bildiri kaskad.pdf

7/16/2019 Bildiri kaskad.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/bildiri-kaskadpdf 1/315

I.SOĞUTMA TEKNOLOJİLER İ SEMPOZYUMU, 9-12 EK İM 2008, İZMİR

1

DİZİNOTURUM I : ISI POMPALARI

Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistemi Uygulamalar……………………………………………… 5 Ebru HANCIOĞ LU – AR İ F HEPBAŞ LI

Düşük Sıcaklıklı Jeotermal Kaynakların Yer Kaynaklı Isı Pompalarında Isıtmada ve Soğutmada Kullanımı veUygulamaları…………………………………………………………………………………........... 12

Korhan ALTINKAYA - Özlem ÇET İ N

Aile Tipi Hava Kaynaklı Isı Pompalı Su Isıtıcısı Termodinamik Analizi ve Tasarımı………… 19 Bülent Orhan – Ali GÜNGÖR

OTURUM II : SOĞUTMA TEKNOLOJİLER İ

Kanatlı Borulu Tip Hava Soğutmalı Kondenserlerde Enerji Verimliliğine Etki Eden Faktörler… 31 Hasan ACÜL

Soğutmada Enerji Tasarrufuna Yönelik Mekanik ve Elektronik Uygulamalar………………… 41 K ıvanç ARSLANTAŞ

Tezgah Seviyesi Tipi Bir Buzdolabı İçerisindeki Isı Aktarımı Ve Ak ışın Deneysel……………… 46ve Sayısal Olarak İncelenmesi

Ziya Haktan KARADEN İ Z - Dilek KUMLUTAŞ - Mete ÖZ Ş EN

OTURUM III : AKIŞKANLAR

Nano Parçacıklı Ak ışkanlar : Soğutma Teknolojilerinde Yeni Bir Açılım………………………. 53 Mehmet Fevzi KÖSEOĞ LU – Mehmet ORHAN

Alternatif Doğal Soğutkanların Genel Değerlendirilmesi………………………………………… 58

Hüseyin PEHL İ VAN – Kadir İ SA

R-12 ve R-500 Soğutucu Ak ışkanlara Alternatif Ak ışkanların Performans Değerlendirilmesi.. 62 Ahmet COŞ KUN – Tansel KOYUN – Ali BOLATTÜRK

Kübik Şerit ve B Şerit Eğri Uydurma Yöntemiyle Soğutucu Ak ışkanlarının DoymaTermofiziksel Özelliklerinin Hesaplanması………………………………………………………… 69

M. Turhan ÇOBAN

OTURUM IV : SPLİT KLİMALAR

Split Klima Arıza Simülatörü……………………………………………………………………….. 81 Erdo ğ an Şİ M Ş EK – Mehmet B İ LG İ L İ – Yusuf POLAT – Be şir Ş AH İ N

Duvar Tipi Split Klimanın Elektronik Kartları, Arızaları ve Çözüm Yöntemleri……………… 89 Erdo ğ an Şİ M Ş EK – Mehmet Bilgili – Yusuf POLAT – Be şir Ş AH İ N

Farklı Fin Aralıklarına Sahip Kondenserli Split Klimaların Performans Testleri……………… 97 İ smail EKMEKÇ İ – Ender ERDOĞ AN – Kadir İ SA

OTURUM V : KONTROL, TASARRUF ve YÖNETMELİKLER

İks Sektöründe F Gaz İle Otim Yönetmelikleri Çerçevesinde Yeterlilik Ve SertifikasyonGereklilikleri……………………………………………………………………………………....... 106

Kadir İ SA – İ smail EKMEKÇ İ Merkezi Yönetim Sistemi Yazılımı İle Soğutma Otomasyonu.....................…………………….. 111

Mr. Maurizio ZAGO – N. Güray Ş ENOL




2

OTURUM VI: İKLİMLENDİRME

Buz Depolamalı Bir İklimlendirme Sisteminin Şarj ve Deşarj Performansının Değerlendirilmesi… 120 Ahmet FERTELL İ – Orhan BÜYÜKALACA – Tuncay YILMAZ

Yer Kaynaklı Isı Pompaları İçin Toprak Sıcaklıklarının Belirlenmesi………………………………. 128Tuncay YILMAZ – Alper YILMAZ – Arif ÖZBEK – Orhan BÜYÜKALACA

Klimada Konforve Sağlıksız Bina Sendromu…………………………………………………………… 137

Veli DOĞ AN

Hava Soğutmalı Kondenserli Bir Soğuksu Üretim Grubunda Dış Sıcaklıkların Değişiminin Sistemin Kapasite veEtkinliğine Etkisinin Değerlendirilmesi…………………………………………………………..……... 151Serkan SUNU – Serhan KÜÇÜKA

OTURUM VII: SİSTEM TERMODİNAMİĞİ

Buhar Sık ıştırmalı Kaskat Soğutma Sisteminin Elemanlarının Tersinmezlik Analizi……………… 165 Ali KILIÇARSLAN – M. HOŞ ÖZ

Yatay Konumdaki Buharlaştırıcılarda Basınç Kaplarını Hesaplamak İçin Kullanılan Metodların GerçekliğininFarklı Soğutucu Ak ışkanlara ve Çalışma Şartlarına Göre K ıyaslanması……………………………. 174Gökhan ARSLAN – Nurdil ESK İ N

K ısmi Devamlı Fonksiyonlar Kullanarak Soğutucu Ak ışkanların Doyma Basınç Eğrilerinin Hassas Olarak Oluşturulması…………………………………………………………………………………………..... 183 M. Turhan ÇOBAN

Ejektör Kullanarak Bir Buhar Sık ıştırmalı Soğutma Sisteminin Performansının İyileştirilmesi… 193 Nagihan B İ L İ R – H. Kür şad ERSOY

Buzdolaplarında Kullanılar Buhar Sık ıştırmalı Soğutma Çevrimlerinin Ekserji Analizi İleİncelenmesi………………………………………………………………………………………………. 205 A. Bilgen ETK İ N – Yunus ÇERÇ İ

OTURUM VIII: ADSORPSİYONLU ve ADSORPSİYONLU SİSTEMLER

Adsorpsiyonlu Soğutma Teknolojisi ve Enerji Analizi…………………………………………………. 220Gökhan GÜRLEK – Abdullah YILDIZ – Ali GÜNGÖR

Adsorpsiyonlu Isı Pompaları Adsorbent Yatağının Tasarımı…………………………………………. 227Gamze GED İ Z İ LD İŞ – Mohgtada MOBED İ – Semra Ülkü

Libr H20 Ak ışkan Çifti İle Çalışan Absorbsiyonlu Buhar Sık ıştırmalı (Kaskad) Soğutma

Sisteminin Analizi…………………………………………………………………………………………. 236Canan C İ M Şİ T – İ . Tekin ÖZTÜRK

Desisif Bir İklimlendirme Sisteminin Psikrometrik Analizi……………………………………………. 248 Ertaç HÜRDOĞ AN – Orhan BÜYÜKALACA – Tuncay YILMAZ – Osman KARA

OTURUM IX: GIDA UYGULAMALARI

Meyve ve Sebzelerin Soğukta Depolonmasında Temel İlkeler…………………………………………. 258

Fikret PAZIR – O. ÖZD İ K İ C İ LER

Iceberg Marulun Vakum Altında Soğutulması…………………………………………………………. 262

H. Mutlu ÖZTÜRK – H. Kemal ÖZTÜRK




3

Muzlarda Raf Ömrünün Uzatılması İçin Zeolitle BirliktePaketlemenin Ürünün Kalite Özelliklerine EtkisininEtkisinin İncelenmesi……………………………………………………………………………………. 270Vildan KÜÇÜK – Safiye Nur D İ R İ M

OTURUM X: GIDA UYGULAMALARI II

Hasat Sonrası Ön Soğutma ve Soğuk Depolama Tasarım Parametleri………………………………. 279 Turan ERKAN Bazı Sebzelerin Özgül Isılarının Sıcaklığa Bağlı Olarak Değişiminin İncelenmesi…………………. 286Seher KUYUMCUOĞ LU – Ş ebnem TAVMAN

Gıda Muhafazasında BRC Standardındaki Gelişmeler………………………………………………. 292 Hakan SEMERC İ

YAZARLAR DİZİNİ................................................................................................................................ 301




4

OTURUM I

ISI POMPALARI

Toprak Kaynaklı Isı Pompası Sistemi Uygulamalar Ebru HANCIOĞ LU – AR İ F HEPBAŞ LI

Düşük Sıcaklıklı Jeotermal Kaynakların Yer Kaynaklı Isı Pompalarında Isıtmada ve Soğutmada Kullanımı veUygulamaları

Korhan ALTINKAYA - Özlem ÇET İ N

Aile Tipi Hava Kaynaklı Isı Pompalı Su Isıtıcısı Termodinamik Analizi ve Tasarımı Bülent Orhan – Prof. Dr. Ali GÜNGÖR




5

TOPRAK KAYNAKLI ISI POMPASI SİSTEMİ UYGULAMALARI

Ebru Hancıo ğ lu*, Arif Hepbaşl ı**

*Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü, İ ZM İ R** İ zmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü Jeotermal Enerji Ara şt ırma ve Uygulama Merkezi, İ ZM İ R

ebrukuzgunkaya@ iyte.edu.tr, arifhepbasli@ ege.edu.tr

ÖZET

Isı pompalı sistemler, enerji verimli sistemlerdir. Bu çalışmada, iki farklı uygulama; soğutma vekurutma uygulamalar ı ele alınmıştır. Birinci uygulamada, bir hacmin toprak kaynaklı ısı pompası (TKIP) ile soğutulmasının performansının incelendi. İkinci uygulama ise, TKIP’lı bir kurutmakabininde defne yapraklar ının tek katmanlı kurutma işleminin ve bileşenleri ile birlikte tüm

TKIP’sı sisteminin enerji analizi yapıldı. Bu sistem, İzmir/Türkiye’deki, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde, tasarlandı, kuruldu ve test edildi. TKIP cihazı ve tüm sistem için etkikatsayısı (EK) değerleri, sırasıyla, 1,63-2,88 ve 1,45-2,65 aralığında bulunurken, sistem bazındaözgül nem çekme oranı 0,122 kg/kWh olarak elde edildi.

Anahtar Sözcükler: Etki Katsayısı, Soğutma, Kurutma, Özgül nem çekme oranı (ÖNCO),toprak kaynaklı ısı pompası.

1. GİR İŞ

Ülkemiz jeotermal enerji potansiyeli bak ımından, dünyanın en zengin ülkelerinden biridir. Bununla beraber, potansiyelimizin çok az bir k ısmı, yaklaşık olarak % 3’ü kullanılmaktadır. Ülkemizde, aynı zamanda düşük sıcaklıkta jeotermal kaynaklar da mevcuttur. Ayr ıca, ülkemiz bitki çeşitliliği bak ımından dünyanın sayılı birkaç ülkesi arasındayer almaktadır. Yeni teknolojilerin, kalite, enerji ve çevre konular ında son düzenlemelere uymayan proseslerin yerinialması beklenmektedir.

Toprak kaynaklı ısı pompalar ı, enerji verimli ekipmanlardır. Isı pompalar ı çalışma sırasında, performans katsayılar ınınyüksek olmasından dolayı daha az enerjiye ihtiyaç duyarlar. Dolayısıyla elde edilen enerjinin sarf edilenden dahayüksek olması ile, enerji tasarrufu sağlarlar. Bu nedenle ısı pompalar ı hem kullanıcıya hem de ülke ekonomisine büyük katk ı sağlarlar.

Kurutma, sanayide oldukça yaygın kullanılan enerji yoğun işlemlerden biridir. Çoğu sanayileşmiş ülkede, kurutmadakullanılan enerjinin payı, ülkenin sanayide tükettiği enerjinin % 7-15 arasında olup, çoğunlukla ısıl verimi % 25’den %

50’ ye kadar değişir [1,2]. Bu değerler, kurutucunun seçiminde önemli rol oynayan gıda ürününün kurutmakarakteristiklerine göre farklılık göstermekte olup, kurutma işlemlerinde enerji tasarrufuna odaklanılmasının açık birer göstergesidir.

Kurutma, belki de en çok enerji yoğun proseslerden biridir. Tahminler; odun ürünleri imalatında toplam enerjinin %70’inden fazlasının, tekstil ürünleri imalatında toplam enerjinin % 50’sinin ve buğday, mısır gibi tar ım ürünlerindekitoplam enerji ihtiyacının % 60’ından fazlasının kurutma prosesinde tüketildiğini göstermektedir. Bu değerler,yürütülecek olan enerji verimliliği çalışmalar ının önemini açıkça göstermektedir. 1980’lerden beri, enerji fiyatlar ındakiartış, kirlilik üzerine yasal düzenlemeler, çalışma koşullar ı ve emniyet ihtiyaçlar ı gittikçe sık ılaşmaktadır. Bu ihtiyaçlar ı ve enerji tüketimini kar şılamak için, kurutma metotlar ı ve kurutucu tasar ımı ile ilgili yeni teknolojilerin kullanılması gerekmektedir.

Isı pompalı kurutucular, kurutucudan çıkan ak ışkan veya gazdan, enerjinin geri alımına izin vermesinden dolayı enerji-

verimli kurutma ekipmanıdır. Çok değişik ısı geri kazanım uygulamalar ı söz konusudur. Bu bağlamda, kurutucudan




6

çıkan sıcaklığın veya nemli havanın ısıl enerjisinin, dışar ı atılması yerine, tekrar ısı pompasında kullanılmasıyla enerjitasarrufu sağlanmış olunur.

Isı pompalı kurutucu (IPK), alışıla gelmiş sıcak havalı kurutucular ile k ıyaslandığı zaman, daha yüksek enerji verimini,daha iyi kalitede tutmayı ve çevre koşullar ından bağımsız olarak işletilebilmeyi sağlar. Ayr ıca, enerji yoğun bir işlemolan kurutmada, iyileştirmenin yapılabilmesi için araştırma ve geliştirme çalışmalar ı gereklidir. Ancak, bu teknolojinin

ülkemiz sanayisinde uygulaması, diğer ısı pompası sistemlerinde olduğu gibi, pek yaygın olmayı p, sınırlı sayıdadır [3].

Yukar ıdaki açıklamalardan, IPK’nun hibrit bir kurutma sistemi olduğu açıkça görülmektedir. Başka bir deyişle, IPK;ısı pompası ve kurutucu olmak üzere, iki mühendislik sisteminin kombinasyonundan oluşur. Isı pompası desteklikurutmayla, düşük enerji tüketilerek, daha iyi ürün kalitesinin sağlanması için kontrol edilebilir bir kurutma ortamı (sıcaklık ve nem) sağlanır [4].

Bu çalışmada, ısı pompasının hem soğutmada hem de kurutmada kullanılan enerji verimliliği kavramlar ı sunularak,enerji verimliliği hesaplanmıştır.

2. SİSTEM TANITIMI

Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü’nde daha önce yüksek lisans tezi kapsamında taban alanı 65 m2, ısıtma

kapasitesi 3,8 kW ve soğutma kapasitesi 4,2 kW olan bir dersliğin, TKIPsı ile ısıtılması/soğutulması amaçlanmış vetoprak kaynaklı ısı pompalı bir sistem kurulmuştur. Bu konuda değişik çalışmalar yapılmıştır. Doktora tezi kapsamında bu düzeneğe bir kurutma kabini eklenerek kurutma amaçlı olarak çalıştır ılması öngörülmüştür [5]. TKIP sisteminısıtma kapasitesi 3,8 kW olduğu için TKIPK sistemi ona göre tasarlanmıştır. Ülkemizde giderek artan kurutma

proseslerine ihtiyaç göz önüne alınarak, kurutma işlemlerinin yoğun enerji kullanımı ve ısı pompalar ının enerjitasarrufu özellikleri birleştirilerek kurutma işlemlerinde enerji tasarrufu sağlanması amaçlanmaktadır

Toprak kaynaklı ısı pompalı kurutma sistemi, üç üniteden oluşmaktadır: (a) ısı pompası devresi, (b) toprak ısı değiştiricisi devresi ve (c) kurutma kabini. Sistemin şematik gösterimi Şekil 1’de ve gösterilmiştir.

(a) Isı pompası devresi: İki adet plakalı ısı değiştiricisi, dört yollu vana, selenoid vana ve k ılcal borudan oluşmaktadır.Soğutucu ak ışkan olarak R-22’nin kullanıldığı sistemde, ölçüm yapmak amacıyla, kompresörün emme ve basmahattına birer manometre konulmuştur.

(b) Toprak ısı değiştirici devresi: Toprak altına düşey olarak yerleştirilen 50 m derinliğinde, U-şeklinde 32 mm çapında polietilen borudan oluşmaktadır. Antifiriz-su kar ışımı (salamura)nın sirkülasyonu için bir pompa, genleşme tank ı, havaalma ve emniyet ventilinden oluşmaktadır. Ölçüm amacıyla; bir adet rotametre, ısı değiştiricisine giren ve çıkan suyunsıcaklıklar ını ölçmek için 2 adet termometre bulunmaktadır.

(c) Kurutucu devresi ve fan-coil devresi: Kabin 1 m x 1 m x m ebatlar ındadır. 0.5 x 1 m ebatlar ında 18 tepsi bulunmaktadır. Yoğuşturucu ve fan kurutma kanalı içine yerleştirilmiştir. Yerleştirilen yoğuşturucu hava soğutmalı tiptir ve çalışma ak ışkanı olarak R-22 ve hava kullanmaktadır. Egsoz havası dışar ı atılmayı p tekrar sisteme kurutmakanalı vasıtasıyla geri gönderilmekte ve böylece ısıdan geri kazanım sağlanmaktadır. Nem ölçer ve sıcaklık ölçerler giriş ve çık ış havalar ını ölçmek amacıyla kanalın giriş ve çık ışlar ına yerleştirilmiştir. Hava debisi orifizmetre ileölçülmektedir.

(d) Fan-coil devresi: İki adet fan-coil ve sirkülasyon pompasından oluşmuştur. Devrede dolaşan suyun sıcaklığınıntespiti için pompanın giriş ve çık ışına birer termometre konulmuştur.




7

Şekil 1. Sistemin şematik gösterimi[5].

3. PERFORMANS DEĞERLENDİRME

Kütle ve enerji denklikleri, ısı çıktısını ve enerji verimliliklerini bulmak için kullanılmaktadır. Sürekli-hal, sürekli-ak ış olduğu varsayılarak hesaplanmıştır. Sistemde ısı pompası ana sistem olmakta soğutma ve kurutma uygulaması,sistemin kütle ve enerji denklikleri hem ısı pompası hem de kurutma f ır ınına ve soğutma için uygulanarak ikikademede incelenmiştir. Isı pompası dört yolu vana ile sistem çalışması soğutma ve ısıtma olarak ayarlanmaktadır.

3.1 Isı pompasının performansının değerlendirilmesi

Taze

T7, ω7

T8*, ω8

*

T9, ω9

KURUTUCUEksoz Havası

TOPRAK ISI DEĞİŞTİR İCİSİ

Ürün

mü,Tü,hü,

sü,

T8, ω8

T5 T6

ISI POMPASI

c

a

b

FAN-COİL ÜNİTESİ

d

GenişlemeValfi

T1, P1

T2, P2T3, P3

T4, P4

Kompresö

Buharlaştır ıcı-Yoğuşturucu

Dört-yolluvana

Buharlaştır ı

cı-

Buharlaştır ıcı-Yoğuşturucu




8

Toprak kaynaklı ısı pompasının şematik gösterimi, Şekil 2’de verilmiştir. Soğutma ve kurutma uygulamasına göresistem, dört yollu vana ile sistem çalışması ayarlanmaktadır.

Şekil 2. Isı pompal ı sistemin şematik gösterimi

Kütle dengesi

Genel kütle dengesi,

∑∑ = çikan giren mm && (1)

şeklindedir. Burada, m& kütlesel debidir.

Enerji dengesi

Genel enerji dengesi, aşağıdaki gibi gösterilebilir:

∑∑ = çikan giren QQ && (2)

Genel enerji dengesi, daha açık bir şekilde de yazılabilir:

∑∑ +=+ çikançikan giren giren hmW hmQ &&&& (3)

Burada, çikan giren giren ,net Q _ QQQ &&&& == ; net ısı giriş ak ımı ve çikan girençikti ,net W W W W &&&& −== ; net iş çıktı

ak ımıdır.

Enerji dengesi eşitliği, giren enerji terimlerini çıkan enerji terimlerine eşitleyerek yazılır. )hh( m )hh( m çikan giren sçikan giren sa −=− && (4)

IP ünitesinin ( IP EK ) ve tüm IP sisteminin ( sis EK ) enerji-bazlı verimliliği, sırasıyla aşağıda gösterilmiştir:

komp

buh yo ğ IP

W

QveyaQ EK

&

&&

= (5)

veya elektrik girişi terimi yerine,

elek ,komp

buh yo ğ

IP W

QveyaQ

EK &

&&

= (6)

Buharlaştır ıcı-

Yoğuşturucu-

GenleşmeVanası

KompresW




9

ve soğutma istemi için

pompakomp

yo ğ sis

W W

Q EK

&&

&

+= (7)

veya elektriksel terimlerle

elek , pompaelek ,komp

yo ğ sis

W W

Q EK

&&

&

+= (8)

Kurutma sistemi için

fan pompakomp

yo ğ sis

W W W

Q EK

&&&

&

++= veya elektriksel terimlerle, (9)

elek , fanelek , pompaelek ,komp

yo ğ

sis W W W

Q EK

&&&

&

++= (10)

verilmektedir.

Burada,

) /( W W mek ,kompelek ,kompkompelek ,komp ηη= && (11)

) /( W W mek , pompaelek , pompa pompaelek , pompa ηη= && (12)

ve

) /( W W mek , fanelek , fan fanelek , fan ηη= && (13)

olmaktadır.

3.2 Kurutucunun performansının değerlendirilmesi

W W

mÖNÇO

elek , fanelek ,ı sıt ıcı

s&&

&

+= (14)

Burada, sm& , bir saatte alınan suyun miktar ıdır (kg). ÖNÇO değeri bu çalışmada iki farklı kurutucu tipinin

maydanozun kurutulması sırasındaki performanslar ını k ıyaslama amacıyla kullanılmıştır.

4. BULGULAR VE TARTIŞMA

Toprak kaynaklı ısı pompası siteminin iki uygulaması için soğutma ve kurutma olarak iki bölümde incelemiş ve EK veÖNÇO değerleri, Tablo 1’ de özetlenmiştir.

Tablo 1. İncelenen ısı pompasının EK ve ÖNÇO değerleri

TanımEK ÖNÇO

(kg sb/hm2)IP SistemSoğutma 4,71 3,12 -




10

elek 3,39 2,12

Kurutma2,88 2,65 0,0455880

elek 1,63 1,45

Hesaplanan soğutma ve ısıtma kapasitesine göre, ön görülen toprak ısı değiştiricisi boyu, k ış şartı için 106 m ve yaz

şartı için ise; 470 m’dir. Eldeki imkanlar ölçüsünde deney düzeneği için 50 m sondaj yapılarak, 100 m’lik toprak ısı değiştiricisi dikey olarak gömülmüştür. Soğutma mevsimi için, kondenser basıncını düşürmek, yani; toprak ısı değiştiricisine gitmesi gereken enerjiyi atmak dolayısıyla evaparasyon basıncını düşürmek için, sisteme k ızgın buhar soğutucusu konulmuştur.

Evaporasyon sıcaklığı 2 oC sağlanarak fan-coil devresine yaklaşık 8 oC su gönderilmiştir. Fan-coil'de hava üflemesıcaklığı, 15 oC ölçülmüştür. Sistem yeterince çalıştır ıldığında oda sıcaklığı hedeflenen 21 oC 'ye düşürülmüştür.Bu manada hedefe ulaşılmıştır.

Sistemin verimliliği, k ızgın buhar soğutuculu ve k ızgın buhar soğutucusuz olarak incelendiğinde; k ızgın buhar soğutuculu ile yaklaşık 3.1, k ızgın buhar soğutucusuz ise 2.1 olarak tespit edilmiştir. Soğutma için hesaplanan budeğerler ısıtmada daha yüksek çıkacaktır. Sistemde yeterli toprak ısı değiştirici boru boyu ile COP yaklaşık 3 olup, buverimlilik bir ısı pompası için uygun değerdir.

Sistemi k ızgın buhar soğutucusu devreye alınmadan test edilmiş ve toprak ısı değiştiricinin net kapasitesi tespitedilmeye çalışılmıştır. 1800 kg/h debide 2 oC lik bir sıcaklık fark ı elde edilmiştir. Bu sonuçla her bir metreye 84.4 Wısı enerjisi toprağa atılmıştır (84.4 W/m). Bu değer daha önce yapılan denemelerle literatürde verilen değerle aynı, bir çoğundan da daha yüksektir. Dolayısıyla, İzmir şartlar ında toprak ısı değiştiricisinde iyi bir verim elde edilmiştir.

Havadan havaya ısı pompalar ında soğutma için etki katsayısı 2.6 ila 2.8 arasındadır. Bu çalışmada elde edilensonuçlardan görüleceği gibi, toprak kaynaklı ısı pompalar ının SEK’sı 3' ün üzerindedir. Bunun en büyük nedeni toprak altında sıcaklığın mevsimlere göre çok fazla değişkenlik göstermemesidir. Bu çalışmada dış sıcaklık 36 oC iken 50 mdeki toprak sıcaklığı 28 oC civar ında ölçülmüştür. Bu sıcaklık yukar ı çıktıkça bu sıcaklık düşmektedir. Toprak altına

bıraktığımız prob ısı değiştiricisi borusuna hemen bitişik bırak ıldığından yüksek değer okunmuştur. Normal şartlarda bu derinlikte toprak sıcaklığı 15 ila 25 oC arasındadır. Elde edilen ısının atılmasında 25 oC, 36 oC 'ye göre daha iyi bir sıcaklık olduğundan toprak kaynaklı ısı pompalar ı daha verimli çalışmaktadır.

EK değerleri, Eşitlik (5) ve (6) kullanılarak, TKIP kurutma istemi için, sırasıyla 2,65 ve 1,45 olarak bulunurken, IPünitenin EK değerleri, Eşitlik (7) ve (8) kullanılarak, sırasıyla, 2,88 ve 1,63 bulunmuştur.

Hesaplanan ÖNÇO değeri 0,122 bulunmuştur.

Kurutma sistemleri, enerji yoğun sistemlerdir ve ısı pompalı hibrit sistemlerin kullanılması ile enerji tasarrufusağlanmaktadır. Isı pompalı sistemler ile desteklenmelidir.

5. SONUÇ

Bu çalışmada, iki farklı ısı pompası sistemi uygulaması verilmiştir. Bu bağlamda, teorik analiz yapılmış ve deneyselveriye dayalı olarak ele alınan sistemlerin performansı değerlendirilmiştir.

Elde edilen ana sonuçlar aşağıda özetlenmiştir:

a) TKIP soğutma ünitesi için, EK değeri ve elektriksel terimle EK değeri, sırasıyla 4,71 ve 3,12 olarak bulunurken, IPünitenin EK değerleri, sırasıyla, 3,39 ve 2,12 bulunmuştur.

b) TKIP kurutma sistemi için, EK değeri ve elektriksel terimle EK değeri, sırasıyla 2,65 ve 1,45 olarak bulunurken, IPünitenin EK değerleri, sırasıyla, 2,88 ve 1,63 bulunmuştur. Kurutma için ÖNÇO değeri 0,122 bulunmuştur.

c) Toprağın, temiz bir enerji kaynağı olması ve yıl boyunca toprak sıcaklığının sabit kalması, ısı kaynağı olarak, ısı pompalar ında kullanılmasını cazip hale getirmiştir. İlk maliyetin pahalı olmasına rağmen, Avrupa da ve Amerika daçok yaygın olarak kullanılan toprak kaynaklı ısı pompalar ına, ülkemizde de gereken önem verilmelidir. Bu çerçevede,

gerek maliyetlerin düşürülmesi gerekse etki katsayı

sı

nı

n arttı

r ı

lması

konusunda, “Sanayi-Üniversite İş birliği” kurulmalı

ve bu teknolojinin ülkemizde yaygınlaşması sağlanmalıdır.




11

d) Sistemin performansının değerlendirilmesinde, salt enerji analizi yerine, yazarlar taraf ından da başka yerdeyapıldığı gibi, ekserji ve eksergoekonomik analizlerinin de yapılması önerilmektedir.

6. KAYNAKLAR

[1] Dincer, I., Moisture transfer analysis during drying of slab woods, Heat and Mass Transfer, 34:317-320, 1998.

[2] Chua K.J, Mujumdar A.S, Hawlader M.N.A, Chou S.K ve Ho J.C., Batch Drying of Banana Pieces-effect of Stepwise Change in Drying Air Temperature on Drying Kinetics and Product Colour, Food Research International,Sayı: 34, 721-731, 2001.

[3] Ak ın A. ve Hepbaşlı A., Isı Pompal ı Kurutucularla Emisyonlar ın Azalt ılması, III. Temiz Enerji SempozyumuBildiriler Kitabı, Cilt: II, 121-128, 2000.

[4] Prasertsan S. and Saen-saby P., Heat Pump Drying of Agricultural Materials, Drying Technology, 16(1-2), 235-250, 1998.

[5] Hancıoğlu E., Güne ş enerjisi destekli toprak kaynakl ı (jeotermal) ı sı pompal ı bir kurutucunun enerji ve ekserjianalizi, Ege Üniversitesi Güneş Enerjisi Enstitüsü Doktora tezi, 2006.




12

DÜŞÜK SICAKLIKLI JEOTERMAL KAYNAKLARIN YER KAYNAKLI ISIPOMPALARINDA ISITMADA VE SOĞUTMADA KULLANIMI VE UYGULAMALARI

Korhan Alt ı

nkaya, Özlem Çetin ISIMAS A.Ş -Isı Makineleri San. Tic. ve Taah. A.Ş ., İ stanbul

[email protected] , [email protected]

ÖZET

Yer kaynaklı ısı pompalar ının verimi kaynak sıcaklığıyla doğru orantılıdır. Bu çalışmada yer kaynaklı ısı pompalar ıyla düşük sıcaklıklı jeotermal kaynaklar ın kullanımı incelenmektedir.Isıtma durumunda bir ısı pompasının 27 0C jeotermal kaynak suyu sıcaklığında nasıl çalıştığı veilk yatır ımını ne kadar zamanda kar şıladığı uygulanmış bir proje üzerinde incelenerek ortayaçıkar ılmıştır. Bu proje Muğla’ nın Dalaman ilçesinde bulunan bir termal otelde uygulanmış ve iki

yıl süreyle incelenerek çalışma değerleri kayıt altına alınmıştır. Buna göre; düşük sıcaklıklı jeotermal kaynakla ısı pompası kullanımı alternatif yak ıt olan LPG’ ye göre %87,5 işletmetasarrufu sağlamıştır.

Anahtar Kelimeler: Düşük Sıcaklık Jeotermal Kaynak, Isı Pompası

1. GİR İŞ

Yer kaynaklı ısı pompası (YKIP) bundan yaklaşık 10 yıl önce ülkemizde HVAC sektörüne girdi. Isımas A.Ş’ de 2003yılından beri WaterFurnace (USA) marka ısı pompalar ıyla sektörde yer almaktadır. Isı pompasının piyasaya ilk

girişinde her yeni konuda olduğu gibi bir direnç oluşmuş bu direnç artan örnek uygulamalarla ortadan nispetenkalkmıştır.

Bilindiği gibi yer kaynaklı ısı pompası birçok kaynağı kullanarak ısıtma ve soğutma yapabilen sistemlerdir. Isı kaynağı olarak toprak, deniz, göl veya yeraltı suyu kullanıldığı gibi yeraltı jeotermal sularda kaynak olarak kullanılabilir.Sistem konvansiyonel sistemlere göre daha yüksek verim ile çal ışabilmektedir. Bu verimin asıl nedeni, ihtiyaç olanısıyı bir kaynağı (doğal gaz, kömür v.b) harcayarak değil hali hazırda bir yerde bulunan ısı kaynağını ihtiyaç duyulanyere taşımasıdır. Bu sistemde verim kaynak sıcaklığı ile doğru orantılıdır. Sistem, yaşanılan ortamın soğutulması istendiğinde içerideki ısıyı daha soğuk olan kaynağa (ısıl kuyuya) taşır. Bu durumda da ısıl kuyunun soğukluğu sistemverimini belirler. Sistem enerjiyi sadece bir kaynaktaki enerjiyi taşımak için kullandığından dolayı işletmemaliyetlerinde tasarrufludur. İşletme maliyetlerindeki fark ın diğer yak ıtlara göre oldukça büyük olması sistemi cazipk ılan en önemli etken olmuştur. Jeotermal kaynak kullanılması ile elde edilecek işletme maliyetleri kar ı LPG’ ye göreyaklaşık %70-%80 arasında iken soğutmada split klimaya göre %40 karlıdır.

Bu çalışmamızda düşük sıcaklıklı jeotermal kaynağın yer kaynaklı ısı pompasına kaynaklık ettiği ısıtmauygulamalardan birine örnek vermek amacıyla, uygulanmış bir projemize ait bazı bilgiler verilmektedir. Ayr ıca aynı otel için yapılmış jeotermal kaynak ile soğutma çalışması da irdelenmiştir.

2. UYGULAMASI TAMAMLANMIŞ ISITMA SİSTEMİ GENEL TAR İFİ

Uygulama yapılan bina termal sağlık merkezi olarak kullanılan Therme Maris otelidir. Otel Muğla’ nın Dalaman ilçesisınırlar ında bulunmaktadır. Yerden doğal olarak çıkan termal su otel çevresindeki doğal havuzlarda birikmekte vekullanılmaktadır. Kaynak sıcaklığı yaklaşık olarak 270C-300C aralığındadır. 89 otel odası ve villalara sahip otelde;25m2 hamam yerden ısıtmasının ve 2 Adet 18 ton su kapasiteli sağlık havuzunun termal suyu 2 adet 17kW ortalamakapasiteli sudan suya ısı pompası ile ısıtılmaktadır.




13

Şekil 1. Therme Maris SPA & Termal Otel – Dalaman

Sistem yukar ıdaki açıklamadan da görüldüğü gibi verimini öncelikle kaynaktan sağlamaktadır. Bu kaynak proje yerinegöre faklılık gösterebilmektedir. Bu incelemede anlatılan uygulamada da kaynak olarak düşük sıcaklıklı yeraltı (jeotermal su ) suyu kullanılarak, yine kullanım suyu olarak kullanılacak düşük sıcaklıklı yeraltı suyu (jeotermal su)ısıtılmaktadır. Kaynak taraf ı sıcaklığı 270C, yük taraf ında ise istenen sıcaklığın 450C olmasından dolayı ısı pompası ısıtmada ortalama 5,5- 6 COP’ de çalışmaktadır.

Şekil 2. Solda-Kaynak Olarak Kullanılan Termal Havuz, Sa ğ da Isıt ılan Sa ğ l ık Havuzlar ı

Yük taraf ı tesisatı suyun fiziksel özelliklerinden dolayı kapalı devre olarak tatlı su ile yapılmıştır. Kaynak suyu aşır ı mineralli olduğu için ısıtılma durumunda aşır ı tortulaşma meydana gelmektedir. Bu sebepten dolayı ısıtma için kaynak suyu direk olarak cihaz içerisinde dolaştır ılmamakta, havuzlar yerden ve duvardan ısıtma borular ı ile ısıtılmaktadır.Havuz içerisinde ısınmadan dolayı oluşan tortuyu temizlemek için her günün sonunda havuz suyu boşaltılmakta veyeniden doldurularak ısıtılmaktadır.




14

Şekil 3. Sistemin Tesisat Ş eması

Kaynak taraf ı bir plakalı ısı değiştiricisi ile kaynak suyundan ayr ılmaktadır. Termal kaynaktan gelen 270Csıcaklığındaki termal su, ısısını ısı pompası soğutma devresinden gelen suya vererek ısı değiştiricisinden çıkmakta dahasonra termal kaynak havuzuna bırak ılmaktadır. Termal suyun aşır ı agresif olmasından dolayı ısı değiştiricisi olarak titanyum eşanjör kullanılmıştır. Devre soğuk olduğu için eşanjör içinde herhangi bir tortulaşma sorunu yaşanmamıştır.

Bu kaynak sıcaklığında, 17kW nominal ısıtma kapasitesi değerine sahip ısı pompası yaklaşık 26kW ısıtmakapasitesinde çalışmaktadır. Isı değiştiricisi içerisinde suyun sıcaklığından başka hiçbir fiziksel ya da kimyasal özelliğideğişmemektedir.

Şekil 4. Jeotermal Kaynak ile Isıtma Sağlayan Isı Pompalar ı, Titanyum Plakalı Eşanjör ve Tesisatı

3. ISITMADA ISI POMPASI KAYNAK TARAFI

Bu uygulama bir açık sistem uygulamasıdır. (Bkz. Şekil.3-Sistemin Tesisat Şeması) Kapalı sistem uygulamalar ındanfarklı olarak kaynak içerisine döşenen polietilen borular yoktur. Bu yüzden kaynak taraf ı sirkülasyon pompalar ı dahaküçük basma yüksekliğine sahip pompalardır ve buna bağlı olarak daha az elektrik harcamaktadırlar. Bunun yanındasuyun özelliğinden dolayı pompalar ın gövdeleri ve çarklar ı paslanmaz seçilmiştir. Belli dönemlerde pompalar ınçarklar ı temizlenip değiştirilmektedir. Pompa olarak plastik pompalar ın kullanılması daha uygun olabilmektedir fakatuygulama yapıldığı yıllarda plastik pompalar konusunda düzgün teknik değerlere ulaşılamadığı için bu yol seçilmiştir.

Tümüyle titanyum olan bir pompa kullanılması durumda ilk yatır ım maliyeti çok fazla yükseleceği için ucuz ve kolay bulunabilir paslanmaz pompa kullanılması ve birkaç yılda bir çark ının ve gövdesinin yenilenmesi müşteri taraf ından

EKW17

T

T

T

T

T

T

M

M

MM

M FSFSFiltre

EKW17

T M

FS

HAVUZ 2

HAVUZ 1

HAMAM

TM

T M

TM

TM

TM

TM

M

T M




15

tercih edilmiştir. Kaynak taraf ının açık sistem değil de kapalı sistem yani polietilen borularla yapılması bu pompamasraf ını ortadan kaldıracaktır. Her ne kadar sirkülasyon pompasında tüketilen elektrik miktar ı artacak olsa da sistemdaha sorunsuz ve masrafsız olarak çalışacaktır. Fakat otelde kaynak olarak kullanılan termal kaynak havuzlar ı aynı zamanda müşterilere havuz olarak da hizmet verdikleri için kapalı sistem borular ı görüntü olarak sorun teşkil edecektir.Bu yüzden bu yöntem kullanılmamıştır. Açık sistemin kapalı sisteme göre diğer avantajlar ı ise kaynak içerisinedöşenen borular ın maliyetinden tasarruf edilmesi, kaynak taraf ında boş alana ihtiyaç duyulmaması ve sistemin daha

basit olmasıdır. Bu sayılan avantajlardan dolayı sistemin ilk yatır ım maliyeti kapalı sisteme göre çok daha az olmuştur.

4. ISI POMPASI YÜK TARAFI

Şekil 5. Solda-Kaynak Olarak Kullanılan Termal Havuz, Sağda-Kullanılı p Geri Boşaltılan Koy

Kaynak taraf ından alınan ısı; ısı pompasında kompresörde sık ıştır ılarak yük taraf ına 550C sıcak su olarak

verilmektedir. Yük taraf ı kapalı bir çevrim olarak tasarlanmıştır. Sağlık havuzlar ındaki suyun ısıtılması ve hamamın

ısıtılması bu sıcak su ile sağlanmaktadır. Hamamda ısıtma zemin altına, sağlık havuzlar ındaki sıcak su ise havuz

tabanına ve duvarlar ına döşenen yerden ısıtma borular ı ile yapılmaktadır. (Bkz. Şekil.3-Sistemin Tesisat Şeması)

Havuz ve hamam gündüz saatlerinde açık, gece kapalıdır. Havuz içerisindeki su günlük olarak değiştirilmektedir. Isı

pompalar ı gece suyu ısıtmakta gündüz ısı kayı plar ını kar şılamaktadır. Sağlık havuzu ortalama 380C’dir ve cihaz bu

sıcaklığı elde etmek için 2 yıldır sorunsuz bir şekilde ortalama olarak günde 14 saat çalışmaktadır.

5. ALTERNATİF YAKITLA KAR ŞILAŞTIRILMASI

Bu sayılan ısıtma ihtiyaçlar için daha önce bir LPG kazanı kullanılmaktaydı. Otel bak ım onar ımı taraf ından daha önce

kullanılan LPG sisteminin ve yeni kurulan ısı pompası sisteminin tüketimleri izlenerek kayıt altına alınmıştır. Bu

değerlere göre; ortalama 44.720 kcal/h’ lik ısıtma kapasitesi ile 5,5 COP’ de çalışan ısı pompası ve kaynak taraf ı

sirkülasyon pompası 12 ay 365 gün ortalama günlük 14 saat çalışma ile bir yıl boyunca 6.272$ tüketmektedir. Buna

kar şın eski LPG sistemi aynı değerler için 50.128$’ lık yak ıt tükettiği kayıtlardan elde edilmiştir. Kar şılaştırmanın

düzgün olabilmesi için LPG tüketimi k ıyaslamanın yapıldığı günkü fiyatıyla değerlendirilmiştir. Bu durumda sistem bir

yılsonunda 43.856$ tasarruf etmiştir. Bu da yaklaşık olarak %87,5’ lik bir tasarruf yüzdesi demektir. Sistem kendini ilk

kurulum maliyetine göre yaklaşık 6 ay gibi k ısa bir sürede geri ödemiştir.




16

Şekil 6. İşletim Maliyetleri Tablosu

Bak ım giderleri hesaplanacak olursa; kaynak taraf ı plakalı ısı değiştirici temizliği, ısı değiştiricisinin 5-6 yılda bir değiştirilmesi, kaynak taraf ı filtreleri bak ımı haricinde bir cihaz bak ımı söz konusu değildir. Bu sayılan bak ım giderleriedilen tasarrufun yanında çok küçük kalmaktadır. Bu çalışmada verilen tüketim değerleri sistemin 2 yıllık çalışması

boyunca izlenerek ortalaması alınmış tüketim değerleridir.

6. JEOTERMAL KAYNAK İLE SOĞUTMA

Sağlık havuzlar ının ısıtılması daha önceki bölümlerde anlatıldığı şekilde 17kW nominal kapasiteli iki adet ısı pompası

ile 27°C’ deki jeotermal kaynak suyu açık sistem olarak kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sistemin ısıtması ve performansı geçen yıllar içerisinde incelenmiş ve ısı pompası ile otel içerisinde sağlanabilecek diğer faydalar araştır ılmaya başlanmıştır. Bu araştırma sonunda otel odalar ının, kullanım sıcak suyunun ve kapalı havuzun LPG ileısıtılmasının yanı sıra otel odalar ının chiller ile soğutulmasına alternatif olacak ısı pompası sistemi kurulması tasarlanmıştır.

Bu sistemde ayr ıca ısıtmanın yanı sıra soğutmada da faydalı olacaklardır. Otelin olduğu bölge düşünüldüğünde yazaylar ında hava sıcaklığının kaynak havuz sıcaklığından daha yüksek olduğu dönemlerde ısı pompası chiller cihazı yerine soğutma ihtiyacını kar şılayabilir ve sistem daha fazla tasarruf etmiş olabilir. Bu tasarruf miktar ının en yüksek seviyede tutulması için dış hava algılayıcısına bağlı küçük bir otomasyon kurulması gerekmektedir.

Havuz, boyler veya otel ısıtması için LPG’ ye göre %84 karlı olan jeotermal kaynak sistemi soğutmada da chillere göre%40 karlıdır. Cihaz oteldeki ısıtma ve soğutma ihtiyaçlar ını kar şılayarak en yüksek çalışma saatlerine çıkmaktadır ve

böylece yukar ıdaki tasarruf miktarlar ı hesaplanmıştır.Sisteme ait işletim maliyetleri aşağıdaki gibidir.

ISITMA MALİYET KAR ŞILAŞTIRMA TABLOSU

Yak ıt Cinsi Birim Fiyat Yak ıt Isıl Değeri Verim Isıtma EnerjisiMaliyet(saat) Maliyet * (Yıl)

Fuel Oil No:6 0,98305 YTL/Kg 9562 Kcal/Kg 0,80 148.78 Kcal/h 19,120 YTL 98.865

Kalorifer Yak ıtı 1,54000 YTL/Kg 9875 Kcal/Kg 0,80 148.78 Kcal/h 29,003 YTL 149.968

Motorin 2,49724 YTL/Kg 10256 Kcal/Kg 0,84 148.78 Kcal/h 43,127 YTL 223.002

Doğal Gaz 0,69000 YTL/Kg 8250 Kcal/Kg 0,93 148.78 Kcal/h 13,380 YTL 69.186

LPG Dökmegaz 2,64000 YTL/Kg 11100 Kcal/Kg 0,92 148.78 Kcal/h 38,463 YTL 198.883




17

İthal Sibirya Kömür 0,32203 YTL/Kg 7000 Kcal/Kg 0,65 148.78 Kcal/h 10,530 YTL 54.449

Yerli Linyit Kömürü 0,28900 YTL/Kg 4640 Kcal/Kg 0,65 148.78 Kcal/h 14,256 YTL 73.718

Elektrik 0,12094 YTL/Kwh 860 Kcal/Kwh 0,99 148.78 Kcal/h 21,134 YTL 109.28

SPLIT KLİMA 0,12094 YTL/Kwh 2,5 95.46 Kcal/h 5,370 YTL 12.216

Kazan+Chiller Toplam: 211.099

Birim Fiat COP Isıtma EnerjisiMaliyet(saat) Maliyet * (Yıl)

Sirk. Pomp. (Kaynak) 0,12094 YTL/Kwh 860 Kcal/Kwh 0,99 3.44 Kcal/h 0,489 YTL 2.527

Sirk. Pomp. (Yük) 0,12094 YTL/Kwh 860 Kcal/Kwh 0,99 3.44 Kcal/h 0,489 YTL 2.527YKIP Isıtma(EKW130) 0,12094 YTL/Kwh 3,80 148.78 Kcal/h 5,506 YTL 28.47YKIP Isıtma(EKW130) 0,00000 YTL/Kwh 3,80 95.46 Kcal/h 0,000 YTL -

YKIP Toplam: 33.524* :12ay :365 gün :17Saat Çalışma Saati Soğutma için 2730 Çalışma Saati

SOĞUTMA MALİYET KAR ŞILAŞTIRMA TABLOSU

Birim Fiyat COPSoğutma

EnerjisiMaliyet(saat) Maliyet * (Yıl)

SPLIT KLİMA 0,12094 YTL/Kwh 2,5 110.08 Kcal/h 6,192 YTL 6.502

YKIP Isıtma(EKW130) 0,12094 YTL/Kwh 4,10 110.08 Kcal/h 3,776 YTL 3.964

Sirk. Pomp. (Kaynak) 0,12094 YTL/Kwh 860 Kcal/Kwh 0,99 3.44 Kcal/h 0,489 YTL 513

YKIP Toplam: 4.478* : 6ay :180 gün:7 saat saat

1$=1,2 YTL** Yak ıt alt ısıl değerleri ve birim fiyatlar ı Aralık -2007 tarihli Tesisat Dergisi' ndenalınmıştır.

7. SONUÇLAR

Tasarruf miktar ında kaynak olarak kullanılan suyun 270C olmasının büyük bir etkisi vardır. Bu da bize gösteriyor kinispeten düşük sıcaklıkta olan termal kaynaklar ın da ısıtma için verimli olarak kullanılması birçok diğer yak ıtınkullanılmasından ciddi şekilde daha tasarrufludur. Sonuçta suyu ısıtmak için gereken enerji, var olan bir kaynaktanalınmakta ayr ı bir yak ıt yak ılarak kar şılanmamaktadır. Bu şekilde düşük sıcaklık jeotermal kaynaklar ına ülkemizdesıkça rastlanmaktadır. Bunlar ın ekonomimize kazandır ılması için ısı pompalar ının uygun bir aracı olabileceği

görülmüştür.

Ayr ıca bilindiği gibi ısı pompasının çift yönlü çalışma özelliğinden dolayı ısıtma için yapılan yatır ımla soğutmada eldeetmek mümkündür. Bu durumda COP kaynak sıcaklığıyla doğru orantılıdır. Burada anlatılan örneği ele alacak olursak,Dalaman yaz şartlar ında hava sıcaklığı, uzunca bir süre termal kaynak sıcaklığı olan 270C’ den daha yüksek bir değerdedir. Bu durumda cihazlar soğutmada konvansiyonel sistemlerden daha yüksek bir verimde çalışabileceklerdir.Düşük sıcaklık jeotermal kaynaklar uygun sıcaklıklarda soğutma için de daha verimli olarak çalışabilmektedirler.

Uygulanan projeden de görüldüğü gibi yer kaynaklı ısı pompası (YKIP) birçok değişik ısı kaynağından değişik çözümlerle yararlanabilmektedir. Tamamlanan ısıtma uygulamasında kaynak olan jeotermal sıcak su ısı pompasına 5,5COP gibi yüksek bir verim sağlamıştır. Ayr ıca kaynağın kendiliğinden yeryüzüne çık ıyor olmasından dolayı açık sistemin en basit ve ucuz şekliyle uygulanabilir olması ilk yatır ım maliyetini çok aşağılara çekmiş ve sistemin kendisini

6 ay gibi k ısa bir sürede amorti etmesini sağlamıştır. Yer kaynaklı ısı pompası ısıtma, soğutma ve kullanım sıcak suyuihtiyaçlar ını, her türlü ısıl kaynağı kullanarak düşük işletme maliyetleriyle kar şılayabilmektedir.




18

8. KAYNAKLAR

[1] International Ground Source Heat Pump Association (IGSHPA), Closed – Loop / Ground - Source Heat PumpSystems,Oklahoma University

[2] ISIMAS A.Ş. , Yer Kaynakl ı Isı Pompası Uygulamalar ı




19

AİLE TİPİ HAVA KAYNAKLI ISI POMPALI SU ISITICISI

TERMODİNAMİK ANALİZİ VE TASARIMI

Bülent ORHAN, Prof. Dr. Ali GÜNGÖR

Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisli ğ i Bölümü, İ zmir-Bornova

[email protected], [email protected]

ÖZET

Bu çalışmada, sıcak su üretimi için harcanan enerjinin azaltılmasını sağlayabilecek alternatif bir yöntem olan ısı pompası kullanarak sıcak su üretme tekniği incelenmiştir. Öncelikle, ısı pompalı su ısıtıcılar ı için daha önceden yapılan tasar ımlar incelenmiş ve k ısa bilgiler verilmiştir. Sistemin

çevrim prensipleri incelenip teorik analizi yapıldıktan sonra 80 litrelik su hacmi için tasar ımkoşullar ı belirlenmiştir. Sistemin bileşen seçimleri yapılarak bir prototip tasarlanmıştır. Eldeedilen sonuçlara göre, sistem prototipi yapılarak, ısı pompası ile sıcak su üretim işlemininverimliliği ve kullanım süresi boyunca ortaya çıkacak değerlerin uygunluğu bulunmuştur.Geliştirilen aile tipi hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcısı prototipi için değişik şartlarda uygulamayapılması ile veriler elde edilmiş ve sistemin yeterliliği değerlendirilmiştir. Ayr ıca sisteminkapasite limitleri ve su ısıtma performansı kontrol edilerek deneysel olarak belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Isı Pompası, Su Isıtıcısı, Sıcak Su Üretimi

1.GİR İŞ

Elektrik enerjisinin verimli kullanımı günümüzde oldukça önem kazanmıştır. Bu önem, hem ekonomik açıdan hem dedoğal kaynaklar ın israf edilmeden tüketimi açısından gittikçe artmaktadır. Elektrik enerjisinin tüketici sayısının fazlaolması ve yaygın olarak kullanılması nedeniyle, elektrik enerjisi tüketiminde yapılan küçük orandaki tasarruflar ın,üretim maliyetlerinde ve elektrik enerjisi elde etmek için tüketilen kaynak miktar ında önemli oranda azalmasağlayacaktır.

Sıcak su ihtiyacı günümüz modern yaşamında önemli bir yer tutmaktadır. Su ısıtmak için kullanılan enerji, bir ev içinyapılan toplam enerji harcamalar ının önemli bir k ısmını oluşturmaktadır. Bu yüzden, su ısıtıcılar ın verimliliğininartır ılması, enerji tüketiminin azalmasını sağlayacaktır. Diğer yandan, geleneksel elektrikli su ısıtıcılar ı ve gazlı termosifonlar termodinamik verimlilik limitlerine yaklaşmışlardır. Bununla birlikte, ısı pompalar ının, su ısıtmaamacıyla kullanılması verimli çözümler sunabilmektedir. Elektrik veya gaz kullanarak ısının yaratılması yerine ısı

pompalar ı ile bir kaynaktan ısıyı taşıyarak su ısıtmak, geleneksel sistemlere göre 2 veya 3 kat daha verimliolabilmektedir [1].

Bir miktar enerji girişi ile ısı pompalar ı, düşük sıcaklık bölgesindeki ısı enerjisini yüksek sıcaklık bölgesine aktar ır. Isı pompalar ı, doğal veya yapay ısı kaynaklar ından aldığı ısıyı bir yapıya veya uygulamaya transfer edebilir. Ayr ıca, ısı pompalı su ısıtıcılar ı (IPSI), verimlilik değerlerini daha önce yapılan çalışmalar ile ortaya koymuştur. Isı pompalar ınıngelişen teknolojisi ile birlikte ısı pompalı su ısıtıcılar ının elektrikli su ısıtıcılara göre enerji verimliliği önemli ölçüdearttır ılmış ve elektrikli su ısıtıcılar ile aynı karakteristik özellikte tasarlanarak montaj zorluklar ı aşılmıştır. Günümüzünileri üretim teknolojisi ile birlikte güvenirliliği ve pratikliği oldukça geliştirilmiştir. Ancak, ülkemizdeki çoğu bölge içinkullanımının oldukça avantajlı olacağının öngörülmesine rağmen ısı pompalı su ısıtıcılar ının ülkemizde ticari üretimiçok az olmakla birlikte, bu konuda sınırlı sayıda çalışma yapılmıştır.

Bu çalışma ile aile tipi hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcısı termodinamik analizi ve tasar ımı yapılarak bir ısı pompalı su ısıtıcısı prototipi yapılmıştır ve tasar ım sonucu üretilen ürünle ilgili performans deneyleri gerçekleştirilmiştir.Prototipin güvenilirlik ve verimlilik durumu değerlendirilerek sistemin yararlılığı incelenmiştir. Böylece, bu tür ısı

pompalı su ısıtıcılar ının yapılabilirliği gösterilmiştir. Belirlenen sonuçlarla, sistemin performansının beklenen




20

düzeylerde olduğu belirlenmiştir. Fonksiyonel olan bu sistem üzerinde estetik tasar ım çalışmalar ı ile endüstriyel ürünhaline getirilebileceği de belirlenmiştir

2. ISI POMPALI SU ISITICISI TASARIMLARI

Isı pompalar ının su ısıtma uygulamalar ında kullanımı 1950’li yıllarda keşfedilmeye başlanmıştır. Bu yıllarda yapılan

çalışmalar ile ısı pompalı su ısıtıcılar ı elektrikli su ısıtıcılara göre daha yüksek verimlilik sağladığının ortayakonulmasına rağmen, toplum taraf ından yüksek oranda kabul görerek kullanımı yaygınlaşmamıştır. Bu yetersizkabulün nedenleri olarak, yüksek ilk fiyat, diğer ısıtıcılar ın daha kolay montaj edilebilmesi, yüksek hacimde sıcak suçekimi sırasında geri ısınmanın yetersiz olması ve kompresörün çalışırken gürültü yapması olarak düşünülebilir [2]. Isı

pompalı su ısıtıcılar ının geniş tabanda kabul edilmesi durumunda elektrik enerjisi tüketiminde önemli azalma olacağı Amerikan Enerji Dairesi taraf ından fark edilmiş ve ilgili çalışmalar 1980 yılından sonra tekrar yoğunlaşmaya başlamış ve bu konuda birçok araştırma yapılmıştır.

Yeni Zelanda’da bir eve hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcısı kurularak gerçekleştirilen deneyler sonucunda, yıllık enerji tüketiminde bir elektrikli su ısıtıcı kullanımına göre % 50 ila % 58 arasında tasarruf sağlandığı hesaplanmış vehava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcısının elektrik tüketimini azalttığı ortaya konulmuştur [3]. Benzer şekilde, ısı

pompası ısıtma tesir katsayısı (COPIP) değerinin 3 olması durumunda, elektrikli su ısıtıcısına göre enerji tüketiminin3’te 2 oranında azalacağı belirtilmiştir [4]. Diğer bir çalışmada ise, hava kaynaklı su ısıtıcılar ının performansının ortam

hava sıcaklığı ve havanın nemine bağlı olduğu gösterilmiş ve hava kaynaklı su ısıtıcısının COPIP değerinin buharlaştır ıcıdan geçen havanın kuru olması durumda yaklaşık % 5 oranında düşeceği savunulmuştur [5]. Hawaii’dekurulan büyük ölçekli ısı pompalı su ısıtıcısı test ederek incelenmiş ve sistem yaklaşık olarak 2.5 değerinde COPvermiştir. Bu çalışmada, binalar ın hava soğutmasını sağlamak için hava iklimlendirme cihazlar ı olmadan sadece IPSIsistemlerinin kullanılabileceği söylenmiştir [6]. Isı pompalar ının aynı anda soğutma ve su ısıtma amacıylakullanılabilmesi için bir evin hava iklimlendirmesi ve sıcak su üretimi üzerinde iki yıl boyunca yapılan çalışmalar sonucunda, ısı pompalar ının hava soğutma ve sıcak su üretiminde aynı anda kullanılması ile önemli oranda enerjitasarrufunun olacağı gösterilmiştir [7].

Isı pompalı su ısıtıcısı kullanılarak değişik test şartlar ında yapılan araştırmalar sonucunda ortaya konulan alandeğerlendirme raporlar ı, ısı pompalı su ısıtıcısı kullanımı ile enerji kazanım oranının %40-%70 arasında olabileceğinigöstermiştir. Bununla birlikte, harcanan ek ilk maliyetin geri kazanım süresinin, evsel uygulamalara göre geniş aralıktadeğişerek 3 ila 20 sene arasında olduğu belirtilmiştir [8].

Isı pompalar ı, sistem üzerine bir miktar iş yapılarak, bir kaynaktan ısı çekilip bunun başka bir kaynağa aktar ılması esasına göre çalışır. Isı, doğası gereği yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru yayılır. Isı pompalar ı, düşük orandaenerji girişi ile bu ak ışı ters yönde gerçekleştirebilir. Isı pompalar ında tasar ımı etkileyen önemli unsurlardan birisistemin enerji kaynağıdır. Enerji kaynağı olarak su, toprak ve ortam havası kullanılabilir. Ancak, ısı pompalar ında enyaygın kullanılan enerji kaynağı çevre havasıdır. Bunun nedeni, hava kaynaklı sistemlerin diğerlerine göre basittasar ımda yapılabilmesidir.

Hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcılar, temel olarak hava kaynaklı ısı pompalar ının çalışma prensibine sahiptir.Buharlaştır ıcı aracılığıyla havadan çekilen ısı, yoğuşturucuda çevrim ak ışkanının yoğuşması ile suya verilir ve böylecesıcak su elde edilmiş olur. Hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcılar ının ana bileşenleri, hava kaynaklı ısı pompası sistemive sıcak su tank ıdır (Şekil 1).

Ş ekil 1. Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı temel bile şenleri




21

3. DENEY SİSTEMİNİN TANITIMI

Kurulan ısı pompalı su ısıtıcısı çevrimi Şekil 2‘de görüldüğü gibi kompresör, suya batır ılmış yoğuşturucu, termostatik genleşme valfi ve buharlaştır ıcı olmak üzere 4 ana bileşenden oluşmaktadır. Diğer bileşenler elektrik kontrolelemanlar ı, filtre kurutucu, gözetleme camı, toplayıcı depo ve yüksek alçak basınç otomatlar ıdır.

Ş ekil 2. Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı prototipi temel şeması

Suyu depolamak ve ısıtmak için 80 litre hacimde krom saçtan yapılmış yalıtımlı ısı tank ı kullanılmıştır. Tank, altındakimetal ayaklar üzerinde durabilmektedir ve üzerine 60x52 cm boyutlar ında tabla yerleştirilmiştir. Bu tabla üzerine ısı

pompası sistemi kurulumu yapılmıştır. Helisel olarak k ıvr ılmış 17 metre uzunluğunda, 3/8’’ çapında, iç yüzeyi yivli bak ır boru yoğuşturucu olarak kullanılmak üzere tank ın içine batır ılmıştır. Yoğuşturucu için yivli boru kullanılması ileısı transfer yüzeyi arttır ılmıştır. Böylece düz boruya göre daha k ısa uzunluğa sahip boru kullanılabilmiştir. Tank içerisine uygun yerleşim için 45 santimetre uzunluğunda 30 sargılı iki parça halinde birleştirilerek tank içerisine

batır ılmıştır (Şekil 3).

Ş ekil 3. Sistemde kullanılan helisel k ıvr ılmı ş yo ğ u şturucu

Sistemde, ısı transfer yüzeyi 4,5 m2 ve nominal soğutma kapasitesi 1,9 kW olan Friterm TT75 tipi standart hava

soğutmalı kondenser, paralel olan bak ır boru hattı seri hale dönüştürülerek sistemde buharlaştır ıcı olarak kullanılmıştır.Buharlaştır ıcının yüksekliği 330 mm, uzunluğu 415 mm ve genişliği 120 mm’dir. 70 W gücündeki fan kullanılarak




22

düşük basınçta buharlaştır ıcıya giriş yapan sıvı-buhar kar ışımındaki çevrim ak ışkanının dış yüzeyden geçirilen havaak ımından ısı çekerek k ızgın buhar haline dönüşmesi sağlanmaktadır (Şekil 4).

Ş ekil 4. Sistemde kullanılan buharla şt ır ıcı ve fan

Genleşme valfi olarak buharlaştır ıcı girişinde termostatik genleşme valfi kullanılan sistemde, çevrim ak ışkanının buharlaştır ıcı çık ış sıcaklığı termostatik genleşme valfi ile sezilmektedir. Termostatik genleşme valfi, buharlaştır ıcı üzerindeki ısıl yüke bağlı olarak çevrim ak ışkanının buharlaştır ıcı çık ışındaki k ızgınlığı sabit bir değerde kalacak şekilde çevrim ak ışkanı debisini ayarlamaktadır. Sistemde ½ HP, basit etkili, tek silindirli hermetik tip L’UniteHermetique CAJ 4461 Y model kompresör kullanılmıştır. R-12, R-134a, R-22, R-502, ve R-404a soğutma gazlar ını kullanan -30 °C ve +10 °C arasındaki sınır içinde bulunan buharlaşma ısılar ında çalışan soğutma sistemlerine tak ılmak üzere tasarlanmıştır. +7,2 °C buharlaşma ve 54,5°C yoğuşma sıcaklığı için 1569 Watt kompresör kapasitesi vardır.Kompresörden çıkan k ızgın buhar çevrim ak ışkanı yoğuşturucuda ısısını vererek yoğuşturucu çık ışında bulunantoplayıcı depoda toplanır (Şekil 5).

Ş ekil 5. Sistemde kullanılan kompresör ve toplayıcı depo

Tasarlanan prototip, R-134a çevrim ak ışkanı ile şarj edilerek çalıştır ılmıştır. Deneysel çalışmada beş adımdan oluşan performans deneyi yapılmıştır. Isı pompası sisteminin performansını belirlemek üzere buharlaştır ıcı giriş ve çık ışındaki basınçlar ölçülmüştür. Su ısıtma performansını ölçmek için su giriş ve çık ış sıcaklıklar ı, su sıcaklık değişimleri, ak ıtılansıcak su debisi, sistemin harcadığı elektrik enerjisi değerleri ölçümleri yapılmıştır. Depo içindeki su sıcaklığını ölçmek için 65 cm uzunluğundaki deponun alt yüzeyinden 15 cm ve 30 cm yükseklikte mekanik termometre kulplar ı ve 45 cmyüksekliğinde termostat görevi de gören dijital termometre kulpu, depo içine girinti yapan ucu kapalı boru içerisinekonulan yağa batır ılmıştır. Kompresör ve fan taraf ından harcanan elektrik tüketim miktar ını ölçmek için dijital sayaçsisteme bağlanmıştır. Ak ıtılan sıcak su debisini ölçmek için debimetre kullanılmıştır. Kompresör emme ve basmahatlar ında bulunan manometreler ile yoğuşma ve buharlaşma sıcaklıklar ı ölçülmektedir.

4. DENEY SONUÇLARI

Tasar ımı ve kurulumu yapılan aile tipi hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcısı için laboratuar ortamında yapılançalışmalar ile sistemin uygun çalışma performansı elde edilmiştir. Sistemin enerji tüketimini ve su ısıtma yeterliliğini




23

ölçmek amacı ile sistem üzerinde Türk Standartlar ı Enstitüsü EN 255-3’te tarif edilen performans deneyiuygulanmıştır. Performans deney metodu sıcak su hazırlamak amacı ile kullanılan ısı pompalar ının verimliliğini tespitetmek için uygulanır. Performans deneyleri, aşağıda belirtilen beş temel adımdan meydana gelir [10].

1) Isıtma periyodu,2) Sıcak suyu ısıtma performans katsayısının belirlenmesi,

3) Referans su sıcaklığının belirlenmesi,4) Bekleme giriş gücünün belirlenmesi,5) Tek ak ıtmada, maksimum kullanılabilir sıcak su miktar ının belirlenmesi.

Isıtma periyodu (ı st ), depolanan suyun, başlangıçtaki düşük sıcaklığından istenilen sıcaklığa gelmesiyle termostatın ısı

pompasını ilk defa devreden çıkarmasına kadar geçen sürenin ölçülmesi ile yapılır. Bu süre içinde tüketilen elektrik

enerjisi girdisi (ı sW (kWh)) ölçülür.

Isıtma periyodundan sonra sıcak su depo hacminin yar ısı ( depoV ⋅5,0 (m3)) kadar sıcak su doğrudan ak ıtılmaya

başlanır. Sıcak suyun ak ıtılması sonucunda soğuyan suyun ısınmasına, ısı pompası devreden çık ıncaya kadar izinverilir. Isı pompasının kapanmasından sonra, ikinci kez depo hacminin yar ısı kadar sıcak su ak ıtılır. Isı pompası yeniden devreden çık ıncaya kadar suyu ısıtmasına izin verilir. Son boşaltma periyodu için suyun boşaltılması ve

yeniden ısınma süresi ölçülür. Kullanma sıcak su ak ıtma debisi ( ak q (m3/s)), gelen soğuk su sıcaklığı ( gel T (oC)) ile

birlikte ak ıtılan sıcak su sıcaklığı ( ak T (oC)) ölçülür. Ak ıtılan su enerjisi ( ak Q (kJ)), Eşitlik 1’e göre hesaplanır.

∫ −⋅⋅⋅=t

gel ak ak Psuak ak dt T T qC Q0

)( ρ

(1)

Eşitlik (1)’de, ak ρ (kg/m3) debimetredeki sıcak suyun yoğunluğu ve PsuC (kJ/kg. oC), ak ıtılan su sıcaklığı ( ak T ) ile

gelen soğuk su sıcaklığı ( gel T ) aralığında sabit basınçta suyun ortalama özgül ısısıdır.

Yeniden ısıtma enerji girdisi (ı sW (kJ)) son ak ıtma periyodunda belirlenir. Son ak ıtma süresinde alınan verilerden

kullanma sıcak suyu için bir performans katsayısı ( IP COP ) belirlenir.

ı sbek ı s

ak IP

t W W

QCOP

⋅−=

&(2)

Eşitlik (2)’de, bek W & bekleme etkin giriş gücüdür (kW).

Tanktaki termostat, son yar ım tank hacminin ak ıtılmasını izleyen yeniden ısıtma periyodundan sonra kompresörü ilk

defa devreye soktuğunda, fazla miktarda su hacminin ak ıtılmasına kar şılık gelen, referans su sıcaklığı deneyi başlatılır.Bu ak ıtmaya, su sıcaklığı ( ak T (°C)) 40 °C'nin altına düşünceye kadar devam edilir. Bu ak ıtma sırasında birinci

ortalama sıcaklık (1

ort T (°C)) ölçülür. Bu ortalama sıcaklık ve maksimum kullanılabilir sıcak su deneyinde ölçülen

ikinci ortalama sıcaklık (2

ort T (°C)) kullanılarak, referans su sıcaklığı ( ref T (oC)) Eşitlik 3’e göre hesaplanır.

2

21ort ort

ref

T T T

+= (3)

Referans su sıcaklığı deneyi sonrası sistemden sıcak su almaksızın, birkaç tam çevrim yapacak şekilde, sistem

çalışmaya bırak ılır. Bu, sistemin bekleme giriş gücünün (bek

W & (kW)) belirlenmesine hazırlık için dengeleme

periyodudur. Bu dengeleme periyodu 24 saatten az olmamalı ve en azından, tanktaki termostat taraf ından bir tam(açma-kapama) çevrimini kapsamalıdır. 24 saatlik bir bekleme çalışmasından sonra, tanktaki termostatın ilk




24

kapatmasıyla, bekleme güç girişinin belirlenmesine başlanır. Bu periyot, minimum diğer bir 24 saatlik periyottan sonra,

termostatın ilk kapatmasına kadar devam eder ve en az bir tam açma-kapama çevrimini kapsar. Bekleme süresi ( bek t )

ve enerji girdisi ( bek W (kWh)) belirlenir. Bu ölçmelerden bekleme etkin giriş gücü Eşitlik 4’e göre ölçülür.

bek

bek

bek t

W

W =&

(4)

Maksimum kullanılabilir sıcak su miktar ı, bir defada ak ıtılacak sıcak su miktar ının ölçülmesi ile belirlenir. Bunun için,su sıcaklığının çok düşük olduğu değere ulaşana kadar sıcak suyun sürekli olarak ak ıtılmasına başlanır. Ak ıtma debisi

( ak q (m3/s)), gelen soğuk su sıcaklığı ( gel T (oC)) ile birlikte ak ıtılan su sıcaklığı ( ak T (oC)) ölçülür. Maksimum sıcak su

enerji miktar ı ( maksQ (kJ)) Eşitlik 5’e göre belirlenir.

∫ −⋅⋅⋅=makst

gel ak ak Psuak maks dt T T qC Q0

)( ρ (5)

Tek bir ak ıtmada kullanılabilir maksimum sıcak su miktar ı ( maksV (lt)) Eşitlik 6’ya göre belirlenir.

25⋅⋅=

psu s

maksmaks

C

QV

ρ (6)

s ρ ve psuC değerleri 0,5 MPa (5 bar) basınç değerlerine kar şılık gelen değerler olarak alınırsa Eşitlik 7

bulunur [10].

maksmaks QV ⋅= 73,34(7)

4.1 Su ısıtma periyodu

Su ısıtma periyodu, depo içindeki suyun başlangıçtaki düşük sıcaklığından istenilen sıcaklığa ısıtılması arasındakisüreyi kapsar. Depo suyu sıcaklık değişimi, buharlaştır ıcı ve yoğuşturucu sıcaklıklar ı, sistemin tükettiği elektrik enerjisigirdisi deney süresince ölçülmüştür. Sistemin performans deneyi, ortam hava sıcaklığının 20 oC ve nem oranın %55olduğu kapalı ortam bir odada yapılmıştır.

Sistem 1 saat 26 dakika 8 saniyede, 21 oC ortalama sıcaklığında bulunan suyu 51,7 oC ortalama sıcaklığa ısıtmıştır. Busüre içinde 1.042 kWh elektrik enerjisi tüketmiştir. Isı pompası ısıtma tesir katsayısını bulmak için, sistemden ortamaolan ısı transferi ihmal edilirse Eşitlik 8 kullanılabilir.

T

su IP

W QCOP = (8)

suQ (kJ) depo içindeki suyun, ilk başlangıç sıcaklığından termostatın kapandığı son sıcaklığa ulaşmak için ihtiyaç

duyduğu enerjidir. Eşitlik 9 ile ihtiyaç duyulan enerji değeri bulunabilir.

su su su hmQ Δ⋅= (9)

Eşitlik (9)’da, sum (kg) depo içindeki su kütlesi ve suhΔ (kJ/kg) sıcaklık aralığındaki entalpi fark ıdır. Oda sıcaklığına

yak ın sıcaklıklarda suyun özgül hacmi 0,001 m3/kg alınabilir. Depo içinde 80 litre su bulunduğundan belirtilen özgülhacim için su kütlesi 80 kg olacaktır (Çengel, 1996).




25

Bunun yanında, ısı pompası taraf ından soğutulan hava soğutma yükünü azaltacağından, sistemin hem soğutma hem de

su ısıtma modunda çalıştığı düşünülürse sistemin so ğ ı sCOP + değeri Eşitlik 10 kullanılarak hesaplanabilir.

T

buh su so ğ ı s

W

QQCOP

+=+ (10)

21 oC sıcaklıktaki 80 kg suyu 51,7 oC çıkarmak için sistemin yoğuşturucudan suya aktardığı enerji, belirtilensıcaklıklardaki entalpi farklar ını bulunarak 10263.2 kJ olarak hesaplanır. Sistem bu süre içinde fan ve kompresördetoplam 1,042 kWh yani 3751.2 kJ enerji harcamıştır. Sistemin su ısıtma periyodu süresince ısı pompası ısıtma tesir katsayısı Eşitlik 8 kullanılarak 2,74 olarak hesaplanır.

Bununla birlikte, sistemin soğutma etkisi sıcak aylar için bina içi soğutmaya bir fayda unsuru olarak düşünülürse,sistemin performans katsayısı çok daha yüksek çıkacaktır. Sistemin yoğuşturucuya verdiği enerjinin % 25’lik k ısmının½ HP kompresörden geldiği kabul edilirse buharlaştır ıcı çalışma süresince havadan yaklaşık 7697 kJ ısı çekecektir.

Eşitlik 10 kullanılarak sistemin so ğ ı sCOP + değeri 4,79 olarak hesaplanabilir.

Sistemin su ısıtma performansı Şekil 6’da, çalışma esnasında ısı pompası ısıtma tesir katsayısı değişimi Şekil 7’de,

enerji değişimi Şekil 8’de, güç değişimi Şekil 9’da verilmiştir.

05

1015

202530354045505560

0 10 20 30 41 51 63 69 80ZAMAN (DAKİKA)

T ( O C )

DEPO SUYU ORTALAMA SICAKLIĞI

BUHARLAŞTIRICI SICAKLIĞI

YOĞUŞTURUCU SICAKLIĞI

Ş ekil 6 Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı su ı sıtma performansı

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

10 20 30 41 51 63 69 80 86

ZAMAN (DAKİKA)

C O P I P

ISI POMPASI PERFORMANS KATSAYISI

Ş ekil 7 Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı su ı sıtma periyodu COP IP de ğ i şimi




26

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

0 10 20 30 41 51 63 69 80 86

ZAMAN (DAKİKA)

Q ( k J )

HARCANAN ENERJİSUYA VERİLEN ENERJİ

Ş ekil 8 Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı su ı sıtma periyodu enerji de ğ i şimi

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 10 20 30 41 51 63 69 80

ZAMAN (DAKİKA)

G Ü Ç ( W )

HARCANAN GÜÇ SUYA VERİLEN GÜÇ

Ş ekil 9 Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı su ı sıtma periyodu güç de ğ i şimi

4.2 Kullanma sıcak suyu ak ışında performans katsayısı tespiti

80 lt hacimdeki tank hacminin yar ısının ak ıtılması ile elde edilecek verilerle ısı pompalı su ısıtıcısının ısıtma tesir katsayısı hesaplanır. Tank içindeki su sık ıştır ılamayan madde sayılabilir. Sık ıştır ılamayan madde için sabit basınçta vesabit hacimde özgül ısılar eşittir. Suyun özgül ısısı 4,134 kJ/(kg.oC) alınabilir. Bununla birlikte, suyun özgül hacmi0,001 m3/kg alınarak sabit kabul edilebilir [11].

Eşitlik 1 kullanılarak depodan ak ıtılan 40 litre suyun enerjisi 6053.5 kJ hesaplanmıştır. Depo hacminin yar ısınınak ıtılmasından sonra ısı pompası soğuyan suyu tekrar ısıtmak için 0.665 kWh yani 2394 kJ elektrik enerjisikullanılmıştır. Su tank ının yar ım hacminin ak ıtılması (40 litre) ve tekrar ısıtılmasını içeren deneyin toplam süresi 1 saat4 dakika 8 saniye olarak ölçülmüştür. Bekleme giriş gücünü belirlenmesi deneyi yapılarak sistemin bekleme etkin

enerji tüketimi 24 saat 8 dakika 24 saniye sonunda 1,509 kWh olarak ölçülmüştür. Böylece, depo yar ım hacmi ak ıtma




27

deneyi periyodunda ısı tank ından 0,066 kWh yani 236,3 kJ enerji ortama verilmiş olur. Ölçülen, kabul edilen vehesaplanan değerler ile Eşitlik 2 kullanılarak sistemin ısı pompası etkinlik katsayısı 2,63 olarak hesaplanmıştır.

4.3 Referans su sıcaklığının belirlenmesi

Performans deneyinde tarif edilen deney uygulanarak referans su sıcaklığının hesaplanması için ihtiyaç duyulan

ortalama sıcaklığın birincisi 41,4o

C olarak bulunmuştur. Maksimum hacim deneyinde bulunan 30.2o

C ikinci ortalamasu sıcaklık değeri ile Eşitlik 3 kullanılarak referans su sıcaklığı 35,8 oC olarak bulunur.

4.4 Maksimum kullanılabilir sıcak su miktarının belirlenmesi

Suyun özgül ısısı 4,134 kJ/(kg.oC) ve özgül hacminin 0,001 m3/kg alınarak sabit kabul edilirse Eşitlik 5 kullanılarak maksimum sıcak su hacmi 48.7 litre olarak bulunur. Maksimum sıcak su ak ıtma deneyi için referans su sıcaklığı 30.2oC bulunmuştur.

4.5 Temel sonuçlar

Sistem üzerinde yapılan performans deneyi sonucu ölçülen ve hesaplanan temel sonuçlar Tablo 1’de ve depo içindekisuyun performans deneyi süresince gerçekleşen sıcaklık değişimi Şekil 10’da verilmiştir.

Tablo 1. Temel Sonuçlar

Isıtma periyodunda performans katsayısı ( IP COP ) 2,74

Kullanma sıcak su ak ışında performans katsayısı ( IP COP ) 2,63

Tek ak ıtmada maksimum sıcak su miktar ı ( maksV ) 48,7 litre

Isıtma süresi (ı st ) 1 saat 16 dk 8 sn

Isıtma enerji girdisi (ı sW ) 1,042 kWh

Bekleme giriş gücü (bek

P ) 62,5 W

Ş ekil 10 Isı pompal ı su ı sıt ıcı sı performans

deneyi sıcakl ık de ğ i şimi




28

5. SONUÇ

Bu çalışmada hava kaynaklı ısı pompası kullanılarak su ısıtma tekniği incelenmiştir. Isı pompalı su ısıtıcısı üniteleriçalışma prensipleri ve tasar ımlar ı ilk olarak 1950’li yıllarda ortaya konulmasına rağmen, fosil yak ıtlar ının çevreyeverdiği zararlar ın dikkat çekici boyutlara ulaşması, elektrik ve fosil yak ıt fiyatlar ı artışı nedeniyle 1980’li yıllardanitibaren önem verilerek incelenmeye başlanmıştır. Yapılan tasar ım sonucu ortaya konulan prototip ile yapılan

deneylerde, ısı pompası ısıtma tesir katsayısı 2.5 değerinin üzerinde çıkmıştır. Bu durum, ısı pompalar ının su ısıtmaamaçlı kullanılması durumunda oldukça verimli sonuçlar ortaya çıkacağını göstermektedir. Elektrikli su ısıtıcılar ınverimliliği ısı pompalı su ısıtıcılar ına göre oldukça düşük olmasından dolayı, onlar ın yerine ısı pompalı su ısıtıcılar ı kullanılması enerji tasarrufu açısından uygun olacaktır.

Bununla birlikte, sistemin bina içinde yaratacağı soğutma etkisi sıcak aylar için bir fayda unsuru olarak düşünülürse, ısı pompası performans katsayısı 4,5 değerinin üzerinde olacaktır. Böylece, soğutma ihtiyacının olduğu yerlerde sistemkullanılırsa çok daha verimli sonuçlar ortaya çıkacaktır. Ancak, sıcaklığın çok düştüğü durumlarda ısı pompası verimliliği de düştüğünden hem ısıtma hem de soğutma modlar ında çalışan sistemler için özel tasar ım yapılması gerekmektedir. Isı pompalı su ısıtıcısı ile yapılan deneylerde sistemin 65 oC depo üst sıcaklığına kadar sıcak suısıtılabilmiş, ancak sistem limitlerinin zorlandığı ve performans değerlerin düştüğü göz önüne alınarak daha üstsıcaklıklara ulaşmak için sistem çalıştır ılmamıştır. Ancak, elektrikli ısıtıcılarda 90 oC’ye kadar termostat ayarlar ınınolduğu düşünülürse, bu sıcaklıklara ulaşmak için ısı pompasına destek olarak elektrikli direnç elemanı sisteme

eklenebilir. Ancak, elektrikli direnç elemanının sık devreye girmesi durumunda verim de o ölçüde düşer.

Isı pompalı su ısıtıcılar ın verimli sistemler olduğunun ortaya konulmasına rağmen kurulum maliyetlerinin diğer sistemlere göre genelde daha yüksek olmasından dolayı toplum taraf ından genel kabul görmesi açısından sık ıntılar ortaya çıkabilir. Bu yüzden, sistemin verimli çalışmasıyla elde edilecek düşük enerji maliyeti ile kurulum için harcananek maliyetin geri kazanılabilmesi için ısı pompalı su ısıtıcısı kullanım süresinin uzun olması gerekmektedir. Bununiçin, sistemin ekonomik olarak işlemesi ve ilk maliyet geri kazanım süresinin azalması için kurulum yapılacak bölge,

bina ve tasar ımın uygun şekilde belirlenmesine dikkat edilmelidir.

Isı pompalı su ısıtıcılar ının, uzun ve düzenli sıcak su ihtiyacı olan yerlerde kullanılması veya sıcak su üretebilmekapasitesinden daha büyük su tanklar ının sisteme bağlanması ile uygun bir durum sağlanabilir. Uzun çalışma yükü,aynı zamanda düşük kapasite ve daha ekonomik ısı pompalı su ısıtıcısı tasar ımı anlamında da değerlendirilebilir.Büyük tank hacmi ile ısı pompalı su ısıtıcısının sürekli çalışması sağlanabilir. Bunun yanında, su ısıtma işlemi ile

birlikte hava kaynaklı ısı pompalı su ısıtıcısı taraf ından sağlanan ortam havası soğutma etkisinin kullanılabilmesi en iyiuygulama olarak değerlendirilebilir. Su ısıtmanın yanında, soğutma ve ortam nem alma özelliklerinin de kullanılması uygulamanın ekonomik değerini oldukça arttır ır. Ticari ve aile tipi uygulamalar için çamaşırhaneler, bulaşıkhaneler,restoranlar, oteller, moteller, hastaneler, okullar ve çoklu ailelerin kaldığı apartmanlar ısı pompalı su ısıtıcılar ınınkullanımının uygun olacağı binalardır [9].

Yurt dışında üretimleri gerçekleştirilen ısı pompalı su ısıtıcısı sistemleri, ulusal bilgi birikimleriyle ülkemizde detasarlanılabilir. Ülkemizde de büyük kapasiteli (300 litre) ısı pompalı su ısıtıcılar ın üretimleri bazı firmalar taraf ındangerçekleştirilmektedir. Üretici firmalar ın konuya eğilmeleri ve enerji etkin su ısıtma sistemlerinden olan ısı pompalar ı teknolojisini kullanarak, özellikle gereksinim duyulan küçük kapasitelerde (50-100 litre) ekonomik olarak üretmelerigerekmektedir.

