Sitemize reklam vermek için [email protected] adresine mail atabilirsiniz
For Advertising Contact turk[email protected]


Mutfak Tİpİ Buhar SikiŞtirmali SoĞutma Sİstemİnİn Tasarimi

Hakan811

Level 6
TM Üye
Üye
Ticaret - 0%
0   0   0
Katılım
3 Şub 2009
Konular
926
Mesajlar
1,426
Beğeniler
31
MmoLira
0
DevLira
0
#1
ALTERNATİF SOĞUTUCU AKIŞKAN KULLANILARAK MUTFAK
TİPİ BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMİNİN TASARIMI

1. Soğutucunun özellikleri.
2. Soğutma yükünün hesaplanması
3. Soğutucu akışkanın seçimi.
4. Kompresör seçimi
5. Kılcal boru boyunun hesaplanması.
6. Soğutucunun gürültü düzeyi.
7. Soğutucunun defrost sistemi.
8. Soğutucunun yalıtımı.
9. Evaporatör boyutlarının belirlenmesi.
10.Condenser boyutlarının belirlenmesi.


1. Soğutucunun özellikleri
Bu çalışmada, mutfaklarda kullanılacak ozon tabakasını etkilemeyecek alternatif soğutucu akışkan ile çalışan 400 litre hacminde bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin tasarımı gerçekleştirilecektir. Soğutma gücü düşük, genleşme valfi yerine kılcal boru kullanılan bir buharlaştırıcı sıcaklıkları uygulamaya göre 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 ihtiyaç vardır: a) Soğutucunun kullanılacağı ortam, soğutucunun kullanılma amacı ve soğutucunun soğutma kapasitesi

Soğutucunun kullanılacağı ortama göre çevre sıcaklığı, soğutucunun kullanım amacına göre soğutucu iç ortam sıcaklığı belirlenir. Bunlara ilave olarak soğutucunun büyüklüğü de bilinirse, bir soğutma sisteminin tasarımında ilk aşama olan soğutma yükü hesaplanabilir. Daha sonra, bu soğutma yükünü sağlayacak sistemin tasarımı yapılabilir. Belirlenen soğutma yükünü sağlayacak buharlaştırıcının, kompresörün, yoğuşturucunun kapasitelerinin ve kılcal boru uzunluğunun hesaplanması gerekir.
























Şekil 2.1. Soğutma sisteminin şematik görünümü .


Bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde, düşük sıcaklıktaki bir ortamdan çekilen ısı, daha yüksek sıcaklıktaki bir ortama atılır. Bunun için, bir soğutucu akışkan soğutma sisteminde dolaşır. Bu sırada, soğutucu akışkan bir seri işleme tabi tutulur. Bu işlemler serisi, çevrim olarak bilinir. Çevrim esnasında soğutucu akışkan faz değiştirir ve soğutucu akışkanın sistem içerisinde dolaşımı kompresör ile sağlanır. Bu soğutma çevrimi buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi olarak bilinir ve yaygın olarak kullanılır. Bir ideal buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin şematik görünümü Şekil 2.1’de verilmiştir. Çevrim dört temel işlemden oluşur:

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

İdeal Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde, soğutucu akışkan kompresöre 1 noktasında doymuş buhar olarak girer ve izentropik olarak yoğuşturucu basıncına kadar sıkıştırılır. Sıkıştırma sürecinde soğutucu akışkanın sıcaklığı ve basıncı çevre sıcaklığının ve basıncının üzerine çıkar ve soğutucu akışkan 2 noktasında kızgın buhar durumunda yoğuşturucuya girer, 3 noktasında doymuş sıvı durumunda yoğuşturucudan çıkar. Yoğuşma sırasında akışkandan çevreye ısı geçişi olur. Doymuş sıvı durumundaki soğutucu akışkan genleşme vanası veya kılcal borulardan geçirilerek buharlaştırıcı basıncına düşürülür. Bu esnada soğutucu akışkanın sıcaklığı soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya 4 noktasında sıvı-buhar karışımı olarak girer ve buharlaştırıcıdan doymuş buhar durumunda çıkar ve kompresöre girerek çevrim tamamlanır.

Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, basıncın düşmesine sebep olan akış sürtünmesi ve çevre ile olan ısı alışverişi nedeni ile ideal çevrimden farklıdır. Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin T-s diyagramı Şekil 2.2’de verilmiştir.

Gerçek buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin hal değişimleri aşağıdaki şekilde gerçekleşir.

a) Kompresörde sıkıştırma süreci (1-2).
b) Kompresörün basma hattındaki basınç kaybı (2-3).
c) Yoğuşturucudan çevreye sabit basınçta ısı geçişi (3-4).
d) Alt soğutma (4-5)
e) Kısılma vanasında basıncın düşmesi (5-6).
f) Buharlaştırıcıdan akışkana sabit basınçta ısı geçişi (6-7).
g) Kompresörün emme hattındaki basınç kaybı (7-1).

İdeal çevrimde, soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar halinde girer. Uygulamada ise soğutucu akışkanın hal değişimi hassas bir şekilde kontrol edilemediğinden, soğutucu akışkanın kompresöre kızgın buhar halinde girmesi sağlanacak şekilde sistem tasarlanır. Kompresör ile buharlaştırıcı arasındaki bağlantının genellikle uzun olması, akış sürtünmesi nedeni ile basınç düşmesine yol açar. Ayrıca çevreden soğutucu akışkana ısı geçişi olur. Tüm bu etkiler soğutucu akışkanın özgül hacminin artmasına neden olur. Sürekli akış işi, özgül hacimle doğru orantılı olduğundan kompresör işi’de buna bağlı olarak da artar.

İdeal çevrimde, sıkıştırma işlemi izentropiktir. Gerçek çevrimde ise akış sürtünmesi ve ısı geçişi entropiyi etkiler. Akış sürtünmesi entropiyi artırırken, ısı geçişi hangi yönde olduğuna bağlı olarak entropiyi artırır veya azaltır.

İdeal çevrimde, soğutucu akışkan yoğuşturucudan, kompresör çıkış basıncında ve doymuş sıvı olarak çıkar. Gerçek çevrimde ise kompresör çıkışı ile kısılma vanası girişi arasında bir basınç düşmesi vardır. Akışkanın kısılma vanasına girmeden önce tümüyle sıvı halde olması için soğutucu akışkan aşırı soğutulur.

Bu durumda soğutucu akışkan buharlaştırıcıya daha düşük bir entalpide girer ve buna bağlı olarak ortamdan daha çok ısı çekilebilir. Kısılma vanası ile buharlaştırıcı birbirine çok yakın olduğundan aradaki basınç kaybı küçüktür.


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

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

a. Soğutulan ortamı çevreleyen yüzeylerden soğutucuya olan ısı aktarımı:

Q = AUDT (1)

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

Toplam ısı aktarım katsayısı: U çeper ve yalıtım malzemesinin kalınlığına ve çeperde kullanılan malzemelerin cinsine bağlıdır. Çeper malzemelerinin ısı iletim katsayıları ile dış ve iç yüzeylerdeki taşınım aktarım katsayıları U’nun hesaplanmasında kullanılır. Tasarlanan buhar sıkıştırmalı soğutucunun şematik görünümü Şekil 1’de verilmiştir.


Soğutulan ortamda olan maddelerin ortam sıcaklığına gelinceye kadar yaydıkları ısıdır. Sıcaklığı dolap iç sıcaklığından daha yüksek bir ürün, dolap içine konulduğunda, bu ürün dolap içi sıcaklığına gelinceye kadar, dolap içinde ısı yayar. Diğer taraftan dolaba konulan ürün bir başka soğutucudan alınarak dolaba konulursa, ters yönde bir ısı geçişi olur.

