soğutucu akışkanın kutle debisi, basınc oranı ve sistemin COP’si ile COP/COP12 ‘ye oranları belirlenmiştir. Soğutma sisteminin analizi yapılırken; sistemde kullanılan soğutucu akışkan, soğutucunun soğutma yuku, yoğuşturucu ve buharlaştırıcıdaki akışkan sıcaklıkları bilinmelidir.

Bu calışmada, R12, R22, R134a, R290, R404A, R407A, R410A, R407C, R507 ve R502 soğutucu akışkanları analiz yapmak uzere secilmiş, soğutucunun soğutma yuku 500 W ve kompresor verimi 0,7 olarak alınmıştır. Analiz, 40°C yoğuşturucudaki akışkan sıcaklığı ile –40°C ve 0°C arasında buharlaştırıcıdaki akışkan sıcaklığında yapılmıştır. Kompresorun emme ve basma hattındaki basınc kayıpları sırası ile 2 kPa ile 1 kPa olduğu varsayılmıştır. Ayrıca, yoğuşturucu cıkışında soğutucu akışkana farklı sıcaklıklarda aşırı ısıtma ve sıkıştırma uygulanmış ve sonuclar grafikler halinde verilmiştir.

Sistemin termodinamik analizine, belirlenen yoğuşturucu, buharlaştırıcı, alt soğutma ve aşırı ısıtma sıcaklıkları, sistemin emme ve basma hattındaki basınc kayıpları ile kompresor verimine gore yoğuşturucu ve buharlaştırıcı basınclarının hesaplanması ile başlanılmıştır. Bu basınc değerleri yoğuşturucu cıkışında sıkıştırılmış sıvı bolgesindeki basınc ile buharlaştırıcı cıkışında kızgın buhar bolgesindeki basınc değerlerine eşittir. Daha sonra, cevrim analizine, yoğuşturucu cıkışındaki termodinamik parametrelerin değerlerinin belirlenmesi ile devam edilmiştir. Yoğuşturucu cıkışındaki entalpi, sıkıştırılmış sıvı bolgesindeki akışkanın entalpisine eşittir.

Yoğuşturucudan cıkan soğutucu akışkanın kılcal boruda kısılması esnasında entalpisi sabit kalır. Kısılma surecinde sistem basıncı yoğuşturucu basıncından (yuksek basınc), buharlaştırıcı basıncına (alcak basınc) duşer. Boylece soğutucu akışkanın buharlaştırıcıya giriş şartları belirlenmiş olur. Kısılma vanasındaki (kılcal boru) kısılma surecinde entalpi sabit olduğundan h5 = h6 olur ve 1 noktası kızgın buhar fazındadır. Kompresor girişindeki 1 noktasının sıcaklığı sistem tasarımında belirlenen DTP aşırı ısıtma değerinden, basıncı ise buharlaştırıcı cıkış basıncına, buharlaştırıcı ve kompresor arasında emme hattı borusundaki belirlenen basınc kaybının eklenmesi ile bulunmuştur. Boylece 1 noktasında sıcaklık ve basınc belirlendiğinden gerekli olan diğer termodinamik parametreler (entalpi, entropi, ozgul hacim vb) bulunabilir.

Kompresor verimi
1 noktasından 2 noktasına gecişte; daha once izentropik surec sonunda ulaşılan 2 noktasındaki ozellikler belirlenmiştir. Gercek cevrimin kompresor cıkışındaki 2 noktasının ozellikleri secilen kompresor verimi kullanılarak hesaplanmıştır.

(2.1)
Bağıntı (2.1) kullanılarak 2 noktasındaki entalpi değeri hesaplanmıştır. Bu değer bulunduktan sonra 2 noktasının bilinen basınc değeride kullanılarak gerekli diğer ozellikler hesaplanmıştır.

Termodinamik analiz sonunda cevrimin belli noktalarında, termodinamik ozelliklerin değerleri belirlendiğinden, soğutma sisteminin, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresor gucu ve sistemin alcak basınc ile yuksek basınc oranları hesaplanmıştır.