KAYNAKLAR

[1] Oak Ridge National Laboratory, 2000, Commercial Heat Pump Water Heaters, Department of Energy, UnitedStates of America, 23p[2] Dieckman J.T., Nowicki B.J., Teagan W.P. and Zogg R., 1999, Heat Pump Water Heater and Storage Assembly,United States Patent Documents, United States of America, 12p[3] Anderson, J.A., Bradford, R.A. and Carrington, C.G., 1985, Assessment of a heat pump water heater, EnergyResearch, 9:77-89p[4] Rosseau, P.G and Greyvenstein, G.P., 2000, Enhancing the impact of heat pump water heater in the south africancommercial sector, Energy, 25:51-70p[5] Meyer, J.P. and Greyvenstein, G.P., 1993, Influence of height above sea level on the COP of air source heat pumpsused for water heating,, Heat Transfer Engineering, 14(2):44-50p[6] Lyod, A.S., 1983, Heat pump water heating Systems, Heating/Piping/Air Conditioning, 83-94p[7] Faney, A.H., 1995, Field monitoring of a variable speed integrated heat pump water-heatingappliance, ASHRAE Transactions, 101(2):101-115p




29

[8] Pacific Northwest Laboratory, 1995, Residential Heat Pump Water Heaters, Department of Energy, United States of America, 24p[9] California Energy Commision, 2005, Prototype Design, Testing and Analysis, United States of America, 79p

[10] Türk Standartlar ı Enstitüsü, 1999, TS EN 255-3 Sıcak Kullanma Suyu Hazırlama Ünitelerinin Deneyleri,Özellikleri ve İşaretlenmesi, Ankara, 16s[11] Çengel, Y.A. Boles, M.A., 1996, Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik, (Çev. T. Derbentli), Literatür

Yayıncılık, 865s




30

OTURUM IISOĞUTMA TEKNOLOJİLER İ

Kanatlı Borulu Tip Hava Soğutmalı Kondenserlerde Enerji Verimliliğine Etki EdenFaktörler

Hasan ACÜL

Soğutmada Enerji Tasarrufuna Yönelik Mekanik ve Elektronik Uygulamalar K ıvanç ARSLANTAŞ

Tezgah Seviyesi Tipi Bir Buzdolabı İçerisindeki Isı Aktarımı Ve Ak ışın Deneysel Ve Sayısal Olarak İncelenmesi

Ziya Haktan KARADEN İ Z - Dilek KUMLUTAŞ - Mete ÖZ Ş EN




31

KANATLI BORULU TİP HAVA SOĞUTMALI KONDENSERLERDEENERJİ VER İMLİLİĞİNE ETK İ EDEN FAKTÖRLER

Hasan ACÜL

ABSTRACT

Decreasing energy consumption and increasing efficiency is one of the most important points in our era. Becoming amatter of primary importance in air conditioning, industrial and commercial cooling applications, supermarket cooling, blast freezing and process cooling applications, energy efficiency affects design of chillers (and its equipment

such as condensers, compressors etc.) and urges manufacturers to develop high performance, energy-efficient,environment friendly, economic, and long life products. This paper is intended to provide information on the factorsthat affects energy efficiency of finned air cooled condensers used on chillers.

1. GİR İŞ

Enerji verimliliğinin iklimlendirme, endüstriyel soğutma, süper market, ticari soğutma, şoklama, proses soğutma vb.

uygulamalarda giderek ön plana çıkması tesislerde enerji tüketiminin önemli bir bölümünü yaratan geleneksel soğutmagruplar ının sistem elemanlar ının dizaynlar ını da etkilemektedir. Küresel ısınma potansiyeli yüksek ve ozon tabakasına negatif etkisi olan ak ışkanlar ın soğutma sistemlerinde kullanımını k ısa vadede k ısıtlayan, uzun vadede yasaklayan yasaldüzenlemeler de tasar ımlar üzerinde etkilidir. Hava soğutmalı kondenserler soğutma gruplar ının temel bileşenlerindenolmalar ı nedeni ile enerji verimliliklerini arttırmaya yönelik geliştirme faaliyetleri sürekli olarak devam etmekte, ilgili ulusalve uluslararası standartlar yükseltilmekte ve enerji tüketimlerine yönelik k ısıtlamalar artmaktadır.

Bildirimizde hava soğutmalı kondenserlerde enerji verimliliğini arttır ıcı uygulamalar hakk ında detaylı ve kar şılaştırmalı bilgiler -bu alanda uygulanan en son standartlar ışığında- aktar ılacak olup, soğutma tesisatlar ında enerji verimliliği vurgusuöne çıkartılacaktır.

2. KONDENSERLER İN TASARIM VER İLER İ VE PERFORMANSLARINA ETK İ EDEN FAKTÖRLER

Hava soğutmalı kondenserlerin tasar ım ve seçimi için gerekli veriler aşağıda belirtilmiştir [1].

İstenen Kondenser Kapasitesi Kullanılacak Soğutucu Ak ışkan Cinsi Ortam GirişHavası Kuru Termometre Sıcaklığı Tasar ım Kondenzasyon ve Evaporasyon Sıcaklıklar ı İstenen Ak ışkan Taraf ı Basınç Kaybı Değerleri İstenen Ortam Ses Seviyesi Limitleri İstenen Enerji Verimliliği Sınıf ı İstenen Ünite Boyutlar ı Fanlar ın izolasyon, sıcaklık dayanım ve koruma sınıf ı özellikleri

Üretici firmalar, yukar ıda belirtilen tasar ım verileri ve istenen ek özelliklerin bilinmesi sureti ile kendi üretim tekniklerineuygun olarak kondenser tasar ımı ve üretimi yapabilir. Üretici firmanın performans onaylı tasar ım yazılımının olması ve

bataryalar ın bu yazılım/program yardımı ile tasarlanması sonradan ortaya çıkabilecek telafisi zor olumsuz durumlar ı önlemede çok önemlidir.

Bir kondenserin ihtiyaç duyulan performansı verimli bir biçimde uzun vadeli gösterebilmesi için dikkat edilmesi gerekentemel tasar ım veri ve kriterleri vardır. Takip eden sayfalarda kondenserlerin enerji verimliliğine etki eden veri ve kriterler açıklanmıştır.

2.1 Yoğuşma (Kondenzasyon) sıcaklığının kapasiteye etkisi

Soğutucu ak ışkan yoğuşma (kondenzasyon) sıcaklığı genel uygulamalarda hava giriş sıcaklığının 6 oC–20 oC üzerinde olacak şekilde düşünülmektedir. Kondenzasyon sıcaklığı seçimi sistemin çalışacağı ortam sıcaklığına bağlı olarak değişir. Budurumda uygulamalarda yaygın olarak yoğuşma sıcaklığı 30-60 oC arasında kabul edilmektedir.




32

Yoğuşma sıcaklığı belirlenmesinde göz önüne alınan faktörler :• Ortam sıcaklığı,• Soğutucu ak ışkanın termo fiziksel özellikleri• Seçilmiş olan kompresörün özellikleri• Kondenser boyutlar ıdır.

Kondenserlerde Eurovent Standardına göre nominal kondenser kapasitesi verilirken, 25°C hava giriş sıcaklığı ve 40°Ckondenzasyon sıcaklığı baz alınmaktadır. Diğer bir deyişle ΔT = 15 °C’dır.

ΔT sıcaklık fark ı ortam sıcaklığı yüksek olan yerlerde düşük seçilmelidir. Örneğin Antalya şartlar ında bir dizayn yapılıyorsaΔT değeri 7° - 10° C aralığında tercih edilmelidir. Türkiye şartlar ında dış mahalde çalışacak sistemler için kuzeyden güneyeindikçe sıcaklık fark ı düşürülmeli ve seçimler bu duruma göre yapılmalıdır.Yüksek Kondenzasyon sıcaklığının kompresörünüzerinde verimlilik düşürücü ve çalışma ömrünü k ısaltıcı yük oluşturduğu unutulmamalıdır. Tasar ımda kondenzasyonsıcaklığının olabildiğince düşük tespit edilmesi oldukça yararlıdır. Ancak, bazı şartlarda kondenzasyon sıcaklığının düşük alınması mümkün değildir. Örneğin, dış ortamın 50° – 55°C derece olduğu Arap ülkelerinde kondenzasyon sıcaklığınınyüksek olması kaçınılmazdır.

Aşağıda, örnek olarak, BOCK firması taraf ından imal edilen yar ı hermatik tip HGX4/555-4 model bir kompresörde R134Agazı kullanımı için değişik kondenzasyon sıcaklıklar ında kompresör taraf ından çekilen güç ve elde edilen soğutma

kapasiteleri verilmiştir (Tablo 1) [2]. Örnek olarak seçilen soğutucu gaz R134A’dır. Tabloda görüldüğü üzere kondenzasyonsıcaklığı 30°C’dan 60°C’ye yükseldiğinde, kompresör % 25 daha fazla enerji çekmekte, buna kar şın soğutma kapasitesi%38,5 ve COP değeri (Soğutma kapasitesinin kompresörün çektiği güce oranı) % 51azalmakta, tasarlanan soğutmakapasitesini elde etmek için % 38,5 daha büyük bir ünite kullanmak gerekmektedir.

Yoğuşma(Kondenzasyon)Sıcaklığı ( °C )

Buharlaşma(Evaporasyon)Sıcaklığı (°C )

SoğutmaKapasitesi (W)

KompresörünÇektiği Güç (kW)

Soğutma Etkenliği( COP )

30 -5 21.997 5,93 3,7140 -5 19.665 6,49 3,0350 -5 16.876 6,99 2,4160 -5 13.545 7,43 1,82

70 -5 9.586 7,82 1,23

Tablo 1.Sabit buharlaşma (evaporasyon) ve değişik yoğuşma (kondenzasyon) sıcaklıklar ında kompresör taraf ındançekilen güç, elde edilen soğutma kapasitesi ve etkenlik değerlerinin değişimi [2]

Yoğuşma (Kondenzasyon) sıcaklığının kapasiteye etkisi

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

- 30 - 25 - 20 - 15 - 10 - 5 0 5 10 15

Buharlaşma (Evaporasyon) Sıcaklığı (C)

K o m p . S o ğ u t m a K a p a s i t e s i ( 30 °C Yoğuşma Sıcaklığı

40°C Yoğuşma Sıcaklığı




Grafik 1. Değişik Yoğuşma sıcaklıklar ında Soğutma Kapasitesinin Değişimi [2]




33

Yoğuşma (Kondenzasyon) sıcaklığının kompresörün çektiği güce etkisi

0

2

4

6

8

10

12

14

- 20 - 15 - 10 - 5 0 5 10 15

Buharlaşma (Evaporasyon) Sıcaklığı (C)

K o m p r e s ö r ü n Ç e k t i ğ i G ü ç ( k 30 °C Yoğuşma Sıcaklığı





Grafik 2. Değişik Yoğuşma sıcaklıklar ında Kompresörün Çektiği Gücün Değişimi [2]

Hava soğutmalı kondenserlerin enerji verimliliğini arttırmak için uygulanan sistemlerden bir tanesi ağ üzeri suspreyleme sistemidir. Ağ üzeri su spreyleme sistemi, hava soğutmalı kondenserin ön k ısmına yerleştirilmiş geniş sık gözlü ağ yapılı malzemenin üzerine belirli mesafelerde bulunan nozullardan aralıklı olarak sistemin ihtiyacı kadar suspreyleme ve spreylenen suyun adyabatik olarak buharlaşması sonucu ısı değiştirgeci yüzeyine temas eden giriş havası sıcaklığının düşürülerek, soğutmada verimin arttır ılmasını sağlama mantığı ile çalışan sistemdir [3].

Su spreyleme, giriş havası ak ışında adyabatik soğutma etkisi meydana getirir. Belirlenmiş set değerlerinin aşılması ilekontrol sistemi ısı değiştirgecine giren hava sıcaklığını düşürmek için su spreyleme sistemini başlatır. Su spreylemesisteminin çalışma süresi ve frekans ayar ı, sistem performansının optimizasyonu ve su tüketiminin en aza indirilmesi

amacı ile sürekli olarak kontrol cihazı taraf ından sağlanır. Su, ısı değiştirgeci yüzeyine doğrudan püskürtülmediği, ağ yüzeyine püskürtüldüğü için lamellerin üzerinde kireç tabakası oluşmaz. Böylelikle ısıl transfer verimliliğinin düşmesiengellenir. Bu sistemde su yumuşatma işlemine ayr ıca gerek de kalmamaktadır.

Şekil 1.A, 1.B Dik ve Yatık Tip Ağ Üzeri Su Spreyleme Sistemli Hava Soğutmalı Kondenserler [3], [1]

2.2 Lamel Geometrisinin kapasiteye etkisi

Hava soğutmalı kondenserlerin tasar ımında boru çapı ve borular arasındaki mesafeleri tanımlayan lamel geometrisi,kapasite ve basınç kayı plar ı üzerinde etkilidir. Lamel geometrisi, tasar ım şartlar ında ihtiyaç duyulan soğutmakapasitesinin uygun basınç kayı plar ı dahilinde sağlanacağı şekilde üretici taraf ından kendi standartlar ı arasından seçilir.

Yoğun borulu geometrilerin daha avantajlı kapasite/fiyat değeri verdikleri söylenebilir; fakat bu durumda basınçkayı plar ı da artacağı için optimizasyona gidilmesi gerekmektedir. Pratik olarak, aynı ısı transfer yüzeyine sahip fakat




34

farklı lamel geometrisi kullanılmış Hava soğutmalı kondenserin, aynı şartlarda farklı soğutma kapasitesi ve farklı basınç kayı plar ı vereceğine dikkat edilmesi önemlidir.

2.3 Hava Hızının kapasiteye etkisi

Hava hızı, hava taraf ındaki k ısmi ısı transfer katsayısını etkilediği için önemli bir kriterdir. Hava hızı arttıkça ısı

transferi arttığı için daha küçük bir ısı değiştiricisi yeterli olacaktır; bununla birlikte hava taraf ı basınç kaybının artması nedeniyle yüksek hızlarda fan performansı düşer. Bu nedenle hava hızının optimum değerlerde seçilmesi gereklidir.Hava soğutmalı kondenser tasar ımında, standart ses seviyelerinde, tavsiye edilen hava hızı 3,0 – 4,0 m/s civar ındadır.Daha düşük ses seviyesi arandığı ortamlarda hava hızının seviyesi de düşecektir. Belirtilen hız değerlerinin altında havahızlar ı ısı değiştirgecinin büyük seçilmesini gerektirir. Yüksek hava hızlar ı ise daha güçlü ve pahalı fanlar gerektirir.

2.4 Yivli Boru kullanımının kapasiteye etkisi

Hava soğutmalı kondenserlerde kullanılan borular ın iç yüzeyi tasar ıma ve maliyet optimizasyonuna göre farklılık gösterebilmektedir. Düz-Yivsiz (smooth) borular ve yivli (grooved) borular kondenser bataryalar ındakullanılabilmektedir. Yivli boru yada düz boru kullanımı için kullanılacak ak ışkan ve uygulama özellikleriirdelenmelidir. Şekil 2.’de Yivli borular ın teknik özelliklerine konu olan ölçüler ve Şekil 3.’de farklı geometrik yapıyasahip yivli borular ın kesit görünümleri verilmektedir.

Şekil 2. Yivli borular ın teknik özelliklerine konu olan ölçüler [4]

Şekil 3. Farklı geometrik yapıya sahip yivli borular ın kesit görünümleri [4]

Bak ır boru üreticisi uluslar arası bir firma taraf ından, hava soğutmalı kondenserlerde yivli boru kullanımı ilekapasitenin batarya alın yüzeyi hava hızına bağlı değişimine yönelik deneysel bir çalışma yapılmıştır. Çalışmada beş farklı yiv geometrisine sahip prototip üniteler kullanılmıştır. Test edilen prototiplerin çalışma koşullar ı ve kullanılanak ışkan aynı tutulmuştur.

Tablo 2. ve Grafik 3.’te yapılan testlerin verileri ve sonuç değerleri mevcuttur. 40°C kondenzasyon, 25 °C hava giriş sıcaklığı ve R404A gazı kullanımı şartlar ında Düz-Yivsiz (smooth) borular ve yivli (grooved) borular arasında yapılankar şılaştırmada, yivli (grooved) boru kullanımı ile %11,70 yüksek kapasite elde edildiği gözlemlenmiştir [4].




35

Test Koşulları Testn°1

Testn°2

Testn°3

Testn°4

Testn°5

Testn°6

Testn°1

Testn°2

Testn°3

Ak ışkan R404A R22

Kanat Tipi Wavy Wavy Wavy Wavy Wavy Wavy Wavy Wavy Wavy

Test Koşulları ENV327Yoğuşma (Kondenzasyon)

Sıcaklığı (°C) 40 40 40 40 40 40 37,4 37,4 37,4Hava Giriş Sıcaklığı (°C) 25 25 25 25 25 25 26 26 26

dT 15 15 15 15 15 15 11,4 11,4 11,4

Aşır ı Soğutma(K) 2 2 2 2 2 2 4 4 4

Hava Debisi (m3/h) 1069,2 1603,8 2138,4 2673 3207,6 4347 1440 1728 1958

Hava Hızı (m/s) 1 1,5 2 2,5 3 3,5 2,5 3 3,4Kapasiteler-Test Sonuçları (Watt)

CV Tip Yiv Geometrisi 5.492 7.600 9.967 11.422 12.998 14.288 4.563 4.802 4.950

CVS Tip Yiv Geometrisi 5.577 7.771 10.074 11.583 12.915 14.154 - - -

CF Tip Yiv Geometrisi 5.492 7.571 9.970 11.172 12.764 14.081 4.593 4.713 4.869

V veya VA Tip Yiv Geometrisi - 7.531 9.894 11.172 12.518 13.696 - - -Düz - Smooth Tip YivGeometrisi 5.219 6.960 - - - - 3.644 3.886 4.089

Tablo 2. R404A ve R22 gazı için test edilen farklı yiv geometrili prototiplerin test sonuçlar ı [4]

Farklı Kondenserler Kapasiteleri (R404A için)

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

V air m/s

P W a t t s

CV

CVS

CF

VA

S

CVS profile

smooth

11,70%

Grafik 3. R404A gazı için yapılan deneylerin sonuçlar ı –Grafik halinde gösterim [4]

2.5 Fan seçiminin kapasiteye ve Ses seviyesine etkisi & Kontrol Seçenekleri

Soğutma gruplar ı

yerleşim merkezlerinin içerisindeki süper marketlerde, soğuk depolarda, klimalarda, proses soğutmasistemlerinde vs. kullanıldığı için gruplar ın çalışması esnasında fazla gürültülü olmaması önemli bir kriterdir.Kondenser fanlar ı ve kompresörler soğutma gruplar ında ses kaynağı olan iki birleşendir. Temel olarak fan motorundan




36

ve fan kanatlar ının yapısından kaynaklanan ses seviyesi, üretici verileri değerlendirilerek belirlenir ve uygun sınırlar arasında kalı p kalmadığı kontrol edilir. Gerekirse motor devri düşürülerek ses seviyesi azaltılabilir; bu durumda gereklisoğutma kapasitesinin sağlanması için ısı değiştiricisinin ısı transfer yüzeyi artır ılmalıdır.

Kondenser seçiminde dikkat edilmesi gereken bir nokta da, tasar ımın ortam sıcaklığının yüksek olduğu zamanlardaihtiyaç duyulan soğutma kapasitesini sağlayacak şekilde yapılması gerekliliğidir. Hava sıcaklık değerlerinin düşük olduğu zamanlarda istenen kapasitenin elde edilmesi için fanlar ın hepsinin tam devirde çalışması gereksiz ve masraflı

olur. Kondenser basıncı - sıcaklığı üzerinden kontrol edilen sistemlerde, fanlar ın düşük devirle çalıştır ılması veyadevreden çıkar ılması ile sistem için uygun debide hava tedariki sağlanır.

2.5.1 Çift Devirli Fanlar

Değişken debide hava sağlanması için en pratik yol, çift devirli fan kullanımıdır. En yüksek çalışma devrinin 3 / 4 ’ügibi bir ikinci hızda da çalışabilen bu fanlar sayesinde, hava giriş sıcaklığının tasar ım sıcaklığının çok altına düştüğüzamanlarda önemli oranda enerji tasarrufu sağlanabilmektedir.

Örneğin, 4 fanlı bir kondenser, ortam sıcaklığı 33 ºC’tan 20 ºC’a düştüğünde fan devri düşürülerek çalıştır ılabilir. Budurumda fan başına 0,75 kW az güç harcanır ki bu da % 40’a yak ın tasarruf demektir. Bu örnek 4 fan içindir; çoğutesiste çok daha fazla fanlı sistemler kullanılmaktadır.

Örnekte kullanılan 800 mm çaplı fanın her iki devirde harcadığı güç ve daha düşük devirlerde kullanılabilecek diğer

bir fana ait veriler aşağıdad

ır [5].

880 d/d 2,00 kW660 d/d 1,25 kW440 d/d 0,37 kW330 d/d 0,20 kW

2.5.2 Frekans invertörleri ve Step Kontrol Üniteleri kullanımı

Tek devirli fanlarda da, çift devirli fanlarda da kullanılabilen kontrol üniteleri ile de hava debileri ihtiyaca göredeğiştirilebilir.

Fan devirleri üzerinde hassas kontrol gerekmeyen yerlerde, fanlar ın sırayla devreye girdiği ve devreden çıktığı stepkontrol sistemleri uygulanır. Fanlar ın hangi sırayla çalışacaklar ı kullanıcı taraf ından tariflenebilmektedir; fan çalışmasürelerinin dengeli dağıtıldığı alternatifler de vardır. Step kontrol üniteleri fanın sadece açık ya da kapalı olması esasına

göre çalıştığı için, fan devrinin kontrol edildiği sistemlerden daha ucuza mal edilebilmektedir. Bu nedenle, çok sayıdafanın bulunduğu ve hassas kontrol gerektirmeyen sistemlerde genellikle bu yöntem tercih edilir.

Aşağıdaki grafikte, 4 fanlı bir kuru soğutucunun step kontrollü çalışmada elektrik harcamasındaki tasarruf görülmektedir. Günün sıcak saatlerinde 4 fanın da çalıştığı, en serin saatlerde ise tek fanın yeterli olduğu kabuledilmiştir.

Grafik 4. Fanlar ın step kontrol uygulanarak ihtiyaca göre devreye alındığı bir kondenserde bir günlük periyoddafanlar ın elektrik harcaması. (Taralı alan, tüm fanlar ın sürekli kullanılmaması sayesinde tasarruf edilen elektrik miktar ını kWh olarak göstermektedir.)

Kullanılan fan adedinin az olduğu ve sıcaklık-basınç farklar ının hassas olduğu durumlarda step kontrol ile yeterli sonuçalınamaz. Böyle yerlerde fan devirlerinin kontrol edildiği ve dolayısıyla hava debisi üzerinde çok daha hassas kontrolsağlayan sistemler (frekans invertörleri/konvertörleri) kullanılır. Frekans invertörleri/konvertörleri ilk yatır ım maliyeti

açısından step kontrol ünitelerinden daha pahalıdır; bu nedenle genellikle tüm fanlar ın ayr ı frekans

ElektrikHarcaması (kW)

Zaman-Saat




37

invertörleri/konvertörleri ile kontrol edildiği sistemler yerine, fanlar ın gruplar halinde kontrol edildiği ve step kontrolüniteleri ile frekans invertörleri/konvertörlerinin birlikte kullanıldığı sistemler tercih edilmektedir.

2.5.3 EC Fanlar

Farklı devir aralıklar ındaki motor seçeneklerinin yanı sıra son yıllarda kullanım alanlar ı hızla artan EC Motor

teknolojisi kondenser uygulamalar ında da kullanılmaktadır. EC fanlar kutup sayılar ından bağımsız olarak fanmotorunun tüm hızlarda kontrol edilebilmesini sağlamaktadır. Grafik 5.A’ da verildiği üzere EC Motor sistemleri,frekans invertörü-step kontrol-trafo, vb. konvansiyonel hız kontrol sistemleri ile kar şılaştır ıldığında nominal hızlardaortalama % 10 enerji tasarrufu sağlamaktadır.

EC Motorlar ın akustik avantajlı tasar ımı sayesinde ne frekans konvertörlü sistemlerin istenmeyen rezonanslar ı ne defaz kontrollü sistemlerin uğultular ı, EC Motorlarda gözükmez. Bu sayede EC motor sistemlerinde daha düşük sesseviyeleri sağlanır. Grafik 5.B’den görüldüğü üzere EC motor sistemleri faz kontrollü ve frekans konvertörlü sistemlerenazaran asgari 4 dBA avantaj sağlamakla birlikte özellikle düşük fan hızlar ı ve hava debilerine inildiğinde bu fark 15~30dBA civar ına çıkmaktadır.

Grafik 5.A EC-Motor Güç Tüketimi [6] Grafik 5.B EC Motor Ses Seviyesi [6]

3. HAVA SOĞUTMALI KONDENSERLİ SOĞUTMA GRUPLARINDA DOĞAL SOĞUTMA BATARYASIKULLANIMI

Geleneksel hava soğutmalı kondenserli soğutma gruplar ından farklı olarak entegre doğal soğutma bataryalı gruplar ınkullanımı son yıllarda yaygınlaşmaya başlamıştır. Doğal soğutma ortamın düşük hava sıcaklığından faydalanarak soğuk su üretici grubun (chiller) kompresörünün çalışması olmaksızın yada k ısmen çalıştır ılarak soğutma suyu eldeedilmesidir [7], [8]. Örneğin İngiltere’de yıllık soğutma ihtiyacının %62’sinin doğal soğutma ile sağlanmasında entegredoğal soğutma bataryalı su soğutma gruplar ının etkisi vardır. Bu ülkede yıllık soğutma ihtiyacının yalnızca %38’imekanik soğutma ile sağlanmaktadır [7], [9].

Entegre doğal soğutma bataryalı gruplar yirmi dört saat soğutma ihtiyacı olan büyük bilgisayar ve server odalar ı,Internet ve telekomünikasyon veri merkezleri soğutma uygulamalar ı için alternatif sistemdirler. Hem mekanik soğutmahem de doğal soğutma (k ısmi ve tam) yapabilme kabiliyetine sahiptirler [7].

Şekil 4.A’da entegre doğal soğutma bataryalı su soğutma grubunun kasetlenmiş ünite halinde resmi , Şekil 4.B’de ise bu tip gruplar ın yapısı basitleştirilmiş olarak gösterilmektedir. Doğal soğutma bataryası hava soğutmalı kondenser bataryasının –ünitenin hava giriş yönüne göre- ön k ısmına yerleştirilir. Ortam sıcaklığının dönüş suyu sıcaklığınınaltına düşmesi ile birlikte kontrol vanası dönüş suyunu doğal soğutma bataryasına ön soğutma yada tam doğal soğutmaamaçlı olarak gönderir [7].




38

Şekil 4.A Entegre Doğal Soğutma bataryalı havasoğutmalı su soğutma grubu [10]

Şekil 4.B Entegre Doğal Soğutma bataryalı havasoğutmalı su soğutma grubu şematik [7]

Doğal soğutmanın soğutma sistemlerinde kullanılması esnasında oluşan kazancı göstermek amaçlı olarak chiller

üreticisi bir firmanın entegre doğal soğutma bataryalı soğutma gruplar ına yönelik olarak Avrupa’nın dört farklı şehrinde yaptığı ölçümlere bağlı sonuçlar Grafik 6.’de verilmiştir.

Grafik 6. Avrupa’daki dört farklı şehirde çalışan klima sistemine uygulanan doğal soğutma bataryalı gruba ait dış sıcaklık verilerine bağlı enerji kazanç değerleri [11]

4. HAVA SOĞUTMALI KONDENSERLERDE STANDARTLAR VE ENERJİ SINIFLANDIRMASI

Hava Soğutmalı Kondenserlerde standart kapasiteler TS EN 327 (Isı Eşanjörleri-Hava Soğutmalı Zorlanmış Konveksiyonlu Soğutucu Ak ışkanlı Kondenserlerin Performansının Tayini İçin Deney Metotlar ı) standardında

belirlenen şartlarda tanımlanmaktadır [12].

Kondenser bataryalar ı, 97/23/EC PED (Basınçlı Ekipmanlar Direktifi) altında tanımlanan SEP ( Sound EngineeringPractice ) kapsamına uygun üretilmeli, ünitenin tümü CE şartlar ını kar şılamalıdır [13].

Ürünlerde enerji verimliliği EUROVENT Rating Standard (for Forced Convectıon Air Cooled Condensers For

Refrigeration “Aır Cooled Condensers”) 7/C/002 – 2007 standard

ına göre Tablo 3.’te verilen değer aral

ıklar

ıiçinhesaplanabilir [14].




39

Tablo 3. Enerji Verimliliği Sınıf ı [9]

Sınıf Enerji Sarfiyatı Enerji Oranı (R)*

A En Düşük (Extremely low) R > =110

B Çok Düşük (Very low) 70 =< R < 110

C Düşük (Low) 45 =< R < 70D Orta (Medium) 30 =< R < 45

E Yüksek (High) R < 30

* Enerji oranı “R”, ürün standart kapasitesinin fan motorlar ının toplam enerji tüketimine bölünmesi ile elde edilir.

Enerji verimliliğinin arttır ılması ile ilk yatır ım masraflar ı arasında ciddi bir ilişki söz konusudur. Enerji verimliliğiyüksek ürünlerin ilk yatır ım maliyetleri göreceli olarak yüksek olsa da aradaki maliyet fark ını k ısa zamanda gerikazandırdıklar ını ifade etmek mümkündür.Tablo 4.’te aynı şartlarda çalıştıklar ı, aynı cins soğutucu ak ışkan kullandıklar ı ve eşit kapasiteye sahip olduklar ı varsayılan dört farklı hava soğutmalı kondenser üzerinde yapılan örnek kar şılaştırma görülmektedir. Kar şılaştırmadasistemdeki kondenser kapasitesi ihtiyacının 160 kw olduğu varsayılmış ve alternatif kondenser dizaynlar ı bu kapasiteyegöre yapılmıştır. Örnek üniteler arasındaki temel farklar:

Isı transfer yüzeyleri, Ünite boyutlar ı, Batarya alın hava hızlar ı, Elektrik güçleri, Enerji verimliliği sınıflar ı, Ses seviyeleri ve Maliyetlerdir.

İlk yatır ım maliyeti fazla olan ünitenin boyutlar ı ve ısı transfer alanı daha fazladır. Bu k ısım maliyete doğrudan etkietmektedir. Ancak hava hızı, dolayısıyla hava taraf ı basınç kaybının düşüklüğü fanlar ın elektrik tüketim değerineetkimekte ve tüketim değerleri düşmektedir. Bu durum ünitenin enerji verimliliğini artırmakta, buradaki örnekte olduğugibi üniteleri A, B, C, D enerji sınıflandırmalar ında ifade ettirmektedir.

ÖZELL İ KLER KONDENSER 1 KONDENSER 2 KONDENSER 3 KONDENSER 4

MODELFUH YK 80 23 C1

2,1 EFUH YK 63 24 C1

2,1 QFUH YK 50 24 C3

2,1 LFUH YK 63 23 A1

2,5 S

Enerji Verimliliği Sınıf ı A Sınıf ı B Sınıf ı C Sınıf ı D Sınıf ı

Q (Kondenser Kapsitesi) 161.396 KW 163.430 KW 162.250 KW 160.170 KW

Isı Transfer Yüzeyi 543,3 m2 522,6 m2 461,3 m2 272,1 m2

Batarya Uzunluğu 3600 mm 4000 mm 3200 mm 3000 mm

Batarya genişliği 2150 mm 1800 mm 1500 mm 1800 mm

Hava Debisi 39.150 m3/h 40.730 m3/h 39.530 m3/h 57.640 m3/hHava Hızı 1,4 m/s 1,6 m/s 2,3 m/s 3,0 m/s

Fan Çapı 800 mm 630 mm 500 mm 630 mm

Fan Devri 330 d/d 480 d/d 900 d/d 900 d/dFan Adedi 6 adet 8 adet 8 adet 6 adet

Toplam Fan gücü 1,2 kw/h 1,52 kw/h 2,56 kw/h 4,68 kw/h

Ses Gücü Seviyesi (LwA) 68 dBA 72 dBA 78 dBA 84 dBASes Basınç Seviyesi(LpA) 36 dBA 40 dBA 46 dBA 52 dBA

Enerji oranı (R) 134,5 - 107,5 - 63,4 - 34,2 -

Ünite Fiyatı 8.525 € Euro 6.676 € Euro 5.396 € Euro 4.515 € Euro

Tablo 4. Varsayılan dört kondenser üzerinde yapılan örnek kar şılaştırma [1]

Tablo 5.’te ise A sınıf ı ürün ile D sınıf ı ürün arasındaki fark gösterilmiştir. İlk yatır ım masraf ı yüksek olan A sınıf ı

ürünün, D sınıf ı ürün kullanımına göre kendisini 2,9 yıl içerisinde geri kazandırdığı görülmektedir.




40

HESAPLAMALAR A sınıf ı ve D sınıf ı

ürün arası fark Ünitelerin fan motorlar ının elektriksel tüketimleri arasındaki fark 3,48 kw/hYıllık olarak fan motorlar ının elektriksel tüketimleri arasındaki fark (20 saat/gün) 25.404 kwBirim elektrik harcaması maliyeti 0,085 $/kWYıllık Toplam elektrik harcaması fark ı (USD) 2.159,3 $

Yıllık Toplam elektrik harcaması fark ı (EURO) 1.371,0 €Üniteler arası maliyet fark ı 4.010,0 €Ünite Maliyet Fark ının geri kazanım süresi 2,9 Yıl

Tablo 5. Varsayılan kondenserlerin kar şılaştırması ve İlk yatır ım maliyeti geri ödeme süresi hesabı

5. SONUÇLAR VE ÖNER İLER

Enerji verimliliğinin iklimlendirme, endüstriyel soğutma, süper market, ticari soğutma, şoklama, proses soğutma vb.tesisatlarda giderek ön plana çıkması tesislerde enerji tüketiminin önemli bir bölümünü yaratan geleneksel soğutmagruplar ının sistem elemanlar ının dizaynlar ını da etkilemektedir. Küresel ısınma potansiyeli yüksek ve ozon tabakasına negatif etkisi olan ak ışkanlar ın soğutma sistemlerinde kullanımını k ısa vadede k ısıtlayan, uzun vadede yasaklayan yasaldüzenlemeler de tasar ımlar üzerinde etkilidir. Hava soğutmalı kondenserler soğutma gruplar ının temel bileşenlerindenolmalar ı nedeni ile enerji verimliliklerini arttırmaya yönelik geliştirme faaliyetleri sürekli olarak devam etmekte, ilgili ulusalve uluslararası standartlar yükseltilmekte ve enerji tüketimlerine yönelik k ısıtlamalar artmaktadır.

Soğutma sektörü içerisinde yer alan yatır ımcılar ın, proje ve uygulama mühendislerinin yukar ıda tanımlanan konular hakk ında bilgi sahibi olmalar ı gerekmektedir. Enerji verimliliği yüksek ürünlerin kullanımının yaygınlaştırması ile birliktesistemlerimizde verimlilik artacaktır. Bu sistemlerin aynı zamanda çevreci sistemler olduğu da ak ıldan çıkartılmamalıdır.

6. KAYNAKLAR

[1] Friterm A.Ş Teknik Dokümanlar ı ve Uygulamalar ı (http://www.friterm.com)[2] BOCK Firması Teknik Kataloğu (Seçilen model HGX4/555-4 R134A) (http://www.bock.de)[3] EPS (Environmental Process Systems Ltd) Firması Ecomesh Teknik Kataloğu (www.epsltd.co.uk)[4] KME Firması Teknik ve Test Dokümanlar ı (http://www.kme.com)[5] Ziehl Abegg Firması Teknik Kataloğu (www.ziehl-abegg.com)[6] EBM-PAPST GmbH Firması “EC Fans” Teknik Broşürü (http://www.ebmpapst.com)[7] De Saulles,T.,” BSRIA Guide: Free Cooling Systems”, BSRIA,2004[8] ASHRAE Handbook 2000 Systems And Equı pment, Chapter 36, Chapter 38, ASHRAE, 2000[9] Oliver P.,” Making use of free cooling”, Building Service Journal, November 2001[10] Airedale Firması Teknik Kataloğu (http://www.airedale.com)[11] Climaveneta Firması FOCS-FC/NGTeknik Kataloğu (http://www.climaveneta.it)[12] TS EN 327 (Isı Eşanjörleri-Hava Soğutmalı Zorlanmış Konveksiyonlu Soğutucu Ak ışkanlı

Kondenserlerin Performansının Tayini İçin Deney Metotlar ı)[13] 97/23/EC The Pressure Equipment Directive[14] EUROVENT Rating Standard (for Forced Convection Air Cooled Condensers For Refrigeration

“Air Cooled Condensers”) 7/C/002 – 2007




41

SOĞUTMADA ENERJİ TASARRUFUNA YÖNELİK MEKANİK VE

ELEKTRONİK UYGULAMALAR

K ıvanç Aslantaş

Ahmet Yar So ğ utma Sanayi A.Ş ., İ zmir

[email protected]

ÖZET

Küresel ısınma ve ozon deplesyonunun getirdiği problemler ve bununla beraber ön plana çıkan sorunlar sondönemlerin güncel tartışma konular ıdır. Bu konu, aynı zamanda işletme ömrünün uzaması, yapılan yatır ım maliyetininyanında işletme maliyetinin de olabilecek en düşük seviyeye indirilmesiyle doğrudan ilgilidir. Bunun sağlanması isedoğru mekanik uygulamalar ve etkin bir kontrol sistemiyle mümkündür.

Bu çalışmada soğutma sistemlerine ait enerji tasarrufunun sağlanmasına yönelik uygulamalar hakk ında genel bilgiler verilmesi amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Soğutma, Enerji tasarrufu, Kontrol

1. GİR İŞ

Enerji günlük yaşantımızda çok büyük bir yer tutar. Soğutma gruplar ı ve buna bağlı donanımlar bir işletmede en fazlaenerji tüketen cihazlar arasında yer alırlar. Bu nedenle soğutma cihazlar ında enerjinin bilinçli kullanımı, maksimumtasarruf ve verimliliği sağlamak açısından önemlidir.

Şekil 1. Marketlerde enerji tüketiminin da ğ ıl ımı( İ klimlendirme hariç)

Soğutma alanında enerji tasarrufu öncelikle mükemmel bir yalıtımla başlar, bilimsel anlamda optimize edilerek seçilmiş makine ve elemanlar ıyla devam eder ve kontrol sisteminin üstünlükleriyle sonlanır. Endüstriyel ve ticari tipsoğutma yatır ımlar ında verimliliği belirleyen en önemli unsurlardan birisi gider maliyetlerinin mümkün olduğuncadüşük tutulmasıdır. Bu ise ancak tasarrufu sağlayacak etkin bir kontrol sisteminin kullanılmasıyla mümkündür.

Aşağıda, soğutma sistemine ait tanımlar, uygulamalar, öneriler ve sistem kontrolüne ait bilgiler sunulacaktır.




42

2. DENEYSEL ve TEOR İK MODEL

a. Yalıtım Uygulaması

Enerji tasarrufunun ilk adımı istenmeyen ısı geçişlerinin engellenmesidir. Doğru yalıtım tedbirlerinin alınmasıyla budurum sağlanabilir. Yani şartlandırmak istediğimiz sisteme ait enerji (ısı) ak ışı kontrol edilebilir olmalıdır. Soğutmada

farklı uygulamalar için gerekli yalıtım kalınlıklar ı teorik ve deneysel sonuçlarla birçok kaynakta bulunabilir. Ancak unutulmamalıdır ki yalıtım uygun kalınlığın kullanılması kadar doğru uygulamayla elde edilebilir.

Soğuk oda yalıtımlar ında ısı köprüsünün engellenmesinde nem difüzyonunun da önlenmesi gerekliliğiunutulmamalıdır. Bu ise iki farklı ortam arasında bulunan malzemelerin nem geçişine kar şı gösterdikleri dirence

bağlıdır. Dolayısıyla özellikle soğutulan hacimlerin tabanlar ında özel nem kesici malzemelerin kullanılması zorunludur.

Özellikle lojistik merkezler gibi büyük alana ve hacme sahip işletmelerde, yalıtımın mümkün olan en üst seviyedeolması işletme giderlerine doğrudan etki etmektedir. Böylesi tesislerde yalıtım faaliyetleri inşaat aşamasında başlar,uygulamanın doğru yapılmasıyla devam eder ve ilgili aksesuarlar ın kullanılmasıyla son bulur.

b. Kompresör ve Merkezi Sistem Uygulaması

Bilindiği gibi kompresörün görevi evaporatörden gelen soğutucu ak ışkan gazın basıncını ve sıcaklığını arttırmak, böylece hava veya su soğutmalı kondenserler gibi mevcut elemanlarla yoğunlaştır ılmasını sağlamaktır. Bu anlamdasistemin en temel elemanı olma özelliğine sahip olan kompresörlerin uygun kapasitede seçilmesi en önemli adımdır.

Kompresörün kapasitesi genellikle emme basıncı ile kontrol edilir. Kapasite kontrolü, silindirlerin devreye alınması yada elektrik motorunun devrini kontrolü ile yapılır. Küçük kapasiteli sistemlerde kompresör, kapasite kontrolüolmaksızın termostat ile eş zamanlı olarak kontrol edilir.

Ancak “Merkezi Sistem” olarak adlandır ılan ve çoğunlukla üç ve daha fazla sayıda kompresör içeren gruplarda artık çok daha etkin elektronik kontrol uygulamalar ı yapılmaktadır. Bu sayede hem kompresörlerin eşit zaman aralıklar ındaçalıştır ılarak eşit yı pranma oranına sahip olmalar ı, sistem ihtiyacına göre uygun sayıda devreye girmeleri sağlanarak

hem bak ım maliyetleri en düşük seviyede tutulmakta hem de sistem ad

ımlama yöntemiyle olabilecek en yüksek – yaklaşık % 25 ~ % 30 – enerji tasarrufuyla çalıştır ılmaktadır.

Ayr ıca son dönemde vidalı kompresörlerin kapasite aralıklar ı elektronik kontrol yardımıyla oransal – invertor - olarak sağlanabilmekte, bu sayede sistem ihtiyacına tam kar şılık gelen enerji değeri kullanılarak kayı plar önlenmektedir.

Kompresör kontrolünde diğer önemli bir nokta ise yağ basınç değeridir. Yağ basıcı değeri mekanik otomatikler veregülâtörler yardımıyla ya da doğrudan sistem otomasyonuna bağlı elektronik yağ regülâtörleri ile çok daha etkin bir şekilde kontrol edilebilmekte ve gerekli hallerde ilgili kompresör ya da sistemin tamam ı durdurularak kalıcı hasarlar önlenmektedir.

Her ne kadar kompresör çık ışlar ında yağ seperatörü uygulamasıyla önlem alınsa da tesisat güzergâhına bağlı olarak yükselen hatlarda yağ cebi uygulaması yapılmalıdır. Bu sayede seperatör taraf ından sisteme geri kazandır ılamayan

yağın sağlıklı bir şekilde geri dönüşü sağlanabilir.

Merkezi sistem tasar ımında kullanılabilecek bir diğer yol da ara soğutucu uygulamasıdır. Özellikle adımlama metoduile yapılan kontrollerde ne kadar kapasiteye uygun güç elde edilmeye çalışılsa da belli oranda fazla güç kullanımı kar şımıza çıkmaktadır. Burada kullanılacak bir ara soğutucu eşanjör ve genleşme valfi ile atıl durumdaki enerjinin likitsoğutmasında kullanılarak sisteme geri kazandır ılması mümkün olabilmektedir. Böyle bir sistemde ayri kondisyonlarasahip iki ayr ı merkezi sistemin birbirlerinin atıl enerjisinden faydalanması da mümkün olmaktadır.

Yine benzer bir metotla yani bir ara ısıtıcı isi değiştirgecinin kullanılmasıyla kondensere giden basma – discharge – hattı üzerindeki ısı kullanım suyuna kazandır ılabilir. Bu hem kondenser basıncının düşürülmesine yardımcı olacak,hem de atmosfere verilmek üzere evaporatör vasıtasıyla alınan enerjinin faydalı bir amaca hizmet etmesinisağlayacaktır.




43

c. Kondenser ve Likit Tank ı Uygulaması

Kondenserin görevi, kompresörün bastığı gazı sıvı hale getirmektir. Kondenserden çıkan soğutucu ak ışkan likittank ında (receiver) depolanır. Likit tank ı sistemde meydana gelen dalgalanmalar ın kar şılanmasını ve böyleceevaporatöre düzenli sıvı ak ışının sağlanmasını temin eder. Ayr ıca gerekli durumlarda servis amacıyla soğutkanındepolanması için kullanılır.

Likit tank ının uygun hacimde seçilmesi ne kadar önemliyse, gerekli miktarda likit ihtiva edip etmediğinin belirlenmeside aynı oranda önemlidir. Bunu için kullanılacak bir seviye sensoru yardımıyla olası bir problemde sistem devre dışı

bırak ılarak daha büyük hasarlara yol açılmasına engel olunabilir.

Özellikle küresel ısınma ve su kaynaklar ının azalmasıyla birlikte oluşan tropikal iklim şartlar ının göz önünealınmasının zorunlu olduğu son dönemde kondenser seçimlerinin sistem ihtiyacına göre belirlenmesi önem arzetmektedir. Uygun büyüklükte seçilmeyen kondenser gerekli miktarda ısıyı sistemden uzaklaştıramayacağı içinsoğutma faaliyeti istendiği gibi gerçekleşemeyecektir.

Kondenser uygulamasında yüzey temizliği çok önemli olup, periyodik aralıklarla bu işlemin yapılması gereklidir. Busayede ısı transfer verimine bağlı olarak sistem performansı da artacak, dolayısıyla kompresör ve fanlar gibi doğrudanelektrik enerjiyle çalışan donanımlar ın yol açacağı fazla enerji kullanımının önüne geçilecektir.

Kondenser fanlar ının kontrolü de iki ayr ı metotla sağlanabilir. Bunlardan ilki ihtiyaç nispetinde yeterli sayıda fanındevreye girmesiyle olurken, diğeri tüm fanlar ın birlikte çalışı p sistem ihtiyacı nispetinde devirlerinin kontroledilmesidir. Devir kontrolü – invertor - sadece homojen çalışmayla birlikte verim artışını getirmekle kalmayı p, aynı zamanda yerleşim mahallerinde sıkça kar şılaşılan ses probleminin önlenmesini sağlayacaktır.

Kondenser kontrolündeki en önemli detay ise basıncın mümkün olan en düşük seviyede tutulmasıdır. Bu ise uyguncihazın seçilmesi kadar, basınca bağlı doğru kontrolün sağlanması ve kondenserin yerleştirildiği yerin hava ak ışınasahip olması dolayısıyla rahat ısı transferinin yapılmasıyla sağlanabilir. Bu sayede neredeyse % 20’lere varan enerjitasarrufu sağlanabilir.

d. Genleşme Valfi ( Expansion Valf ) ve Evaporatör Uygulaması

Expansion ( genleşme ) valfin görevi, evaporatöre, belirlenen tüm yükleme şartlar ında doğru miktarda soğutucuak ışkanın gitmesini sağlamaktır. Soğutucu ak ışkanın buharlaşmasını ve evaporatörden çıkarken belirli bir ısıyaulaşmasını sağlar. Böylece, evaporatörün en uygun şekilde kullanılması ve ak ışkan sıvının kompresöre geri gelmemesisağlanır.

Bu anlamda elektronik valf uygulaması, sadece ayr ıca bir solenoid valf gereksinimini ortadan kaldırmakla kalmayı p,evaporatörün sensorlardan gelen bilgiler vasıtasıyla ihtiyaca göre likit beslemesinin yapılmasıyla sistem verimine %12’ye kadar katk ıda bulunmaktadır.

Evaporatörün temel görevi ortamı istenilen derecede soğutmaktır. Evaporatörün üzerindeki kanatçıklar ısı transferisağlayan yüzeyi, dolayısıyla verimi arttırmaya yarar. Evaporatörün sıcaklığı ve hava sıcaklığı arasındaki fark uygulamasahasına göre değişmekle birlikte genellikle 6 – 10 °K arasıdır.

Evaporatörün efektif olmasını ve havayı soğutmasını sağlamak için belirlenen aralıklarla defrost uygulanır. Bu sayedeyüzeyin buzla kaplanarak ısı transferinin azalması engellenmiş olur. Defrost işlemi elektrikli rezistans ya da hava ileyapılabilmektedir.

Defrost iki şekilde takip edilebilir. İlki bilinen belirlenen zaman aralıklar ında defrost işleminin yapılmasıdır. İkinci yolise özellikle tüm etkin elektronik kontrol sistemlerinin sahip olduğu gibi gerekli noktalara yerleştirilen sensorlar vasıtasıyla ihtiyaç nispetinde defrost uygulanmasıdır. Bu sayede hem gereksiz defrostlar atlanabilmekte hem de gereklidurumlarda daha uzun süre defrost uygulanarak sistem veriminin korunması dolayısıyla %5’e varan oranda enerjitasarrufu sağlanabilmektedir.

e. Reyonlara Ait Uygulamalar

Yukar ıda anlatılan ve özellikle ana ekipmanlara ait uygulamalara ilave olarak aşağıdaki maddeleri de ekleyebiliriz.




44

i. Özellikle dikey tip raflı duvar reyonlar ı için elektrikli otomatik gece perdesi kullanılması. Bu sayede gereksizısı transferi önlenecektir.

ii. Reyonlar ın evaporasyon değerinin gece şartlar ında daha yüksek tutulması. Bu sayede %4’ e varan oranda

enerji tasarrufu sağlanabilir.

iii. Havuz tip derin dondurucularda kapak uygulaması. Operasyon bak ımında ilk etapta olumsuz görünmekle birlikte toplamda % 30’lar nispetinde enerji tasarrufu sağlanabilmektedir.

3. MODELDEN ÇIKAN SONUÇLAR

Yukar ıdaki tanımlamalara göre özellikle sistemin doğru kurulumu ve beraberinde etkin bir elektronik kontrolsonucunda sahada tatbik edilerek elde edilen enerji tasarrufu uygulamalar ı ve sonuçlar ı aşağıdaki tabloda özetlenmiştir.

Fonksiyonlar Tasarruf

Elektronik Termostat % 0

Reyonlarda gece çalışma değerlerinin arttır ılması % 4 e kadar

Havuz deep freezlerde kapak uygulaması % 30 a kadar

Defrost saati % 0

İhtiyaca göre defrost % 5 e kadar

Fanın aralıklı çalıştır ılması (termostat kapalı iken) % 3 e kadar

Reyon rezistansının aralıklı çalıştır ılması % 3 e kadar

Modülasyonlu termostat kontrolü % 8 e kadar

Elektronik genleşme valfi %12ye kadar

Kondenser basıncının düşürülmesi %20ye kadar

Emme basıncı otomasyonu % 5 e kadar

Kondenser basıncının otomasyonu % 3 e kadar

Tablo 1. Uygulama sonucunda elde edilen enerji tasarrufu oranlar ı

Burada unutulmaması gereken en önemli noktalardan birisi de periyodik aralıklarla sisteme bak ım yapılmasınıngerekliliğidir.

4. TARTIŞMA

Yukar ıda anlatılan genel tanımlar ve bu tanımlara ait uygulamalar dikkate alındığında kar şımıza çıkan iki önemli hususolduğu görülmektedir.

İlki enerji tasarrufu diğeri ise bu tasarrufu sağlayacak sistemlerin maliyeti olacaktır. Böylesi doğru uygulamalar vegerekli elektronik ya da mekanik kontrol ekipmanlar ı kullanmanın yatır ım maliyetine katk ısı ne olacaktır? Sistem geridönüş zamanlar ı göz önüne alındığında ilave kontrol yatır ımına değer mi?




45

Yapılan deneysel çalışmalar ışığında bu soruyu rahatlıkla “Evet” olarak yanıtlayabiliriz. Örnek olarak sadece arasoğutucu sistemin maliyeti göz önüne alındığında ortalama %7’lik bir enerji tasarrufu getireceği göz önüne alınırsa geriödeme süresi 3 yılı geçmemektedir.

Ancak optimizasyon için elbette tüm sistemin değerlendirmesi, kurulmak istenen işletmenin ömrüne bağlı olarak yapılmalıdır.

Diğer taraftan CO2 gibi alternatif soğutucu ak ışkanlar ın gelişimiyle birlikte çok daha verimli ve çevreye duyarlı sistemler çok yak ın bir tarihte uygulamaya geçecek gibi görünüyor…

5. SONUÇ

Sonuç olarak soğutmada enerji tasarrufunun sağlanması için önerilen çözümler aşağıdaki gibi özetlenebilir.

a. Sisteme ait tüm komponentlerin uygun ölçülerde tasar ımlar ının yapılması b. Işıklar, araçlar ya da herhangi bir nem kaynagı gibi ısı kaynaklar ını asgariye indirilmesic. Sisteme ait yağ sirkülasyonunun sağlıklı bir şekilde sağlanması d. Amacına uygun tasar ımlar ın kullanılması e. Merkezi sistemler için ara soğutucu uygulaması f. Dondurulmuş ürünlerin uzun süre sıcak ortamlarda kalmasının engellenmesig. Soguk ortamlar ın yalıtımlar ının eksiksiz olarak yapılması ve olası tüm ısı köprülerinin engellenmesih. Self kontrol ve alarm özelliğine sahip sistemler kullanılması i. Tüm sistem komponentlerinin gerektiği gibi çalışı p çalışmadıklar ının etkin bir kontrol sistemi ile takip edilmesi j. Fanlar ın düzenli olarak kontrol edilmesi ve temizliğine özen gösterilmesik. Fanlarda hız kontrolü – invertor - kullanılması l. Evaporatorlerin ihtiyaç duyulan sıcaklıklardan daha düşük sıcaklıklarda çalıştır ılmaması m. Kondenserler hava ak ımının nispeten fazla olduğu ve serin yerlere yerleştirilmesi

6. TEŞEKKÜR

Bu çalışmayı yapmamda gerek araştırmalar ıma yaptıklar ı katk ılar ve gerekse manevi destekleri için eşim Sayın Gözde

Aslantaş’a ve Sayın Halit Turgut Salaçin’ e teşekkürü bir borç bilirim.

7. KAYNAKLAR

[1] Aslantaş, K ıvanç, Adap Kool Sistemi ile Ahmet Yar Ayr ıcalığı, www.perakende.org, 2006

[2] Akdaş, Metin, Soğutma Sistemleri Yalıtımında Malzeme Seçimi ve Uygulamada Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar, www.dinamik-izmir.com/makale2.doc

[3] Özkol, Nuri, Uygulamalı Soğutma Tekniği, TMMOB, 2007

[4] Coolpack software, Department of Energy Engineering Technical University of Denmark, www.dtu.dk

[5] Gren Cool, www.greencoolco2.com




46

TEZGAH SEVİYESİ TİPİ BİR BUZDOLABI İÇER İSİNDEK İ ISI AKTARIMI VEAKIŞIN DENEYSEL VE SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Ziya Haktan Karadeniz, Dilek Kumlutaş , Mete Öz şen

Dokuz Eylül Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisli ğ i Bölümü, İ ZM İ R

[email protected], [email protected]

ÖZET

Bu çalışmada; buharlaştır ıcısı dondurucu bölümünün etraf ında olan ve yoğuşturucusu yankabuklara gömülü olarak tasarlanmış tezgah seviyesi tipi fansız bir buzdolabı içerisindeki ısı aktar ımı ve ak ış, doğal taşınım koşullar ı için sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Deneyselçalışma kapsamında, cihaz içerisindeki ve dışındaki farklı noktalara ısıl-çiftler yerleştirilerek, bir veri toplayıcı yardımıyla sıcaklık bilgileri alınmıştır. Sayısal çalışmada ise, cihazın üç boyutlusayısal modeli oluşturularak, ısı-ak ış analizleri yapılmış ve cihaz içindeki sıcaklık ve hızdağılımlar ı belirlenmiştir.

1. GİRİŞ

Çağdaş yaşamın hızlı ak ışında yiyecek ve içeceklerin sağlıklı bir şekilde saklanabilmesi için buzdolaplar ı ve derindondurucular yaşamımızda önemli bir yere sahiptir. Besinlerin uzun süreler saklanabilmesi için buzdolaplar ı içerisindeki farklı bölgelerin istenilen sıcaklıklarda tutulabilmesi ve bu bölgelerdeki havanın sıcaklık dağılımınınmümkün olduğunca düzgün olması gerekmektedir. Bu nedenle buzdolabı iç tasar ımında; sistemlerin, ısı aktar ımı veak ış özellikleri açısından ayr ıntılı olarak incelenmeleri gereklidir.

Bu incelemeler deneysel olarak yapılabilir, ancak uzun süreli ilk örnek (prototip) hazırlama süreçlerindenkurtulabilmek için, gelişen bilgisayar yetenekleri sayesinde sayısal yöntemler kullanılarak incelemeye değer görülen

modellerin ön araştırmalar ı yapılabilir. Böylece, bu modellerden sayısal çalışma sonunda uygun görülenlerinin ilk örnekleri hazırlanı p bunlar üzerinde deneyler yapılarak zaman ve para tasarrufu sağlamak mümkündür.

Araştırmalar incelendiğinde; kapalı hacimler içerisindeki ak ışkanlar ın ısı aktar ımı ve ak ış özelliklerinin farklı koşullar için incelendiği birçok çalışma bulunduğu görülmektedir. Ancak, özel olarak buzdolaplar ı içerisindeki ak ışı ve ısı aktar ımını inceleyen az sayıda çalışmaya ulaşılabilmiştir. Laguerre ve diğ. [1], ev tipi kullanım için üretilmiş

buzdolaplar ını günlük kullanımlar ı sırasında deneysel olarak incelemişler ve buzdolabı içerisindeki en düşük ve enyüksek sıcaklıklar arasındaki fark ın bazı modellerde 10 °C’ye kadar çıkabildiğini göstermişlerdir. Bazı yiyeceklerinsaklanma ihtiyaçlar ı göz önüne alındığında bu fark, yiyeceklerin tüketiciler taraf ından buzdolabı içerisindeki bellikonumlarda saklanmalar ını gerektirmektedir. Böyle bir saklama yönteminin her tüketici taraf ından düzgün şekildeuygulanmasının imkansız olması nedeniyle, buzdolabı içerisindeki sıcaklık dağılımının düzgün olmasının önemi ortayaçıkmaktadır. Gupta ve diğ. [2], ev tipi bir karlanmayan (no-frost) buzdolabının dondurucu ve soğutucu k ısımlar ını sayısal olarak incelemiş ve elde ettikleri sonuçlar ı deney sonuçlar ı ile kar şılaştırarak, buzdolaplar ı içerisindeki ısı

aktar ımı ve ak ışın sayısal olarak modellenmesinin gerçeğe yak ın sonuçlar verdiğini göstermişlerdir. Diğer bir çalışmada Laguerre ve Flick [3], ev tipi fansız bir buzdolabının içerisindeki sıcaklık dağılımını ve buzdolabı içerisineyerleştirilen bir sıcak yiyeceğin soğuma davranışını doğal taşınım koşullar ında deneysel ve sayısal olarak incelemişlerdir. Sayısal inceleme sonuçlar ı ile deney sonuçlar ı arasında uyum olduğunu göstermişlerdir.

Bu çalışmada; buharlaştır ıcısı dondurucu bölümünün etraf ında olan ve yoğuşturucusu yan kabuklara gömülü olarak tasarlanmış tezgah seviyesi tipi fansız bir buzdolabı içerisindeki ısı aktar ımı ve ak ış, doğal taşınım koşullar ı için sayısalve deneysel olarak incelenmiştir.

2. DENEYSEL ÇALIŞMA

Çözümleme için gerekli sınır şartlar ını belirleyebilmek ve analiz sonucu bulunan dolap içi sıcaklık dağılımlar ınındoğruluğunu sağlamak için, iç ortam sıcaklığı ve buzluk (buharlaştır ıcı) yüzey sıcaklığı ile dış yüzey üzerindeki farklı

noktalardaki sıcaklıklar toplam 12 adet ısıl-çift kullanılarak ölçüldükten sonra, bir veri toplayıcı aracılığıylakaydedilmiştir. Isıl çiftlerin buzdolabı üzerindeki konumlar ı Şekil 1’de gösterildiği gibidir.




47

Buzdolabı boş halde ve çevresiyle ısıl denge durumunda iken deneye başlanmış ve ölçümlere sistem kararlı durumagelinceye kadar devam edilmiştir. Kararlı duruma ulaşma sürecinin gösterildiği Şekil 2, soğutucu k ısma yerleştirilmiş üç ayr ı ısıl çiftten kaydedilen sıcaklık verileri kullanılarak oluşturulmuştur. Şekil 3 ise, kararlı duruma ulaşıldıktansonra buzluk (buharlaştır ıcı) yüzeyinde üç ayr ı noktadaki sıcaklık salınımını göstermektedir. Kaydedilen sıcaklık verilerinin kararlı durum ortalama değerleri, sınır şartlar ını belirlemek ve çözümleme sonuçlar ının doğruluğunusağlamak için kullanılmıştır.

Şekil 1. Buzdolabı d ı şında (a) ve içindeki (b) ı sıl çiftlerin konumlar ı

Şekil 2. So ğ utucu bölümde zamana ba ğ l ı sıcakl ık de ğ i şimi

a b

Ağırlık

Ağırlık

110

102

103

104

105

112




48

Şekil 3. Buzluk yüzeyindeki sıcakl ık sal ınımı

3. SAYISAL ÇALIŞMA

Sayısal çalışmada; modelin oluşturulmasında ANSYS Workbench, çözümlemeler için ise HADIA (Hesaplamalı Ak ışkanlar Dinamiği ve Isı Aktar ımı) temellerini kullanarak çözüm yapan ANSYS CFX programı kullanılmıştır.Çözümlemeler kararlı durum koşullar ı için yapılmıştır.

3.1. Modelin ve Çözüm Ağının Oluşturulması

Çözümlemelerde kullanılan model, ticari olarak sat

ılan bir buzdolab

ının üzerinden ölçüm al

ınarak oluşturulmuştur.Dolabın dış kabuğu (dış sac, poliüretan yalıtım ve iç plastik) basitleştirme amacıyla modellenmemiştir. İç yüzeyindeki

ana raflar ın yerleştirildiği çık ıntılar, yuvarlatmalar, sıcaklık ayar düğmesi ve aydınlatmaya ait boyutlar ın, dolabıngeneli düşünüldüğünde çok küçük olması söz konusudur. Ağ yapı (mesh) oluşturulmasında sorunla kar şılaşmamak içinve bu ayr ıntılar ın sonuçlara etkilerinin ihmal edilebilir olması nedeniyle, modelde bu k ısımlar yer almamaktadır. Raflar ve buzluk sadece ak ış önündeki engeller olarak modellenmiş, bu parçalar üzerinde iletimle olan ısı aktar ımlar ı ihmaledilmiştir. Ayr ıca buzluk bölümünün ön k ısmında bulunan buzluk kapağı, buzluk bölümünün hemen altında bulunandamlalık ve sebzelik bölümü de modellenmemiştir. Sıcaklık ölçümleri yapılırken de modellenmeyen bu yerler çıkar ılmıştır.

Uygun çözüm ağını elde edebilmek için farklı sıklıkta eleman atamalar ı yapılarak birçok ağ oluşturulmuş, bunlar kullanılarak yapılan çözümlemelerden elde edilen sonuçlar arasında deney sonuçlar ıyla en çok uyum gösteren modelseçilmiştir. Seçilen çözüm ağında 688731 eleman ve 168861 düğüm noktası bulunmaktadır. Çözümlemelerde

kullanılan model ve oluşturulan ağ yapısı Şekil 4’de gösterilmiştir.




49

Şekil 4. Buzdolabı modelinin izometrik görünü şü ve olu şturulan a ğ yapı sı

3.2. Sınır Şartları

Modelin dış yüzeylerine ısı transferi katsayısı (U) ile dış yüzey sıcaklıklar ı (T) tanımlanmıştır. Isı transferikatsayılar ının belirlenmesinde sadece dolap kabuğundaki poliüretan yalıtım malzemesinin iletim direnci göz önüne

alı

nmı

ştı

r. Sac ve plastik kalı

nlı

klar ı

poliüretanla kar şı

laştı

r ı

ldı

ğı

nda küçük veı

sı

iletim katsayı

lar ı

da büyük olduğundan dirençleri ihmal edilebilir kabul edilmiştir. Dolap içindeki raf ve sebzelik yüzeylerine adyabatik, buharlaştır ıcı yüzeyine ise sabit sıcaklık sınır koşulu verilmiştir. Buharlaştır ıcı yüzeyinin sıcaklığı, deney sonuçlar ındakararlı duruma ulaşıldıktan sonra yüzeydeki zamana bağlı sıcaklık salınımı eğrisinden elde edilen ortalama değer olarak alınmıştır. Havanın özellikleri, model için film sıcaklığındaki havanın özellikleri olarak alınmıştır. Kullanılansınır şartlar ı Tablo 1’de, havanın özellikleri ise Tablo 2’de gösterilmiştir.

Tablo 1. S ınır şartlar ı

Tablo 2. Havanın özellikleriTf [°C] ρ (kg/m3 ) C p (J/kgK) μ (Ns/m2 ) k (W/mK) β (1/K)-10,213 1,3351256 1006,2554 1,66E-05 0,0233214 0,003806


Çözümlemelerde iterasyonlara; artıklar 10-3, dengesizlikler de % 1 değerlerinin altına ininceye kadar devam edilmiştir.Doğal taşınım koşullar ını oluşturmak için Boussinesq yaklaşımı kullanılmıştır.

Yüzey Sınır şartları Ön Duvar U = 0,743 [W/m2K], T = 26,502 [°C]Arka Duvar U = 0,578 [W/m2K], T = 26,502 [°C]Üst Duvar U = 0,578 [W/m2K], T = 26,405 [°C]Alt Duvar U = 0,743 [W/m2K], T = 26,405 [°C]

Yan Duvarlar U = 0,65 [W/m2K], T = 34,142 [°C]

Raf ve Sebzelik Yüzeyleri Adyabatik Buharlaştır ıcı Yüzeyleri T = 258,147 [K]Giriş Yüzeyi Hava Debisi [kg/s], T = (Tort)çık ış [°C]Çık ış Yüzeyi P ağıl = 0 Pa




50

Şekil 5.a’da, buzdolabı içerisindeki sıcaklık dağılımı gösterilmiştir. Buzluk bölümünün alt taraf ında (soğutucu bölüm),yerel düşük sıcaklıklı bölgeler dışında sıcaklıklar -3±2 °C aralığındadır. Soğutucu bölüm için, çözümleme sonuçlar ınındeney sonuçlar ı ile uyum içerisinde olduğu görülmektedir (Tablo 3). Sayısal modelden elde edilen ortalama sıcaklık değerinin deney sonucu ortalamasına göre 1.6 °C fazla olmasının, bağlantı noktalar ından gerçekleşen havasızıntılar ından ve/veya sayısal hesap hatalar ından kaynaklandığı düşünülmektedir. Dondurucu bölümdeki havasıcaklıklar ı kaydedilmediğinden bu bölge için bir sıcaklık kar şılaştırması yapılmamıştır.

Soğutucu bölümde elde edilen sıcaklık aralığı (-3±2 °C), buzdolaplar ının soğutucu k ısımlar ının olması istenen 4 °C [3]değerine göre oldukça düşüktür. Sıcaklıklar ın bu kadar düşük çıkmasının nedeni, buzluk kapağı ve damlalığınmodellenmemiş olmasıdır.

Tablo 3. Sayı sal ve deneysel çal ı şmalardan elde edilen ortalama sıcakl ık de ğ erleri.Ortalama Sıcaklık [°C]

Sayısal Çalışma -3,963Deneysel Çalışma -5,612

Dolabın içerisindeki en sıcak bölgenin, dolabın üst ön bölümünde olduğu görülmektedir (Şekil 5a). Yüksek sıcaklığasahip olan bu bölge, buzdolabının tamamıyla kar şılaştır ıldığında oldukça küçük bir hacmi kaplamakta ve sıcaklık değerlerinin buzdolabı içindeki öngörülen sıcaklık sınırlar ı arasında olduğu görülmektedir (5 ±1 °C). Genel olarak

bak ıldığında, kapı raflar ının hava ak ışını engellemesi nedeniyle, kapı taraf ının diğer k ısımlar ına göre daha sıcak olduğugörülmüştür.

Şekil 5b’de buzdolabı içerisindeki hız dağılımı gösterilmiştir. Buzluk yüzeyinde soğuyan ve ağırlaşan hava, yerçekimietkisiyle dolabın aşağılar ına doğru hareket ederken, duvarlarda ısınarak yükselen nispeten sıcak hava ak ımı ilekar şılaşır. Bu kar şılaşma sonucu, orta düzlem üzerinde; biri arka duvarda ısınan havanın buzluk alt yüzeyine çarpı psoğuyarak aşağıya tekrar arka duvara doğru yönelmesiyle oluşan, diğeri ise ön duvar taraf ında ısınarak yükselenhavanın kapı raflar ının engellemesi nedeniyle dolabın orta k ısmına doğru yükselip, buzluğun altında soğuyarak ön kapı taraf ına dönmesiyle oluşan iki ana hücre belirlenmiştir. Bu iki hücrenin, soğutucu k ısımda ısının yayılmasını sağlayanana etkenler olduğu söylenebilir.

Şekil 5. a) Orta düzlemde sıcakl ık da ğ ıl ımı b) Orta düzlemde hı z da ğ ıl ımı

Buzluk k ısmında ise ısı yayılımını sağlayan ak ış hareketi; havanın, sıcak ön bölümden buzluğun üst bölümü boyuncaarka duvara doğru ilerlemesidir. Bu nedenle, dolap içerisindeki en yüksek hızlar (0,285 m/s), sıcaklık fark ının en büyük olduğu üst ön taraf ile buzluk üst yüzeyi arasında oluşmaktadır.

5. SONUÇ




51

Yapılan çalışmalardan elde edilen veriler ışığında, sayısal çözümleme yönteminin buzdolabının içerisindeki sıcaklık vehız dağılımlar ı hakk ında fikir sahibi olabilmek için etkili bir araç olduğu görülmüştür. İncelenen modelde, tel raf kullanıldığından buzdolabı içerisinde düzgün sıcaklık dağılımını sağlamak mümkün olmuştur. Ancak günümüz

buzdolaplar ında, özellikle büyük hacimli karlanmayan ürünlerde, çoğunlukla cam raf kullanıldığından, raflar arası,raflarla kapı arası ve raflarla arka duvar arası uzaklıklar ın düzgün ayarlanması, soğuk havanın dolap içerisinde düzgün

dağıtılabilmesi için sayısal çalışmalar, tasar ımın iyileştirilmesi açısından önem arz etmektedir. Bu yöntemle, öngörülenfarklı tasar ımlar öncelikle sayısal olarak incelenmeli, elde edilen en uygun tasar ım prototip haline getirildikten sonrayine deneysel çalışma yapılmalıdır. Böylece, zaman ve para tasarrufu sağlanabilir.

KAYNAKLAR

[1] Laguerre O., Derens E., Palagos B., Study of domestic refrigerator temperature and analysis of factors affecting temperature: a French survey, International Journal of Refrigeration, 25, 653-659, 2002.[2] Gupta J. K., Gopal M. R., Chakraborty S. Modeling of a Domestic Frost-Free Refrigerator , International Journal of Refrigeration, 30, 311-322, 2007.[3] Laguerre O., Flick D., Heat Transfer by Natural Convection in Domestic Refrigerators, Journal of FoodEngineering, 62, 79-88, 2004




52

OTURUM IIIAKIŞKANLAR

Nano Parçacıklı Ak ışkanlar : Soğutma Teknolojilerinde Yeni Bir Açılım Mehmet Fevzi KÖSEOĞ LU – Mehmet ORHAN

Alternatif Doğal Soğutkanların Genel Değerlendirilmesi Hüseyin PEHL İ VAN – Kadir İ SA

R-12 ve R-500 Soğutucu Ak ışkanlara Alternatif Ak ışkanların Performans Değerlendirilmesi Ahmet COŞ KUN – Tansel KOYUN – Ali BOLATTÜRK

Kübik Şerit ve B Şerit Eğri Uydurma Yöntemiyle Soğutucu Ak ışkanlarının Doyma TermofizikselÖzelliklerinin Hesaplanması

M. Turhan ÇOBAN




53

NANO PARÇACIKLI AKIŞKANLAR: SOĞUTMA TEKNOLOJİLER İNDE YENİ BİR

AÇILIM

Mehmet Fevzi Köseo ğ lu, Mehmet Orhan

Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü, TR-20070 Denizlimfkoseoglu@ pau.edu.tr, morhan@ pau.edu.tr

ÖZET

Hem tasar ım k ıstaslar ı gereği giderek küçülen ısı değiştiricileri boyutlar ı hem de artan ısı ak ılar ı ısı transferinde iyileştirilmeleri gerekli k ılmaktadır. Henüz gelişim aşamasında bulunan taşıyıcı ak ışkana nano-parçacık ilave etme yöntemi ısı transferi artır ımında gelecek vadetmektedir. Buyöntem ile ak ışkanın ısı iletim katsayısında inanılmaz yükselmeler gözlenirken, küçük parçacık

boyutu ve derişimi nedeni ile basınç kayı plar ında kayda değer bir yükselme olmamaktadır. Buderleme çalışmasında, nano-parçacıklı ak ışkanlar ın; üretimi, ısı iletimi ve taşınımı karakteristikleri, çözülmeyi bekleyen mevcut problemleri ve ayr ıca açılımlar ı tartışılacaktır.

Anahtar Kelimeler: Nano-parçacıklı ak ışkanlar, Artırılmış ısı transferi, Isı iletimi, Isı taşınımı

1. GİR İŞ

Mikro-elektronik, iklimlendirme ve soğutma sistemleri, yüksek güç üreten sistemler gibi birçok endüstriyeluygulamada ısıl yönetim hayati önem arz etmektedir. Bahsedilen sistemlerin her geçen gün artan ısıl yükleri verimlisoğutma ve ısıtmaya yönelik yeni teknolojilerin geliştirilmesi ihtiyacını doğurmaktadır. Isı transferi artır ımı için, ısı transfer yüzeyinin artır ılması beraberinde sistem boyutlar ında artımı getirdiği için bu geleneksel yöntem bir alternatif

yöntem olmaktan çıkmaktadır. Bu nedenlerle, ısı transferi kabiliyeti yüksek alternatif ak ışkanlar ın kullanımına yönelik teknolojilerin geliştirilmesi yeni bir alternatif olarak durmaktadır. Taşıyıcı ak ışkana nm1001− boyutlar ında nano

parçacık veya nano-fiber ilavesi ile elde edilen iki fazlı süspansiyonlar diğer değişle nano-parçacıklı ak ışkanlar bualternatif ak ışkanlardan birisidir. Nano-parçacıklı ak ışkanlar, saf taşıyıcı ak ışkana göre çok farklı ısı transferikarakteristiklerine sahiptirler. Bu ak ışkanlar ın ısı iletim katsayısının saf taşıyıcı ak ışkana göre çok daha büyük olması difüzyonla ısı transferini etkin hale getirir. Bu nano-parçacıklı ak ışkanlar ın önemli bir avantajı olarak durmaktadır. Ek olarak, parçacıklar etraf ında gerçekleşen mikro-dolaşım ısı transferini artır ıcı bir etkiye sahiptir. Diğer taraftan, ısı transferine maruz kalan yüzey/hacim oranının makroskopik sistemlere göre yaklaşık dokuz mertebesinde yüksek olması eşsiz bir ısı transfer yüzeyini kullanıma sunmaktadır. Nano-parçacık ilavesine rağmen saf ak ışkana göre basınçdüşümünde pek bir artışın gözlemlenmemesi de diğer bir avantajdır. Bütün bu nedenlerle, bu çalışmada, nano-

parçacıklı ak ışkanlar ın hazırlanması ve ısı transferi yetenekleri üzerine bir analiz yapılacaktır.

2. NANO-PARÇACIKLI AKIŞKANLAR VE HAZIRLANMA YÖNTEMLER İ

Soğutma sistemlerinde kullanılan sıvı ak ışkanlar genellikle düşük ısı iletim katsayısına sahiptirler. Bu nedenle, buak ışkanlar ın kullanıldığı değişik ısı transferi artır ım yöntemleri yetersiz kalmaktadır. Bu soruna çözüm olarak taşıyıcı ak ışkana mikro veya makro boyutlarda parçacık eklenmesi yeni bir fikir değildir [1-6]. Ancak, büyük boyutlardaki bu

parçacıklarla ısı transferinde aşağıdaki dezavantajlar ın gözlemlendiği de belirtilmektedir [7]:

• Parçacıklar ın çökelmesi sonucu ısı transfer yüzeyinde bir tabaka oluşumu ve taşıyıcı ak ışkanın ısı kapasitesinin düşmesi,

• Artan ak ışkan hızı ile birlikte ısı transferi donanım ve borular ında erozyon oluşması,• Özellikle dar kanallarda büyük parçacık boyutu sebebi ile tıkanma oluşması,• Basınç düşümünün kayda değer bir şekilde artması,• Isı iletim katsayısı artımının yüksek parçacık derişimlerinde gerçekleşmesi.




54

Nano-boyutlu parçacıklar ın üretiminin mümkün hale gelmesi ile birlikte, yeni olmayan ak ışkana parçacık ekleme fikriyeniden güncellik kazanmıştır [8]. Nano parçacıklı ısı transferi ak ışkanlar ının aşağıdaki faydalar ından söz etmek mümkündür:

• Nano boyutlardaki cisimlerin yüksek alan/hacim oranlar ından dolayı, ısı transfer yüzeyi makroskopik yüzeyalanlar ından çok çok daha yüksek olması,

• Parçacıklar ın hareketli olması nedeni ile ısı transferi artır ımına neden olan mikro taşınım mekanizmasının

oluşması,• Düşük boyut ve ağırlık nedeni ile çökelme ihtimalinin düşük olması,• Mikro/nano kanallarda kullanılabilir olması,• Erozyona sebebiyet vermemesi,• Basınç düşümünde pek bir atışa neden olmaması ve• Makro ve mikro boyutlu parçacıklar ın aksine, düşük derişimlerde de kar ışım ak ışkanının ısı iletim

katsayısında büyük artışlar ın elde edilmesi.

2.1. Nano-Parçacıkların Hazırlanma Yöntemleri

Metallerin ve metal oksitlerin nano tozlar ının üretimi farklı yöntemler ile gerçekleştirilebilmektedir. Örneğin, Al2O3 veCuO gibi oksit parçacıklar ı İnert Gaz Yoğuşması “Inert Gas Condensation (IGC)” metodu veya daha az topaklaşmayaneden olan Doğrudan Buharlaşma Yoğuşma “Direct Evaporation Condensation (DEC)” tekniği ile üretilirken, Silikon

nano-parçacıklar ı Lazer Buhar Depozisyonu “Laser Vapor Deposition (LVP)” yöntemiyle üretilmekte, Karbon nanotüplerin üretiminde ise Kimyasal Buhar Depozisyonu “Chemical Vapor Deposition (CVD)” yöntemi kullanılmaktadır [9].

Nano-parçacıklı ak ışkanlar tek adımlı ve çift adımlı olmak üzere iki farklı yöntemle üretilebilmektedir.

Tek Ad ıml ı Yöntem. Bu yöntem ile nano-parçacıklı ak ışkanlar ın elde edilişi; metal buhar ının doğrudan düşük buharlaşma basıncına sahip ak ışkan ile teması neticesinde nano-parçacık elde edilmesi prensibine dayanmaktadır [10].Bu yöntem ile topaklaşma minimize edilirken, sadece düşük buharlaşma basıncına sahip ak ışkanlar kullanıldığı içinuygulama alanı k ısıtlıdır.

Çift Ad ıml ı Yöntem. Bu yöntemde ise yukar ıda belirtilen farklı yollarla üretilen nano-parçacıklar doğrudan ak ışkaniçine belirli derişimlerde ilave edilir. Daha sonra, kararlı, topaklaşmayan, çökelmeyen bir kar ışım elde etmek amacıylaultra sonik veya mekanik kar ıştırma yöntemleri ile belirli sürelerde ve sıcaklıklarda kar ıştır ılır. Hazırlanan ak ışkanınuzun süre çalışabilmesi için oleik asit ile kararlılığı artır ılır. Ancak, bu tekniğin oksit nano-parçacıklı ak ışkanlar ınhazırlanmasında başar ılı olup olmadığı kanımızca halen açık değildir. Wang ve diğerlerine göre [11] çift aşamalı metotoksit parçacıklar için iyi sonuç verirken, metalik parçacıklı olanlarda pek başar ılı değildir. Ancak Eastman vediğerlerine göre tek adımlı metot kararlı ak ışkan hazırlama açısından daha başar ılıdır [12]. Belirtilen iki farklı yöntemleelde edilen nano-parçacıklı süspansiyonlar ın TEM ile elde edilmiş görüntüleri Şekil 1’de gösterilmiştir.

Şekil 1. Tek ad ıml ı yöntem ve Cu nano- parçacıklar ı ile hazırlanmı ş süspansiyon (sol), Çift ad ıml ı yöntem ve CuOnano-parçacıklar ı ile elde edilen süspansiyon (orta), AuPd nano-parçacıkl ı süspansiyon (sa ğ )[13].

3. NANO-PARÇACIKLI AKIŞKANLARDA ISI TRANSFER İ

Nano-parçacıklı ak ışkanlar ile ısı transferi, nano boyutlarda yüzey/hacim oranının çok büyük olması ve parçacı etraf ında mikro ak ım gerçekleşmesi gibi mekanizmalardan dolayı, saf taşıyıcı ak ışkana k ıyasla oldukça fazlaartmaktadır. Isı transferi artımında diğer bir önemli etkende nano-parçacıklı ak ışkanın ısı iletim katsayısındaki artıştır.




55

3.1. Nano-parçacıklı Ak ışkanlarda Isı İletimi – Kuramsal ve Deneysel Yaklaşımlar

Nano-parçacıklı ak ışkanlar ın ısı iletim katsayısındaki artışı kesin olmakla birlikte (Şekil 2), sebepleri üzerine henüz bir fikir birliği oluşmamıştır.

Şekil 2. Oksit nano ak ı şkanlalar art ır ılmı ş ı sı iletim katsayı sı [14] (sol), farkl ı nano ak ı şkanlar için ı sı iletimkatsayılar ı [12] (orta), Karbon nano-tüplü ak ı şkanın di ğ er nano-parçacıkl ı ak ı şkanlar ile ı sı iletim katsayı sı yönünden

kar şıla şt ır ılması [15] (sa ğ )

Keblinski ve diğerleri ve Evans ve diğerleri [13,16] ısı iletim katsayısındaki büyük artışın muhtemel sebebi olarak düşünülen Brownian hareketin aslen çok önemli olmadığını ve bu yükselişte parçacıklar ın kümelenmesinin, moleküler tabakalaşmanın daha etkin rol oynadığını belirtmişlerdir. Ancak diğer taraftan, Jang ve Choi ve de Prasher vearkadaşlar ına göre Brownian hareketin bu artımda temel rol oynadığı hükmüne var ılmıştır [17,18].

3.2. Nano parçacıklı Ak ışkanlarda Isı Taşınımı

Nano-parçacıklı ak ışkanlar üzerinden ısı transferini etkileyen parametreler çok çeşitlidir. Isı taşınımının değişik

modlar ında gerçekleştirilen deneysel çalışmalar, esas itibari ile ısı transferinin parçacık boyutundaki azalma ile arttığını ve parçacıklar ın şekil faktörünün bu artımda oldukça önemli olduğunu göstermektedir. Taşıyıcı saf ak ışkana ilaveedilen parçacık derişimi de bir diğer önemli faktördür. Klasik bir yöntem olan taşıyıcı ak ışkana grafit ekleme nano-

parçacıklı ak ışkan çalışmalar ında da kendine yer bulmuştur. Yang ve diğerleri [19], otomatik transmisyon yağı vesentetik yağla birlikte ağırlıkça %2-2.5 arasında kullandıklar ı 20-40 nm boyutlu grafitler ile laminar ak ım şartındaki tüpısı değiştiricisinde saf ak ışkana göre %1-22 arasında bir oranda artım elde etmişlerdir. Ding ve diğerlerinin çalışması [20] ise ısı transferinde oldukça fazla bir artımı özetlemektedir. Onlara göre, saf su-çok duvarlı karbon nano-tüpkar ışımı (ağırlıkça %0.1-0.5) %0.5 derişim değeri için yaklaşık %350’ye varan bir ısı transferi artımı sağlamaktadır (Şekil 3). Choi ve diğerleri çalışmasına [21] göre transformatör yağına ilave edilen farklı şekillerdeki ve derişimlerdeki(küre, çubuk şekilli) γ -Al2O3 ve AIN (50 nm ve %0.5-4 derişim oranında) parçacıklar ından %0.5 AIN derişiminde

%20’ye varan bir artım gerçekleşmektedir. Wen ve Ding çalışmasında [22] deiyonize suya %0.6-1.6 hacimsel derişimoranlar ında eklenen 27-56 nm boyutlar ındaki γ -AL2O3 nano-parçacıklar ının laminar ak ım şartlar ında ısı transferini

artı

rdı

ğı

belirtilmiştir. Özellikleı

sı

l gelişme bölgesinde saf ak ı

şkana göre belirgin bir artı

ş gözlemlenmiş ve bu artı

şı

nsadece ısı iletim katsayısı ile açıklanamayacağı rapor edilmiştir. Xuan ve Li [23] türbülanslı zorlanmış ak ım şartlar ındadeiyonize suya eklenen bak ır nano-parçacıklar ının ısı taşınımını artırdığını ve saf ak ışkana göre kayda değer bir basınçdüşümü artımı gözlemlenmediğini dile getirmişlerdir.




56

Şekil 3. Deiyonize su içinde dağılmış karbon nano tüpler (sol), karbon nano-tüp derişimine kar şın ısı taşınımındakiartım [20].

4. GELECEĞE YÖNELİK AÇILIMLAR

Nano-parçacıklı ak ışkanlar ın soğutma ve ilgili teknolojilerde kullanımı gelecek vadetmektedir. Şu ana kadar yapılançalışmalar incelendiği taktirde, nano-parçacıklar ın ak ışkanın ısı iletim katsayısını artırdığı ve bu artışın nano-parçacık tipine ve boyutuna göre değiştiği görülecektir. Dolayısı ile gelecekte yapılacak çalışmalarda nano-parçacıklı ak ışkanlar ın ısı iletkenliğini ölçmeye yönelik standart yöntemlerin ulunması, farklı parçacık parametrelerinin ısı iletimkatsayısı ve ısı transferi üzerindeki etkilerinin belirlenmesi öncelik konular olacaktır. Kuramsal açıdan ise, sebebiaçıklığa henüz kavuşturulamamış ısı iletişim katsayısı artışına sebep olan mekanizmalar ı belirlemeye yönelik mikroskopik ölçeklerde benzetimlere ihtiyaç vardır. Son olarak, kaynama ve yoğuşma gibi faz değişimi içeren ısı transferi modlar ında nano-parçacıklı ak ışkanlar ın davranışı hala incelenmeyi beklemektedir.

5. KAYNAKLAR

[1] Kofanov, V.I., Heat Transfer and Hydraulic Resistance in Flowing Liquid Suspensions in Piping ,International Chemical Engineering, 4, 3, 426-430, 1964.