Dondurulmuş ürün, dolap sıcaklığına ulaşıncaya kadar soğutulan ortamdan ısı çeker. Dolap iç sıcaklığı ürünün donma sıcaklığının üstünde bir sıcaklıkta ise, ürün dolaba konulduğunda yaydığı ısı, soğuk ortamın sıcaklığına, giriş sıcaklığına, ürünün kütlesine ve özgül ısısına bağlıdır ve aşağıdaki bağıntıdan hesaplanabilir.

Q = mC.DT (2)

Bu bağıntıda Q ürün ısısı, m ürünün kütlesi, C ürünün özgül ısısı ve DT: ürün ile soğutucu iç sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkıdır. Eğer soğutucu iç ortam sıcaklığı ürünün donma sıcaklığının altında ise, ürün ısısı hesaplanırken donma ısısının da göz önüne alınması gerekir. Donma ısısı

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

bağıntısı kullanılarak hesaplanır.

Ürün ısısı hesaplanırken, FORTRAN dilinde yazılmış olan bilgisayar programıyla hesaplama yapılmıştır. Derin dondurucunun tasarımında, soğutma yükü hesaplanırken, vişne, çilek, et, kiraz, bezelye derin dondurucuda ürün olarak düşünülmüştür. Bu bilgisayar programı

İnfiltrasyon ısı kazancı, soğutulan ortamın kapılarının açılıp kapanması sırasında dışarıdan soğutucuya giren havanın taşıdığı ısı enerjisidir. Birçok uygulamada bunu hassas olarak hesaplamak oldukça zordur. Bu yolla soğutulan ortama giren enerji soğutma yükünün önemli bir kısmını oluşturur. Tasarımını yaptığımız derin dondurucunun bir günde en fazla 50 defa açılıp 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 iç ortam havasının yoğunluğu, hi iç ortam havasının entalpisidir. Hava değişimi, soğutucunun içindeki havanın günde kaç defa dış ortam havasıyla değiştiğini gösterir. Bu sayı, önemli ölçüde, kullanıcının tutumu ve uygulamaya bağlıdır. Tasarımda bu sayı maksimum değer alınarak hesaplama yapılmalıdır.


3. Soğutucu akışkanın seçimi
Türkiye’de imal edilen donmuş gıda depolama dolapları ve gıda dondurucularında çalışma akışkanı olarak ozon tabakasına zarar veren R12 ve R22 soğutucu akışkanlar kullanılmaktadır. R12 ve R22’den alternatif soğutucu akışkanlar kullanılarak derin dondurucu için dönüşüm (retrofit) yapılırken R134a ve R407C soğutucu akışkanların en uygun alternatif soğutucu akışkanlar olduğu belirlenmiştir. Dönüşümü yapılacak olan derin dondurucuda R134a alternatif akışkanı kullanılacaktır.
Çizelge 5.1. Tasarımı yapılacak 400 Litre hacmindeki mutfak tipi
soğutucunun özellikleri.

Brüt hacim (lt) 400
Net hacim (lt) 104
İç ölçüler (mm) 445x445x520
Dış ölçüler (mm) 570x610x360
Emme borusu dış çapı (mm) 6,35
Emme borusu iç çapı (mm) 4,93
Basma borusu dış çapı (mm) 6,35
Basma borusu iç çapı (mm) 4,93
Kılcal boru dış çapı (mm) 2
Kılcal boru iç çapı (mm) 0,8
Soğutucu akışkan R 134a
Akışkan miktarı 0,110 kg
Enerji sarfiyatı 1,1 Kwh/24h
Donma kapasitesi 6 kg/24h
Kompresör gücü 1/8 Hp
Kompresör Tipi AZ78A LRA: 7.2
Elektrik Özellikler 220 volt 50 Hz-130 W 0,35A
 
Üst