Soğutucu akışkanın kutle debisi
Soğutulan ortamdan buharlaştırıcı tarafından cekilen ısı, sistemin soğutma yukune eşittir. Belirlenen soğutma yukunun sağlanabilmesi icin sistemde dolaşması gereken soğutucu akışkan kutle debisi

(2.2)
bağıntısı kullanılarak hesaplanmıştır. Bu bağıntıdaki Qb soğutma yuku (buharlaştırıcı kapasitesi), h7 ve h6 sırası ile buharlaştırıcı cıkış ve girişindeki entalpilerdir.

Kompresor gucu
Kompresor gucu, kompresor giriş ve cıkışındaki entalpinin fonksiyonu olarak;

Wk = ) (2.3)
bağıntısından hesaplanmıştır. Bu bağıntıda h1 ve h2 sırası ile kompresorun giriş ve cıkışındaki entalpilerdir.

Yoğuşturucu kapasitesi
Yoğuşturucunun, soğutulan ortamdan buharlaştırıcı tarafından cekilen ısı ve soğutucu akışkanın kompresor ile emme ve basma hattı borularında cevreden kazandığı ısıyı, cevreye atacak kapasitede olması gerekir. Yoğuşturucu kapasitesi, yoğuşturucu giriş ve cıkışındaki entalpi değerleri kullanılarak;

Qy = ) (2.4)
bağıntısından hesaplanabilir.

Soğutma etkinliği (COP)
Soğutucunun soğutma gucunun, tukettiği enerjiye oranı olarak tanımlanan COP aşağıdaki bağıntı ile hesaplanır.

COP = (2.5)
Bu bağıntıda; Qb soğutucunun soğutma yukunu, Wk ise kompresor gucunu gostermektedir.


10. REFUTIL Yazılımı
REFUTIL yazılımının kullanılması ve termodinamik ozelliklerin elde edilmesi ile ilgili yapılması gerekenler aşağıda ayrıntılı olarak verilmiştir.

Doymuş şartlar tablosu
REFUTIL yazılımının bu bolumunde, secilen sıcaklık aralığı ve adımında, secilen soğutucu akışkana ait o sıcaklıklara karşılık gelen doyma basıncları (bar), doymuş sıvı ve doymuş buhar fazının ozgul hacim değerleri (dm³/kg, m³/kg), entalpi (kJ/kg) ve entropi (kJ/kgK) değerleri ile gizli buharlaşma ısısı (kJ/kg) elde edilebilmektedir.

Doymuş şartların secilmesi halinde, oncelikle bilgisayar ekranına gelen diyalog kutusundan doymuş faz ozellikleri istenen soğutucu akışkan secilmelidir. Bu şekilde ornek olarak elde edilen R134a soğutucu akışkanına ait doymuş şartlar tablosu Cizelge 2.1’de verilmiştir.

Ozellikler tablosu
Secilen soğutucu akışkanın, belirlenen herhangi iki parametre değerine gore elde edilen tablodan, bu akışkanın secilen parametre değerlerinde, doymuş buhar ve doymuş sıvı fazlarının basınc ve sıcaklığı, kızgın buhar ve doymuş sıvı fazlarının entalpi ve entropi değerleri, sıvı ve buhar fazlarının ozgul hacimleri cp ve cv değerleri, viskoziteleri ve ısıl iletkenlikleri ile gizli buharlaşma ısısı elde edilmektedir.

Oncelikle ekranda beliren diyalog kutusundan ozellikleri istenen soğutucu akışkan secilmelidir. Daha sonra sıcaklık-basınc, ozgul hacim veya entropi, basınc-ozgul hacim, entalpi veya entropi, ozgul hacim entalpi veya entropi parametrelerinden gerekli olan secilmeli ve bu parametrelere ait istenen değer aralığı ile adımları belirlenmelidir. Bu şekilde oluşturulan tablodan, secilen iki parametre değerine karşılık gelen yukarıda anlatılan termodinamik ozellikler elde edilir.