[2] Orr, C., ve Dallavalle, J.M., Heat Transfer Properties of Liquid-Solid Suspensions, ChemicalEngineering Progress Symposium Series, 50, 9, 29-45,1954.

[3] Bonilla, C.F. ve diğerleri, Heat Transfer to Slurries in Pipe, Chalk, and Water in Turbulent Flow,AIChE Symposium Series, 74, 174, 327-333, 1953.

[4] Salamone, J.J. ve Newman, M., Heat Transfer Design Characteristics Water Suspensions of Solids,Industrial Engineering Chemistry, 47, 2, 283-288, 1955.

[5] Miller, A.P. ve Moulton, R.W., “ Heat Transfer to Liquid Solid Suspensions in Turbulent Flow in Pipes, The Trend in Engineering, 15-21, April, 1956.

[6] Bergles, A.E. ve diğerleri, Advanced Cooling Systems for Agricultural and Industrial Machines,SAE, Makale no. 751183, 1976.

[7] Das, S.K. ve diğerleri, Heat Transfer in Nano-Fluids – A review, heat Transfer Engineering, 27,10, 3-19, 2006.

[8] Choi, S.U.S., Enhancing Thermal Conductivity of Fluids with Nanoparticles, Developments andApplications of Non-Newtonian Flows, FED-Vol. 231/MD-Vol. 66, 99-105, 1995.

[9] Gleiter, H., Nanocrystalline Materials, Progress in Materials Science, 33, 4, 223-315, 1989.[10] Eastman, C.A. ve diğerleri, Enhanced Thermal Conductivity through the Development of

Nanofluids, Materials Research Society Symposium – Proceedings, 457, 3-11, Boston, 1997.[11] Wang, X.Q. ve Mujumdar, A.S., Heat Transfer Characteristics of Nanofluids: A review,

International Journal of Thermal Sciences, 46, 1-19, 2007.[12] Eastman, J.A. ve diğerleri, Anomalously Increased Effective Thermal Conductivities of Ethylene

Glycol Based Nanofluids Containing Copper Nanoparticles, Applied Physics Letters, 78, 6, 718-720, 2001.

[13] Keblinski, P. ve diğerleri, Nanofluids for Thermal Transport , Materials Today, 36-44, 2005.[14] Lee, S. ve diğerleri, Measuring Thermal Conductivity of Fluids Containing Oxide Nanoparticles,

Journal of Heat Transfer, 121, 280-289, 1999.[15] Choi, S.U.S. ve diğerleri, Nanofluids, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology,




57

American Scientific Publishers, Los Angeles, 2004.[16] Evans, W., Fish, J. ve Keblinski, V., Role of Brownian Motion Hydrodynamics on Nanofluid

Thermal Conductivity, Applied Physics Letter, 88, 093116-1 – 093116-3, 2006.[17] Jang, S.P. ve Choi, S.U.S., Role of Brownian Motion in the Enhanced Thermal Conductivity of

Nanofluids, Applied Physics Letters, 84, 4316-4318, 2004.[18] Prasher, R., Bhattacharya, P. ve Phelan, P.E., Thermal Conductivity of Nanoscale Colloidal

Solutions (Nanofluids), Physical Review Letters, 94, 025901-1 – 025901-4, 2005.[19] Yang, Y., Zhang, Z.G., Grulke, E.A., Anderson, W.B. ve Wu, G., Heat Transfer Properties of Nanoparticle-in-Fluid Dispersions (Nanofluids) in Laminar Flow, International Journal of Heatand Mass Transfer, 48, pp. 1107-1116, 2005.

[20] Ding, Y., Alias, H., Wen, D. ve Williams, R.A., Heat Transfer of Aqueous Suspensions of Carbon Nanotubes (CNT Nanofluids), International Journal of Heat and Mass Transfer, 49, 240-250,2006.

[21] Choi, C., Yoo, H.S. ve Oh, J.M., Preparation and Heat Transfer Properties of Nanoparticle inTransformer Oil Dispersions as Advanced Energy Efficient Coolants, Current Applied Physics,doi. 10.1016/j.cap.2007.04.060, 2007.

[22] Wen, D. ve Ding, Y., Experimental Investigation into Convective Heat Transfer of Nanofluids at the Entrance Region under Laminar Flow Conditions, International Journal of Heat and MassTransfer, 47, 5181-5188, 2004.

[23] Xuan, Y. ve Li, Q., Investigation on Convective Heat Transfer and Flow Features of Nanofluids,Journal of Heat Transfer, 125, 151-155, 2003.




58

ALTERNATİF DOĞAL SOĞUTKANLARIN GENEL DEĞERLENDİR İLMESİ

Hüseyin PEHL İ VAN * , Kadir İ SA** * Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Müh. Bölümü, 54187 SAKARYA

** Sakarya Üniversitesi, Akyazı MYO, İ KS Programı , 54400 SAKARYA

[email protected] [email protected]

ÖZET

Montreal Protokolü ile kloroflorokarbon (CFC) ve hidrokloroflorokarbon (HCFC) türü soğutkanlar ın kullanımı çevreyeolan zararlar ından dolayı kademeli olarak sona erdirilmiş veya erdirilecektir. Bazı Avrupa ülkeleri, belirledikleritakvimi daha öne çekmeyi başarmışlar ve doğal soğutkan içeren soğutma sistemlerinin tasar ımı konusundaçalışmalar ına hız vermişlerdir. Sonuç olarak, CFC ve HCFC’nin yerine geçebilecek çevreye daha duyarlı, kolay

uygulanabilir, ekonomik yeni soğutkanlar üzerinde çalışmalar yapılmaya başlanmıştır. CO2, amonyak, DP-1 ve bazı hidrokarbon bileşimleri bu anlamda ön plana çıkmıştır. Bu incelemede, yapılmış olan çalışmalar ışığında söz konusualternatif doğal soğutkanlar ın genel özelliklerine dikkat çekilmiş, ayr ıca CO2 konusuna özel bir vurgu yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Doğal Soğutkan, Ozon, HCFC, CO2, Amonyak, Hidrokarbon.

1-GİR İŞ

Soğutkan seçiminde etkili olan iki parametre, soğutkanın ısı alışverişinde bulunduğu iki ortamın, soğutulan yer veçevrenin sıcaklığıdır.

Soğutkanın zehirli olmaması, pas yapmaması, yanıcı olmaması, kimyasal bileşiminin sabit olması, buharlaşmaentalpisinin yüksek olması ve doğal olarak ucuz ve kolaylıkla bulunabilir olması, göz önüne alınması gereken diğer etkenlerdir.

1930’lu yıllara kadar soğutkan olarak amonyak ve CO2 yaygın olarak kullanılmışlardır. Ancak zehirli ve kolaylıklatutuşabilir olmalar ı nedeniyle, o günlerde daha güvenilir olarak nitelendirilen CFC ve HCFC’ler pazar ı elegeçirmişlerdir. Bunun sonucunda söz konusu doğal soğutkanlar ortadan kaybolmuşlardır. Bunun tek istisnası amonyak olmuş ve günümüzde özellikle büyük uygulamalarda halen yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilindiği üzere CFC veHCFC’ler ozon tabakasına olan zararlı etkileri ve küresel ısınma potansiyelleri (GWP) nedeniyle çeşitli uluslararası anlaşmalarla sınırlandır ılmışlardır. Bunlara ilk alternatif olarak HFC’ler (klorsuz hidroflorokarbonlar) ve bunlar ınkar ışımlar ı geliştirilmiştir. Fakat, ozon tabakasını tahribat potansiyelleri (ODP) düşük olmasına rağmen GWP’lerininyüksek olması uzun vadede kalıcı bir çözüm sağlamamaktadır.

Bunun sonucunda bir çok AB ülkesinde tekrar doğal soğutkanlara dönme eğilimi başlamıştır. Klor ve flor içermeyen veihmal edilecek düzeyde GWP değerine sahip amonyak (R-717), hidrokarbonlardan propan (R-290), izobütan (R-600a),su (R-718), son yıllarda CO2 (R-744), ototmobil klimalar ında yaygın olarak kullanılan R-134a’ya bir alternatif olarak geliştirilen DP-1 bunlar arasında sayılabilir. Amonyak ve hidrokarbonlar emniyetli soğutkan gereksinimlerini zehirlilik ve tutuşabilirlik kriterleri açısından kar şılamamakta, ancak su ve CO2’de sorun görünmemektedir.

Soğutkanlar ın çevresel etkilerinden söz ederken belirleyici parametreler olarak ODP ve GWP değerleri dikkatealınırken, çevrimin verimi, enerjinini kullanımındaki kontrol stratejisi gibi bir dizi prametreyi dikkate alan TEWI(Toplam eşdeğer ısınma etkisi)‘nın kullanılması daha gerçekçi sonuçlar elde etmemizi sağlayacaktır [1].

2- DOĞAL SOĞUTKANLAR

Bu k ısımda doğal soğutkanlar ın özelliklerine genel bir bak ış yapılacak ve bunlardan CO2 konusunda nispeten detaylı

bir incelemeye yer verilecektir [2].Tablo 1. Bazı do ğ al so ğ utkanlar ın karakteristikleri




59

SoğutkanSembolü

(ASHRAE)Bileşimi

BuharlaşmaSıcaklığı

ODP HGWP

Amonyak R717 NH3 -33,6 0 0

Propan R290 C3H8 -42,0 0 0İzobütan R600a C4H10 -11,9 0 0

Su R718 H2O 100,0 0 0

Karbondioksit R744 CO2 -78,4 0 0

2.1. Amonyak (R-717)

Amonyak, özellikle büyük soğutma sistemlerinde kullanılan mükemmel bir soğutkandır. HFC’lerle k ıyaslandığındaoldukça ucuzdur ve çevre dostudur. Fakat zehirli olması gibi bir dezavantaja sahiptir. Amonyak kullanan tesislerdekiteknolojide de bazı farklılıklar vardır. Bak ır, amonyak için uygun bir malzeme değildir. Çelik ve alüminyum yaygın

olarak kullanılan malzemeler olup, özellikle küçük çaplı alüminyum borular ın lehimi oldukça zor olmaktadır. Hermetik kompresörlerin kullanılması da henüz mümkün değildir. Açık tip pistonlu veya vidalı kompresörlerin büyük kapasitelisistemlerde kullanılması sorun teşkil etmemektedir. Bu konuda yapılan çalışmalar amonyağın küçük ve orta

büyüklükteki sistemlere uygulanabilmesi konusundadır. Aynı zamanda taşmalı tip buharlaştır ıcıdan kuru tip buharlaştır ıcıya geçmek ve soğutkan miktar ını kapasitede çok fazla düşüşe meydan vermeden azaltmak, yapılan yeniçalışmalar ın konular ındandır.

2.2. Propan (R-290)

R-22 ile çalışan sistemi propana adapte etmek için sadece birkaç değişiklik yapmak yeterlidir. Bunlar, genleşmeelemanının ve kompresör yağının değişimidir. Cihazın performansını arttırmak için bir ısı değiştiricinin eklenmesi degerekmektedir. Bu değişim sonrasında cihazın kapasitesi ve COP’u, basma sıcaklığının tahlikeli bir şekildeyükselmesine meydan vermeden artmaktadır. R-22’li sistemin yoğuşma sıcaklığı ortalama 57 oC iken propana

dönüşüm sonrası sadece 65 oC‘ye yükselmektedir. R-290 için tek sorun kolaylıkla tutuşabilmesidir. Dolayısıyla, bir çok ülkedeki yönetmelikler bu çevre dostu ve yüksek verimli soğutkanın kullanımını k ısıtlamaktadır [3].

2.3. DP-1

Yak ın zamana kadar R-134a’ya alternatif olarak CO2 görünmekteydi. Ancak, çalışma basınçlar ını yüksekliği ve düşük termodinamik verimliliği nedeniyle ekipman ve dolaylı maliyetlerin artması, özellikle otomobil iklimlendirmesistemlerinde DP-1 isimli yeni bir soğutkanın geliştirilmesine ön ayak olmuştur. Çalışma basınçlar ı ve fizikselözelliikleri açısından R-134a’ ya benzer olup, 40 olan GWP değeriyle de AB normlar ına uymaktadır. Ancak, değişik alanlardaki testleri devam etmektedir. Bununla beraber güncel test verileri umut vericidir. PAG (Poli Alkalin Glikol) vePOE (Poliolester) cinsi kompresör yağlar ıyla da -40 ila +65 oC aralığında sorunsuz kar ışma kabiliyetine sahip olduğugörülmüştür.

2.4. CO2 (R-744)

AB’de soğutma sistem üreticilerinin ve kullanıcılar ın beklentisi, CO2’nin doğal soğutucu ak ışkan olarak geniş kullanımalanına sahip olmasıdır. Amonyağın zehirli olması, oklar ı bu yöne döndürmüştür. Özellikle soğuk hava depolar ı veendüstriyel uygulamalarda ekonomik bir alternatif olarak öne çıkmaktadır.

Dezavantajı ise, termodinamik özellikleridir. Kritik sıcaklığı 31 oC, kritik basıncı ise 74 bar (7.4 MPa)’dır. Çevre dostuolması ve göze batan enerji verimliliği nedeniyle gelecekte başar ıyla uygulanması beklenmektedir [4].

2.4.1. CO2 Soğutma Çevriminin Karakteristikleri

Eğer soğutulacak ak ışkan (hava veya su) 20 oC’nin altındaysa, diğer uygulamalarda olduğu gibi çevrim, alt kritik (sub-

critical) noktanın altında gerçekleşir.




60

Ş ekil 1. CO2 için alt-kritik çevrim

Ancak ak ışkan sıcaklığı 20oC’nin üzerinde ise, CO2 kritik noktanın üzerindeki şartlarda kullanılacağından dolayı yüksek basınçlar söz konusu olduğundan çevrimin çok iyi kontrol edilmesi gerekmektedir.

Ş ekil 2. CO2’in alt kritik (1-2-3-4) ve ara kritik (trans-critical) (1’-2’-3’-4) çevrimi.

2.4.2. CO2’li soğutma çevriminin tasarımında dikkat edilecek hususlar

Çevrimde yüksek çalışma basınçlar ı ve sonuç olarak kompresördeki sık ıştırma işleminin sonunda yüksek sıcaklık sözkonusudur (Şekil 1 ve 2). Bu durum ilk yatır ım maliyetini arttırmaktadır. Pistonlu kompresör kullanılması durumundasoğutkan sıcaklığının kontrolü önem kazanmaktadır. Buharlaşma sıcaklığının -10 oC’de gerçekleştiği uygulamalardadahi kompresör çık ış sıcaklığı 200 oC’ye ulaşabilmektedir. Sonuç olarak, bir ısı değiştiricisi kullanarak bu aşır ı sıcaklığı kontrol etmek gereklidir.

CO2’in hacimsel kapasitesi (özgül hacmi) yaygın olarak kullanılan soğutkanlara nazaran 5-10 kat daha fazladır.Dolayısıyla, kütlesel debisi daha düşüktür.




61

Tek kademeli kompresör kullanılması durumunda gerçekleşen yüksek sık ıştırma oranı nedeniyle, özel malzemekullanma gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Kompresör karterinde kullanılacak yağın buharlaşma sıcaklığının da 200oC’den yüksek olması ön görülür.

Kompresörde kullanılan polyester yağlar yüksek sıcaklıklarda CO2 içinde çözülmektedir. Bu durum yağlama özelliğini

olumsuz etkileyebilmektedir. Bu nedenle yağ sıcaklığının 30 ila 65o

C arasında tutulması önem kazanmaktadır. Eğer yağ sıcaklığı 65 oC’nin üzerindeyse ayr ı bir yağ soğutma sistemine ihtiyaç duyulmaktadır.

CO2 kompresörlerindeki yüksek sık ıştırma oranlar ı nedeniyle oluşan aşır ı gürültü ve titreşim de tasar ım kriterlerindegöz önünde tutulması gereken hususlardır [5].

3-SONUÇLAR

Küresel ısınma ve oluşan sera etkisi nedeniyle yayınlanan çeşitli yönetmelikler nedeniyle CFC ve HCFC’lerinkullanımına getirilen k ısıtlamalar ve yasaklamalar, HFC’ler için de söz konusu olabilecektir. Özellikle AB’degeçtiğimiz yıl yayınlanan 842/2006 sayılı F-Gaz yönetmeliği bu konuya dikkat çekmektedir. Bu durum, belli başlı üreticileri doğal soğutkanlarla çalışacak sistemler konusunda araştırma yapmaya yöneltmiştir. Bu konudaki çalışmalar

CO2 üzerine yoğunlaşmış olup prototip üretimler ve testler halen devam etmektedir.

AB’deki bu gelişmelerin artan ekonomik ilişkilerimiz sebebiyle orta vadede ülkemizi de etkileyeceği görülmektedir.Bu konudaki gelişmeleri sektör olarak yak ından izlememizin yararlı olacağı inancındayız.

KAYNAKLAR

[1] Halozan H., HFCs or the old refrigerants-what is the best choice ?, XII. European Conferance on TechnologicalInnovations in Air Conditioning and Refrigeration Industry, 8-9 Haziran 2007, Milano, İtalya.[2] Amirante P., Girotto S., Innove A., Didonna G., Sciascia F., Innovative refrigeration systems using natural cooling

fluids, XII. European Conferance on Technological Innovations in Air Conditioning and Refrigeration Industry, 8-9Haziran 2007, Milano, İtalya.

[3] Minor B., Youngdale E., New refrigerant fluids to meet demanding environmental criteria, XII. EuropeanConferance on Technological Innovations in Air Conditioning and Refrigeration Industry, 8-9 Haziran 2007, Milano,İtalya.[4] Neksa P., CO2 as a refrigerant, an option to reduce GHG Emission from Refrigeration, Air conditioning and heat

pump systems , XII. European Conferance on Technological Innovations in Air Conditioning and RefrigerationIndustry, 8-9 Haziran 2007, Milano, İtalya.[5] Clodic D., The latest refrigeration technologies: how to lower environmental impacts? , XII. European Conferanceon Technological Innovations in Air Conditioning and Refrigeration Industry, 8-9 Haziran 2007, Milano, İtalya.




62

R-12 ve R-500 SOĞUTUCU AKIŞKANLARA

ALTERNATİF AKIŞKANLARIN PERFORMANS DEĞERLENDİR İLMESİ

Ahmet Coşkun, Tansel Koyun, Ali Bolattürk

Süleyman DemirelÜniversitesi Mühendislik Mimarl ık Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü, ISPARTA

[email protected] , [email protected] , abolatturk @mmf.sdu.edu.tr

ÖZET

Bu çalışmada buhar sık ıştırmalı soğutma sistemlerinde kullanılan (CFC) R-12 ve R-500 soğutucuak ışkanlar ı ve bu soğutucu ak ışkanlara alternatif olan (HFC) R-125, R-134a, R-143a, R-152a veR-32 soğutucu ak ışkanlar ı kar şılaştır ılmıştır. Kar şılaştırmada tek kademeli buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi ele alınmıştır. İncelenen soğutucu ak ışkanlar ın farklı buharlaşma sıcaklıklar ınagöre etkinlik katsayısı, soğutucu ak ışkan debisi, kompresör gücü ve basınç oranına göre

değişimleri grafikler halinde verilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Soğutucu Ak ışkan, Ozon Tabakası, Etkinlik Katsayısı

1. GİR İŞ

İnsanlar ihtiyaçlar ını kar şılamak için her zaman yeni teknolojiler geliştirerek başta yiyecek ve içeceklerini korumak,konforlu yaşamak ve ürünlerini daha sağlıklı muhafaza etmek için soğutma ve iklimlendirme alanında büyük atılımlar yapmışlardır. Bu teknolojik gelişmeler sonucu ortaya çıkan soğutucu ak ışkanlar ın atmosferin yukar ı stratosfer katmanında oluşan ozon tabakasını deldiği ve küresel ısınmaya neden olduğu tespit edilmiştir [1].

Ozon, oksijen atomunun üçlü birleşimiyle oluşan molekül türüdür (O3). Normal olarak atmosfer tabakasında iki atomlu(O2) olarak bulunan oksijen molekülü insan ve diğer canlılar ın yaşamlar ını sürdürmesi için vazgeçilemez bir ihtiyaçtır.Üç atomlu oksijen formasyonu (O3) ozon teneffüs edildiğinde zehirleyici hatta aşır ı miktarda olursa öldürücüdür.Canlılar ın yaşadığı atmosfer tabakasında ozon molekülleri doğal etkiyle devamlı oluşmakta, fakat devamlı yok olmaktadır. Güneşin ultraviyole (morötesi) ışınlar ı oksijen moleküllerini atomlara ayırmakta ve oksijen atomlar ı geridekalan oksijen molekülleri (O2) ile birleşip ozon (O3) meydana getirmektedir [2]. Güneşten gelen zararlı ültraviyoleışınlar ının yaklaşık %90’nın dünya’ya ulaşması koruyucu ozon tabakası taraf ından önlenmektedir [1]. Ozon tabakasını etkileyen gazlar; soğutucu ak ışkanlar olan CFC’ler, HCFC’ler ve halonlar’dır. Ayr ıca karbon tetraklorür (CTC),trikloretan, metil bromür, halonlar olan; flor, brom, ve karbon bileşikleri de ozon tabakasını etkileyen gazlaraeklenebilir [2]. Yapılan araştırmalar sonucunda dünyamızı güneşten gelen zararlı ultraviyole ışınlar ından koruyan ozontabakasının CFC’ler taraf ından yok edildiği anlaşılmıştır [3]. Soğutma sistemlerinde kullanılan soğutucu ak ışkanlar genel olarak CFC’ler kloroflorokarbon ve HCFC’ler hidrokloroflorokarbon’dur. Bu ak ışkanlar zehirleyici ve yanıcı olmayı p, elde edilişleri masrafsız ve kolaydır. Ancak ozon takasına zararlı etkileri vardır [2].

Soğutucu ak ışkanlar ı kloroflorokarbon (CFC), hidrokloroflorokarbon (HCFC), hidroflorokarbon (HFC) şeklinde üçkategoride inceleyebiliriz [4].

1.1. Kloroflorokarbon (CFC)

CFC’ler ozon tabakası üzerinde en fazla tahribat yapan soğutucu ak ışkanlardır. Ayr ıca küresel ısınma potansiyellerioldukça yüksektir. Bundan dolayı CFC’lerin kullanımı için bazı yasaklar ve önlemler dünya çapında alınmaktadır.CFC’ler için önemli bulgular şunlardır: Atmosferde 75-120 yıl arasında kimyasal yapılar ı bozulmadan kalabilirler.Ozonu delme potansiyelleri yüksektir. Uygulamada en çok kullanılanlar ı şunlardır: R-11, R-12, R-13, R-114 ve R-115.

1.2. Hidrokloroflorokarbon (HCFC)

HCFC’ler de klor atomu içerdiği için ozon tabakası ile reaksiyona girerler. Buna rağmen HCFC’lerin yapısındahidrojen bulunduğu için kimyasal kararlılıklar ı çok zayıftır. Atmosferde yapılar ı bozulmadan uzun süre kalmazlar.HCFC’ler atmosfere doğru yükselirken yapılar ındaki hidrojen havadaki su molekülleri ile reaksiyona girerek yapılar ı




63

bozulur. HCFC’lerin ozonu delme potansiyelleri azdır. HCFC’lerin önemli özellikleri şunlardır: Atmosferde kimyasalyapılar ı bozulmadan uzun süre kalmazlar (15-20 yıl). Ozonu delme potansiyelleri düşüktür. Uygulamada en çok kullanılan HCFC’ler şunlardır: R-22, R-124, R-123.

1.3. Hidroflorokarbon (HFC)

HFC’lerin yapısında klor atomu bulunmadığı için ozonu delme potansiyelleri sıf ırdır. Yani ozon tabakası üzerine hiçbir olumsuz etkileri yoktur. Buna rağmen küresel ısınmaya biraz etki yaparlar.

1.4. Karışım ve İnorganik Soğutucu Ak ışkanlar

1987’de imzalanan Montreal Protokolü gereği, ozon tüketim potansiyeline sahip CFC ve HCFC grubu soğutucuak ışkanlar kullanılmayacaktır. Bu yüzden ozon tabakasına zarar vermeyecek yönde farklı soğutucu ak ışkanlar araştır ılmıştır. İki veya daha fazla soğutucu ak ışkanın belirli oranlarda kar ıştır ılmasıyla elde edilen soğutucu ak ışkanakar ışım denilmektedir. En popüler kar ışımlar R-500, R-502, 404A ve 407C’dir. Yapılan çalışmalar ozon tabakasınazarar vermeyecek ak ışkanlar yönündedir. Günümüzde inorganik soğutucu ak ışkan olarak zehirleyici özelliği olmasınarağmen termodinamik özellikleri mükemmel olan amonyak (NH3) kullanılmaktadır.

CFC ve HCFC gazlar ın zarar verdikleri anlaşılmış olup buna dayanarak (uluslararası anlaşmalarla) alternatif soğutucu

ak ışkanlar ın geliştirilmesi ile ilgili çalışmalar başlamıştır. Gelişmiş ülkeler 2000 yılından itibaren alternatif soğutucuak ışkanlara geçişi tamamlamışlardır. Gelişmekte olan ülkeler gurubunda yer alan Türkiye’de ise bu geçiş 2010 yılınakadar uzatılmıştır [5].

2. ÇALIŞMADA İNCELENEN SOĞUTUCU AKIŞKANLAR

R-12: Molekül formülü CCl2F2 dir. Bugün, soğutma maksadı ile en çok kullanılan soğutucu ak ışkandır. Zehirli, patlayıcı ve yanıcı olmaması sebebiyle tamamen emniyetli bir maddedir. Bunlara ilaveten, en ekstrem çalışmaşartlar ında dahi stabil ve bozulmayan, özelliklerini kaybetmeyen bir maddedir. Ancak, açık bir aleve veya aşır ı sıcaklığa haiz bir ısıtıcı ile temas ettirilirse çözüşür ve zehirli bileşkelere ayr ışır. Kondenserde, ısı transferi ve yoğuşmasıcaklıklar ı bak ımından oldukça iyi bir durum gösterir. Yağlama yağı ile tüm çalışma şartlar ında kar ışabilir ve yağınkompresöre dönüşü basit önlemlerle sağlanabilir. Yağı çözücü (Solvent) özelliği, kondenser ve evaporatör ısı geçiş yüzeylerinde yağın toplanı p ısı geçişini azaltmasını önler [4].

R-500: R-500, R-12 ve R-152a’dan oluşan bir azeotropik bir kar ışımdır. Kar ışım oranı ağırlıkça %73.9 R-12, %26.2 R-152a’dır. Düşük oranda R-12’ye alternatif olarak kullanılmaktadır. R-12’ye göre daha iyi COP değerine ve %10-15daha yüksek hacimsel soğutma kapasitesine sahiptir [4].

Bu çalışmada R-12 ve R-500’e uzun dönemde alternatif olabilecek soğutucu ak ışkanlar aşağıda belirtilmiştir.

• R-12 (CFC) yerine: HCFC-22, 124, 401A, 409A (Geçiş dönemi için)HFC-125, 134a, 143a, 152a (Uzun dönem için)

• R-500 (CFC) yerine: HCFC-22 (Geçiş dönemi için)HFC-125, 134a, 32, 143a, 152a (Uzun dönem) [6]

R-134a: Soğutucularda kullanılan renksiz inert gaza verilen addır. Tam adı 1,1,1,2-Tetrafloretan olan gaz, 90’lı

yıllarda ozon tabakasına zararlı olduğu için birçok ülkede kullanımı yasaklanan R-12 (diklordiflormetan) gazınınyerine kullanılmak üzere üretilmiştir. Genellikle R-134a, Freon-134a, HFC-134a ya da tetrafloretan olarak adlandır ılır.Üretim amacına uygun olarak ozon tabakası üzerinde herhangi bir zararlı etkisi yoktur. Moleküler formülü CH2FCF3 şeklinde olan R-134a termodinamik ve fiziksel özellikleri R-12 gazına en yak ın olan soğutucu gazdır.

R-134a, taşıt araçlar ının iklimlendirme donanımlar ı, konut tipi soğutucular ve orta çaplı işletmeler veya yapılarda susoğutma cihazlar ında kullanılır [7].

R-152a: Molekül formülü C2H4F2 ve tam adı 1,1-Difloroetan olan ak ışkan genellikle R-152a, HFC-152a veyadifloroetan olarak adlandır ılır. Standart sıcaklık ve basınç altında renksiz bir gazdır. Soğutucu ak ışkan olarak kullanımda küresel ısınmaya katk ısı düşüktür. Son zamanlarda otomobil uygulamalar ında R-134a’ ya alternatif olarak uygulanmaktadır [7].

R-125: Pentafloroetan, molekül formülü CF3CHF2 olan ak ışkan 1,1,1,2,2-pentafloroetan, HFC-125, veya R-125 olarak da adlandır ılır. Ozon delme potansiyeli sıf ırdır [7].




64

R-143a: 1,1,1-Trifloroetan veya R-143a soğutucu ak ışkanı basitçe trifloroetan olarak adlandır ılır. Kritik sıcaklığı 73°C’dir. Kendi başına bir soğutucu ak ışkan olarak kullanılabildiği gibi yaygın bir şekilde kar ışım içinde bir bileşenolarak da kullanılır. Soğutucular olarak kullanılan CFC’lerin aksine, Trifloroetan hiç klor atomuna sahip olmadığı içinozon delme potansiyeli yoktur [7].

R-32: Diflorometan soğutucu ak ışkanı HFC-32 veya R-32 olarak adlandır ılır. Molekül formülü CH2F2’dir. R-32 sıf ır ozon delme potansiyeline sahiptir [7].

Bu çalışmada, CFC grubuna giren R-12 ve R-500 soğutucu ak ışkanlar ı ile HFC grubuna giren alternatif olabilecek soğutucu ak ışkanlar ele alınmıştır. Ele alınan soğutucu ak ışkanlarda farklı buharlaşma sıcaklığına göre etkinlik katsayısı, kompresör gücü ve kütlesel debilerin değişimleri analiz edilmiştir. Her bir soğutucu ak ışkanın buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimdeki performanslar ı değerlendirilerek, elde edilen sonuçlar grafikler halinde sunulmuştur.

3. TEOR İK MODEL

Çalışmada ele alınan tek kademeli buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimine ait tesisat şeması ve P-h diyagramı aşağıdaverilmiştir.

Şekil 1. (a) Buhar sık ı şt ırmal ı so ğ utma çevrimi (b) Çevrimin P-h diyagram

1

2

4

3

QH

QL

K ısılmaVanası

Evaporatör

Kondenser

Kompresör

(a)

P

h

1

23

4

QH

QL

W k

(b)




65

Buhar sık ıştırmalı çevrim soğutma makinelerinde, iklimlendirme sistemlerinde ve ısı pompalar ında en çok kullanılançevrimdir. Bu çevrimi oluşturan hal değişimleri şöyledir [8]:

1 2 Kompresörde sı

k ı

ştı

rma2 3 Yoğuşturucuda çevreye sabit basınçta ısı geçişi3 4 K ısılma (genişleme ve basıncın düşmesi)4 1 Buharlaştır ıcıda ak ışkana sabit basınçta ısı geçişi

3.1. Kabuller

Buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi için soğutucu ak ışkanlar ın her bir noktasındaki termodinamik özellikleri EES paket programı yardımıyla hesaplanmıştır. Bu çalışmada bahsedilen buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi içinaşağıdaki kabuller yapılabilir:

• Evaporatördeki soğutma yükü 500 W,• Evaporatör sıcaklığı çalışma aralığı -40 °C-0 °C,• Yoğuşturucu sıcaklığı 40 °C,• Kompresörün adyabatik verimi %90• Evaporatör ve kondenser çık ışında soğutucu ak ışkanlar doymuş halde alınmıştır [9].

3.2. Çevrimin Termodinamik Analizi

Kompresör çık ışındaki soğutucu ak ışkanın entalpisi kompresörün adyabatik veriminden,

12

12

hh

hh s K −

−=η (1)

bulunmaktadır. Kompresör özgül işi ise,

12 hhw K −= (2)

bağıntısıyla hesaplanmaktadır. Soğutma çevriminde dolaşan soğutucu ak ışkanın kütlesel debisi,

)( 41 hhmQ L −= && (3)

ile bulunmaktadır. Kompresör gücü ise,

)( 12 hhmW K −= && (4)

denklemi ile hesaplanmaktadır. Kondenserde çevreye atılan ısı miktar ı,

)( 32 hhmQ H −= && (5)

ifadesi ile belirlenir.Buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin etkinlik katsayısı,

K

L

W

QCOP

&

&

= (6)

denklemiyle ifade edilir.




66

4. SONUÇLAR

Bu çalışmayla R-12, R-500 ve bu soğutucu ak ışkanlara alternatif soğutucu ak ışkanlar için aşağıdaki sonuçlar elde

edilmiştir.Şekil 2’de farklı soğutucu ak ışkanlar için buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin etkinliğinin buharlaştır ıcı sıcaklığınagöre değişimi görülmektedir. Hemen hemen bütün soğutucu ak ışkanlar için benzer değişimlerin olduğu görülmüştür.Şekil 2’den de görüleceği üzere; farklı soğutucu ak ışkanlar için, buharlaştır ıcı sıcaklılığı arttıkça soğutma çevrimininetkinlik katsayısı artmaktadır. R-32 en yüksek etkinlik katsayısına sahiptir. Çevreye zararlı olan soğutucu ak ışkanlar ile çevre dostu soğutucu ak ışkanlar k ıyaslandığında, R-32 ve R-500 en yüksek etkinlik katsayılar ına sahip soğutucuak ışkanlardır.

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 51.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

Buharlaştır ıcı Sıcaklığı, TL

R-12

R-500

R-152a

R-134a

R-32

R-125R-143a

E t k i n l i k K a t s a y ı

s ı , C O P

Şekil 2. Buhar sık ı şt ırmal ı so ğ utma çevriminin etkinli ğ inin buharla şt ır ıcı sıcakl ı ğ ına göre de ğ i şimi

Şekil 3’te buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin kompresör gücünün buharlaştır ıcı sıcaklığına göre değişimigörülmektedir. Şekilden de anlaşılacağı üzere, kompresör gücü buharlaştır ıcı sıcaklığı ile azalmaktadır. En yüksek kompresör gücü gerektiren soğutucu ak ışkan R-125, düşük kompresör gücü gerektiren soğutucu ak ışkan ise, R-32’dir. R-12 ve R-500 kar şılaştır ıldığında kompresör güç gereksinimleri yaklaşık olarak benzer sonuçlar göstermektedir. Alternatif olan soğutucu ak ışkanlar incelendiğinde, R-32 ile R-152a’nın güç gereksinimleri dahaazdır.

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 50.04

0.08

0.12

0.16

0.20

0.24

0.28

0.32

0.36

0.40

K o m p r e s ö r G ü c ü ,

W k

R-12

R-500

R-32

R-152a

R-134a

R-125

R-143a


Şekil 3. Buhar sık ı şt ırmal ı so ğ utma çevriminin kompresör gücünün buharla şt ır ıcı sıcakl ı ğ ına göre de ğ i şimiŞekil 4’te farklı soğutucu ak ışkanlar ın kütlesel debilerinin buharlaştır ıcı sıcaklığına göre değişimi gösterilmektedir.Belirli bir buharlaştır ıcı sıcaklığı dikkate alındığında; R-134a, R-152a ve R-32’nin, R-12 ve R-500’e göre kütlesel




67

debilerinin daha az olduğu görülmektedir. Bu durum, sisteme şarj edilebilecek ak ışkanının kütlesel debisininazalması anlamına gelmektedir. Bu özellik ile hidrokarbon ak ışkanlar ın patlayıcı ve yanıcı özellikleri azalmaktadır.R-125 için sistemde dolaşması gereken kütlesel debinin, R-12 ve R-500’den daha yüksek değerlerde olduğu

gözlemlenmektedir. R-143a’nı

n gereken kütlesel debisi ise, R-12 ve R-500’ün kütlesel debileri arası

ndadı

r.

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 00.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.010

0.011

K ü t l e s e l D e b i , m

R-12

R-500

R-32

R-152aR-134a

R-125

R-143a


Şekil 4. So ğ utucu ak ı şkanlar ın kütlesel debilerinin buharla şt ır ıcı sıcakl ı ğ ına göre de ğ i şimi

Şekil 5’te buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin basınç oranının buharlaştır ıcı sıcaklığına göre değişimigösterilmektedir. En yüksek ve en düşük basınç oranlar ına sahip soğutucu ak ışkanlar sırasıyla R-32 ile R-143a’dır.Düşük buharlaştır ıcı sıcaklıklar ında basınç oranlar ı arasındaki fark daha belirgindir. Yüksek buharlaştır ıcı sıcaklıklar ında ise basınç oranlar ı arasındaki fark azalmaktadır. R-12 ile R-500 hemen hemen aynı basınç oranlar ınasahip olup, basınç oranlar ı dikkate alındığında bu ak ışkanlara alternatif olabilecek ak ışkanlar R-152a, R-125 ve R-143a’dır.

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 52

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

B a s ı

n ç O r a n ı

, r p

R-12R-500

R-32

R-152a

R-134a

R-125

R-143a


Şekil 5. Buhar sık ı şt ırmal ı so ğ utma çevriminin basınç oranının buharla şt ır ıcı sıcakl ı ğ ına göre de ğ i şimi

5. TARTIŞMA VE SONUÇ




68

Isı pompası ve soğutma sistemlerinde CFC sınıf ına giren çevreye zararlı soğutucu ak ışkanlar, ozon tabakasını delmeve küresel ısınmaya sebep olmalar ı bak ımından tercih edilmemektedir. Bu sebeple dünya üzerinde yapılan toplantı ve anlaşmalarla geçiş döneminde ozon delme potansiyeli düşük olan HCFC, uzun dönemde de ozon delme

potansiyeli sı

f ı

r olan HFC ve ayr ı

ca da soğutucu ak ı

şkanlar ı

n kar ı

ştı

r ı

lması

yla elde edilen ak ı

şkanlar ı

nkullanılmasına karar verilmiştir.

Bu çalışmayla, R -12, R-500 ile bu soğutucu ak ışkanlar ın alternatifleri kar şılaştır ıldığında, çevre dostu soğutucuak ışkanlar arasında R-32’nin en yüksek etkinlik katsayısına sahip alternatif ak ışkan olduğu belirlenmiştir.

Çevre dostu soğutucu ak ışkanlar arasında yer alan R-32 ve R-152a’nın, R-12 ve R-500 soğutucu ak ışkanlar ına görek ıyasla güç gereksinimlerinin daha az olduğu tespit edilmiştir.

Alternatif soğutucu ak ışkan olarak bilinen R-32, R-152a ve R-134a’nın, R-12 ve R-500’e göre sistemde dolaşması gereken kütlesel debilerinin daha düşük olduğu görülmüştür. Sistemde daha düşük debiye sahip soğutucuak ışkanlar ın kullanımıyla daha emniyetli bir soğutma sistemi tasarlanması mümkün olacaktır. Bu bak ımdan R-32, R-152a ve R-134a, incelenen alternatif soğutucu ak ışkanlar arasında tavsiye edilebilir.

6. SEMBOLLER

η Verim

h Entalpiw Özgül iş

W & Güç

LQ& Soğutma yükü

s İdeal

COP Etkinlik katsayısı

H Q& Kondenser kapasitesi

LT Buharlaştı

r ı

cı

sı

caklı

ğı

K Kompresör

pr Basınç oranı

7. KAYNAKLAR

[1] Onat A., İmal M. ve İnan A.T., Soğutucu Ak ışkanlar ın Ozon Tabakası Üzerine Etkilerinin Araştır ılması veAlternatif Soğutucu Ak ışkanlar, KSÜ Fen ve Mühendislik Dergisi 7(1), 2004.

[2] Bulgurcu H., Kon O. ve İlten N., Soğutucu Ak ışkanlar ın Çevresel Etkileri İle İlgili Yeni Yasal Düzenlemeler veHedefler, VIII. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi.

[3] Kuğu İ. ve Tengilimoğlu Y., Soğutucu Gazlar ın Ozon Tabakasına Etkileri ve Kimyasal Özellikleri, OTİM 2007.[4] Koyun T., Koyun A. ve Acar M., Soğutma sistemlerinde Kullanılan Soğutucu Ak ışkanlar ve Bu

Ak ışkanlar ın Ozon Tabakası Üzerine Etkileri, Tesisat Mühendisliği Dergisi, 88, 46-53, 2005.[5] K ırmacı V. ve Özdemir B., Soğuk Depolar ın Soğutma Sisteminde Kullanılan R407c Alternatif

Soğutucu Ak ışkanına Göre Sistem Eleman Kapasitelerinin Bilgisayar Programıyla Belirlenmesi,C.Ü. Fen-Edebiyat Fakültesi, Fen Bilimleri Dergisi, Cilt 27, 2, 2006.

[6] Özkol N., Uygulamalı Soğutma Tekniği, Yayın No:115, s.709.[7] http://tr.wikipedia.org[8] Çengel Y.A.ve Boles M.A., 1999. Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik. Literatür Yayıncılık,

s.867 , İstanbul.[9] Ataer Ö.A., Özalp M.ve Bıyıkoğlu, A., Buhar Sık ıştırmalı Soğutma Sistemleri İçin Soğutucu

Ak ışkan Seçimi, V. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi, 03-06 Ekim, İzmir, 481-488, 2001.




69

KUBİK ŞER İT VE B ŞER İT İNTERPOLASYON YÖNTEMİ KULLANARAK SOĞUTUCU AKIŞKANLARIN DOYMA TERMOFİZİKSEL ÖZELLİKLER İNİN

HASSAS OLARAK OLUŞTURULMASI

M. Turhan ÇOBANEge Üniversitesi, Mühendislik Fakultesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bornova, İZMİR

[email protected]

ÖZETSoğutma endüstrisinde doyma Doyma basıncı, doyma sıvı ve gaz fazı yoğunluğu, doyma entalpisi, doymuş sıvınınviskozite, ısıl iletkenlik, yüzey gerilim kuvveti gibi parametreler gerek termodinamik çevrimin oluşturulması veanalizi gerekse yoğuşturucu, buharlaştır ıcı gibi alt birimlerin modellenmesinde oldukça önemlidir. Bu tür

parametrelerin oluşturulmasında genellikle lineer ve lineer olmayan en küçük kareler eğri uydurma yöntemindenyararlanılır. Bu çalışmada ikinci dereceden B şerit eğri uydurma metodu ve Kübik şerit eğri uydurma metodu

kullanılarak termofiziksel verileri tablo verilerinden oluşturacağız. Sonuçlar ı kar şılaştırarak hangi metodun daha iyisonuç vereceğini değerlendireceğiz.Anahtar kelimeler : soğutucu ak ışkanlar, thermofiziksel özellikler, doyma

1. GİR İŞ

Doyma basıncı, yoğunluk, entalpi, entropi, ısıl iletim katsayısı, vizkozite gibi termofiziksel doyma eğrilerininveriden sıcaklığın fonksiyonu olarak elde edilmesi için lineer veya lineer olmıyan en küçük kareler metoduyla bir eğri uydurmaya çalıştığımızda bunun oldukça zor bir proses olduğunu gözlemleriz. Bu zorluğun en önemli sebebikritik nokta civar ında değerlerin çok hızlı değişmesidir. Eğri seçiminde genellikle bu özellik göz önünde

bulundurulur, ancak bu durumda eğrimiz lineer olmayan bir durum alır ve yine de kritik nokta civar ında eldeettiğimiz sonuçlar mükemmel sayılamayacak kadar hatalı olabilir. Eğri uydurmada en küçük kareler metodununkullanılmasının bir sebebi verilerimizde bulunabilecek hatalar ı ortalamasıdır, aynı zamanda göreceli olarak basit bir

denklem elde edebiliriz. Ancak en küçük kare metodunda oluşan hatalar ı

n miktar ı

çok büyük olabilir. Eğer verimizdehata yoksa en küçük kareler yöntemi bu alandaki avantajını da yitirir. Bu çalışmada temel metod olarak B-şerit eğriuydurma metodu ve Kübik şerit eğri uydurma metodunu kullanacağız ve sonuçlar ı kar şılaştırarak daha kararlı sonuçlar veren metodu saptamaya çalışacağız. B-şerit metodu göreceli olarak basit bir hesaplama metodukullandığından eğer aynı fonksiyon uyumu yakalanabilirse temel metod olarak değerlendirilebilir, aksi takdirdeCubik şert metodu temel metod olarak değerlendirilecektir. Her iki metoddaki soğutma endüstrisinde kullanılan

başlıca termofiziksel özelliklerin eğri uydurmasını Amerikan ısıtma, soğutma ve havalandırma derneği (ASHRAE)2005 temeller el kitabında[1] verilen temel verileri kullanarak oluşturulacaktır. Çeşitli verilerin uyumuirdelenecektir. Önce kullanacağımız iki temel eğri uydurma metodunu tanıtalım

2. KÜBİK ŞER İT EĞR İ UYDURMA METODU

Kübik şerit eğri uydurmanın temeli tüm noktalardan geçen polinomlarla noktalar ı bağlamaktır. Örneğin üçüncüdereceden bir polinom düşünebiliriz.

r k (x)=ak (x-xk )3+ bk (x-xk )

2+ ck (x-xk )+yk 1 ≤ k ≤ n (2.1)

Kübik şerit veri uydurma prosesinde polinomlar ın veri noktalar ından geçmesi gerekir.

r k (xk+1)=yk+1 1 ≤ k ≤ n (2.2)

aynı zamanda birinci türevlerin de sürekli olması gerekir.

r’k-1(xk )= r’k (xk ) 1 ≤ k ≤ n (2.3)

üçüncü dereceden polinom için ikinci türevleri de eşitleyebiliriz.




70

r”k-1(xk )= r”k (xk ) 1 ≤ k ≤ n (2.4)

tüm sistemi çözmek için iki şart daha gerekir. Bu şartlar r”1(x1)=0 (2.5)r”n-1(xn)=0 (2.6)olarak alınırsa buna doğal kübik şerit interpolayonu adını veririz. Başka sınır şartlar ı belirlememiz de mümkündür.

hk =xk+1-xk 1 ≤ k ≤ n (2.7)

Tum bu şartlar bir denklem sistemi olarak bir araya toplanırsa :ak hk

3+ bk hk 2+ck hk = yk+1-yk , 1 ≤ k ≤ n (2.8)

3ak-1hk-12+ 2bk-1hk-1+ck-1-ck = 0 , 1 ≤ k ≤ n (2.9)

6ak-1hk-1+ 2bk-1+2bk = 0 , 1 ≤ k ≤ n (2.10)2b0 =0 (2.11)6an-1hn-1+ 2bn-1 = 0 (2.12)seti oluşur bu set 3n-3 denklem içerir. Bu sayıda denklemi bir arada çözme işlemi matris çözümlemesine oldukçaağır bir yük getirebilir artı hata olasılıklar ını arttır ır. Toplam çözülmesi gereken denklem sayısını azaltmanın bir yoludeğiştirilmiş özel bir üçüncü dereceden polinom kullanmaktır. Eğer kübik polinomumuzsk (x)=ak (x-xk )+ bk (xk+1-x)+ [(x-xk )

3 ck+1 +(xk+1-x)3 ck ]/(6hk ) 1 ≤ k ≤ n (2.13)şeklinde verilmiş ise

s’k (x)=ak - bk + [(x-xk )2 ck+1 - (xk+1-x)2 ck ]/(2hk ) 1 ≤ k ≤ n (2.14)

s”k (x)=[(x-xk ) ck+1 + (xk+1-x) ck ]/hk 1 ≤ k ≤ n (2.15)

olur burada ak ve bk ck nın fonksiyonu olarak yazılabilir.

bk =[6yk -hk ck ]/(6hk ), 1 ≤ k ≤ n (2.16)ak =[6yk+1-hk

2ck+1]/(6hk ), 1 ≤ k ≤ n (2.17)

Bu durumda çözülmesi gereken denklem sistemi sadece ck terimlerine dönüşür.

hk-1ck-1+ 2( hk-1- hk )ck + hk ck+1 = 6 ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−

−

−

−+

1

11

k

k k

k

k k

h

y y

h

y y, 1 ≤ k ≤ n (2.18)

bu sistemde toplam n-2 denklem mevcuttur.

k

k k k

h

y yw

−= +1 , 1 ≤ k ≤ n (2.19)

tanımını yaparsak çözülecek denklem sistemini

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

−

−

−

=

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

+

+

+

+

−−

−−

−

−

−−−−

−−−

B

ww

ww

ww

ww A

c

c

c

c

cc

hhhh

hhh

hhh

hhhh

nn

nn

n

n

n

nnnn

nnn

)(6

)(6

...

)(6

)(6

...

100...000

)(2...000

0)(2...000

.....................

000...)(20

000...)(2000...001

21

32

23

12

1

2

2

1

0

1122

223

322

2211

(2.20)şeklini alır. Burada A ve B kullanıcı taraf ından verilmesi gereken ikinci türev sınır şartlar ıdır.




71

3. B-ŞER İT EĞR İ UYDURMA METODU

Bu bölümümüzde B şerit interpolasyonunu inceleyeceğiz. Başlangı

ç olarak sonsuz sayı

da noktadan oluşmuş bir setdüşünelim

Şekil 1 B0i şerit tanımı

…..< t-2 < t-1 < t0 < t1 < t2 < ……Bu noktalar için tanımlayacağımız sıf ır ıncı dereceden bir B0

i şerit elemanının tanımı

⎭⎬

⎫

⎩⎨

⎧

≥>

<≤

= +

+

1

10

0

1

)( ii

ii

i t xt

t xt

x B (3.1) bu tanı

m Şekil 1 de grafik olarak gösterilmiştir . Fonksiyonun değeri ti noktası

nda1 ti+1 noktasında 0; ti ile ti+1 arasında ti+1 noktası hariç olmak üzere yine bir, bu bölgenin dışında 0 değeri almaktadır. Bufonksiyon dirac-delta fonksiyonu olarak bilinir. B şerit fonksiyonu aynı zamanda her durum için pozitif tanımlı bir fonsiyondur. Yani tüm x ve i değerleri için

0)(0 ≥ x Bi yazılabilir. Aynı zamanda tüm x değerleri

için 1)(0 =∑∞=

−∞=

i

ii x B (3.2) olur. B0

i tanımlandığında daha

üst dereceden B şerit fonksiyonlar ı bu tanımdan yolaçık ılarak tanımlanabilir.

(3.3)

⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

<<−

−

<<−

−

≤≥

=

++

++

+

+

+

+

21

12

2

1

1

20

)(

ii

ii

i

ii

ii

i

ii

k

i

t xt t t

xt

t xt t t

t x

t xveyat x

x B(3.4)

B1i şerit fonksiyonu şekil 2 de gösterilmiştir.

Şekil 2 B1i şerit tanımı

Bu fonksiyon için de

1)(1 =∑∞=

−∞=

i

ii x B (3.5) bağıntısı geçerlidir.

B şerit interpolasyon formülü k inci dereceden B şerit için

)()()( 1

1

12

21

1

x Bt t

xt x B

t t

t x x B k

i

ii

ik

i

ii

ik

i

−+

++

+−

+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−=




72

∑=∞=

−∞=

i

i

k

i

k

i x BC x f )()( (3.6) şeklinde ifade edilir. Ancak bu denklem yukar ıdaki denklemle birlikte değerlendirilir

ise:

∑⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−+⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−=

∞=

−∞=

−+

++

+−

+

i

i

k

i

ii

ik

i

ii

ik

i x Bt t

xt x B

t t

t xC x f )()()( 1

1

12

21

1

(3.7) formunu alır. Buradan da denklemimizi

∑=∞=

−∞=

−−i

i

k

i

k

i x BC x f )()( 11(3.8) formuna dönüştürebiliriz. Katsayılar arasında

⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−+⎟

⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−=

+

+

−

+

−

i ji

ji j

i

i ji

i j

i

j

it t

xt C

t t

t xC C 1

1

(3.9)

Bu temel bağıntılardan yararlanarak B şerit interpolasyonu adım adım oluşturabiliriz. En genel formda interpolasyonformülümüz :

∑=∞=

−∞=−

i

i

k k ii x B A xS )()( (3.10) ise

Önce 0ıncı dereceden şerit interpolasyon ile başlarsak, bu denklemeX t0 t1 … tn

Y y0 y1 …. Yn

verisini uyduracağız. Yani S(ti)=yi ni ≤≤0 olmasını istiyoruz. Eğri uydurmaya Bi0 şeridinden başlarsak

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

≠

===

ji

jit B ij ji 0

1)(0

δ (3.11) olduğundan problemin çözümü basit olarak

Ai=yi ni ≤≤0 seçmekten ibarettir. Bu durumda şerit

∑= =

n

iii x B y xS 0

0

)()( (3.12) formunu alacaktır. Oıncı derece şeritten birinci derece şerite geçersek çözümümüzyine basit bir denklemdir.

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

≠

===− ji

jit B ij ji 0

1)(1

1 δ (3.13)

∑==

=−

ni

iii x B y xS

0

1

1 )()( (3.14) şeklinde olacaktır. Burada yine Ai=yi ni ≤≤0 olmuştur. Daha yüksek dereceden

polinomlar için, örneğin 2 derece polinom için

[ ])()(1

)( 111

11

2 −++

−+

∞=

−∞=− −+−

−=∑ j j j j j j

j j

i

i j

k

ii t t At t At t

t B A (3.15) bağıntısını yazabiliriz. Bu durumda

aşağıdaki denklem sistemi elde edilir

)()()( 11111 −+−++ −=−+− j j j j j j j j j t t yt t At t A n j ≤≤0 (3.16) Bu denklem sistemini çözmenin bir yoluA0 değerine herhangi bir değer atayarak geri kalan değerleri A0 değerinden türetme yoluna gitmektir. Bu durumdadenklem

j j j j A A β α +=+1 n j ≤≤0 (3.17) formunda yazılabilir.

Buradaki katsayılar




73

1

1

1

11

−

+

−

−+

−

−=

⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛

−

−=

j j

j j

j

j j

j j

i j

t t

t t

t t

t t y

β

α

n j ≤≤0 (3.18)

şeklinde yazılabilir. Katsayılar ın değerlerini küçük tutabilmek için bizim seçtiğimiz A0 değeri

∑=Φ+

=

1

0

2n

ii A (3.19) fonksiyonunu minimum yapacak şekilde seçilmesi tavsiye edilir. Buradan A0 değerini bulmak

için (Bütün Ai değerlerinin A0 dan türediğini hatırlayalım) şu şekilde bir denklem yazabiliriz

01 A A j j j δ γ +=+ n j ≤≤0(3.20)

denklemdeki jγ ve jδ ardışık yerine koyma prosesi ile saptanabilir.

1

00

−+=

=

j j j j γ β α γ

α γ

1

00

−=

=

j j j δ β δ

β δ n j ≤≤0

(3.21) 22

2

2

1

2

0 ... n A A A A ++=Φ 2

0

2

011

2

000

2

0 )(...)()( A A A A nn δ γ δ γ δ γ +++++++=Φ (3.22) olur. A0 ın minimum değerini seçmek için

bu fonksiyonun türevini 0 a eşitlememiz gerekir.

0)(2...)(2)(22 10101100000

0

=+++++++=Φ

δ δ γ δ δ γ δ δ γ A A A AdA

d nn (3.23)

bu denklem k ısaca

00 =+ pqA şeklinde yazılırsa

(3.24)

nn p δ γ δ γ δ γ δ γ ++++= ...221100 (3.25)

şeklinde yazabiliriz. Bu tanımla ikinci dereceden B şerit interpolasyon katsayılar ını bulmak için gereken tümdenklemler oluşmuş olur. Bu denklem sisteminde herhangi bir matris çözümü olmadığından ve değerler ardışık yerine koyma ile oluşturulduğundan programın oluşturulması kübik şerit interpolasyonuna göre çok daha kolaydır.

4. BİLGİSAYAR KODLARININ GELİŞTİR İLMESİ

Soğutucu ak ışkanlar ın termofiziksel özelliklerinin hesaplanması için gereken kodlar Java programlama dilindegeliştirilmiştir. Bu dil nesne kökenli bir dildir. Bu yüzden programlar ımız nesneler şeklinde geliştirilmiştir.Temel olarak programlar kübik şerit ve B şerit interpolasyonu için iki set olarak geliştirilmiştir. Programlar açık kod

olarak verildiğinden java programlama dilinde kendi soğutma sistemi analizlerini yapanlar taraf ı

ndan kullanı

labilir.Girdi ve çıktı metodlar ının tanımı altta verilmiştir:

Kübik şerit interpolasyon formülünü kullanan set ref_CS2.java programıyla tanımlanmıştır.

public ref_CS2(String soğutucu_ak ışkan_ismi)kurucu metoduyla çağr ılabilir. Buradaki değişken ismi değişkenin kullanılacak değişkenin ismi olması gerekir.Geçerli soğutucu ak ışkan isimleri programda çağır ılacağı şekliyle şunlardır:"R134a","R123","R718","R12","R22","R23","R32","R123","R124","R125","R143a","R152a","R455fa","R404A","R407C","R410A","R507A","R717","R744","R50","R170","R290","R600","R1150","R1270","R702","R702P","R704","R728","R732","R740"Açık olarak soğutucu ak ışkanlar ın ismini yazarsak Kloro-Floro Karbon Soğutucu ak ışkanlar

22

1

2

0 ...1 nq δ δ δ ++++=




74

Metan serisiR-12 (diklorodiflorometan)R-22 (klorodiflorometan)

R-23 (triflorometan)R-32 (diflorometan)Etan SerisiR-123 (2,2-dikloro-1,1,1-trifloroetan)R-124 (2-kloro-1,1,1,2-tetrafloroetan)R-125 (pentafloroetan)R-134a (1,1,1,2-tetrafloroetan)R-143a (1,1,1-trifloroetan)R-152a (1,1-difloroetan)Propan SerisiR-245fa (1,1,1,3,3-pentafloropropanZeotropic karışımlar (% kütle oranı)R-404A [R-125/143a/134a (44/52/4)]R-407C [R-32/125/134a (23/25/52)]

R-410A [R-32/125 (50/50)]Azeotropik karışımlarR-507A [R-125/143a (50/50)]İnorganic Soğutucu Ak ışkanlarR-717 (amonyak)R-718 (su/buhar)R-744 (carbondioksit)Hidrokarbon gurubuR-50 (metan)R-170 (etan)R-290 (propan)R-600 (n-butan)R-600a (izobutan)

R-1150 (etilen)R-1270 (propilen)Kryojenic (çok düşük sıcaklık) Soğutucu Ak ışkanlarR-702 (normal hydrogen)R-702p (parahydrogen)R-704 (helium)R-728 (nitrogen)R-732 (oxygen)R-740 (argon)

Ak ışkanlarla ilgili veriler Amerikan Isıtma havalandırma ve soğutma derneği(ASHRAE) verilerinden alınmıştır[1]

sınıf tanımlandıktan sonra çeşitli termofiziksel özellikler direk olarak çağr ılarak kullanılabilir. Kurucu metodun program içinde çağr ılması

ref_CS2 a=new ref_CS2(“R134a”);

şeklinde olacaktır. Bundan sonra çeşitli termofiziksel özellikler sabitler ve alt metodlar üzerinden direk olarak çağr ılabilir.

SABİTLER ve anlamlara.M; Molekül ağr ılığı kg/kmol

a.BP; 1.01325 barda kaynama sıcaklığı a.FP; 1.01325 barda donma sıcaklığı a.Tc; kritik sıcaklık derece Ca.Pc; kritik basınç kPaa.roc; kritik yoğunluk kg/m3




75

METODLAR ve anlamları a.Psb(t); t (derece C) sıcaklığında kaynamaya başlama basıncı, kPaa.Psd(t); t (derece C) sıcaklığında kaynama bitiş basıncı, kPa

a. Tsb (ps); ps (kPa) bası

ncı

nda sı

vı

kaynama başlama sı

caklı

ğı

, derece Ca. Tsd (ps); ps (kPa) basıncında sıvı kaynama bitiş sıcaklığı, derece C

a.rol(t); t (derece C) sıcaklığında sıvı yoğunluğu kg/m3

a.rov(t); t (derece C) sıcaklığında gaz yoğunluğu kg/m3

a.h_l(t); t (derece C) sıcaklığında sıvı entalpisi KJ/kga.h_v(t); t (derece C) sıcaklığında gaz entalpisi KJ/kga.h_lv(t); t (derece C) sıcaklığında gaz sıvı entalpi fark ı, KJ/kg

a.s_l(t); : t (derece C) sıcaklığında sıvı entropisi KJ/kgK a.s_v(t); : t (derece C) sıcaklığında gaz entropisi KJ/kgK a.s_lv(t); t (derece C) sıcaklığında gaz-sıvı entropi fark ı KJ/kgK

a.viscosity_l(t); t (derece C) sıcaklığında sıvı vizkozite Pasa.viscosity_v(t); t (derece C) sıcaklığında gaz vizkozite Pas

a.k_l(t); t (derece C) sıcaklığında sıvı ısıl iletkenlik katsayısı KJ/mK a.k_v(t); KJ/mK : t (derece C) sıcaklığında gaz ısıl iletkenlik katsayısı KJ/mK

a.Cpl(t); KJ/kgK : t (derece C) sıcaklığında sıvı sabit sıcaklıkta özgül ısı KJ/kg K a.Cpv(t); KJ/kgK: t (derece C) sıcaklığında gaz sabit sıcaklıkta özgül ısı KJ/kg K

a.soundv_l(t); : t (derece C) sıcaklığında sıvı sabit sıcaklıkta ses hızı ı m/sa.soundv_v(t); : t (derece C) sıcaklığında gaz sabit sıcaklıkta ses hızı ı m/s

B şerit interpolasyonu programlar ı temel olarak aynı formdadır. B şerit interpolasyon formülünü kullanan set

ref_BS.java programıyla tanımlanmıştır.

public ref_BS(String soğutucu_ak ışkan_ismi)ref_BS a=new ref_BS(“R134a”);

Ayr ıca her iki programıda bilgisayar programcılar ı dışındaki soğutma sektöründe kullanılmasını sağlamak içinkullanıcı arayüzü programlar ı ref_CS_Table2.java ve ref_BS_Table.java programlar ı hazırlanmıştır. Bu kullanıcı arayüz programlar ının direk olarak çalışan versiyonlar ı ref_CS.jar ve ref_BS.jar da hazırlanmıştır. Bu iki programı internet ortamında çalıştırmak içinde ref_CS.html ve ref_BS.html internet versiyonlar ı mevcuttur. Şekil 1 deref_CS.jar programı kullanıcı arayüzü görülmektedir.




76

Şekil 3. ref_CS.jar kullanıcı arayüzü programı görünümü

5. B ŞER İT VE KÜBİK ŞER İT METODLARININ KAR ŞILAŞTIRILMASIŞerit eğri uydurma metodlar ı için ene küçük kareler metodu ile eşdeğer bir hata terimi oluşturmak mümkün değildir,Veri tüm noktalardan geçtiği için böyle bir hata hesaplaması 0 hata verecektir, ancak bu eğri uydurmamızınmükemmel olduğu anlamına gelmez. Burada Kubik şerit ve B şerit yöntemlerinin Soğutucu ak ışkanlar ın eğriuydurmasındaki performanslar ını anlamak için uydurulan eğrilerin grafiklerini çizerek problem görülen bölgeleringenişletilerek grafik formda incelenmesi yöntemi kullanılacaktır.

Şekil 4. R407C doyma başlangıç basıncı sıcaklık verisinin ve Kübik şeritle uydurulmuş eğrinin görünümü




77

Şekil 5. R407C doyma başlangıç basıncı sıcaklık verisinin ve Kübik şeritle uydurulmuş eğrinin -82 ile -40

derece C bölgesindeki (genişletilmiş) görünümü

Şekil 6. R407C doyma başlangıç basıncı sıcaklık verisinin ve B şeritle uydurulmuş eğrinin görünümü




78

Şekil 7. R407C doyma başlangıç basıncı sıcaklık verisinin ve B şeritle uydurulmuş eğrinin -82 ile -40 derece Cbölgesindeki (genişletilmiş) görünümüİlk örnek olarak R407C soğutucu ak ışkanı için başlangıç doyma basıncı grafiğini uydurulan eğri ve orijinal verinoktalar ı olarak inceledik. Şekil 4 de Kübik şerit ve Şekil 6 de B şerit interpolasyonu fonksiyonlar ı görülmektedir.Bu grafiklerde her iki grafikte nerdeyse mükemmel bir uyum eğrisi göstermektedir. Ancak eğrileri -80 den -40derece C ye kadar olan bölümlerini detaylı olarak çizdiğimizde (Şekil 5 ve Şekil 7) B şerit metodunda bu bölgededalgalanmalar görüyoruz, Kübik şerit metodunun daha iyi bir uyum fonksiyonu verdiğini gözlemleyebiliriz.

Şekil 8. R407C doyma sıvı entalpi verisinin ve Kübik şeritle uydurulmuş eğrinin -82 ile -40 derece Cbölgesindeki (genişletilmiş) görünümü




79

Şekil 9. R407C doyma sıvı entalpi verisinin ve B şeritle uydurulmuş eğrinin -82 ile -40 derece C bölgesindeki

(genişletilmiş) görünümüİkinci örnek olarak R407C soğutucu ak ışkanı için sıvı entalpisi grafiğini uydurulan eğri ve orijinal veri noktalar ı olarak inceledik. Şekil 8 da Kübik şerit ve Şekil 9 da B şerit interpolasyonu fonksiyonlar ının -80 den -40 derece C yekadar olan bölümleri genişletilmiş olarak görülmektedir. Burada da B şerit metodunda bir üstteki kadar ciddiolmamakla beraber yine sinizoidal bir salınım gözlenmektedir.

6. SONUÇLAR Kübik şerit eğri uydurma yöntemi, B şerit yöntemine göre daha fazla hesaplama gerektirdiğinden iki yöntemin aynı hassaslğı vermesi durumunda normal olarak standart metod olarak B şerit metodunun kullanması gerekir, ancak uydurulan eğrilerde B-şerit yönteminde görülen küçük salınımlar, kübik şerit metodunu daha kararlı sonuçlar vermesi sebebiyle standart olarak kullanılan temel metod haline getirmektedir. Her iki metod da en küçük kareler metodu sonuçlar ına göre çok iyi sonuçlar sunmaktadır.

7. REFERANSLAR 1. 2005 ASHRAE HANDBOOKFundamentals, 2005 ISBN 1-931862-71-0 ASHRAE Inc.2. M. Turhan Çoban, Java Programlama diliyle Sayısal Çözümleme , Bileşim yayınlar ı, ISBN 978-975-27-

200-3 3. Robert s. Reid, John M. Prausnitz, Bruce E. Pooling, The Properties of Gases and Liquids, Mc Graw Hill,

ISBN 0-07-051799-1




80

OTURUM IVSPLİT KLİMALAR

Split Klima Arıza Simülatörü Erdo ğ an Şİ M Ş EK – Mehmet B İ LG İ L İ – Yusuf POLAT – Be şir Ş AH İ N

Duvar Tipi Split Klimanın Elektronik Kartları, Arızaları ve Çözüm Yöntemleri Erdo ğ an Şİ M Ş EK – Mehmet Bilgili – Yusuf POLAT – Be şir Ş AH İ N

Farklı Fin Aralıklarına Sahip Kondenserli Split Klimaların Performans Testleri İ smail EKMEKÇ İ – Ender ERDOĞ AN – Kadir İ SA




81

SPLİT KLİMA ARIZA SİMÜLATÖRÜ GELİŞTİR İLMESİ

Erdo ğ an Ş imşek, Mehmet Bilgili, Yusuf Polat ve Beşir Ş ahin*

Çukurova Üniversitesi, Adana Meslek Yüksekokulu, İ klimlendirme-So ğ utma Programı , Adana*Çukurova Üniversitesi, Mühendislik-Mimarl ık Fakültesi, Makine Mühendisli ğ i Bölümü, Adana

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

ÖZET

Duvar tipi split klimalar ın ülkemizde çok yaygın bir şekilde kullanılıyor olması nedeniyle butarz klimalar ın servis ihtiyacını kar şılayabilecek ara eleman ihtiyacı her geçen gün artmaktadır.Bu amaçla, bu çalışmada duvar tipi split klimada oluşabilecek ar ızalar ı gösteren bir ar ızasimülatörü oluşturulmuştur. Bu simülatörde, açma-kapama anahtarlar ı yardımıyla 16 adet ayr ı ar ıza oluşturulmakta ve bu ar ızalar kar şısında cihazın çalışmasındaki değişiklikler görsel,elektriksel ve basınç ölçüm cihazlar ında sayısal değer olarak okunabilmektedir. Gerek meslekieğitimde gerekse servis içi eğitimlerde teknik elemanlar ın sektörün ihtiyacı olan meslekideneyimi kazanması için geleneksel yöntemlerin dışında çalışmalar ımızda kullandığımız tarzdasimülatör cihazlar ının kullanımının yaygınlaştır ılması ile teknik elemanlar ın eğitiminde hemzaman tasarrufu sağlanacak hem de niteliğini artıracaktır.

Anahtar Kelimeler: Arıza simülatörü; gösterge cihazları; servis eğitimi; split klima;teknik eleman.

1. GİR İŞ

Klimalar, insanlar ın daha rahat ve konforlu bir şekilde yaşaması amacıyla kapalı ortamlar ın havasını soğutan, neminialan, isteğe bağlı olarak ısıtan, toz ve partikülleri filtre eden cihazlardır. Günlük yaşantımızın her alanında klimakullanımı her geçen gün yaygınlaşmaktadır. Klima artık lüks olmaktan çık ı p ihtiyaç duyulan bir cihaz olmuştur [1].Bu çalışmasının esasını oluşturan ana etken, ar ızalar ın hızlı bir şekilde giderilmesini sağlamaktır.

Duvar tipi split (ayr ık) klima ülkemizde en fazla kullanılan klima türü olup, iç ve dış ünite olmak üzere iki ayr ı üniteden oluşmaktadır. Bu iki ünite arasında soğutucu ak ışkan sirkülâsyonunu, sinyal alışverişini ve yoğuşan suyundışar ıya atılmasını sağlayan bak ır boru, elektrik kablolar ı ve drenaj borusu bulunur. Split klima sistemini oluşturanana k ısımlardan birisi olan iç ünite, soğutulacak ya da ısıtılacak iç mekana, diğer ana k ısım olan dış ünite ise dış ortama yerleştirilmektedir. Split klima soğutma amaçlı kullanılıyorsa iç ortamdan iç ünite vasıtasıyla gaza yüklenenısı, dış ünite taraf ından gazdan alınarak dış ortama atılır. Böylece ortamın soğutulması sağlanır. Eğer sistem ısıtmaamaçlı kullanılıyorsa dış ortamdan, dış ünite vasıtasıyla gaza yüklenen ısı, iç ortama iç ünite vasıtasıyla verilir,

böylece ortamın ısıtılması sağlanır. Soğutucu ak ışkanın iç ya da dış üniteye yönlendirilmesi dört yollu vanavasıtasıyla sağlanır [2].

Teknik servislerde kar şılaşılan en önemli sorunlardan birisi, bu alanda çalışan teknik elemanlar ın sistemin kontroldevreleri üzerinde ar ıza teşhisini doğru, hızlı ve uygun bir şekilde gerçekleştirememeleridir. Bu da özellikle teknik elemanlar ın split klimanın elektrik-elektronik kontrol devreleri konusunda iyi bir uygulamalı eğitim almadıklar ındanve sistemi iyi tanımadıklar ından kaynaklanmaktadır. Bu çalışmada bir split klima ar ızalar ının oluşturulabildiği bir




82

ar ıza simülatörü oluşturulmuş, bu simülatör üzerinde teknik elemanın ar ıza teşhisini doğru, hızlı ve uygun bir şekildealgılayabilmesi amaçlanmıştır. Bu ar ıza simülatörü, mesleki teknik eğitim alanında eğitim veren teknik okullardakullanılabileceği gibi, klima üreticileri taraf ından servis personeli eğitiminde de kullanılabilir. Bu daha iyi yetişmiş,

kendine güvenen ve çözüm getirebilen bir teknik eleman demektir.2. DENEYSEL MODEL

2.1. Split Klima Arıza Simülatörü

İç ve dış ünitenin aynı kaide üzerine yerleştirilmesiyle oluşturulan 9000 BTU soğutma kapasiteli duvar tipi bir splitklima ar ıza simülatörünün, elektrik bağlantılar ı, elektronik kart devreleri, kumanda ve kontrol elemanlar ı, elektrikselölçü cihazlar ı, sıcaklık ölçü aletleri ve basınç ölçü aletleri, yardımcı elemanlarla bir araya toplanı p Şekil 1’degörüldüğü gibi bir duvar tipi split klima ar ıza simülatörü oluşturulmuştur. Split klima ar ıza simülatörü, bir splitklimanın iç ünite ile birlikte kontrol devreleri, dış ünite ve elektriksel bağlantı elemanlar ı, ar ıza oluşturma panosu vegösterge cihazlar ı olmak üzere dört k ısımdan oluşmaktadır. Bu split klimanın teknik özellikleri Çizelge 1’deverilmiştir.

Şekil 1. Split klima ar ı

za simülatörü

Çizelge 1. Duvar tipi split klima ar ı za simülatörünün teknik özellikleri

Teknik özellik Soğutma için Isıtma içinKapasite 9000 Btu/h - 2639 W 9700 Btu/h - 2844 WAnma gücü 900 W 870 WAnma ak ımı 3,9 A 3,8 AVoltaj 220-240 Volt, 50 Hz 220-240 Volt, 50 HzSoğutucu ak ışkan R22 R22Soğutucu ak ışkan miktar ı 0,71 kg 0,71 kg

Bu ar ıza simülatöründe dış ünite şeffaf hale getirilmiştir. Kompresör, dört yollu vana, kondenser ve kondenser fanmotorunun çalışması izlenebilmektedir. Dış ünitede bulunan bileşik kapasitör (dış ünite fan motoru ve kompresör




83

daimi devre kapasitörü), kompresör termiği ve kompresör emme ve basma basınçlar ını gösteren iki manometrekumanda ve kontrol panosuna yerleştirilmiş, boru ve elektrik bağlantılar ı yapılmıştır. İç ünitede bulunan güç kartı,kumanda kartı, algılayıcı (display) ve iç ünite fan kapasitörü kumanda panosuna şeffaf olarak yerleştirilmiş ve

devredeki tüm elemanlar ı

n açı

k olarak görülmesi sağlanmı

ştı

r. Kart üzerindeki enerji beslemeleri birer anahtara bağlanmıştır. Sistem çalıştır ılmadan önce veya çalıştır ıldıktan sonra mekanik olarak devre elemanlar ının enerjilerikesilerek sistemde ar ızalar oluşmaktadır. Oluşan bu ar ızalarda ar ıza simülatörü gösterge panosunda ak ımdeğişikliklerini ampermetreden, voltaj değişikliklerini voltmetreden, iç ve dış ünite üfleme ve emiş sıcaklıklar ındakideğişimleri dijital termostatlardan, kompresör emme ve basma basınçlar ını manometrelerden görebilmekteyiz.

2.2. Simülatörün Çalışması

Klima kumandasıyla sisteme enerji verilip soğutma konumunda çalıştır ıldığında flap motora enerji gelir, flap motor yar ım devir hareket edince dış ünitedeki kompresör ve kondenser fan motoruna enerji gelerek kompresör vekondenser fan motoru çalışır. Soğutucu ak ışkan hareketiyle birlikte hava hareketi de sağlanır. İç ünitede ise, iç ünitefan motoruna enerji gelerek dış üniteden hareket eden gaza ortamın ısısının yüklenebilmesi için hava hareketisağlanır. Bu şekilde iç ortamda iç ünitede gaza yüklenen ısı, dış ortamda dış üniteden dışar ı atılır. Böylece ortamınsoğutulması sağlanır [3,4].

Kullanıcı taraf ından klima ısıtma konumuna alındığında, flap motor yar ım devir açılır, bu sayede dış ünite fanmotoru ve kompresör ve dört yollu selenoid vana bobinine enerji gelerek gazın hareketi iç üniteye yönlendirilir.Ortam sensörü belli bir sıcaklığı algılayıncaya kadar iç ünite fan motoru çalışmaz. Sıcaklık belli bir değere ulaşıncaiç ünite fan motoruna enerji gelir ve fan motoru çalışarak ortamın ısıtılmasını sağlar. Böylelikle dış ortamda dış ünitede gaza yüklenen ısı, iç ortamda iç ünitede ortama verilir ve ortamın ısıtılması sağlanır.

2.3. İç Ünite Elektrik Devresi

İç ünite elektrik devre şeması Şekil 2’de gösterilmiştir [5]. Şebekeden gelen ve W-Otomattan geçen faz direkt olarak röleye girer. Nötr iç ünite klemensinden geçerek ana karta soket vasıtasıyla bağlanır. Topraklama ise iç ünite(evaparatör) sacına bir vida ile tespit edilir. Faz ana karta altılı soket vasıtasıyla taşınır. Faz 250 Volt – 2 Amperlilik cam sigortadan geçirilir. Burada cam sigortanın görevi, kart devresini herhangi bir nedenle oluşabilecek aksaklığa

kar şı korumaktır. Faz cam sigorta çık ışından bir uçla dört yollu vana rölesine gelir ve dış ünitedeki vana bobininiharekete geçirmek için sinyal klemensine ulaşır. Fazın diğer girişi, fan rölesinden çıktıktan sonra, fanı hareketegeçirmek için sinyal klemensinin diğer bağlantı ucuna gelir. Dağıtılmış fazın diğer girişi triyak üzerinden geçer vesoket bağlantısıyla iç ünite fan motoruna bağlanır. İç ünite fan motoru nötr kablosu nötr soketine bağlanır. Devrede

bir daimi devre kapasitörü (kondansatör) vardır.

2.4. Dış Ünite Elektrik Devre Şeması

Dış ünite elektrik devre şeması Şekil 3’de gösterilmiştir [5]. İç üniteden dış üniteye 5x1,5 mm2 TTR (çok tellitermoplastik yalıtkanlı) kablo çekilir ve dış ünite klemensine bağlanır. Gelen faz termikten geçer, kompresörünmüşterek ucuna gelir. Ana sargı, kapasitörün müşterek ucuna (C) bağlanır. Yardımcı sargı, kapasitörün (HERM)ucuna bağlanır. Bu kapasitör daimi olarak devrede kalacak şekilde dizayn edilmiştir. Kompresör, kapasitör müşterek ucunda devresini tamamlar ve kompresör yol alır. Dış ünitedeki fan motoru, ana kart üzerinden almış olduğu fazı,

fan motoru müşterek ucuna verir. Ana sargı

ve yardımc

ısarg

ı, kapasitör üzerinden devreyi tamamlar [6]. Fan motoruçalışır. Soğutmada flap motoru yar ım devir hareket edince tüm sistem devreye girer (soğutmada dört yollu vana

devre dışıdır). Isıtmada flap motoru yar ım devir hareket edince dış ünite devreye girer. Ortam sıcaklığı ayarlanandeğerin altındaysa, boru sensöründen gelen sinyalle evaparatör sıcaklığı belli bir değere ulaşınca iç ünite fan motoruçalışır (ısıtmada dört yollu vana devrededir).




84

Şekil 2. Split (ayr ık) klima sisteminin iç ünite elektrik devre şeması [5]

Şekil 3. Split (ayr ık) klima sisteminin d ı ş ünite elektrik devre şeması[5]

2.5. Simülatör Arıza Oluşturma Panosu

Normal açma-kapama anahtarlar ından meydana gelen anahtarlarla, split klima üzerinde sistem çalıştır ılmadan ya daçalıştır ıldıktan sonra 16 farklı ar ıza oluşturulmaktadır. Bu ar ızalar Çizelge 2’de verilmiştir. Split klima ar ızasimülatörü ile mekanik anahtarlarla besleme enerjileri kesilerek hem ısıtma hem de soğutma konumunda cihaza bir ya da birkaç ar ıza birlikte oluşturulabilmektedir. Cihazın bu ar ızalar kar şısında çalışmasındaki değişiklikler görselolarak izlenebilmekte ve ak ım, basınç ve sıcaklık değişiklikleri göstergelerden sayısal değer olarak okunabilmektedir.




85

Çizelge 2. Simülatörde olu şturulan ar ı zalar

Arıza

Kodu

Arıza Arıza

Kodu

Arıza

1 İç ünite fan motoru ar ızası 9 Kompresör termik ar ızası 2 İç ünite fan kapasitörü ar ızası 10 Dört yollu vana röle ar ızası 3 Ortam sensörü ar ızası 11 Dört yollu vana selenoid bobin ar ızası 4 Boru sensörü ar ızası 12 Display enerji besleme ar ızası 5 Kompresör ar ızası 13 Display algılayıcı ar ızası 6 Kompresör daimi devre kapasitör ar ızası 14 Mikroişlemci besleme ar ızası 7 Dış ünite fan motoru ar ızası 15 Flap motor ar ızası 8 Dış ünite fan motor kapasitör ar ızası 16 Dış ünite fan rölesi ar ızası

2.6. Simülatör Gösterge Panosu

Split klima ar ızalar ında basınç, sıcaklık ve ak ım değerleri ar ızanın tespitinde oldukça önemli bir yer teşkil eder.

Simülatörde oluşturulan ar ızalar neticesinde basınçlar, alçak ve yüksek basınç olarak manometrelerden, ak ım olarak ampermetreden, voltaj olarak voltmetreden, üfleme ve emiş sıcaklıklar ı dijital termometrelerden okunabilmektedir.

3. BULGULAR VE TARTIŞMASplit klima ar ıza simülatöründe oluşabilecek ar ızalar ile elde edilen sayısal değerler ve bu ar ızalar için çözümönerileri belirlenerek aşağıda sunulmuştur.Klima çalışmıyor

İç ünite fan motoru çalı

şmı

yor

İç ünite fanı yavaş dönüyor ve fan kademesi çalışmıyor

Î W – Otomat faz girişi ve çık ışını kontrolkalemi ile kontrol edin.Î Cam sigorta faz girişi ve çık ışını kontrolkalemi ile kontrol edin.Î Varistörü kontrol edin.

Ar ızalı W-otomat yenisiyle değiştirilir.Patlamış cam sigorta orijinaliyledeğiştirilir.Patlamış varistör şekil değişikliği göz ile belli olur, karttan havya ile sökülerek de i tirilir.

Î Fan motoru soketleri kart üzerindensökülür ve ölçü aleti ile ölçülerek kontroledilir.Î Fan kapasitörü sökülerek ölçü aleti ileölçülüp kontrol edilir.Î Fan rölesi kontrol edilir.

0

1020

30

40

50

60

70

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Zaman [dk]

E m m e b a s ı

n c ı

[ P s i ]

200

210

220

230

240

B a s m

a b a s ı

c ı

[ P s i ]

EmmeBasma

Şekil 4. Emme ve basma basıncının

Ar ızalı olan fan motoru yenisiyledeğiştirilir.Fan kapasitörü yenisi ile değiştirilir.Röle bobini kart üzerinde kontroledilebilir. Kontak uçlar ının arzatespitinde röleyi karttan sökmek gerekir.

Emme basıncı hızlı bir şekilde düşerken basma basıncı emme basıncına göre daha

yavaş şekilde düşmektedir.

Bu arada iç ünite sıcaklığı oldukça yavaş bir şeklide yükselmektedir.

Î Fan kapasitörü sökülür ölçü aleti ile ölçülüp kontroledilir.Î Fan motoru, hızlı, orta,

yavaş kademe sargılar ı ölçüaleti ile ölçülüp kontrol edilir.

Ar ızalı olan iç ünite fan motoru yenisi ile değiştirilir.Kapasitörün sızdırmazlığı ve ak ım depolama kabiliyetikontrol edilir. Gözle muayenede, kondansatörün arkataraf ı şişmiş ise, genelde kondansatör ar ızalıdır. Kart

üzerinde kontrol edilemez. Karttan sökülerek kontroledilmesi gerekir. Ar ızalanması durumunda değiştirilir.




86

İç ünite çalıştıktan bir süre sonra devre dışı kalıyor

İç ünite çalışmıyor ve uyarı sinyali veriyor

Uzaktan kumanda algılamıyor

Display çalışmıyor

Enerji girişi olmasına rağmen iç ünite çalışmıyor

Flap Motoru çalışmıyor

Ana röle çalışmıyor

Kart besleme arızalı (mikroişlemci besleme arızalı)

Kompresör çalışmıyor

Klima soğutma yapmıyor (kapasitör arıza)

Î Ortam termistörü karttan sökülür ve ölçüaleti ile direnç değeri kontrol edilir.

Direnç ölçümünde gereken değer eldeedilmezse yenisi ile değiştirilir.

Î Boru sensörü karttan sökülür ve ölçüaleti ile direnç değeri kontrol edilir.

Direnç ölçümünde gereken değer eldeedilmezse yenisi ile değiştirilir.

Î Kumanda pili kontrol edilir.

Î Kumanda kontrol edilir. Î Dis la soket ba lantılar ı kontrol edilir.

Kumanda pilleri değiştirilir.

Ar ızalı olan display veya kumanda yenisiile değiştirilir.

Î Display ve bağlantılar ı kontrol edilir. Ar ızalı olan display yenisi ile değiştirilir.

Î Transformatörün aşır ı voltaja maruzkalı p kalmadığı kontrol edilir.Î Transformatörün sargılar ının k ısa devreya da açık devre olup olmadığı kontrol edilir.

Transformatörün primer sargısı kartüzerinde ölçülebilir. Seconder sargınınölçülebilmesi için trafonun karttansökülmesi gerekir. Ar ızalı olan

transformatör yenisi ile değiştirilir.

Î Flap motoru yerinden sökülerek dişlilerikontrol edilir.

Ar ızalı olan flap motoru yenisi iledeğiştirilir.

Î Ana röle bobini ve kontaklar ı ölçü aletiile ölçülerek kontrol edilir.

Ar ızalı olan ana röle yenisi ilede i tirilir.

Î Transformatör 12 V sar ımı ölçü aleti ileölçülerek kontrol edilir. Î 12 V bağlantı kablolar ı kontrol edilir.

Ar ı

zalı

olan transformatör yenisi iledeğiştirilir.Mikroişlemci güç ve kumandaçık ışlar ında bir sorun varsa kumandakartı de i tirir

Î Kompresör sargılar ı ölçü aleti ileölçülerek kontrol edilir.

Ar ızalı olan kompresör yenisi iledeğiştirilir.

Î Kompresör soket bağlantılar ı ve kapasitör

kontrol edilir. Î Kompresör basıncı kontrol edilir.

1

2

3

4

5

6

A k

ı

m

[ A ]

50

100

150

200

250

300

B a s m a b a s ı

c ı

[ P s i ]

Akım

Basma basıncı

Ar ızalı olan kapasitör yenisi ile

değiştirilir.Basınçtan düşmüş kompresör yenisi iledeğiştirilir.Kompresör üzerine bağlanmış olankapasitör daimi devre kapasitörü olduğuiçin kapasitör devre dışı kaldığında




87

Klima ısıtma yapmıyor

Dört yollu vana rölesi arızalı

Dış ünite fan motoru çalışmıyor

Dış ünite fanı yavaş dönüyor ve kompresör devre dışı kalıyor

Elektronik karttaki eleman arızaları

Î Dört yollu vana kontrol edilir.

Î Selenoid bobin ölçü aleti kontrol edilir.

Ar ızalı olan dört yollu vana veya

selenoid bobin yenisi ile değiştirilir.

Î İç ünite sinyal klemensi üzerinden geçenfaz kontrol kalemi ile kontrol edilir. Î Dış ünite bağlantı klemensi kontroledilir. İç ünite elektronik kart sinyal klemensiüzerinden geçen fazın röle üzerinden geçipgeçmediği kontrol edilir.

Ar ızalı olan röle kart üzerindensökülerek yenisi ile değiştirilir.

Î Kapasitör kontrol edilir. Î Fan motoruna faz gelip gelmediği

kontrol kalemi ile kontrol edilir.

0

2

4

6

8

10

0 0,5 1 1,5 2

Zaman [dk]

A k ı m [ A ]

Şekil 4. Ak ımın zamanla de ğ i şimi

Ar ızalı fan kapasitörü yenisi iledeğiştirilir.Ar ızalı olan fan motoru yenisi iledeğiştirilir.

Dış ünite fan motoru ar ızasında ak ımdüzenli olarak yükselmekte, bir süresonra kompresör termik açtırmaktadır.

Î Fan motoru kontrol edilir. Î Fan kapasitörü kontrol edilir.

Ar ızalı olan fan motoru veya fankapasitörü yenisi ile değiştirilir.

Î Mikroişlemcinin kumanda ve elektrik beslemeleri kontrol edilir. Î Mikroişlemci, entegre, röle, transformatör, varistör, kondansatör, diot, triyak, transistör, direnç ar ızalar ı avometreyle kontrol edilir.

Mikroişlemci ve entegre ar ızalar ındaelektronik kart yenisi ile değiştirilir.Diyotun muayenesi için elektronik karttan sökülmesine gerek yoktur.Diğer elemanlar ın ar ıza tespitinde dahagüvenli sonuç alabilmek için elemanlar ınelektronik karttan sökülmesi gerekir.Ar ızalı elemanlar yenisi ile değiştirilir.




88

Kompresör çalışmıyor (termik arıza)

4. SONUÇ

Split klima Türkiye’de en fazla kullanılan klima türü olup özellikle Akdeniz ve Ege bölgelerinde sadece yazınsoğutma amaçlı değil, k ışın da ısıtma amaçlı olarak kullanılmaktadır. Bu tip klimalarda mekaniksel ar ıza oranı,elektriksel ar ıza oranına göre oldukça düşüktür. Değişen teknolojiler, split klimalar ın enerji sarfiyatını oldukçadüşürmüş ve geliştirilen yeni gazlarla da oldukça düşük ortam sıcaklıklar ında iç ortamlar ı ısıtma imkanı sağlamıştır.Dolayısıyla split tip klimalar yalnızca Akdeniz ve Ege bölgelerinde değil, yak ın zamanda Anadolu’nun iç

k ısımlar ında da yaygın şekilde kullanılacaktır. Bu durumda, kar şımıza ülkemizin en önemli sorunlar ından birisi olanteknik eleman yetiştirme ve yetişmiş teknik elemanı geliştirme problemi ortaya çıkmaktadır. Geliştirdiğimiz splitklima ar ıza simülatörü ile teknik eleman yetiştiren mesleki teknik eğitim okullar ında, iklimlendirme eğitimi veren

bölümlerde eğitim esnasında kullanılabilir. Ayr ıca, klima servislerinde, firmalarca verilen servis eğitiminde teknik elemanın klima ar ızalar ını kolaylıkla tespit edip, çözüm getirmesi için gerekli uygulamalı eğitim bu simülatör sayesinde verilebilir. Bu eğitim sonrasında teknik eleman ar ıza çözümlerinde fikir yürütme yeteneği kazanacak,

piyasada kar şılaşabileceği ar ızalar kar şısında çözüm getirebilecektir. Split klima ar ıza simülatörüyle split klimadaçıkabilecek ar ızalar mekanik olarak oluşturulabilmekte ve split klimanın çektiği ak ım, iç ve dış ünite emme veüfleme sıcaklıklar ı, kompresörün emme ve basma basınçlar ı, sistemin gösterge panosundan okunabilmekte vecihazın bu ar ızalar kar şısında nasıl davranacağı açıkça görülebilmektedir.

Sonuç olarak bu ar ıza simülatörü, bu konuda yetiştirilecek teknik elemanın yetişmesine büyük katk ıda bulunacak,mesleki ve teknik eğitimini tamamlamış teknik elemanlar ın da kendilerini geliştirmelerinde büyük fayda

sağlayacaktır. Ayr ıca bu simülatör, teknik elemanda sektörün ihtiyacı olan ar ıza takibindeki temel becerilerinkazanılması ihtiyacını büyük ölçüde giderecektir.

KAYNAKLAR

[1] Alperen, Klima nedir?, http://www.alperen.com.tr/sss.htm.[2] Bulgurcu Hüseyin, E-yayınlar ımız, İklimlendirme sistemleri, http://deneysan.com/dersnotlar ı.htm.[3] Şimşek Erdoğan, Split klimalarda elektronik kart ar ızalar ı, 4. Uygulamalı İklimlendirme ve Soğutma Semineri,

Yıldız Teknik Üniversitesi, İSKAV, İstanbul, 2006.[4] Airfel, Isıtma & soğutma sistemleri, Split klima montaj ve klimacılık, Yayın No: AC01-06.[5] Arçelik, Mono split klimalar (Servis el kitabı) , Arçelik yayınlar ı (174), 2006. [6] Fuji Electric Klima, Klima servis el kitabı (servis manuelleri), Yayın no: 2.

Î Kompresör termiği giriş ve çık ışlar ı kontrol kalemi ile kontrol edilir. Ar ızalı olan termik yenisi ile değiştirilir.




89

DUVAR TİPİ SPLİT KLİMANIN ELEKTRONİK KARTLARI, ARIZALARI VE

ÇÖZÜM YÖNTEMLER İ

Erdo ğ an Ş imşek, Mehmet Bilgili, Beşir Ş ahin* ve Yusuf Polat

Çukurova Üniversitesi, Adana Meslek Yüksekokulu, İ klimlendirme-So ğ utma Programı , Adana*Çukurova Üniversitesi, Mühendislik-Mimarl ık Fakültesi, Makine Mühendisli ğ i Bölümü, Adana


ÖZET

Yetişmiş ara eleman ihtiyacı ülkemizde sanayinin kar şılaştığı en büyük sorunlardan biridir.Çağın mesleklerinden biri olan iklimlendirme ve soğutma alanında da bu ihtiyaç kendini

belirgin şekilde hissettirmektedir. Klimalardaki devre elemanlar ının çalışması, tamamen klimakartlar ı üzerindeki elektronik elemanlarla kontrol edilmektedir. Bu kartlarda kar şılaşılan basitve giderilebilecek ar ızalarda komple kartın değiştirilmesi müşteriye gereksiz ek maliyetgetirdiği gibi ülke ekonomisine de zarar vermektedir. Nitelikli ara eleman yetiştirilmesi ile butür ar ızalara ekonomik çözümler bulunması yaygınlaşacaktır. Bu çalışmada ülkemizde yaygınşekilde kullanılan duvar tipi klimalarda son yıllarda sıkça kar şılaşılan kart ar ızalar ı anlatılmış veçözüm önerileri sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler: Elektronik kart; entegre; kumanda kartı; mikroişlemci; teknik eleman.

1. GİR İŞ

Oturulan ve çalışılan ortamlar ı, istenilen sıcaklık ve nemde tutabilmek için klimalara ihtiyaç duyulmaktadır. Klimasistemleri çok çeşitli olmasına kar şın ülkemizde en çok duvar tipi split klimalar kullanılmaktadır [1]. Duvar tipi splitklimalar çok kolay bir şekilde monte edilirler. Isı pompası özelliği olan bu klimalarla, yazın soğutma k ışın ise ısıtmayapılabilmektedir. Bu klimalar ın mekanik ar ızalar ı azdır. Ancak, elektrik ve elektronik ar ızalar ı hem fazla, hem de

bu ar ızalar ın tespit edilmesi ve giderilmesi zordur.

Duvar tipi split klimalar, buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışırlar. İç ve dış ünite olmak üzere iki

k ısımdan meydana gelirler. Kompresör ve kondenser (yoğuşturucu), dört yollu vana ve ak ışkan kontrol cihazı (k ılcal boru) dış ünitede, evaporatör (buharlaştır ıcı) ise iç ünitede bulunur. Güç kartı, kumanda kartı ve algılayıcı kart splitklimanın iç ünitesine yerleştirilmiş ve soket çık ışlar ı ile sinyal alacaklar ı ya da kumanda edilecekleri elemanlara

bağlanmışlardır [2,3].

Teknik servislerde kar şılaşılan en önemli sorunlardan birisi, bu alanda çalışan teknik elemanlar ın sistemin kontroldevreleri üzerinde, özellikle elektronik kart devreleri üzerinde ar ıza teşhisini doğru, hızlı ve uygun bir şekildegerçekleştirememeleridir. Bu da özellikle teknik elemanlar ın split klimanın elektrik-elektronik kontrol devrelerikonusunda iyi bir uygulamalı eğitim almadıklar ından ve sistemi iyi tanımadıklar ından kaynaklanmaktadır. Buçalışmanın amacı, bir split klima üzerindeki kumanda ve güç kartında bulunan elektronik elemanlar ın görevlerinintanıtılması ve ar ızalar ının nasıl tespit edilmesi gerektiğini ortaya çıkarmaktır.

2. SPLİT KLİMANIN ELEKTRONİK KARTLARI, ARIZALARI VE ÇÖZÜM YÖNTEMLER İ




90

Elektronik kart klima sisteminin beynini oluşturur. Algılayıcılar vasıtasıyla ortamdan aldığı bilgileri ve kullanıcı taraf ından gönderilen bilgileri değerlendirip sistemi yöneten ekipmandır. Güç, kumanda ve algılayıcı kartlar ından

oluşur. Şekil 1’de bir split klima güç kartı

nı

n önden ve arkadan görünüşü ve elamanlar ı

gösterilmiştir. Elektronik kart üzerinde yar ı iletken malzemelerden üretilen entegre devre, mikroişlemci, transformatör, transistör, diyot,kondansatör, röle, sigorta vb. elemanlar bulunur [4].

Sigor ta Röle Var istör Tr af o Diot

Entegre DirençKondansatör Transistör Triyak

a) Arka görünü ş b) Ön görünü ş

Ş ekil 1. Split klima güç kart ı [5]

Buzzer

Mikroişlemci

Entegre

a) Arka görünü ş b) Ön görünü ş

Ş ekil 2. Split klima kumanda kart ı [5]

Şekil 2’de split klimanın kumanda kartı gösterilmiştir. Klimalarda elektronik PCB (Bask ı Devre Kartı) kartlar iç vedış ünitenin haberleşmesini ve kumandayla verilen komut doğrultusunda çalışmasını sağlar. Ayr ıca PCB kartlar sistemin çalışma karakteristiğini de düzenleyen elektronik elemanlardır. Elektronik PCB kartlar bak ımsızlık,oksidasyon ve Türkiye'deki elektrik voltaj limitlerinin sabit olmamasından kaynaklanan nedenlerle ar ızalanmakta vesistemin çalışmasını engellemektedirler. Genelde düşük voltajdan fazla etkilenmemekte ancak çalışma voltajınınaşır ı yükselmesinde, voltajı tolere edememekte ve kart ar ızalar ı ortaya çıkmaktadır [4]. Güç ve kumanda kartına aitelemanlar ın görevleri ve ar ızalar ı aşağıda anlatılmaktadır.




91

Mikroişlemci

Yazılımla desteklenen mikroişlemci, kullanıcıdan aldığı komutlar ı, elektrik sinyallerine dönüştürerek, klima

sistemindeki diğer ekipmanlara (kompresör, dört yollu vana, fan motoru, vb.) belirli sı

ra ile sinyaller gönderir vesistemin optimum çalışmasını sağlar. Elektronik kart sökülürken, elektronik kart üzerindeki mikroişlemciye çı plak elle dokunulmamalıdır. Aksi takdirde insan üzerinde biriken durgun elektrik, mikroişlemcinin yapısı nedeniylear ızalanmasına neden olabilir. Şekil 3’de mikroişlemcinin kumanda kartındaki yerleşimi gösterilmiştir

Şekil 3. Mikroi şlemci

Sistemin çalışmas

ında tam anlam

ıyla bir düzensizlik var ise, ar

ıza mikroişlemcide olabilir. Tüm devre kontroledildikten sonra, devrenin diğer elemanlar ında herhangi bir ar ıza yok ise ve aynı zamanda mikroişlemcinin kumanda

ve elektrik beslemesinde bir sorun gözlenmiyorsa, mikroişlemcinin ar ızalı olma ihtimali yüksektir. Mikroişlemciar ızalanınca tüm kartın değiştirilmesi gerekir.

Sigortalar

Şekil 4’de sigortanın güç kartındaki yeri gösterilmiştir. Sigorta bir elektrik devresinde, devreyi aşır ı ak ıma kar şı korumak amacıyla konulmuş bir devre elemanıdır. Herhangi bir nedenle, devrenin üzerinden tasarlandığından dahafazla ak ım geçerse, içerisindeki metal tel eriyerek kopar ve cihazın elektrik ak ımı ile irtibatını keserek cihazı veyadevreyi korur. Bir sigortanın patlaması (atması), k ısa devre, aşır ı ak ım, temas noktalar ındaki zayıflık, çevreşartlar ından dolayı sigortanın aşır ı ısınması, yanlış amperajda sigorta, titreşim ve oksidasyon gibi nedenlerdenkaynaklanabilir. Sigorta atması halinde, nedeni tespit edilip yenisiyle değiştirilir. Patlamış sigortaya tel sar ılmamalı orijinali ile değiştirilmelidir [4,6,7].

Şekil 3. Sigorta

Röle

Şekil 5’de kumanda kartı üzerindeki yerleşimi gösterilen röle, elektrik devresini veya devrelerini kontrol etmek üzere

kullanılan, anahtarlama düzenine bağlı olarak manyetik bir bobin ve endüvi düzeninin ürettiği harekete göre,manyetik olarak kumanda eden anahtardır. Düşük ak ımlarla büyük güçlerin anahtarlanmasında kullanılır. AC veyaDC ak ımla enerjilenebilir. Röle devreleri, güç ve kumanda elemanlar ının bir arada bulunmasından oluşmaktadır.Kumanda elemanı rölenin bobini olup, üzerinden geçen ak ım, kontaklar ı hareket ettirmek için gerekli manyetik alanı oluşturmaya yetecek, çok küçük miktarda, zayıf bir ak ımdır. Güç elemanlar ı, rölenin elektrik enerjisini ileten ve

bobin vasıtası ile açılı p kapanabilen kontaklar ıdır. Devreyi besleyen tüm elektrik enerjisi kontaklar üzerinden geçer [4,6,7]. Röle bobini, direnç tespiti yapılarak veya röle enerji besleme uçlar ına çalışma voltajı uygulanarak kontroledilebilir. Bobin ucu kart üzerinde kontrol edilebilir. Kontak uçlar ının ar ızalar ının tespitinde daha doğru sonuçalabilmek için rölenin elektronik karttan sökülmesi gerekir.




92

Şekil 5. Röle

Rölelerde kontak uçlar ında aşır ı ak ımdan meme yapabilir ya da oksitlenme olabilir. Bu durumda röle görev yapamaz.Ar ızalı röle yenisi ile değiştirilir. Rölenin karttan sökülmesi sırasında, ısı ayarlı havya kullanılmasına ve kartatak ılması işleminde soğuk lehim yapılmamasına dikkat edilmesi gerekir.

Trafo (Transformatör)

Elektronik kart devreleri doğru ak ım (DC) voltaj ile çalışır. Şebeke cereyanı trafo ile voltajı düşürülüp doğrultmadevresi ile doğru ak ıma dönüştürülür. Trafonun primer sargısına (giriş sargısı) uygulanan 220 (AC) voltluk şebekevoltajını gerekli voltaj değerine düşürür. Doğrultma devreleri genellikle diot, kondansatör, transistör ve dirençtenoluşur. Elektronik kartta oluşabilecek bir k ısa devre durumunda, trafo sargılar ının aşır ı ısınması ve buna bağlı olarak sargının yanması veya izolasyonunun deforme olması sonucu k ısa devre olup görev yapamayabilir. Şekil 6’datrafonun güç kartındaki yerleşimi gösterilmiştir.

Şekil 6. Trafo

Voltaj düşürücü tip trafolarda primer sargısı ince kesitli ve sekonder sargısına oranla çok sar ımlıdır. Sekonder sargılar ı ise daha kalın kesitli ve daha az sar ımlıdır. Sağlam bir trafonun primer sargısına direnç testi yapıldığında,trafo sargısı ile orantılı bir direnç okunması gerekir. Sargının ar ızalanması durumunda bu test yapıldığında eğer sargı kopuk ise açık devre gözükür. Sargı izolesi deforme olmuş ise ya k ısa devre ya da çok küçük bir direnç okunur.Primer sargı kart üzerinde ölçülebilir. Fakat sekonder sargının ölçülebilmesi için trafoyu karttan sökmek gerekir.Ar ızalanması halinde yenisi ile değiştirilir.

Varistör

Şekil 7’de varistörün güç kartındaki yerleşimi gösterilmiştir. Varistörün görevi, kumanda devresini aşır ı voltajdan ve bundan dolayı oluşabilecek ar ızalardan korumaktır. Gerilimle ters orantılı değişen direnç olarak tanımlanır. Yanigerilim miktar ı ile ters orantılı olarak direnci değişen bir devre elemanıdır. Gerilim yükseldiğinde direnci düşer,gerilim düştüğünde direnci artar. Faz hattından gelen şebeke voltajı 220 (AC) volt, varistörün sınır değeri 250 (AC)volt olsun. Sisteme giren şebeke voltajı varistörün sınır değerinin altında olması nedeniyle, tanım gereği varistöründirenci transformotorun iç direncinden yüksek olacaktır. Bu durumda varistör açık devre gibi davranır. Elektrik ak ımı kendine direnci düşük bir yol tercih etmesi sebebiyle transformotorun primer sargılar ı üzerine bir elektromanyetik alan oluşturur, sekonder sargıda ise elektronik kart için düşük gerilim oluşacak ve böyleceelektronik kart çalışacaktır. Faz hattından gelen şebeke voltajı 250 (AC) voltun üzerine çıktığında varistör değerininüzerinde bir değer olması nedeniyle, ak ım direnci düşük varistör üzerinden geçecek, nötr hattından devresinitamamlayı p elektronik kartın yüksek voltaja maruz kalmasını önlemiş olacaktır. Bu durumda varistörün direnci çok küçüleceğinden k ısa devre gibi davranı p kendini patlatarak imha edecektir. Ar ızalı varistörün şekil değiştirdiği gözkontrolü ile tespit edilebilir. Ar ızalı varistör yenisi ile değiştirilir.




93

Şekil 7. Varistör

Kondansatör

Şekil 8’de güç kartındaki yerleşimi gösterilen kondansatör, voltaj uygulandığında enerji depolayabilen, gerektiğinde bu enerjiyi geri verebilen devre elemanıdır. Enerji depolayabilme özelliği kapasite sözcüğü ile ifade edilir.Kondansatör, prensip olarak, dielektrik denen bir madde ile yalıtılmış, paralel iki metalik plakadan oluşur.Kondansatörler, kullanılan dielektrik maddesine göre adlandır ılırlar [4,6,7]. Dielektriğin özelliği ak ımgeçirmemesine kar şın enerji depolayabilmesidir. Kondansatörler kullanım alanlar ına göre AC ve DC olarak ikiyeayr ılır. Bu bak ımdan DC devreye bağlanırken, üzerindeki (+) veya (-) işarete dikkat edilerek, (+) kutbu devrenin (+)ucuna, (-) kutbu da (-) ucuna bağlanmalıdır.

Şekil 8. Kondansatör ve kontrolü

Kondansatörlerin güvenirlilik muayenesi avometrenin Ω kademesinde yapılır. Yapılan işlem esasta, ölçü aletininiçindeki pil voltajı ile, kondansatörün sızdırmazlığı kontrol edilir. Ayr ıca ak ım depolama kabiliyetinin kontrolüampermetre ile yapılmalıdır. Muayeneden önce kondansatörün, boş olduğundan emin olunmalıdır. Gözlemuayenede, kondansatörün arka taraf ı şişmiş ise, genelde kondansatör ar ızalıdır. Kart üzerinde kontrol edilemez.Karttan sökülerek kontrol edilmesi gerekir. Ar ızalanması halinde yenisi ile değiştirilir.

Entegreler

Entegreler, küçük hacme sığdır ılmış kar ışık kumanda devrelerinden oluşmuş, tümleşik bir devredir. Yani 8–10transistörle yapılabilecek olan kar ışık kumanda ve filtrasyon işlemlerini tek bir entegre ile yapılabilir. Entegreler çeşitli teknikler kullanılarak üretilirler. Entegrenin, güç giriş, kumanda giriş, güç çık ış, kumanda çık ış bacaklar ı

ölçülerek ar ızalı olup olmadığı konusunda bilgi sahibi olunabilir. Kontrol için karttan sökülmesi gereklidir. Karttansökülürken aşır ı ısıya maruz kalmamalıdır. Ar ızalanması halinde, devrenin diğer elemanlar ına da zarar vermeihtimali yüksek olduğu için tüm kartın değiştirilmesi uygundur. Şekil 9’da bir entegre devresi gösterilmiştir.

Şekil 9. Entegre




94

Diyot

Ak ı

mı

bir yönde ileten, diğer yönde durduran devre elemanı

dı

r. P ve N tipi iki yar ı

iletken maddenin birleşimindenoluşmuştur. Bir diyotun iletime geçebilmesi için, yapısı gereği eklem bölgesinde oluşan eşik voltajının elektrikselolarak aşılması gerekir. Diyotun muayenesi, esasta avometrenin içindeki pil voltajından yararlanarak doğru

polarmada iletimi, ters polarmada kesimi sağlayı p sağlayamadığının belirlenmesidir. Muayene avometrenin Ω kademesinde yapılır. Ar ızalanması durumunda yenisi ile değiştirilir. Muayene için ölçüm esnasında elektronik karttan sökülmesine gerek yoktur. Şekil 10’da diyotun güç kartındaki yerleşimi ve kontrolü gösterilmiştir.

Şekil 10. Diyot ve kontrolü

Triyak

Kontrollü olarak, ak ımı iki yönde iletebilen devre elemanıdır. İletim yönüne göre, birbirine zıt iki ayr ı polarmasağlanır. Triyak ın iletime geçmesi için, kritik eşik voltaj değerinin aşılması gerekir. Triyak ı tetiklemek için, diak veya transistör kullanılır. Şekil 11’de triyak ın güç kartındaki yerleşimi ve kontrolü gösterilmiştir.

Şekil 11. Triyak ve kontrolü

Transistör

Kontrollü olarak, ak ımı tek yönde ileten devre elemanıdır. Cinsine göre iki sembolü vardır. PNP ve NPN olarak tanımlanır [4,6,7]. Bir transistorun güvenirlilik muayenesini yapmadan önce onun NPN veya PNP olduğunun

belirlenmesi gereklidir. Gerek cinsinin belirlenmesinde, gerekse muayenesinde esas, bir AVO metrenin Ω kademesinde, içindeki pil voltajından yararlanarak transistor emiter, base ve kolektör uçlar ına, doğru veya ters

polarma uygulama; doğru polarmada düşük bir direnç, ters polarmada ise çok yüksek bir direnç gözleneceği bilinmektedir. Şekil 12’de transistörün güç kartındaki yerleşimi ve kontrolü gösterilmiştir.




95

Şekil 12. Transistör ve kontrolü

Transistör cinsinin tespiti için, emiter ve base uçlar ına ölçüm yapmak yeterlidir. Emiter (+), base (–) olmak üzereölçüm yapıldığında, yüksek bir direnç değeri elde edilirse transistör NPN’dir (ters polarma). Düşük bir direnç değeritespit edilirse transistör PNP’dir (doğru polarma).

Transistör muayenesinde, base (+) olmak üzere, bir kez base (–) emiter ve base (–) kolektör; bir kez de base olmak üzere, base (–) emiter ve base (–) kolektör dirençleri ölçülerek yapılır. Transistörün cinsine göre cetveldeki değeritespit edilirse, sağlam olduğu sonucuna var ılır. Ölçümlerin herhangi birinde off elde edilirse k ısa devre; ∞, ise açık devreyi gösterir.

Uygulamada, her bir transistör için ayr ı ayr ı voltaj kaynağı yerine, sistemin ana güç kaynağından uygun değerdekidirençler yoluyla elde edilen voltajlar kullanılır. Amaca bağlı olarak transistörün iletimde kalması gerektiği süreceemiter (–) base, sürekli doğru polarmada (enerji iletiminde) kalır. Ölçüm için elektronik karttan sökülmesi gereklidir.Ar ızalanması halinde yenisi ile değiştirilir.

Direnç

Şekil 13. Direnç ve kontrolü

Şekil 13’de güç kartındaki yerleşimi ve kontrolü gösterilen direnç, pratik olarak elektrik ak ımının geçişine zorluk gösteren devre elemanıdır. Genellikle elektronik devrelerin ak ım sınırlaması için kullanılır [4,6,7]. Dirençlerin

güvenirliği, bir avometre (multimetre) ile, direnç değerinin ölçümü suretiyle belirlenir. Analog avometre ile ölçümyapılacaksa ölçüm yapılmadan önce skalanın sıf ır ayar ının yapılması doğru bir ölçüm için gereklidir. Sabitdirençlerde, ölçümün iki ucundan yapılması yeterlidir. Ayarlanabilir dirençler de ise üç uçtan da ölçüm yapılmalı,aynı zamanda hareketli mekanizmanın ayar yapı p yapamadığı kontrol edilmelidir. Ar ızası halinde yenisi iledeğiştirilir. Direnci ölçerken direncin karttan sökülmesi uygundur.

Buzzer (Sinyal Verici)

İkaz sinyalini veren elemandır. Elektrik enerjisini, titreşerek sese dönüştürür. Ar ızalandığında yenisi ile değiştirilir.Şekil 14’de buzzerin kumanda kartındaki yerleşimi gösterilmiştir.




96

Şekil 14. Buzzer

4. SONUÇ

Son yıllarda klima üreticilerinin maliyetin ucuz ve kalitesiz olduğu yerlere yönelmesi ve üretimde maliyeti düşürmek için malzeme kalitesinden ödün vermesi klimalarda oluşabilecek ar ızalar ı oldukça artırmıştır. Ülkemizde yetişenteknik elemanlar ın mesleki deneyimleri, oluşabilecek mekanik ar ızalar ı gidermek için yeterli gelirken elektronik kartar ızalar ında oluşabilecek ar ızalar ı gidermek için yetersiz kalmaktadır. Klima servisleri kart ar ızalar ında, genellikle

kartı

komple değiştirerek sorunun giderilmesi yoluna gitmektedir. Çok basit ve oldukça düşük maliyetlegiderilebilecek ar ızalarda dahi kartın komple değiştirilmesi hem tüketiciye hem de ülke ekonomisine ek bir yük getirmektedir. Bir klima kartının komple değişimini gerektiren birkaç ar ıza bulunmasına kar şın, birçok ar ıza basit bir avometre ile gerekli ölçümler yapılarak havya ve lehimle parça değiştirilerek giderilebilir. Mikroişlemci ve entegrear ızalar ında genellikle kartı değiştirmek uygundur. Kondansatör, diyot, direnç, röle, transistor, tiryak, buzzer, trafo,varistör, obtukupler gibi eleman ar ızalar ı az bir işçilik ve oldukça ucuz bir maliyetle giderilebilir.

Klima kartlar ının genellikle yurtdışından ithal edilmesinin ekonomiye ek bir yük getirmesi kaçınılmazdır. Orijinalklima kartlar ının bulunamaması, ak ıllı kart denilen kartlar ın piyasaya girmesine yol açmış fakat bunlardan da gerekliverim alınamamıştır. Sonuç olarak kart ar ızalar ında parça değişimi yapmak her yönüyle daha uygundur. Bu konudayetişmiş teknik eleman, iklimlendirme-soğutma eğitimi veren mesleki eğitim okullar ında pratik ve teorik eğitimleyetiştirilebilir. Ülkenin bu konuda yetişmiş teknik eleman ihtiyacı bu şekilde kar şılanabilir.

KAYNAKLAR

[7] Alperen, Klima nedir?, http://www.alperen.com.tr/sss.htm.[8] Bulgurcu Hüseyin, E-yayınlar ımız, İklimlendirme sistemleri, http://deneysan.com/dersnotlar ı.htm.[9] Airfel, Isıtma & soğutma sistemleri, Split klima montaj ve klimacılık, Yayın No: AC01-06.[10] Şimşek Erdoğan, Split klimalarda elektronik kart ar ızalar ı, 4. Uygulamalı İklimlendirme ve Soğutma Semineri,

Yıldız Teknik Üniversitesi, İSKAV, İstanbul, 2006.[11] Arçelik, 9000 Btu/h’lık duvar tipi split klima elektronik kartlar ı. [12] Wapedia, Elektronik devre elemanlar ı,

http://wapedia.mobi/tr/Kategori:Elektronik_devre_elemanlar%C4%B1.[7] Megep, T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, Mesleki eğitim ve öğretim sisteminin güçlendirilmesi projesi, Temel

elektrik ve elektronik 2, Ankara, 2005, http://www.megep.meb.gov.tr.




97

FARKLI FİN ARALIKLARINA SAHİP KONDENSERLİ SPLİT KLİMALARINPERFORMANS TESTLER İ

İ smail EKMEKÇ İ , Ender ERDOĞ AN * , ve Kadir İ SA**

Prof. Dr., Marmara Üniversitesi,Müh. Fak., Mak. Müh. Böl., İ stanbul

* Yük. Mak. Müh. , Airfel A.Ş ., Sakarya** Ö ğ r.Gör., Sakarya Üniversitesi, Akyazı MYO İ KS Programı , Sakarya

[email protected] , [email protected], [email protected]

ÖZET

İklimlendirme sistemlerinin ana bileşenlerinden olan kondenserlerin sistem performansınaetkisi azımsanmayacak kadar büyüktür. Kondenser üzerinden geçebilen hava debisi, fin(kondanser kanadı) geometrisi, fin yüksekliği , zamana bağlı kirlenebilirlik ve özellikle heat

pump sistemlerde kondenser üzerindeki yoğuşma sistem performansını etkileyen ana parametreler içerisinde yer alır.Bu çalışmada aynı duvar tipi split klima cihazının iç ünitesi sabit bırak ılarak dış ünitesinefarklıfin aralıklar ında kondenserler monte edilip değişik dış ortam şartlar ı simule edilerek

performansı ölçülmüştür.ütfen tam-metinlerinizi yollarken bu dosyanın bir kopyasını kullanınız. Tanımlanan yazı tipi

sadece Times New Roman’dır, farklı bir yazı tipi kullanmayınız. Özetinizi kaydederken dosya

ismi olarak verdiğiniz ismin soyadı

nı

z olması

bizlere yardı

mcı

olacaktı

r (ad-soyad-bilim alankodu-poster (veya bildiri).doc ) Tam metinler, 150 kelimeyi geçmeyecek şekilde çalışmanızınanahtar kelimelerini ve sonucunu içerecek k ısa bir özet ile başlamalıdır. Bu paragraf için yazı tipi Times New Roman ve karakter boyutu 10 punto, sol ve sağ satır başı boşluklar ı 1,5 cm. dir.

Anahtar Kelimeler: Fin aralığı, psikometrik test odası , bireysel klima, split klima, test,kalorimetre, entalpi tip kalorimetre, kapasite tayini, performans tayini

1. GİR İŞ

Türkiye’de bireysel klimalar ın kullanımı bilhassa son yıllarda büyük bir artış göstermektedir. Ancak bu pazardaki büyüme 70 milyonluk ülkemiz için henüz başlangıç aşamasındadır. 1990 lı yıllarda yıllık %20-25’ lik bir artışla;1998 yılında 160.000 split ve 50.000 pencere tipi olmak üzere toplam 210.000 bireysel klima rakam ına ulaşılmıştır.Aşağıdaki tabloda görüleceği üzere 2003 yılında bu pazarda sırf split klima sayısı 600.000 civar ına ulaşmıştır.Pazar ın büyüme hızının bu trendi takip edeceği ön görülmektedir. Split klimalar ın %90’ı ithal edilmektedir. Yenikurulacak tesislerle Türkiye’deki split klima üretiminin; yurt-içi, Avrupa, Türk Cumhuriyetleri, Orta Doğu ve KuzeyAfrika pazarlar ını da her yıl artan oranda besleyebileceği öngörülmektedir.

Bu aşamada, hem ithal edilen, hem de yurt dışına ihraç edilecek klimalar ın kapasitelerinin standartlara uygun olarak gerçekçi bir yöntemle test edilerek belirlenmesi büyük önem kazanmaktad ır. Bu konuda ülkemizde test sistemlerikonusunda yeterli yatır ım ve tesis bulunmamaktadır. Aşağıda split klima sistemleri için yıllara göre yıllık satış istatistikleri sunulmuştur :




98

Tablo.1 : Split Klima İ statistik De ğ erleri

SPLİT KLİMA (İç Ünite) İMALAT İTHALAT İÇ ŞATIŞ İHRACAT

(2002'den önce VRF iç üniteler de 2000 21,488 122,847 140,056 538bu kalem içerisindeydi.) 2001 105,970 53,142 128,057 8,872

2002 214,282 100,653 233,610 68,932

2003 392,360 206,317 378,658 225,445

SPLİT KLİMA (Dış Ünite) İMALAT İTHALAT İÇ ŞATIŞ İHRACAT

(2002'den önce VRF d ı ş üniteler ve 2000 21,488 120,604 139,640 538

Kanall ı Splitler de bu kalem içerisindeydi.) 2001 103,486 53,527 128,175 8,872

2002 211,687 99,501 230,795 68,315

2003 390,143 204,604 377,191 224,853

Türkiye’deki illerin yaz mevsimi dış kuru termometre dizayn sıcaklıklar ı 30 – 43 ºC ve bağıl nemleri de %20 – 73

aralığında değişmektedir. Gerçek meteorolojik değerler ise daha geniş bir alanda değişebilmektedir. Bireysel klimacihazlar ının soğutma ve k ış için de ısıtma kapasiteleri dış hava şartlar ına bağlı olarak değiştiğinden herhangi bir klima cihazının kapasitesinin kullanılacağı bölge hava şartlar ı için standartlara uygun test edilerek verilmesi gerekir.

Bu amaçla kullanılan iki temel metod bulunmaktadır : 1. Metod: Hava-Entalpisi Metodu, ya da Psikometrik Tip Testsistemi ; 2. Metod: Dengelenmiş Dış Oda Tipi Kalori Ölçüm Metodu. 2. ölçüm metodu daha çok oda tip klimacihazlar ı için kullanılmakta olup 1.Metoda göre biraz daha hassas (±%4) ölçüm yapılabilmekte, fakat yatır ımmaliyeti çok pahalı olmaktadır. 1. metoda göre ölçüm hassasiyeti ±%6 olmakta, fakat yatır ım maliyeti hemen hemenyar ı yar ıya düşmektedir. Bundan dolayı 1. Metoda göre yani hava-entalpisi metoduna göre ölçüm yapılabilen

psikometrik tip test sistemi daha çok kullanılmaktadır..

Yapılmış olan test odası çalışmalar ında ASHRAE 37 ve ARI 210/240 , JIS C 9612 , JIS B 8615 , ISO DIS 5151.2standartlar ı göz önünde bulundurulmuş, cihazlar ın SEER ve HSPF değerleri de belirlenmeye çalışılmıştır.

2. HAVA ENTALPİSİ VEYA PSİKOMETR İK TİP TEST METODU

Bu metotda, kapasite test edilen cihazın (UUT) giriş ve çık ış hava entalpilerinin ve hava debilerinin sabit test ortamı şartlar ında (kuru ve yaş termometre sıcaklıklar ı) tespit edilmesi esastır. Bahsi geçen hava entalpileri standart

psikometrik diyagram yardımı ile, ünitenin giriş ve çık ış havasının yaş ve kuru termometre sıcaklıklar ı vasıtası ile bulunur. Bu test sadece iç ünite veya dış ünite yada iki üniteye birden uygulanabilir. Test sırasında ölçülen havadebisi AMCA 21085/ ASHRAE 41.2-1987 nozullarda basınç düşümü standartlar ına dayanılarak tespit edilmektedir.Test edilen cihazlar ın belli bir süre kapasiteleri izlenir ve ölçüm sonuçlar ı sabit bir değere ulaşınca test değerlerikaydedilmeye başlanılır.




99

2.1 Test Laboratuarının Tarifi

2.1.1 Test Odaları

Şekil 1 de görüldüğü gibi testler iç ünite taraf ı ve dış ünite taraf ı olarak iki ayr ı odada yapılmaktadır. Bu odalar ın

sıcaklık ve nem değerleri hassas kuru ve yaş termometre sıcaklık algılayıcılar ıtaraf ından sürekli cok k ısa aralıklarda

kontrol edilerek sabit tutulmaktadır. Test odalar ında hassas kontrolü sağlamak için soğutma gruplar ını destekleyen

oda içi ısıtıcı bataryalar bulunmakta böylece ortam şartlar ı sağlanırken istenilen oda sıcaklıklar ın sağlanmasındaki

tepki süresi düşürülmektedir. Oda içerisindeki hava sürekli şartlandır ıcıüzerinde geçirilmekte ve şartlandır ılmış hava

oda tavanından tekrak homojen olarak oda atmosferini katılmaktadır. Böylece hem oda içi sıcaklık

farklar ıoluşmamakta hem de oda içi hava hızı değeri 2,5 m/s yi geçmemektedir. Oda duvarlar ı sağlıklı test sonuçlar ı

elde edilebilmesi için ısı ve nem geçişini minimize edecek şekilde dizayn edilmiştir. Test odası soğutma gruplar ının

kompresörleri ile nemlendirici ünitelerin buharlaştır ıcılar ı ek ısı yükleri oluşturacağından oda dışar ısında

bulunmaktadırlar.

Şekil.1 : Entalpi Tipi Test Odası Ş ematik Gösterimi

2.2. Test Odası Ölçüm Aralıkları :

İç ünite test odası sıcaklık değerleri : 10°C – 50 °Cİç ünite test odası bağıl nem değerleri : %35 - %85Dış ünite test odası sıcaklık değerleri : -10°C – 52 °CDış ünite test odası bağıl nem değerleri : %35 - %90Max. Ölçülebilir cihaz kapasitesi : 7,5 hp.




100

2.3 Test Odası Ölçüm Programı

Şekil.2’de resmi verilen test odasına cihazlar ın montajı yapıldıktan sonra, gerekli bütün işlemler Şekil.3’ de bulunan uygulama ekranı vasıtası ile yapılmakta ve sonuçlar da bu ekrandan izlenebilmektedir. Testhazırlıklar ı tamamlandıktan sonra test bu program taraf ından otomatik olarak yapılmakta veraporlanmaktadır.

Şekil.2: Test Odası Foto ğ raf ı

3. Test Cihazı ve Ölçüm Şartları

3.1. Test Cihazı

Testlerde kullanılan cihaz 12000 Btu beyan değeri bulunan, heat pump özellikli duvar tipi split klimad ır.Tüm testlerde düzenek sabit bırak ılmış, sadece dış ünite üzerindeki mevcut kondenser demonte edilip yerinetest sırası gelen kondenser monte edilmiştir. Şekil 4 de test cihazı görülmektedir.

3.2 Test Şartları

Her kondanser tipi ile standart ısıtma, standart soğutma, İstanbul, Antalya ve Erzurum şartlar ında testyapılmıştır. Bahsi geçen il şartlar ı birbirinden çor faklı değerler göstermediği için illerin meteorolojikayıtlar ında geçen en ekstrem yaz koşullar ında test edilmiştir. Bu şartlara ait kuru ve yaş termometresıcaklıklar ı Tablo.2’ de gösterilmiştir.




101

Şekil.3: Test Odası Uygulama Programı Görünümü

Şekil.4 : Test Edilen Split Klima Cihazı

Tablo.2 : Test Ünitesi Ş artland ırma De ğ erleri




102

İç Üni. DB İç Üni. WB Dış Üni. DB Dış Üni. WB

Standart Soğutma 27 19 35 24

Standart Isıtma 20 15 7 6

İstanbul Şartı 27 19 33 24Erzurum Şartı 27 19 30 19

Antalya Şartı 27 19 40 26

4. Test Sonuçları

Tablo.3’ de standart soğutma test değerleri ile İstanbul Yaz Projelendirme değerlerine göre soğutma testdeğerleri gösterilmektedir. Tablo.4’de ise Erzurum ve Antalya şehirlerinin Yaz mevsimi projelendirme dış hava şartılar ına göre yapılan soğutma test sonuçlar ı gösterilmektedir.Tablo.5 ise standart ısıtma şartlar ına göre ölçülen Watt cinsinden cihaz kapasitelerini göstermektedir.Tablo.6’da ise bu değerler toplu olarak gösterilmektedir.

İç ünite test düzeneği hava debilerinin her koşul için sabit kalması istenmesine rağmen bu değerler testtenteste ufak farklılıklar gösterebilmektedir; bu değerler de tablo 7 ve tablo 8 de gösterilmiştir.Test edilen cihazın kondenser tiplerine göre verimliliği elde edilen soğutma yükünün harcanılan elektrik enerjisine oranından hesaplanılmaktadır. Bu veriler tablo 9 ve tablo 10 de belirtilmiştir.

Tablo.3 : Standart Ş artlar ve İ stanbul Ş artlar ı için Test Sonuçlar ı

Tablo.4 : Erzurum ve Antalya Ş artlar ı için Test Sonuçlar ı

Tablo.5 : Standart Ş artlara göre Isıtma için Test Sonuçlar ı




103

Tablo.6 : Toplu Olarak Test Ölçüm Sonuçlar ı

Standart Soğutma İstanbul

Şartı

Erzurum

Şartı

Antalya

Şartı

Standart Isıtma

1.8mm 2717 2772 2856 2550 3033

1.6mm 2808 2868 2910 2590 2969

1.5mm 2737 2808 2981 2623 3204

Şekil.5 : Test Cihazı İ ç Ünite Hava Debisi De ğ erleri




104

Şekil.6 : Test Edilen Cihazın COP De ğ erleri

Tablo.7 : Test Edilen Cihazın Toplu Olarak COP Sonuçlar ı

5.SONUÇ

Entalpi tipi test odsında farklı fin aralıklar ına sahip split klima cihazlar ının farklı dış hava şartlar ına göretestleri yapılmış ve bu değerler mukayese edilmiştir.Tüm test sonuçlar ı incelendiği taktirde 1.5 mm fin aralığına sahip kondenserli cihazın genel olarak diğer

cihazlara göre daha iyi performans sergilemiş olduğu görülmektedir. Bunun sebebi olarak da kondenser yüzey alanı ile kondenser hava debisi oranının en yüksek olduğu şartlar ın bu tip cihaz üzerinde sağlandığı düşünülmektedir. Ayr ıca üretim şartlar ı açısından da, kondenser üretiminde patlatmalı fin kanadına sahipünitelerde kirlenme faktörü göz önüne alıdığında bu fin aralığının altına düşmenin üretim açısından da uygunolmıyacağı görülmemektedir.

6. KAYNAKLAR

[1] Stoecker, W.F., Çev.: Genceli, O.F., İ klimlendirme Esaslar ı , İTÜ Makine Fakültesi, 1992[2] Carrier-Alarko, Carrier hava Ko şulland ırma Sistem tasar ımı., 2007[3] Tamer, Ş., Klima ve Havaland ırma Cilt1,Meteksan A.Ş., 1990[4] TS / EN 14511[5] Ravindra, D., Capacity and Performance Testing of Packaged Air Conditioners, 1998[6] Meier, A.K., Hill, J.E., Energy test procedures for appliances, Energy and Buildings , 1997, pp.23-33[7] Japan Industrial Standards Committee, Testing methods for unitary air conditioners, Rep.No. JIS B 8615-1984, Tokyo, 1984




105

OTURUM V

KONTROL TASARRUF ve YÖNETMELİKLER

İks Sektöründe F Gaz İle Otim Yönetmelikleri Çerçevesinde Yeterlilik Ve SertifikasyonGereklilikleri

Kadir İ SA – İ smail EKMEKÇ İ

Merkezi Yönetim Sistemi Yazılımı İle Soğutma Otomasyonu Mr. Maurizio ZAGO – N. Güray Ş ENOL




106

İKS SEKTÖRÜNDE F-GAZ İLE OTİM YÖNETMELİKLER İ ÇERÇEVESİNDEYETERLİLİK VE SERTİFİKASYON GEREKLİLİKLER İ

Kadir İSA*, İsmail EKMEKÇİ**

* Öğr.Gör., Sakarya Üniversitesi, Akyazı MYO İKS Programı, Sakarya - [email protected] ** Prof. Dr., Marmara Üniversitesi, Müh.Fak., Makina Müh. Bölümü, İstanbul – [email protected]

ÖZET

F-Gaz yönetmeliği (EC 842/2006), soğutma, iklimlendirme ısı pompası sistemlerinin montaj, bak ım ve tamirikonusunda faaliyet gösteren teknik elemanlar ve servis şirketlerinin, yönetmelikte belirtilen minimum

yeterlilikler kapsamı

nda eğitim ve sertifikasyonu konusundaki çerçeveyi belirlemektedir. Yönetmelik 17Mayıs 2006 tarihinde yayınlanmış ve bir yıllık geçiş ve hazırlanma döneminden sonra, 4 Temmuz 2007’deuygulamaya geçmiştir.

Bu yönetmelik, ülkemizde bu kapsamda atılan ve atılması muhtemel adımlara rehber teşkil edecek olması açısından da önem arz etmektedir. Keza, 23 Mayıs 2006 tarih ve 26176 sayılı Resmi Gazete’de yayınlanan“Ozon Tabakasını İncelten Malzemelerin Azaltılmasına İlişkin Yönetmelik (OTİM)”in 5.bölümünün15.maddesi de son kullanıcılar ın yeterlilik esaslar ına işaret etmekte ve bu niteliklere sahip olmayan sonkullanıcılar soğutkanlar ın satışını yasaklamaktadır.

Bu çalışmada, F-Gaz ve OTİM yönetmeliklerinin ana hatlar ı ile yeterlilik ve sertifikasyon koşullar ına veülkemizde soğutma/iklimlendirme servis sektöründe çalışanlar için orta vadede ortaya çıkacak yenieğitim/sertifikasyon gereksinimlerine dikkat çekilmiştir.

Anahtar Kelimeler: F-Gaz, sertifikasyon, yeterlilik, soğutkan, ozon.

1. GİR İŞ

F-Gaz terimiyle, hidroflorokarbonlar (HFC), perflorokarbonlar (PFC) ve sülfürhegzaflor (SF6) kastedilmekteolup, bu maddeler endüstriyel soğutma uygulamalar ı, iklimlendirme sistemleri, izolasyon ürünleri, yangınsöndürücüler gibi değişik uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. F-Gazlar 1990’larda CFC veHCFC’lerin yerini alan, ozon tabakasına zararlı olmayan, düşük toksik değerlere sahip ve çoğu yanıcı olmayan maddeleri içermektedir. Bununla beraber, küresel ısınma potansiyelleri (GWP) bağıl olarak yüksektir.

2. F-GAZ YÖNETMELİĞİ

Avrupa komisyonu, Avrupa Parlamentosu, AB üyesi ülkeler, ilgili endüstriler ve sivil toplum kurulu şlar ı ileüç yıl yoğun olarak süren müzakerelerden sonra, yönetmelik (EC 842/2006) taslağı 2006 yılının ilk yar ısındasonuçlandır ılmıştır.

2.1. Yönetmeliğin Amacı

Yönetmeliğin amacı, Kyoto Protokolü kapsamındaki sera gazlar ının (HCFC, PFC, PF6) emisyonunuazaltmaktır. Bu amacı gerçekleştirmek için yürülüğe girecek alt başlıklar şöyledir:

a. F-Gazlar ın azaltılması, geri kazanımı, kullanımı ve imhası

b. Etiketleme ve bu gazlar ı içeren ekipmanın uygun tarzda devre dışı bırak ılması




107

c. Bu gazlarla ilgili raporlama sisteminin geliştirilmesid. Bazı ürünlerin pazara arz edilmesi ile ilgili k ısıtlamalar e. Bu sektörde faaliyet gösteren teknik elemanlar ve şirketlerin eğitim ve sertifikasyonu

Yönetmelik 4 Temmuz 2006 tarihinde yayınlanmış, bununla beraber birçok uygulamalar ının 4 Temmuz 2007

tarihinde uyglamaya sokulması planlanmıştır.

Avusturya ve Danimarka’da sera gazlar ının yasaklanmasına ilişkin hali hazırda daha sık ı bir yönetmelik yürürlükte olduğundan, 31 Aralık 2012’ye kadar söz konusu ülkelerdeki yönetmeliklerin geçerli kalmasınaizin verilmiştir.

2.1.1. Sera Gazlarının Azaltılması

Bir soğutma, iklimlendirme ya da ısı pompası ekipmanına sahip tesisin işletmeni (operatörü), gaz kaçaklar ını önlemek üzere gerekli tedbirleri almak ve mevcut kaçaklar ı en k ısa zamanda tamir etmekle mükellef k ılınmıştır. Aynı zamanda, 3 kg’dan fazla F-gaz içeren sabit uygulamalarda kullanılan gazın kaydının düzenliolarak tutulması zorunludur.

a. 3 kg ve daha fazla sera gazına sahip cihazlar, yılda en az bir kere kaçak kontrolüne tabitutulacaklardır. 6 kg’den az sera gazına sahip hermetik sistemler bu kapsam dışında tutulmuşlardır.

b. 30 kg ve daha fazla sera gazına sahip tesisler yılda en az iki kere kaçak kontrolüne tabitutulacaklardır.

c. 300 kg ve üstü sera gazı içeren tesislere ise yılda en az dört kez kaçak kontrolü yapılacaktır. Butesislerde aynı zamanda kaçak dedektörleri monte etme zorunlu olacak ve dedektörler yılda en az bir kere kontrol edilecektir.

Kaçaklar onar ıldıktan sonra bir ay içinde tekrar kontrole tabi olacaklardır. Servis esnasında kullanılansoğutkanlar ın kaydı tutulacaktır.

2.1.2. Geri Toplama

4 Temmuz 2007 itibar ıyla tesisin işletmeni, F-Gazlar ın sertifikalı eleman taraf ından geri toplanabilmesi içingerekli düzenlemeleri yapmak zorundadır. Yönetmeliğin ilgili maddesi gereği, florlu sera gazlar ının yenidendoldurulmayan tüplerde pazara arz edilmesi 4 Temmuz 2007 itibar ıyla yasaklanmıştır.

2.1.3. Etiketleme

4 Temmuz 2007’den itibaren pazara arz edilen her cihazın üzerinde F-gazın kimyasal adı ve miktar ı yazılmak zorundadır. GWP gibi bazı bilgiler, cihaz ile birlikte sağlanacak işletme el kitabında yer alacaktır.

2.1.4. Servis Personeli İçin Minimum Yeterlilik Şartları

Yönetmeliğin 5. maddesine göre, ilgili sektör temsilcileriyle yapılacak görüşmeler sonucunda, söz konusu

cihazlarla çalışacak olan personelin minimum yeterlilik koşullar ı belirlenerek, kişiler ve daha sonraki adımdada şirketlerin sertifikasyonu konusunda her üye ülke taraf ından çalışmalar başlatılacaktır.

4 Temmuz 2008 itibar ıyla, üye ülkelerin benimsediği yeterlilik ve sertifikasyon sistemi yürürlüğe girecektir.Üye ülkeler kurduklar ı sertifikasyon sistemi hakk ında AB Komisyonu’nu haberdar edeceklerdir. Sonuçolarak, her ülke taraf ından verilen sertifikalar kar şılıklı olarak tanınacaktır.

4 Temmuz 2009 itibar ıyla da, yalnızca bünyelerinde sertifikalı eleman bulunduran servis şirketlerinin sözkonusu soğutkanlar ı kullanmasına müsade edilecektir.




108

2.1.5. Raporlama

Üretici, ithalatçı ve ihracatçılar ın söz konusu gazlara ilişkin rapor düzenleme gerekliliği ortaya çıkmıştır. 31Mart 2008’den itibaren her yıl, 1000 ton/yıl ve üzeri işlem kapasitesine sahip yukar ıda bahsedilen ilgililer ABKomisyonu’na rapor göndermek zorundadırlar.

3. OTİM YÖNETMELİĞİ

Çevre ve Orman Bakanlığı’nın 23.05.2006 tarihli Resmi Gazete’de yayınlanan Ozon Tabakasını İnceltenMaddelerin Azaltılmasına İlişkin Yönetmelik (OTİM), ülkemizin taraf olduğu Montreal Protokolü vedeğişiklikleri ile kontrol altına alınan maddelerin kullanılmasına ve bazılar ının tüketiminin bir takvimçerçevesinde azaltılarak kullanımdan kaldır ılmasına ilişkin usul ve esaslar ı belirlemektir (Madde 1).

Montreal Protokolü ve değişiklikleri uyar ınca üretimi, tüketimi ve ticareti kontrol altına alınan bumaddelerden;Triklorflormetan (CFC-11), Diklordiflormetan (CFC-12), Triklortrifloretan (CFC-113), Diklortetrafloretan(CFC-114), Klorpentafloretan (CFC-115) servis amaçlı ithalatı 1 Ocak 2006 tarihinden itibaren tamamen

yasaktır.

Bakanlık, sadece insan sağlığının söz konusu olduğu durumlarda yukar ıda belirtilen maddeler için izinsüresini uzatabilir.

Bu Yönetmelik, kontrol altına alınan maddelerin dış ticaretini, kullanımını, bu maddelerin ve bu maddeleriiçeren ürünlerin piyasaya sunulmasını, 2006 yılı ve sonrası ithalat ve kullanımlar ı ile kamuoyunun

bilgilendirilmesini kapsamaktadır (Madde 2).

3.1. Son Kullanıcıların Yeterlilik Esasları

OTİM Yönetmeliği’nin 15. Madde’sinde ise son kullanıcının yeterlilik esaslar ı şöyle tanımlanmaktadır.

Son kullanıcı;a. Eğitim programında soğutma ve iklimlendirme konular ında ders programı bulunan üniversite veyüksek okul mezunlar ı olması veya,

b. 3308 sayılı mesleki eğitim kanunu kapsamında program içeriğinde soğutma ve iklimlendirmekonular ı bulunan programı (kalfalık, ustalık ve diploma) bitirmeleri veya

c. Milli Eğitim Bakanlığı onaylı süresi en az 25 saatlik kurs programını başar ı ile bitirmelerigerekmektedir.

Bunlar dışındaki belgelerin değerlendirilmesi Milli Eğitim Bakanlığı’nca denklik yolu ile yapılır. Soğutma veiklimlendirme alanında eğitim veren üniversite, yüksekokul, endüstri meslek lisesi ve teknik liselerinmüfredat programında geri dönüşüm programına yer vermek zorundadırlar. Süreklilik göstermeyen alanlarda(Bakanlıkça karar verilir), güvenlik amaçlı ihtiyaçlar ın kar şılanmasında, üretim ve servis amaçlı olmayanalanlarda, kullanılan gazın miktar ının eğitim gerektirmeyecek derecede az olması durumlar ında yukar ıda

belirtilen yeterlilik aranmaz.

4. SERTİFİKASYON GEREKLİLİĞİ

Soğutma ve iklimlendirme sektöründe kullanılan soğutkanlar ın ozon tabakasına verdikleri zararlar nedeniyleyasaklanmalar ının soruna uzun vadede olumlu bir katk ı sağlayamayacağı açıktır. Bu nedenle, özellikle F-Gazyönetmeliği, eğitimli personel gereksinimine işaret etmektedir. Buradaki anahtar kelimeler ise “yeterlilik vesertifikasyon” dur.

4.1. Yeterlilik Kavramı

Yeterlilikler, çalışanın mesleki veya profesyonel becerilerinin resmi ifadesidir. Yeterlilikler sektörel ve ulusal

seviyede tanınabilmektedir.




109

Yeterlilik, bireyin öğrenmesinin belirli bir bilgi, beceri ve kapsamlı yetkinlik standardına ulaştığının yetkili bir makam taraf ından belirlendiğinde kazanılır. Öğrenme çıktılar ının standardı, bir değerlendirme süreci veya bir dersin başar ıyla tamamlanması aracılığıyla doğrulanabilir. Yeterliliğe yönelik öğrenme ve değerlendirme,çalışma programı ve/veya işyeri deneyimiyle gerçekleşebilir. Yeterlilik, iş piyasasında ve ileri seviyeli eğitimve öğretimde değerin resmi olarak tanınmasını sağlar. Yeterlilik, bir mesleğin uygulanması için yasal

yetkilendirme şeklinde olabilir.

4.2. Yeterlilikler Sistemi ve Yeterlilikler Çerçevesi

Yeterlilikler sistemi bir ülkedeki öğrenmeyi tanıtan tüm faaliyetleri kapsamaktadır. Yeterliliklerle ilgilimeslek standartlar ı, eğitim standartlar ı, öğretim programlar ı, değerlendirme, belgelendirme, kalite güvencesi,sektörler ve sivil toplum kuruluşlar ı (STK) arasındaki iş birliği mekanizmalar ı, kurumsal, sektörel ve ulusalseviyede politikalar ın geliştirilmesi ve uygulanmasıyla ilgili araçlar ın oluşturulması, yeterlilikler sistemiiçerisindedir.

Yeterlilikler çerçevesi, öğrenme seviyeleriyle ilgili bir tak ım kriterlere göre yeterliliklerin geliştirilmesi ve bunlar ın sınıflandır ılmasına yönelik bir araçtır. Çerçeveler, tüm öğrenme süreçlerini ve yollar ını kapsayabilir veya belirli bir sektördeki, örneğin bir meslek alanıyla sınırlı olabilir. Bazı yeterlilik çerçeveleri bir yasal

dayanağa sahip olabilirken diğerleri sosyal ortaklar ın ortak görüşünü temsil edebilir. Ancak, tüm yeterlilik çerçeveleri, belirli bir ülkede veya uluslararası alanda kaliteyi, erişilebilirliği, bağlantılar ı arttıran veyeterliliklerin kamuda veya iş piyasasında tanınmasını sağlayan bir temeli teşkil eder.

4.3. İKS Sektöründeki Durum

2003 yılı itibar ıyla, 28 meslek yüksekokulunun (MYO) iklimlendirme-soğutma programlar ında öğrenimgören öğrenci sayısı yaklaşık 5000’dir. 4702 sayılı kanun ile meslek liselerinden MYO’lara sınavsız geçişin

başlamasıyla birlikte çeşitli sık ıntılar ortaya çıkmıştır. Bu yeni dönemde de, geçmişte olduğu gibi mezunöğrencilerin yegane beklentileri dört yıllık bir fakültede öğrenimlerine devam etmek üzere dikey geçiş sınavına girmek ve “mavi yakalı” kaderlerinden kurtulmak olmuştur.

Bunun yanı sıra, ülkemizde henüz düşük doyma oranına (% 6’dan az) sahip soğutma-iklimlendirme pazar ı gün geçtikçe büyümekte ve paralel olarak donanımlı iş gücü ihtiyacı da artmaktadır. Ülkemizdeki imalatsektörünün gelişmesi ve yeni yatır ımlar, iç pazarda imalatçı firmalar ın etkinliğini arttırmıştır. Ülkemizdemüstakil konut talebinin artmasının ve inşaat sektöründeki hareketliliğin sektörümüze olumlu yansımalar ı olmuştur. 2008 yılı sonlar ına kadar bu hareketliliğin süreceği tahmin edilmektedir. Klima santralleri, soğutmagruplar ı gibi alanlarda ülkemizde imalatın gelişmesi, hem sektörümüze hem de ihracat bazında ülkeekonomisine ciddi katk ılar sağlamıştır. Split klima satışlar ı da, bağıl olarak artan alım gücü doğrultusundaher yıl artmaktadır. Tüm bu alanlarda; montaj, işletmeye alma, bak ım ve ar ıza giderme konular ında sertifikaedilmiş yeterliliğe sahip teknik elemanlara yoğun ihtiyaç hissedildiği/hissedileceği kaçınılmaz bir gerçektir.

Şekil 1: Yıllar itibar ıyla merkezi sistem üretim miktarlar ı (Kaynak: İSK İD).

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

1998 2000 2002 2004

KLİMA

SANTRALLERİ

SOĞUTMA

GRUPLARI




110

Prensip olarak yeterlilikler, ulusal eğitim ve öğretim makamlar ının yetkisindedir. Ancak, artan bir şekildediğer kurumlar ın ve kuruluşlar ın yeterlilik sisteminde yetki talepleri Türkiye’de olduğu gibi Avrupa’da dadikkat çekmektedir. Çünkü, iş piyasasındaki işçi ve işveren kuruluşlar ı, eğitim sektörünün mezunlar ındaaradıklar ı öğrenme çıktılar ı bulamamaktadırlar. Diğer bir ifadeyle, diploma ve sertifikalarda görünenyeterlilikler bireylere kazandır ılamamaktadır.

Diğer bir taraftan çevre konusu giderek önem kazanmaktadır. Kullandığımız soğutkanlar ın çoğu, konusundaasgari servis becerisine sahip olmayan elemanlar ın yanlış uygulamalar ı sonucunda atmosfere salınmaktadır.ABD’de EPA 608 (soğutkanlarla uygulama becerinizi test eden bir sertifika) sertifikasına sahip olmayanservis elemanlar ı şirketlerde çalışma iznine sahip olamamaktadırlar. AB’de bu durum farklılıklar göstermekte, Almanya, Danimarka, İngiltere gibi ülkelerde ciddi eğitim/sertifikasyon süreci yaşanırken,topluluğa yeni katılan ülkelerin çoğu yeterlilik ve sertifikasyon sistemlerini henüz yeni geliştirmeye

başlamışlardır.

Ülkemizde de, soğutma ve iklimlendirme servis sektöründe çalışan elemanlar ın, kabul gören uluslararası standartlar (ISO 17024 ve EN 13313) çerçevesinde eğitim ve sertifikasyon sürecine tabi tutulmalar ı,sektörümüzün geleceği açısından önem arz etmektedir.

5. SONUÇ

AB için de yeni sayılan ve çevrenin korunması açısından önemli olan F-Gaz ve ulusal bazdaki OTİMyönetmeliklerinin, iklimlendirme soğutma sektörüne getireceği yenilik ve farklılıklar ın, AB ülkeleri ile

paralel olarak ülkemizde de uygulanabilirliğinin temin edilmesi ve bu konuda çok fazla bilgi birikimine sahipolmayan sektördeki büyük bir çoğunluğun bilgilendirilerek söz konusu servis uygulamalar ındaki kaliteninarttır ılması ile eğitim ve sertifikasyon, gelecekteki öncelikli konular olarak ortaya çıkmaktadır. Ülkemiz veAB ülkeleri arasındaki sektörel ticari bağlar ve sonucunda ortaya çıkan teknik eleman dolaşımı, uygulamalar konusunda da ortak davranmayı zorunlu k ılacaktır.

Sektörümüz içinde yer alan STK’lar ve öğretim kurumlar ı, İKS alanında oluşturulması gereken sertifikanıngerektirdiği öğrenme çıktılar ı, yetkinlik tanımlamalar ı ile sertifikasyon için gerekli toplam kredi miktar ı konular ında çalışmalar yapmalıdır.

Kaynaklar

1. 2006, “Regulation (EC) No 842/2006 of the European Parliament and of the Council of 17 May2006 on Certain Fluorinated Greenhouse Gases”, Official Journal of the European Union, Brussels,Belgium.

2. 26176 sayılı Resmi Gazete, 2006, “Ozon Tabakasını İncelten Maddelerin Azaltılmasına İlişkinYönetmelik”, Ankara.

3. Anonim, 2005, “Towards An European Qualifications Framework for Lifelong Learning”,Commission Staff Working Document, Commission of the European Communities, Sec. (2005)957. Brussels.

4. Borat, O., 2006, “Avrupa Birliği ve Türkiye’de Yeterlilikler Çerçevesi”, Türkiye’de Mesleki Eğitim

Öğretim Sistemi ve Yeterlilikler Çerçevesi Uluslararası Konferansı, Çalıştay raporu, İstanbul5. EPEE, 2007, “EC Regulation No 842/2006 on Certain Fluorinated Greenhouse Gases”, Brussels,

Belgium.




111

MERKEZİ YÖNETİM SİSTEMİ YAZILIMI İLE SOĞUTMA OTOMASYONU

Maurizio Zago, Gabriele De Bona*, N.Güray Ş enol**

Dixell S.p.A., Belluno- İ TALYA*Dixell S.p.A., Belluno- İ TALYA

**Ercan Teknik Ltd. Ş ti, İ stanbul

[email protected] , [email protected] , [email protected]

ÖZET

Günümüzde enerji tasarrufu ve enerji tüketiminin minimum seviyede, en düşük maliyetle ama yüksek verimli olarak gerçekleştirilmesi temel hedef olmuştur.Otomasyona dayalı bir takip ve denetim sistemi yardımıyla emiş ve kondenser basınçdeğerlerinin ortam ve dış hava şartlar ına göre dinamik olarak ayarlanması, merkezisoğutma ünitelerinde emiş basıncının tesisteki soğutucular ın verimi ve çalışmaşartlar ına göre takibi, defrost optimizasyonu, tesislerin kullanım yoğunluğuna görefarklı set değerleri kullanımı v.b yöntemlerle soğutma tesisleri, market zincirleri, lojistik depolar, entegre üretim tesislerde önemli enerji tasarrufu sağlanabilir. Ayr ıca enerjitüketimi analiz ve istatistiklerinin oluşturulması; aydınlatma, perde, merkezi klima v.bsistemlerin çalıştır ılması ve defrost gibi bazı periyodik işlevlerin otomatik yürütülmesiile lokal sistemlerden gelen alarmlar ın takip ve yönlendirilmesi; periyodik bak ım veonar ım faaliyetlerinin idaresi ve raporlamalar ı; tesislerdeki kritik olaylar ın(sıcaklık/basınç değişimleri, güç kesilmesi, ar ızalar, açık kapı sinyalleri v.b.) takibi ve

bildirimi, yedek parça ve stok takibi gibi hizmet maliyetini düşürecek uygulamalar da bu sistem ile gerçekleştirilebilir.

Anahtar Kelimeler: Enerji tasarrufu, Maliyet, Otomasyon, Denetim, Takip

1. GİR İŞ

1970'li yıllarda yaşanan petrol krizi sonrasında enerji konusuna ilgi artmış ve enerji tasarrufu konusugündeme gelmiştir.

Artık hepimiz biliyoruz ki enerjinin fazla kullanılması sonucunda doğal kaynaklar ımızı hızla tüketiyoruz,çevre kirleniyor ve enerji için ödediğimiz bedel gün geçtikçe yükseliyor. Ekonominin ana unsuru olan vehayat kalitesini iyileştiren enerjinin verimli kullanılması gerekliliği ortadadır.

Günümüzde her sektörde olduğu gibi soğutma sektöründeki uygulamalarda da enerji tasarrufu yapmak veenerji tüketiminin minimum seviyede, en düşük maliyetle ama yüksek verimli olarak gerçekleştirilmesi entemel ve ekonomik hedef durumuna gelmiştir.

Bu metinde esas olarak perakende sektörü (gıda perakendesi, süpermarketler v.b.) dahilinde yeralan soğutmaotomasyonuna yönelik yeni teknolojik gelişmeler ve süpermarket kontrol ve denetim sistemleri alanında ileridüzeyde teknolojik atılımlar ve çalışmalar yapan İtalyan DIXELL firmasının geliştirdiği enerji tasarrufuuygulamalar ı konusunda bilgi aktar ımı yapılacaktır.

2. PERAKENDE SEKTÖRÜNÜN HEDEFLER İ

Esas itibariyle perakende sektöründe yeralan tesisler kapsamındaki uygulamalar göz önüne alındığında,

enerji tasarrufuna da destek sağlayacak iki temel hedef kar şım

ıza ç

ıkmaktad

ır. Bunlar maliyetlerindüşürülmesi ve kalite kontrolünün sağlıklı yürütülmesidir. Söz konusu hedeflere ulaşmak için artık perakende




112

piyasasında teknolojik gelişmeler ışığında otomasyona dayalı kontrol ve takip mekanizmalar ı ile uygulamalar yapılmaktadır ve bu tür tesisler her geçen gün yaygınlaşmaktadırlar.

2.1. Maliyetlerin düşürülmesi

Perakende pazar ında sistemin toplam maliyetini oluşturan ana unsurlardan biri satılan soğuk ya da donmuş ürünlerde yaşanacak kayı plardır. Bu kayı plar ın önlenmesi için güçlü bir alarm takip ve yönetimi gereklidir.

Tesislerde harcanan toplam güç miktar ı da maliyetleri etkileyen temel unsurlardan biridir. Tesis genelindekisoğutma, klimalandırma, aydınlatma v.b. sistemler taraf ından harcanan güç etkili bir planlama ve kontrolmekanizması ile azaltılabilir.

Diğer bir unsur ise tesislerin bak ım masraflar ıdır. Tesis bünyesindeki sistemlerin periyodik bak ım ve onar ımfaaliyetlerinin zamanında ve hata önleyici nitelikte olması, bir alarm durumunda çabuk ve yerinde müdahaleedilmesi masraflar ın azaltılmasında önemli bir fayda sağlayacaktır.

Her üç kalem maliyetlerinin azaltılması otomasyona dayalı bir merkezi denetim ve takip sistemi ilemümkündür.

2.2. Kalite kontrolü

Soğutulmuş gıda ürünlerinin kalitesinin devamlılığı HACCP şartlar ının sağlanması ve hassas bir sıcaklık kontrol yöntemi elde edilebilir. Bununla birlikte tesis kapsamında yer alan soğutma elemanlar ının (kabin,reyon, soğuk depo v.b.) ar ıza istatistiklerinin tutulması ekipman kalitesinin devamlılığını sağlar. Ayr ıca

bak ım onar ım faaliyetlerinin ilgili servis ekipleri taraf ından ve verimli bir şekilde gerçekleştirilmesi de tesis bünyesindeki faaliyetin kalitesinin devamlılığını temin eder.

Söz konusu her üç kalite koruma faaliyetinin yürütülmesi yine tesisin merkezi bir otomasyon ve kontrolsistemi kullanılarak işletilmesiyle mümkün olacaktır.

3. SOĞUTMADA OTOMASYONA DAYALI DENETİM VE TAK İP

3.1. İletişim protokolleri

Otomasyon, kapsamındaki tüm cihazlar ın ve elemanlar ın bir bütün olarak iş birliği yapmalar ı halindegerçekleşir. Sistem kapsamındaki cihazlar ın iş birliği haline olmalar ı aynı dili konuşmalar ı ile mümkündür.Soğutma otomasyonunda genellikle kullanılmakta olan üç iletişim protokolü vardır.

1 Modbus: Farklı soğutma ve A/C ekipmanı üreticilerin cihazlar ının en üst düzeyde müşterek çalışmasını sağlayan açık ve standart protokoldür; ağ kurmak kolay ve ucuzdur.

2 LON: Atanmış bir mikroprosesör, ayar yazılımı ve devreye alma süresi gerektirdiği için pahalıdır.

3 Diğer özel protokoller: Kapalı protokollerdir ve kullanıcılar ını yalnızca bir üreticiye bağımlı k ılar.

Soğutma otomasyonuna tesis dahilinde Modbus protokolünü kullanan diğer sistemlerin de entegre edilmesimümkündür. Böylece tesiste bir sinerji ve daha yüksek güvenlik şartlar ı yaratılabilir.

Bununla birlikte merkezi denetim ve takip sistemi kapsamındaki cihazlar ın dijital girişleri vasıtası ile yangın,duman, su bask ını, soygun ve gaz kaçağı gibi durumlarla ilgili koşullar sisteme dahil edilerek bu koşullarauygun hareketler yürütülebilir.




113

Ş ekil 1: Bir Modbus a ğ ı örne ğ i

3.2. Süpermarketlerde bağlanabilirlik

Süpermarketlerde genellikle muhasebe, yazar kasa, depo gibi birimlerin ve kurumsal bağlantılar ın, müzik ve

reklam yayınlar ının bağlı olduğu geniş bir TCP/IP bağlantı imkanı bulunmaktadır. Merkezi denetim ve takipsistemlerinin de aynı LAN TCP/IP ağına bağlanabilmesi mümkündür.

Ş ekil 2: TCP/IP ba ğ lant ı sı

3.3. Alarm yönetimi

3.3.1. Lokal alarmlar

Lokal denetim ve takip sistemleri (ör.: DIXELL XWEB serisi) bünyesindeki alarm yönetimi tesiste sisteme bağlı bulunan tüm cihazlardan gelen alarm bilgilerini toplar. Yerinden toplanan bu bilgiler ayr ıntılı bir düzenlemeye (fitreleme, geciktirme v.s.) tabi tutulur. Alarmın özelliğine ve önem derecesine göre gerekliadreslere (uzak denetim merkezi, mağaza yönetimi, servisler, güvenlik firmalar ı v.s.) alarm mesajlar ı

gönderimi yapılır.




114

Ş ekil 3: Lokal alarm yönetimi3.3.2. Uzak alarmlar

Merkezi denetim sunucusu (ör.: DIXELL XCENTER uygulaması) kendisine bağlı tüm lokal denetim ve takipsistemlerinden gelen alarm bilgilerini bir çağr ı merkezi gibi toplar. Bu bilgiler ayr ıntılı bir düzenlemeye

(fitreleme, geciktirme v.s.) tabi tutulur. Alarmın geldiği lokal sisteme, alarmın özelliğine ve önem derecesinegöre her bir sistemin bağlı bulunduğu servis firması veya sözleşme tipine bağlı olarak (gece servisi, gündüzservisi, kurum kalite departmanı ya da mağaza yönetimi v.s.) ilgili adreslere alarm mesajlar ı gönderimiyapılır.

Ş ekil 4: Uzak alarm yönetimi

4. OTOMASYON ve OPTİMİZASYON – ENERJİ TASARRUFU

Bir süpermarkette enerji tasarrufu tesiste kullanılan her bir soğutma kontrol cihazı taraf ından bireysel olarak sağlamak imkanı vardır. Soğutma kontrol cihazlar ı teknolojisindeki gelişmeler sayesinde özel algoritmalar

vasıtasıyla sistemin çalışmasını optimize etmek ve bu şekilde kullanılan eneri miktar ını azaltmak mümkündür. Ancak bireysel bazda gerçekleştirilen bu işlevlerden ziyade sistemdeki tüm cihazlar ın birlikteve iş birliği yaparak çalışmalar ı ile en yüksek enerji tasarrufu perfomansı elde edilebilir.

Dixell firması taraf ından geliştirilen merkezi denetim ve takip sistemi kapsamında enerji tasarrufuna yönelik aşağıdaki fonksiyonlar bulunmaktadır.

1 Enerji tasarrufu ayar değerleri2 Sistem dahilindeki yüklerin kontrolü3 Buğu önleyici ısıtıcılar 4 Merkezi soğutma ünitesi optimizasyonu

4.1. Enerji tasarrufu ayar değerleri

Sistem soğutma biriminin türüne göre (normal muhafaza, derin muhafaza, v.s.) günde iki kez cihazlara yeniayar değerini otomatik olarak gönderir. Böylece birimin ihtiyacı kadar soğutma yapılmasını sağlar.

Bununla birlikte forklift, aydınlatma, reyon perdeleri, ışıklı panolar gibi birimlerin elektrik kullanımlar ının




115

sadece gerçekten ihtiyaç olması durumu ile sınırlandır ılması enerji tasarrufu açısından önemlidir. Dolayısı ile bu tip cihazlar ın gerekli olduğunda çalışması bir zaman programlaması ile otomatik olarak yürütülebilir.4.2. Buğu önleyici ısıtıcılar

Bir süpermarkette en çok enerji harcayan birimlerden birisi soğutmalı reyonlarda camlar ın buğulanmasını

önlemek için kullanılan ısıtıcılardır.

Dixell’in XWEB5000 merkezi denetim ve takip sistemi sıcaklık ve nem sensörleri ile tesis dahilinde anlık çiğ noktası değerini hesaplar. Reyon camına monteli sıcaklık sensörü bağlı olan kontrol cihazlar ı da ortamşartlar ına (sistemden alınan) ve cam sıcaklığına bağlı olarak ısıtıcılar ın çektiği gücü modüle eder. Yaygınuygulamada bu tertibatın kullanıldığı birimlerde cam sıcaklık sensörleri reyon üreticisi taraf ından monteedilir. Sensörden sıcaklık bilgisini alan cihazlar ise reyonun soğutmasını kontrol eden cihazlardır.

Ş ekil 6: Bu ğ u önleyici ı sıt ıcılar ın kontrolü

Söz konusu uygulama ile ısıtıcılar ın harcadığı enerjiden yaklaşık %60 tasarruf edilebileceği çeşitlidenemelerde kanıtlanmıştır.

4.2. Merkezi soğutma ünitesi optimizasyonu

Dixell firmasının tasarladığı özel patentli bir algoritma ile market dahilindeki merkezi soğutma ünitelerininayar değerlerinin mümkün olan en uygun şekilde değiştirilmesi ve bu yolla ünitelerin çalışmalar ının tesistekiihtiyaca göre optimize edilmesi mümkün hale gelmiştir.

CRO (Compressor Rack Optimization) adı verilen bu algoritma ile temel olarak iki kriter kontrol edilir:1 Soğutma ünitesi emiş basıncı 2 En kritik kabin

Ş ekil 7:




116

CRO tüm kabinlerden gelen so ğ utma taleplerini analiz eder.

CRO algoritması sisteme bağlı olan tüm birimlerden gelen soğutma taleplerini analiz eder ve her biriminsoğutma ihtiyacı oranını dinamik olarak hesaplar. Böylece daha fazla soğutma gücüne ihtiyacı olan birimi vene kadar ihtiyacı olduğunu belirler.

Ş ekil 8: Kabinlerden gelen so ğ utma ihtiyacı listesi

Bu bilgiler yardımıyla CRO otomatik olarak soğutma ünitesi ayar değerini ayarlanmış alt ve üst limitler arasında en kritik kabinin soğutma ihtiyacını dikkate alarak yeniden düzenler ve emiş basıncını bu durumaadapte etmeye çalışır.

Aşağıdaki grafiklerde CRO algoritmasının kurulu olduğu gerçek bir tesiste CRO’nun aktif ve kapalı durumlar gözlemlenmektedir. Üst grafikte ünitenin çektiği gücün haftalık değişimi, alt grafikte ise CRO’nun

aktif olduğu durumlarda ayar değerindeki haftalı

k değişimler görülmektedir. İhtiyaca göre ayar değeriyükseltildiğinde çekilen güçte belirgin bir azalma olmaktadır. Noktalı çizgiler haftalık ortalama değerlerigöstermektedir.




117

Ş ekil 9: CRO’nun aktif ve kapal ı oldu ğ u durumlar ın kar şıla şt ır ılması

Yapılan testler ve prototip uygulamalar sonucunda CRO algoritmasının kullanımının yaklaşık %20’ye varanenerji tasarrufu sağladığı ortaya çıkmıştır.

Bu uygulamada elektronik genleşme valfi kullanımı gerekli değildir.

5. OTOMASYON ve OPTİMİZASYON – TAK İP VE MOBİL BAKIM

Takip ve mobil bak ım imkanı soğutma sistemleri üreten ve kurulumunu yapan firmalara en büyük desteğisağlar. Merkezi denetim ve takip sistemi aracılığıyle yürütülen bu işlevler sayesinde

1 Sıcaklık grafikleri ve alarm kayıtlar ı yardımıyla tesiste meydana gelen ar ızalar ın analiz edilmesimümkündür.

2 Sistemin devreye alınması ve teslimi aşamasında yapılmış olan ayarlar ın çok hızlı bir şekildeonaylanması mümkündür.

3 Kullanıcı şifreleri ve aktivite kayıtlar ı yardımıyla sistemi kullanan kişilerin müdahale ve

hareketlerinin izlenmesi mümkündür.4 Garanti periyodu içerisinde tesise yerinde ve hızlı müdahale edilmesi mümkündür.5 Tesisteki görevlilerin müdahalelerinin ve işlemlerinin kalifiye teknisyenler taraf ından uzaktan

kontrol edilmesi imkanı yaratılır.

6. OTOMASYON ve OPTİMİZASYON – ZAMAN PROGRAMLAMASI

Süpermarket yöneticileri için işlevlerin bir program dahilinde yürütülmesi her zaman faydalıdır. Böylecetesis görevlilerinin bu tip tekrarlanan işlevler için eğitim almalar ına ve sorumluluk yüklenmelerine gerek kalmaz. Merkezi denetim ve takip sistemi HACCP kayıtlar ının güncel tutulması ve çıktılar ının hazır

bulundurulması, kabinlerin ve süpermarketin aydınlatmalar ının otomatik olarak kontrolü, gece olduğundaenerji tasarrufu prosedürlerinin devreye alınması, e-mail ya da yazıcı yoluyla günlük raporlar ın alınması gibisisteme tanımlanacak tüm görevleri otomatik olarak ve gerektiği zamanda yerine getirir.




118

Ş ekil 10: Günlük bir zaman programlaması örne ğ i

7. OTOMASYON ve OPTİMİZASYON – DENETİM

XWEB5000 denetim sistemi önceden programlanmış mantık ve alan girişlerine bağlı olarak tesis dahilinde

otomatik işlemler yapar. Bu programlamanın standart bir PLC’deki gibi özel bir programlama dili ile değiloldukça basit bir grafik arayüz yardımıyla yapılması mümkündür. Böylece kullanıcının programlama diliöğrenmesi gereği kalmaz. Aşağıda denetim mekanizmasının nasıl çalıştığı ile ilgili bazı örnekler verilmiştir.

1 Denetim sistemi süpermarket genelinde harcanan güç miktar ını izleyerek tarife sınırlar ını aşmadanönce bazı yüklerin devre dışı bırak ılı p bırak ılmayacağına karar verir.

2 Denetim sistemi dış ortamdaki ışık miktar ını ölçerek market aydınlatma sisteminin bir bölümününçalıştır ılması veya kapatılmasını sağlar.

3 Denetim sistemi elektrik kesintisi durumunda jeneratörün devreye girmesini takip ederek aşır ı yüklenmeyi engellemek amacıyla örneğin klima sistemini, f ır ınlar ı, gereksiz aydınlatmalar ı, forklift

batarya şarjlar ını devre dışı bırak ır, ayar değerlerini yükselterek soğutma sisteminin daha az güççekmesini sağlayabilir.

4 Kompresör ar ızası durumunda denetim sistemi kabinlerin ayar değerlerini yükseltip kondenzasyon

ayar değerini düşürebilir, defrost döngülerini iptal edebilir. v.s.

Bu örneklerin sınırsız sayıda çoğaltılması ve dolayısı ile bir tesiste eneji kullanımını en aza indirgeyerek kullanılan enerjiden alınan verimin arttır ılması söz konusu denetim ve takip sistemi ile mümkündür.

8. SONUÇ

Konuya her ne kadar süpermarketlerde yapılan uygulamalar açısından yaklaşıldıysa da söz konusu merkezidenetim ve takip sistemlerinin uygulama alanlar ını genişletmek mümkündür. Soğutma tesisleri, lojistik depolar, market zincirleri, entegre üretim tesisleri, yak ıt istasyonlar ı, v.b. soğutma sistemlerinin kullanıldığı

birçok farklı alanda bu denetim ve takip sistemlerinin uygulanması artık gereklilik arz etmektedir.