p-h diyagramı
REFUTIL bilgisayar programının bu bolumunde, secilen soğutucu akışkanın alt ve ust sınırları belirlenen sıcaklık ve basınc değerlerinde P-h diyagramı cizilmektedir. Bilgisayar ekranında beliren P-h diyagramı uzerine, tek kademeli, cift kademeli veya cift kademeli ve ısı değiştirgecli soğutma cevrimleri cizdirilebilmektedir. Orneğin, tek kademeli soğutma cevrimi icin hesaplar yaptırılmak istendiğinde, menude bulanan “input cycle” komutu calıştırılmalı, ekrana gelen diyalog kutusundan “one-stage” komutu secilmelidir. Cizdirilecek soğutma cevrimine ait, buharlaştırıcı ve yoğuşturucudaki soğutucu akışkan sıcaklıkları ile aşırı ısıtma ve alt soğutma sıcaklık değerleri, kompresor emme ve basma hattındaki basınc kayıpları, kompresor verimi ve soğutma yuku değerleri girilmelidir. Boylece dataları verilen soğutma cevrimi ekrandaki P-h diyagramı uzerine cizdirilmiş olur. Bu cevrime ait noktalardaki termodinamik değer ile yoğuşturucu ve buharlaştırıcı kapasiteleri, kompresor işi, soğutma etkinliği, alcak ve yuksek basınc oranları ve belirlenen soğutma yukunde sistemde kullanılması gereken soğutucu akışkanın kutlesel ve hacimsel debisi elde edilmiş olur. Şekil 2.1’de verilen soğutma cevriminin, yoğuşturucu, kısılma vanası, kompresor ve buharlaştırıcı giriş ve cıkış noktalarındaki termodinamik ozellikler ve hesaplanan değerler Şekil 2.3’de ve Cizelge 2.2’de gosterilmiştir.

Calışmada buhar sıkıştırmalı soğutma cevrimlerinin Termodinamik analizi yapılmıştır. Termodinamik analizde gerekli olan soğutma yuku, kompresor verimi, yoğuşturucudaki ve buharlaştırıcıdaki akışkan sıcaklıkları, kompresor emme ve basma hattındaki basınc kayıpları ile uygulanacak alt soğutma ve aşırı ısıtma sıcaklık değerleri secilmiştir. Secilen bu değerler, REFUTIL yazılım Programı kullanılarak cevrimin referans noktalarındaki termodinamik ozellikleri ile buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresor gucu, basınc oranı, soğutucu akışkanın kutle debisi, COP’si belirlenmiştir. Ayrıca belirlenen soğutma yukunde, R134a alternatif soğutucu akışkanı icin, ticari soğutucularda kullanılan kılcal boru uzunluğu amprik model kullanılarak hesaplanmıştır.


11. Bu Calışmanın Amacı
Ozon tabakasını tahrip etme potansiyeline sahip olan soğutucu akışkanların, Montreal protokolune gore uretim ve tuketimlerinin sınırlandırılması, bu akışkanların yerine kullanılabilecek ve ozonu tahrip etme potansiyelini “0” veya sıfıra yakın olan alternatif soğutucu akışkanların geliştirilmesi gereğini doğurmuştur.

Bu calışmanın amacı, buhar sıkıştırmalı ticari soğutucular icin, kompresor gucu, COP, buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, basınc oranları, kutle debisi gibi parametreler icin R12, R22, R502 soğutucu akışkanları ile bunlara alternatif olacak R134a, R290, R404A, R407C, R410A, R507 ve R407A soğutucu akışkanları karşılaştırmak ve en uygun alternatif soğutucu akışkanı, istenilen calışma aralığı olan – 40 £ Tb £ 0°C duşuk buharlaştırıcı sıcaklıklarında belirlemektir.

Bunun icin, Ty = 40°C yoğuşturucu sıcaklığın da, – 40 £ Tb £ 0°C buharlaştırıcı sıcaklıklarında, buhar sıkıştırmalı soğutma cevriminde yoğuşturucu cıkışındaki farklı alt soğutma (sıkıştırılmış sıvı) ile kompresor girişindeki farklı aşırı ısıtma (kızgın buhar) şartlarının, soğutucunun buharlaştırıcı ve yoğuşturucu kapasiteleri, kompresor gucu, kutle debisi ve COP’sine etkisini incelemektir.