119

OTURUM VI

İKLİMLENDİRME

Buz Depolamalı Bir İklimlendirme Sisteminin Şarj ve Deşarj PerformansınınDeğerlendirilmesi

Ahmet FERTELL İ – Orhan BÜYÜKALACA – Tuncay YILMAZ

Yer Kaynaklı Isı Pompaları İçin Toprak Sıcaklıklarının Belirlenmesi

Tuncay YILMAZ – Alper YILMAZ – Arif ÖZBEK – Orhan BÜYÜKALACA

Klimada Konforve Sağlıksız Bina Sendromu

Veli DOĞ AN

Hava Soğutmalı Kondenserli Bir Soğuksu Üretim Grubunda Dış Sıcaklıkların DeğişimininSistemin Kapasite ve Etkinliğine Etkisinin DeğerlendirilmesiSerkan SUNU – Serhan KÜÇÜKA




120

BUZ DEPOLAMALI BİR İKLİMLENDİRME SİSTEMİNİN ŞARJ VE DEŞARJPERFORMANSININ DEĞERLENDİR İLMESİ

Ahmet Fertelli, Orhan Büyükalaca ve Tuncay Y ılmaz

Çukurova Üniversitesi Müh.-Mim. Fakültesi Makine Mühendisli ğ i Bölümü, ADANA

fertelli@ cu.edu.tr, orhan1@ cu.edu.tr, tunyil@ cu.edu.tr

ÖZET

Bu çalışmada tam depolamalı işletme stratejisine dayalı, buz depolamalı bir iklimlendirme sistemi, Çukurova Üniversitesi Makine Mühendisliği Laboratuarlar ındaki

bir mahalin soğutulması için kullanılmıştır. Farklı yoğuşturucu hava giriş sıcaklıklar ındasistemin şarj performansını belirleyebilmek için şarj deneyleri ve fan kontrol sistemininkullanıldığı deşarj deneyleri yapılmıştır. Şarj deneyleri sonucunda, hava sıcaklığındaki

artışın sistem performansını olumsuz yönde etkilediği tespit edilmiştir. Gerçekleştirilendeşarj deneyinde ise mahal konfor şartlar ının sağlandığı ve otomatik kontrol sistemininhassas ve düzenli çalıştığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Soğu Depolama, Buz, Şarj, Deşarj

1. GİR İŞ

Çağın getirdiği konfor ihtiyaçlar ından birisi olan soğutma, günümüzde büyük önem kazanmıştır. Soğutmaihtiyacı genellikle insanlar ın çalışma saatleri olan gündüz (havanın sıcak olduğu) saatlerinde ortaya çıkmakta,

bu saatlerde elektrik çok kullanılmakta ve elektrik santrallerinde üretim için yoğun talep olmaktadır [1]. Bu

yoğun talebi ortadan kaldırmak için talebin azaltılması, düzenlenmesi ya da daha fazla elektrik enerjisininüretilmesi gerekmektedir. Soğu depolama sistemleri, iklimlendirilen binanın enerji ihtiyacının elektrik talebinin maksimum olduğu zaman diliminden, minimum olduğu zaman dilimine kaydırmaktadır.

Soğu depolama sistemleri su, buz ve faz değiştiren ötektik tuzlar olmak üzere üç farklı depolama ortamı kullanırlar [2]. Buz depolamalı sistemler, suyun donma ve erime gizli ısısından faydalandıklar ından küçük hacimlerde büyük miktarda ısıl enerji depolayabilirler. Bu sistemlerdeki depo kapasitesi, su depolamalı sistemlerde kullanılan depo kapasitesinin beşte veya altıda biri mertebesindedir. Bu avantajından dolayı buzdepolamalı sistemler, uygulamada çok tercih edilmektedir. Buz depolamalı sistemler, statik ve dinamik olmak üzere ikiye ayr ılırlar [2]. Statik sistemlerde, depolama tank ının içerisine yerleştirilmiş borular üzerinde

buz oluşturulur. Bu sistemler, kendi içerisinde içten eritmeli ve dıştan eritmeli olmak üzere ikiye ayr ılırlar.Her iki sistemde de (içten ve dıştan eritmeli) şarj esnasında, ikincil bir ak ışkan tank içerisindeki borulardangeçirilir. Deşarjda ise dıştan eritmeli sistem için, tank içerisine mahalden gelen ılık dönüş suyu buz üzerine

pompalanarak buz eritilir. İçten eritmeli istemlerde ise, şarj için kullanılan ikincil ak ışkan mahale gönderilir ve orada ısındıktan sonra depo içerisindeki borulara girer ve buzu içten eritir. Dinamik sistemlerde buz, özelolarak tasarlanmış plaka veya serpantin yüzeylerinde oluşturulur.

2. DENEY DÜZENEĞİ

Çalışmada kullanılan deney düzeneğinin şarj ve deşarj durumlar ı için tesisat şeması, Şekil 1’de gösterilmiştir.Sistemde hava soğutmalı bir soğutma grubu, buz deposu, sirkülasyon pompası, iki ve üç yollu vanalar, odaiçerisinde fan-coiller ve ölçüm için bazı sensörler (sıcaklık, nem, basınç ve debi) yer almaktadır [3]. Sistemdearacı ak ışkan olarak %30 glikol-su kar ışımı kullanılmaktadır.




121

Şekil 1. Buz depolamal ı so ğ utma sistemi a) Ş arj b) De şarj

Soğu deposu, 1 m çapında ve 1.5 m yüksekliğinde su dolu bir plastik tank ve içerisine yerleştirilmiş serpantinlerden oluşmaktadır. Serpantinler, 16 mm dış çapında ve 2 mm kalınlığında polietilen borulardanyapılmıştır [4].Şarj esnasında glikol-su kar ışımı, soğutma grubunda -4 °C ile -6 °C aralığında istenilen bir değere kadar soğutulup, buz tank ına gönderilmektedir. Tank içerisindeki serpantinlerde dolaşan kar ışım serpantinler üzerinde buz oluşturarak, tekrar soğutma grubuna dönmektedir. Deşarjda ise, şarj süresince üretilen buz,gerekli olan soğutma ihtiyacını kar şılamak için kullanılır. Bu işlemde soğutma grubu hiç çalışmaz ve gerekli

soğu ihtiyacının tamamı depodan kar şılanır. Depodan çıkan glikol-su kar ışımı mahalde bulunan fan-coilleregönderilerek ortamı soğutur ve tekrar ısınarak depoya döner. Soğutulan mahalde, oda termostatı, iki adet fan-coil ve oransal kontrollü bir selenoid vana bulunmaktadır.

a) b)

Şekil 2. Buz depolamal ı iklimlendirme sistemi a) Sistemin genel görünü şü b) Isıl eleman çiftleri yerle şim planı Sistemin oda içerisindeki otomatik kontrolü, fan ve vana olmak üzere iki seçeneklidir. Her iki kontrol

seçeneği de mahal içerisine yerleştirilmiş oda termostatından alınan sinyaller doğrultusunda çalışır. Yapılan

SoğutmaGrubu

Mahal

T3 YolluKar ıştır ıcı Vana

Tank GenleşmeDeposu

Pompa

Mahal

T3 YolluKar ıştır ıcı Vana

Tank GenleşmeDeposu

PompaSoğutmaGrubu

T7 T8 T9

T6 T5 T4

T1 T2 T3

a) b)




122

şarj deneylerinde aracı ak ışkanın depo, soğutma grubu ve pompa giriş-çık ışlar ında sıcaklığı ölçülmektedir.Ayr ıca yoğuşturucuya giren ve çıkan havanın sıcaklıklar ı ve depo gidiş hattı üzerine yerleştirilenventurimetre ile kar ışımın debisi de ölçülmektedir. Sistemde şarj esnasında soğutma grubu ve pompanınenerji tüketimini ölçen bir ak ıllı sayaç bulunmaktadır. Deney süresince tank içerisindeki farklı noktalardakisu sıcaklığını ölçmek için, Şekil 2b’de gösterildiği gibi tank ın üst, orta ve alt bölgelerine toplam 9 adet ısıl

eleman çiftleri yerleştirilmiştir.

3. BULGULAR ve TARTIŞMA

Bu çalışmada 21 °C ile 28 °C arasında değişen farklı yoğuşturucu hava sıcaklıklar ında 14 adet şarj deneyi vefan kontrollü bir deşarj deneyi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen şarj deneylerinin bazı parametreleriÇizelge 1’de verilmiştir. Bu deneylerde şarj süresi 7 h ve 8 h, glikol-su kar ışımının debisi 0.776 kg/s ve tank girişinde ortalama glikol-su kar ışım sıcaklığı yaklaşık -4.9 °C’dir.

Çizelge 1. Ş arj deneylerinde depolanan enerji miktarlar ı

Deney

No

Şarj

Süresi

Depo İçiBaşlangı

ç SuSıcaklığı

Yoğuşturucu Girişinde

OrtalamaHavaSıcaklığı

Tüketile

n Enerji

Oluşan

BuzMiktarı

Depolana

DuyulurEnerji

Depolana

n GizliEnerji

Depolana

n ToplamEnerji

Şarj

erformansı

[h] [°C ] [°C ] [kW] [kg] [kJ] [kJ] [kJ]

1 7 7.3 21 31.48 424 27504 142020 169524 1.5

2 7 7.0 21 30.61 405 26136 135648 161784 1.47

3 7 7.3 24 31.7 395 27612 132300 159912 1.4

4 7 7.2 25 31.58 410 26928 137340 164268 1.44

5 7 6.8 25 30.83 392 25668 131292 156960 1.41

6 8 7.5 27 37.61 427 28116 143028 171144 1.26

7 8 7.0 27 37.05 430 26568 144036 170604 1.28

8 7 7.0 27 33.05 365 27396 122256 149652 1.26

9 8 7.3 27 38.07 425 27648 142344 169992 1.24

10 7 7.4 27 32.25 400 28152 133992 162144 1.4

11 7 6.8 28 32.6 406 25416 135972 161388 1.38

12 7 7.1 28 33.11 390 26856 130644 157500 1.32

13 7 7.0 28 32.59 405 26316 135648 161964 1.38

14 8 7.0 28 38.12 420 26352 140688 167040 1.22

Yapılan şarj deneylerine örnek olarak, 18 Mayıs 2006 tarihinde yapılan şarj deneyinde (1 nolu) ölçülen çeşitli

parametrelerin grafikleri aşağıda gösterilmiştir. Deney başlangıcında, depo içerisindeki su sıcaklığı 7.3 °C,glikol buharlaştır ıcı çık ış sıcaklığı -7 °C olarak ayarlanmıştır. Toplam şarj süresi 7 saattir. Şekil 3’de tank içerisindeki 9 farklı noktada deney süresince ölçülen su sıcaklıklar ının zamanla değişimi gösterilmiştir.Şekilden de görüldüğü gibi tank içerisinde ölçüm yapılan bütün noktalardaki sıcaklıklar birbirine oldukçayak ın olmasına rağmen, tank ın alt ve üst bölgeleri arasında az da olsa sıcaklık katmanlaşması mevcuttur.Deney başlangıcında sıcak su tank ın üst bölgesinde toplanırken, soğuk su tank ın alt bölgesinde

bulunmaktadır. Su sıcaklığının 4 °C’ye kadar azalmasıyla, yoğunluk etkisinden dolayı doğal konveksiyonhareketinin 2000. s’de başladığı, ayr ıca sıcak ve soğuk su tabakalar ının yer değiştirdiği görülmektedir.Sıcaklıklar yaklaşık 6000. s’ye kadar doğrusal olarak azalmakta ve bu süre sonunda su sıcaklığı -3 °Colmaktadır. Ancak bu zamana ve bu sıcaklığa kadar depo içerisinde herhangi bir buz oluşumu

başlamamaktadır. Aşır ı soğuma (supercooling) olarak adlandır ılan bu aşamanın bitiminde, suyunçekirdekleşme sıcaklığına ulaşmasıyla (-3 °C), ilk yaprak kristal (dentric) yapılar oluşmaya başlamaktadır [5]. İkinci aşamada, ilk oluşan kristallenme birkaç saniye içerisinde, suyun tamamını kaplayacak şekilde hızla

yayılmaktadır. Faz değişiminin sonucu olarak, ortama verilen ısıl enerji, su sıcaklığının suyun faz değişim




123

sıcaklığına (0°C) kadar yükselmesine yol açmaktadır. Kristal oluşumundan sonra borular üzerinde ince bir buz tabakası oluşmaya başlamakta ve kalınlığı zamanla artmaktadır.

-5

0

5

10

15

0 5000 10000 15000 20000 25000t (s)

T ( o C )

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

0

2

4

6

8

1000 2000 3000 4000t (s)

T

( o C )

Şekil 3. Tank içerisindeki farkl ı noktalardaki su sıcakl ıklar ının zamanla de ğ i şim

Şekil 4’de ise glikol-su kar ışımının depoya giriş ve çık ış sıcaklıklar ının zamanla değişimi gösterilmiştir.Deney başlangıcında kar ışımın buharlaştır ıcı çık ış sıcaklığı -7 °C olarak ayarlanmıştır. Şekilden de görüldüğügibi glikol-su kar ışımının depoya giriş sıcaklığı yaklaşık -7 °C ye kadar azaldıktan sonra hızla 2 °C artmış vedeneyin geri kalan bölümü içerisinde hemen hemen sabit kalmıştır. Sıcaklıktaki ani artış, yukar ıda daaçıklandığı gibi, kristallenmenin başlamasıyla ortama verilen ısıl enerjiden kaynaklanmaktadır. Glikol-sukar ışımı sıcaklığının depo girişi ve çık ışı arasında yaklaşık 2 °C’lik fark tüm deney boyunca korunmaktadır.Hava soğutmalı soğutma grubu yoğuşturucusunun giriş ve çık ışında ölçülen hava sıcaklıklar ının zamanladeğişimi Şekil 5’de gösterilmiştir. Gün içerisinde dış hava sıcaklığının artışına paralel olarak yoğuşturucuhava giriş sıcaklığı da artmıştır. Havanın yoğuşturucu girişindeki ortalama sıcaklığı 21 °C, giriş ve çık ışı arasındaki sıcaklık fark ı ise yaklaşık 10 °C’dir.

Yapılan 14 adet deney için sistemin soğu depolama kapasitesi, şarj performansı gibi parametreler

hesaplanmı

ştı

r. Farklı

hava sı

caklı

klar ı

için yapı

lan deneylerde, deney süresince pompa ve soğutma grubununtükettiği elektrik enerjisi ve deney sonunda da depo içerisinde oluşan buz miktar ı ölçülmüştür. Elde edilenverilerden her deney için, depolanan gizli ve duyulur ısıl enerji miktarlar ı hesaplanarak deponun toplam soğudepolama kapasitesi belirlenmiştir. Sistemin şarj performansı ise; depolanan soğu enerjisinin, sistemin enerjitüketimine (soğutma grubu+sirkülasyon pompası) bölünmesi ile hesaplanmıştır. Sonuçlar Çizelge 1’degösterilmiştir. Yoğuşturucu girişindeki hava sıcaklığına bağlı olarak şarj performansının değişimi Şekil 6’dagösterilmiştir. Hava sıcaklığının artması ile soğutma grubu etkinliğinin azalmasından dolayı sistem

performansında oluşan azalma grafikten açıkça görülebilmektedir.




124

-10

-5

0

5

10

0 5000 10000 15000 20000 25000t (s)

T ( o C )

Depo Giriş Depo Çık ış

Şekil 4. Glikol-su kar ı şımının depo giri ş ve çık ı ş sıcakl ıklar ının zamanla de ğ i şimi

10

15

20

25

30

35

40

0 5000 10000 15000 20000 25000t (s)

T ( o C )

Hava Giriş Hava Çık ış

Şekil 5. Yo ğ u şturucu hava giri ş ve çık ı ş sıcakl ıklar ının zamanla de ğ i şim

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

20 22 24 26 28 30Hava Sıcaklığı (

oC)

Ş a r j P e r f o r m a n s ı

Şekil 6 . Ş arj performansının zamanla de ğ i şimi




125

Deşarj deneyi fan kontrol sistemi kullanılarak yapılmıştır. 9 Temmuz 2006 tarihinde yapılan deney sonuçlar ı Şekil 7-11’de verilmiştir. Bu deneyde mahale gönderilen aracı ak ışkanın sıcaklığı 6 °C’ye mahal sıcaklığı ise23 °C olarak ayarlanmıştır. Şekil 7’de tank içerisinde farklı noktalardaki su sıcaklıklar ının zamanla değişimi

gösterilmiştir. Erimenin ilk olarak tank ın alt bölgesinde başladığı, saat 14:30 civar ında orta bölgenintamamen eridiği ve saat 16:00’dan sonra tamamen duyulur ısı ile soğutma yapıldığı görülmektedir. 3 yollukar ıştır ıcı vananın, saat 16:00’ya kadar ak ışkanı ayarlanan sıcaklık değerinde mahale gönderebildiğigörülmektedir (Şekil 8). Daha sonra, tank içerisindeki buzun tamamen erimesinden dolayı kar ışımın sıcaklığı artmaya başlamış ve mahalin soğutulmasında sadece suyun duyulur ısısı kullanılmıştır. Şekil 9’da görüldüğügibi oda sıcaklığı için ayarlanan termostat değeri (23 °C) gün boyunca yaklaşık olarak elde edilmiştir.Sıcaklık değerlerinde belirli zaman aralıklar ında dalgalanmalar görülmektedir. Bunun sebebi mahaliçerisindeki sıcaklığın, oda termostatında ayarlanan değere ulaşmasıyla fanın kapanması ve daha sonra tekrar açılmasıdır. Mahal havası, ayarlanan sıcaklığa ulaştığında (23 °C) fan kapanmakta, oda sıcaklığı bu değerinüzerine çıktığında ise fan tekrar açılmaktadır. Fanın açılı p kapanmasıyla oluşan sıcaklık dalgalanmalar ı Şekil10’daki mahal içerisinde ölçülen nem eğrisinde de görülmektedir.

Şekil 11’de deney süresince mahal içerisinde ölçülen sıcaklık ve nem değerlerinin psikometrik diyagramüzerindeki dağılımı gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi, mahaldeki hava sıcaklığı ve nem değerleri deneysüresince ASHRAE taraf ından belirtilen konfor bölgesinin içerisinde bulunmaktadır.

-3

0

3

6

9

12

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

t (h)

T

( o C )

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9

Şekil 7. Tank içerisindeki farkl ı

noktalardaki su sı

cakl ı

klar ı

nı

n zamanla de ğ i şim4. SONUÇ

Bu çalışmada buz depolamalı bir iklimlendirme sistemine ait depolama tank ının şarj karakteristikleriniincelemek için 14 adet şarj deneyi yapılmıştır. Her deney için depolanan enerji miktar ı ve şarj performansı hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlardan yoğuşturucu girişindeki hava sıcaklığının artması ile sistem

performansının azaldığı tespit edilmiştir. Fan kontrollü yapılan deşarj deneyinde, otomatik kontrol sistemininhassas ve düzenli çalıştığı görülmüştür. Bundan sonraki çalışmalarda, kar ışım depo giriş sıcaklıklar ı, debi vevana kontrol sistemi gibi farklı parametrelerin sistemin şarj performansına olan etkileri incelenecektir.




126

-2

0

2

4

6

8

10

12

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

t (h)

T ( o C )

Tank Çık ışMahale GidişMahalden Dönüş

Şekil 8. Glikol-su kar ı şımının mahale gidi ş vemahalden dönü ş sıcakl ıklar ının zamanla de ğ i şimi

15

20

25

30

35

40

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00

t (h)

T ( o C )

Mahal

Dış Ortam

Şekil 9. Mahal ve d ı ş ortam sıcakl ıklar ı

0

20

40

60

80

100

08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00t (h)

ϕ ( %

)

Mahal

Dış Ortam




127

Şekil 10. Mahal ve d ı ş ortam nemleri

Şekil 11. Mahal sıcakl ık ve nem de ğ erlerinin ASHRAE konfor bölgesi ile kar şıla şt ır ılması

5. KAYNAKLAR

[1] Büyükalaca, O., Yılmaz, T. ve Özgören, M., Konvansiyonel İ klimlendirme Sistemine Buz DepolamanınUyarlanması, 5. Ulusal Soğutma ve İklimlendirme Tekniği Kongresi, 2-3 Nisan, Adana, 55-66, 1998.

[2] ASHRAE, Design Guide for Cool Thermal Storage, 1993.[3] Fertelli A., Büyükalaca O., Yılmaz T., Buz Depolamal ı Bir İ klimlendirme Sisteminin Performansı, GAP

V. Mühendislik Kongresi, Harran Üniversitesi, 26-28 Nisan, Şanlıurfa, 273-280, 2006.[4] Serin, H., Design of An Air-Conditioning System with Ice Storage, Yüksek Lisans Tezi, Çukurova

Üniversitesi, Adana, 2000.[5] Fertelli A., Büyükalaca O., Yılmaz T., Buz Depolamal ı Bir İ klimlendirme Sisteminin Ş arj

Karakteristikleri, ULIBTK’07 16. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, 30 Mayıs - 2Haziran, Kayseri,

315-319, 2007.

W(kg/kg)0.01

0.02

h(kJ/kg) 70

60

50

40

30

20

100 rh(%)90 80 70 60 50

10

10 t(C)

20

20 30 40

ASHRAEKonfor Bölgesi




128

YER KAYNAKLI ISI POMPALARI İÇİN

TOPRAK SICAKLIKLARININ BELİRLENMESİ

Tuncay YILMAZ, Alper YILMAZ, Arif ÖZBEK, Orhan BÜYÜKALACA

Çukurova Üniversitesi, Makine Mühendisli ğ i Bölümü, 01330, Balcal ı , ADANA

[email protected] , [email protected] , [email protected] , [email protected]

ÖZET

Son yıllarda dünyada ve ülkemizde toprak kaynaklı ısı pompalar ının (TKIP) kullanımı hızla artmaktadır. TKIP tasar ımında toprak yüzey sıcaklıklar ının (TYS) ve toprak sıcaklıklar ının (TS) bilinmesi gerekmektedir. Türkiye’de toprak sıcaklıklar ı Devlet

Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİ) taraf ından belirli istasyonlarda ölçülmekteolup, bu değerler sadece ölçüm yapılan yerin iklim ve toprak özellikleri için geçerlidir.Ülkemizde TYS ölçülmediğinden, TYS’nin ölçülen hava sıcaklığı, güneş ışınımı, bağılnem ve rüzgar hızı gibi değerler kullanılı p, çeşitli toprak türleri için hesaplanarak

bulunması gerekmektedir. Bu çalışmada, tek katmandan oluşan topraklar için TYS’ler ve TS’ler DMİ’den alınan hava sıcaklığı, güneş ışınımı, bağıl nem ve rüzgar hızı rasat

bilgilerinin 23 yıllık günlük ortalama değerleri kullanılarak analitik olarak hesaplanmıştır. Analitik hesaplama yönteminde sıcaklık sinüs fonksiyonu olarak tanımlanarak yeni sıcaklık değerleri bulunmuş ve daha sonra bu sıcaklıklar zamanın vetoprak derinliğinin bir fonksiyonuna dönüştürülmüştür. Bu çalışmada, farklı toprak özellikleri için elde edilen TYS’ler k ıyaslanmıştır. Verilen değerler TKIP’lerin yatay ısı eşanjörlü uygulamalar ı için çok yararlı olacaktır.

Anahtar Kelimeler: Toprak kaynaklı ısı pompası (TKIP), Toprak yüzey sıcaklığı (TYS), Toprak sıcaklığı (TS)

1. GİR İŞ

Toprak kaynaklı ısı pompalar ının (TKIP) tasar ımında toprak yüzey sıcaklıklar ının (TYS) ve toprak sıcaklıklar ının (TS) bilinmesi gerekmektedir. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü (DMİ) taraf ındantoprak içindeki sıcaklıklar bazı istasyonlarda 5, 10, 20, 50 ve 100 cm derinliklerde ölçülmektedir. Ancak buölçümler sadece ölçülen yerlerdeki toprak özellikleri ve toprak yapılar ı için geçerli olup, diğer toprak yapılar ına ve özelliklerine uygulanamaz. Homojen toprak özellikleri için bazı varsayımlar altında TYS veTS’yi analitik olarak hesaplamak mümkündür. Bu konuda en önemli çalışmalar [1], [2] ve [3] taraf ındanyapılmıştır.

Bu çalışmada da analitik çalışmalar dikkate alınarak İzmir için 23 yıllık ortalama meteoroloji rasat bilgilerikullanılarak çeşitli toprak özellikleri için toprak sıcaklıklar ı hesaplanacak ve toprak sıcaklığına çeşitli

parametrelerin etkisi tartışılacaktır.

2. TEOR İK ESASLAR

Tek katmandan meydana gelen homojen yapılı topraklarda ısı transferi aşağıda verilen tek boyutlu zamana bağlı diferansiyel denklemden hesaplanır:

2

2

x

Ta

t

T

∂∂

=∂∂

(1)




129

Bu eşitlikte T sıcaklığı, t zamanı, x toprak derinliğine doğru koordinatı ve a da ısıl yayınım katsayısını göstermektedir. Burada toprak fiziksel özellikleri sabit kabul edilmiştir. Bu diferansiyel denklem toprak yüzeyindeki ve yüzeyden çok uzaktaki durumlarda yazılacak iki sınır şartı ile çözülebilir.

Şekil 1’de iki sınır şartının yeri gösterilmiştir.

Toprak yüzeyix=0

x

L

qT a

x=h

Şekil 1 . Toprak ve yüzeyi

Toprak yüzeyindeki sınır şartı en genel şekilde aşağıda verilmiştir:

v

.

e

.

ssa

s

qR qa)TT(hx

Tk :0x −Δε−+−=⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ ∂∂

−= (2)

Burada eşitliğin sol taraf ı toprak içine iletimle transfer edilen ısıyı göstermektedir. Eşitliğin sağ taraf ındakiilk terim konveksiyonla ortamdan transfer edilen ısıyı, ikinci terim yüzeye gelen toplam güneş enerjisini, 3.terim uzun dalga ışınımı ile yüzeyden transfer edilen ısıyı ve son terim ise yüzeyden su buharlaşmasındandolayı meydana gelen ısı kaybını göstermektedir.

Eşt.(2)’deki sembollerden, k toprak ısı iletim katsayısını, h toprak yüzeyi ile ortam arasındaki ısı transferi

katsayısını, Ta ortam sıcaklığını, Ts toprak yüzey sıcaklığını, as toprak yüzeyi yutma katsayısını,.

q güneş ısı

ak ım şiddetini, εe yayma katsayısını, ΔR uzun dalga radyasyonunu ve v

.

q de su buharlaşmasından dolayı

yüzeyde olabilecek gizli ısı ak ım şiddetini göstermektedir.

Konveksiyonla ısı transferi katsayısı h [W/(m2K)], rüzgâr hızı u [m/s] yardımıyla bulunabilir [1]:

u38.2h += (3)

[4]’e göre

as=0.9 ; εe=1 ; ΔR=63 W/m2 (4)

olarak alınabilir. as için 0.8 değeri de tavsiye edilmiştir [2]. Koyu toprak için ise as’nin değeri 0.85 ile 0.95arasında verilmiştir [5].Eşt.(2)’deki son terim buharlaşmadan dolayı olan ısı transferidir. ρs ve ρa toprak yüzeyinde ve ortamhavasında su buhar ının k ısmi yoğunluklar ı olmak üzere, buharlaşma gizli ısısı aşağıdaki şekilde yazılabilir:

TR

)PP(h)(hq asgl

asglv

. −β=ρ−ρβ= (5)

Burada R su buhar ı gaz sabitini, T toprak yüzeyi ve ortam arasında ortalama bir sıcaklık olarak alınan mutlak sıcaklığı göstermektedir. hgl buharlaşma gizli ısısı ve β’da konvektif kütle transferi katsayısıdır.Kütle transferi katsayısı β, h ile orantılı alınabildiği için aşağıdaki eşitlik önerilmiştir [2] :




130

)PP(hf 0168.0q sassv

.

ϕ−= (6)

Burada Pss ve Psa yüzey ve ortam sıcaklıklar ında su buhar ının doyma basınçlar ıdır.Doymuş k ısmi basınçlar için TS 825’te 0-30°C arası için aşağıdaki eşitlik verilmiştir [6]:

024.8

ss 100

T098.168.288P ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ += (7)

30-60°C arası için ise [4]’de verilen sayısal değerlerden aşağıdaki eşitlik elde edilmiştir:

094.7

ss 100

T9303.029.975P ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ += (8)

Yukar ıda verilen (7) ve (8) eşitliklerinde T [oC] olarak verildiğinde Ps’de Pa olarak elde edilmektedir.

Eşt.(6)’daki f değeri çeşitli toprak yüzeylerini ve nemliliği dikkate alan bir parametre olup;

f=1.0 doymuş toprak f=0.6-0.8 nemli toprak f=0.4-0.5 kuru toprak (9)f=0.1-0.2 kurak toprak

şeklindedir. Çimle kaplı yüzeyler için yukar ıda verilen değerlerin %70’i tavsiye edilmektedir [1].Eşt.(6)’daki Pss ve Psa’nın

p ps BTAP +=

(10)

şekline dönüştürülmesi gerekmektedir. A p ve B p ise eşt.(7) ve (8)’de hesaplanan değerlerden aşağıdaki gibielde edilir:

minmax

minsmaxs p TT

PPA

−−

=

(11)

max pmaxs p TAPB −=

(12)

Tmax

ve Tmin

değerlerinin yıllık en küçük ve en büyük günlük ortalama dış ortam sıcaklıklar ı olarak seçilmesiuygundur. Bu değerlerden ve

f 0168.0Cv =

(13)

k ısaltmasından eşt.(6) ile aşağıdaki bağıntı elde edilir:

[ ])1(BTATAhCq pa ps pvv

.

ϕ−+ϕ−=

(14)

Eşt.(2), (6), (10) ve (21)’den sınır şartı




131

)1(hBChTAChTACR qa)TT(hx

Tk pva pvs pve

.

ssa ϕ−−ϕ+−Δε−+−=⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ ∂∂

−

(15)haline gelir. Bu eşitlik de basit olarak

)TT(hx

Tk ssec −=⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ ∂∂

−

(16)

şeklinde yazılabilir. Burada aşağıdaki k ısaltmalar yapılmıştır:

)AC1(hh pvc +=

(17)

c

pve

.

sa pv

se h

)1(hBCR qaT)AC1(h

T⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ϕ−−Δε−+ϕ+

=

(18)

Toprağın çok derinliklerinde sıcaklık gradyanı kaybolur. Bunun için aşağıdaki sınır şartı yazılır:

0x

T:x =

∂∂

∞ ⎯→ ⎯

(19)

Eşt.(1), (2) ve (19)’un analitik çözümü, sıcaklığın sinüs fonksiyonu olarak tanımlanmasıyla mümkünolmaktadır. Bu kabulle problemin analitik çözümü yapılmıştır [1]. Sıcaklık zamanın ve x ekseninin bir

fonksiyonu olarak aşağıdaki gibi bulunmuştur:

( )s***

ssm xt2Sin)xexp(TTT φ+−π−Δ+=

(20)

Yüzey sıcaklığı da şu şekilde yazılabilir:

( )s*

ssms t2SinTTT φ+πΔ+=

(21)

Burada t* ve x* aşağıdaki gibi tarif edilmiştir:

o

*

t

tt =

(22)

o

*

x

xx =

(23)




132

2/1

oo

atx ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ π

=

(24)

to yıllık değişim incelendiğinde 365 gündür. Eşdeğer güneş sıcaklığı Tse aşağıdaki gibi ifade edilmelidir:

( )se*

sesemse t2SinTTT φ+πΔ+=

(25)

Bu eşitlikte yer alan Tse sıcaklığı yıllık hesaplarda yukar ıdaki verilen eşitliğe uygun olarak belirlenmeli ve buradan da Tsem, ΔTse ve φse değerleri çeşitli eğri uydurma yöntemleri kullanılarak belirlenmelidir.

Bu çalışmada eğri uydurma için çeşitli yöntemler denenmiş ve en uygun olanının Rosenbrock yöntemiolduğuna karar verilmiştir.φs ve φse’den de Ts ve Tse’nin minimum olma zamanı, ΔTs ve ΔTse eksi işaretli olduklar ından,

πφ−=

225.0t min

*

(26)

olarak bulunabilir.

Tsm , ΔTs ve φs değerleri aşağıda verilen bağıntılardan hesaplanmalıdır [1]:

Tsm= Tsem (27)

( )[ ] 2122ses 1TT

−μ+μ+Δ=Δ

(28)

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

φμ+μ+μ−φμ+

=φ −

se

se2

1s

tan)1(

tan)1(tan

(29)

Burada verilen μ değeri

ocxh

k =μ

(30)eşitliğinden bulunmalıdır. Bu eşitlikten de analitik metodun uygulanabilmesi için hc değerinin yıllık ortalamasının alınması gerektiği açıkça anlaşılmaktadır.

3. SONUÇLAR

Eşt.(18)’de tarif edilen Tse, günlük ortalama değerler kullanılarak hesaplanır. Tse değerinin hesaplanmasında

rüzgar hızı u, rölatif nem ϕ, ortam sıcaklığı Ta ve güneş enerjisi.

q değerlerinin günlük ortalamalar ı

alınmıştır. Günlük ortalama rüzgar hızı değerinden de eşt.(3)’den günlük ortalama ısı transferi katsayısı hesaplanır. DMİ Genel Müdürlüğünden alınan günlük güneş şiddeti, ortam sıcaklığı, rölatif nem ve rüzgar hızı değerlerinin İzmir merkezi için verilen 1985-2007 yıllar ı arasındaki ortalamalar ı kullanılmıştır. Bu




133

ortalama değerler de Şekil 2-5’de gösterilmiştir. 23 yıllık ortalamalar ın dalgalanması yıllık dalgalanmalardançok daha az olmaktadır.

Şekil 6’da 23 yıllık ortalama değerler ve eşt.(4)’te verilen değerler kullanılarak İzmir için Tse değerlerigösterilmiştir.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

Gün

q ( W / m 2 )

.

Şekil 2 . İ zmir merkezi için 23 yıl ık günlük ortalama güne ş şiddetinin yıl boyunca de ğ i şimi

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

Gün

T a

( o C )

Şekil 3 . İ zmir merkezi için 23 yıl ık günlük ortalama sıcakl ı ğ ın yıl boyunca de ğ i şimi

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361

Gün

( % )

Şekil 4 . İ zmir merkezi için 23 yıl ık günlük ortalama ba ğ ıl nemin yıl boyunca de ğ i şimi




134

0

0.5

1

1.5

22.5

3

3.5

4

4.5

5

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361Gün

u ( m /

s )

Şekil 5 . İ zmir merkezi için 23 yıl ık günlük ortalama rüzgar hı zının yıl boyunca de ğ i şimi

0

5

10

15

20

2530

35

40

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361Gün

T s e ( o C )

f=0.3f=0.45f=0.7

as=0.9

Şekil 6 . Farkl ı f de ğ erleri için bulunan T se’nin yıl boyunca de ğ i şimias değeri 0.9 yerine 0.8 alınarak hesaplanan Tse değerleri de şekil 7’de gösterilmiştir. İki şekil arasındaki fark

en fazla 1.7 °C olup, bu da yüksek bir değer değildir. Ancak as değerinin Tse’ye etki ettiği açıktır.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361Gün

T s e

( o C )

f=0.3f=0.45f=0.7

as=0.8

Şekil 7 . Farkl ı f de ğ erleri için bulunan T se’nin yıl boyunca de ğ i şimi

Şekil 6’da verilen değerler için Tsem , ΔTse, φse ve t*min,se değerleri çizelge 1’de gösterilmiştir. Kuru ve nemli

çı plak topraklar arasında eşdeğer güneş sıcaklığında k ışın 1 °C ve yazın 4 °C fark oluşmaktadır. Çünküörtülü, nemli ve çı plak topraklar ın eşdeğer güneş sıcaklıklar ında k ışın 1 °C ve yazın 3 °C fark oluşmaktadır.Bu değerlerden toprak neminin ve yüzey örtüsünün belirli bir düzeyde eşdeğer güneş sıcaklığını etkilediğigörülmektedir. Çizelge 1’de Tse ile ilgili değerlerin yanında toprak yüzey sıcaklığı Ts ile ilgili Tsm, ΔTsm, φs vet*

min,s değerleri de verilmiştir.

Çizelge 1 . E şde ğ er güne ş sıcakl ıklar ı ve toprak yüzey sıcakl ı ğ ı parametrelerinin f de ğ eri ile de ğ i şimi.a s=0.9, ε e=1.0, k=1.142, a=2.53x10-7




135

Tsem ve Tsm ΔTse, ve ΔTs φse ve φs t*min,se ve t

*min,s tmin,se ve tmin,s

f=0.3Tse 20.7217 -13.0739 1.3440 0.0361 13.17Ts 20.7217 -12.5574 1.3052 0.0423 15.44

f=0.45Tse 18.9452 -11.7239 1.3305 0.0382 13.94

Ts 18.9452 -11.3271 1.2972 0.0435 15.88f=0.7

Tse 16.9109 -10.1843 1.3111 0.0413 15.07Ts 16.9109 -9.9060 1.2841 0.0456 16.64

Toprak sıcaklığının çeşitli zamanlarda derinlikle değişimi şekil 8’de gösterilmiştir.Toprak yüzey sıcaklıklar ının toprak ısı iletim katsayısı ile değişimi 1 Ocak ve 1 Temmuz için Şekil 9’dagösterilmiştir. Bu şekillerden ısı iletim katsayısının TYS’ye etkisinin çok sınırlı olduğu görülmektedir. Şekil10’da da ısıl yayınım katsayısının TYS’ye etkisi gösterilmiştir. Buradan da ısıl yayınım katsayısının TYS’yeetkisinin çok olmadığı görülmektedir. Şekil 11’de ise TYS’nin yüzey absorpsiyon katsayısı ile değişimigösterilmiştir. TYS’lerin absorpsiyon katsayısı ile önemli değişiklikler gösterdiği anlaşılmaktadır.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Toprak derinliği (m)

T S ( o C )

01.Oca

01.Temas=0.9, f=0.45

Şekil 8 . Toprak sıcakl ı ğ ının çe şitli zamanlarda derinlikle de ğ i şimi(1Ocak ve 1 Temmuz için)

8.4

8.6

8.8

9.0

9.2

9.4

9.69.8

10.0

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6k (W/mK)

T Y S ( o C )

27.0

27.2

27.4

27.6

27.8

28.0

28.228.4

28.6

T Y S ( o C )1Ocak_a=2.5xE-07 1Ocak_a=5.0xE-07

1Ocak_a=7.5xE-07 1Tem_a=2.5xE-071Tem_a=5.0xE-07 1Tem_a=7.5xE-07

as=0.9, f=0.45

Şekil 9 . Toprak yüzey sıcakl ıklar ının toprak ı sı iletim katsayı sı ile de ğ i şimi (1Ocak ve 1 Temmuz için)




136

8.4

8.6

8.8

9.0

9.2

9.4

9.6

9.8

10.0

2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0

axE-07(m2/s)

T Y S

( o C )

27.0

27.2

27.4

27.6

27.8

28.0

28.2

28.4

28.6

T Y S

( o C )1Ocak _k =0. 5 1Ocak _k =1. 0

1Ocak_k=1.5 1Tem_k=0.51Tem _k =1. 0 1Tem _k =1. 5

as=0.9, f=0.45

Şekil 10 . Toprak yüzey sıcakl ıklar ının ı sıl yayınım katsayı sı ile de ğ i şimi ((1Ocak ve 1 Temmuz için)

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

0.6 0.7 0.8 0.9 1.0as

T Y S ( o C )

1 Oca_k=1.0_a=5.0xE-07

1 Tem_k=1.0_a=5.0xE-07f=0.45

Şekil 11 . Toprak yüzey sıcakl ıklar ının absorpsiyon katsayı sı ile de ğ i şimi (1Ocak ve 1 Temmuz için)

4. KAYNAKLAR

[1] Salah El Din M. M., On the heat flow in to the ground, Renewable Energy, Vol. 18, Pp. 473-490, 1999.[2] Mihalakakou G., Santamouris M., Lewis J. O. and Asimakopoulos D. N., On the application of the energy

balance equation to predict ground temperature profiles, Solar Energy, Vol. 60, Pp. 181-190, 1997.[3] Mihalakakou G., On estimating soil surface temperature profiles, Energy And Buildings, Vol. 34, Pp.

251-259, 2002.[4] Ashrae Handbook, Fundamentals, American Society of Heating Refrigeration and Air-Conditioning

Engineers, 6.3-6.4, 2003.[5] Patrick E. A. F., Soils, Longman, New York, Pp.25,1983.[6] TS-825 Binalarda Isı Yalıtım Kurallar ı, Pp. 38-39,1999.




137

KLİMADA KONFORVE SAĞLIKSIZ BİNA SENDROMU

Dr. Veli DOĞAN

ÖNSÖZ

Yanlış seçilen ve yapıya uygun olarak projelendirilmeyen klima sistemlerinin çalışanlar üzerinde olumsuzetkileri sayılamayacak kadar çoktur. Yine bu yanlış sistem seçimi, yapıya uygun olmayan projelendirme,sağlıksız kurulan tesis nedeniyle fazla enerji tüketimi ve bak ım zorluğu vardır. Konforsuz bir ortamda çalışaninsanlarda muhtelif rahatsızlıklar ve sağlık sorunlar ı görülmektedir. Bu hastalıklar nedeniyle ölüm sözkonusu olmasa da sağlık harcaması giderleri ve iş gücü kaybı söz konusudur. Bu yazıda insanlar ın rahatyaşamalar ı için gerekli klima koşullar ı ve olumsuz klima koşullar ının yarattığı sorunlar tartışılmıştır.

GİR İŞ

Konfor insanlar ın yaşamlar ını sağlıklı bir şekilde sürdürebilmeleri için gerekli olan bir kavramdır.

Konfor kavramının içinde en önemli olan faktörlerden birisi “ısıl konfor” dur. Isıl konforu sağlamak her zaman kolay değildir. Konforu oluşturan diğer önemli bir faktör insanlar ın solunum yoluyla tükettikleri havakalitesidir. Daha sonra nem, ses, ışık koku gibi faktörler gelmektedir.

Bina içerisinde yaşayan insanlar ın ihtiyacı olan ısıl konfor, hava, hava oranı, gürültü, titreşim gibifonksiyonlar ın mükemmele yak ın olarak sağlanması tesisat mühendislerinin en önemli hedefi olmalıdır.

1-KLİMADA KONFOR

İnsan veya hayvanlar ın ihtiyaçlar ı için veya endüstriyel bir proses için atmosferik çevre, kurulan sistemler ilearzulanan değerlerde tutulmaya çalışılır. Atmosferik çevrenin istenilen değerlerde tutulmasından aşağıda

belirlenen veya ilave olarak istenebilecek fiziksel büyüklüklerin müşterek olarak kontrolü anlaşılır.

• Ortamın kuru termometre sıcaklığı • Bağıl nem• Hava değişim oranı • Dış hava (taze hava) oranı • Hava kalitesi• Ortamdaki basınç• Kurulan sistemin ses seviyesi

Isı kaybı olan bir ortamda ortam sıcaklığı zamanla düşecektir, ancak ortama ilave ısı verilerek bu hacim istenilensıcaklıkta tutulabilir. Isı kazancı olan bir ortamda da sıcaklık arzulanan değerin üzerine çıkacaktır bu durumda dasoğutma yapmak gerekecektir. Bağıl nemi kontrol etmek için ortama ya nem vermek ya da nem almak gerekir.

Nem verme işlemi su veya su buhar ı ile yapılır, ancak nem almak için çoğunlukla soğutma yapılır. Soğutma işlemiısıtma ve havalandırma gibi işlemlere göre çok daha pahalı ve komplike bir işlemdir. İklimlendirme sistemlerigenel olarak, konfor ve endüstriyel iklimlendirme sistemleri olarak iki ana grup altında toplanabilirler.

• Konfor iklimlendirmesi• Endüstriyel iklimlendirme

Bizim için bu yazıda konfor iklimlendirmesi söz konusu olduğu için endüstriyel iklimlendirme dikkatealınmayacaktır.




138

1.1-Konfor iklimlendirmesi

İnsan çevresindeki iklimsel koşullara uyum gösteren bir canlı olmasına rağmen, ancak belli koşullar altındakendini rahat hisseder ve metabolizma faaliyetlerini en kolay şekilde sürdürür. İklimlere bağlı olarak çevrekoşullar ının sürekli değişmesi, güneş radyasyonu, yaşanılan çevredeki makine ve aydınlatmadan gelen enerji,

insanın yaşam faaliyetlerini sürdürmesini genellikle kötü yönde etkiler. Bu olaylar hayvan ve bitkiler içindeaynı şekilde geçerlidir. İnsan, hayvan veya bitkilerin yaşam faaliyetlerini en kolay şekilde sürdürecekleriiklimsel çevrenin hazırlanması konfor iklimlendirmesinin konusunu teşkil eder. Hayvan ve bitkiler içinkonfor şartlar ı her hayvan ve bitki için farklılık gösterir.

1.1.1-Ortamdaki ısıl konfor ve hava kalitesi

Sıcaklık ve bağıl nemin yanında, konforu aşağıdaki şartlar belirlemektedir.• Ortam sıcaklığı • Odadaki taze hava miktar ı • Hava hızı • Hava kalitesi

• Bağı

l nem• Duvar yüzey sıcaklığı • Cam yüzey sıcaklığı

1.1.1.1-Ortam sıcaklığı

İnsanlar ın çalışma verimleri bulunduklar ı ortamın sıcaklığına bağlı olarak değişmektedir. Çalışma ortamınınısıl şartlar ı, bedensel ve zihinsel üretim hızını etkilemektedir, Şekil 1 de bu etki açıkça görülmektedir. Çok daha detaya girildiğinde verimli bir çalışma için kadın ve erkek çalışana göre ortam sıcaklığının farklılık gösterdiği bir gerçektir. İç ortam sıcaklığı tek başına ısıl konfora yeterli olmamaktadır.Klima mühendisleri yaygın olarak ASHRAE ‘ye ( American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning ) ve mal sahibinin isteklerini dikkate alarak hesaplamaya esas olacak sıcaklık, nem, basınç gibi

parametreleri belirlerler. İnsanlar için iklimsel konfor şartlar ı k ış şartlar ında 22°C - 24°C KT ve %50 bağılnem, yaz şartlar ında 24°C - 27°C KT ve %50 bağıl nem olarak tespit edilmiştir. Klima mühendisleri her odaiçin kullanım amacına bağlı olarak yaz ve k ış sıcaklık değerini ve bağıl nemi tespit ederek proje hesaplar ı yapmaktadırlar. Bazen yukar ıda verilen değerlerin çok dışına çıkarak dizayn sıcaklığını ve bağıl nemi dahadüşük seviyelerde kabul ederler. Örneğin çok soğuk ve kuru bir iklim bölgesinde k ış aylar ında ısıtma 18 °Cde tutulurken % 20 bağıl nem yeterli kabul edilebilmektedir.

Bina sahipleri için en iyi şekilde konfor sağlanmasında çeşitli standartlar belirlenmiştir, örneğin ISO 7730-1984 den konfor gereksinimi için tavsiyeler:

- Odanın kullanımı anındaki iç ortam sıcaklığı 20-24 °C ( 22+/− 2 °C);- Dikey hava sıcaklığı fark ı 1,1 m ve 0,1 m ve (kafa ve ayak bileği boyu) 3°C;- Döşeme sıcaklığı 19-26°C( 29°C döşemeden ısıtmalı sistemlerde);- Ortalama hava hızı 0.15 m/s ‘den az;- Yüzeyler arası sıcaklık farklar ı (pencere ile en sıcak yüzey arasında 10°C den az)- Sıcak tavan ile diğer yüzeyler arasında 5°C-

Yukar ıdaki şartlar insanlar ın yaşamlar ını en kolay şekilde sürdürebildikleri iklimsel çevre koşullar ıdır. [1] Bu ISO 7730-1984’ de belirlenen standartlar kar ışıktır ve çoğu zaman sağlanması zordur.

Mekanik havalandırmadaki en büyük risk ar ıza durumudur. Ar ıza durumunda sistem taze hava sağlayamazsa bina havasız kalacaktır. Bu nedenle taze hava sistemlerinde ar ızaya kar şı her türlü tedbir alınmalı vemuhtemel ar ızalar en k ısa zamanda giderilebilmelidir.




139

1.1.1.2 -Ortamdaki taze hava, hava kalitesi ve hava hızı

Binalar ın, içinde yaşayanlar için asgari düzeyde sağlıklı, konforlu ve emniyetli ortamlar sağlaması gerekir.Binanın yapısal sağlamlığı ve mimari anlamda doğru projelendirilmesi yanında yaşayan insanlar ın

tükettikleri havanın kalitesi son derece önemlidir. Taze hava solunum için gerekli olmasının yanında CO2 vesigara dumanı ile diğer bulaştır ıcılar ı seyreltmek için gereklidir. Ofislerde havalandırma ve taze hava sağlamaoranlar ında çeşitli standartlar vardır. Bu hava miktarlar ı, kişilerin aktivitesine ve yapıya göre farklı değerler alır. Örneğin; bir ofis binasında kişi başına 10 l/s den başlayı p, sigara içilen bir bölümde 25 l/s ye kadar çıkabilir. ASHRAE ve benzeri kaynaklardan kişi başına taze hava miktar ı binanın kullanım amacına vekullanan kişilerin yaptıklar ı işe bağlı olarak alınabilir.

Sistem kurulurken klima mühendisleri taze hava sağlama anlamında birçok parametreyi dikkate almak zorundadırlar. Bunlardan bazılar ı aşağıdakiler olabilir.

- Hava dağıtımı doğru yapılmalı ve her mekâna istenilen debide taze hava ulaştır ılmalıdır.- Kişi başına düşen hava miktar ı kişinin bulunduğu mekândaki aktivitesine bağlı olarak doğruseçilmeli ofis binalar ında 10 l/s’den az olmamalıdır - Oda içerisindeki hava hızı 0,1 ila 0.15 arasında tutulmalı yazın 0.25 m/s ‘ye yükseltilmelidir.

- Dış hava alış panjuru yerden toz emmeyecek kadar yüksekte olmalı mümkünse bir bahçeye bakancepheden alınmalı, trafik ve benzeri kirli hava riski olan k ısımlardan kaçınılmalıdır.- Oda içlerinde taze hava veriş ve egzoz atış noktalar ı iyi seçilmeli menfezler k ısa devreoluşturmamalı - Mutfak, tuvalet, şömine gibi bina içerisindeki ilave kirli hava kaynaklar ı merkezi sistemdenkesinlikle ayr ı olarak binadan uzaklaştır ılmalıdır.- Mümkünse bağıl nem oranı %40-%60 düzeyi arasında tutulmalıdır. Çalışılan ofisler pozitif basınçtatutulmalı ve kirli çevre havasının içeri girmesi önlenmelidir.- Fotokopi makinesi ve yazıcı gibi ofis aletleri ayr ı egzoz sistemine sahip bir kapalı odada

bulunmalıdır.1.1.1.2-Bağıl nem

Bağıl nem de ısıl konforda çok önemli bir parametredir. Şekil 2 de iç ortam sıcaklığı ve bağıl nemin ısıl

konfordaki etkisi görülmektedir [2] . K ış mevsimlerinde %50 civar ındaki nem çok iyi bir değerdir, ancak soğuk iklim bölgelerinde hava çok kuru olduğundan % 50 değerine yaklaşmak her zaman kolayolmamaktadır.

Şekil 1. Sıcaklığın çalışma verimine etkisi Şekil 2. İç ortam sıcaklığı ve ortam bağıl

nemine bağlı

olarak konfor




140

1.1.1.3-Duvar yüzey sıcaklığı

Duvar veya pencere iç yüzey sıcaklıklar ı konforu etkileyen en önemli parametrelerden biridir. Duvar ve camiç yüzey sıcaklığı ortam sıcaklığına ne denli yak ın ise konfor o derecede iyidir. Duvar yüzeyleri genel olarak cam yüzeylerine göre daha büyüktür o nedenle ısıl konforda daha önemli yer tutarlar. Konforlu bir ortamda

duvar yüzeyi ile ortam arasındaki sıcaklık fark ı 3°C yi geçmemelidir. Şekil 3 de iklim şartlar ı aynı olan üçadet dış ortama bakan duvardaki iç yüzey sıcaklıklar ı gösterilmiştir. Yalıtıma bağlı olarak iç duvar yüzeysıcaklığı ciddi oranda değişmektedir. Bu nedenle konfor kliması yapılırken yalıtım hesaplar ı ve bu hesaplaragöre duvarlar ın yalıtılması çok önemlidir. [2]

Şekil 3 İklim şartlar ı aynı olan üç duvarda iç yüzey duvar sıcaklığı değişimi

1.1.1.4-Cam yüzey sıcaklığı




141

Bir yapıda cam yüzeyinden olan ısı kaybı ve ısı kazancının duvar yüzeylere göre çok daha fazla olacağı açıktır. Cam yüzeylerdeki bu etkiyi azaltmak çift veya 3 katlı camlar kullanılmaktadır. Camlar ın çok katmanlı olması ve cam katmanlar ı arasında çoğu zaman havanın boşaltılması taşınım ve iletimle olan ısı kaybı ve kazancını ciddi miktarda azaltmaktadır, ancak camın çok katmanlı olmasının yaz aylar ında büyük miktarda ısı kazancını sağlayan güneşin radyasyonunu azaltmaya fazla bir etkisi yoktur.

Genellikle mimarlar taraf ından cam yüzeyleri mimari tasar ım göz önüne alınarak belirlenir. Camyüzeylerinden olacak ısı kazanç ve kayı plar ı dikkate alınmadan mimari projeler tamamlanır. K ış aylar ındacamdan olan ısı kaybının fazla olması camın ısı transfer katsayısının çok yüksek olduğu anlamına gelir. Fazlaısı kaybı olan bir camın iç yüzey sıcaklığı da oda sıcaklığından çok düşük demektir. Cam yüzeyi büyük veinsanlar ın oturma ve yatma alanlar ına çok yak ın ise içerdeki insanlar rahatsız olacaktır. Genelde bu nedenleklima mühendisleri ısıtıcı cihaz ve sistemlerini cam önlerine koymaya çalışırlar. Şekil 4 görüleceği gibiradyatörler salonda mümkün olduğunca cam k ısma yanaştır ılmıştır.

Her camın önüne bu radyatör veya fan-coil benzeri cihazlar ı yerleştirmek mümkün olmaz. Şekil 5 degörüldüğü gibi mimar haklı olarak salonda terasa açılan cam kapılar ın önüne böyle bir radyatör veya benzeri

ısıtıcıyı koymamıza müsaade etmeyecektir.

Şekil 4 Radyatörler mümkün oldukça cam altlar ına yerleştirilir.

Şekil 5 Salondan terasa olan geçişi engelleyen radyatör yerleşimi




142

Ancak yine k ış hava sıcaklığının sıf ır ın altında seyrettiği iklimlerde camın hemen yanındaki duvar dibinekonulan ısıtıcılar (Şekil 6) konfordaki rahatsızlık hissini ortadan kaldırmayacaktır, Bu nedenle Şekil 7 degörüldüğü gibi yer seviyesinde fanlı veya fansız konvektörler konabilir veya sadece cam önlerine yerdenısıtma yapılabilir.

Şekil 6

Şekil 7 Mekan içerisinde yer işgal etmeyen konvektör yerleşimi ve detayı




143

Çok tavsiye edilmese de eğer bina yüksekliği çok fazla değil ise ve mimari yapıda asma tavan yapılabiliyor ise bu cam yüzeylerine merkezi klima sisteminden hava üflenebilir (şekil 8) veya tavana fanlı ısıtıcılardanhava üflenebilir. Eğer bina net yüksekliği ( asma tavandan sonra) 3,5 metreden fazla ve k ış şartlar ı ağır isetavandan çözüm etkisini kaybetmeye başlayacaktır.Merkezi klima sistemi ile olan ısıtma, soğutma vehavalandırma sistemlerinde hava genelde cam yüzeylerine yak ın bölgeden üflenir, kirli hava iç k ısımlardan

uzaklaştır ılır.

Şekil 8

1.1.3 -Sağlıksız Bina Sendromu (SBS- Sendromu)Son yıllarda insanlar ın içinde bulunduklar ı ortamlardan dolayı iş gücü kaybına uğradıklar ı ve sağlıksız

binalarda çalışan birçok insanda bazı hastalıklar ın gözlendiği saptanmıştır. Dünya sağlık örgütü 1986 dan buyana binalardan kaynaklanan hastalıklar ı tanınabilen hastalık olarak kabul etmiştir. “Sağlıksız BinaSendromu” (SBS) veya “Hasta Bina Sendromu” (HBS) olarak adlandır ılan bu hastalık neticesinde sırf hasta

için belli bir sorun değildir, devamsızlığın artması, verimliliğin düşmesi, yeni işçi sayısının artması, ticarianlamda da işvereni ve ülke ekonomisini etkilemektedir. Hasta bina sendromlar ı ne hayati tehlike arz eder nede sakatlayıcıdır, fakat rahatsızlığı çekenleri ciddi anlamda etkilemektedir, is yeri büyük iş gücü kaybınauğramaktadır.[3,4] SBS’nin oluşumunu tanımlamak zordur, belli bir binada yaşayan kişilerin yaklaşık % 20sinde de görülmektedir. ABD’ de bu tip semptoma yol açabilecek bina oranı %30 civar ındadır.

1980’ lerden sonra yaygınlaşan fotokopi, fax makineleri, bilgisayar, güç kaynaklar ı, yazıcı ve benzerimalzemelerin kullandığı mürekkep toner ve benzeri kimyasallar ile özel kâğıtlar ın vb gibi malzemelerinyaydığı toz ve kokular ciddi kirlilik kaynağıdır. Bunun yanında duvardan duvara döşenen halılar, duvar kâğıtlar ve bunlar ın yapıştır ılması için kullanılan yapıştır ıcılar ın yaydıklar ı zehirli maddeler SBS riskiniarttırmaktadır. İnşaat tekniğindeki gelişmeler ile birlikte inşaat aşamasında kimyasal madde kullanımı daartmıştır. 1970’li yıllarda başlayan enerji krizi ile birlikte binalar mümkün olduğunca yalıtılmaya başladı, bu

yalıtımla birlikte doğal havalandır ılın bina yapımı azaldı özellikle büyük ofisler cebri havalandırmalı klimasistemleri ile donatıldı. Tüm bu etkenlerin sonucu 1990 lı yıllarda bu tip binalarda yaşayanlarda, çalışanlardaönemli sağlık sorunlar ının ortaya çıktığı görüldü.

Bilindiği gibi binalardan kaynaklanan “legionella”, gibi nedeni belli olan hastalıklar ın yanında nedeni belliolmayan kesin tanımlanmamış çevre tahammülsüzlüğü, kronik yorgunluk gibi hastalıklar arasında SBSönemli bir yer tutmaktadır.

Özellikle insanlar ın işyerlerinde rastladıklar ı bir grup semptomlardır, tipik semptomlar: [ 3,4,5 ]

• Sersemlik hissi




144

• Yorgunluk • Konsantre kaybı • Mide bulantısı ve baş dönmesi• Baş ağr ısı • Boğuk seslilik, har ıltılı soluma, boğazda kuruma ve tahriş

• Gözde batma, kaşıntı yaşarma, kontak lenslerde batma ve tahammülsüzlük • Burunda ak ıntı ya da tıkanma• Cilt tahrişi ve k ızar ıklık bunun yanında ciltte yanma ve kuruma• Göğüste sık ışıklık • Nefes darlığı • Öksürük

Tüm toplum bu semptomları gösterdiği halde bazı binalarda çalışan insanlarda daha fazla hissediliyor.[3,4,5]

• İş yerinden uzak semptomlar azalıyor veya yok oluyor

• Ofis binalar ında daha yaygınlar • Daha fazla kamu binalar ında oluyor, idari personelden ziyade evrakla uğraşan

memurlarda daha fazla risk var • En çok cebri havalandırma olan, ofis binalar ında yaygın• Daha çok kendi konfor şartlar ını bireysel olarak ayarlayamayan insanlarda• Semptomlar sabahtan ziyade öğleden sonra daha yaygın• Çok zaman iç yüzeyler tekstil ile donatılmıştır.• Camlar ı açılmayan giydirme binalarda daha fazla

1.1.3.1-Nedenleri

SBS nin aşağıda belirlenen bir veya birden fazla faktörlerden meydana geldiği düşünülüyor. [3,4,5]

- Yetersiz ışıklandırma

- Yüksek sıcaklık ve yetersiz hava hareketleri

- Havasızlık

- Düşük bağıl nem

- Kokular

- Havada uçuşan toz ve fiberler,

- Yazıcı fotokopi, döşemelik ve temizleyiciden solvent emisyonu,

- Kirletici kimyasal maddeler,

- Uzun süre bilgisayar ekranı

kullanma (5 saatten fazla)- İş memnuniyetsizliği ve stresi

- İş ortamında sigara içilmesi

- Kirli ve bak ımsız klima sistemi

- Düşük frekanslı gürültü

- Düşük frekanslı flüoresan lambalar

K ısaca bina ile ilgili SBS ye neden olabilecek faktörlere de bakacak olursak **

- Cebri yoldan havalandırma

- Klima sisteminin olması




145

- Yetersiz bina bak ımı - Kamu binası - Şehir merkezinde yer alma- Su sızıntısı ya da nem sorunu- Bina yaşı > 15

- Dış ortamdan gelen havanın kalitesi- Tavanlar ın alçak olması (< 2,4 m)

1.1.3.2-Havalandırma sisteminin ve kirli havanın SBS ye etkisi

Doğal havalandırmada bina sakinlerinin seçenekleri var; örnek iç ortam sıcak olunca camı açabiliyorlar vesoğuk olunca kapatabiliyorlar. Merkezi olarak yapılan havalandırma sistemlerinde binayı komple kontroletmek kolay oluyor ancak lokal kontroller zorlaşıyor. Yüksek katlardan oluşan çoğu yeni ofis binalar ındahavalandırma merkezi bir klima santralinden cebri olarak sağlanıyor. Cam açma ve kapama olanağı çoğunlukla yoktur. Bu tür yapılarda klima sistemi seçimi çok önemli oluyor.

Tamamen sabit hava debili klima santralleri (CAV) ile veya değişken hava debili (VAV) klima santralleri ile

yapılan ısıtma soğutma ve havalandırma sistemleri SBS açısından daha risklidir. Bu tür sistemler ortamlardanaldıklar ı havanın büyük bir k ısmını yeniden ortama basmaktadırlar. Özellikle VAV santralleri onlarca değişik mekandan aldığı havayı kar ıştırmakta ve klima santralinde şartlandırdıktan sonra geri basmaktadır. Bu işlemhasta olan bir odadaki kirli havayı kolayca diğer odalara taşıyabilecektir. Ayr ıca kar ışımlı santral içindekitaze hava oranını her zaman istenilen seviyede tutmak ve arzulanan miktarda odalara göndermek kolaydeğildir. Özellikle tek kanallı (single- duct) VAV sistemlerinde kullanıcı oda sıcaklığını ayarlamak içintermostatla oynayacak ve hava miktar ı azalacak veya çoğalacaktır. Hava miktar ı azaldığında taze havamiktar ı dizayn değerlerinin çok altına düşebilir

Fan-coil+ taze hava, VRF (değişken soğutucu ak ışkan debili soğutma) + taze hava sistemleri tam havalı sistemlere göre taze hava sağlamada daha uygundur. Bu sistemlerde ısıtma ve soğutma işlevini cihazlar görmektedir (fan-coil, radyatör, VRF vbg) dolayısı ile klima santralleri veya hava sağlayan cihazlar sadece

taze hava sağlamakla meşguldürler. Hava birçok mekana tek bir klima santralinden gönderiliyor ise havanınher odaya istenilen miktarda dağıtımı çok önemlidir.

Taze hava dağıtımına ait sistem seçimindeki önem kadar verilen taze havanın kalitesi de çok önemlidir.Havanın kirli olmasına yola açan başlıca nedenlere k ısaca bakacak olursak;

** Kaynak Deason JP Environ Engg and Policy 1998:37-45]

• Bina sakinleri taraf ından çevreye bırak ılan kirletici maddeler. Bu maddeler CO2, su buhar ını, mikro-organizmalar ı, ihtiva eder. Sigara dumanı hava kirliliğinin çok büyük nedenidir.

• Taze hava çok kirli ve tozlu bir bölgeden binaya alınıyor olabilir.• Binadaki dokuma ve döşemeler; Kirletici maddelerin ana kaynağını oluştururlar, halı ve

döşemelerden toz ve fiberler hava içerisine yayılır. Yine duvar kağıdı ve halılar ı yapıştırmak için

kullanı

lan kimyasallar havayı

sürekli kirletirler.• Ofis makineleri: Fotokopi odalar ı ayr ıca egzost edilmiyor ve bu makinelerin yaydığı kimyasallar vetozlar ortama yayılıyor ise özellikle çok önemli bir kirleticidir. Bu tür makinelerin ayr ı bir odada

bulundurulmalar ı gerekir.• Nemlendirme olmasa bile havalandırma en önemli bakteri taşıyıcı ve yayıcı ortam olabilir, Yoğuşma

suyunun toplandığı tavalardan ve iyi izole edilmemiş borulardan akan sulardan mikro organizmalar klima sistemine geçebilir.

• Tam kar ışımlı santrallerde yeniden sirküle ettirilen hava bir mekândaki bakteriyi diğer temizalanlara taşıyabilir.

Bizi tabi ki bu faktörler arasında havalandırma, hava kalitesi, dolayısı ile klima sistemi ve bağıl nem oranı yakinen ilgilendirmektedir.




146

• ABD de yapılan bir araştırmaya göre 800.0000 ila 1.200.000 ticari binanın 1/3’ünde SBS sorunuyaşanmıştır.

• 30-70 milyon kişi etkileniyor.• SBS nedeniyle sağlık harcamalar ı 1 milyar dolar • İşgücü kaybı 6 milyar dolar

SBS (Sick Building Syndrome) nin tek nedeni klima ve havalandırma sistemleri değildir. SBS ye yukardasayılan bir veya birden çok faktör neden olabilmektedir. Ancak kaynaklar ın çoğu yetersiz havalandırmayı veiç ortam havasının kalitesizliğini en büyük neden olarak göstermektedir.[5] Dünya Sağlık Örgütü (WHO)SBS’in nedenleri bilinmiyor diyor fakat Strathclyde Üniversitesindeki araştırmacılar delillerin 1970’lerdekienerji krizinden sonraki yapı değişikliklerinden kaynaklanmaktadır diyorlar. Yine Amerika’nın ÇevreKoruma Ajansı (EPA) ,ofis personellerinin % 20-35’i düşük hava kalitesinden dolayı rahatsızlık çektiklerinive bunun SBS’na katk ısı olabileceğini, bu etkinin semptomlar ın bazılar ını yaratabileceğine karar verdi.[3]

Amerikan Ulusal İş Güvenliği ve Sağlık Enstitüsü SBS için geniş kapsamlı araştırmalar yapmış ve buaraştırmalar sonucunda, sorumluluğun %50 yetersiz havalandırmaya yüklemiştir. Mikroplardan kaynaklanandüşük hava kalitesi, Uçucu (gaza dönüşebilen) maddeler, dokumalardan partiküller ve iç veya dış bulaşıcılar takriben hastalık kaynağının %25ni oluşturmaktadır. Geri kalan miktar henüz bilinmemektedir.[3]

Sonuç olarak binalardaki SBS’ nin ana nedeninin cebri havalandırma olup olmadığını kanıtlamak için yapılantüm araştırmalar büyük oranda bunun en önemli neden olduğunu kanıtlamıştır. Yine yapılan tümaraştırmalar en hasta yapılar ın klimalı olduğunu ve en sağlıklı binalar ında yine klimalı olduğunugöstermektedir. Buradan biz klima mühendisleri için çıkan sonuç; doğru projelendirilmiş ve temizlik kurallar ına uygun monte edilmiş bak ımı düzenli olarak yapılan binalarda hastalık riskinin daha az olduğudur.

1.1.3.3-Nem oranı ve nemlendirme sistemlerinin SBS ye etkisi

Nemin % 50 civar ında olması durumunda mikro-organizmalar ın hayatta kalmalar ı zorlaşıyor, daha fazla nem

olması rutubete neden oluyor ve mikro- organizmalar ın gelişmelerini teşvik ediyor.[3]

İş yerindeki havada bulunan nem oranının birçok nedenden dolayı kontrol edilmesi gerekir. Çok yüksek nemyüksek sıcaklıkla birleşir ise insanlarda bunalma hissi uyandır ır, çok yüksek nem düşük hava sıcaklığı ile

buluşursa cam yüzeylerinde yoğuşmalar başlar. Düşük nem miktar ı mukoza zarlar ının kurumasına nedenolur, göz, burun, solunum yollar ında rahatsızlıklara neden olur. Ofisler için tavsiye edilen bağıl nem %40-%60 arasındadır. Konfor ve sağlık için önemli olan nemlendirme sistemleri aynı zamanda hastalıklar içinönemli riskler içerir.

Nemlendirici veya hava temizleyicilerden kirlenmiş su havaya yayıldığı takdirde “ Pazartesi hastal ı ğ ı” veya“ Nemlendirici ateşi ” (humidifier fever) gibi hastalıklara neden olabilir veya mikro-organizmalar ın

bulaşmasına yol açar. Nemlendirici ateşinin olma riski, çoğunlukla hangi tür nemlendirici kullanıldığına,özellikle nemlendiricinin su tutup tutmadığına, aynı suyun tekrar sirküle edilip edilmediğine venemlendiricinin su damlalar ını ortama gönderip göndermediğine bağlıdır.

1.1.3.3.1- Yaygın olarak kullanılan nemlendirme sistemleri ve SBS’ ye etkileri[3] .

Sıcaklık gibi nem oranının tek başına SBS ye sebep olma olasılığı yoktur ancak diğer semptomlara katk ıda bulunmaktadır.

a-Soğuk su buharlaştır ıcılar su tutma özelliği olan ve hava geçiren bir malzeme üzerinden geçenhavanın nemlendirilmesi esasına dayanır. Aynı suyun devamlı kullanılması durumunda “ legionella”hastalığı riski vardır, organizma üremesine ve salmasına uygundur ancak nemlendirici ateşi hastalığı görülmemiştir.




147

b-Sıcak su buharlaştır ıcı bir hazne içerisinde ısıtılan su buharlaşarak üzerinden geçen hava ak ımınakar ışır, nemlendirici ateşi hastalığı görülmemiştir.

c-Buhar enjeksiyonu; merkezi bir buhar üreten cihazdan veya buhar üreten lokal küçük makinelerdensağlanan buhar doğrudan havanın içerisine püskürtülür, buhar ın sterilize etkisinden dolayı ensağlıklı nemlendirme şeklidir, bugüne kadar nemlendirici ateşi ile ilgili hiçbir bağlantı

bulunamamıştır.d-Sık ıştır ılmış hava püskürtme işleminde ise çok temiz olarak depolanmış olan su, sık ıştır ılmış hava

yardımı ile ortama bir dizi sprey yardımı ile püskürtülür. Bu sistemlerle yapılan nemlendirmesonucunda bugüne kadar nemlendirici ateşi ile ilgili hiçbir bağlantı bulunamamıştır.

e-Püskürten dönen disk nemlendirici çoğunlukla nemlendirilecek ortamın içerisine yerleştirilir.Su nemlendirici altındaki bir haznede bulunur, dönen disk, çabucak buharlaşan ince bir spreyoluşturur, su ağır bir şekilde kirlenir. Bu tür nemlendiriciler birkaç hastalıkta tartışma konusuolmuştur.

f- Sprey nemlendiriciler ve hava temizleyiciler, genelde iri taneli su damlalar ı oluşturur, Daha çok klima santralar ında nemlendirici bir hücre bulunur. Bu hücrenin içinde alt k ısımda su haznesi vesuyu püskürtmekte kullanılan pompa mevcuttur. Pompa ile su nozullara sevk edilir. Nozullardan su,havanın içerisine püskürtülür, damlalar ın kanallara sürüklenmemesi için damla tutucular mevcuttur.Bu tür sistemlerde hastalık vakalar ına rastlanmıştır.

Son yıllarda artan hastalık riski ve özellikle tanımlanabilen bir hastalık olan legionella nedeni ile havuz tipinemlendirme sistemleri konfor klimasında hemen hemen tamamen terkedilmiştir.

1.1.3.3.2- Nemlendirici sistemler kurulurken alınması gereken tedbirler

En önemli tedbir; ağır şekilde kirlenmiş su zerreciklerinin ortama girmesini engellemektir. Bunun için ilk yapılması gereken doğru sistemi seçmek, sistemin bak ım ve temizliğini doğru şekilde hiç ara vermedensürdürebilmektir. Buharlı nemlendiriciler en risksiz olan sistemleri oluşturur, ancak buhar ın elde edilmesi vedağıtımı kullanımı her zaman kolay olmaz. Buhar kullanan bir fabrikada ana buhar kazanından buhar almak ve kullanmak oradaki alt yapı ve teknik kadro için çok uygun olabilir, ancak buharla işi olmayan bir ofis

binasında durum farklıdır. Emniyetli olmayan diğer sistemler kullanılıyor ola bilinir, bu durumda diğer tedbirler daha önemli olacaktır. [3]

-Su sağlanması: Sağlanan su temiz, pisliksiz/mikropsuz olmalıdır. Suyu mümkünse su sağlanan borulardan doğrudan almalı, suyu depolamak için bir tank kullanılacak ise, depo basınçlı su ileyıkanmalı, düzenli olarak yıkama ve depo bak ım işlemi yapılmalıdır.-Temizleme ve dezenfekte etmek: Özellikle sistem sprey veya püskürtme türünden ise su depolar ı venemlendiricilerin düzenli olarak temizlik ve bak ımlar ı daha önemli bir konu olmaktadır. Temizliğinsıklığı suyun depolandığı ve cihazın çalıştığı çevresel koşullara bağlı olacaktır.-Bak ım: Su damlalar ını tutan bölümlerin, cihazın tamamının bak ımı çok önemlidir, Suyun kaçmasını önlememiz gereken bölümlere gerçekten suyu kaçırmamalı ve bakteri üremesini engellemeliyiz.Bak ım mutlaka belli dönemlerde ve sürekli olmalı.- Suyun tedavisi için kimyasal maddeler: Bina sakinlerine olan potansiyel zararlar ından dolayı, esasolarak nemlendirme suyuna kimyasal katmak doğru değildir. Yinede bazı organik yoldan gelişenmikroplar başka yollarla etkisiz hale getirilemiyor ise kullanılması kaçınılmaz olabilir.

Nemlendirici ateşi olmuş bir yerde, temizleme ve bak ım yapıldıktan sonra hastalık devam eder ise sistemkomple değiştirilmelidir.

1.1.3.4 Klima Sisteminin, projelendirme ve montaj aşamasındaki çalışmaların SBS ye etkisi

a- Projelendirme aşaması:

HVAC Sistemlerinin seçimini en önemli etkileyen faktörler, binanın amacı ve bina sahibinin istekleridir.Mimari projenin oluşumu aşamasında diğer mühendislik disiplinlerinin mimar ile birlikte çalışması çok önemlidir. Klima mühendisine danışılmadan geliştirilmiş olan bir mimari yapıya uygun sistem seçmek veuygulamak her zaman mümkün olmaz. Klima cihazlar ı, kanallar ı ve borular ı için yeterli ve uygun yer

ayr ılmadan tamamlanan mimarilere sistem uydurmak ve doğru olarak projelendirmek çok zordur. Uygun




148

makine daireleri, kanal ve boru parkurlar ı belirlenmeden yapılan klima ve tesisat sistemlerinde muhtemelenaşağıdaki sorunlardan birisi veya birkaçı aynı anda yaşanacaktır.

- Klimacı o yapıya en uygun sistemi seçemeyecek, bazı noktalarda standart ve kriterlerden sapmak zorunda kalacak, enerji kullanımında optimum rakamlar ı yakalayamayacak belki sağlıklı enerji

paylaşımını yapamayacak.- Küçük ve basık klima odalar ı cihazla servis vermeyi zorlaştıracak filtre temizliği gibi en gerekli bak ım işlemi bile sağlıklı yapılamayacaktır.

- Küçük ve basık makine ve klima santral odalar ında kanal ve borular ın standartlara uygun montajı yapılamayacaktır, küçük hacimler yeterli sesi yutamayacaktır. Boru ve kanal devrelerine aksesuar montajı ve bak ımı zor yapılacaktır, Basık ve dar hacimlerdeki bu zorlamalardan dolayı kanal ve

boru devrelerinde kullanılan dirseklerin adeti artacaktır buda pompa ve fanlar ın basma yüksekliğiniartıracak fan ve pompalar ın ses seviyeleri ve enerji giderleri artacaktır.

- Kule gibi dış üniteleri temiz ve yapıda görüntü çirkinliğine yer açmayacak yerlere konulamayacaktır.- Temiz hava yapılar için hayati önem taşıdığına göre yapıya en uygun yerlerden toz duman gibi

unsurlardan en uzak temiz yerlerden hava alınamayacaktır.- Klima mühendisinin arzusu dışında oluşan zorunlu kanal ve boru hatlar ının montaj ve bak ım

maliyetleri artacaktır. Bu güzergahlarda yeterli açıklık yok ise su ve hava hızlar ı artacak küçük

kesitli kanallarda temizlik zorlaşacaktır. Kanal ve borular lüzumsuz yere bir birini keserek asmatavan kotunun düşmesine neden olacak, dirsek sayısı artacaktır.

- Uygun yerlere konulmayan klima santralleri asma tavanlardaki kanal kargaşasını arttıracak ve düşük asma tavana yol açacaktır.

- Pis sular ın bina içinde toplanması ve uzaklaştır ılması uygun olmayan şartlarda gerçekleşecek; binaiçinde pis su çukurlar ı ve yağ tutucu gibi yerlerin lüzumundan fazlasını projelendirmek zorundakalacaktır.

- Yeterli havalık ve armatür ile donatılmamış olan pis su hatlar ında koku riski oluşacaktır.- Yapıya yeterli taze hava dağılımı yapmakta zorlanacaktır,- Yapıdaki kirli havalar ı en uygun noktadan, uzaklaştırmak kolay olmayacaktır. Klima mühendis,

egzoz havasının taze hava alış ağzından mümkün olduğunca en uzağa ve çatı seviyesine atmaktazorlanacaktır.

Sonuç olarak mimarinin gelişim ile birlikte kurgulanmamış sistemler genellikle daha fazla enerji tüketirler,daha sesli cihaz ve sistemi içerirler, temizlik ve bak ım kolay değildir. SBS ye katk ı yapacak faktörler içerirler.

b-Montaj aşaması

Montaj aşamasındaki en önekli faktör temizliktir. SBS ye katk ıda bulunmayacak bir HVAC tesisi ancak bir

bütün olarak inşaatın da temiz olduğu bir şantiyede mümkündür.

- Montaj öncesi klima malzemelerinin tamamı kuru ve temiz tozdan uzak bir depoda tutulmalıdır.- Borular kesinlikle kuru yerde depolanmalı ve boruluma yapılan alanlarda ıslak olmamalıdır.- Borular ın uçlar ı montaj yerine nakledilene kadar kapalı tutulmalı, mesai bitiminde açık boru uçlar ı

kapatılmalıdır.- Borulara toz ve benzeri kirleticiler girmiş ise vakumlu bir sistem veya basınçlı hava ile

temizlenmelidir. Temizlik esnasında mecbur kalmadıkça kimyasal madde kullanılmamalıdır.- Kanal imalatında kullanılacak saclar veya asıma hazır kanallar suya toza maruz kalan alanlarda bekletilmemelidir. Kirlenmiş kanallar ı temizlemek çok zordur. Kanal içerisinden akan havanındoğrudan insanlar ın solunum yoluna ulaştığı düşünülürse kanal temizliği ve bak ımının ne kadar önemli olduğu görülür.




149

- Kanal içerisine ses kesmek veya daha başka amaçla kaplanan malzemeler lifli havaya uçucu maddeaktaran cam-yünü türü malzeme olmamalıdır. Özel üretilmiş kanal ses izole malzemesikullanılmalıdır.

- Kanal izolesinde yapışkan tür izole çivisi kullanılıyor ise bu çivilerin yapıştır ıldığı kanal yüzeylerimutlaka yapıştırmadan hemen önce hafif nemli bir bez ile silinmelidir, aksi takdirde toz ve kir

nedeni ile çiviler zamanla açılacak ve kanal izolasyonu dağılacaktır.- Kanal içine çıkma riski çok fazla olduğundan kesinlikle yapıştırma türü çiviler ile kaplama

yapılmamalıdır, açılan bu kaplamalar havayı bloke edebilir veya kirletebilir.- Önceden montajı yapılmış tüm makine ve armatürler işletmeye alınana kadar üzerleri kaplanarak

korumaya alınmalıdır.

1.1.3.5-Tertip ve Temizliğin SBS ye etkisi

Düzgün planlanmış çalışma alanlar ı çalışma verimini etkiliyor. Dosyalar ın masalardan taştığı evraklar ınkar ışık şekilde dolaştığı dağınık ve tozlu bir ofis huzursuzluk kaynağıdır ve çalışana huzur vermez. Bunedenle çalışma alanlar ı çok güzel kurgulanmalı, evraklar insanlar ın bulunmadığı odalarda düzgüncevakumlu temizliğe elverişli şekilde depolanmalıdır.

- Dağınık kâğıt ve kitap yığınlar ı sırf toz yaratmakla kalmıyor kolay temizlenemediği için toz birikimine neden olur. Kâğıt tozu ve diğer tozlar ın giderilmesi için vakumlu temizleyici kullanılması tavsiye edilir. Vakumlar yüksek verimli filtreler ile donatılmalı veya su içerisine toz toplayantemizleme makineleri kullanılmalı.

- Mekanik tesisatın temizliği ve bak ımın çok önemlidir.- Yumuşak döşemelerin, halılar ın, perdelerin temizlenme şekil ve periyotlar ı dikkatle planlanmalıdır.

Perdelerin düzenli yıkanması gereklidir. Temizlikte kullanılan maddeler SBS ye ilave potansiyelkaynak oluşturmamalıdır. Halı, sandalye, koltuk gibi dokuma malzemeler soğuk şampuan lamametodu ile temizlenmeli. Eğer semptomlar devam ederse buharlı temizleme düşünülmeli.

- Fotokopi makineleri; ayr ı bir odada olmalı bu hacmin kirli hava tahliyesi bağımsız olmalı binada bulunan santral dönüş havassına kar ıştır ılmamalı. Bu oda ve fotokopi makinesi düzenli temizlenmelikimyasal ve kâğıt tozu yok edilmeli.

- Yazıcılar; fotokopi makineleri kadar kirletici değiller, ancak sık sık temizlik yaparak oluşacak kâğıt

tozu ve kimyasallar yok edilmeli.- Sert çalışma yüzeyleri kuru bir şekilde silinmemeli silmede kullanılacak malzeme mutlaka ıslak

olmalı. Panjurlar günlük vakum gerektirir.- Sert taban yüzeyler; Bunlar f ırçalanı p, nemli paspas ile paspaslanır ve parlatılır, parlak ve cilalanmış

yüzeyler nemli paspas ile toz almaya yardımcı oluyor.- Camlar ın içerden en az ayda bir kez dışardan yılda en az iki defa silinmesi gerekiyor.- Bilgisayar donatımı, telefon v.s normal toz tutma alanlar ıdır, bu cihazlar ın ve kablolar ının her gün

nemli bezile silinmesi gerekir.- Tüm bu temizlik işlemlerini yapan aletlerin, vakum ünitelerinin, süpürge ve benzeri aletler

zamanında bak ımlar ının yapılması ayr ıca f ırçalar ın, paspaslar ın, toz toplayıcı torbalar ın ve benzerimalzemelerin yı prandığında zamanında değiştirilmesi ve bak ımlar ının yapılması da son dereceönemlidir.

1.1.3.6-Bak ımın SBS ye etkisi

Bak ım temizlikte birlikte bina sağlığını ve dolayısı ile çalışanlar ı etkileyen en önemli faktörlerden birisidir.

Binalar işlevlerine ve kapasitelerine göre muhtelif merkezi veya münferit klima ve tesisat sistemine sahiptir.Çok büyük olan ofis ve benzeri binalarda teknik servis tüm bak ım işlerini yapmakta ve klima sistemi ile

birlikte diğer binaya hayat veren mekanik ve elektrik donanımlar ının çalışmasını sağlamaktadırlar. Genellikleteknik servis hizmetleri her binanın kendi bünyesinde bulunan ekiplerle sağlanmaktadır. Çoğu teknik servisve bak ım elemanlar ı inşaat döneminden kalmakta dolayısı ile asma tavan altında kalan boru ve kanalgüzergâh ve armatür yerlerini çok iyi bilmektedirler. Bu tür teknik servis elemanlar ının sağlamış olduğuhizmetler dışar ıdan servis alınarak yapılan bak ım ve servis hizmetlerine göre daha başar ılı ve dahasağlıklıdır. Dışardan servis veren firma sayısı son yıllarda artmaya başlamıştır, bu tür hizmeti verenelemanlar binalar ı kolay tanıyamazlar ve sistemleri kolayca algılayamazlar. Özellikle As-Built gibi projelerin




150

bulunmadığı binalarda binadaki boru ve kanal güzergâhlar ı ile kanal ve borulara ait armatürlerin yerlerinikolay kolay bulamazlar ve servis veremezler.

Bak ım, özellikle klima ve tesisat sistemlerinde bak ım kitaplar dolusu program ve ayr ıntı gerektirecek kadar

geniş ve kapsamlı bir konudur. Kaba başlıklarla mutlaka olması gereken işler;

- Çok planlı ve periyotlara ayr ılmış bak ım programı.- Bak ım esnasında doğru bak ım prosedürünün izlenmesi.- Mutlaka her cihazın bak ımını deneyimli kişiler yapmalı.- Her bak ım sonunda ar ıza listeleri nedenleri, ar ızada yapılan işler, sonuç ve tarihlerini içeren detaylı bak ım cetvelleri hazırlanmalı veya mevcut cetvellere işlenmeli

- Bak ım esnasında üretici firmanın görüşü firmanın önerdiği yedek parça, yağ, filtre, rulman, kayış ve benzeri yedek parçalar ın kullanılması

- Tavsiye edilen aralıklarda kullanılan malzemelerin yenilenmesi,- Hayati öneme sahip olan malzemeler mutlaka binaya ait teknik servisin stoklar ında bulundurulmalı - Yedek olarak kurulmuş fan, pompa gibi cihazlarda eş zamanlı kullanım sağlanarak bu aletlerin

kar ıncalanma ve paslanmalar ı önlenmeli- Özellikle hava filtreleri tavsiye edilen aralıklarla yenilenmeli, kullanıldığı yer çok olumsuz şartlarda

ise bu süre üretici firmalar ın verdiği sürelerden k ısa tutulmalı - Soğutma sistemi gibi boru ve armatürleri terlemeye maruz olacak sistemlerde izolasyon bak ımı çok

önemlidir, izoledeki delik ve yırtıklar bu yüzeylerde terlemeye ve dolayısı ile borularda vearmatürlerde çürümeye neden olur. Yine bu terleme sonucunda biriken sular, etrafta bakteriüremesine yol açacaktır.

- Soğutma kuleleri, “legionella” hastalığının en önemli kaynağı olarak bilinir, bu nedenle özel bak ım vekontrol gerektirir, bu kapalı devredeki kule suyu sürekli kontrol edilmelidir

- Yoğuşma sular ını toplayan tavalar ve bunlar ın tahliye hatlar ı sürekli denetlenmeli suyun tahliyeedilmesi bir yerlerde birikmesi engellenmelidir.

- Pompa salmastralar ından ve boru ek yerleri ile armatür bağlantı noktalar ından su kaçağına bir damlada olsa asla müsaade edilmemeli.

- Prüjör ve diğer hava alma maksadı ile yerleştirilen cihazlardan atılan sular ortama bırak ılmamalı makine dairelerine yayılmadan ve ortamda buharlaşmadan tahliye edilmelidir. Bu tahliye borular ı üzerine konulacak şeffaf hortum veya gözetleme camlar ı ile suyun ak ışı izlenmelidir.

- Makine dairelerine bırak ılan her su zerresi ve buhar ın burada bulunan cihazlar ı yı pratacağı unutulmamalıdır. Tüm makine ve klima dairelerinin son derce kuru ve temiz olması sağlanmalıdır.Maalesef ülkemizde zemini ıslak, ya da su birikintisi dolu makine daireleri çoğunluktadır.

- Kapalı devrelerde dolaşan sular ın PH ve diğer kimyasal denetimleri her gün yapılmalı ve istenmeyenşartlardaki suyun borular ı ve sistemi kirletmesi ya da eritmesi önlenmelidir.

SONUÇ

Bu çalışmadan da görüleceği gibi, insanlar için çevresel yaşam koşullar ı son derece sınırlı bir sıcaklık aralığı ve bu sıcaklığa bağlı nem ve benzeri parametrelerle ilgilidir. Yaşanan ortamdaki hava kalitesi ve diğer gürültü ışık gibi faktörler, bina üzerinde olumlu ve olumsuz bir dizi etki yaratmaktad ır. Sağlıklı binalar ınyaratılmasında klima mühendislerine sistem seçiminden başlayarak büyük sorumluluk düşmektedir.

KAYNAKCA

[1]- Prof. Dr. Ali Çetin Gürses “Klima Ders Notlar ı”

[2]- ODE Teknik Yayınlar ı No: G 20 Eylül 1999

[3]- Roster Jark “Sick Building Syndrome” E&FN SPON -1997

[4]- Evyapan Fatma “Sağlıksız Bina Sendromu (SBS)” Türk Toraks Derneği Mesleki ve Çevresel Akciğer Hastalıklar ı Sempozyumu- 14-15 Aralık 2006 Ankara

[5]- Tuncer A., SOYER Ö UYSAL “Hasta Bina Sendromu” Astım Alerji İmmünoloji 2005; 3 (2):97-102




151

HAVA SOĞUTMALI KONDENSERLİ BİR SOĞUKSU GURUBUNDA DIŞ

SICAKLIKLARIN DEĞİŞİMİNİN SOĞUTMA KAPASİTESİ VE ETKENLİĞİNEETK İSİ

Serkan Sunu - Serhan Küçüka*

Dokuz Eylül Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü*e-posta: [email protected]

ÖZET

Bir su soğutma gurubunda yoğuşturucu üzerinden geçen hava sıcaklığının ve buharlaştır ıcıya gönderilen susıcaklığının değişiminin soğutma performansına olan etkisi araştır ılmıştır. Scroll tip kompresör vetermostatik genleşme vanası kullanılan, yoğuşturucusu hava soğutmalı ve buharlaştır ıcı taraf ında susoğutulan 4 kW kapasiteli bir soğutma sistemi kurulmuştur. Yoğuşturucuya gönderilen hava sıcaklığı ve

buharlaştı

r ı

cı

ya gönderilen su sı

caklı

ğı

değiştirilerek sistemin buharlaşma ve yoğuşma bası

nçlar ı

nı

n değişimiizlenmiştir. Diğer yandan, değişen hava ve su sıcaklıklar ı için yoğuşturucu ve buharlaştır ıcıda gerçekleşen ısı geçişi ε-NTU yöntemi ile hesaplanmıştır. Farklı hava ve su sıcaklıklar ı için soğutma sisteminin

performansının belirleneceği sayısal bir model geliştirilmiş ve sonuçlar deney sonuçlar ı ile kar şılaştır ılarak,uyumlu olduğu gözlenmiştir. Modelden elde edilen sayısal sonuçlar kullanılarak Soğutma gurubununkapasite ve etkinlik katsayısının dış ortam sıcaklığına bağlı değişimi eğriler halinde sunulmuştur.Yoğuşturucu ve buharlaştır ıcının ısı transferi kapasitelerinin çalışma etkinliğine etkisi tartışılmıştır

Anahtar Sözcükler: Soğutma çevrimi, soğutma etkinliği, ε-NTU yöntemi, benzeşim modeli, yoğuşturucu,

buharlaştır ıcı

1. GİR İŞ

Bir soğutma çevriminde, sistemin herhangi bir noktasında olan sıcaklık ve basınç değişimi, sistemin tümçalışma noktalar ını etkilemektedir. Yoğuşturucu taraf ı hava soğutmalı bir soğuk su üretim grubu (chiller)tesis edilerek, farklı dış hava ve su sıcaklıklar ı için çalıştır ılmış ve sistem davranışının değişimi gözlenmiştir.Sistem bilgisayar ortamında modellenerek, farklı çalışma koşullar ında sistemin dinamik davranışı izlenmiştir.

Soğutma çevrimlerinin sayısal olarak modellenmesi hakk ında literatürde farklı çalışmalar mevcuttur. JeffreyHui Jin ve J.D. Spitler, sudan suya ısı pompalar ı için bir parametre tahmin modeli geliştirmişlerdir. Bunagöre hiçbir deneysel veriye ihtiyaç duymadan sadece katalog verileri kullanılı p, bir ya da birkaç parametreyieşzamanlı olarak tahmin ederek sistemi oluşturan elemanlar ın kapasiteleri tespit edilebilmektedir. Lee veYoo taraf ından yürütülen çalışmada ise, nemli havanın buharlaştır ıcıdaki entalpi değişimini ve yoğuşturucuve buharlaştır ıcıdaki ısı taşınım katsayılar ını esas alan bir model kullanılmıştır. Havanın giriş hızına bağlı olarak ısı taşınım katsayısı belirlenmiş ve ε-NTU yöntemi yardımı ile ısı transferi miktar ı hesaplanmıştır. Buharlaştır ıcı taraf ı ısı değiştirgeci k ızdırma ve buharlaşma bölümlerinden; yoğuşturucu taraf ı ise k ızdırma,yoğuşma ve aşır ı soğuma bölgelerinden oluşmaktadır. Soğutucu ak ışkanın yoğuşturucuyu doymuş durumdaterk etmesi için gerekli yoğuşma basıncı öngörülerek, ak ışkanın yoğuşturucu ve buharlaştır ıcı giriş veçık ışındaki termodinamik durumlar ı hesaplanmıştır. Bu veriler yardımı ile, yoğuşturucu yüzey alanınındeğişimine bağlı olarak soğutma etkinliğinin değişimi hesaplanmıştır.

Bu çalışmada farklı hava giriş sıcaklıklar ı için soğutma çevrimi performansının değişimini inceleyebilmek amacı ile, Lee ve Yoo taraf ından geliştirilen model basitleştirilerek kullanılmıştır. Dış hava sıcaklığınındeğişmesi ile birlikte, yoğuşma basıncı ve buna bağlı olarak sistemin tamamındaki çalışma noktalar ı değişmektedir. Yoğuşturucu ve buharlaştır ıcıdaki ısı transfer katsayılar ının, kompresör emiş hacminin veisentropik veriminin, yoğuşturucu çık ışındaki aşır ı soğuma ve buharlaştır ıcı çık ışındaki k ızgınlık miktarlar ının bilindiği varsayılmıştır. Değişen dış hava sıcaklığına bağlı olarak yeni bir yoğuşma basıncı öngörülmüş, buna göre ısı yükü ve ak ışkan debisi hesaplanmıştır. Hesaplanan ak ışkan debisine göre




152

buharlaştır ıcının ısıl yükü ve kompresör emiş hacmi değişecektir. Sonuçta, buharlaştır ıcı ve yoğuşturucununısıl kapasitelerine ve kompresörün emiş kapasitesine bağlı olarak; buharlaşma ve yoğuşma basınçlar ı vesoğutucu ak ışkan debileri birbiri ile uyumlu olacak şekilde iterasyonla hesaplanmış ve yeni çalışma durumu

belirlenmiştir. Benzer işlemin farklı dış hava giriş sıcaklıklar ı ve soğutma suyu giriş sıcaklıklar ı içinyapılması ile, soğutma sisteminin farklı çalışma koşullar ı için sayısal benzeşimi gerçekleştirilmiştir.


Deney düzeneği temel olarak yoğuşturucu, buharlaştır ıcı, kompresör ve genleşme vanasından oluşmaktadır (Şekil -1). Yaklaşık 10 m2’lik ısı transfer yüzeyine sahip 5 kW kapasiteli yoğuşturucu galvanizli sacdanyapılmış 0.65x0.65 m2 kesitinde ve 2 m boyutlar ındaki kanal içine yerleştirilmiştir. Kanaldaki hava ak ışı 3000 m3/saat debili bir radyal fan taraf ından sağlanmaktadır. Yoğuşturucu öncesine yerleştirilmiş olan 2 adet8 kW’lık elektrikli ısıtıcı hava sıcaklığının istenilen düzeye getirilmesi için kullanılmaktadır. Sistemdekullanılan soğutucu ak ışkan R-134a olup, Copeland Scroll ZR 28K3 – PFJ – 522 model, 3,5 kW anmakapasitesinde scroll tip kompresör kullanılmaktadır. Sistemin su taraf ında ise, 2 ton kapasiteli bir su tank ı

bulunmaktadır. Tanktan sağlanan su buharlaştır ıcı üzerinden geçirilerek soğutulmakta ve tanka geridöndürülmektedir. Elektrikli su ısıtıcılar ı kullanılarak tanktaki su sıcaklığının sabit tutulması sağlanmaktadır.

Şekil - 1 Deney düzeneği şematik gösterimi

Yoğuşturucu üzerinden geçen hava debisinin belirlenebilmesi için kanalın sonuna 0.55x0.55m2 kesitinde ve 1m uzunluğunda bir ölçüm kanalı eklenmiştir. Bu kanalın içinde havanın kütlesel debisinin ölçülmesinisağlayan 4 adet lüle bulunmaktadır (Şekil-2). Hava debisinin lüle plakası ile ölçümü, standartlarda kullanılan

bir yöntemdir [ASHRAE 116].

SuIsıtıcı

Ampermetre

Ventüri

Pompa

SuTank ı

GenleşmeVanası

GözetlemeCamı

KurutucuFiltre

Kompresör

Lüle

Yoğuşturucu

Fan

Elektrikli Isıtıcılar

Buharlaştır ıcı

Hava Ak ışı




153

Şekil - 2 Ölçüm lülesi ve lüle plakası Soğutucu ak ışkanın yoğuşturucu, buharlaştır ıcı, kompresör ve genleşme vanasına giriş ve çık ış sıcaklıklar ınınve hava ve su sıcaklıklar ının ölçülmesi için gerekli yerlere T-tipi ısıl çiftler yerleştirilmiştir. Bu ısıl çiftler,sürekli kayıt yapan bir bilgi kaydediciye (Hp- Agilent 34970A Data Acquisition Unit) bağlanmış ve belirliaralıklarda ölçüm yapması üzere ayarlanmıştır. Kontrol panelinin üstündeki Bourdon tipi analog

basınçölçerler ile de aynı noktalar ın basıncı tespit edilmiştir. Deney düzeneğinin genel durumu Şekil-3 tegösterilmiştir.

Şekil - 3 Deney Düzeneği Genel Görünüşü




154

3. DENEYLER Deneylerde buharlaştır ıcıya gelen su sıcaklığı değiştirilerek, her deney için sıcaklıklar, basınçlar, debiler veak ım miktarlar ı ölçülmüştür. Sıcaklıklar ın ölçümünde, her noktada 2s ara ile 20 ölçüm alınmıştır.Deneylerde bir noktada alınan 20 değerin en küçük ve büyüğü arasındaki fark 0.2°C‘ı aşmamış ve ölçümnoktası sıcaklığı olarak ortalama değer kullanılmıştır. Deney sonuçlar ı Tablo-1 de verilmiştir.

3.1. Deney sonuçlarının değerlendirilmesi

Kullanılan R134a soğutucu ak ışkanının ölçülen sıcaklık ve basınç değerlerine kar şı gelen termodinamik özellikleri, CATT2 programı yardımı ile hesaplanmıştır. Tablo-1 den görüleceği gibi, deneylerdeyoğuşturucu giriş ve çık ışı arasında 20 kPa ve buharlaştır ıcı giriş ve çık ışlar ı arasında ise 30-40 kPa basınçfark ı okunmuştur. Yoğuşma ve buharlaşma basınçlar ı giriş ve çık ış basınçlar ının ortalaması ve yoğuşma ve

buharlaşma sıcaklıklar ı ise kar şı gelen sıcaklıklar olarak kabul edilmiştir.Kompresöre verilen güç, I kompresör ak ımını (A) ve V gerilimi (220 V) göstermek üzere

W I V Cosϕ = × × (1)

bağıntısı ile hesaplanır. Kompresör yüzey sıcaklıklar ının ölçümü ile, kompresör gücünün yaklaşık %5 ininçevreye ısı olarak yayıldığı gözlenmiştir. Kompresörde ak ışkana aktar ılan güç, kompresör gücünün %95 i

olarak kabul edilmiştir. Soğutucu ak ı

şkanı

n kütlesel debisi kompresör gücü ve ak ı

şkanı

n entalpideğişiminden hareketle hesaplanmıştır.

2 1

0.95r

W m

h h

×=

−& (2)

İsentropik kompresör verimi kompresör gücünün isentropik durum değiştirme işi ile kar şılaştır ılmasındanhesaplanır.

( )2 1r sisen

m h h

W η

× −=

&(3)

Kütlesel debi ak ışkanın özgül hacmi ile çarpılarak kompresör emiş hacmi hesaplanmıştır.

1r V m v= ×& & (4)

Yoğuşturucunun ısıl kapasitesi, havanın kütlesel debisi ve sıcaklık değişiminden hesaplanmıştır. Ak ışkanınyoğuşturucudan çık ış entalpisi ise,

3 2 yo ğ

r

Qh h

m= −

&

&(5)

bağıntısı ile hesaplanır. Deney sonuçlar ının incelenmesinden anlaşılacağı gibi, yeterli soğumanınsağlanamaması yüzünden soğutucu ak ışkan yoğuşturucuyu ıslak buhar durumunda terk etmiştir. Ancak,yapılan deneyler çevrimin genel karakteristiğinin elde edilmesi açısından yeterli görülmüştür.

Buharlaştır ıcıya giriş entalpisi yoğuşturucu çık ış entalpisine eşittir. Buharlaştır ıcıda çekilen ısı, soğutulansuyun kütlesinden ve sıcaklık değişiminden hesaplanır. Diğer yandan, yoğuşturucuda çevreye atılan ısı,

buharlaştır ıcıda çekilen ısı ile, kompresörde ak ışkana aktar ılan işin toplamına eşit olmalıdır. Bu yöntemle

hesaplanan yoğuşturucu yükü havaya aktar ılan ısı ile kar şılaştır ılmış ve aradaki fark ın %3.5 mertebesiniaşmadığı görülmüştür (Tablo-2).

Deneylerde aynı zamanda, buharlaştır ıcı ve yoğuşturucunun yüzey alanı ile toplam ısı geçiş katsayısınınçarpımını gösteren ısıl aktar ım kapasiteleri değerlendirilmiştir. Aktar ılan ısı miktar ının ve logaritmik sıcaklık fark ının bilinmesi durumunda bir ısı değiştirgecinin birim sıcaklık fark ı için ısı aktar ım kapasitesi

lm

QUA

T =

Δ

&

(6)

bağıntısı ile hesaplanır. Logaritmik sıcaklık fark ı, soğutucu ak ışkanın faz değişim sıcaklığı ile dış ak ışkan(su veya hava) arasındaki logaritmik sıcaklık fark ı olarak tanımlanmıştır. Yoğuşturucudaki logaritmik sıcaklık fark ı




155

0

10

20

3040

50

60

S ı

c a k l ı

k ( ° C )

Su Giriş Sıc. 21.56 20.79 20.13 19.21 18.36 17.62 16.89 16.23 15.55 14.85 14.24 13.75

Hava Giriş Sıc. 34.76 34.8 35.43 35.18 34.79 34.78 34.77 35.02 34.59 34.69 34.69 34.66

Yoğuşma Sıc. 54.96 54.68 54.68 54.54 53.85 53.85 53.56 53.85 53 53 52.71 52.13

Buharlaşma Sıc. 9.67 8.93 8.56 7.8 7.61 6.64 5.84 5.84 5.44 4.2 3.77 2.91Su Çıkış Sıc. 18.86 18.13 17.58 16.69 15.88 15.17 14.48 13.91 13.22 12.58 12.02 11.57

Hava Çıkış Sıc. 42.4 42.4 43 42.6 42.2 42.1 41.95 42.1 41.65 41.65 41.65 41.5

Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 6 Test 7 Test 8 Test 9Test10

Test11

Test12

Şekil - 4a Deney sıcaklıklar ının değişimi

Su Giriş Sıcaklığı

Soğutma Kapasitesi

(kW)

Soğutma Etkenlik

Katsayısı

10

12

14

16

18

20

22

24

S ı

c a k l ı

k ( °

C )

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Su Giriş Sıcaklığı 21.56 20.79 20.13 19.21 18.36 17.62 16.89 16.23 15.55 14.85 14.24 13.75

Soğutma Kapasitesi (kW) 3.406 3.38 3.345 3.277 3.293 3.245 3.166 3.1 3.114 3.039 3.055 2.981

Soğutma Etkenlik Katsayısı 1.87 1.86 1.83 1.83 1.86 1.84 1.81 1.78 1.81 1.76 1.79 1.75

Test

1

Test

2

Test

3

Test

4

Test

5

Test

6

Test

7

Test

8

Test

9

Test

10

Test

11

Test

12

Şekil - 4b Su giriş sıcaklığının, soğutma kapasitesinin ve etkinlik katsayısının değişimi

, ,,

,

,

ln

hava giri ş hava çık ı şlm yo ğ

hava giri ş yo ğ u şma

hava çık ı ş yo ğ u şma

T T T

T T

T T

−Δ =

⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠

(7)

Buharlaştır ıcıdaki logaritmik sıcaklık fark ı ise




156

, ,,

,

,

ln

su giri ş su çık ı şlm buh

su giri ş buharla şma

su çık ı ş buharla şma

T T T

T T

T T

−Δ =

⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠

(8)

Şeklinde yazılabilir.Su, hava ve soğutucu ak ışkanın Deney düzeneğinin farklı noktalar ındaki sıcaklıklar ı grafik olarak gösterilmiş ve soğutma kapasitesi ve etkinlik katsayısının su giriş sıcaklığı ile değişimi verilmiştir (Şekil 4a, 4b).

3. BİLGİSAYAR MODELİ

Sıcaklık ve diğer değişkenlerin etkisi altında sistemin dinamik davranışını izleyebilmek amacı ile sayısal bir model geliştirilmiştir. Sabit devirli kompresörle işletilen bir soğutma sisteminde soğutma kompresörününemiş hacmi değişmemektedir. Buharlaştır ıcı çık ışındaki k ızgınlık miktar ı termostatik vana taraf ından

belirlenmektedir. Yoğuşturucu çık ışındaki aşır ı soğuma miktar ının ise çalışma şartlar ı içinde sınırlı miktardadeğişmesi beklenir. Buharlaştır ıcı ve yoğuşturucu yüzey alanlar ı belirli olup, hava ve su debilerideğiştirilmediği takdirde ısı aktar ım kapasitesi (UA) sabit kabul edilebilir. Buharlaştır ıcı ve yoğuşturucunun

etkinlikleri,

1 exp bb

su su

UA

C mε

⎛ ⎞= − −⎜ ⎟

⎝ ⎠&, 1 exp y

y

hava hava

UA

C mε

⎛ ⎞= − −⎜ ⎟

⎝ ⎠&(9a,b)

buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıklar ı ise

,b

b su geli şb su su

QT T

C mε

⎛ ⎞= − ⎜ ⎟×⎝ ⎠

&

&, ,

y y hava geli ş

y hava hava

QT T

C mε

⎛ ⎞= + ⎜ ⎟⎜ ⎟×⎝ ⎠

&

&(10a,b)

bağıntılar ı ile hesaplanır. Bu bağıntılarda, b alt indisi buharlaşma ve y alt indisi yoğuşma taraf ını

göstermektedir. Soğutma çevrimini etkileyen bağıms

ız parametreler yoğuşturucuya gönderilen soğutmahavasının ve buharlaştır ıcıya gelen suyun geliş sıcaklıklar ı olmaktadır. Çalışmada geliştirilen matematiksel

modelde [Sunu, 2007], buharlaştır ıcı ve yoğuşturucu ısı yükleri tahmin edilerek önce buharlaşma ve yoğuşmasıcaklıklar ı hesaplanmakta ve bu sıcaklıklar kullanılarak soğutma çevriminin termodinamik noktalar ı eldeedilmektedir. Çevrim üzerinden hesaplanan buharlaşma ve yoğuşma ısı yükleri ilk değerleri sağlamadığı takdirde, ısı yükleri değiştirilerek döngü tekrarlanmaktadır. Geliştirilen model, yoğuşma ve buharlaşmataraf ı (UA) faktörlerine, hava ve su geliş sıcaklık ve debilerine bağlı olarak, ısı transferi miktarlar ını,

buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıklar ını ve bunlara bağlı olarak soğutma sisteminin kapasite ve etkinliğinihesaplayabilmektedir. Model sonuçlar ı Deney sonuçlar ı ile kar şılaştır ılarak uyumlu olduklar ı görülmüştür (Şekil 5).



I.SOĞUTMA TEKNOLOJİLER İ SEMPOZYUMU, 9-12 EK İM 2008, İZM

157

Tablo-1 Deney sonuçlar ı

Ölçüm Noktası Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 6 Test 7 Test 8 Test 9

Kompresör çık ış sıc. (°C) 79.13 79.99 80.92 80.38 80.02 79.95 80.01 80.06 80.03 8

Yoğuşturucu çık ış sıc. (°C) 54.36 54.26 54.66 54.12 53.47 53.29 53.03 53.04 52.34 5

Genleşme vanası giriş sıc. (°C) 51.92 51.89 52.41 51.84 51.30 51.14 50.91 50.93 50.26 5

Buharlaştırıcı giriş sıc.(°C) 11.06 10.60 10.21 9.74 8.84 8.30 7.82 7.53 6.74

Kompresör giriş sıc.(°C) 15.92 15.21 14.89 14.04 13.24 12.51 11.85 11.18 10.67 1

Yoğuşturucu Hava giriş (°C) 34.76 34.80 35.43 35.18 34.79 34.78 34.77 35.02 34.59 3

Hava çık ış sıc. (°C) 42.40 42.40 43,00 42.60 42.20 42.10 41.95 42.10 41.65 4

Buharlaştırıcı Su giriş sıc. (°C) 21.56 20.79 20.13 19.21 18.36 17.62 16.89 16.23 15.55 1

Su çık ış sıcaklığı (°C) 18.86 18.13 17.58 16.69 15.88 15.17 14.48 13.91 13.22 1

Çevre sıcaklığı (°C) 33.63 33.65 34.22 33.95 33.53 33.57 33.52 33.68 33.28 3

Hava ak ışı kütlesel debi (kg/s) 0,667 0,667 0,667 0,667 0,667 0,667 0,667 0,667 0,667 0

Su ak ışı kütlesel debi (kg/s) 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0.313 0

Kompresör çık ış basıncı (kPa) 1500 1490 1490 1480 1460 1460 1450 1460 1430 1

Yoğuşturucu çık ış bas. (kPa) 1480 1470 1470 1470 1440 1440 1430 1440 1410 1

Buharlaştırıcı giriş bas. (kPa) 430 420 410 400 400 390 380 375 370

Kompresör giriş bas. (kPa) 390 380 380 370 365 350 340 345 340

Kompresör ak ımı (A) 8.26 8.24 8.30 8.15 8.06 8.00 7.95 7.93 7.82




159

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5 Test 6 Test 7 Test 8 Test 9 Test 10 Test 11 Test 12

kW

Deneysel Buharlaştır ıcı Kapasitesi Sayısal Buharlaştır ıcı Kapasitesi

Deneysel Yoğuşturucu Kapasitesi Sayısal Yoğuşturucu Kapasitesi

Şekil - 5 Deney sonuçlar ının sayısal model sonuçlar ıyla kar şılaştır ılması

4. SAYISAL SONUÇLAR

Soğutma sisteminin dış hava sıcaklığı ve diğer değişkenlere bağlı dinamik değişimi geliştirilen modelkullanılarak irdelenmiştir. Deney düzeneğinde kullanılan kompresörün katalog verileri esas alınarak,kompresörün isentropik verimi %65 ve emiş hacmi 7.6 m3/saat seçilmiştir. Bu değerler ve deney sonuçlar ınagöre hesaplanan ve sayısal modele esas alınan diğer değerler Tablo-3 de gösterilmiştir.

Tablo - 3 Modellemede kullanılan veriler

K ızdırma miktar ı : 8°C Suyun Özgül Isısı : 4.18 kJ/kg-K

Aşır ı Soğutma miktar ı : 5°C Havanın Özgül Isısı : 1.006 kJ/kg-K

Buharlaştır ıcıda Basınç Düşümü : 40 kPa Suyun Kütlesel Debisi : 0.313 kg/s

Yoğuşturucuda Basınç Düşümü : 20 kPa Havanın Kütlesel Debisi : 0.667 kg/s

İsentropik Verim : %65 Buharlaştır ıcı UA Değeri : 0.329 kW/K

Kompresör Emiş Hacmi : 7.6 m3/h Yoğuşturucu UA Değeri : 0.326 kW/K

Bir soğutma sisteminde, yoğuşma ve buharlaşma basınçlar ı arasındaki fark yükseldikçe, soğutucu ak ışkandebisinin aşır ı artışının engellenmesi termostatik vananın k ısılması ve k ızgınlık derecesinin azalması ilegerçekleşir. Ancak çalışmada k ızgınlık miktar ı 8°C olarak sabit alınmıştır. Yoğuşturucu çık ışındaki aşır ı soğuma miktar ının ise, artan yoğuşma basıncı ile azalması beklenmekle birlikte, çalışmada 5°C sabit aşır ı soğuma miktar ı kabul edilmiştir.

4.1. Yoğuşturucu hava giriş sıcaklığının değişiminin etkisi

Yukar ıdaki tasar ım değerlerinin kullanılması ile 12°C sabit su giriş sıcaklığı ve 25 – 40°C arasında değişensoğutma havası sıcaklıklar ı için sayısal model işletilmiştir. Yoğuşturucu hava giriş sıcaklığının 25ºC ve 35ºColduğu iki ayr ı durum için, soğutma çevrimi p-hdiyagramının değişimi Şekil-6 da ve yoğuşma ve buharlaşma sıcaklıklar ının hava giriş sıcaklığı ile değişimiŞekil-7 de gösterilmiştir.




160

Şekil - 6 25ºC ve 35 ºC hava giriş sıcaklıklar ı için soğutma çevriminin değişimi

Buharlaşma

Sıcaklığı

Yoğuşma Sıcaklığı

Hava Giriş Sıcaklığı

Su Geliş Sıcaklığı

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0. 3 6

3

0. 3 7

5

0. 3 8

4

0. 3 9

2

0. 3 9

9

0. 4 0 8

0. 4 1 7

0. 4 2 7

0. 4 3 7

0. 4 4 2

0. 4 5 5

0. 4 6 8

0. 4 8 0

0. 4 9 3

0. 5 0

3

0. 5 1

4

1 / COP

S ı

c a k l ı

k ( ° C )

Şekil - 7 Sistem sıcaklıklar ının soğutma etkinlik katsayısına bağlı değişimi

Şekil 7’de görüldüğü gibi, yoğuşma sıcaklığı, hava giriş sıcaklığıyla yaklaşık olarak doğru orantılı artarken, buharlaşma sıcaklığının değişimi 0.5°C ile sınırlı kalmıştır. Buharlaştır ıcı çık ış şartlar ının hemen hemen sabitkalması nedeni ile soğutucu ak ışkan debisi değişmemektedir. Yoğuşma basıncının artışı nedeni ile kompresör yükü artmakta, ancak birim soğutucu ak ışkanın buharlaştır ıcıda çektiği ısı azalmaktadır. Yapılan çalışmada,yoğuşturucu hava giriş sıcaklığı 25°C dan 40°C a kadar arttır ılmıştır. Yoğuşma sıcaklığı 43.6°C dan 53.5°C ayükselmiş, soğutma kapasitesi 3.58 kW dan 3.22 kW’a ve etkinlik katsayısı 2.75 ten 1.94 e düşmüştür (Şekil-8).




161

Şekil -8 Soğutma yükü ve etkinlik katsayısının hava giriş sıcaklığına bağlı değişimi

4.2. Yoğuşturucu ve buharlaştırıcı yüzey alanlarının değişiminin etkisi

Çalışmada ayr ıca buharlaştır ıcı ve yoğuşturucu yüzey alanlar ının sistem performansına etkisi incelenmiştir.Yapılan sayısal çalışmada, yoğuşturucunun ısı transfer kapasitesi 300 W/K sabit değerde tutularak,

buharlaştır ıcının ısı transfer kapasitesi 150-600 W/K aralığında değiştirilmiştir. Yoğuşma ve buharlaşmasıcaklıklar ının buharlaştır ıcının ısı aktar ım kapasitesine bağlı değişimi Şekil 9a’da gösterilmiştir. Buharlaştır ıcı ve yoğuşturucu yüklerinin ve kompresör yükünün değişimi ise Şekil 9b’de verilmiştir.

Buharlaşma

Sıcaklığı

Yoğuşma

Sıcaklığı

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

UA_buharlaştır ıcı (W/K)

S ı c a k l ı k ( ° C )

Buharlaştır ıcı su giriş sıc. : 12°C

Yoğuşturucu hava giriş sıc.: 30°C

Şekil 9a – Sistem sıcaklıklarının buharlaştırıcı UA değerine bağlı değişimi

Soğutma Yükü

Soğutma Etkenlik

Katsayısı

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

3.00

3.25

3.50

3.75

4.00

25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

Hava Giriş Sıcaklığı (°C)

Y ü k ( k W )

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

3.00

3.25

3.50

3.75

4.00

S o ğ u t m a E t k e n l i k K

a t s a y ı s ı




162

SoğutmaKapasitesi

Yoğuşturucu Yükü

Kompresör Gücü

Soğutma EtkenlikKatsayısı

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600UA_buharlaştır ıcı (W/K)

K a p a s

i t e ( k W )

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

S o ğ u t m a E t k e n l i k K a t s a y ı s ı

Şekil 9b – Sistem kapasiteleri ve soğutma etkinlik katsayısının buharlaştırıcı UA değerine bağlı değişimi

Buharlaştır ıcının ısı transfer kapasitesi (UA) arttıkça, buharlaşma sıcaklığı artarak soğutulan suyun sıcaklığınayaklaşmaktadır. Aynı zamanda soğutma kapasitesi de artmakta, bunun sonucu olarak yoğuşturucuda havayatransfer edilen ısı miktar ı ve yoğuşma sıcaklığı artmaktadır

Grafiklerden görüldüğü gibi, buharlaşma basıncının artması ile birlikte, soğutucu ak ışkanın kütlesel debisi ve buna bağlı olarak kompresör yükü ve soğutma kapasitesi artmaktadır. Soğutma etkinlik katsayısı ise, buharlaştır ıcı yüzey alanının artması ile birlikte, önce bir miktar artmakta, daha sonra yaklaşık sabit kalmaktadır.Çalışmada, buharlaştır ıcının ısı aktar ım kapasitesinin (UA) 150 W/K değerinden 600 W/K değerine arttır ılması ile, 12°C su giriş sıcaklığı için buharlaşma sıcaklığı -7.3°C dan 3.7°C ‘a artmıştır. Sistemin soğutma kapasitesi2.74 kW dan 4 kW’a ve soğutma etkinlik katsayısı 1.94 değerinde 2.21 değerine yükselmiştir.

Yoğuşturucunun (UA) değerinin arttır ılması durumunda ise yoğuşma sıcaklığı düşüş gösterirken, buharlaşmasıcaklığı yaklaşık sabit kalmaktadır (Şekil - 10a).

Buharlaşma

Sıcaklığı

Yoğuşma Sıcaklığı

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

UA_yoğuşturucu (W/K)

S ı c a k l ı k ( ° C )

Buharlaştır ıcı su giriş sıc. : 12°C

Yoğuşturucu hava giriş sıc.: 30°C

Şekil 10a - Sistem sıcaklıklarının yoğuşturucunun UA değerine bağlı değişimi

Yoğuşturucunun (UA) değerinin artması ile, sistemin soğutma kapasitesi artarken, kompresör gücü azalmaktadır.Ancak ısı transferi kapasitesinin (UA) yüksek değerlerinde, soğutma kapasitesi ve etkinlik katsayısı sabit bir değere yaklaşmaktadır (Şekil -10b).




163

Soğutma Kapasitesi

Yoğuşturucu Yükü

Kompresör Gücü

Soğutma Etkenlik

Katsayısı

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

UA_yoğuşturucu (W/K)

K a p a s i t e ( k W )

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

3.50

4.00

4.50

5.00

5.50

6.00

S o ğ u t m a E t k e n l i k K a t s a y ı s ı

Şekil 10b – Sistem kapasiteleri ve soğutma etkinlik katsayısının yoğuşturucu UA değerine bağlı değişimiSONUÇLAR

Su soğutma guruplar ının veya genel olarak soğutma sistemlerinin kapasite ve verimlilikleri, yoğuşturucu ve buharlaştır ıcıya gönderilen ak ışkanlar ın sıcaklıklar ının değişmesi ile doğrudan değişmektedir. Yapılançalışmada, bir su soğutma grubunun kapasite ve etkinliğinin yoğuşturucuya gönderilen hava sıcaklığına bağlı değişimi sayısal model yardımı ile incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar aşağıdaki gibi özetlenebilir:

• Dış ortam sıcaklığının artması ile buharlaşma basıncı artmakta, soğutma kapasitesi ve soğutma etkinlik katsayısı önemli ölçüde azalmaktadır. Çalışmada, dış hava sıcaklığının 25°C tan 40°C a yükselmesi,soğutma kapasitesinin yaklaşık %10 azalmasına neden olmuştur. Aynı sıcaklık değişiminde kompresör gücü %20 kadar artmış ve soğutma etkinlik katsayısı %30 oranında azalmıştır.

• Yoğuşturucu ve buharlaştır ıcı yüzey alanlar ının yeterli seçilmemesi, sistem kapasitesini ve soğutmaetkinlik katsayısını doğrudan etkilemektedir. Seçilen sistemde, buharlaştır ıcı ısıl aktar ım kapasitesinin(UA) 4 kat arttır ılması ile, sistemin soğutma kapasitesi %45 ve etkinlik katsayısı %14 artmıştr.

Sonuç olarak, yoğuşturucuya gönderilen hava debisinin ve yoğuşturucu ve buharlaştır ıcı yüzey alanlar ının yeterliseçilmesi bir soğutma sisteminin performansını doğrudan etkilemektedir. Bir sonraki çalışmada, sistem tasar ımkapasitesine bağlı olarak yüzey alanlar ının ve yoğuşturucu hava debisinin optimizasyonu üzerinde durulması

planlanmaktadır.




164

TEŞEKKÜR Bu bildiri Dokuz Eylül Üniversitesi Bilimsel Araştırma Fonu taraf ından desteklenen 2005.KB.FEN.055 numaralı “Buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıklar ının değişiminin soğutma çevrimi performansına etkisi” isimli projekapsamında hazırlanmıştır. Yazarlar desteğinden dolayı Dokuz Eylül Üniversitesi Bilimsel Araştırmalar Fonunateşekkür ederler.

KAYNAKLAR

ASHRAE Standard 116, Methods of Testing for Rating Seasonal Efficiency of Unitary Air Conditioners andHeat Pump, 1995

Jin H., Spitler J.D., A parameter estimation based model of water to water heat pumps for use in energycalculation programs, Ph.D. Thesis., 2002 www.hvac.okstate.edu, bağlantı tarihi 13.11.2006

Lee, G.,H., Yoo, J.,H., “Performance analysis and simulation of automobile air conditioning system”,International Journal of Refrigeration, 23, 243-254, 2000

Sunu S., Bir Soğutma Sistemi Performansının Buharlaşma ve Yoğuşma Sıcaklıklar ına Bağlı Olarak Değişimi,(İng.), Yüksek Lisans Tezi, DEÜ Fen Bilimleri Ens., 2007




165

OTURUM VIISİSTEM TERMODİNAMİĞİ

Buhar Sık ıştırmalı Kaskat Soğutma Sisteminin Elemanlarının Tersinmezlik Analizi Ali KILIÇARSLAN – M. HOŞ ÖZ

Yatay Konumdaki Buharlaştırıcılarda Basınç Kaplarını Hesaplamak İçin Kullanılan

Metodların Gerçekliğinin Farklı Soğutucu Ak ışkanlara ve Çalışma Şartlarına GöreK ıyaslanması Gökhan ARSLAN – Nurdil ESK İ N

K ısmi Devamlı Fonksiyonlar Kullanarak Soğutucu Ak ışkanların Doyma Basınç EğrilerininHassas Olarak Oluşturulması M. Turhan ÇOBAN

Ejektör Kullanarak Bir Buhar Sık ıştırmalı Soğutma Sisteminin Performansının İyileştirilmesi Nagihan B İ L İ R – H. Kür şad ERSOY

Buzdolaplarında Kullanılar Buhar Sık ıştırmalı Soğutma Çevrimlerinin Ekserji Analizi İleİncelenmesi

A. Bilgen ETK İ N – Yunus ÇERÇ İ




166

BUHAR SIKIŞTIRMALI KASKAT SOĞUTMA SİSTEMİNİN ELEMANLARININ

TERSİNMEZLİK ANALİZİ

A.K ıl ıçarslanε ,δ ,ξ , φ M.Hoşöz ε Hitit Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisli ğ i Bölümü, Çevre yolu 19030 Corum

φ Kocaeli Üniversitesi, Teknik E ğ itim Fakültesi, Makina E ğ itimi Bölümü, Umuttepe Kampusu, 41380 Kocaeli

ÖZET

Bu çalışmada, buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemini oluşturan; alçak ve yüksek kademe kompresörleri, alçak ve yüksek kademe genleşme vanalar ı, yoğuşturucu,

buharlaştır ıcı ve ısı değiştiricisi gibi elemanlar tersinmezlik açısından analiz edilmiştir.Kaskat soğutma sisteminin yüksek sıcaklık bölümünde, R12 (CFC), R22 (HCFC),R134a (HFC) ve R404a (Azeotropik) gibi farklı gruplara ait soğutucu ak ışkanlar kullanılırken, alçak sıcaklık bölümünde ise uygun termodinamik özelliklerinden dolayı

sadece R13 kullanılmıştır. Kaskat soğutma sistemini oluşturan elemanlar ıntersinmezliği, R12-R13, R22-R13, R134a-R13 ve R404a-R13 soğutucu ak ışkan çiftleriiçin buharlaştır ıcı sıcaklığına, yoğuşturucu sıcaklığına, politropik verime ve kaskatsoğutma sistemini oluşturan alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındakisıcaklık fark ına(∆T) göre araştır ılmıştır. Bütün soğutucu ak ışkanlar için buharlaştır ıcı sıcaklığının artmasıyla kaskat soğutma sisteminin bütün elemanlar ının tersinmezlikleriazalırken, yoğuşturucu sıcaklığının artmasıyla sadece yüksek kademe soğutmasisteminin elemanlar ın tersinmezlikleri artmaktadır. Izantropik verimin arttır ılmasıylakullanılan bütün soğutucu ak ışkanlar için kaskat soğutma sistemindeki buharlaştır ıcı vegenleşme vanası A haricindeki bütün elemanlar ın tersinmezlikleri azalmaktadır. ∆T’ninarttır ılması durumunda ise genleşme vanası B ve yoğuşturucunun tersinmezliğiartmaktadır.

Anahtar Kelimeler:Soğutma sistemleri, kaskat soğutma, soğutucu ak ışkan, tersinmezlik

1. GİR İŞ

Tek ve çok kademeli buhar sık ıştırmalı soğutma sistemleri, ak ışkanın katılaşması, çok düşük işletme basınçlar ının oluşması ve çok büyük özgül hacime sahip olan soğutucu ak ışkanı sık ıştırmak için çok büyük kapasiteli kompresörler gerektirdiğinden dolayı düşük sıcaklık uygulamalar ında uygun değildir [1,2]. Buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemi yukar ıda bahsedilen sorunlara çözüm getirmektedir. Kaskat soğutmasistemleri ısı kaynağı ve kuyusu arasında yüksek sıcaklık aralıklar ında (-70ºC / 100ºC) uygulama alanına sahiptir

[3].Literatürde yapılan çalışmalar ın büyük bir çoğunluğu buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemlerini enerji

analizi (Termodinamiğin I.Kanunu) açısından incelemektedir. Yapılan çalışmalarda; buharlaştır ıcı veyoğuşturucu sıcaklıklar ının, alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındaki sıcaklık fark ının, aşır ı soğutmanın, k ızgınlığın kaskat soğutma sisteminin soğutma tesir katsayısına (STK) etkisi araştır ılmış ve en iyisoğutucu ak ışkan çiftleri bulunmaya çalışılmıştır [4-8].

Termodinamiğin ikinci kanunu açısından yapılan incelemelerde ise; soğutucu ak ışkan olarak R12’ninkullanıldığı buhar sık ıştırmalı ısı pompası ile R11’in kullanıldığı buhar sık ıştırmalı soğutma sisteminden oluşankaskat sistem deneysel olarak incelenerek ekserji veriminin 0.1-0.15 aralığında değiştiği bulunmuş [9], doğalgaz sıvılaştır ılmasında kullanılan çok kademeli kaskat soğutma siteminin ekserji analizi yapılarak en küçük iş’i

δ Başlıca yazar: A. K ılıçarslan, Hitit Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliği Bölümü 19030

Çorumξ Tel: 0364-2274533-34, Fax: 0364-2274535 E-mail: [email protected]




167

veren bir ifade geliştirilmiş [10], soğutucu ak ışkan çifti olarak CO2-C3H8’in kullanıldığı kaskat soğutmasisteminde buharlaştır ıcı sıcaklığı, yoğuşturucu sıcaklığı ve kaskat yoğuşturucudaki sıcaklık fark ına bağlı olarak en az tersinmezliği veren kaskat yoğuşturucu sıcaklığı araştır ılmış [11], soğutucu ak ışkan olarak sadeceR134a’nın kullanıldığı kaskat soğutma sisteminde entropi üretimini en aza indirme ilkesine dayalı olarak enuygun kaskat yoğuşturucu sıcaklığı araştır ılmıştır [12].

Literatürde yapılan çalışmalardan araştır ıldığı üzere, buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemlerinin enerji

analizi ile ilgili kapsamlı çalışmalar yapılmasına rağmen, tersinmezlik analizi ile ilgili kapsamlı çalışmalararastlamak mümkün değildir. Ayr ıca, buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemini oluşturan elemanlar ın (alçak veyüksek kademe kompresörleri ve genleşme vanalar ı, buharlaştır ıcı, yoğuşturucu ve ısı değiştiricisi)tersinmezliğini inceleyen bir çalışmaya literatürde rastlanamamaktadır. Fakat bu çalışmada, CFC, HCFC, HFCve Azeotropik gibi farklı soğutucu ak ışkan sınıflar ına ait ak ışkan çiftleri kullanılarak kaskat soğutma sisteminioluşturan elemanlar ıntersinmezlik analizi detaylı bir şekilde yapılmıştır.

Bu çalışmanın amacı; buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezliklerini R12-R13, R22-R13, R134a-R13 ve R404a-R13 gibi farklı soğutucu ak ışkan çiftleri için, buharlaştır ıcı veyoğuşturucu sıcaklığı, izantropik verim, alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındaki sıcaklık fark ınagöre k ıyaslamak, en uygun ak ışkan çiftini seçmek ve elemanlar ın tersinmezliklerini en aza yapılması gerekenleritartışmaktır.

2. İK İ KADEMELİ KASKAT SOĞUTMA SİSTEMİNİN TERSİNMEZLİK ANALİZİ Alçak sıcaklık bölümü (sistem A) ve yüksek sıcaklık bölümünden (sistem B) oluşan buhar sık ıştırmalı iki

kademeli kaskat soğutma sistemi Şekil 1’de gösterilmektedir. Isı değiştiricisi sistem A ve sistem B’yi birbirine bağlayan ortak bir elemandır. Çok düşük buharlaştır ıcı sıcaklıklar ı elde etmek için uygulamalarda kullanılan buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminde, buharlaştır ıcı sıcaklığı -85ºC’ye kadar azalabilir.

Buhar sık ıştırmalı iki kademeli kaskat soğutma sisteminin tersinmezlik analizi aşağıdaki kabuller dikkatealınarak yapılacaktır;

• Kaskat soğutma sisteminin elemanlar ında soğutucu ak ışkanın ak ışı sürekli ve homojen ak ış şartlar ına göre olmaktadır.

• Kompresörlerden, genleşme vanalar ından, ısı değiştiricisinden ve elemanlar ı birbirine bağlayan

boru hatlar ı

ndan çevreye olanı

sı

geçişi ihmal edilmektedir.• Elemanlarda soğutucu ak ışkanın ak ışı esnasında kinetik ve potansiyel enerjilerdeki değişimler ihmal edilebilir derecededir.

1

2 3

456Buharlaştır ıcı

Yoğuşturucu

TEVA

TEVB7

8

9

10

1112

Isı Değiştiricisi

B

A

CompB

CompA

1

2 3

456Buharlaştır ıcı

Yoğuşturucu

TEVA

TEVB7

8

9

10

1112

Isı Değiştiricisi

B

A

CompB

CompA

Şekil .1. İki kademeli buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemi




168

• Aşır ı soğutmanın sıvı hattında, k ızgınlığın soğutma ortamı içinde bulunan emme hattında vesistemde meydana gelen basınç kayı plar ının ihmal edilebilir seviyede olduğu varsayılmıştır.

• Kompresörlerin izantropik verimlerinin aynı olduğu varsayılmıştır.Şekil 1’de gösterilen buhar sık ıştırmalı iki kademeli buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemi daha önce

belirtildiği gibi sistem A ve sistem B’den oluşmaktadır. Sistem A; kompresör A (CompA), genleşme vanası A(TEVA), buharlaştır ıcı ve ısı değiştiricisinin bir k ısmından oluşurken, sistem B ise kompresör B (CompB),

genleşme vanası B (TEVB), yoğuşturucu ve ısı değiştiricisinin diğer k ısmını kapsamaktadır. Kaskat soğutmasistemini oluşturan sistem A ve sistem B’ye ait sıcaklık-entropi (T-s) diyagramı şekil 2’de görülmektedir.

Buhar sık ıştırmalı iki kademeli kaskat soğutma sisteminde tersinmezlik genellikle, sonlu sıcaklık fark ında ısı geçişi, ani sık ıştırma, ani genişleme ve sürtünme gibi etkenlerden oluşur. Kaskat soğutma sistemini oluşturanelemanlar ın diğer bir ifade ile kompresör A ve B, genleşme vanası A ve B, buharlaştır ıcı, yoğuşturucu ve ısı değiştiricinin tersinmezliği ayr ı ayr ı incelenecektir.Bir kompresörün tersinmezliği izantropik verimin artmasıyla artar. Ayr ıca kompresörün tersinmezliğikompresörün basınç oranı sabit tutularak, ak ışkanın kompresörden çık ış sıcaklığının artmasıyla artar. Kompresör

çık ış sıcaklığını dolayısı ile tersinmezliği azaltmak için genellikle ticari veya endüstriyel tip kompresörler havaveya su ile soğutulurlar. Çevre ile ısı geçişi yapmayan (adyabatik) kompresör A ve kompresör B’nintersinmezliği,

)ss(mTI 12A0compA −= && (1)

)ss(mTI 12B0compB −= && (2)

denklemleri ile ifade edilir.

Burada; compAI& ve compBI& A ve B sistemlerinin kompresörlerinin tersinmezliklerini, Am& ve Bm& A ve B

sistemlerinde dolaşan soğutucu ak ışkanların kütle debilerini, s1 ve s2 A kompresörünün giriş ve çık ısındakiözgül entropileri, s7 ve s8 ise B kompresörünün giriş ve çık ısındaki özgül entropileri ve T0 ise ortamınmutlak sıcaklığını göstermektedir.

Genleşme vanasında soğutucu ak ışkanın genleşmesi esnasında meydana gelen tersinmezliğin temel nedeni,ak ışkanın ani olarak genleşmesidir. Ayr ıca özgül soğutma kapasitesindeki azalma da genleşme esnasındatersinmezliği arttıran bir etkendir. Genleşme vanası A ve B’nin tersinmezliği aşağıdaki şekilde ifade edilir.

)ss(mTI 45A0TEVA −= && (3)

)ss(mTI 1011B0TEVB −= && (4)

Burada; TEVAI&

ve TEVBI&

A ve B sistemlerinin genleşme vanaları

nı

n tersinmezliklerini, s4 ve s5 A genleşmevanasının giriş ve çık ısındaki özgül entropileri, s10 ve s11 ise B genleşme vanasının giriş ve çık ısındaki özgülentropileri göstermektedir.

TP=cons.

s

2

34

51

h=cons.

6

A

T

s

8

910

11

7

h=cons.

P=cons.

12

B

Şekil 2. a) Sistem A’nın T-s diagramı, b) Sistem B’nin T-s diyagramı




169

Buharlaştır ıcıdaki tersinmezlik esas olarak esas olarak buharlaştır ıcı ve soğutma ortamı arasındaki sonlusıcaklık fark ındaki ısı geçişinden kaynaklanır. Soğutma ortamı içindeki k ızgınlık derecesi de buharlaştır ıcıdakitersinmezliği etkiler. Sonuç olarak, buharlaştır ıcıdaki tersinmezlik,

⎥

⎦

⎤⎢

⎣

⎡ −−−=

rs

5151A0e

T

)hh()ss(mTI && (5)

denklemi ile ifade edilir.

Burada; eI& buharlaştırıcının tersinmezliğini, Trs buharlaştırıcının ısı çektiği ortamın sıcaklığını, h1 ve h5

buharlaştırıcının giriş ve çık ısındaki özgül entalpileri göstermektedir.

Buharlaştır ıcıda olduğu gibi yoğuşturucuda tersinmezliğin temel sebebi, yoğuşturucu ve yoğuşma ortamı arasındaki sonlu sıcaklık fark ındaki ısı geçişidir. Aşır ı soğutmanın yoğuşturucu içinde olduğu varsayılırsa, budurumda soğutucu ak ışkanın yoğuşturucuda geçişi sırasında meydana gelen tersinmezlik aşağıdaki şekildeyazılabilir.

⎥⎦

⎤

⎢⎣

⎡ −−−=

0

810

810B0c T

)hh()ss(mTI && (6)

Burada; cI& yoğuşturucunun tersinmezliğini, h8 ve h10 yoğuşturucunun giriş ve çık ısındaki özgül

entalpileri göstermektedir.

Isı değiştiricisi, A ve B soğutma sistemlerini birleştiren, A soğutma sisteminden atılan ısının B soğutmasistemi taraf ından alındığı ve çevreye kar şı tamamen yalıtılmış olan bir elemandır. Isı değiştiricisindetersinmezlik, ısı değiştiricisinde akan sıcak ve soğuk ak ışkanlar arasındaki ısı geçişi ve ak ışkanlarda meydanagelen faz değişimidir. Buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminde basınç kayı plar ı ihmal edildiğinden dolayı ak ışkan hareketinden dolayı meydana gelen sürtünmenin neden olduğu tersinmezlik ısı değiştiricisinde sözkonusu değildir. Bu durumda, ısı değiştiricisinde meydana gelen tersinmezlik,

[ ])ss(m)ss(mTI 117B24A0HE −+−= &&& (7)

denklemi ile ifade edilir.

Burada; HEI& ısı değiştiricisinin tersinmezliğini göstermektedir.

Ayr ıntılar ı önceki bölümlerde anlatılan bu çalışmada, buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sistemini oluşturanelemanlar ının (kompresör A ve B, genleşme vanası A ve B, buharlaştır ıcı, yoğuşturucu ve ısı değiştiricisi)tersinmezlik analizi yapılmış ve tersinmezlik analizinin dayandığı termodinamik modeli ölçü alan bir bilgisayar

programı geliştirilerek, kaskat sistemin buharlaştır ıcı sıcaklığı, yoğuşturucu sıcaklığı, izantropik verim ve kaskatsoğutma sistemini oluşturan alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındaki sıcaklık fark ı(∆T) gibi

parametrelerin, kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezlikleri üzerine etkisi R12-R13, R22-R13,R134a-R13 ve R404a-R13 soğutucu ak ışkan çiftleri için incelenmiştir.

3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA

Kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezliklerinin buharlaştır ıcı sıcaklığına göre değişimi farklı soğutucu ak ışkan çiftleri için Şekil 3’de gösterilmektedir. Buharlaştır ıcı sıcaklığı -65˚C ile -45˚C arasındadeğiştirilirken, yoğuşturucu sıcaklığı 40˚C’de, izantropik verim 0.8 değerinde ve ∆T 5K değerinde sabittutulmuştur. Şekil 3’de görüldüğü gibi kaskat sisteminde kullanılan dört farklı soğutucu ak ışkan çifti için

buharlaştır ıcı sıcaklığı arttığı zaman kaskat sistemi oluşturan bütün elemanlar ın tersinmezlikleri azalmaktadır.Çalışmada kullanılan soğutucu ak ışkan çiftleri ve çalışılan buharlaştır ıcı sıcaklık aralığında en büyük tersinmezlik değerini kompresör B alırken, en küçük tersinmezlik değerini -65˚C / -51˚C aralığında

buharlaştır ıcı, -51˚C / -45˚C aralığında ise genleşme vanası A almaktadır. Artan buharlaştır ıcı sıcaklıklar ında bütün soğutucu ak ışkanlar için en büyük tersinmezlik azalmasını %73 ile genleşme vanası A, en küçük

tersinmezlik azalmasını ise %14 ile aynı değerlere sahip olan kompresör B, yoğuşturucu ve genleşme vanası Bgöstermektedir. Çalışılan buharlaştır ıcı sıcaklık aralığında R134a-R13 ve R404A-R13 ak ışkan çiftleri içinyoğuşturucu ve genleşme vanası B yaklaşık olarak aynı tersinmezlik değerlerine sahip olmaktadır.




170

Kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezliklerinin yoğuşturucu sıcaklığına göre değişimi Şekil 4’degösterilmektedir. Yoğuşturucu sıcaklığı 30˚C ile 50˚C arasında değiştirilirken, buharlaştır ıcı sıcaklığı -65˚C’de,izantropik verim 0.8 değerinde ve ∆T 5K değerinde sabit tutulmuştur. Yoğuşturucu sıcaklığının arttır ılması

sadece sistemin yüksek sıcaklık bölümünü (sistem B) etkilediğinden dolayı kompresör B, genleşme vanası B veyoğuşturucunun tersinmezliğinde değişiklik olmaktadır, fakat sistemin alçak sıcaklık bölümünü (sistem A)oluşturan elemanlarda; kompresör A, genleşme vanası A ve buharlaştır ıcının tersinmezliğinde herhangi bir değişiklik meydana gelmemektedir. Yoğuşturucu sıcaklığı arttır ıldığı zaman, yoğuşturucunun ısı attığı ortam ilearasındaki sıcaklık fark ı artacak ve sonuç olarak sonlu sıcaklık fark ında meydana gelen ısı geçişi artacağındandolayı yoğuşturucunun ve yoğuşturucunun bağlantılı olduğu elemanlar ın (kompresör B ve genleşme vanası B)tersinmezliği artacaktır. Şekil 4’de görüldüğü gibi çalışmada kullanılan bütün soğutucu ak ışkan çiftleri için en

büyük tersinmezlik artışı sırası ile yoğuşturucu, genleşme vanası B ve kompresör B da meydana gelmektedir.Buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezliklerinin izantropik verime göre değişimiŞekil 5’de gösterilmektedir. İzantropik verim %50-%95 arasında değiştirilirken yoğuşturucu sıcaklığı 40˚C,

buharlaştır ıcı sıcaklığı -65˚C’de ve ∆T 5K değerinde sabit tutulmuştur. İzantropik verimin artması ilekompresörün soğutucu ak ışkanı sık ıştırması için gerekli enerji miktar ı azalacak dolayısı ile Şekil 5’de görüldüğügibi çalışmada kullanılan bütün soğutucu ak ışkanlar için kompresörde meydana gelen tersinmezlikler

azalacaktır. Kompresörün izantropik veriminin artması ile meydana gelen değişiklik soğutucu ak ışkanınkompresörden çık ış şartlar ını değiştirdiğinden dolayı, Şekil 5’de görüldüğü gibi sistem B’de kompresör B’densonra en büyük tersinmezlik azalması yoğuşturucuda, sistem A’da ise kompresör A’dan sonra en büyük tersinmezlik azalması kompresör A ile bağlantılı olan ısı değiştiricisinde meydana gelmektedir. Çalışmadakullanılan bütün soğutucu ak ışkan çiftleri en küçük tersinmezlik genleşme vanası B’de meydana gelirken

buharlaştır ıcının ve genleşme vanası A’nın tersinmezliğinde herhangi bir değişiklik olmamaktadır. İzantropik verimde %5’lik artmaya kar şın kompresör B’de tersinmezlik %16 azalırken, kompresör A’da %50-%75arasında tersinmezlikteki azalma ortalama olarak %19, %75-%95 arasında ise ortalama olarak %35 olmaktadır.Kullanılan bütün soğutucu ak ışkan çiftleri için izantropik verimin %50-%95 aralığında en büyük tersinmezlik değerini kompresör B, en küçük tersinmezlik değerini ise buharlaştır ıcı almaktadır. Sistem B’nin elemanlar ı dikkate alındığında; yoğuşturucu ve genleşme vanası B’de R404a-R13 ak ışkan çiftinin kullanılması durumundaen büyük tersinmezlik değerleri R134a-R13 durumunda en küçük tersinmezlik değerleri, kompresörde R404a-R13 ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda en büyük tersinmezlik değerleri R22-R13 durumunda en küçük

tersinmezlik değerleri ve ısı değiştiricisindeki tersinmezlik değerleri ise hemen hemen bütün soğutucu ak ışkançiftleri için aynı olmaktadır.

a) R12-R13 b) R22-R13

c) R134a-R13 c) R404a-R13

Şekil 3. Kaskat soğutma sistemi elemanlar ının tersinmezliklerinin buharlaştır ıcı sıcaklığına göredeğişimi

Tc=40 C, ΔT=5K, ns=0.8

0.00

0.06

0.12

0.18

0.24

-66 -61.6 -57.2 -52.8 -48.4 -44

Te (C)

I ( k W )

IcompA ITEVA IeIc IcompB ITEVBIHE

Tc=40 C, ΔT=5K, ns=0.8

0.00

0.07

0.14

0.21

0.28

0.35

-66 -61.6 -57.2 -52.8 -48.4 -44

Te (C)

I ( k W )


Tc=40 C, ΔT=5K, ns=0.8

0.00

0.06

0.13

0.19

0.26

0.32

-66 -61.6 -57.2 -52.8 -48.4 -44

Te (C)

I ( k W ) IcompA ITEVA Ie

Ic IcompB ITEVBIHE

Tc=40 C, ΔT=5K, ns=0.8

0.00

0.10

0.21

0.31

0.42

0.52

-66 -61.6 -57.2 -52.8 -48.4 -44

Te (C)


Ic IcompB ITEVBIHE




171

a) R12-R13 b) R22-R13

c) R134a-R13 d) R404a-R13

Şekil 4. Kaskat soğutma sistemi elemanlar ının tersinmezliklerinin yoğuşturucu sıcaklığınagöre değişimi

a) R12-R13 b) R22-R13

c) R134a-R13 d) R404a-R13

Şekil 5. Kaskat soğutma sistemi elemanlar ı

nı

n tersinmezliklerinin izantropik verime göredeğişimi

Te=-65 C, ΔT=5K, np=0.8

0.00

0.09

0.18

0.27

0.36

0.45

28 32.8 37.6 42.4 47.2 52

Tc (C)

I ( k W )

IcompA ITEVAIe IcIcompB ITEVBIHE

Te=-65 C, ΔT=5K, ns=0.8

0.00

0.08

0.17

0.25

0.34

0.42

28 32.8 37.6 42.4 47.2 52

Tc(C)

I ( k W )


Te=-65 C, ΔT=5K, ns=0.8

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

28 32.8 37.6 42.4 47.2 52

Tc (C)

I ( k W

)


Te=-65 C, ΔT=5K, np=0.8

0.00

0.16

0.32

0.48

0.64

0.80

28 32.8 37.6 42.4 47.2 52

Tc (C)

I ( k W

)


Te=-65 C, Tc=40 C,ΔT=5K

0.00

0.16

0.32

0.48

0.64

0.80

45 56 67 78 89 100

ns

I ( k W )


Te=-65 C, Tc=40 C, ΔT=5K

0.00

0.15

0.30

0.45

0.60

0.75

45 56 67 78 89 100

ns

I ( k W )

IcompAITEVAIeIcIcompBITEVBIHE

Te=-65 C, Tc=40 C, ΔT=5K

0.00

0.17

0.34

0.51

0.68

0.85

45 56 67 78 89 100

ns

I ( k W )


Te=-65 C, Tc=40 C, ΔT=5K

0.00

0.26

0.52

0.78

1.04

1.30

45 56 67 78 89 100

ns

I ( k W )





172

Şekil 6 buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezliklerinin ∆T’ye (kaskat soğutmasistemini oluşturan alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındaki sıcaklık fark ı) göre değişiminigöstermektedir. ∆T’nin değiştirilmesi; alçak kademe soğutma sisteminin sıcaklığı sabit tutulup, yüksek kademesoğutma sisteminin sıcaklığı arttır ılmak suretiyle yapıldığından dolayı alçak kademe soğutma sisteminde (sistemA) bulunan elemanlar ın tersinmezliklerinde herhangi bir değişiklik olmamakta fakat yüksek kademe soğutmasisteminin (sistem B) elemanlar ının tersinmezliklerinde değişiklik gözlenmektedir. Şekil 6’da görüldüğü gibi

çalışılan bütün soğutucu ak ışkan çiftleri için ∆T arttır ıldığı zaman büyük oranda tersinmezlik artışı sırasıylagenleşme vanası B ve yoğuşturucuda meydana gelirken kompresör B’nin tersinmezliğindeki azalma ise dikkatealınmayacak kadar küçüktür. R12-R13 soğutucu ak ışkan çifti haricindeki ak ışkan çiftleri için ısı değiştiricisindetersinmezlik artmaktadır. Bunun nedeni ise R22-R13, R134a-R13 ve R404a-R13 durumunda sıcak ak ışkanıntersinmezliğindeki azalmanın soğuk ak ışkanın tersinmezliğindeki artma miktar ından daha az olmasıdır. R404a-R13 durumunda sırasıyla kompresör B, genleşme vanası B ve yoğuşturucuda en büyük tersinmezlikler oluşurken, R22-R13 durumunda ise en küçük tersinmezlikler oluşmaktadır.

4.SONUÇLAR

Buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminin elemanlar ının tersinmezlikleri R12-R13, R22-R13, R134a-R13 veR404a-R13 soğutucu ak ışkan çiftleri için buharlaştır ıcı sıcaklığına, yoğuşturucu sıcaklığına, izantropik verimeve kaskat soğutma sistemini oluşturan alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındaki sıcaklık fark ına(∆T) bağlı incelenmiştir.Çalışmada kullanılan bütün soğutucu ak ışkanlar için buharlaştır ıcı sıcaklığının artmasıyla buhar sık ıştırmalı kaskat soğutma sisteminin bütün elemanlar ının tersinmezlikleri azalırken, yoğuşturucu sıcaklığının artmasıylasadece yüksek kademe soğutma sisteminin elemanlar ın tersinmezlikleri artmaktadır. Her iki durumda da en

büyük tersinmezlik değerleri yüksek kademe sisteminde bulunan kompresörde (kompresör B), en küçük tersinmezlik değerleri ise buharlaştır ıcıda olmaktadır.

Buharlaştır ıcı sıcaklığının arttır ılması durumunda, kompresör B, yoğuşturucu, genleşme vanası B ve ısı değiştiricisinde en büyük tersinmezlik değerleri R404a-R13 ak ışkan çiftinin kullanılmasıyla oluşurken,

a) R12-R13 b) R22-R13

c) R134a-R13 d) R404a-R13

Şekil 5. Kaskat soğutma sistemi elemanlar ının tersinmezliklerinin ∆T’ye göre değişimi

Tc=40 C, Te=-65C, ns=0.8

0.00

0.06

0.13

0.19

0.26

0.32

0 3.4 6.8 10.2 13.6 17

ΔT (K)


Ic IcompB ITEVBIHE

Tc=40 C, Te=-65C, ns=0.8

0.00

0.07

0.14

0.21

0.28

0.35

0 3.4 6.8 10.2 13.6 17

ΔT (K)

I ( k W )

IcompA ITEVA IeIc IcompB ITEVB

IHE

Tc=40 C, Te=-65C, ns=0.8

0.00

0.06

0.12

0.18

0.24

0.30

0 3.4 6.8 10.2 13.6 17

ΔT (K)

I ( k W )


Tc=40 C, Te=-65C, ns=0.8

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0 3.4 6.8 10.2 13.6 17

ΔT (K)


Ic IcompB ITEVBIHE




173

yoğuşturucu ve ısı değiştiricisinde en küçük tersinmezlik değerleri R134a-R13 çiftinin kullanılmasıyla vekompresörde ise en küçük tersinmezlik değerleri ise R12-R13 ak ışkan çiftinin kullanılmasıyla meydanagelmektedir.

Yoğuşturucu sıcaklığının arttır ılması durumunda, kompresör B, genleşme vanası B ve ısı değiştiricisinde en büyük tersinmezlik değerleri R404a-R13 ak ışkan çiftinin kullanılmasıyla oluşurken, yoğuşturucu ve ısı

değiştiricisinde en küçük tersinmezlik değerleri R134a-R13 çiftinin kullanılmasıyla, kompresör ve genleşmevanası B’de en küçük tersinmezlik değerleri ve yoğuşturucuda en büyük tersinmezlik değerleri R22-R13ak ışkan çiftinin kullanılmasıyla meydana gelmektedir.

İzantropik verimin arttır ılmasıyla çalışmada kullanılan bütün soğutucu ak ışkanlar için kaskat soğutmasistemindeki buharlaştır ıcı ve genleşme vanası A haricindeki bütün elemanlar ın tersinmezlikleri azalmaktadır.Buharlaştır ıcı sıcaklığının arttır ılmasında olduğu gibi izantropik verimin arttır ılmasında da kompresör B,yoğuşturucu, genleşme vanası B ve ısı değiştiricisinde en büyük tersinmezlik değerleri R404a-R13 ak ışkançiftinin kullanılmasıyla meydana gelirken, yoğuşturucu ve ısı değiştiricisinde en küçük tersinmezlik değerleriR134a-R13 çiftinin kullanılmasıyla meydana gelmektedir. Kompresör B ve genleşme vanası B’de ise en küçük tersinmezlik değerleri R22-R23 ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda meydana gelmektedir.

∆T’nin arttır ılmasıyla genleşme vanası B ve yoğuşturucunun tersinmezliği artmaktadır. Sıcak ve soğuk ak ışkan

arasındaki tersinmezlik artmasına ve azalmasına bağlı olarak ısı değiştiricisinde R12-R13 soğutucu ak ışkan çiftiharicindeki ak ışkan çiftleri için tersinmezlik artarken sistemin diğer elemanlar ın (kompresör A ve B, genleşmevanası A, buharlaştır ıcı) tersinmezliklerinde herhangi bir değişiklik olmamaktadır.

SEMBOLLER

h soğutucu ak ışkanın özgül entalpisi (kJ kg –1)

m& kütle debisi (kg s –1)ηs kompresörün izantropik verimi

I& tersinmezlik (kW)

s özgül entropi (kJ kg –1K –1)T sıcaklık (ºC)

ΔT kaskat soğutma sistemini oluşturan alçak ve yüksek kademe soğutma sistemleri arasındakisıcaklık fark ı (K)

İndisler A A soğutma sistemiB B soğutma sistemic yoğuşturucucomp kompresör e buharlaştır ıcı

HE Isı değiştiricisi0 çevrers soğutma ortamı TEV genleşme vanası 1…12 Şekil 1’de gösterilen kaskat soğutma sisteminde elemanlar ın giriş veya çık ış şartlar ını gösteren

noktalar

KAYNAKLAR

[1] Dincer I., Refrigeration Systems and Applications, England, Wiley, 2003.[2] Gupta K. Numerical optimization of multi-stage cascaded refrigeration-heat pump system, Heat RecoverySystems, 5(4), 305–319, 1985.[3] K ılıçarslan A., Hoşöz M., Kaskat so ğ utma sistemlerinde kullanılan so ğ utucu ak ı şkan çiftlerinin k ı yaslanması.16.Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi Bildiriler Kitabı, Türk Isı Bilim ve Tekniği Derneği, 30 Mayıs- 2 Haziran,Kayseri, 1126-1135, 2007.




174

[4] Gupta K, Parasad M., Comparative optimum performance study of multi-stage cascade refrigerating systems, Mechanical Engineering Bulletin Heat Recovery Systems, 14(4), 124–30, 1983.[5] Agrawal DD., Prediction of optimum interstage temperatures for cascade systems, Journal of the institutionof Engineers (India)-Mechanical Engineering Division, 69(5l), 148–51, 1989.[6] Agnew B, Ameli SM., A finite time analysis of a cascade refrigeration system using alternative refrigerants,Applied Thermal Engineering, 24, 2257–65, 2004.

[7] Cho K, Park J, Cho H., Performance of the cascade system using alternative refrigerants, Proceedings of theASME NHTC’01 - 35th National Heat Transfer Conference Anaheim, California, June 10-12, V.1, 595–600,2001.[8] Kilicarslan A. An experimental investigation of a different type vapor compression cascade refrigeration

system, Applied Thermal Engineering, 24, 2611–2626, 2004.[9] Srinivasa Murthy SS, Krishna Murthy MV. Experiments on a cascaded R11-R12 vapor compression system

for cogeneration of heat and cold . Heat Recovery Systems, 5(6), 519–26, 1985.[10] Kanoglu M. Exergy analysis of multistage cascade refrigeration cycle used for natural gas liquefaction, International Journal of Energy Research, 26(8), 763–74, 2002.[11] Lee TS, Liu CH, Chen TW. Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2 /NH 3 cascade refrigeration systems, International Journal of Refrigeration, 29, 1100–08, 2006.[12] Ratts EB, Brown JS. A generalized analysis for cascading single fluid vapor compression cycles using anentropy generation minimization method, International Journal of Refrigeration, 23, 353–65, 2000.




175

YATAY KONUMDAK İ BUHARLAŞTIRICILARDA BASINÇ KAYIPLARINIHESAPLAMAK İÇİN KULLANILAN METODLARIN GEÇERLİLİĞİNİN FARKLI

SOĞUTUCU AKIŞKANLARA VE ÇALIŞMA ŞARTLARINA GÖREKIYASLANMASI

Gökhan ARSLAN, Nurdil ESK İ N

İ stanbul Teknik Üniversitesi Makine Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü[email protected] , [email protected]

ÖZETSoğutucu ak ışkanlar ın faz değiştirdiği ısıtma-soğutma sistemlerinde tasar ım veoptimizasyon için basınç kaybının doğru hesaplanması çok önemlidir. Tek fazlı ak ışa göreiki fazlı ak ış, gerek hidrodinamik gerekse ısı geçişi açısından daha karmaşık yapıyasahiptir. Fazlar ın birbirlerine göre bağıl konsantrasyonu ve boru içinde dağılımlar ı (ak ış rejimleri), fazlar arası yoğunluk fark ının çok büyük olması basınç kaybını doğrudanetkileyen parametrelerdir. Ayr ıca tek fazlı ak ış açısından önemli olan atalet, viskoz ve

basınç kuvvetlerinin yanında iki fazlı ak ışta fazlar arasında oluşan arayüzeydeki gerilmeler,

kütle geçişi sonucu oluşan momentum değişimleri de basınç kaybını etkileyen parametrelerdir. Bu parametrelerden ötürü iki fazlı ak ışta tek fazlı ak ışta olduğu gibi basınçkaybı hesaplar ında tek bir korelasyon grubu kullanılamamaktadır. Araştırmacılar bu konuüzerinde deneysel çalışmalardan yola çıkarak çeşitli korelasyonlar oluşturmakta veya var olanlar ın geçerliliğini araştırmaktadırlar. Bu çalışma kapsamında literatürde yer alandeneyler bir araya getirilerek, farklı soğutucu ak ışkanlar ve çalışma şartlar ı altında

buharlaştır ıcıda meydana gelen basınç kaybını hesaplamak için yaygın olarak kullanılanmetodlar (Homojen, Lockhart-Martinelli, Müller-Steinhagen-Hack, Grönnerund)incelenmiştir. Düşük buhar kalitesi değişimi ve fazla buharlaşmanın olmadığı durumlarda,

basınç kaybını hesaplamak için Homojen ve Grönnerund metodlar ının olumlu sonuçlar verdiği, buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesi değişimi artması durumunda ise Lockhart-Martinelli ve Müller-Steinhagen-Hack metodlar ının belli şartlar altında kullanılabileceğitespit edilmiştir. Ayr ıca basınç kaybı hesabı için kullanılan metodlar ın aynı çalışma şartlar ı

altında farklı soğutucu ak ışkanlar için farklı sonuçlar verdiği ortaya konmuştur.Anahtar Kelimeler: İki fazlı Ak ış, Buharlaştırıcı, Basınç kaybı

1. GİR İŞ

Gelişen sanayinin beraberinde getirdiği en önemli sorunlardan biri olan enerji kaynaklar ının doğru ve optimumkullanımı, enerji ihtiyaçlar ının her geçen yıl arttığı, buna kar şılık enerji kaynaklar ının sınırlı olduğu ülkemiz içindaha çok önem kazanmaktadır. Enerjinin optimum kullanımı sadece enerji dönüşüm sistemleri için değil, cihazve sistemlerin tasar ımı ve üretiminde de ön plana çıkmaktadır. Özellikle ülkemizin lokomotif sektörlerinden biriolan Isıtma, Soğutma ve İklimlendirme sektörü ile Otomotiv sektöründe kullanılan çeşitli tipteki

buharlaştır ıcılar ın tasar ımı ve optimizasyonu, gerek tüm sistemin performansının arttır ılmasında ve gereksesistemde kullanılan enerjinin tasarrufunda ve daha az enerji gereksinimine ihtiyaç duyulmasını sağlaması açısından çok önemli bir yer tutmaktadır. Bilhassa yer k ısıtı olan iklimlendirme cihazlar ı, buharlaştır ıcılar ın daha

kompakt bir yapıya sahip olmasını gerektirmektedir. Basınç kaybının doğru hesaplanması, buharlaştır ıcı boyutlar ını küçülteceği gibi yatır ım maliyetlerini azaltmakta, daha az miktarda malzeme kullanımını sağlamaktadır.

Buharlaştır ıcıda basınç kaybını tahmin etmek için yaygın olarak kullanılan iki temel iki fazlı ak ış modeli vardır.Bunlar homojen ve ayr ık ak ış modelleridir. Bu modellerin kullanılması mühendislik uygulaması açısından kolayolduğu için tercih edilmektedir. Homojen modelde sıvı ve buhar fazlar aynı hıza sahip homojen bir kar ışımolarak kabul edilir. Fazlar ın ortalama hidrodinamik özellikleri kullanılarak basınç kaybı tek fazlı ak ışa görehesaplanır. Ayr ık ak ış modeli ise fazlar ın farklı hız ve hidrodinamik özelliklerini dikkate almaktadır. En önemlihusus, buharlaştır ıcının herhangi bir noktasında buhar kalitesinin ve boşluk oranının doğru bulunmasıdır. Busuretle herbir fazın kütlesel ve hacimsel oranı tespit edilerek hızlar ı bulunabilmektedir. Hızlar ın doğu tespitedilmesi, basınç kaybının mümkün olduğunca doğru bulunması açısından önemlidir çünkü toplam basınç kaybı ağırlıklı olarak sürtünmelerden kaynaklanan basınç kayı plar ını içermektedir. Bu basınç kaybı da Reynolds

sayısına, yani faz hızlar ına bağlıdır.




176

Bu çalışmada buharlaştır ıcı boyunca meydana gelen basınç kaybı farklı metodlar ele alınarak incelenmiştir. Dahaönce de belirtildiği gibi basınç kaybının bulunması için buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesi değişimi bilinmesigerekir. Buharlaştır ıcı boyunca sabit ısı ak ısı ile doymuş sıvı soğutucu ak ışkanın ısıtıldığı kabul edilmiştir. Bukabul kapsamında yer alan literatür deneysel çalışmalar ı tespit edilmiş ve elde edilen model sonuçlar ı ilek ıyaslanmıştır.

2. BASINÇ KAYBI HESABI VE KULLANILAN METODLAR

Buharlaştır ıcı için genel enerji dengesini kinetik ve potansiyel enerjiler ihmal edilerek yaz ıldığında buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesi değişimi

( )v L

d q z x

G A h h

π =

−(1)

ifadelerinden tespit edilmiştir. Buhar kalitesinin buharlaştır ıcı boyunca doğrusal değiştiği göz önüne alınarak toplam basınç kaybı hesaplar ı yapılmıştır. Toplam basınç kaybı yer çekimi etkisi, ivmelenme ve sürtünmelerdenkaynaklanmaktadır. Buharlaştır ıcı yatay konumda olduğu için toplam basınç kaybında yer çekiminin etkisi ihmaledilmiştir.

Buharlaştır ıcıda basınç kaybını tespit etmek için kullanılan modellerin ilki homojen ak ış modelidir. Her iki fazın

ortalama termodinamik ve hidrodinamik özelliklerinin kullanıldığı bu modelde ortalama yoğunluk ve boşluk oranı buhar kalitesinin bir fonksiyonu olarak tanımlanır. Ortalama viskozite için tanımlanmış birçok ortalamadeğer mevcuttur. Yaygın kullanımı açısından bu çalışmada ortalama viskozite için McAdams [1] modelikullanılmıştır.

1 1

m v L

x

ρ ρ ρ

−= + (2)

1v

L v

x

x ρ

α

ρ ρ

=−

+(3)

11m

v L

x xμ

μ μ

= −+

(4)

Yatay konumdaki buharlaştır ıcıda yer çekimi etkisi ihmal edildiğinde toplam basınç kaybı, ivmelenme vesürtünmeden kaynaklanan kayı plar olarak

2 21 1 1

ivme v L v L

dP d x x dxG G

dz dz dz ρ ρ ρ ρ

⎛ ⎞ ⎛ ⎞−⎧ ⎫ = + = −⎨ ⎬ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎩ ⎭ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

(5)

2 22 1 1 12 m

sürtünme L v L

udP f G f x

dz d d ρ

ρ ρ ρ

⎛ ⎞⎛ ⎞⎧ ⎫ = = + −⎜ ⎟⎨ ⎬ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎩ ⎭ ⎝ ⎠⎝ ⎠m (6)

şeklinde tariflenir. Toplam basınç kaybında sürtünmelerin önemli bir rol oynadığı bilinmektedir. Sürtünmefaktörünün (f) doğru tespit edilmesi bu nedenle önemlidir. Bu modelde sürtünme faktörü ortalama Reynoldssayısına göre tariflenir.

Rem

m

G d

μ =

(7)

Sürtünme faktörü için yüzey pürüzlülüğünü dikkate alan, hem laminar hem de türbülanslı bölge için geçerli olanChurchill [2] modeli kullanılmıştır. Bu modele göre sürtünme faktörü ;

( )

1/1212

3/ 2

8 12

Rem m m

f a b

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥= +⎜ ⎟⎢ ⎥+⎝ ⎠⎣ ⎦

(8)




177

16

0.9

12.457ln

7 0.27

Re

m

m

a

d

ε

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟

= ⎢ ⎥⎜ ⎟⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟+⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥

⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠⎣ ⎦

(9)

16

37530

Rem

m

b⎛ ⎞

= ⎜ ⎟⎝ ⎠

(10)

Buharlaştır ıcıda basınç kaybını tahmin etmek için kullanılan bir diğer model ise ayr ık ak ış modelidir. Bu modelkapsamında Lockhart-Martinelli, Müller-Steinhagen-Hack, Grönnerund metodlar ı irdelenmiştir.

Bu modelde her iki fazın termodinamik denge halinde olduğu kabul edilmiştir. Buharlaştır ıcının herhangi bir noktasında sıvı ve buhar faza ait hızlar ın kapladıklar ı alan boyunca düzgün dağılımlı ve birbirinden farklı olduklar ı kabul edilmiştir. Buharlaştır ıcı için süreklilik denklemi yazıldığında fazlar ın hızlar ı;

( )1v

v

G xu ρ α

=−

(11)

( )1 L

L

G xu

ρ α

−= (12)

şeklinde tespit edilir. Burada görüldüğü gibi hızlar buhar kalitesi ve boşluk oranının fonksiyonu olarak tanımlanmıştır. Daha önce buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesi değişimi tespit edilmişti. Boşluk oranını tespitetmek için ise literatürde birçok korelasyon mevcuttur. Bu çalışma kapsamında Lockhart ve Martinelli [3]taraf ından tariflenen bağıntı kullanılmıştır.

10.070.360.641

1 0.28

v L

L v

x

x

ρ μ

α ρ μ

−⎡ ⎤⎛ ⎞⎛ ⎞−⎛ ⎞

⎢ ⎥= + ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ (13)

Ayr ık ak ış modelinde basınç kaybı iki faz çarpanı tariflenerek bulunmaktadır. İki faz çarpanı buharlaştır ıcıdaakan iki fazlı ak ışın kütlesel ak ısına göre değişik biçimlerde tariflenir.

1/ 2

sürtünme L

L

dP

dz

dP

dz

φ

⎡ ⎤⎧ ⎫⎨ ⎬⎢ ⎥⎩ ⎭⎢ ⎥=

⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

,

1/ 2

sürtünmev

v

dP

dz

dP

dz

φ

⎡ ⎤⎧ ⎫⎨ ⎬⎢ ⎥⎩ ⎭⎢ ⎥=

⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

,

1/ 2

0

0

sürtünme L

L

dP

dz

dP

dz

φ

⎡ ⎤⎧ ⎫⎨ ⎬⎢ ⎥⎩ ⎭⎢ ⎥=

⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

(14)

Burada (dp/dz)L buharlaştır ıcıda akan iki fazlı ak ışın sıvı taraf ı için tariflenmiştir ve buhar kalitesi değiştikçe budeğer sıvı kütlesel ak ısı [G(1-x)] değiştiği için değişmektedir. Aynı şekilde (dp/dz)v iki fazlı ak ışın buhar taraf ı için tariflenir. Farklı olarak (dp/dz)Lo buharlaştır ıcı içinde toplam kütlesel ak ı değerinde [G] sıvı aktığı kabuledilerek tariflenir. Sabit kesit alanı kabul edildiğinde bu değer buharlaştır ıcı boyunca değişmemektedir.

Lockhart ve Martinelli [3] hava-su kar ışımı için yapmış olduklar ı çalışma sonucu basınç kaybını bulmak içinLockhart-Martinelli parametresini tariflemişlerdir.

2 L

v

dP

dz X

dP

dz

⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠=⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

(15)

Daha sonra Chisholm [4], bu çalışmaya ek olarak Lockhart-Martinelli parametresini kullanarak iki faz çarpanı tariflemiştir. Bu çarpan, sıvı ve buhar ın ak ış rejimine göre değişmektedir.




178

1/ 2

2

11 L

C

X X φ

⎛ ⎞= + +⎜ ⎟⎝ ⎠

(16)

Burada ‘C’ nin değeri sıvı veya buhar ın laminar veya türbülanslı olmasına göre değişmektedir. Sonuç olarak sürtünmelerden kaynaklanan basınç kaybı, Lockhart-Martinelli parametresini kullanarak şu şekildehesaplanmıştır.

2 22 2 2 (1 ) L L L

fr L L

f G xdP dP dz dz d

φ φ ρ

−⎧ ⎫ ⎛ ⎞= =⎨ ⎬ ⎜ ⎟⎩ ⎭ ⎝ ⎠

(17)Grönnerund [5] yukar ıda bahsedilen metoda benzer bir şekilde soğutucu ak ışkanlar için bir metod geliştirmiştir.Farklı olarak iki faz çarpanı Froude sayısına göre tanımlanmıştır.