Bu calışmanın diğer bir amacıda, R12 ile calışan derin dondurucunun R134a’ya donuşumunun yapılması icin gerekli olan donuşum parametreleri belirlenerek, bolumumuz tarafından yazılan Ek 3’de verilen FORTRAN bilgisayar programı ile REFUTIL yazılım programı yardımıyla, derin dondurucunun R134a’ya donuşumu icin gerekli calışma parametreleri belirlenerek, donuşum yapılmış ve donuşumu yapılan derin dondurucu test edilmiştir


Mutfak tipi soğutucu icin akışkan ve ozellikleri
Duşuk buharlaştırıcı sıcaklığı uygulamalarında (-40 £ Tb £ 0°C), soğutucularda tek kademe sıkıştırma ile R12 soğutucu akışkanı kullanılmaktadır. Fakat CFC iceren R12 vb soğutucu akışkanlar yakın bir zamanda kullanılmayacaktır. Duşuk sıcaklık uygulamalarında bu akışkanların yerine ozon tuketme potansiyeli (ODP) “0” olan alternatif soğutucu akışkanlar kullanılacaktır. R12’ye ve R22’ye alternatif olarak R134a onerilmektedir.[3]

Bu calışmada R12 soğutucu akışkanı yerine alternatif olarak R134a, R290, R404A, R410A, R507, R407C, R407A soğutucu akışkanların kullanılabilirliği incelenmiş ve alternatif soğutucu akışkan secilmiştir. Soğutucu akışkanların karşılaştırılmasına yardımcı olacak akışkanların fiziksel ozellikleri Ek 1.3’de, kimyasal formulleri, bileşimleri ile Montreal protokolu kapsamında kullanılabilirlikleri Ek 1.2 ve Ek 1.3’de, soğutucu akışkanların kullanım alanları Ek 1.8’de verilmiştir.

Soğutucu Akışkanlarla İlgili Bazı Kavramlar
CFC iceren soğutucu akışkanların yerine kullanılabilecek alternatif akışkanların incelenmesi ve karşılaştırılması sırasında, bu akışkanlarla ilgili bazı kavramlar aşağıda verilmiştir.

Ozon tuketme potansiyeli (ODP):
Ozon tabakasının incelmesine veya parcalanmasına neden olan soğutucu akışkanların ozon tabakasını etkileme potansiyelidir.

Bu değer R11 soğutucu akışkanı referans alınarak belirtilmektedir. Başka bir ifadeyle R11’in ozon tuketme potansiyeli 1.0 kabul edilmektedir.

Kuresel ısıtma potansiyeli (GWP):
Soğutucu maddelerin veya benzer gazların kuresel ısınmaya (Sera etkisine) katkı gucudur. Kuresel ısıtma potansiyeli CO2 referans alınarak 100 yıllık bir sureye gore belirlenmektedir. CO2 icin bu değer 1.0 dır.

Kuresel Isıtma Etkisi (GWE):
Atmosfer gazlarının yer yuzunden yansıyan uzun dalga boylarındaki (kızıl otesi) ışınları soğurarak yeryuzu seviyesine yakın bolgelerdeki hava sıcaklığını artırma etkisidir. Bu etki sera etkisi olarakda adlandırılmaktadır.

Zehirlilik sınır değeri (TLV):
Zehirlilik sınır değeri, ppm olarak zehirli gazın havadaki hacimsel konsantrasyonunu ifade etmektedir. Başka bir deyimle, zehirli bir gazın mevcut olduğu bir ortamda bulanan insanların uzun sure etkilenmeden kalabilecekleri ortam koşullarını ifade etmektedir.

Yanma Isısı
HF, Cl2, H2O ve CO2’nin yanma sonucu cıkan urunler olarak kabul edilmesi sonucu hesaplanan değerdir. Oksijen ile reaksiyon zor olduğu durumlarda negatif veya cok duşuk değerler elde edilir.

Tutuşma alt sınırı (LFL) :
Belirli koşullarda yanıcı ve yakıcı gazların homojen karışımında olcu başlatabilecek minimum yanıcı madde konsantrasyonudur.

Azeotrop :
Farklı ucuculuğa sahip maddelerden oluşan karışım olup soğutma cevriminde kullanıldığında, sabit basınc altında buharlaşma ve yoğuşması esnasında hacimsel bileşimi ve doyma sıcaklığı değişmeyen bileşimdir.