20.25

1 1

L

v gd

Fr L

v

dP

dz

ρ

ρ φ

μ

μ

⎡ ⎤⎢ ⎥

⎧ ⎫ ⎢ ⎥= + −⎨ ⎬ ⎢ ⎥⎩ ⎭ ⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦

(18)

1.8 10 0.54( ) Fr Fr Fr

dP f x x x f dz⎧ ⎫ ⎡ ⎤= + −⎨ ⎬ ⎣ ⎦⎩ ⎭

(19)

Bu metod da eğer sıvı taraf ı Froude sayısı, Fr L ≥ 1 ise sürtünme faktörü f Fr = 1.0 alınmaktadır. Eğer Fr L ≤ 1 ise;2

0.3 10.0055 ln Fr L

L

f Fr Fr

⎛ ⎞= + ⎜ ⎟

⎝ ⎠(20)

2

2 L

L

G Fr

gD ρ = (21)

olarak alınmaktadır. Sonuç olarak sürtünmelerden dolayı basınç kaybı;2

2 2 0

02 L gd gd

sürtünme L L f GdP dP dz dz d

φ φ ρ ⎧ ⎫ ⎛ ⎞= =⎨ ⎬ ⎜ ⎟⎩ ⎭ ⎝ ⎠

(22)

olarak tespit edilir.

Bir diğer metod ise Müller-Steinhagen-Heck [6] taraf ından tariflenmiştir. Bu model buharlaştır ıcı içinde ak ışıntamamen sıvı ve buhar olması durumuna göre ampirik bir interpolasyondur. Sürtünmelerden dolayı oluşan

basınç gradyeni;

( )( ) ( )1/ 3 32 1

sürtünme

dP A B A x x Bx

dz

⎧ ⎫ = + − − +⎨ ⎬⎩ ⎭

(23)

şeklinde tanımlanmıştır. Burada A ve B ak ışın tamamen sıvı olması ve tamamen buhar olması durumuna göretariflenen basınç gradyenleridir.

Yukar ıda bahsedilen üç metod, Lockhart-Martinelli, Grönnerund, Müller-Steinhagen-Hack için ivmelenmedendolayı meydana gelen basınç kayı plar ı aynı şekilde hesaplanmaktadır.

( )

( )

2 22 1

1ivme L v

xdP d xG

dz dz ρ α ρ α

⎡ ⎤−⎧ ⎫ = +⎢ ⎥⎨ ⎬−⎩ ⎭ ⎢ ⎥⎣ ⎦

(24)

( ) ( )2 22 2

2 2

0

1 1ivme

L v L v z

x x x x P G G

ρ ρ ρ ρ =

⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞− −⎢ ⎥ ⎢ ⎥Δ = + − +⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎣ ⎦ ⎣ ⎦(25)

Toplam basınç kaybı, elde edilen gradyenlerin buharlaştır ıcı boyunca integre edilmesi sonucu elde edilmiştir.Buna göre;Homojen Model:




179

( )

222 1 1 1 1 1

L v L v L v L

f G d q P x dz G dz

d A h h

π

ρ ρ ρ ρ ρ

⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎡ ⎤⎛ ⎞ ⎛ ⎞Δ = + − + −⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎢ ⎥⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ −⎢ ⎥⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎣ ⎦⎣ ⎦

∫ ∫z z

0 0

(26)

Lockhart-Martinelli Modeli:2 2

2

0

2 (1 ) L

L L ivme

L

f G x P dz P d

φ ρ

⎡ ⎤−Δ = + Δ⎢ ⎥⎣ ⎦∫ (27)

Grönnerund Modeli:2

2 0

0

2 L L

gd ivme

L

f G P dz P

d φ

ρ

⎡ ⎤Δ = + Δ⎢ ⎥

⎣ ⎦∫ (28)

Müller-Steinhagen-Hack Modeli:

( )( ) ( )( )1/ 3 3

0

2 1 L

ivme P A B A x x Bx dz P ⎡ ⎤

Δ = + − − + + Δ⎢ ⎥⎣ ⎦∫ (29)

3. SİMULASYON SONUÇLARININ DENEY VER İLER İ İLE KAR ŞILAŞTIRILMASI

Buharlaştır ıcılar üzerine yapılan güncel çalışmalar taranmış ve deney verileri toplanmıştır. İncelenençalışmalar ın ortak yönü buharlaştır ıcı cidar ında sabit ısı ak ısı uygulanmasıdır. Doymuş sıvı olarak

buharlaştır ıcıya gönderilen soğutucu ak ışkan, Joule etkisi ile ısıtılmakta, buharlaştır ıcının belli noktalar ında basınç ve sıcaklık ölçümleri alınmaktadır. Modellerin geçerliliğinin kapsamlı bir şekilde irdelenmesi içinliteratür araştırması farklı soğutucu ak ışkanlar ı ve çalışma şartlar ını içerecek şekilde yapılmıştır. Deneyler ileilgili detaylar Tablo 1 de verilmiştir.

Tablo 1: Literatürde yer alan deneysel çal ı şmalar

SoğutucuAk ışkan

Buharlaştır ıcı iç çapı (mm)

Buharlaştır ıcı Boyu (m)

Isı Ak ısı (kW/ m2)

KütleselAk ı (kg/m2s)

Doyma Basıncı (bar)

DoymaSıcaklığı (Ԩ)

C. Aprea vediğerleri [7]

R407C-R417A

6 6 7.6-28.5 195-706 3.6-10.3 ~

Wattelet vediğerleri. [8]

R12 10.21 2.44 5.1-20.4 405-540 ~ 16-18

Tran[9] R134a 2.46 0.914 2.2-90.8 33-832 1.4-8.5 ~

C. Aprea ve diğerleri [7], R407C ve R417A soğutucu ak ışkanlar ı için buharlaştır ıcıda basınç kaybını araştırmış,farklı noktalara yerleştirilen basınç ölçerler ile yerel basınç düşümleri kaydedilmiştir. Şekil 1 de deneysel veriler ile model sonuçlar ı kar şılaştır ılmıştır.




180

Ş ekil 1: C. Aprea ve di ğ erlerinin [7] elde etmi ş oldu ğ u deney verileri ile model sonuçlar ının kar şıla şt ır ılması

Wattelet ve diğerleri [8] R12 soğutucu ak ışkanı için yaptıklar ı deneylerde, debiyi sabit tutup farklı ısı ak ısı değerlerinde deneyler yapmışlardır. Yaptıklar ı deneyler kapsamında buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesideğişimini küçük tutarak basınç kaybını ölçmüşlerdir. Sonuçlar Şekil 2 de verilmiştir.




181

Ş ekil 2 : Wattelet ve di ğ erlerinin [8] elde etmi ş oldu ğ u deney verileri ile model sonuçlar ının kar şıla şt ır ılması

Tran[9], R134a soğutucu ak ışkanı için farklı doyma basıncı ve farklı kütlesel ak ı değerlerinde deneyler yaparak basınç kaybını ölçmüştür. Elde edilen sonuçlar hata paylar ı ile birlikte Tablo 2 de verilmiştir.

Tablo 2: Tran’ ın [9] elde etmi ş oldu ğ u deney verileri ile metod sonuçlar ının kar şıla şt ır ılması

Deney Sonuçları Homojen Model(Bu Çalışma)

Lockhart-

Martinelli(Bu Çalışma)

Müller-

Steinhagen-Hack (Bu Çalışma)

Grönnerund(Bu Çalışma)

p(bar) G(kg/m2s) q(kw/m2) Xexit dp(kPa)dph(kPa)

Hata(%)dpa(kPa)

Hata(%)

dpa(kPa)

Hata(%)

dpa(kPa)

Hata(%)

8.16 472.84 39.9 0.5 16.08 10.264 36.17 17.945 11.60 13.992 12.99 10.733 33.25

8.12 261.95 21.03 0.53 5.63 3.613 35.83 6.186 9.88 5.248 6.79 4.544 19.29

8.08 118.45 9.47 0.55 1.48 0.842 43.11 1.295 12.50 1.352 8.65 1.02 31.08

8.09 95.5 6.32 0.46 0.53 0.54 1.89 0.816 53.96 1.122 111.70 0.533 0.57

6.08 469.56 43.27 0.62 28.35 15.623 44.89 27.04 4.61 18.468 34.86 18.468 34.86

6.12 348.2 33.81 0.64 17.53 9.066 48.28 14.66 16.39 10.407 40.63 13.417 23.46

6.10 150.9 17.45 0.74 4.4 1.956 55.55 2.88 34.45 2.002 54.50 3.356 23.736.14 39.28 5.96 0.74 0.36 0.142 60.56 0.27 24.44 0.232 35.56 0.236 34.44

4.00 457.8 43.09 0.71 41.6 26.548 36.18 39.51 5.01 27.266 34.46 44.123 6.06

4.10 355.92 36.79 0.68 25.49 14.764 42.08 20.03 21.40 16.368 35.79 23.465 7.94

4.24 201.6 19.03 0.73 9.65 5.542 42.57 7.42 23.14 6.043 37.38 10.796 11.88

4.22 93.38 8.89 0.33 1.18 0.656 44.41 0.55 53.81 1.623 37.54 0.382 67.63

4.25 44.1 5.16 0.76 0.79 0.324 58.99 0.61 23.29 0.561 28.99 0.616 22.03

3.46 502.3 49.83 0.74 56.18 38.506 31.46 54.7 2.70 36.474 35.08 66.409 18.21

3.39 351.5 28.58 0.61 24.78 17.7 28.57 22.7 8.22 24.486 1.19 26.619 7.42

4. SONUÇ

Yapılan çalışma ile R407C, R417a, R12, R134a soğutucu ak ışkanlar ı için farklı doyma basıncı ve kütlesel ak ı değerlerinde, buharlaştır ıcıda basınç kaybı incelenmiştir. Mühendislik uygulaması açısından uygun olan 4 farklı metodun (Homojen, Lockhart-Martinelli, Müller-Steinhagen-Hack, Grönnerund) geçerliliği, literatürde yer alandeney sonuçlar ı ile kar şılaştır ılarak araştır ılmıştır. Sonuç olarak uygulanan metodlar ın doyma basıncına, kütleselak ı değerine ve soğutucu ak ışkan türüne göre belli şartlar altında geçerli olduğu tespit edilmiş, metodlar ın geçerliolduğu çalışma aralıklar ı ve sapma oranlar ı belirlenmiştir. Wattelet ve diğerlerinin [8] yapmış olduğu deneyselçalışmada buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesi değişimi düşük kaldığı için Homojen ve Grönnerund modelininyak ın sonuçlar verdiği; diğer metodlar ın ise yetersiz kaldığı görülmüştür. Buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesideğişiminin düşük (fazla buharlaşmanın olmadığı hal) olmasının bağlı olarak ak ış rejiminde belirgin değişimolmadığı durumlarda, bu metodlar için yapılan kabuller geçerli olmuştur. Buhar kalitesi değişimi arttığı zamanise, bu modellerin deney verilerinden büyük oranda (%40 ve üzeri) saptığı tespit edilmiştir.

Lockhart-Martinelli ve Müller-Steinhagen-Hack metodlar ı ise, diğer metodlara göre yüksek buhar kalitedeğişimlerinde daha tutarlı sonuçlar vermektedir. C. Aprea ve diğerlerinin [7] yapmış olduğu deneysel çalışmada




182

R407C için yüksek basınç ve kütlesel ak ı değerlerinde Lockhart-Martinelli metodu buharlaştır ıcı boyunca sürekli basınç kaybını hassas bir şekilde hesaplayabilmekte, aynı şartlar altında R417A için ise bu metodun hata payı artmaktadır. Kütlesel ak ının 350 kg/m2s değerinden düşük olduğu tüm çalışmalarda bu metodun deneyverilerinden büyük oranda saptığı görülmektedir. Müller-Steinhagen-Hack metodu, bir önceki metoda göre 350kg/m2s değerinden düşük kütlesel ak ı değerlerinde ve buhar kalitesi değişimin yüksek olduğu buharlaştır ıcılar ın

bilhassa giriş k ısmında tutarlı sonuçlar vermekte; fakat buhar miktar ı artıkça sonuçlar büyük oranda sapma

göstermektedir.

Tran [9] taraf ından yapılan deneysel çalışma, R134a gibi yaygın kullanılan soğutucu ak ışkan verileri içerdiği içinönemlidir. Yüksek doyma basıncı (8 bar) ve kütlesel ak ı (470 kg/m2s) değerlerinde Müller-Steinhagen-Hack metodu ortalama %10 hata ile iyi sonuç vermiştir. Doyma basıncı ve kütlesel ak ı değeri düştükçe hata payı

büyük oranda (%30-40) artmaktadır. Lockhart-Martinelli metodu ise R134a soğutucu ak ışkanı için diğer ak ışkanlara göre daha olumlu sonuçlar vermiştir. Bu metodla 4-8 bar aralığında yüksek kütlesel ak ı değerinde(470 kg/m2s) basınç kaybını ortalama %10 hata payı ile hesaplanmaktadır. Kütlesel ak ı değeri düştükçe hata payı artmaktadır. Bu metod Müller-Steinhagen-Hack metoduna göre daha geniş doyma basıncı aralığında tutarlı sonuçlar vermiştir.

Sonuç olarak bütün deneysel çalışmalar gözönüne alındığında, düşük buhar kalitesi değişimi ve fazla buharlaşmanın olmadığı durumlarda, basınç kaybını hesaplamak için Homojen ve Grönnerund metodlar ının

olumlu sonuçlar verdiği; buharlaştır ıcı boyunca buhar kalitesi değişimi artması durumunda ise Lockhart-Martinelli ve Müller-Steinhagen-Hack metodlar ının belli şartlar altında kullanılabileceği tespit edilmiştir. Ayr ıca basınç kaybı hesabı için kullanılan metodlar ın aynı çalışma şartlar ı altında farklı soğutucu ak ışkanlar için farklı sonuçlar verdiği ortaya konmuştur.

İndisA : Buharlatır ıcı dış yüzey alanı (m2)d : Buharlaştır ıcı iç çapı (m)f : Sürtünme faktörüFr : Froude sayısı g : Yerçekimi ivmesi (m/s2)G : Kütlesel ak ı (kg/m2s)

h :Entalpi (kj/kg)ΔP : Basınç fark ı (Pa)q” : Isı Ak ısı (W/m2)Re : Reynolds sayısı u :Faz hızı (m/s)x : Buhar kalitesiX : Martinelli parametresiz : Buharlaştır ıcı boyunca konum (m)Alt İndisl : Sıvı lo : Her iki fazın toplam debisinde sadecesıvınınakması hali

m : Kar ışımv : Buhar Yunan Harfleriρ : Yoğunluk (kg/m3)α : Boşluk oranı μ : Viskosite (Pa s)ε : Yüzey pürüzlülüğü (mm)ϕ : İki faz çarpanı




183

5. KAYNAKLAR

[1] McAdams, W. H., et al., Vaporisation Inside Horizontal Tubes. Trans. ASME, vol. 64, pp.193,1942

[2] Churchill, S. W., “Friction Factor Equation Spans all Fluid Flow Regimes,” ChemicalEngineering, 84 (24), pp. 91-92, 1977 [3] Lockhart, R. W., and Martinelli, R. C., “Proposed Correlation of Data for Isothermal Two-Phase, Two- Component Flow in Pipes,” Chemical Engineering Progress Symposium Series,45 (1), pp. 39-48, 1949 [4] Chisholm, D., “A Theoretical Basis for the Lockhart-Martinelli Correlation for Two-PhaseFlow,” Int. J. Heat Mass Transfer, 10 (12), pp. 1767-1778, 1967 [5] Grönnerud R., “Investigation of liquid hold-up, flow resistance and heat transfer incirculation type evaporators, part IV: two-phase flow resistance in boiling refrigerants.”Annexe 1972–1, Bull De l‘Inst du Froid, 1979[6] Muller-Steinhagen, H. and K. Heck, “A simple friction pressure drop correlation for two-

phase flow in pipes”, Chem. Eng. Process., 20, 297-308, 1986. [7] C. Aprea, A. Greco, A. Rosato, “Comparison of R407C and R417A heat transfer coefficients and pressure drops during flow boiling in a horizontal smooth tube”, EnergyConversion and Management , Volume 49, Issue 6 , June 2008, Pages 1629-1636 [8] J. Wattelet, J.C. Chato, “Design building and baseline testing of an apparatus used tomeasure evaporation characteristics of ozone-safe refrigerants, Air Conditioning andRefrigeration Center.” ACRC-TR-90-02, University of Illinois at Urbana-Campaign (1990)[9] Thanh Nhon Tran, “Pressure drop and heat transfer study of two phase flow in smallchannels.” PhD. Thesis, Texas Tech University, 1998




184

KISMİ DEVAMLI FONKSİYONLAR KULLANARAK SOĞUTUCUAKIŞKANLARIN DOYMA BASINÇ EĞR İLER İNİN HASSAS OLARAK

OLUŞTURULMASI

M. Turhan ÇOBANEge Üniversitesi, Mühendislik Fakultesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Bornova, İZMİR

[email protected]

ÖZETDoyma basıncının doyma sıcaklığının fonksiyonu olarak hesaplanması soğutucu ak ışkanlar ın faz değişimtermodinamik özelliklerinin en önemlilerindendir. Doyma sıcaklık basınç eğrisinin hassas olarak hesaplanması doyma entalpi değişiminin doğru olarak hesaplanması için de önemli bir parametredir. Bu çalışmada k ısmidevamlı lineer fonksiyonlar ın kullanılmasının devamlı fonksiyon kullanımına göre daha hassas sonuçlar eldeetmemizi sağlıyacağı örnekler üzerinden gösterilmiş ve k ısmi devamlı fonksiyonlar ı hesaplayabilecek lineer

genel eğri uydurma programı

geliştirilmiştir. Çeşitli soğutma ak ı

şkanlartı

için sonuçlar iki klasik eğri uydurmadenklemi sonuçlar ıyla kar şılaştır ılmış ve k ısmi devamlı fonksiyonlar ın avantajı hata kar şılaştırmasıylagösterilmiştir.

1- GİR İŞ Doyma basıncının sıcaklığın fonksiyonu olarak elde edildiği eğri, tek bir eğri uydurmaya çalıştığımızdaoldukça zor bir proses olduğunu gözlemleriz. Bu zorluğun en önemli sebebi kritik nokta civar ında değerlerinçok hızlı değişmesidir. Eğri seçiminde genellikle bu özellik göz önünde bulundurulur, ancak bu durumdaeğrimiz lineer olmayan bir durum alır ve yine de kritik nokta civar ında elde ettiğimiz sonuçlar mükemmelsayılamayacak kadar hatalı olabilir. Denklem lineer olmıyan şekil aldığında eğri uydurma işleminin iteratif

bir prosese dönüşmesi de ek bir zorluk getirebilir. Bu yüzden bu çal ışmada k ısmi devamlı, katsayılar ı lineer olarak tanımlanan eğriler kullanarak sıcaklık basınç eğrisinin hassas olarak tanımlanmasını sağlamayaçalışacağız.

2- DENKLEMLER İN TANIMI

K ısmi devamlı lineer bir denklem

niT T T T aT aT aT aT aT aa P Hi Liiiiiiiidoyma ...0/// 3

6

2

54

3

3

2

210 =≤≤++++++=(1)

şeklinde tanımlanabilir. Burada verilen denklem sadece TLi ve THi sınırlar ı arasında tanımlıdır. T (K) doymasıcaklığı, Tc (K) k ıritik sıcaklıktır. Sınır değiştikçe denklem de değişir. Toplam veri bölgesinin n alt bölgeye

bölündüğünü varsayarsak, bu katsayılardan n set hesaplamamız gerekecektir. Bu denklemde tüm katsayılar yerine bir alt set alınabilir. Örneğin sadece 2 katsayı kabul edersek denklem lineer polinom denklemi olur.

Kar şılaşt

ırma denklem sistemi olarak [3]

)(log)/)((log/log 5105431021010 T aT T aaT aT aT aa P doyma −−++++= (2)

bu denklemdeki Pdoyma doyma basıncı, T doyma sıcaklığı (K), a0,…,a5 soğutucu ak şkan verisinden eldeedilen eğri uydurma parametreleridir.

İkinci kar şılaştırma denklemimiz Biraz daha kompleks bir form oluşturuyor. Bu denklemi özellikle makale başlığındaki hassas sözcüğünden dolayı seçtim[2]. Bu denklem

t t cdoyma P P P t p P +−−= ))(1)(( (3-1)

N N N t pt pt p /1

0 )]([)]([)( ∞+= (3-2)

t c

t

T T

T T

t −

−

= (3-3)




185

)1

exp(]1[11)(0 At

ARt At

P P

P t p s

t c

t

++−

−−= (3-4)

t

t c

T

T T A

−=

(3-5)

R

a

RT

ar

t

01 −= (3-6)

R

a s 0= (3-7)

43

4

2

32 )1()1()1()1(2)( t t at at at p −+−+−+−−= −∞

θ

(3-8)

5

2

2

23 00021222.0*2950258.011599104.0 aaa −+−= (3-9)

3

2

2

24 05322199.0*0897816.01546028.0 aaa −+−= (3-10)3

2

2

25 00047188.0*06817687.05725757.0 aaa +−= (3-11)

2.0=θ (3-12)

c

t

T

T N 87= (3-13)

bu denklem setinde Pt (kPa) soğutucu ak ışkanın üçlü nokta basıncı, Pc (kPa) kritik nokta basıncı, Tt üçlünokta sıcaklığı(K), Tc(K) kritik nokta sıcaklığıdır. Pdoyma doyma basıncını verir. a0, a1 ve a2 ak ışkan bağımlı katsayılar ımızdır .

3- ÇÖZÜM YÖNTEMİ

Denklem katsayılar ını bulmak için en küçük kareler metodundan yararlanacağız. Önce bu yöntemin genel bir tanımını yapalım. xi,yi i=0...(n-1) verisi verilmiş olsun bu veriyi önce l veri setine bölelim. Verimiz xi,yi

yi i=(n-1)/l*k...(n-1)/k*(k+1) k=0…(l-1) halini alır. Buradaki n toplam veri sayısı, l toplam toplam veri

seti sayısıdır. Bu durumda )1....(0,),()(0

)( −=≤≤∑==

l k x x x xa x f Hi

m

j Li j

m

jk k φ (4) j inci derece fonksiyon

seti verilmiş olsun. Buradaki j katsayılar ın çarpıldığı fonksiyonlardır. Örneğin denklem (1) için 0=1, 1=T, 2=T2, 3=T3, 4=1/T, 5=1/T2, 6=1/T3 değerlerini almıştır. Bu fonksiyona xi,yi, i= i=(n-1)/l*k...(n-1)/k*(k+1) verisini uydurmak istiyoruz. Bunu yapmak için önce veri setimizi l alt veri setine

bölüyoruz ve xLi ve xHi değerleri arasındaki her veri seti için en uygun a jk (m) (j=0…m) değerlerini bulmak

istiyoruz. Bunun için ∑

⎥

⎥⎥

⎦

⎤

⎢

⎢⎢

⎣

⎡

−

∑−=

+−

−=

=)1(*/)1(

*/)1(

2

0

)(

)()(

0)1(

)()(),....,(

k l n

k l ni

m

ji j

m

jk i

ik

m

mk

m

k k l

xa y xwaa H

φ

(5) hata fonksiyonunun

minimum değerini bulmamız gerekir. Fonksiyondaki wk (x) ağırlık fonksiyonu adını alır veni xw ik ,....,10)( =≥ olmalıdır. Fonksiyonun minimum noktası türevinin 0 a eşit olduğu nokta olacaktır.

m p xl

xa y xw

l a

aa H i p

n

i

m

ji j

m

jk i

ik m

p

m

mk

m

k k ,.....,00)()1(

)()(

)1(

2),....,(1

0

)(

)(

)()(

0 ==∑⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

∑−

−=

∂∂

=

=φ

φ

(6)

[ ] m p f x xwa x x xwn

iii pik

m

j

m

ji pi jik ,.....,0)()()()()(

1

)(

0

=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡∑=

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧∑

==φ φ φ (7)

Bu denklem temel olarak m+1 lineer denklem sistemidir.

ağırlık katsayısı ( )iw x =1 olarak seçilirse genel en küçük kareler metodu




186

0

1

20 1 0 2 0

1 1 1 1

20 1 1 2 1

1 1 1 1

20 2 1 2 2 2

1 1 1 1

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .... ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .... ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .... ( ) ( )

n n n n

i i i i i i m ii i i i

n n n n


n n n n


x x x x x x x

x x x x x x x

x x x x x x x

φ φ φ φ φ φ φ



= = = =

= = = =

= = = =

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ ∑

01

01

11

22

1

20 1 2

1 1 1 1

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )....

.... .... .... .... .... ....

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) .... ( )

n

i ii

n

i ii

n

i ii

m

n n n n

i m i i m i i m i m ii i i i

x f x

a x f x

a

a x f x

a

x x x x x x x

φ

φ

φ

φ φ φ φ φ φ φ φ

=

=

=

= = = =

⎧ ⎫⎪ ⎪⎪ ⎪

⎡ ⎤⎪ ⎪⎢ ⎥⎪ ⎪⎢ ⎥⎪ ⎪

⎪ ⎪ ⎢ ⎥ =⎨ ⎬ ⎢ ⎥⎪ ⎪⎢ ⎥⎪ ⎪⎢ ⎥⎪ ⎪ ⎣ ⎦

⎪ ⎪⎪ ⎪⎪ ⎪⎩ ⎭

∑

∑

∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑1

( ) ( )n

m i ii

x f x=

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥

⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦∑

(8)

formunu alır. Bu denklemi k=0….(l-1) için l kere çözmemiz gerekir. Toplam hata fonksiyonunu

∑=−

=

)1(

0

)()(

0 ),....,(l

k

m

mk

m

k k aa H H (9) şeklinde tanımlıyabiliriz.

Yöntem olarak k ısmi devamlı fonksiyonun fark ı bir fonksiyon yerine her biri bir alt bölgeyi kapsıyan bir fonksiyon serisinin bulunmasıdır. Daha küçük bölgelerde veriler daha uniform özellikler gösterdiklerindenüniversal veri uydurmaya göre çok daha hassas veri uydurma mümkün olacakt ır. Tabi verilen sıcaklığa göre

bilgisayar ın katsayı setlerinden hangisini kullanacağına karar vermesi gerekir. Bu yüzden katsayılar matrisine genellikle verinin geçerli olduğu minimum ve maksimum sıcaklık bölgesi de eklenir.

4- SONUÇLAR VE KAR ŞILAŞTIRMASonuçlar ı irdeleme için toplam hata teriminin standart sapmaya benzer bir tanımını aldık.

2/1

0

2

0

)(

)1(

)(

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

∑⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢

⎣

⎡

−

∑−=

=

=n

i

m

ji j

m

jk i

n

xa y H

φ

(4.1)

Denlem katsayılar ının hesaplanması için Java programlama dilinde bir model geliştirdik. Denklemkatsayılar ının hesaplanması için k ısmi pivotlu gauss elimine yöntemi kullandık. Hatamızı toplam hata vehata dağılım fonksiyonu olarak irdeledik. Toplam Hatanın kabul edilebilir olduğu bölgelerde eğer yerel hata

çok büyükse uydurulan eğri yine de yeterli olmıyabilir. Veri olarak ASHRAE el kitabında yayınlananR134a verisi kullanıldığında Kar şılaştırma denklemi (2) hata miktar ı 0.757563, kar şılaştırma denklemi (3)hata miktar ı 4.5389941 olarak saptanmıştır. R134a için denklem (2) katsayılar ı :a=40.69889,-2362.54,-13.06883,7.616005e-3,0.2342564,376.1111, denklem (3) katsayılar ı : a=-45.37032,26233.885,4.164859 şekline verilmiştir.1,2,6 ve 24 denklemli, 6 katsayılı denklemlerin katsayılar ı Tablo 4.1 de verilmiştir.

Tablo 1 R134a k ısmi devamlı denklem katsayıları – denklem (1)

a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 TL TH

N=1

-904555.3006 2993.056638-5.42906336

4.278465E-03 1.56E+08

-1.446613E+10 5.584265E+11

-103.30 101.06

N=2

-96629.23651 514.6407515-1.41871536

1.603528E-03 9660486.254

-4.616456E+08 6.931900E+09

-103.30 21.03

244699.0078 6701.259262-17.8038465

1.460077E-02 -7.94E+08 1.955226E+11

-1.544514E+13 21.03 101.06

N=6

840330.2434-2946.277886 5.37562027

-3.934661E-03 -1.33E+08 1.100767E+10

-3.772405E+11

-103.30 -25.24

-29492.49094-123.3746852 0.14381666

2.954740E-04 3.11E+07

-6.746584E+09 4.749905E+11 -25.24 -2.06

-27568.4696 4.635314505-0.22589326

6.176530E-04 2.06E+07

-4.528222E+09 3.286557E+11 -2.06 20.91

-9323.652671-15.87743805

-0.30406185

7.649877E-04 1.85E+07

-4.961433E+09 4.036345E+11 20.91 43.88

214204.0871 364.9988208-2.45390573

3.035070E-03 -8.25E+07 8.120697E+09 2.085494E+10 43.88 66.85




187

414646.3061 1897.288122-9.24843679

9.991250E-03 -7.25E+07

-4.478198E+10 8.616240E+12 66.85 101.06

N=24

-97823.22114 1706.466136-6.79640588

9.191295E-03 -2.72E+07 4.760890E+09

-2.235207E+11

-103.30 -81.48

-377522.8965 1154.353564-1.86936823

1.293659E-03 6.81E+07

-6.419927E+09 2.467574E+11 -81.48 -52.98

-970452.8485 6121.661061-14.1818417

1.172553E-02 -3.89E+07 2.714489E+10

-2.118414E+12 -52.98 -28.36

71893.56463 771.5166066-23.4130054

5.526123E-02 1.14E+08 1.516355E+10

-5.658207E+12 -28.36 -25.43

-51463.64847 506.5674632-1.81016283

2.059833E-03 1.35E+07

-5.360873E+09 5.900459E+11 -25.43 -19.51

1606.994021-26.06965754

-0.02533453

2.625024E-04

-563154.7697 6.695158E+08

-9.299923E+10 -19.51 -13.82

-13200.62995-99.87939048 0.53074609

-5.692595E-04 164718.8057 1.706539E+09

-2.180342E+11 -13.82 -8.12

3396.098005

-

17.08878734 -0.0844095

3.295269E-

04 116544.6276 1.937001E+08

-

3.823689E+10 -8.12 -2.42

-76.27885053-28.75274883 0.05057845

1.198788E-04

-1741525.332 1.092656E+09

-1.276388E+11 -2.42 3.27

-2473.436642-20.11740256

-0.11664293

4.302900E-04 4453975.349

-6.366322E+08 8.590925E+09 3.27 8.97

-7800.195686 4.414763191-0.12658113

4.113400E-04 1251652.571 7.567156E+08

-1.381040E+11 8.97 14.67

4585.504659-82.26145298 0.14087792

1.161035E-04 247028.7942 8.448325E+08

-1.411759E+11 14.67 20.36

3507.023486-54.28670344

-0.00618748

3.210256E-04 1197142.532 5.153794E+08

-1.173397E+11 20.36 26.06

-1522.929547-67.16939549 0.14378318

1.075560E-04

-1805484.026 2.104815E+09

-2.925850E+11 26.06 31.76

-3167.370489-92.45592297 0.1478929

1.803369E-04 3256098.327 1.015707E+09

-2.352190E+11 31.76 37.45

-34612.66021-100.2819812 0.20208725

2.364833E-04 1.26E+07 1.729027E+09

-5.543176E+11 37.45 43.15

18226.03008 10.04182792-0.45428193

9.100722E-04 2672358.884

-1.734008E+09 1.657067E+11 43.15 48.85

-55570.42752-6.848205651 0.27196406

-6.473018E-05

-690926.3878 6.850300E+09

-1.031793E+12 48.85 54.55

-1936.580646-89.27288982

-0.05194834

5.393822E-04 9151208.716

-2.986118E+08

-2.069584E+11 54.55 60.24

-11165.66228-208.7159646 0.1656055

5.693938E-04 1.11E+07 4.973575E+09

-1.305816E+12 60.24 65.94

9879.615009

-

143.2430062

-

0.16384234

8.976419E-

04 6007559.73 3.933177E+09

-

1.070620E+12 65.94 71.64

14481.75345-665.3837773

-0.43209753

2.906745E-03 5.20E+07 1.638724E+10

-5.713995E+12 71.64 77.40

1018303.386-1749.978946

-0.93050792

3.031502E-03 -2.17E+07

-8.146197E+10 1.318851E+13 77.40 87.66

281963.3172-4270.134566 8.89034722

-5.841323E-03 4.01E+08

-1.322234E+11 1.327152E+13 87.66 101.06

Toplam hata değerleri hem denklem sayısı yönünden hem de fonksiyon katsayılar ının sayısı yönünden iki boyutlu olarak incelenmiştir. Tablo 2 de toplam hata terimi denklem katsay ısı ve k ısmi denklem sayılar ı cisinden listelenmiştir.

Tablo 2 R134a k ısmi devamlı denklem toplam hata miktarları – denklem (1)

denklem sayısı N= 1 2 6 24 126

7 katsayı (0..6) 1.7530640 0.3164135 0.2119138 0.1509598 0.0394252




188

6 katsayı (0..5) 2.7868067 0.3052086 0.2523132 0.1505238 0.0119228

5 katsayı (0..4) 5.6986209 0.6439426 0.2139137 0.1519264 0.0393995

4 katsayı (0..3) 18.3914927 2.3645418 0.3101148 0.1560654 0.0394958

3 katsayı (0..2) 142.5019200 19.0917940 1.9433057 0.1670640 0.0394999Toplam hatadan denklem 7 katsayılı setin pratik kullanımlar için yeterli hassasiyeti vereceğinisöyleyebiliriz. Bu değerler toplam hata olarak referans denklem (2) ye göre 5 kat küçük toplam hatavermektedir.Bir de yerel hatalara göz atalım. Bunu daha iyi irdelemek için grafik olarak vereceğiz. Şekil 1,2,3,4 ve 52,6,24,126 denklemli 7 katsayılı k ısmi devamlı denklemlerin bize verdiği k ısmi hatalar ı veriyor. K ısmihatalar ın – bölgelerde daha yoğun olsuğu da dikkat çekiyor. Bunun sebebinin ölçüm hatalar ı olabileceğinisanıyorum.

Şekil 1 : 2 denklemli 7 katsayılı k ısmi devamlı denklemin yerel hata dağılımı

Şekil 6 ve Şekil 7 de referans denklemlerin (denklem 2-3 ) yerel hatalar ını ve 22 ve 45 denklemli k ısmi devamlı denklemlerin yerel hatalar ını kar şılaştırmalı olarak aynı grafiğin üzerinde gösterdik.

Kar şılaştırmanın daha iyi gözlemlenebilmesi için ikinci bir soğutucu ak ışkanın verisine daha göz atalım. İkinciak ışkan olarak R123 alacağız. R123 için referans denklemi (2) nin katsayılar ı : a=1656.333,-

2.480583e6,17.92522,-8.86838e-2,4.617861e2,1.666667e3Referans denklemi (3) katsayılar ı : a=-49.81709,33076.999,4.703179. R123 için Denklem (2) toplam hatamiktar ı 3.0363329715920164, Denklem (3) toplam hata miktar ı 2.4648869721150373 olarak bulunmuştur.Görüldüğü gibi denklem (3) daha hassas sonuç vermiştir.





189






190


Şekil 6 : 22 denklemli k ısmi devamlı denklemin yerel hata dağılımı ve diğer referabs denklemlerink ısmi hataları ile karşılaştırılması




191

Şekil 7 : 45 denklemli k ısmi devamlı denklemin yerel hata dağılımı ve diğer referans denklemlerink ısmi hataları ile karşılaştırılması

Tablo 3 R123 k ısmi devamlı denklem katsayıları – denklem (1)a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 TL

N=1

-470781.49888966 1360.80370820 -2.17151668 0.00151497 9.35914455E+07 -1.00287017E+10 4.48970307E+11 -80.0

N=2

-85275.07365039 359.40652251 -0.80330102 0.00074683 1.12574886E+07 -7.78277170E+08 2.17674200E+10 -80.0

-65761275.3600 130136.38031995 -137.28619061 0.06043084 1.86669691E+10 -2.82094457E+12 1.77266805E+14 50.0

N=6

95647.89301108 -237.71984441 0.24407853 -0.00001592 -1.94703075E+07 1.99555272E+09 -8.22140278E+10 -80.0

5168.87032884 -487.56227558 1.18412354 -0.00085074 4.47284387E+07 -1.10061697E+10 8.31395257E+11 6.6

-119730.60053410 -225.57991001 0.89010037 -0.00070853 7.77364871E+07 -1.55476878E+10 1.08415735E+12 27.919615.73786477 24.44858794 -0.24812165 0.00037503 -7.11125041E+06 1.03702411E+09 -6.65976215E+10 49.9

-70533.62527208 54.99226896 0.10785367 -0.00007038 1.27574479E+07 2.34771851E+09 -6.03320076E+11 72.6




192

-89315.02150291 5780.72003320 -11.74064282 0.00764602 -8.37668937E+08 2.68532583E+11 -2.66623845E+13 95.2

N=24

44125.86147490 -183.62284161 0.39152797 -0.00033409 -5.69963572E+06 3.70124733E+08 -9.15513164E+09 -80.0

-56882.60121867 272.56242954 -0.66894617 0.00066744 6.21401809E+06 -3.10966213E+08 3.93729916E+09 -51.9

-327615.80865213 1417.60078412 -2.14437653 0.00088018 -2.24810607E+06 1.06877612E+10 -1.07055061E+12 -23.8

866920.89434784 -1710.39772363 -7.97994353 0.01772583 1.98287643E+08 -1.02490207E+11 9.82676574E+12 1.5

-3549.91847043 10.14901768 -0.00933324 0.00001977 -3.00593405E+05 2.46857999E+08 -2.24995294E+10 6.4

-679.20824694 -1.12398768 -0.00203279 0.00003218 -6.23906967E+04 7.45248530E+07 -5.19015873E+09 12.1

9371.95917072 12.29393990 -0.20524096 0.00035708 -4.77966561E+05 -3.41469814E+08 3.39034953E+10 17.7

-9184.59020495 76.13272258 0.31474648 -0.00088388 -8.43194553E+06 -4.20519400E+08 3.98493967E+11 23.3

10340.03846698 -177.09614087 -0.17080280 0.00100805 1.07707118E+07 2.21986167E+09 -7.97205391E+11 27.9

-3298.64078060 1.28145367 0.00148186 0.00003988 -3.15901060E+05 4.21075528E+08 -4.92304980E+10 32.5

-4827.46953543 -12.60951184 0.01131794 0.00006592 2.65272900E+06 -2.25410555E+08 -1.15517719E+10 38.1

-3476.68942291 -4.77150372 -0.00119733 0.00006676 5.92052817E+05 2.91023045E+08 -5.11446924E+10 43.7

-1813.07547881 -8.33787419 0.00408228 0.00006464 -7.32810945E+04 4.38479464E+08 -6.27632538E+10 49.4

51088.18941023 -178.62986816 0.27232675 -0.00009219 -9.46493897E+06 1.61073931E+09 -1.55687470E+11 55.0

717.59962147 -14.79322936 -0.02459654 0.00013240 1.38086821E+05 5.09820730E+08 -9.89855030E+10 60.6

81215.82112058 -333.78877797 0.55760746 -0.00025353 -1.21945077E+07 2.75023344E+09 -3.85209276E+11 66.2

5240.99941073 -53.48687580 0.05161825 0.00008569 1.85009055E+06 4.09950462E+07 -7.23225571E+10 71.8

-3959.72789399 -31.64646839 -0.01734529 0.00016670 6.83429913E+06 -1.19057745E+09 2.81803266E+10 77.4

-3182.29041723 10.70465590 -0.12683286 0.00026623 -8.47309866E+05 1.71905950E+09 -3.25967796E+11 83.0

20284.56156988 6.34672247 0.09189749 -0.00018266 -1.01458540E+07 -1.98728661E+09 8.46288136E+11 88.6

-96182.35587662 -62.75298592 -0.42377271 0.00123764 3.48744200E+07 1.57616057E+10 -4.75785742E+12 94.2

6274792.33703993 -42974.48525001 88.04043336 -0.06162840 1.06244901E+09 -3.40795814E+11 1.58703190E+13 99.6

625218.79616023 17.66228162 -3.23483924 0.00359964 -5.10579649E+07 -6.85340620E+10 1.35851907E+13 127.4

553938.23135866 -1718.19849217 -2.88712109 0.00484855 1.05589328E+09 -5.98618377E+11 8.88525066E+13 155.5

N=1 N=2 N=6 N=24 N=124

7 katsayı (0..6) 1.367762377 0.934157772 0.362185609 0.274945933 0.0195943016 katsayı (0..5) 2.150993499 0.451855006 0.395846428 9.00907398 0.0163731635 katsayı (0..4) 4.402172036 0.838492994 0.402549262 0.853719599 0.0180972924 katsayı (0..3) 14.67409849 2.172642988 0.715110267 0.297151582 0.053398165

3 katsayı (0..2) 123.0992362 20.83767679 5.36702548 0.329327305 0.017941743

REFERANSLAR 4. 2005 ASHRAE HANDBOOKFundamentals5. Gustavo-A. Iglesias-Silva, Reid C. Miller, Ana Diaz Ceballos, Kenneth R. Hall, “Accurate vapor

pressure equation for refrigerant”, Elsevier, Fluid Phase Equilibria 111 (1995) 203-212 6. Thermodynamic Properties of R134a, Technical Information, Dupont Suva Refrigerants7. M. Turhan Çoban, Java Programlama diliyle Sayısal Çözümleme




193

EJEKTÖR KULLANARAK BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA SİSTEMİNİNETK İNLİĞİNİN İYİLEŞTİR İLMESİ

Nagihan Bilir, H. Kür şad Ersoy

Selçuk Üniversitesi Mühendislik-Mimarl ık Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü, KONYA


ÖZET

Buhar sık ıştırmalı klasik soğutma sisteminin soğutma etkinliğini iyileştirmek amacıylasisteme adapte edilen ejektörün, etkinlik katsayısı (COP) üzerine etkisi araştır ıldı. Soğutmasistemleri için geliştirilen çift fazlı, sabit basınç ejektör ak ış modeli kullanıldı. Soğutucu

ak ışkan olarak R-134a seçildi. Ejektör genleşmeli soğutma sisteminin COP’u aynı çalışmasıcaklıklar ında klasik soğutma sistemin COP’u ile k ıyaslandı. Elde edilen sonuçlara göre,verilen çalışma sıcaklıklar ı için optimum bir ejektör alan oranı, ejektör çık ış basıncı veCOP değeri olduğu saptandı. Tkon=40°C ve Te= -25°C için COP’daki iyileşme oranı %22.34 olarak bulundu. Evaporatör sıcaklığı düşerken veya kondenser sıcaklığı artarkensoğutma etkinliğindeki iyileşme oranının arttığı belirlendi.

Anahtar Kelimeler: Ejektör, COP, Genleşme valfi, Optimum etkinlik

1. GİR İŞ

Soğutma, insanoğlu için geçmişten günümüze vazgeçilmez bir ihtiyaç olmuştur ve ilk olarak, gıdalar ın bozulmadan uzun süre korunması amacıyla kullanılmıştır. Çoğu gıda oda sıcaklığında bozulur. Bu yüzdengıdalar ın korunması, soğutma sistemlerinin önemli uygulama alanını teşkil eder . Ayr ıca soğutma, her türlükonfor sistemlerinde (konutlarda, işyerlerinde, taşıma araçlar ında vb.), sanayide ve sağlık sektöründe k ısacası hemen birçok alanda kar şımıza çıkmaktadır.

Soğutma sistemi üzerinde yapılacak herhangi bir iyileştirme çok geniş bir sahayı ilgilendirir. Araştırmacılar halen bu alanda birçok çalışma yapmaktadır. Bu araştırmalardan biri de sistemdeki tersinmezliği artırangenleşme valfindeki k ısılma kayı plar ını azaltma yönündedir. Bu amaçla, genleşme valfi yerine ejektör kullanılması öngörülmektedir. Böylece genleşme valfinde kaybolan işin geri dönüşümü sağlanacak ve bu iş ilekompresörün harcayacağı iş azaltılacaktır. Bu ise sistemin etkinlik katsayısını (COP) yükseltici bir etkiyapacaktır. Bu sistemlere “ejektörü genleştirici olarak kullanan soğutma sistemleri” adı verilmektedir. Klasik sistem ile ejektörlü sistem arasındaki fark, genleşme işinin genleşme valfi yerine ejektörle yapılmasıdır. Sistemindiğer elemanlar ı her iki soğutma sistemi için de aynıdır. Bir ejektörlü soğutma sisteminin tesisat şeması veçevrimin P-h diyagramı Şekil 1.1’de gösterilmiştir.

Sistemin çalışması şöyle gerçekleşir: Yüksek basınç ve sıcaklıkta kondenserden gelen sıvı haldeki primer ak ışkan önce sesüstü lülesine 1 durumunda girer. Burada bas ınç ve sıcaklığı düşerken hızı sesüstü hıza ulaşır ve1 b durumuna gelir. 1 b durumundaki yüksek hızlı primer ak ışkan ejektörde ilerlerken emme odasında vakumoluşturur ve evaporatörden 2 durumunda doymuş buhar olarak gelen sekonder ak ışkanı ejektörün içerisine emer.Bu olay sırasında sekonder ak ışkanın sıcaklığı ve basıncı bir miktar düşerek 2 b durumuna iner. Primer vesekonder ak ışkanlar kar ışma odasında kar ışır ve sonra şok darbeleriyle ak ış, sesaltı ak ışa dönüşüp basıncı artar.3m durumunda kar ışma basıncına yükselen kar ışım ejektörün difüzör k ısmına girer ve burada ak ışkanın hızı,hemen hemen durgun hale gelinceye kadar düşürülür ve basıncı artmış şekilde ejektörü 3d durumunda terk eder.Böylece ejektör yüksek basınçlı bir ak ışkanın enerjisini düşük basınçtaki diğer ak ışkana aktararak onun basıncını nispeten yükseltmiş olur. Dolayısıyla, kompresöre giriş basıncı klasik sisteme göre daha yüksek olacaktır.




194

Şekil 1.1. Ejektörlü so ğ utma sisteminin tesisat şeması ve çevrimin P-h diyagramı

Ejektörü terk eden kar ışım, ayırma kabına (separatör) girer, burada doymuş sıvı ve doymuş buhar olarak ikiyeayr ılır. Ayırma kabından çıkan 6 durumundaki doymuş sıvının basınç ve sıcaklığı, evaporatör basınç vesıcaklığına küçük bir genleşme valfi kullanılarak düşürülür ve 7 durumunda evaporatöre gönderilir. Buradaak ışkan soğutulmak istenilen ortamdan ısı çekerek buharlaşır ve 2 durumunda doymuş buhar olarak tekrar ejektöre döner. Ayırma kabından ayr ılan ak ışkanın doymuş buhar haldeki diğer k ısmı ise kompresöre 4durumunda girer. Kompresörde ak ışkanın basınç ve sıcaklığı, kondenser basınç ve sıcaklığına yükseltilir. Ejektör kullanıldığı için kompresöre giriş basıncı klasik sisteme göre nispeten daha yüksektir ve bu nedenle kompresördedaha az iş harcanır. Kompresörü 5 durumunda k ızgın buhar olarak terk eden ak ışkan kondensere sevk edilir.Burada çevreye ısı vererek 1 durumuna yoğuşur ve tekrar ejektöre gider. Ejektörü genleştirici olarak kullanansoğutma çevrimin çalışması bu şekilde devam eder.

Ejektörü genleştirici olarak kullanan soğutma çevriminin etkinlik katsayısı, COPi şöyle tanımlanır:

komp

ei

WQCOP = . (1)

Şekil 1.1’de verilen çevrimin P-h diyagramına uygun olarak (1) denklemi düzenlenirse aşağıdaki denklem eldeedilir:

45

72i

hh

hhCOP

−−

= w . (2)

Burada w, ejektör debi oranıdır ve Şekil 2.1’de gösterilen ejektörde sekonder ak ış (emilen ak ış) debisinin primer ak ış debisine oranı olarak ( m2/m1) tanımlanır.

Soğutma sistemlerinde genleşme valfi yerine ejektör kullanımı üzerine birçok araştırmacı teorik ve deneyselçalışmalar yapmıştır. Isıl tahrikli ejektörlü sistemlerde ejektördeki ak ış tek fazlı (buhar) alınarak çözümlenmişti[1-3]. Klasik sisteme ejektör modifiye edildiğinde ise ejektördeki ak ış çift fazlı olmakta ve ejektörün optimumalan oranının hesaplanması tek fazlı ejektöre göre daha karmaşık hale gelmektedir. Çift fazlı ejektörü genleştiriciolarak kullanan soğutma sistemi üzerine yapılan çalışmalardan bazılar ı aşağıda k ısaca özetlenmiştir.

Araç kliması için tasarlanan transkritik ejektör genişlemeli soğutma çevrimin COP’unun klasik buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminkinden %25 daha fazla olduğu deneysel olarak saptandı [4].

Deng ve ark. [5], genleşme valfi yerine ejektörü kullanan transkritik bir soğutma çevriminin teorik analiziniyaptı. Klasik soğutma çevrimine göre, ejektörlü soğutma çevriminin etkinlik katsayısının %22 daha yüksek olduğunu belirledi. Ejektör genişlemeli soğutma çevrim COP’unun kondenser ve evaporatör sıcaklığıyla, ejektör debi oranıyla, lüle ve difüzör verimiyle değiştiğini tespit etti. Denso firmasının bulduğu sonucun sadeceoptimum çalışma şartlar ında elde edilebileceğini ifade etti.




195

Chaiwongsa ve Wongwises [6], lüle boğaz çaplar ı farklı olan üç tane iki fazlı ejektör kullanarak, sesüstü lülenin boğaz çapının sistem etkinliğine, sirkülasyon oranına, soğutma kapasitesine, kompresör sık ıştırma oranına,ortalama evaporatör basıncına, primer ve sekonder ak ışkan debisine etkisini deneysel olarak araştırdı. Sisteminetkinlik katsayısının sesüstü lülesinin boğaz çapına bağlı olarak değiştiğini gözlemledi.

Disawas ve Wongwises [7], çift fazlı

ejektör kullanan soğutma çevriminin etkinliğini deneysel olarak araştı

rdı

.Deneylerinde soğutucu ak ışkan R134a’yı kullandı. Deneylerden, düşük evaporatör sıcaklığında klasik soğutmaçevrimine göre, ejektörlü soğutma çevriminin etkinlik katsayısının daha fazla olduğunu tespit etti.

Nehdi ve ark. [8], ejektörü genleştirici olarak kullanan buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin etkinliğiniaraştırdı. Yaptıklar ı çalışmadaki simulasyon sonuçlar ı, ejektör dizaynının geometrik parametrelerinin sistemetkinliği üzerinde önemli derecede etkisi olduğunu gösterdi. Maksimum COP’un optimum alan oranında eldeedilebileceğini belirledi. Evaporatör sıcaklığı -15 oC ve kondenser sıcaklığı 30 oC olduğunda optimum alanoranının yaklaşık 10 olduğunu tespit etti.

Yari ve Sirousazar [9], iç ısı değiştiricisi ve ara soğutucu kullanan ejektörlü soğutma çevriminin etkinliğiniteorik olarak araştırdı. Evaporatör ve kondenser sıcaklığının sistem etkinliği üzerine etkisini, ikinci kanunverimini, ekserji azalma oranını ve debi oranını araştırdı. Soğutucu ak ışkan olarak R125’in kullanıldığını

düşündü. Geliştirilen yeni ejektörlü soğutma sisteminin COP ’unun klasik ejektörlü soğutma sisteminkinden%8.6, klasik buhar sık ıştırmalı çevriminkinden de %21 daha yüksek olduğunu belirledi.

Li ve Groll [10], ejektör genleşmeli transkritik soğutma çevriminin etkinliğini teorik olarak araştırdı. Ak ışkanolarak R744 (CO2) kullanıldığını düşündü. Çift fazlı ejektörde alan oranın hesaplanabilmesi için yeni bir teorik model sundu. Ejektör modeli, sabit basınç kar ışım modelini esas almaktadır. Debi oranına ve emme odası

basıncına bağlı olarak sistemin etkinliğini araştırdı. Tipik klima uygulamalar ında, geliştirilen sistem COP’ununklasik soğutma sisteminkinden %16 daha fazla olduğunu belirledi.

Bu çalışmada, buhar sık ıştırmalı klasik soğutma sisteminin etkinliğini iyileştirmek amacıyla sisteme adapteedilen ejektörün sistem etkinliği üzerine etkisi araştır ıldı. Bu sistemlerde kullanılan ejektör için farklı hesaplamamodelleri vardır. Bunlar, Şekil 2.1’de gösterilen ejektörde, emme odasındaki basınç düşüşünü dikkate almayan[5,8] ve dikkate alan [10] modellerdir. Evaporatörden soğutucu ak ışkanın emilebilmesi için emme odasında

basıncın daha düşük olması beklenir. Bu nedenle gerçeğe daha yak ın olan model [10], bu çalışmada, tercihedildi. Bu model, çift fazlı ak ışın olduğu ve transkritik çevrim için geliştirilen sabit basınç ejektör ak ış modelidir.Bu modelde, ilk başta emme odası basıncı ve debi oranı kabul edilir ve ejektör çözümünü sağlayan, optimumalan oranının ve ejektör çık ış basıncının hesaplanması için bir prosedür sunulur. Bu çalışmada verilen çalışmaşartlar ı için, optimum ejektör alan oranı, maksimum ejektör çık ış basıncı ve maksimum COP değeri araştır ıldı.Ayr ıca, evaporatör ve kondenser sıcaklığı ile optimum ejektör alan oranı ve maksimum COP değerinin nasıldeğiştiği incelendi. Ejektör genleşmeli soğutma sisteminin COP’u aynı çalışma şartlar ındaki klasik soğutmasistemin COP’u ile k ıyaslandı. Soğutucu ak ışkan R-134a kullanıldığı düşünüldü.

2. TEOR İK MODEL

Ejektörlerde kullanılan başlıca iki adet ejektör ak ış modeli vardır. Bu modeller; sabit basınç ejektör ak ış modelive sabit alan ejektör ak ış modelidir. Sabit basınç ejektör ak ış modelinde, primer ve sekonder ak ışkanlar önce

basıncın sabit kaldığı bir ön bölgede kar şılaşırlar. Bu ön bölgenin geometrisi basıncı sabit tutacak şekildetasarlanır [11]. Daha sonra bu iki ak ış, sabit alan kar ışma bölgesinde kar ışarak etkileşmeye devam eder. Sabitalan kar ışma modelinde ise, primer ve sekonder ak ışlar ın ilk kar şılaşmalar ı ve kar şılıklı etkileşmeleri sabit alankar ışma odasında olur ve bu sabit alanda kar ışma odası boyunca kar ışma tamamlanır. Aynı ejektör alan oranı için sabit basınç ejektör ak ış modeli, sabit alan ejektör ak ış modeline göre daha yüksek debi oranı verir [2,12].Bu çalışmada, sabit basınç ejektör ak ış modeli diğer modele göre daha yüksek etkinlik katsayısı verdiği içintercih edildi.

Bu çalışmada, soğutma sistemleri için geliştirilen çift fazlı, sabit basınç ejektör ak ış model analizi [10] kullanıldı.Bu modeli esas alan ve CO2 ak ışkanı kullanan transkritik çevrimin COP ve soğutma kapasitesi için deneyselsonuçlar ının teorik sonuçlarla ±%10 sapma ile uyuştuğu görülmüştür [13].

Şekil 2.1’de ejektörün şematik resmi gösterildi. Ejektörün analizi için ilk önce, ak ışkanın, ejektörün sabit alan

kar ışım odasına girmeden önceki basıncı, P b ve ejektördeki debi oranı, w kabul edilir. Enerjinin, kütlenin vemomentumun korunumu denklemlerini kullanarak, ejektörün analizi yapılır. Ejektör genleşmeli soğutma




196

sisteminin optimum çalışma şartlar ını ve COP’daki iyileşme oranının hesaplama prosedürü [10] ak ış diyagramı olarak Şekil 2.2’de sunulmuştur.

Şekil 2.1. Sabit basınç ejektör ak ı ş modeline dayanan ejektörün şematik gösterimi

Şekil 2.2. Ejektör genle şmeli so ğ utma sisteminin optimum çal ı şma şartlar ını veren iterasyon modeli ak ı ş şeması




197

Şekil 2.2. Devam ediyor




198

Şekil 2.2. Devam ediyor

3. ARAŞTIRMA SONUÇLARI

Bu çalışmada, soğutma sistemleri için geliştirilen çift fazlı, sabit basınç ejektör ak ış modeli [10] kullanıldı Evaporatör ve kondenser sıcaklığı ile optimum ejektör alan oranı, optimum difüzör çık ış basıncının vemaksimum COP değerinin nasıl değiştiği araştır ıldı. Ejektör genleşmeli soğutma sisteminin COPi’si aynı çalışmaşartlar ındaki klasik soğutma sistemin COPk ’sı ile k ıyaslandı.

Ejektör genleşmeli soğutma çevriminin karakteristikleri araştır ılırken ejektör elemanlar ının (sesüstü lülesi, emmeodası ve difüzör ) verimleri; ηn = 0.90, ηs =0.90 ve ηd=0.80 olarak alındı. Kompresör izentropik verimi ise 0.75kabul edildi.

3.1 Optimum Alan Oranı

Yukar ıdaki kabullerin yanı sıra evaporatör ve kondenser sıcaklıklar ı (Te=5°C ve Tkon=40°C) alınarak difüzör

çı

k ı

ş bası

ncı

nı

n ve alan oranı

nı

n optimum değerleri araştı

r ı

ldı

.Ejektör çık ış basıncının ejektör alan oranı ile değişimi Şekil 3.1’de gösterildi. Şekil 3.1’e göre ejektör çık ış

basıncının (Pd) maksimum değere ulaştığı sadece bir alan oranı (Ar ) değeri vardır. Te=5°C ve Tkon=40°C




199

olduğunda bu optimum alan oranı değeri 6.35’dir. Bu alan oranı değeri için hem Pd hem de ejektörlü sisteminetkinlik katsayısı (COPi) optimum değerine ulaşmaktadır.

Şekil 3.1. Ejektör çık ı ş basıncının ejektör alan oranı yla de ğ i şimi

Şekil 3.2. Etkinlik katsayı sındaki iyile şme oranının ejektör alan oranı yla de ğ i şimi

Aynı çalışma şartlar ında (Te=5°C, Tkon=40°C) çalışan klasik soğutma sisteminin etkinliğinin (COPk ) ejektör kullanıldığında, hangi oranda iyileştiği araştır ıldı. Etkinlik katsayısındaki iyileşme oranı (COPr ), alan oranına

bağlı olarak Şekil 3.2’de verildi. Şekil 3.2’ye göre evaporatör sıcaklığı 5°C, kondenser sıcaklığı 40°C veAr,opt=6.35 için, ejektörle modifiye edilen sistemin etkinlik katsayısı klasik sisteme göre % 11.78 daha büyüktür.

3.2 Evaporatör ve Kondenser Sıcaklıklarının Optimum Çalışma Şartlarına Etkisi

Evaporatör sıcaklığı 5°C ve kondenser sıcaklığı 40°C için, difüzör basıncının, ejektör alan oranının ve etkinlik katsayısındaki iyileşme oranının optimum değerleri Şekil 3.1-2’de gösterildi. Evaporatör ve kondenser sıcaklıklar ının farklı değerleri için optimum çalışma şartlar ı da incelenmelidir. Bu araştırma için önce kondenser sıcaklığı 40°C sabit alındı ve sadece evaporatör sıcaklığı 5°C den – 25°C’ye 10°C aralıklarla düşürüldü. Dahasonra da evaporatör sıcaklığı 5 °C sabit tutularak, kondenser sıcaklığı ise 35°C’den 50°C’ye 5°C aralıklarladeğiştirilerek optimum çalışma şartlar ı araştır ıldı. Her bir çalışma şartı için Şekil 3.1-2’ye benzer grafikler üretildi. Bulunan optimum sonuçlar toplu olarak Şekil 3.3-8’de gösterildi. Şekil 3.3’de farklı kondenser sıcaklıklar ı için, ejektör debi oranın değişimi gösterildi. Buna göre kondenser sıcaklığı arttıkça debi oranınındüştüğü görülmektedir. Bu şöyle açıklanabilir: Kondenser sıcaklığı arttıkça sesüstü lülesine giren primer ak ışkanın debisi artarken ejektör debi oranı da azalır.

Şekil 3.4’de, farklı kondenser sıcaklıklar ı için optimum ejektör alan oranının değişimi sunuldu. Kondenser sıcaklığı arttıkça alan oranının düştüğü belirlendi. Bunun nedeni, kondenser sıcaklığı arttıkça primer ak ışkanındebisi ve sesüstü lülesinin çık ış alanı da artması gerektiğindendir. Bu da, optimum ejektör alan oranını azaltır.




200

Şekil 3.3. Farkl ı kondenser sıcakl ıklar ı için, ejektör debi oranının de ğ i şimi

Şekil 3.4. Farkl ı kondenser sıcakl ıklar ı için, optimum ejektör alan oranının de ğ i şimi

Şekil 3.5. Etkinlik katsayı sındaki iyile şme oranının kondenser sıcakl ı ğ ı yla de ğ i şimi

Kondenser sıcaklığının COPr üzerine etkisi Şekil 3.5’de verildi. Burada, kondenser sıcaklığı artıkça ejektörlüsoğutma sistemin etkinlik katsayısındaki iyileşme oranının arttığı görülmektedir. Kondenser sıcaklığı arttığı zaman yüksek basınç fark ı nedeniyle, klasik soğutma sisteminin genleşme valfinin kayı plar ı daha da artar.Genleşme valfi yerine ejektör kullanılmasıyla genleşme valfinde kaybolan işin geri dönüşümü sağlanır ve bu gerikazanılan iş ile kompresörün harcayacağı iş azalır. Bu ise sistemin etkinlik katsayısını yükseltici bir etki

yapacaktır. Böylece, COPr artar. Bu sonuca göre hava soğutmalı kondenser kullanan ve dış hava sıcaklığı yüksek olan bölgelerde çalışan soğutma sistemine ejektör modifiye etmek daha avantajlıdır.




201

Şekil 3.6’da kondenser sıcaklığı sabitken, evaporatör sıcaklığıyla ejektör debi oranın değişimi gösterildi.Evaporatör sıcaklığı azaldıkça debi oranı düşmektedir. Bu şöyle açıklanabilir: Kondenser basıncı sabitkenevaporatör basıncı (sıcaklığı) düştükçe, evaporatör ve kondenser arasındaki basınç fark ı artar ve evaporatördenemme odasına daha az ak ışkan emilir. Bu da ejektör debi oranını düşürür.

Şekil 3.7’de, farklı

evaporatör sı

caklı

klar ı

için optimum ejektör alan oranı

nı

n değişimi sunuldu. Evaporatör sıcaklığı arttıkça sekonder ak ışın debisi yukarda açıklandığı gibi artacağından emme odası alanı da artar vedolayısıyla optimum ejektör alan oranı artmış olur.

Şekil 3.6. Farkl ı evaporatör sıcakl ıklar ı için, ejektör debi oranının de ğ i şimi

Şekil 3.7. Farkl ı evaporatör sıcakl ıklar ı için, optimum ejektör alan oranının de ğ i şimi

Evaporatör sıcaklığının COPr üzerine etkisi Şekil 3.8’de gösterildi. Buna göre, evaporatör sıcaklığı azaldıkçaejektörlü soğutma sisteminin etkinlik katsayısındaki iyileşme oranı lineer olarak artmaktadır. Tkon=40°C ve Te= -25°C için COP’daki iyileşme oranı %22.34’e ulaşmaktadır. Evaporatör sıcaklığı azaldığı zaman klasik soğutmasisteminde genleşme valfinin kayı plar ı da artar. Genleşme valfi yerine ejektör kullanılmasıyla genleşme valfindekaybolan işin geri dönüşümü sağlanır ve bu iş ile kompresörün harcayacağı iş azaltılır. Bu ise sistemin etkinlik katsayısını yükseltici bir etki yapacaktır. Bu teorik sonuç, deneysel olarak da [7] doğrulanmıştır. Soğutmasistemine ejektör uygulaması yapmak, düşük evaporatör sıcaklıklar ında (derin dondurucu) soğutma sistemininetkinliğini daha çok artırmaktadır.




202

Şekil 3.8 Etkinlik katsayı sındaki iyile şme oranının evaporatör sıcakl ı ğ ı yla de ğ i şimi

4. DEĞERLENDİRME VE SONUÇ

Ejektör genleşmeli soğutma sistemi, klasik soğutma sistemindeki genleşme kayı plar ını azaltmak ve buna bağlı olarak sistemin soğutma etkinliğini artırmak için önerildi. Sabit basınç ejektör ak ış modeli kullanılarak ejektör genleşmeli soğutma sisteminin teorik analizi yapıldı. Her çalışma şartı için, optimum ejektör alan oranı,maksimum ejektör çık ış basıncı ve maksimum COP değeri araştır ıldı. Ayr ıca, evaporatör ve kondenser sıcaklığı ile optimum ejektör alan oranı ve maksimum COP değerinin nasıl değiştiği incelendi. Ejektör genleşmelisoğutma sisteminin COP’u aynı çalışma şartlar ındaki klasik soğutma sisteminin COP’u ile kar şılaştır ıldı. Buçalışmadan çıkartılan sonuçlar, aşağıdaki gibi özetlenebilir:

1. Evaporatör sıcaklığı 5°C ile -25°C ve kondenser sıcaklığı 35°C ile 50°C aralığında iken COP’dakiiyileşme oranı minimum %10.1, maksimum %22.34’dür.

2. Kondenser sıcaklığı arttıkça veya evaporatör sıcaklığı azaldıkça etkinlik katsayısındaki iyileşme oranı (COPr ) artmaktadır. Bu nedenle, düşük evaporatör sıcaklıklar ında (derin dondurucu) veya dış havasıcaklığı yüksek olan bölgelerde (yüksek kondenser sıcaklıklar ında), soğutma sistemine, ejektör modifiye etmek daha avantajlıdır.

3. Kondenser sıcaklığı artarken veya evaporatör sıcaklığı azalırken optimum ejektör alan oranı küçülür.

Güneş veya atık ısı tahrikli ejektörlü soğutma sistemi daha önce, bu çalışmadaki yazarlardan birinin ortak yazar olduğu yayınlarda teorik [2,14] ve deneysel [15] olarak, incelendi. Bu çalışmadaki ejektör uygulaması ise klasik soğutma sisteminin etkinliğini artırmak üzere bir ön çalışmadır. Bir sonraki aşamada hem teorik hem de deneyselsonuçlar ın sunulması planlanmaktadır.

5. SİMGELER

Ar Ejektör alan oranı [(a1b+a2b) / a1b]a Alan (m2)h Özgül entalpi (kj/kg)m Kütle debisi (kg/s)P Basınç (bar)s Özgül entropi (kj/kgK)T Sıcaklık (°C)u Hız (m/s) v Özgül hacim (m3/kg)W Güç (kW)w Birim kütle için harcanan iş (kJ/kg)w Debi oranı (m2/m1)

x Kuruluk derecesi




203

η İzentropik verim

K ısaltmalar ve İndisler

b Primer ve sekonder ak ışlar ın kar ışma odasına giriş durumu

COP Etkinlik katsayı

sı

COPi Ejektörlü soğutma sisteminin etkinlik katsayısı COPk Klasik soğutma sisteminin etkinlik katsayısı

COP r Ejektörlü so ğ utma sisteminin etkinlik katsayısındaki iyileşme oranı ( k

k ir

COP

COPCOPCOP

−= )

d Difüzör e Evaporatör f Doymuş sıvı g Doymuş buhar i Ejektörlü sistemis İzentropik k Klasik soğutma sistemikon Kondenser komp Kompresör m Kar ışmış ak ışın kar ışma odası çık ış durumun Sesüstü lülesiopt Optimums Emme odası 1b Kar ışma odası girişindeki primer ak ışın durumu2b Kar ışma odası girişindeki sekonder ak ışın durumu3m Kar ışma odası çık ışındaki kar ışmış ak ışın durumu3d Difüzör çık ışındaki kar ışmış ak ışın durumu

6. KAYNAKLAR

[1] Sun D., Experimental Investigation Of The Performance Characteristics Of A Steam Jet RefrigerationSystem, Energy Sources, 19:349-367,1997.

[2] Yapıcı R., Ersoy H.K., Performance Characteristics Of The Ejector Refrigeration System Based On TheConstant Area Ejector Flow Model , Energy Conversion And Management, 46:3117-3135, 2005.

[3] Aphornratana S., Chungraı bulpatan S., Sr ıkhır ım P., Experimental Investigation Of An Ejektor Refrigeration: Effect Of Mixing Chamber Geometry On System Performance, International Journal of Energy Research 25:397-411, 2001.

[4] http://www.globaldenso.com, 11.07.2007.[5] Deng J.-Q., Jiang P.-X, Lu T., Lu W., Particular Characteristics Of Transcritical CO2 Refrigeration Cycle

With An Ejektor, Applied Thermal Engineering, 27:381-388, 2007.[6] Chaiwongsa P., Wongwises P., Effect Of Throat Diameters Of The Ejector On The Performance Of The

Refrigeration Cycle Using A Two-Phase Ejector As An Expansion Device, International Journal of Refrigeration, 30:601-608, 2007.[7] Disawas S., Wongwises S., Experimental Investigation On The Performance Of The Refrigeration Cycle

Using A Two-Phase Ejector As An Expansion Device. Int. Journal of Refrigeration, 27 : 587-594, 2004.[8] Nehdi E., Kairouani L., Bouzaina M., Performance Analysis Of The Vapour Compression Cycle Using

Ejector As An Expander, International Journal of Energy Research, 31:364-375, 2006.[9] Yari M., Sirousazar M., Performance Analysis Of The Ejector-Vapour Compression Refrigeration Cycle, J.

Power and Energy, 221:1089-1098, 2007.[10] Li D., Groll E.A., Transcritical CO2 Refrigeration Cycle With Ejector- Expansion Device, International

Journal of Refrigeration, 28:766-773, 2005.[11] Addy A.L., Dutton J.J. ve Mikkelsen C.D., Supersonic Ejektör-Diffuser Theory And Experiments, Report

No:UILU-ENG-82-4001, Department Of Mechanical And Industrial Engineering. Universty Of Illions,Urbana-Champaign, Urbana, 1981.

[12] Keenan J.H., Neumann E.P., Lustwork F., An Investigation Of Ejector Design By Analysis And Exd,periment , ASME J., Appl Mech. 229-309, 1950.[13] Li D., Investigation Of An Ejector-Expansion Device In A Transcritical Carbon Dioxide Cycle For Military

ECU Aprlications, Ph. D. Thesis, Purdue University, USA, 2006.




204

[14] Ersoy H.K., Yalçın Ş., Yapıcı R. and Özgören M., Performance of A Solar Ejector Cooling System in theSouthern Region of Turkey, Appl Energ 84 (9), 971–983, 2007.

[15] Yapıcı R., Ersoy H.K., Aktoprakoğlu A., Halkacı H.S. and Yiğit O., Experimental Determination of theOptimum Performance of Ejector Refrigeration System Depending on Ejector Area Ratio , InternationalJournal of Refrigeration, In Press, doi:10.1016/j.ijrefrig.2008.02.010, 2008.




205

BUZDOLAPLARINDA KULLANILAN BUHAR SIKIŞTIRMALI SOĞUTMA

ÇEVR İMLER İNİN EKSERJİ ANALİZİ İLE İNCELENMESİ

A.Bilgen Ekin, Yunus Çerçi

Celal Bayar Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü, MAN İ SA

bilgen.eki n@ bayar.edu.tr , ycerci @ bayar.edu.tr

ÖZET

Tipik bir 250 L’lik soğutucuda, bileşen düzeyindeki kayı plar ı ölçmek ve herbir elemanın

potansiyel verimliliğini belirlemek için, kararlı halde alınan deneysel veriler altındatermodinamiğin birinci ve ikinci yasası uygulanmıştır.Buzdolabı sıcaklık, basınç, debi vegüç tüketimini ölçmek için soğutma çevriminin önemli noktalar ında veri toplayıcılarladonatılmış ve standart test odasında çalıştır ılmıştır. Soğutma çevrimi kararlı hale gelinceyekadar bütün veriler belirli aralıklarla ölçülmüş ve kaydedilmiştir.Elde edilen verilere dayandır ılarak soğutucunun, entalpi ve entropi gibi bazı önemliözellikleri belirlenmiş ve komponentleri kararlı ak ış sistemleri olarak modelleyen enerji veekserji oranlar ı, enerji ve ekserji kayı plar ının miktarlar ını ve yerlerini belirlemek içinhesaplanmıştır.Sonuçlar tablolar halinde sunulmuş ve enerji, ekserji ak ış diyagramlar ı kayı pve verimsizliklerin nerelerde gerçekleştiğini aydınlatmak için çizilmiştir.Analiz göstermiştir ki birinci yasa verimliliği normal sınırlar içinde olmasına rağmen (Gerçekte, kompresörünteknik özelliklerinde verilen 1,3 değerine oldukça yak ındır.) öteki soğutucularlakar şılaştır ıldığında %21,07 olan ikinci yasa verimi düşüktür.Bu şekilde düşük bir ikinci yasa

verimi, kurutucu, k ılcal boru, emme ısı değiştirici hattı, evaporatör ve kondenserden sonrakikompresördeki büyük ekserji yok oluşlar ından kaynaklanmaktadır. Ekserji yokoluşlar ının enönemli kaynağı soğutucu ve ortam arasındaki sonlu sıcaklık farklar ından ötürü gerçekleşenısı transferleridir. Ve bir o kadar önemli olan ak ış sürtünmeleri ve diğer elemanlardagerçekleşen ısı transferleridir.Çalışmanın en önemli, sonuçlar ından biri ise yüksek verimli

bir soğutucunun en önemli bileşeninin kompresör olarak gözönüne alınması gerektiğidir.

Anahtar kelime: buzdolabı, soğutucu, soğutma, performans, enerji, ekserji

1. GİR İŞ

Günümüzde gelişen teknolojiyle enerji ihtiyacının artması buna kar şın enerji kaynaklar ının bulunduğumuzyüzyıl içinde tükenecek olan fosil yak ıtlardan kar şılanıyor olması, enerjinin verimli kullanımının önemi gün

geçtikçe artmaktadır.Enerjinin verimli kullanılması enerji miktar ının değil, ürün başına tüketilen enerjinin azaltılmasıdır. Bu aşamadakar şımıza ekserji kavramı çıkmaktadır. Bir sürecin ekserjisel optimizasyonu genel olarak, enerji harcamalar ınınazaltılması amacı ile yapılır.

Sanayi ve konut kesimi enerji tüketiminin en yüksek oranda olması nedeni ile enerji tasarrufunda öncelikliyerlerdir. Evde tüketilen enerjinin önemli bir bölümü, ısınma, aydınlatma ve günlük faaliyetler için gerekli olanelektrikli cihazlar ın çalıştır ılması amacıyla kullanılmaktadır.

İklimlendirme makinelerinden en yaygın kullanıma sahip olan buzdolaplar ı, soğutucu makinelerin evlerdekullanılan tipidir. Önemli bir enerji kullanıcısı olan buzdolaplar ı, periyodik olarak çalıştır ılan çoğu aracın tersine,günün 24 saatinde ve yılda 365 gün çalışmaktadırlar. Buzdolaplar ında kullanılan buhar sık ıştırmalı soğutmaçevriminde düşük sıcaklıktaki ortamdan ısı çekilir. Buzdolaplar ında tek kademeli buhar sık ıştırmalı soğutma

çevrimi kullanılmaktadır. Mekanik soğutma sistemi’nde 4 ana bileşen vardır: kompresör, kondenser, genleşmevanası ve evaporatördür. Çevrimde kullanılan soğutucu ak ışkan çevrim boyunca hal değişimiyle düşük sıcaklıktaki bir ortamdan ısının alını p yüksek sıcaklıktaki ortama aktar ılması ve böylece bulunduğu ortamın




206

soğutulması işlemi gerçekleştirilir. Bu işlemler soğutucu ak ışkanlar yardımıyla ve dışar ıdan enerji harcanarak yapılır. Ve evde tüketilen enerjinin %15 buzdolabı taraf ından tüketilmektedir.

Bu çalışmada; ev tipi buzdolabının buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin deneysel olarak sürekli durum içinelde edilen termodinamik özellikler kullanılarak her soğutma elemanı ayr ı ele alınarak enerji ve ekserji analizi

yapı

lmı

ştı

r. Soğutma sisteminin her elemanı

için I. yasa verimi yani etkinlik katsayı

sı

(COP) ve II. Yasahesaplanmış ve her eleman için tersinmezlikler belirlenmiştir.


Soğutma, bir ortamı çevre sıcaklığından daha düşük sıcaklıklara getirerek bu sıcaklığı muhafaza etmektir. Düşük sıcaklıktaki bir ortamdan yüksek sıcaklıktaki bir ortama ısı geçişi ancak soğutma çevrimiyle gerçekleşebilir.Günümüzde soğutma çevrimlerinde en yaygın kullanıma sahip ve ev tipi buzdolabında da kullanılan çevrim

buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimidir. Buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi; kompresör, kondenser (yoğuşturucu),k ısılma vanası (k ılcal boru), ısı değiştirici ve evaporatör (buharlaştır ıcı) adı verilen elemanlardan oluşur. Buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminde soğutucu ak ışkan (aracı ak ışkan) devir daim ettirilerek, ısı soğutulacak ortamdan alınır ve sıcak ortama aktar ılır. Şekil 1’de dışar ıdan iş verilerek, ısının soğuk kaynaktan sıcak kaynağaaktar ıldığı bir çevrim olan buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi şematik olarak gösterilmiştir.

Şekil 1 Buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi.

Deneysel çalışmanın yapıldığı buzdolabı, ev tipi olup 250 L hacme sahiptir, ve 540x600x1440 mm ölçülerinde buzluğu olmayan (cooling tipi olarak da adlandır ılan) tek kapılı bir buzdolabıdır. İzolasyon malzemesi olarak poliüretan kullanılmıştır. Şekil 2’de deneysel çalışmalar ın yapıldığı buzdolabı görülmektedir.

Şekil 2 Deneysel çalışmaların yapıldığı buzdolabı.




207

Buzdolaplar ında kullanılan buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin en önemli parçası olan kompresörlerin çeşitlitipleri mevcuttur. Buzdolaplar ında genellikle hermetik pistonlu kompresörler kullanılmaktadır. Sistemin kalbinioluşturan kompresör, evaporatörden gelen soğutucu ak ışkanı sık ıştırarak basıncını kondenser basıncına yükseltir.Bu işlem sırasında ak ışkanın sıcaklığı da artar ve ak ış enerjisi kazanır. Deneysel çalışmada kullanılan hermetik

kompresör; pistonlu tipte olup soğutma kapasitesi 140 W’tı

r ve nominal güç tüketimi ise 108 W’tı

r. Deneydüzeneğinde kullanılan buzdolabının kompresörü Şekil 2’de gösterilmiştir. Sistemde soğutucu ak ışkan olarak R600a kullanılmaktadır, ve sisteme ölçme cihazlar ının hacmini telafi etmesi için normal gaz miktar ı olan 43 g’dan 2 g daha fazla gaz ilave edilerek toplam 45 g gaz basılmıştır. Kompresör emme hattı çapı 6,35 mm ve

basma hattı çapı ise 7,937 mm’dir.

Şekil 3 Kompresör.

Kompresörden gelen yüksek basınç ve sıcaklıkta k ızgın buhar halindeki soğutucu ak ışkan deney düzeneğinde buzdolabının arka k ısmında bulunan, bak ır boru üzerine tel kaynatılmış serpantin şeklindeki kondenserde çevreortama ısı vererek (soğutularak) yoğuşur. Ev tipi buzdolaplar ında çevre ortama ısı verme işlemi yoğunluk fark ından meydana gelen doğal taşınımla gerçekleşir. Kondenser girişinde soğutucu ak ışkan k ızgın buhar halindeolduğu için kondenser yükü evaporatörden biraz daha fazladır. Deneyde kullanılan buzdolabının kondenseriŞekil 4’te gösterilmiştir.

Şekil 4 Kondenser.

Deney düzeneğinde, kondenserden yüksek basınçta sıvı halde çıkan soğutucu ak ışkanın içinde bulunabilecek olan nem ve partiküller, kurutucuda (drayer olarak da adlandır ılmaktadır) bulunan silika jel ve filtre ile tutularak sisteme girişi engellenir.Kurutucuda nemi alınan yüksek basınçtaki soğutucu ak ışkanın k ılcal boru (k ısılma vanası) içinde ilerken basınçsoğutucu ak ışkanın doyma basıncının altına düşmesinden ötürü kaynamaya başlar. Kaynama sonucundakabarcıklar oluşur ve ak ışı engeller. Bu basıncın doğrusal değil daha yüksek oranlarda düşmesini sağlar. K ılcal

boruda basıncı ve buna bağlı olarak sıcaklığı yüksek oranlarda azalan ak ışkan evaporatör de daha fazla ısı çekmesi sağlanır. K ılcal boru sistemde, kompresör durduğu zaman, soğutma çevriminin basıncını dengelemeişlemini de gerçekleştirir. Kullanılacak k ılcal borular ın boy ve çapı kompresör gücüne göre seçilebilmekte olup,

sistemde 0,8 mm iç çapa sahip yaklaşık 2,2 m uzunluğunda bak ırdan yapılmış bir k ılcal boru kullanılmıştır.




208

Deney düzeneğinde sistemin genel verimi artırmak ve kompresör emme hattında borunun dış yüzeyindekinemlenmeyi önlemek amacıyla k ılcal borunun bir k ısmı, evaporatörden çıkan ve kompresöre gidecek olan(emme hattı) ile birleştirilerek bir tür ısı değiştiricisi oluşturulmuştur. Böylece evaporatöre girecek olanak ışkanın biraz daha soğuması ve kompresöre girecek olan ak ışkanın ise kesinlikle gaz fazında olması sağlanmıştır.

K ı

lcal borudan evaporatöre(buharlaştı

r ı

cı

) gelen düşük sı

caklı

k ve bası

nçtaki soğutucu ak ı

şkan soğutulanortamdan ısı çekerek gaz haline gelir. Evaporatör demir, çelik, pirinç, bak ır ve alüminyum gibi malzemelerdenimal edilir. Deney düzeneğinde kullanılan buzdolabının evaporatörü alüminyum olup sisteme kaynakla değilharici olarak plastik bantla monte edilmiştir. Evaporatör Şekil 5’te görülmektedir.

Şekil 5 Evaporatör.

3. ÖLÇÜMLER VE ANAL İ Z

Buzdolabı, Vestel Ar-Ge biriminde bulunan test odasında TS 87 EN ISO 7371 standardının Madde 8 deneygenel şartlar ı ve Madde 15’deki enerji tüketim deneyi başlıklı bölümlerine göre test edilmiştir.

3. 1. Deneyde Yapılan Ölçümler

Deneyde sıcaklık, basınç, güç ve debi ölçümleri yapılmıştır. Kompresör girişi (Evaporatör çık ışı) (T1 ),kompresör çık ışı (Kondenser girişi) (T2), kondenser çık ışında (T3), kurutucu girişinde (T4), kurutucu çık ışında(buzdolabı izolasyonundan giriş) (T5), k ılcal boru çık ışı (evaporatör girişi) (T6) ve Evaporatör çık ışında (ısı değiştiricisine giriş) (T7)olmak üzere 7 noktaya T tipi termoçiftler yerleştirilerek sıcaklık ölçümü yapılmış sistemkararlı duruma geldiği andaki ölçüm sonuçlar ı masa tipi ALMEMO marka bilgi yükleyiciden okunmuştur.ALMEMO marka basınç duyargalar ıyla (sensör) basınç ölçümleri kompresör girişi (Evaporatör çık ışı) (P1 ),kompresör çık ışı (Kondenser girişi) (P2), kurutucu çık ışında (P5) olmak üzere üç noktada yapılmış sistem kararlı duruma geldiği andaki ölçüm sonuçlar ı yine masa tipi bilgi yükleyici kullanılarak okunmuş ve kaydedilmiştir.

Sistem sürekli durumdayken ölçümler alı

nmı

ş ve sonuçlar ı

Tablo 1’de gösterilmiştir. Şekil 6’da Buzdolabı

soğutma sisteminin ak ış diyagramı ve ölçüm noktalar ı görülmektedir.

Kompresörde yapılan güç analizi için bir wattmetre kullanılmıştır. Deneyde debi ölçümü için ABB FAM 3200serisi bir değişken alanlı debimetre (rotametre) kompresör çık ışına monte edilmiştir. Debi ve güç ölçümlerimanuel olarak okunmuş ve kaydedilmiştir.

Sistem sürekli duruma ulaştığı anda yapılan ölçümler sonucunda Tablo 1’de verilen sıcaklık ve basınç değerlerielde edilmiştir.




209

2

3

4

5

1

6

7 soğutulanortam sınır ı

Kurutu

Debimetre

Kondenser

Komp.

Evaporatör

Isı

değiştirici

Şekil 6 Buzdolabı soğutma sisteminin ak ış

diyagramı ve önemli ölçüm noktaları.

Tablo 1 Önemli çevrim noktalarında sıcaklık ve basınç değerleri.