Zeotrop :
Farklı ucuculuğa sahip maddelerden oluşan karışım olup soğutma cevriminde kullanıldığında, sabit basınc altında buharlaşma ve yoğuşma esnasında hacimsel bileşimi ve doyma sıcaklığı değişen bileşimdir.

12. Alternatif Soğutucu Akışkanlar
CFC (kloroflorokarbon)’lerin ozon tabakasına olumsuz etkisi, ODP’si sıfır olan alternatif soğutucu akışkanların kullanımını gerektirir. Donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularının ucuz ve yuksek etkinlikte calışmasını sağlayacak iyi ısıl ozelliklere sahip soğutucu akışkanın secilmesi gerekir.

Diğer taraftan soğutucunun, optimum miktarda soğutucu, akışkan ile şarj edilmesi gerekir. Literaturde verilen calışmalarda, donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularında kullanılabilecek alternatif soğutucu akışkanlar olarak, R134a, R407C, R404A, R410A, R407A, R502, R507, R290 (Propan) onerilmiştir [5].

Diğer taraftan GWP etkilerinden dolayı bu soğutucu akışkanlardan ilk altısı geciş donemi akışkanlarıdır. Literaturde uzun donemde kullanılabilecek soğutucu akışkanlar uzerinde de calışmalar yapılmaktadır.

Bu calışma kapsamında ozon tabakasının incelmesine neden olan soğutucu akışkanların yerine yukarıda belirtilen yeni alternatif soğutucu akışkanların tasarlanmasında ilk aşamada soğutucu akışkan secimi yapılmalıdır. Bunun icin buhar sıkıştırmalı soğutma cevriminin termodinamik analizinin yapılması gerekir. Secilen alternatif soğutucu akışkanın gerektirdiği kompresor, soğutma gucu dikkate alınarak secilmelidir. Buharlaştırıcı ve yoğuşturucunun ısı yukleri hesaplandıktan sonra donmuş gıda depolama dolabı ve gıda dondurucusunun secilen soğutucu akışkan ile calışması icin gereken donuşum işlemi yapılarak, soğutucu deneye hazır hale getirilmiştir.

Bu calışma kapsamında incelenen alternatif soğutucu akışkanların genel ozellikleri aşağıda verilmiştir.

R134a soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R134a (CF2CH2F) soğutucu akışkanı; saf bir soğutucudur. Dolayısıyla tek bir bileşimden oluşmuştur ve bir fazda diğerine (orneğin sıvıdan buhara gibi) gecişlerde sıcaklık kaymaları oluşmaz.

Ek 2.1’de P-h diyagramı Ek 1.4’de fiziksel ozellikleri verilen R134a, Fiziksel ozellikleri R12’ye en yakın olan alternatif soğutucu akışkandır. Halen ozon tuketme katsayısı “0” olan ve diğer ozellikleri dikkate alındığında en uygun alternatif soğutucu akışkan olarak onerilmektedir. Arac soğutucuları, ev tipi soğutucular icin en uygun alternatif olarak bilinmektedir.

R134a, yatırım masrafları makul olan ve soğutucu cihazlarda fazla değişiklik gerektirmeden kullanılması mumkun olan bir alternatif soğutucu akışkandır. Duşuk sıcaklık icin cift kademeli sıkıştırma gerekmektedir. R134a, mineral yağlarla uyumlu olmadığından poliester veya poliolalkalin glikol bazlı yağlarla kullanılmalıdır [2].

Ayrıca R134a’nın p-h diyagramı Ek 2.1’de, fiziksel ozellikleri Ek 1.4’de, R134a ve R12 soğutucu akışkanlarının -5°C’deki buharlaşma sıcaklığında termodinamik ozelliklerinin karşılaştırılması Ek 1.6’da R134a ve R12 soğutucu akışkanlarının 40°C’deki yoğuşma sıcaklığında termodinamik ozellikleri Ek 1.7’de, Bu ozellikler soğutucu akışkanların karşılaştırılmasına ve alternatif akışkanların secimine yardımcı olan ozelliklerdir.

R507 soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R507 soğutucu akışkanı, derin dondurucular, buz makineleri vb duşuk sıcaklık uygulamalarında kullanılan, ODP oranı 0,33 olan R502 soğutucu akışkanına alternatif olarak geliştirilmiştir. R125 ile R143a’nın karışımıdır. Ağırlık olarak karışım oranları % 50 R125 ve % 50 R143a’dır. ODP oranı sıfırdır. Karışım icinde R143a’nın bulunması, kuresel ısıtma potansiyeline neden olmaktadır.

R507 soğutucu akışkanı ile calışacak soğutucularda poliester yağlama maddeleri kullanılmalıdır. Bir cok kompresor ureticisi ozel poliester yağlama maddelerini tavsiye etmektedir. R507 soğutucu akışkanı, zehirlilik acısından her turlu uygulamada guvenle kullanılabilmektedir. Yuksek yoğunlukta R507 buharı solunması halinde kalp duzensizlikleri ve muhtemelen kalp krizine yol acabilmektedir. Cevre sıcaklığında ve atmosfer basıncında yazıcı değildir. Ancak yuksek basınc ve sıcaklıklarda hava ile karışması halinde yanıcı olabilir, tutuşabilirliği yoktur [6].

R404A soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R404A soğutucu akışkanı, R125, R134a ve R143a soğutucu akışkanlarından oluşmuştur. Ağırlıkca % 44 R125, % 4 R134a ve % 52 R143a soğutucu akışkanlarından oluşmaktadır. ODP oranı sıfırdır. Yapısında R143a bulunduğundan yuksek kuresel ısıtma potansiyeline sahiptir. R502 ve R22 soğutucu akışkanlarına alternatif olarak geliştirilmiştir. Genel olarak super market soğutucuları gibi duşuk ve orta duzeyde buharlaştırıcı sıcaklığı gerektiren uygulamalar icin duşunulmektedir[2]. R404A soğutucu akışkanının ısıl performansı ve kritik sıcaklığı R502 soğutucu akışkanına cok yakındır. Hava soğutmalı sistemlerde yoğuşma sıcaklığının R22’den daha yuksek ve kritik sıcaklığının daha duşuk olması R404A’nın bir dezavantajıdır. Aynı calışma şartlarında hacimsel kapasitesi R22 soğutucu akışkanından daha yuksek, performans katsayısı ise daha duşuktur.

R290 soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R290 soğutucu akışkanı hidrokarbonlar sınıfına giren doğal soğutucu akışkandır. ODP oranı sıfır olup sera etkisi cok duşuktur. Bu ozellikleri sebebiyle R502, R22 ve R12 soğutucu akışkanları icin onemli bir alternatiftir.

Yanıcılık ozelliği ve solunum gucluğu yaratması nedeniyle kullanım alanı oldukca kısıtlıdır. R12 ile kullanılan yağlara uyum gostermektedir. Ucuz ve kolay temin edilebilir olmasının yanı sıra hacimsel soğutma kapasitesinin R12 soğutucu akışkanına gore daha yuksek olması onemli bir avantajıdır.

R410A soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R410A soğutucu akışkanı, R32 ve R125 karışımlarından oluşan yarı-azeotropik ozellikleri taşır. Molekul ağırlığının % 50’sini R32, diğer % 50 sini R125 soğutucu akışkanı oluşturur. Yarı-azeotropik karışım olmasından dolayı, sıcaklık kaymaları (glide) onemli değildir. Ancak R410A soğutucu akışkanı R22’ye gore daha yuksek basınclarında calışır. Bugune kadar yapılan deneylerden, R410A alternatif soğutucu akışkanı, R22’nin teorik ozellikleri elde edilememesine rağmen, termik alışveriş ozelliklerinin, coğu tesislerde daha ustun olduğu gorulmuştur. R410A alternatif soğutucu akışkanının kullanılması durumunda soğutma devresi ve makineler buyuk oranda tekrar duzenlenmelidir. Avantajları ise şunlardır; Bu soğutucu akışkanlar daha yoğun, daha buyuk calışma basınclı ve daha buyuk termik alışveriş kapasiteli olduklarından, soğutucunun elemanlarının ebadını kucultme imkanını sağlar ve ozelliklede R22’nin soğutma kapasitesine gore % 50 – 60 arasında artış sağlar.

Soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R407A soğutucu akışkanı, ozon tuketme potansiyeli (ODP) “O” olan alternatif soğutucu akışkan olup, ağırlıkca bileşimini sırasıyla R32, R125 ve R134a soğutucu akışkanları oluşturmaktadır. Yuzde olarak da R32 % 20, R125 % 40 ve R134a % 40’nı oluşturur. Bu soğutucu akışkan duşuk ve orta sıcaklıklarda kullanılan ve poliester bazlı yağlarla uyum sağlayan alternatif bir soğutucu akışkandır.

3.3.7. R502 soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R502 soğutucu akışkanı, Montreal protokolu kapsamında uretimi ve kullanımı yasaklanan veya kısıtlamaya tabi tutulan bir soğutucu akışkandır. Atmosferik basıncta kaynama sıcaklığı – 45°C dir. R502’nin ozellikle duşuk sıcaklıklarda soğutma etkisi buyuktur. Ağırlıkca bileşimi R115 ve R22’den oluşmakta olup, yuzde olarak % 51,2 R115 ve % 48,8 R22’den oluşmaktadır. En cok kullanıldığı alan soğuk taşımacılık ve ticari soğutuculardır.

3. R407C soğutucu akışkanı ve ısıl ozellikleri
R407C soğutucu akışkanı, karışım olarak R32, R125 ve R134a’den oluşmakta olup, yuzde olarak % 23 R32, % 25 R125 ve % 52’de 134a’dan oluşur. Montreal protokolu kapsamında kullanımı yasaklanan veya kısıtlamaya tabi tutulan soğutucu akışkanlara alternatif akışkandır.

Mutfak Tipi soğutucu icin akışkan secimi
Bu bolumde derin dondurucular icin alternatif soğutucu akışkanlar kullanılarak buhar sıkıştırmalı soğutucunun termodinamik analizi gercekleştirilmiştir. Analizde kullanılan buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin calışma parametreleri Cizelge 4.1’de verilmiştir. R134a, R404A, R407A, R407C, R410A, R502, R507 ve R290 (Propan), buhar sıkıştırmalı soğutma cevrimi icin alternatif akışkanlar olarak secilmiş ve bu soğutucu akışkanlar icin soğutma cevriminin termodinamik analizi yapılmıştır. Farklı alternatif soğutucu akışkanlar ve yoğuşturucu sıcaklıkları icin, cevrimin basınc oranı, kompresor gucu, soğutucu akışkan kutle debisi, soğutucunun etkinlik katsayısı, yoğuşturucu ısı kapasitesi ile alternatif soğutucu akışkanların etkinlik katsayılarının R12 ve R22'nin etkinlik katsayısına oranının buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi hesaplanmış ve karşılaştırılmıştır.

Cizelge 4.1. Soğutma cevriminin analizinde kullanılan calışma parametreleri.

Soğutma yuku 500 W
Buharlaştırıcı sıcaklığı calışma aralığı - 40 oC - 0 oC
Aşırı soğutma sıcaklık farkı 10 oC
Aşırı ısıtma sıcaklık farkı 4 oC
Kompresor verimi 0,7
Yoğuşturucu sıcaklığı 40 oC
Emme borusu basınc kaybı 0,02 bar
Basma hattı basınc kaybı 0,01 bar
Alternatif soğutucu akışkanlar R134a, R290, R404A, R407A, R410A, R507, R407C

500 W soğutma yuku ve 40 oC yoğuşturucu sıcaklığında buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin farklı alternatif akışkanlar icin Pr basınc oranının, buharlaştırıcı sıcaklığı ile değişimi Şekil 4.1'de verilmiştir. Buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin basınc oranı, Py yoğuşturucu basıncının, Pb buharlaştırıcı basıncına oranı olarak tanımlanmıştır. Soğutucu akışkanlarda duşuk basınc oranı istenilen bir ozelliktir.

Şekil 4.1’de gorulduğu gibi R 134a basınc oranı en yuksek ve R290 (Propan) basınc oranı en duşuk olan soğutucu akı