Hal No

Hal Tanımı FazSıcaklık T (ºC)

BasınçP (bar)

1Kompresör girişi(Evaporatör çık ışı)

K ızgın Buhar 27,2 0,34

2Kompresör çık ışı (Kondenser girişi)

K ızgın Buhar 59,6 5,09

3 Kondenser çık ışı Sık ıştır ılmış sıvı 36,8 5.09

4 Kurutucuya giriş Sık ıştır ılmış sıvı 35,9 5,09

5Kurutucu çık ışı (Buzdolabı izolasyonundan giriş)

Sık ıştır ılmış sıvı 27,9 3,85

6K ılcal boru çık ışı (Evaporatör girişi)

Doymuş sıvı-buhar kar ışımı (x=0,17)

-31,4 0,34

7Evaporatör çık ışı(ısı değiştiricisine giriş)

K ızgın buhar -29,9 0,34

Test boyunca test odasının sıcaklığı 25ºC sabit sıcaklıkta tutulmuştur. Buzdolabının iç hacmi sürekli durumda -14,8ºC’de sabit kalmıştır.Sürekli duruma ulaşıldığında soğutma sisteminde devir daim eden R600a soğutucu gazının kütlesel debisi0,0003158 kg/s ve kompresörün çektiği güç 76,8 W olarak ölçülmüştür. Ölçümler sonucunda elde edilen sıcaklık ve basınç değerleri EES (Engineering Equation Solver) programı kullanılarak çevrimdeki 1, 2, 3, 4, 5, 6 ve 7




210

noktalar ında soğutucu ak ışkanın termodinamik özellikleri; entalpi (h), entropi (s), iç enerji (u) ve özgül hacim (v)gibi temel özellikleri hesaplanmış ve bu değerler Tablo 2’de verilmiştir

Tablo 2 Önemli çevrim noktalarında termodinamik özellikler.

Soğutma sistemi sürekli duruma ulaştığında hesaplanan termodinamik özelliklerden sistemin P-h diyagramı çizilmiş ve Şekil 7’de verilmiştir.

Şekil 7 P-h diyagramı.

3.2. Enerji ve Ekserji Analizleri

Enerji, iş yapabilme kabiliyeti olarak tanımlanmıştır. Termodinamiğin birinci yasası enerjinin korunumundan sözeder yani sisteme giren toplam enerji sitemden çıkan enerjiye eşittir. Ancak sistemlerin enerji analizleri diğer değişle I. yasaya dayanan analizler sistemin sadece niceliğini (miktar ını) değerlendirir. Tersinmezliklerin(kayı plar ın) olmadığı I. yasaya dayanan enerji analizi enerjinin niteliği değerlendirilmediği için kar şımıza,termodinamiğin II. yasasına dayanan enerjinin kalitesini dikkate alan ve “Enerji Kullanılabilirliği” (İngilizdede“availability” olarak da adlandır ılmaktadır) gibi isimlerle de adlandır ılabilen ekserji analizi çıkar. Ekserji ifadesi

Hal No Hal Tanım

ı

Entalpi h

(kJ/kg)

Entropi s

(kJ/kgK)

İç Enerji u

(kJ/kg)

Özgül

Hacim ν (m3/kg)

1Kompresör girişi

(Evaporatör çık ışı)728,4

4,137 685,8 1,252

2Kompresör çık ışı (Kondenser girişi)

769,8 3,897 727,4 0,08333

3 Kondenser çık ışı 418,7 2,775 417,7 0,001867

4 Kurutucuya giriş 416,4 2,767 415,4 0,001863

5Kurutucu çık ışı

(Buzdolabı izolasyonundan giriş)

395,72,701 395 0,001827

6K ılcal boru çık ışı (Evaporatör girişi)

306,4 2,398 301,5 0,1122

7Evaporatör çık ışı(ısı değiştiricisine giriş)

639,1 3,808 605 1,003




211

mevcut şartlarda elde edilebilecek maksimum iş olarak tanımlanmaktadır. Ekserji analizinin amacı proseslerintersinmezliklerini belirlemek ve değerlendirmektir. Şekil 9’da enerji, ekserji ve tersinmezlikler arasındaki ilişkişematik olarak verilmiştir.

Şekil 8 Enerji, kullanılabilirlik(Ekserji) ve tersinmezliklerin toplamından oluşur.

Bu çalışmada buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan bir ev tipi buzdolabında bulunan sistemelemanlar ına Termodinamiğin I. Yasa analizi uygulanmış, daha sonra ise Termodinamiğin II. Yasa analiziuygulanarak tersinmezlikler ve ekserji kayı plar ı tespit edilmiştir.

Termodinamiğin I ve II. Yasa analizleri uygulanırken; elemanlardaki basınç kayı plar ı, kinetik ve potansiyelenerji değişimleri ihmal edilmiştir. Sisteme giren ısı (Q) pozitif(+) , sistemden çıkan ısı (Q) negatif (-) ve sistemegiren iş (W) negatif(-), sistemden çıkan iş (W) için ise pozitif(+) işaret kabulü yapılmıştır. Sistemi oluşturanelemanlar, sürekli ak ışlı açık sistem kabulü yapılarak analiz edilmiştir.

Enerji denklemlerinden Özgül enerji (Ak ış enerjisi) denklemi ;

he = (kJ/kg) (1)

şeklindedir. Özgül enerji denkleminde kullanılan e özgül enerjiyi, h ak ışkanın entalpisini (özgül entalpi) temsil

etmektedir ve birimleri kJ/kg’dır. Özgül enerjinin kütlesel debiyle çarpımından elde edilen toplam enerjidenklemi;

hm E && = (kW)

(2)

Bu denklemde m& (kg/s) kütlesel debiyi ifade ederken, E & toplam enerjiyi ifade eder ve birimi kW’tır.

Enerji korunumu denklemleri, birinci yasaya dayanarak, sistem ile çevre arasında gerçekleşen net iş ve ısı alış verişinde bulunan ve giriş ve çık ışı olan sürekli ak ışlı bir kontrol hacmi için şu şekilde ifade edilir. Genel enerjidengesi denklemi,

PE KE H W Q Δ+Δ+Δ=− (3)

Denklemde Q (W) ısı alış verişini , W (W) sisteme verilen ya da alınan işi ve H Δ (W) entalpi değişimini,

KE Δ (W) kinetik enerji değişimini, PE Δ (W)’de potansiyel enerji değişimini ifade eder. Denklem (3)'de

potansiyel ve kinetik enerji değişimleri ihmal edilirse sürekli ak ışlı açık sistem için enerji dengesi denklemi

aşağıdaki gibi bulunabilir. Sürekli ak ışlı açık sistem için enerji dengesi denklemi;

(4)

Soğutma makinelerinin ısıl verim değerlendirmesi etkinlik katsayısı ile yapılır. Diğer bir değişle sürekli ak ışlı

sistemler için birinci yasa verimi aşağıdaki şekilde yazılabilir.

hmW Q Δ=− &&&




212

W

QCOP

&

&

= (5)

COP , etkinlik katsayısıdır ve birimsizdir.

Ekserji ya da kullanılabilir enerji termodinamiğin ikinci yasasına dayanmaktadır. Ekserji belirli bir enerjiye sahipak ışkanın çevre şartlar ına indirgenerek kendisinden maksimum iş elde edilmesine denir [15]. Çevresel

parametreler referans durum olarak kabul edildiğinde, ikinci yasa yazılacak olursa, özgül ekserji (Ψ) (sürekliak ışlı sistemler için kullanılabilirlik),

)(2

1)( 00

20 s sT gzV hh −−++−= (6)

Denklemde görülen 0 alt indisi çevre şartlar ı(ölü hal) referans alınarak bulunmuş değerlerdir. Çevre sıcaklığı (T0) ile gösterilmiş olup birimi (0C)’dir. Burada (h) özgül entalpi (kJ/kg), (s0) özgül entropi (kJ/kgK)’dir. Vak ışkan hızı(m/s), g yerçekimi ivmesi (m/s2) ve z (m) yüksekliktir. Birim zamanda kontrol hacmine giren ve

çıkan soğutucu ak ışkanla birlikte gerçekleşen entropi transferi )( o s s − olarak ifade edilmiştir.

Ak ış ekserjisi denklemindeki, potansiyel ve kimyasal ekserji miktarlar ı çok küçük olduğu için ihmal edildiğindeaşağıdaki denklem elde edilir.

)()( 000 s sT hh −−−= (7)

Sistem için özgül ekserji (kullanılabilirlik) denklemi yazılırken 0 noktası özellikleri yerine bazı noktalardaekserji değerlerinin negatif çıkmasını önlemek için evaporatör çık ışı olan 7 noktası özellikleri ölü hal özellikleriolarak kabul edilmiştir. Bu durumda, Denklem (7),

)()( 777 s sT hh −−−= (8)

şeklinde olur. Toplam ekserji ise,

ψ m X && = (9)

Bu denklemde X & , ak ış ekserjisinin( ) kütlesel debiyle( m& ) çarpımından elde edilen toplam ekserjiyi ifade

etmektedir. Sürekli ak ışlı bir sistem için ekserji dengesi,

0==−−

dt

dX X X X sistem

yokolançikan giren&& (10)

şeklinde yazılabilir. Denklemde giren X & sisteme giren toplam ekserjiyi, çikan X & çevrimden çıkan toplam

ekserjiyi, yokolan X & ise toplam yok olan (tersinmezlik) ekserjiyi göstermektedir. İş tüketen makineler için ikinci

yasa verimi aşağıdaki şekilde tanımlanmaktadır.

W

W tr II =η (11)

Burada II η ikinci yasa verimini, tr W tersinir işi, W ise sistemden elde edilen net işi ifade etmektedir. Sistemiçin ikinci yasa verimi yazılırsa,




213

tr COP

COP =SistemII,η (12)

şeklinde olur. Denklemde COP sistemin gerçek birinci yasa verimini ifade ederken tr COP sistemin tersinir

ikinci yasa verimini ifade eder ve

L H

Ltr

T T

T COP

−= (13)

şeklinde tanımlanır.

Deneysel çalışmada kullanılan buzdolabının buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi için, yazılan geneldenklemlerden özgül enerji için denklem (1), toplam enerji için denklem (2), özgül ekserji için denklem (7),toplam ekserji için ise denklem (9) kullanılarak; kompresör girişi (ısı değiştirici çık ışı) (1), kondenser girişi(kompresör çık ışı) (2), kondenser çık ışı (3), kurutucu girişi (4), k ılcal boru çık ışı (buzdolabı izolasyonuna giriş)(5), evaporatör girişi (k ılcal boru çık ışı) (6), evaporatör çık ışı (ısı değiştiricisine giriş) (7) olmak üzere yedi

noktada EES programında özgül enerji (e), toplam enerji E & , özgül ekserji , toplam ekserji X & hesaplanmış

ve bu değerler Tablo 3’te verilmiştir.

Tablo 3 Çevrimin Özgül enerji, toplam enerji, özgül ekserji ve toplam ekserji sayısal değerleri.

Hal No Hal Tanımı ÖzgülEnerjie (kJ/kg)

ToplamEnerji

E & (W )

ÖzgülEkserji

(kJ/kg)

ToplamEkserji

Χ& (W)

1Kompresör girişi

(Evaporatör çık ışı)13,09 230 9,309 2,94

2Kompresör çık ışı (Kondenser

girişi)

-110,9 243,1 109,1 34,45

3 Kondenser çık ışı -0,7287 132,2 30,95 9,773

4 Kurutucuya giriş -6,523 131,5 30,45 9,617

5Kurutucu çık ışı (Buzdolabı

izolasyonundan giriş)-28,2 125 26,09 8,238

6K ılcal boru çık ışı (Evaporatör

girişi)105,1 96,76 10,47 3,307

7Evaporatör çık ışı (ısı değiştiricisine giriş) 28,2 201,8 0 0

Enerji ve ekserji analizlerinde yukar ıdaki verilmiş olan genel denklemler, soğutma çevriminin her bir elemanınauygulanmasıyla her soğutma çevrim elemanı için enerji ve ekserji denge denklemleri ayr ıca I. Yasa ve II. Yasaverim tanımlar ı Tablo 4’teki gibi elde edilmiştir.




214

Tablo 4 Denge denklemleri ve verim tanımlar ı.

Enerji Dengesi Ekserji Dengesi I. Yasa Verimleri

Kompresör (1-2) )( 12. hhmW komp −= && )()( 21.., X X W X elektrik kompkomp yokolan&&&& −+=

elektrik

komp I W

W &

&

=.,η IIη

Kondenser (2-3) )( 23. hhmQkond −= && 32., X X X kond yokolan&&& −= ____ η

Kurutucu – K ılcalBorunun bir k ısmı

(3-5)

)( 53.. hhmQ kilcalbkurutucu −=− &&

53., X X X kilcalbkurutucu yokolan

&&& −=− ____ ,kurut II η

Isı Değiştirici (5-6),(7-1) )(

)(

71

65.

hhm

hhmQı sıde ğ i ş

−=

−=

&

&&

)()( 1675., X X X X X

ı sıde ğ i ş yokolan&&&&& +−+=

____ , II η

Evaporatör (6-7) )( 67. hhmQevap −= && 76., X X X evap yokolan&&& −= ____ η

Genel Sistem U W Q Δ=− && ____ elektrik komp

evap

W

QCOP

.,&

&

=




215

Sayısal analiz k ısmında verilen genel denklemler kullanılarak so ğ utma çevriminde yer alan her eleman için dengedenklemleri ve verim tanımlar ı elde edilmi ş ve bu denklemler Tablo 4’de verilmi ştir. Elde edilen denklemlerdeçevrimin 7 noktasında termodinamik özellikler, denklemlerde gereken yerlerde kullanılarak bulunan enerji, yok

olan ekserji ve verim de ğ erleri Tablo 5’te yer almaktad ır.

Tablo 5 Enerji, yok olan ekserji ve verim de ğ erleri.

Enerji Transferi

Q& veya W & (W)

Yok olan Ekserji

Yokolan X & (W)I. Yasa Verimleri

η (%)

II. YasaVerimleri

η (%)

Kompresör (1-2) 13,09 45,29 17,04 43,21

Kondenser (2-3) 110,90 24,68 ____ 28,36

Kurutucu – K ılcalBorunun bir k ısmı

(3-5)7,25 1,54 ____ 8,43

Isı Değiştirici(5-6,7-1)

28,20 7,87 ____ 75,83

Evaporatör (6-7) 105,06 3,31 ____ 35,69

Genel Sistem ____ ____ 1,368 21,07

4. BULGULAR VE TARTI Ş MA

Tablo 4’te verilen genel denklemler kullanılarak her eleman için çıkar ılan enerji denklemlerinin sayısal de ğ erleri Tablo 5’te tablo halinde verilmi ş olup ayr ıca enerji ak ış diyagramı çizilerek Ş ekil 10’da gösterilmi ştir. Ş ekilde gösterilen büyüklükler miktarlarla orant ıl ıd ır.

Buzdolabının soğutma çevrimine ilk hareketi veren kompresör, soğutma kapasitesi 140 W ve anma gücü 108 Wolduğu daha önce belirtilmişti. Ancak test şarlar ından dolayı buzdolabının kompresörünün çektiği güç veya soğutma

sistemine giren enerji 76,8 W olarak ölçülmüştür. Bu enerjinin 63,73 W’lı

k yani sisteme giren toplam enerjinin%35,07’si kompresördeki tersinmezliklere harcanmaktadır. Kompresörden çevrime, 13,07 W’lık ak ış enerjisi çevrimetransfer olmaktadır. Kompresör çık ışında çevrimden gelen enerjiyle birlikte 242,73 W olan enerjinin 110,72 W’ ı kondenserden ısıl enerji şeklinde çevreye transfer olmaktadır. Bu değer toplam enerjinin %60,9’unu oluşturmaktadır.Enerjinin 132,01 W’lık bölümü çevrime devam ederken 7,24 W’lık yani sisteme giren toplam enerjinin %3,98’isoğutucu ak ışkan R600a kurutucu ve k ılcal boruya girmesiyle çevre ortama olan ısı transferi ve basınç düşümüsonucunda enerji kaybı şeklinde olmaktadır. K ılcal borudan ısı değiştiricisine geçen ak ışkanın ısı değiştiricisinde gerikazanılan 28,16 W’lık enerji ile evaporatörden çekilen ısıyla gelen 104,9 W enerji birleşerek çevrime transfer olmaktadır. Enerji ak ış diyagramından da anlaşılacağı üzere çevrimde en fazla enerji transferi 110,72 W ilekondenserde olurken, ikinci sırada 63,73 W ile kompresörde meydana gelmekte ve bunlar ı 7,24 W ile kurutucu-k ılcal

boru kaybı izlemektedir.




216

Ş ekil 9 Enerji dengesi.

Deneyde daha önce belirtilen ve her elemanın giriş ve çık ışındaki noktalarda belirlenen termodinamik özellikleri Tablo4’te, verilen ekserji denklemleri uygulanarak bulunan sonuçlar Tablo 5’te verilmiştir. Soğutma elemanlar ı için verilenekserji kayı plar ı Şekil 11’de ekserji ak ış diyagramı şeklinde gösterilmiştir.




217

Şekil 10 Ekserji dengesi.

Çevrimin en önemli parçasını oluşturan kompresör, 76,8 W olarak çekilen elektriksel gücün 45,34 W’ı yani toplamekserji girişinin %59,09’nu tersinmezliklere harcarken sisteme 31,46 W ekserji kazandırmaktadır. Çevrimin devamını sağlayan bu ekserjinin 24,64 W’ı ve toplam ekserjinin %32,03’ü kondenserden çevreye olan ısı transferiyle yok olmaktadır. Kondenserden çıkarak kurutucu ve k ılcal borudan geçen soğutucu ak ışkan, ekserjisinin %2’sini yani 1,54W’ını çevreye ısı transferi ve basınç düşümü sonucunda kaybetmektedir. Evaporatördeki ekserji kaybı 3,3 W olarak

belirlenirken, bu kayı p toplam ekserjinin %4’ünü oluşturmaktadır. Isı değiştiricide ise 1,99 W olan ekserji kaybı toplam ekserji girişinin %2,6’a kar şılık gelmektedir. Isı değiştirici çık ışında 2,9 W olan ekserji kompresörden alınan

ekserjiyle birlikte çevrime katılmaktadır. Elde edilen sayısal sonuçlardan ve diyagramdan da anlaşılacağı gibi en fazlaekserji kaybı kompresörde olurken bunu kondenser kaybı izlemektedir.

5.SONUÇLAR

Bu çalışmada; ev tipi buzdolabının buhar sık ıştırmalı soğutma çevriminin deneysel olarak sürekli durum için eldeedilen termodinamik özellikler kullanılarak her soğutma elemanı ayr ı ele alınarak enerji ve ekserji analizi yapılmıştır.Analizlerde kullanılan denklemler ve sonuçlar ı tablolar halinde verilmiş, enerji ve ekserji ak ışı diyagram çizilerek gösterilmiştir.Enerji analizi sonucunda en büyük enerji transferi 110,72 W ile kondenserde gerçekle şmektedir ve bu değer çevrimetransfer olan toplam enerjinin %60,9’na kar şılık gelmektedir. Kompresörde; 13,07 W, ak ış enerjisi şeklinde çevrimetransfer olurken, çevrimin toplam enerjisinin %35,07’si yani 63,73 W’lık enerji kompresörde oluşan tersinmezliklereharcanmaktadır. Diğer soğutma elemanlar ı; k ılcal borudan çevre ortama olan ısı transferi ve basınç düşümü sonucundatoplam enerjinin %3,98’lik miktar ı kadar enerji dönüşümü olmaktadır.Ekserji analizi, enerji analizi gibi her soğutma elemanına uygulanmıştır. Çevrimin en önemli parçasını oluşturankompresör 76,8 W olarak çektiği elektriksel gücün 45,34 W’ı yani toplam ekserjinin girişinin %59,09’utersinmezliklere harcanırken, sisteme giren toplam ekserjinin %32,03’ü kondenserden çevreye olan ısı transferiylekaybolduğu anlaşılmıştır. Kondenserden çıkarak kurutucu ve k ılcal borudan geçen soğutucu ak ışkan, ekserjisinin%2’sini çevreye ısı transferi ve basınç düşümü sonucunda kaybeder. Evaporatördeki ekserji kaybı 3,3 W olarak

belirlenirken, bu kayı p toplam ekserjinin %4’ünü oluşturmaktadır. Isı değiştiricide ise 1,99 W olan ekserji kaybı toplam ekserjinin %2,6’ı olduğu belirlenmiştir. Isı değiştiricisi çık ışında 2,9 W olan ekserji kompresörden alınanekserjiyle birlikte çevrime katılmaktadır. Elde edilen sonuçlardan ve diyagramdan da anlaşılacağı gibi en fazla ekserjikaybı kompresörde olurken bunu kondenser kaybı, ve ardından k ılcal boru, ısı değiştiricisi, ve evaporatör izlemektedir.Genelleme yapmak gerekirse, toplam ekserji girişinin yaklaşık üçte ikisi kompresörde, üçte biri kondenserde ve geriyekalan on da biri ise k ılcal boru, ısı değiştiricisi ve evaporatörde yok olmaktadır.




218

Sistemin verimleri incelendiğinde kompresörün I. yasa verimi %17,04, genel sistemin I. yasa verimi yani etkinlik katsayısı(COP) ise 1,36’dir. Kompresör dışındaki soğutma çevrimi elemanlar ının I. yasa verimleri, veri eksikliğindendolayı tanımlanamamıştır. Buna kar şın soğutma elemanlar ının II.Yasa verimleri (ekserjitik verimler) hesaplanmış ve

kompresörün verimi %43,21, ve kondenser verimi %28,36 olarak bulunmuştur. Kurutucu ve k ı

lcal borunun verimi%8,5’a kadar düşerken en yüksek verimi %75,83 ile ısı değiştiricisi sahip olmuştur. Evaporatörün II.yasa verimi ise%35,69 olarak hesaplanmıştır. Genel sistemin II. Yasa verimi ise %21,07 olarak belirlenmiştir. Sistemin genel II. yasaverimi ekserji kayı plar ının yüksek olduğu kompresör ve kondenser gibi elemanlarda araştırma ve geliştirmefaaliyetlerini yoğunlaştırarak artır ılabilir. Diğer elemanlarda araştırma ve geliştirme çalışmalar ının yürütülmesininverime pek bir faydası olmayacaktır, çünkü bu elemanlardaki kayı plar kompresör ve kondenser kayı plar ına göreoldukça küçüktür.

6.TEŞEKKÜR

Bu çalışma TÜBİTAK ve VESTEL Teknoloji Geliştirme ve Endüstriyel Tasar ım Laboratuar ı destekleriyle TÜBİTAK MAG No:105M305 numaralı proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. İlk olarak TÜBİTAK’a teşekkür ederim. Dahasonra da Vestel Ar-Ge direktörü Halil Turan’a ve araştırma mühendisi Umut Yılmaz’a çalışmanın her aşamasında veözellikle deneysel verilerin toplanması sırasında verdikleri destekten ötürü teşekkürü bir borç bilirim. Ayr ıcayardımlar ını esirgemeyen değerli tez danışmanım Doç. Dr. Yunus ÇERÇİ’ye, teşekkür ve şükranlar ımı sunar ım.

7.KAYNAKLAR

1. Talbi, M.M.,ve B. Agnew, “Exergy analysis: an absorption refrigerator using lithium bromide and water as theworking fluids”, Applied Thermal Engineering , Volume 20, pages 619-630 (2002).

2. Şencan, A., K. A. Yakut, and S. A. Kalogirou, “Exergy analysis of lithium bromide/water absorption systems”, Renewable Energy, Volume 30, pages 645-657 (2005).

3. Eames, I.W. ve S. Wu, “A valve operated absorption refrigerator”, Applied Thermal Engineering , Volume 23, pages 417-429 (2003).

4. Min, G. ve D.M. Rowe, “Experimental evaluation of prototype thermoelectric domestic-refrigerators”, Applied Energy, (2005).

5. Ataer, Ö. E.,ve H. Karabulut, “Thermodynamic analysis of the V-type Stirling-cycle refrigerator”, International

Journal of Refrigeration, Volume 28, pages 183-189 (2005). 6. Huang, W. N. ve C. C. Teng, “A simple magnetic refrigerator evaluation model”, Journal of magnetism and

magnetic materials, Volume 282, pages 311-316 (2004). 7. Rebora A., ve L. A. Tagliafico, “Thermal performance analysis for hot-wall condenser and evaporator

configurations in refrigeration appliances”, International Journal of Refrigeration, Volume 21, Issue 6, pages 490-502, (1997).

8. Tagliafico L., ve G. Tanda, “Radiation and natural convection heat transfer from wire-and-tube heat exchangers inrefrigeration appliances”, International Journal of Refrigeration, Volume 20, Issue 7, pages 461-469, (1997).

9. Porkhial S., B. Khastoo, M. R. M. Razavi, “Transient characteristic of reciprocating compressors in householdrefrigerators”, Applied Thermal Engineering , Volume 22, pages 1391-1402 (2002).

10. Melo C., R. T. S. Fereira, C. B. Neto, J. M. Gonçalves, ve M. M. Mezavila, “An experimental analysis of adiabaticcapillary tubes”, Applied Thermal Engineering , Volume 19, pages 669-684 (1999).

11. Chen L., F. Sun, C. Wu, ve R. L. Kiang, “A generalized model of a real refrigerator and its performance”, Applied

Thermal Engineering , Volume 17, Issue 4, pages 401-412 (1997). 12. Löhlein K., ve T. Fukano, “Exergy analysis of refrigerators for large scale cooling systems”, Fusion Engineering and Design, volume 20, pages 511-518 (1993).

13. Hepbaşli A., “Thermoeconomic analysis of household refrigerators”, Internatıonal Journal Of Energy Research Int.J. Energy Res.2007;31:947-959

14. A. Stegou-Sagian and N. Paignigiannis,”Exergy losses in refrigerating systems. A study forperformancecomparisons in compressor and condenser”, Internatıonal Journal Of Energy Research Int. J. Energy Res. 2003;27:1067–1078

15. Özkaymak, M., (1998). Buhar Sık ıştırmalı Soğutma Sisteminde Aşır ı K ızdırma ve Aşır ı soğutma EşanjörlerininTermo-ekonomik Optimizasyonu. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi, 102s, Ankara.

16. ETEMOĞLU A. B., CAN M., KILIÇ M. Ülkemiz jeotermal kaynaklar ının ikinci kanun verim değerlerine bağlı sınıflandır ılması. Uludağ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 9, Sayı 1, 2004

17. Elektirik işletmeleri wep adresi http://www.eie.gov.tr/turkce/en_tasarrufu/konut_ulas/en_tasarruf_bina_ay.html




219

OTURUM VIII

ADSORPSİYONLU ve ADSORPSİYONLU SİSTEMLER

Adsorpsiyonlu Soğutma Teknolojisi ve Enerji AnaliziGökhan GÜRLEK – Abdullah YILDIZ – Ali GÜNGÖR

Adsorpsiyonlu Isı Pompaları Adsorbent Yatağının Tasarımı Gamze GED İ Z İ LD İŞ – Mohgtada MOBED İ – Semra Ülkü

Libr H20 Ak ışkan Çifti İle Çalışan Absorbsiyonlu Buhar Sık ıştırmalı (Kaskad) Soğutma SistemininAnaliziCanan C İ M Şİ T – İ . Tekin ÖZTÜRK

Desisif Bir İklimlendirme Sisteminin Psikrometrik Analizi

Ertaç HÜRDOĞ AN – Orhan BÜYÜKALACA – Tuncay YILMAZ – Osman KARA




220

ADSORPSİYONLU SOĞUTMA TEKNOLOJİSİ VE ENERJİ ANALİZİ

Gökhan Gürlek, Abdullah Yıldız, Ali Güngör

Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisli ğ i Bölümü

[email protected] , [email protected], ali.gungor@ ege.edu.tr

ÖZET

Son yıllarda önemi artan adsorpsiyonlu soğutma sistemleri ile ilgili çalışmalara her geçen günyenileri eklenmektedir. Önemli oranda enerji kazançlar ı sağlamasına rağmen bu sistemler çok fazla tanınmamaktadır. Bu amaçla bu çalışmada, adsorpsiyon nedir, adsorpsiyonlu soğutmasistemi nasıl çalışır, sistemin avantaj ve dezavantajlar ı nelerdir, sistemin enerji analizi nasılyapılır gibi sorulara yanıt bulunmaya çalışılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Adsorpsiyonlu soğutma sistemi, Soğutma

1. GİR İŞ

Ticari uygulamalarda adsorpsiyonlu chiller olarak kullanılan soğutma sistemleri bir çeşit adsorpsiyonlu ısı pompalar ı olarak tanımlanabilmektedir. Faraday (1848) taraf ından ilk kez tanımlanan adsorpsiyonlu soğutma çevrimi, ticariamaçlı soğutucu olacak ilk kez 1920’de kullanılmaya başlanmıştır. Enerji kaynaklar ının türü ve çevrim sırasındameydana gelen fiziksel olaylar açısından benzer olduğunu düşündüğümüz absorpsiyonlu soğutma sistemleriyle aslında

belirgin farklılıklar ı vardır. Absorpsiyonlu soğutma sisteminde bir sıvı veya gaz ak ışkanın, başka bir sıvı veya katı içine difüzyonu söz konusu iken adsorpsiyonlu soğutma sisteminde ise bir gazın veya sıvının, sıvı veya katı başka bir

maddenin yüzeyi ile fiziksel ve kimyasal etkileşimi vardır [1].

Oertel ve Fischer (1997) metanol/ silikajel çifti kullanan bir adsorpsiyonlu sistemi incelemişlerdir. İki fazlı bir kompresör gibi çalışan adsorber/desorber tipi bir yatakta metanolün sistem verimine etkisini incelemişlerdir [2]. Yongve Sumathy (2004) güneş enerjisi ile çalışan iki yataklı bir adsorpsiyonlu soğutma sisteminin performansını belirlemek amacıyla bir matematiksel model oluşturmuşlardır [3]. Liu ve Leong (2005) zeolit/su çifti ile çalışan adsorpsiyonlu bir soğutma sisteminde bu soğutma çiftinin sistem performans parametreleri üzerindeki etkisini nümerik bir modelyardımıyla incelemişlerdir [4]. Lu vd. (2006) adsorpsiyonlu bir soğutma sisteminde absorbent olarak aktif karbonukullanarak sistemin performans parametrelerini incelemişlerdir [5]. Wang vd. (2005a; 2005b) yaptıklar ı farklı çalışmalarda birinci bölümde silika jel-su adsorpsiyon chiller soğutma sisteminin tasar ımını ve performans tahminiüzerine çalışmışlar, ikinci bölümde ise aynı sistemde deneysel olarak çalışmışlar ve sistem COP ve ısıtma ve soğutmakapasitelerini belirlemişlerdir [6,7].

Bu çalışmada, adsorpsiyonlu soğutma sistemleri tanımlanmış ve enerji analizinin nasıl yapıldığı irdelenmiştir.

2. ADSORPSİYON PRENSİBİ

Adsorpsiyon işleminde gaz fazındaki maddeye adsorbat, katı fazındaki maddeye ise absorbent denilmektedir.Adsorpsiyon, fiziksel ve kimyasal olarak ikiye ayr ılmaktadır. Desorpsiyon olayının olmadığı yani reaksiyonuntersinmez olduğu adsorbatın adsorbent yüzeyine tutunmasına kimyasal olarak adsorplama denir. Bu adsorpsiyontüründe, adsorplanan adsorbatın adsorbent yüzeyinden uzaklaşması söz konusu değildir. Fiziksel adsorplamada iseadsorbat, adsorbent yüzeyine fiziksel bağlarla tutunur. Desorpsiyon olayının gerçekleştiği bu adsorplama şeklindeadsorpsiyon ortam sıcaklığının artışı ile azalmaktadır. Fiziksel adsorpsiyon işleminde reaksiyon sırasında adsorpsiyonısısı açığa çıkar.




221

Adsorpsiyonlu soğutma sistemlerinde soğutucu adsorbat olarak çoğunlukla su kullanılmakta, bunu yanında metanol veamonyak da kullanılmaktadır. Gereken buharlaşma ısısını çevresinden alan su, oda sıcaklığında vakum altında

buharlaşır. Bu işlem sırasında devrede soğutma meydana gelir. Adsorpsiyonlu soğutma sistemi kapalı sistem

olduğundan buharlaşmı

ş absorbat çevreye buhar olarak bı

rak ı

lmaz, sistemin içerinde tekrar yoğuşur. Termodinamik yasalara göre buharlaşmış absorbatın doğrudan yoğuşması mümkün olmadığına göre absorbat, katı adsorbenttaraf ından adsorbe edilir. Bu adsorbent malzemeleri başta silika-jel olmak üzere aktif karbon ve zeolit olarak sayabiliriz.

Soğutma sistemlerinde adsorpsiyon prensibi, örneğin su buhar ının adsorbentler taraf ından toplanmasıdır. Sıcak sukullanımıyla adsorbentteki adsorbe su tekrar buharlaşır. Böylece adsorbent malzeme rejenere olur. Buharlaşma prosesisıcaklık ve basınca bağlıdır. Normal atmosferik basınç (760 mmHg) altında absorbat su 100 oC’de buharlaşır. Basınçdüşürüldüğünde buharlaşma sıcaklığı da düşmektedir. Yeterli yüksek vakum değerlerinde adsorbat su düşük sıcaklıkta

buharlaşır. Adsorpsiyonlu soğutucular için 10-20 mm Hg vakum basıncı yeterlidir [8].

Adsorpsiyon işleminde en önemli faktörleri bir kez daha hatırlatmak gerekirse [8];• Adsorbent yapısal değişikliğe ve hacimsel genişlemeye uğramadan adsorbatı kolaylıkla adsorbe edebilir.• Adsorbent, depoladığı adsorbatı sıcaklık artışı ile rahatlıkla bırakabilir. Bu işlem tersinir ve sürekli tekrarlanır.

Adsorpsiyonlu soğutma sisteminde, evaporatör ve kondenser sıcaklığına, üçüncül ısı kaynağının sıcaklığına vesistemin kullanım amacına bağlı olarak absorbat ve absorbent seçimi yapılır ve uygun çalışma basıncı belirlenir.Örneğin; evaporatör sıcaklığı 0 oC’nin altında olan bir sistem için zeolit-su çifti kullanılamamakta, bu durumda aktif karbon-metanol çiftinin kullanımı daha uygun olmaktadır. Tablo 1’de adsorbent-adsorbat çiftlerinin gerekli çalışmaaralıklar ı için özellikleri verilmiştir.

Absorbentin adsorplama kapasitesinin artması ile birlikte çevrim verimi de artmaktadır. Adsorbat-adsorbent çiftine aitözgül ısılar, ısı iletim katsayısı ve yoğunluk adsorpsiyon işleminde önem taşımaktadır. Adsorpisyonlu soğutmasistemlerinde adsorbent yatağının kütle ve ısı transfer hızlar ının kontrol edilmesi de önem taşımaktadır. Adsorbentinısı transfer katsayısının düşüklüğü, ısı transfer hızını düşürmektedir. Bu etki adsorpsiyon ve desorpsiyon periyotlar ını uzatmaktadır.

Tablo 1. Adsorbent- adsorbat çiftinin çal ı şma sıcakl ıklar ına göre özellikleri[1]

Adsorbat-Adsorbent ÇiftiMaksimum

adsorplama kapasitesi(kg/kg)

Adsorpsiyon ısısı (kJ/kgabsorbat)

Çalışma sıcaklığı (oC)

Su-Zeolit 4A 0.22 4400 0 - 350Su-Zeolit 13X 0.30 4400 0 - 350Su-Mordenit 0.11 4000 0 - 250Su-Silika Jel 0.37 2560 0 - 150Metanol-Aktif Karbon 0.32 1400 -20 - 140

3. ADSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ

Şekil 1’de adsorpsiyonlu soğutma sisteminde absorbat-absorbent çiftinin çalışma sistemi gösterilmektedir. Şekilden degörüldüğü gibi sistem, ısıtma-soğutma besleme hattı, vakum vanası, adsorbent yataklar ı, kondenser ve evaporatöründahil olduğu adsorpsiyon/desorpsiyon çalışma odalar ı ve ısı pompası çalışma odasından oluşmaktadır.Adsorpsiyon/desorpsiyon çalışma odalar ında adsorpsiyon ve desorpsiyon işlemleri sırasıyla gerçekleşir. Her bir adsorpsiyon/desorpsiyon odası bir kondenser, bir absorbent yatağı ve evaporatörden oluşur. Bu soğutma sistemi ikisistemin bir arada olduğu tek bir sistem olarak çalışmaktadır. Çalışma odalar ındaki evaporatörler ısı pompasını desteklemektedir. Isı pompası odasının üst k ısmını absorbat evaporatör, alt k ısmını ise metanol evaporatör oluşturmaktadır. Metanol evaporatörde borunun dışından metanol, içinde ise soğutulmak istenen su geçmektedir.




222

Ş ekil 1. Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin şematik gösterimi [9]

Sistemde düşük sıcaklıktaki ısı kaynağını kullanılmasında yardımcı olan kütle geçiş işlemini sağlayan bir adet vakumvanası kullanılmıştır. Absorbent yatağında kanatçıklı ısı değiştiricisi, kondenserde ise gövde-boru tipi ısı değiştiricisi

bulunmaktadır. Absorbent yataklar ındaki kondenserler birbirine seri bağlanmıştır. Birinci absorbent yatağına girensoğutma suyu ikinci absorbent yatağına geçmektedir. Adsorpsiyon, desorpsiyon, kütle ve ısı geri kazanım işlemlerininard arda uygulanmasıyla soğutma çevrimi gerçekleşir. Şekil 2’de bu soğutma çevrim görülmektedir.

Ş ekil 2. Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin ideal çevrim P-T diyagramı

Şekil 2’de görülen 1-2-3-4-5-6-1 noktalar ından oluşan çevrim işlemi, adsorpsiyonlu soğutma sistemlerinde idealçevrimi göstermektedir. Bu çevrimde 1-2 ve 4-5 noktalar ı arası ısı geri kazanım işlemini anlatmaktadır. 2-3 ve 5-6noktalar ı sırasıyla ısıtma-desorpsiyon ve soğutma-adsorpsiyon işlemlerini içeren soğutma işini anlatmaktadır. Buçevrimdeki 3-4 ve 6-1 noktalar ı arası ise kütle geri kazanım işlemini gösterir. Çevrimde adsorbent yatak sıcaklığı dışar ıdan ısı girişi ile T6’dan T2’ye yükselmektedir. Bu işlem sırasında desorpsiyon olmaksızın buhar basıncı artmaktadır. 2 ile 3 noktalar ı arasında da adsorbent yatağına ısı girişi devam etmektedir. Bu evrede desorpsiyon

başlamakta ve desorpsiyonla açığa çıkan buhar, sabit kondenser basıncında yoğuşmaktadır. Desorpsiyon işlemi bittikten sonra adsorbent yatağı T5 sıcaklığına soğutulmakta, basınç düşmektedir. 6 noktasına kadar olan evrede,yataktan ısı çekilmeye devam edilmekte ve evaporatörde çevreden ısı çekerek buharlaşan adsorbat, adsorbenttaraf ından adsorbe edilmektedir. Adsorbent yatak sıcaklığının T6 sıcaklığına düşmesi ile çevrim tamamlanmaktadır.

P

-1/T

2

6

1

5

4

3




223

Tüm çevrim boyunca adsorbent yatağındaki sıcaklık ve basınç değişiklik göstermektedir. Şekil 3’de çevrimin şematik diyagramı gösterilmiştir.

Ş ekil 3. Soğutma sisteminin şematik gösterimi [9]

Şekil3-a’da adsorbent yatağı 1’deki borular ın içerisinden sıcak ak ışkan geçirilerek bu bölmede desorpsiyon işleminin,adsorbent yatağı 2’deki borular ın içinden ise soğuk ak ışkan geçirilerek adsorpsiyon işleminin gerçekleştirilmesisağlanır. Şekil3-b’de vakum vanası açılarak adsorbent yatağı 1’den adsorbent yatağı 2’ye kütle geçisi sağlanır. Şekil3-c’de soğutma suyu öncelikle adsorbent yatağı 1’deki borulara daha sonrada adsorbent yatağı 2’deki boruya aktar ılır.Böylelikle adsorbent yatağı 2’yi desorpsiyon işlemine, adsorbent yatağı 1’i adsorpsiyon işlemine hazırlar. Şekil3-d’deadsorbent yatağı 2’de desorpsiyon, adsorbent yatağı 1’de ise adsorpsiyon işlemi gerçekleşir. Adsorbent yatağı 2’denadsorbent yatağı 1’e kütle geçişi Şekil3-e’de görüldüğü gibi vakum vanasının açılması ile gerçekleşir. Çevrim Şekil3-f




224

ile son bulur. Bu aşamada soğutma suyu, adsorbent yatağı 2’den adsorbent yatağı 1’e aktar ılırken adsorbent yatağı 1’idesorpsiyona hazırlar. Adsorpsiyonlu soğutma çevrimi bu aşamalardan sonra tamamlanır.

Adsorpsiyonlu soğutma sistemleri, son yı

llarda yapı

lan çalı

şmalar ı

n artması

yla birlikte atı

k ı

sı

nı

n doğrudankullanımına olanak sağlaması nedeniyle daha önem kazanmıştır. Yapılan çalışmalar sonucundan adsorpsiyonlusoğutma sistemi kullanımının bazı avantaj ve dezavantajlar ının olduğu gözlenmiştir. Sistemin dezavantajlar ı şunlardır:

• Performans katsayılar ının düşük olması. Tablo 2’de farklı adsorbat-adsorbent çiftine göre tipik COP değerleriverilmiştir.

• Düşük basınçta çalışmasından dolayı kaçak sorunlar ının yaşanması ve yüksek vakum teknolojisi gereksinimi.• Yaygın kullanım alanına sahip olmaması.

Tablo 2. Adsorbat-adsorbent çiftine göre COP de ğ erleri [1]

Adsorpsiyonlu soğutma sistemleri, performanslar ının düşük olmasına rağmen herhangi bir mekanik güç gerektirmedençalışması nedeniyle tercih edilmektedir. Bu soğutma sistemlerinin avantajlar ı ise şu şekilde sıralanabilir;

• Az hareketli parçalarla basit tasar ım sağlar • Konvansiyonel sistemlere göre daha düşük işletme maliyeti.• Elektrik kesintileri gibi güç kayı plar ında makinada herhangi bir hasar olmaz.• Sessiz ve sarsıntısız çalışma.• Sistemde korozyona neden olan kimyasallar kullanılmadığından uzun ömürlü olması.• Adsorbat ve adsorbentlerin çevreye zarar ı yoktur.• Adsorbentler yaşlanmaz, adsorpsiyon kapasitesinde kayı p olmaz.• Düşük sıcaklıkta ısı kaynaklar ı değerlendirilebilir.

Bu bilgiler doğrultusunda adsorpsiyonlu soğutma sisteminin, diğer soğutma sistemlerine göre önemli avantajlara sahipolduklar ı görülmektedir. Ticari uygulamalar ı sıklıkla rastlanan absorpsiyonlu soğutma sistemleriyle kar şılaştır ıldığındaavantajlar ı görülecektir. Tablo 3’de adsorpsiyonlu soğutma sistemi ile absorpsiyonlu soğutma sistemleri arasındakifarklar sıralanmış ve adsorpsiyonlu soğutma sisteminin avantajlar ı göz önüne serilmiştir.

Tablo 3. Adsorpsiyonlu ve Absorpsiyonlu so ğ utma sisteminin kar şıla şt ır ılması [10]

Adsorpsiyonlu Soğutma Sistemi Absorpsiyonlu Soğutma SistemiAbsorbat Su SuAbsorbent Silika Jel LiBr Absorbent maliyeti Absorbentin yenilenmesine gerek yoktur 30 galon için 1200 $Vakum Pompası Var (her 40 saatte bir çalışır) Var Absorbat Pompası Sadece sistem yüksüzken çalışır Devamlı çalışır

Absorbent Pompası Gereksizdir Devamlı çalışır Otomatik Vanalar Kelebek vanalar 3 yollu kontrol vanalar ı COP 0.3-0.8 0.7-1.1Korozyon Yok Var Kristalizasyon Yok Var Isınma Süresi 0-7 dakika 30 dakikaDilüsyon çevrimi süresi(durma)

Uygulanmaz 15 dakika

Ömrü 30 yıldan fazla 7-9 yılAbsorbat-absorbentdeğiştirme sıklığı

Gerek yoktur 4-5 yılda bir değiştirilir

Bak ım Her 3 yılda bir vakum pompası yağ seviyesi Sıvı analizi, pompalar, hava kaçağı,

Adsorbat-Adsorbent Çifti Performans Katsayısı (COP)Aktif karbon-Metanol 0.43Zeolit-Su 0.8

Silika Jel-Su 0.3-0.6




225

ve kelebek vana yatağı bak ımı yapılır LiBr değişimi, ısı değiştiricideğişimi konular ında sürekli bak ımyapılır.

Geri ödeme süresi 3 yıldan azdır Belli değildir.

4. ADSORPSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNİN ENERJİ VER İMİ

Adsorpsiyonlu soğutma sisteminin verimi COP ve özgül soğutma gücü SCP (kW/kg) sırasıyla aşağıdaki eşitlikler ile bulunur.

h

ref

Q

QCOP = (1)

burada, ref Q soğutma ısı gücü (kW) ve hQ ısıtma gücüdür (kW).

m

QSCP

ref = (2)

Eş. (2)’de, m chillerdeki adsorbent kütlesidir (kg).

Eş. (1) ve (2)’de tanımlanan soğutma ısı gücü )( ref Q ve Eş. (1)’de tanımlanan ısıtma gücü )( hQ sırasıyla Eş. (3) ve

Eş. (4) ile ifade edilir.

Soğutma kapasitesi :

( )

n

T T C m

Q

n

i

i şk ıçıchiller

i giri şchiller w pchiller

ref

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

=∑

=1,,,&

(3)

Isıtma gücü :

( )

n

T T C m

Q

n

i

i şk ıçı sucak sı

i giri ş sucak sıw p sucak sı

h

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

=∑

=1,,,&

(4)

Eş. (3) ve (4)’de, chiller m& ve sucak sım& (kg/s) sırasıyla chiller suyu ve sıcak su kütlesel debileri, w pC , suyun özgül ısısı

ve n (sn) çevrim çalışma süresidir.

5. UYGULAMALARDAK İ VE LİTERATÜRDEK İ ARAŞTIRMALARLA İLGİLİ BAZI DENEYSELSONUÇLAR

Eş. (1-4) göz önüne alı

narak, Wang v.d. taraf ı

ndan yapı

lan silika-jel su adsorpsiyonlu soğutma sisteminde sı

cak susıcaklığı 84,8 oC, soğuk su sıcaklığı 30,6 oC ve chiller su çık ış sıcaklığı 11,7 oC iken soğutma sisteminin soğutmakapasitesi ve COP değerini deneyler esnasında sırasıyla 7,15 kW ve 0,38 olarak bulmuşlardır [7]. Wang v.d. yaptıklar ı

başka bir çalışmada iki adsorpsiyon/desorpsiyon veya buharlaşma/yoğuşma odası ve bir ısı borusu çalışma odasınasahip silika jel-su adsorpsiyon chiller soğutma sisteminde yaptıklar ı deneysel çalışmada 55-67 oC gibi düşük kaynaklı sıcaklıklar altında sistemi test etmişlerdir. Şekil 4’te görüldüğü gibi, sıcak su sıcaklığı 67 oC, soğuk su sıcaklığı 30,5oC ve chiller su giriş sıcaklığı 15,1 oC iken soğutma kapasitesinin 5 kW’a çıktığını gözlemlemişlerdir. Yapılançalışmada 55-67 oC arasındaki sıcak su girişlerinde sistemin COP değerinin 0,28 ile 0,38 arasında olduğunu ve sıcak su giriş sıcaklığının artmasıyla COP değerinin arttığını ifade etmişlerdir [9].




226

Ş ekil 4. S ıcak su sıcakl ı ğ ına ba ğ l ı COP ve so ğ utma kapasitesi de ğ i şimi[9]

Ticari uygulamalar kapsamında yapılan çalışmalarda adsorpsiyonlu soğutma sistemi COP değerinin 0,46 ile 0,65arasında değiştiği belirtilmiştir [8].

6. SONUÇLAR

Bu çalışmada, literatürdeki ve endüstriyel üretimleri gerçekleştirilen adsorpsiyonlu soğutma sistemleri incelenmiş vesistemin çalışma prensipleri gösterilmiş ve verimlilik ifadesinin hesaplanması için eşitlikler verilmiştir.Adsorpsiyonlusoğutma sistemleri çok hacimli ve yer kaplamasına, pahalı ve düşük verimli olmasına rağmen çevre ile dosttur. Ayr ıca,adsorpsiyonlu sistemler mekanik güç gerektirmeden atık ısı kaynaklar ı ve diğer termal ısı kaynaklar ının kullanılması ve soğutma etkisinin yaratılması, basit bir yapı olması ve kolay adapte edilebilir olması nedeniyle bu sistemlerin buhar sık ıştırmalı sistemlerle mukayese edildiğinde önemli bir avantaja sahip olduğu görülmektedir. Günümüzde

adsorpsiyonlu soğutma sistemine göre çalışan sistemler üzerinde araştırma ve geliştirme çalışmalar ı büyük bir hızladevam etmekte ve bunun yanı sıra endüstriyel üretimde devam etmektedir. Ayr ıca, sistem ısıl kaynağı için düşük sıcaklıklar gerektirdiği için güneş ve jeotermal enerji kaynaklar ı ile çalıştır ılması sistem çalışma maliyetinidüşürecektir. Bu özellikleriyle adsorpsiyonlu soğutma teknolojileri, düşük verimliliklerine rağmen yaygınlaşması

beklenmektedir.7. KAYNAKLAR

[1] Demir H., Mobedi M., Ülkü S., Adsorbsiyonlu ı sı pompalar ı, VII. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 23-26Kasım, İzmir, 535-545, 2005.[2] Oertel K., Fischer M., Adsorption cooling system for cold storage using methanol/silicagel , Applied ThermalEngineering, 18, 773-786, 1998.[3] Yong L., Sumathy K ., Modelling and simulaion of a solar powered two bed adsorption air conditioning system,Energy Conversion & Management, 45, 2761-2775, 2004.

[4] Liu Y., Leong K.C., The effect of operating conditions on the performance of zeolite/water adsorption cooling systems, Applied Thermal Engineering, 25, 1403-1418,2005.[5] Lu Z. S., Wang R.Z., Wang L.W., Chen C.J., Performance analysis of an adsorption refrigerator using activated carbon in a compound adsorbent , Carbon, 44, 747-752, 2006.[6] Wang D.C., Xia Z.Z., Wu J.Y., Wang R.Z., Zhai H., Dou W.D., Study of a novel silica jel-water adsorptionchiller. Part I. Desing and performance prediction, International Journal of Refrigeration 28, 1073-1083, 2005.[7] Wang D.C., Wu J.Y., Xia Z.Z., Zhai H., Wang R.Z., Dou W.D., Study of a novel silica jel-water adsorptionchiller. Part II. Experimental study, International Journal of Refrigeration 28, 1084-1091, 2005.[8] http://smartenergy.arch.uiuc.edu/pdf/clearinghouse/adsorption%20chiller.pdf [9] Wang D.C., Shi Z.X., Yang Q.R., Tian X.L., Zhang J.C., Wu J.Y., Experimental research on novel adsorptionchiller driven by low grade heat source, Energy Conversion and Management 48, 2375–2381, 2007.[10] www.wasteheat.com/Library_files/WHS%20Adsorption%20vs%20Absorption.pdf




227

ADSORPSİYONLU ISI POMPALARINDA ADSORBENT YATAĞININ TASARIMI

Gamze Gediz İ li ş1 , Moghtada Mobedi 1 , Semra Ülkü2

1 Makina Mühendisli ğ i Bölümü, İ zmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, 35430, Urla, İ zmir, Türkiye2 Kimya Mühendisli ğ i Bölümü, İ zmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, 35430, Urla, İ zmir, Türkiye

[email protected], [email protected], [email protected]

ÖZET

Adsorpsiyonluı

sı

pompalar ı

nı

nı

sı

tma ve soğutma gücünün arttı

r ı

lması

ve dolayı

sı

ile pratikte uygulanabilirliğininsağlanması için adsorbent yatağı tasar ımı kilit bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, adsorbent yatağında ısı ve kütletransferini arttırmak için yapılmış çeşitli tasar ımlar incelenmiştir. Literatürde bulunan adsorbent yatak tasar ımlar ı sınıflandır ılmış ve avantaj-dezavantajlar ı anlatılmıştır. Yapılan araştırma, adsorbent yatağının tasar ımında ısı ve kütletransferinin arttır ılması üzerine çalışmalar ın yoğun bir şekilde devam ettiğini göstermektedir. Bu makale,adsorpsiyonlu ısı pompalar ı konusunda çalışan araştırmacılar için adsorbent yatağının tasar ımı ile ilgili faydalı bilgiler sağlayacaktır.

Anahtar Kelimeler: Adsorpsiyonlu ısı pompası, Adsorpsiyon, Adsorbent yatağı

1. GİR İŞ

Isıtma ve soğutma sistemleri yaşam alanlar ında konfor şartlar ının sağlanması ve endüstriyel uygulamalarda dakullanılması açısından önemlidir. Ancak enerjinin oldukça pahalı olmaya başlaması nedeni ile ısıtma ve soğutmasistemlerinin enerji ihtiyacını kar şılamak aynı paralellikte maliyetli hale gelmektedir. Yüksek COP’lerinden dolayı mekanik ısı pompalar ı ısıtma ve soğutma sistemlerinde tercih edilen ısı pompalar ı olmuşlardır [1, 2]. Son zamanlarda,mekanik ısı pompalar ında kullanılan soğutucu ak ışkanlar ın ozon tabakasına verdikleri zararlar nedeni ile alternatif ısı

pompalar ı arayışı artmıştır. Özellikle atık ısıyı, güneş ve jeotermal enerjilerini veya herhangi bir ısı kaynağını doğrudan kullanarak soğutma işlemini sağlayan termal ısı pompalar ı cazip hale gelmiştir. Termal ısı pompalar ı ile atık ısı geri kazanılarak değerlendirilebilmektedir. Özellikle termal ısı pompalar ı üzerine çalışmalar ın yoğunlaşması, bu tipısı pompalar ının ileride yaygın olarak kullanılabileceğinin göstergesidir. Adsorpsiyonlu ısı pompalar ının geçmişieskiye dayansa da [3], uzun süre incelenmemiş ve son yıllarda enerji krizlerinden sonra tekrar gündeme gelmiştir.Sistemin basit çalışma prensibine sahip olmasına rağmen tasarlanması, üretilmesi ve pratikte yaygın kullanılabilmesi,araştırma ve geliştirmeye ihtiyaç duymaktadır. Adsorpsiyonlu ısı pompalı sistemler, enerji depolama imkânı sağlaması ve daha sonra değerlendirme imkânı yaratmasından dolayı da uygulama avantajı sağlamaktadır.

Son yıllarda adsorpsiyonlu ısı pompalar ı konusundaki çalışmalar ın sayısı giderek artmaktadır. Atık ısı ve termal enerjikaynaklar ını direkt olarak kullanabilmesi, düşük sıcaklık kaynaklar ı ile çalışabilmesi, hareketli parça içermemesi,sessiz ve sarsıntısız çalışabilmesi, çevre dostu ak ışkanlar ile çalışması, uzun bir süre bak ım gerektirmemesi, enerjiyidepolama özelliğine sahip olması gibi avantajlar ı sayesinde adsorpsiyonlu ısı pompalar ı cazip hale gelmiştir. Ancak butip ısı pompalar ının, kesikli bir çalışma prensibine sahip olması, düşük basınçta çalışmasından dolayı kaçak sorunlar ının yaşanması, yüksek vakum teknolojisine gereksinim duyulması, daha hacimli ve ağır olması gibidezavantajlar ından dolayı geliştirilmesi gerekmektedir.

Bu çalışmada, adsorbent yatağının tasar ımı ele alınmış, farklı araştırmacılar taraf ından geliştirilen adsorbent yataklar ı incelenmiştir. Tasarlanan adsorbent yataklar, kullanılan adsorbentin işleyiş tipine göre sınıflandır ılmıştır. Adsorbentyatağında ısı ve kütle transferinin hızlandır ılması için geliştirilen yöntemler ve özel tasar ımlar üzerinde durulmuştur.




228

2. ADSORPSİYONLU ISI POMPALARININ ÇALIŞMA PRENSİBİ

Adsorpsiyonlu ısı pompalar ının ana elemanlar ı, adsorbent yatağı, kondenser, evaporatör ve genleşme vanasıdır (Şekil1). Soğutma sırasında, evaporatördeki çalışma ak ışkanı (adsorptif) buharlaşırken evaporatör çevresinden ısı çeker veadsorbent yatağında bulunan adsorbent taraf ından tutulur. Bu sırada adsorbent yatağı çevresine ısı verir. Adsorbentyatağının ısıtılması ile adsorbent taraf ından tutulmuş olan adsorbat desorbe edilir ve adsorbent yatağını terk ederkenkondenserde çevreye ısı bırakarak yoğuşur. Kondenserde yoğuşan adsorptif daha sonra genleşme vanasındangeçirilerek evaporatöre aktar ılır.

Şekil 1. Adsorpsiyonlu ı sı pompası çal ı şma prensibi

Şekil 1’de gösterilen sembollere göre adsorpsiyonlu ısı pompasının ısıtma ve soğutma verimi aşağıdaki gibitanımlanabilir.

reg

evap sog

Q

Q=η (1)

reg

adskonı sıt

Q

QQ +=η (2)

Yukar ıdaki denklemlerde Qevap, evaporatörden çekilen ısı miktar ı, Qkon , kondenserin çevreye bıraktığı ısı miktar ı, Qreg , izosterik ısıtma ve desorpsiyon işlemleri sırasında adsorbent yatağına transfer edilen ısı miktar ı ve Qads, izosterik soğutma ve adsorpsiyon işlemleri sırasında adsorbent yatağından transfer edilen ısı miktar ıdır. Adsorpsiyonlu ısı

pompalar ının çalışma prensibi ve verim hesaplanması ile ilgili detaylı bilgiler referans [4] de bulunabilir.

3. ADSORBENT YATAĞININ TASARIMININ ÖNEMİ

Adsorpsiyonlu ısı pompalar ında evaporatör ve kondenser tasar ımı, kompresörlü ve absorpsiyonlu sistemlere benzemekte ve aynı yöntemler ile yapılabilmektedir. Ancak adsorpsiyonlu ısı pompasının en önemli elemanı olan




229

adsorbent yatağının tasar ımı, oldukça farklı olup tasar ımı oldukça zordur. Adsorbent yatak tasar ımı detaylı ısı ve kütletransferi bilgisini gerektirir. Burada adsorbent yatakta kütle transferinin anlamı, adsoptifin (su buhar ı, NH3 buhar ı,metanol buhar ı vb.), katı durumda bulunan adsorbent (silika jel, zeolit, aktif karbon vb.) içine transfer edilmesi veya

tersidir. Adsorpsiyonluı

sı

pompalar ı

nda kullanı

lan adsorbentler gözenekli bir yapı

ya sahiptir. Gaz fazı

nda bulunanadsorptif bu gözeneklerin yüzeylerine tutunmaktadır. Adsorbent taneciklerinde bulunan gözenek yüzey alanı adsorpsiyon işleminde önemli rol oynamakta, örneğin sentetik zeolitlerde gözeneklerin yüzey alanı 800-1000 m2/gr‘aulaşabilmektedir. Genel olarak, adsorbentlerin gözenekli yapısından dolayı ısı iletkenlik katsayısı düşüktür ve buna

bağlı olarak adsorbent yatağında ısı transfer hızı yavaştır. Bu da adsorpsiyon ve desorpsiyon işlem sürelerininuzamasına ve adsorpsiyonlu ısı pompasının gücünün azalmasına neden olmaktadır. Adsorbent yatağının tasar ımı, ısı

pompası gücünü direkt etkilemektedir. Adsorbent yatak tasar ımında yaşanan zorluklar aşağıda sıralanmıştır:

- Adsorbentlerin ısı iletkenlik katsayısının düşük olmasından dolayı, adsorbent yatağına ısının transfer edilmesiveya adsorbent yatağından ısı çekilmesi oldukça yavaş olup bu da pompanın gücünün azalmasına nedenolmaktadır.

- Adsorbent yataklarda kütle ve ısı transfer mekanizmalar ı birbirine bağlıdır. Adsorbentlerde sıcaklığın artması ile adsorplama kabiliyeti azalmaktadır. Adsorpsiyon işlemi sırasında, ortaya çıkan adsorpsiyon ısısı nedeni ileadsorbent yatağının sıcaklığı artmaktadır. Isı transfer hızının yavaş olması kütle transfer hızınınyavaşlamasına neden olmaktadır. Adsorpsiyon işlemi sırasında k ısa sürede yüksek oranda adsorptifinadsorplanabilmesi ve desorpsiyon işleminin hızlandır ılması için adsorbent yatağının soğuma ve ısınmahızının yüksek olması gerekmektedir.

- Literatürde bulunan çalışmalarda adsorbent yatak tasar ımlar ında, ısı transfer hızının arttır ılması için çeşitliyöntemler kullanılmıştır. Ancak geliştirilen yöntemler kütle transfer hızının azalmasına neden olmuştur. Isı vekütle transfer hızlar ının aynı anda arttır ılması üzerine çalışmalar devam etmektedir.

Adsorpsiyonlu ısı pompasının yatak tasar ımının öneminden ve yaşanan zorluklar ından dolayı, literatürde teorik vedeneysel birçok çalışma bulunmaktadır. Bu makalede literatürde bulunan çalışmalar incelenmiş ve adsorbent yatağında

bulunan adsorbentin işleyiş tipine göre sınıflandır ılmıştır. Yapılan değerlendirmeler, adsorbent yataklar ını; a)adsorbenti özel işlenmemiş, b) adsorbenti kaplanmış, c) adsorbenti özel işlenmiş olmak üzere üç sınıfta toplamanın

mümkün olduğunu göstermiştir. Aşağıda, üç tip adsorbent yatak tasar ımı örnekler ile anlatılmaktadır.

4. ADSORBENT YATAKLARININ SINIFLANDIRILMASI

4.1 Adsorbenti Özel İşlenmemiş Yatak

Bu tip adsorbent yataklarda adsorbent özel bir işlem görmeden (örneğin kimyasal) kullanılır. Pratikte adsorbentler pelet, granül veya fiber şeklinde üretilmektedir. Adsorplama işlemi sırasında evaporatörde buharlaşan adsorptif,adsorbent yatağında bulunan pelet veya granül tip adsorbentlerin arasındaki boşluğa girer ve daha sonra adsorbenttaneciği taraf ından adsorplanır. Desorplama işlemi sırasında ise adsorbentteki adsorbat, adsorbent taneciğindenayr ılmakta, tanecikler arasındaki boşluklar ı doldurmakta, kondensere doğru yol almakta ve kondenserde çevreye ısı

bırakarak yoğuşmaktadır.

Şekil 2’te adsorbent taneciklerini içeren bir adsorbent yatağı gösterilmiştir. Görüldüğü gibi, adsorbenti işlenmemiş yataklarda iki tip boşluk mevcuttur; a)adsorbent tanecikleri arasındaki açıklıklar, b) adsorbent taneciğinin içinde veadsorbent yapısı ile ilgili bulunan boşluklar. Bu nedenle bu tip adsorbent yataklar ında iki farklı kütle transfer mekanizması oluşmaktadır. Birinci kütle transfer mekanizması partiküller arası kütle transferi (interparticle masstransfer) olarak adlandır ılabilir ve adsorbent tanecikleri arasındaki adsorptifin hareket edip ilerlemesi ile oluşmaktadır.Partiküller arası kütle transfer mekanizmasında adsorbent taneciklerinin boyutu önem taşımaktadır. Genelde kütletransferi tanecikler arasındaki basınç fark ından dolayı meydana gelmektedir. İkinci kütle transfer mekanizması,

partikül içi kütle transferi (intraparticle mass transfer) olarak tanımlanabilir ve adsorbent taneciğindeki adsorptifinveya adsorbatın transfer edilmesi ile oluşur. Adsorbentin içyapısından dolayı adsorptifin adsorbent taneciğinde

bulunan gözenekler içinde ilerleyişi veya adsorbatın ilerleyişi ile partikül içi kütle transferi oluşmaktadır. Partikül içikütle transfer mekanizmasının oluşmasında adsorptifin konsantrasyon fark ı, moleküler difüzyon, Knudsen difüzyonuve yüzey difüzyonu farklı oranlarda etkili olabilir.




230

Adsorbent taneciğinin büyüklüğü kütle transfer mekanizmasında önemli rol oynamaktadır. Partiküller arası kütletransfer (interparticle mass transfer) hızı, büyük adsorbent tanecikler kullanılarak arttır ılabilir. Fakat yüksek yatak

geçirgenliği adsorbent yatağı

nda partikül içi kütle transfer hı

zı

nı

azaltmaktadı

r. Partikül içi kütle transfer (intraparticlemass transfer) hızı tane büyüklüğünü azaltarak arttır ılabilir. Ancak çok küçük adsorbent tanecikler partiküller arası kütle transferini zorlaştırmaktadır.

Şekil 2. Adsorbent yata ğ ı ve adsorbent tanecikler

Isı transfer hızının arttır ılmasının bir diğer yolu ise adsorbent yatağındaki ısı transfer yüzey alanını arttırmaktır.Adsorbent yatağındaki kütle transfer hızı düşürülmeden, ısı transfer hızının arttır ılması ısı pompasının gücünü arttır ır [5]. Bu nedenle, çoğu adsorbenti özel işlenmemiş yataklarda ısı transferini arttırabilmek için yatak içerisine kanatlar yerleştirilir ve adsorbent tanecikler kanatlar arasına konulur. Bu kanatlar ısı transfer yüzey alanını arttırarak ısı geçiş hızını arttır ır. Literatür araştırması, adsorbenti özel işlenmemiş tip adsorbent yataklar ındaki ısı transfer hızınınarttır ılması için kanat kullanımından farklı, başka yöntemlerin de denendiğini göstermektedir. Örneğin, farklı

boyutlarda taneciklerin kullanılması [6], adsorbent yatağının metal örgüler ile desteklenmesi [7] ve çeşitli maddeler

katılm

ış kompozit adsorbentler kullan

ılmas

ı[8] bu yöntemlere örneklerdir.

Literatürde, adsorbenti özel işlenmemiş adsorbent yatak tasar ımlar ında deneysel ve teorik olmak üzere iki tip çalışma bulunmaktadır. Deneysel çal ı şmalar:

Şekil 3’te bazı adsorbenti özel işlenmemiş tip adsorbent yatak tasar ımlar ı gösterilmiştir. Şekil 3(a)’da silindirik gövdeye sahip adsorbent yatağı görülmektedir [9]. Aktif karbon adsorbent olarak kullanılmış olup adsorbent yatağınınısıtılması ve soğutulması için kullanılan borular ın arasına yerleştirilmiştir. Borular üzerine ısı transfer hızını arttırmak için kanatçıklar yerleştirilmiştir. Bazı araştırmacılar, aktif karbon fiberlerini adsorbent olarak kullanmıştır. Aktif karbon fiberlerinde boşluk oranı yüksektir ve silika jele göre çok daha fazla adsorplama kapasitesine sahiptirler. Şekil3(b)’de görüldüğü gibi aktif karbon fiberler bak ır kanatlar ın arasına yerleştirilmiştir [10]. Ayr ıca Şekil 3(c)’deki gibiince tabaka halindeki monolitik karbon diskler ve alüminyum kanatlar bir araya getirilerek, h ızlı bir adsorbentsoğutucu prototipi geliştirilmiştir [11]. Laboratuar ımızda tasarlanmış olan adsorbent yatağı Şekil 3(d)’de gösterilmiştir.Yatakta ısı transfer hızını arttırmak için çapraz kanatlar bulunmaktadır [12].

Teorik çal ı şmalar:

Birçok araştırmacı, adsorbent yataklarda daha hızlı ısı ve kütle transferi gerçekleştirebilmek ve yeni tasar ımlarayönelik teorik çalışmalar yapmıştır. Ben Amar ark.[13], gövde-borulu bir adsorbent yatağını ele almış, nümerik yöntemler kullanarak adsorbent yatağında ısı ve kütle transferini incelemiştir. Adsorbent yatağını ısıtan ve soğutanak ışkan boru içinde akmaktadır. Adsorbent tanecikleri ise boru dışına yerleştirilmiştir (Şekil 4(a)). Gösterilenadsorbent yatak için ısı ve kütle transferini modellemiş ve bu modellemeleri Zeolit NaX – Su ve Aktif karbon AX21-Amonyum için simüle etmiştir. Chahbani ark. [14], Şekil 4(b)’de gösterilen adsorbent yatağını simüle etmiştir.İncelenen adsorbent yatağı silindirik olup adsorbent yatağın ısıtılması ve soğutulması için kullanılan ak ışkan borunundışında akmaktadır.




231

Şekil 3. Adsorbenti i şlenmemi ş adsorbent yataklar-deneysel çal ı şmalar [10-12]

Adsorbent boru içerisine yerleştirilmiş, borunun ortasında bırak ılan bir boşluk ile adsorptifin boru boyunca ilerlemesisağlanmıştır. Chua ark. [15], Şekil 4(c)’de gösterilen adsorbent yatağını sayısal yöntemler kullanarak incelemiştir.Görüldüğü gibi ısıtıcı veya soğutucu ak ışkan boru içinden geçmekte, silika jel ise boru dışında bulunmaktadır. Isı transfer hızının arttır ılması için boru dışına kanatlar yerleştirilmiştir. Leong ark. [16] ise Şekil 4(d)’de gösterilenadsorbent yatağını incelemiştir. Şekil 4(a)’ya benzer bir şekilde, soğutucu ak ışkan boru içerisinden geçmekte veadsorbent tanecikleri boru dışında bulunmaktadır. Adsorptif, adsorbent yatağının ortasından girmekte ve adsorbentyatağın etraf ından içeriye doğru yol almaktadır.




232

Şekil 4. Adsorbenti özel i şlenmemi ş adsorbent yatak-teorik çal ı şmalar [13–16]

4.2 Adsorbenti Kaplanmış Yatak

Adsorbenti kaplanmış tip adsorbent yataklarda, adsorbent bir borunun etraf ına veya metal bir kanat etraf ına kaplanmış şekildedir. Bu tip uygulamalarda kaplanmış adsorbentin kalınlığı ince olup yatakta hızlı ısı ve kütle transferigerçekleşmektedir. Kaplama yöntemi kullanıldığı için boru veya plaka ile adsorbent arasında temas yüzey alanı artmaktadır. Ancak tanecikler arasındaki boşluklar ın yok olması kütle transfer direncini arttır ır. Şekil 5(a)’dagösterildiği gibi yataktaki ısı ve kütle transferini arttırmak amacı ile paslanmaz çelik borular üzerine adsorbentgiydirilmiştir [17]. Şekil 5(b)’deki tasar ımda ise kanatlı borular üzerine adsorbent kaplanmış, kanatlar vasıtası ile ısı transfer yüzey alanı arttır ılmıştır [18]. Son yıllarda metal köpük üretim teknolojisi geliştirilmiş ve gözenekli metal (Cu,Al vs.) üretimi yaygınlaşmıştır. Bazı araştırmacılar ısı transfer hızını arttırmak amacı ile gözenekli metal köpüklerinyüzeyini adsorbent ile kaplayarak adsorbent yatakta kullanmaktadır. Şekil 5(c)’de açık hücreli bak ır köpük, adsorbentyatak için hazırlanmıştır [19]. Zeolit adsorbentin, hidrotermal sentez sayesinde bu metal destek üzerindeki büyümesiise Şekil 5(d)’de gösterilmiştir.

4.3 Adsorbenti Özel İşlenmiş Yatak

Adsorbent bir tak ım özel proseslerden (kimyasal ve termal) geçirilerek ısı transfer hızı arttır ılabilir. Yapılan çalışmalar bu tip adsorbent yataklarda ısı iletkenlikte kayda değer yükselmeler elde edilebileceğini göstermektedir [20, 21]. Isı iletkenliği yüksek bir kompozit adsorbent, yüksek ısı iletkenlik katsayısına sahip malzeme (Grafit, Al vs.) ile termalveya kimyasal proseslerden geçirilerek elde edilmektedir. Ancak, adsorbentin ısı iletkenliğinin yükseltilmesi, kütletransfer hızını etkilememelidir. Şekil 6‘da, adsorbentin ısı iletkenliğinin arttır ılması için CaCl2 ‘ün grafit ile işlenmesinigöstermektedir. Görüldüğü gibi, grafit tozu ilk önce ısıtılmakta ve genleştirilmektedir. Daha sonra su ile kar ıştır ılarak çamur haline getirilmekte ve CaCl2 ile kar ıştır ılmaktadır. Elde edilen malzeme preslenerek istenilen şekle getirildiktensonra vakum altında kurutulmaktadır. Böylece ısı iletkenliği yüksek kompozit bir adsorbent elde edilmektedir. Buçalışma, toz halinde bulunan ve ısı iletkenlik katsayısı 0.4 Wm-1K -1 civar ında olan CaCl2 ‘ün ısı iletkenlik katsayısını,grafit ekleyerek yaklaşık 9.2 Wm-1K -1 ‘e yükseltilebileceğini göstermektedir.




233

Şekil 5. Adsorbenti kaplanmı ş yataklar [17-19]

Şekil 6. Adsorbenti i şlenmi ş kompozit adsorbentin elde edilmesi için bir örnek; a) grafit tozu, b)grafit ı sıtma i şlemi,c)genle şmi ş grafit, d)su ile kar ı şt ırma i şlemi, e)grafit ile CaCl 2 kar ı şması , f)presleme, g)vakum ile kurutma, h)ı sı

iletkenli ğ i yüksek adsorbent [20]

.




234

5. SONUÇ VE DEĞERLENDİRME

Enerjinin yüksek maliyeti nedeni ile atık ısılar ın değerlendirilmesi, jeotermal ve güneş enerjisinden elde edilen ısının

kullanı

lmaya başlanması

ile adsorpsiyonluı

sı

pompalar ı

nı

n önemi giderek artmaktadı

r. Son yı

llarda adsorpsiyonluı

sı

pompalar ı üzerine birçok araştırma ve geliştirme yapılmıştır. Adsorbent yatağı, adsorpsiyonlu ısı pompasının enönemli elemanıdır. Yataktaki ısı ve kütle transfer hızı, pompanın ısıtma ve soğutma gücünü direkt etkilemektedir.Yapılan araştırmalar, adsorbent yatak tasar ımlar ının üç grupta; a)adsorbenti özel işlenmemiş, b)adsorbenti kaplanmış,c)adsorbenti özel işlenmiş olmak üzere sınıflandır ılabileceğini göstermiştir. Adsorbenti özel işlenmemiş yataklarda,adsorbent taneciğinin büyüklüğü kütle transfer mekanizmasını doğrudan etkilemektedir. Bu tip yataklarda, ısı transfer hızını arttırmak için genellikle kanatlar kullanılmaktadır.

Adsorbenti kaplanmış yataklarda, kaplama kalınlığı ve adsorbent ile metal yüzey arasında temas direncinin az olması nedeni ile ısı ve kütle transfer hızlar ı yüksektir. Ancak bu tip yataklarda metal ağırlığı oldukça fazladır. Adsorbentiözel işlenmiş yataklarda ise, ısı transfer hızının arttır ılması, kütle transfer hızının azalmasına neden olabilir. Sonuçolarak, adsorbent yataklar ı üzerine çalışmalar, çeşitli üniversite ve araştırma kuruluşlar ınca devam ettirilmekte veyürütülen çalışmalar, yüksek adsorplama kabiliyetine, yüksek ısı ve kütle transfer hızlar ına sahip adsorbentyataklar ının geliştirilmesini amaçlamaktadır.

6. KAYNAKLAR

[1] Ülkü S. Adsorption heat pumps. Heat Recovery Syst. (1986) 277–84.[2] Ülkü S. Solar adsorption heat pumps, solar energy utilization: fundamentals and applications. Yüncü H, Paykoç E,

Yener Y, editors. The Netherlands: Martinus Nijkoff Publishers, 1987.[3] Ülkü S. and Mobedi M, Adsorption in energy storage, Energy Storage Systems, Kilkis and Kakac (eds.), 487-507,

Kluwer Academic Publisher, Netherlands, 1989.[4] Demir H, Mobedi M, Ülkü S, Adsorpsiyonlu ısı pompalar ı, VII Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, 535-545,

İzmir, 2005.[5] Chahbani MH, Labidi J, Paris J. Modeling of adsorption heat pumps with heat regeneration. Appl Therm Eng

(2004) 431–447.

[6] Gurgel JM, Andrade Filho LS, Grenier Ph, et al. Thermal diffusivity and adsorption kinetics of silicagel/water.Adsorption (2001) 121-32.

[7] Lang R, Roth M, Sticker M, et al. Development of a modular zeolit, water heat pump. Heat MassTransfer/Waerme und Stoffuebertragung (1999) 229-34.

[8] Dellero T, Sarmeo D, Touzain Ph. Chemical heat pump using carbon fibers as additive. Part I:enhancement of thermal conduction. Appl Therm Eng, (1991) 991-1000.

[9] Gui YB, Wang RZ, Wang W, Wu JY, Xu YX. Performance modeling and testing on a heat-regenerativeadsorptivereversible heat pump. Appl Therm Eng (2002) 309–20.

[10] Saha BB, Koyama S, El-Sharkawy II, Kuwahara K, Kariya K, Ng KC. Experiments for measuring adsorptioncharacteristics of an activated carbon fiber/ethanol pair using a plate–fin heat exchanger. HVAC&R Res (2006)767–82.

[11] Critoph RE, Telto TZ, Davies LNG. A prototype of a fast cycle adsorption refrigerator utilizing a novel carbon– aluminum laminate. In: Proceedings of the institution of mechanical engineers, (2000) 439-448.

[12] Demir H, Mobedi M, Ülkü S. An experimental study on silica gel-water intermittent adsorption heat pump.International Sorption Heat Pump Conference, Korea, 2008.[13] Ben Amar N, Sun L.M, Meunier F. Numerical analysis of adsorptive temperature wave regenerative heat pump.

Applied Thermal Engineering (1996) 405–418.[14] Chacbani M.H, Labidi J, Paris J. Effect of mass transfer kinetics on the performance of adsorptive heat pump

systems. Applied Thermal Engineering (2002) 23–40.[15] Chua H.T, Ng b K.C, Wang W, Yap C, Wang X.L. Transient modeling of a two-bed silica gel–water adsorption

chiller. Int J. Heat Mass Trans. (2004) 659–669.[16] Leong K.C, Liu Y, Numerical modeling of combined heat and mass transfer in the adsorbent bed of a

zeolite/water cooling system. Applied Thermal Engineering (2004) 2359–2374.[17] Restruccia G, Freni A, Maggio G. A zeolite-coated bed for air conditioning adsorption systems: parametric study

of heat and mass transfer by dynamic simulation. Appl Therm Eng (2002) 619–30.




235

[18] Restuccia G, Vasta S, Freni A, Russo F, Aristov IY. An advanced solid sorption chiller using SWS-1L:performance analysis and hydrothermal cycling stability of the sorbent bed. In: Proceedings of theinternational sorption heat pump conference, Denver, USA, 2005.

[19] Bonaccorsi L, Freni A, Proverbio E, Restuccia G, Russo F. Zeolite coated copper foams for heat pumpingapplications. Microporous Mesoporous Mater (2006) 7–14.[20] Wang K, Wu J.Y, Wang R.Z, Wang L.W. Effective thermal conductivity of expanded graphite–CaCl2 composite

adsorbent for chemical adsorption chillers. Energy Conversion and Management. 47 (2006) 1902–1912.[21] Wang S.G, Wang R.Z, Li X.R, Research and development of consolidated adsorbent for adsorption system.

Renewable Energy, (2004) 1-17.




236

LiBr-H2O AKIŞKAN ÇİFTİ İLE ÇALIŞAN ABSORBSİYONLU - BUHAR SIKIŞTIRMALIKASKAD SOĞUTMA SİSTEMLER İNİN ANALİZİ

Canan C İ M Şİ T 1 , İ lhan Tekin ÖZTÜRK 2

1 Kocaeli Üniversitesi, Gölcük MYO. Gölcük- Kocaeli ([email protected])2 Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisli ğ i Bölümü

Veziro ğ lu Kampüsü 41300 – Kocaeli ( [email protected] )

ÖZET

Bu çalışmada düşük sıcaklıklarda etkin soğutma yapmak için absorbsiyonlu soğutma sistemleri ile buhar sık ıştırmalı soğutma sistemlerinin kaskad kullanılması ile elde edilen soğutma çevrimine generatör sıcaklığı ile kondenser

sı

caklı

ğı

nı

n etkisi teorik olarak analiz edilmiştir. Absorbsiyonlu-buhar sı

k ı

ştı

rmalı

kaskad soğutma sistemleri içingenellikle absorbsiyonlu k ısımda ak ışkan çifti olarak NH3/H2O kullanıldığı bilinmektedir. Analiz edilen buabsorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kaskad soğutma sisteminin absorbsiyonlu k ısmında NH3/H2O ak ışkan çifti ile farklı olarak LiBr/H2O ak ışkan çifti kullanılmıştır. Bu analizde buhar sık ıştırmalı k ısmında ise R-134a, R-410A ve NH3

ak ışkanlar ının kullanılması durumlar ı göz önünde bulundurularak toplam altı kaskad çevrimi incelenmiştir. Kaskadçevrimin yoğuşturucu (kondenser) sıcaklığının yükseltilmesiyle çevrimin genel soğutma tesir katsayısının azaldığı vegeneratör (kaynatıcı) sıcaklığının yükseltilmesi ile arttığı görülmüştür. Yapılan örnek çalışma için yoğuşturmasıcaklığı 40 oC’de LiBr/H2O ak ışkan çiftli kaskad çevrimde çevrimin genel soğutma tesir katsayısı, NH3/H2O ak ışkançifti kullanan çevrime göre yaklaşık % 33 daha fazla olarak elde edilmiştir. Aynı örnek çalışmada kaskad çevriminabsorbsiyonlu k ısmında LiBr-H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda generatör sıcaklığının 85oC’de ve 105oC’de olması durumunda NH3/H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumuna göre soğutma tesir katsayılar ı (STK çevg.) %34 ve % 30 daha yüksek elde edilebilmektedir. Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kaskad soğutma sistemlerinin genelsoğutma tesir katsayısının değişiminde buhar sık ıştırmalı k ısmında kullanılan ak ışkandansa absorbsiyonlu k ısmındakullanılan ak ışkan çiftinin belirleyici olduğu ve genel olarak absorbsiyonlu k ısmın buharlaşma sıcaklığının uygunseçilmesi durumunda absorbsiyonlu k ısımda LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılmasının avantajlı olduğugörülmektedir.

Anahtar kelimeler: Soğutma, absorbsiyon, kaskad, LiBr/H2O, soğutma tesir katsayısı.

1.GİR İŞ VE AMAÇ

Yenilenebilir enerji kaynaklı (güneş enerjisi, jeotermal enerji) destekli ve atık ısılar ın kullanımı ile çalıştır ılabilenabsorbsiyonlu soğutma sistemlerinin, soğutmada kullanımı hem çevre koruması hem de enerji tasarrufu sağlamaktadır.Sistemin yapısı diğer soğutma sistemlerine göre daha karmaşık ve soğutma tesir katsayısı daha küçüktür [1]. Soğutmaelde etmek için buhar sık ıştırmalı sistemlerdeki mekanik enerji yerine absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde ısı enerjisikullanılmaktadır.

Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kombine soğutma sistemi ile ilgili literatürde birçok çalışmalar mevcuttur. Kairouanive Nehdi [2], jeotermal enerjisiyle çalışan absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kombine soğutma sisteminin absorbsiyonluk ısmında NH3-H2O ak ışkan çifti, buhar sık ıştırmalı k ısmında ise üç farklı ak ışkan (R717, R22, R-134a ) kullanarak sistemin soğutma tesir katsayısının aynı çalışma koşullar ında R717, R22 ve R-134a soğutucu ak ışkan kullanan buhar sık ıştırmalı sisteminden %37-54 daha yüksek olduğunu belirtmiştir. Syed Md. ve arkadaşlar ı taraf ından yapılan bir çalışmada [3] aynı çalışma şartlar ında amonyağı kullanan klasik buhar sık ıştırmalı sistemle NH3-NaSCN çözeltisinikullanan absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kombine) soğutma sisteminin ekonomikliği ve performans bak ımındankar şılaştır ılması yapılmıştır. Prasanta ve arkadaşlar ı taraf ından [4], soğutucu ak ışkan ve absorbent çifti olarak R22 veDMETEG kullanarak ısıtma ve soğutmanın eş zamanlı yapıldığı uygulamalar için absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı sisteminin termodinamik analizi yapılmıştır. Ahlby vd. [5], NH3-H2O kullanan absorbsiyonlu- buhar sık ıştırmalı sistemi ile R12 soğutucu ak ışkan kullanan buhar sık ıştırmalı soğutma sistemi arasında bir kar şılaştırma yapmıştır.Ayala vd. [6], NH3-LiNO3 ak ışkan çifti kullanan absorbsiyonlu- buhar sık ıştırmalı sisteminin performansının buhar




237

sık ıştırmalı veya absorbsiyonlu soğutma çevrimlerinden daha yüksek olduğunu belirtmiştir. Hulten ve Berntsson [7]taraf ından absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kombine) soğutma sistemleri üzerine çalışmalar yapılmıştır. Ayr ıcaKaynaklı vd. taraf ından kullanım alanı yaygın olan LiBr-H2O ve NH3-H2O eriyiklerinin termodinamik özellikleri

verilerek çevrimlerin analizi yapı

lmı

ştı

r [8].

Bir önceki çalışmada LiBr-H2O ve NH3-H2O kullanan bu kaskad sistemlerinin performansı buhar sık ıştırmalı k ısmındeğişik buharlaştır ıcı sıcaklıklar ına ve kaskad ısı değiştirgecindeki değişik sıcaklık farklar ına göre analiziyapılmıştır[9]. Bu analiz sonuçlar ından absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sistemlerinde buhar sık ıştırmalı k ısmın buharlaşma sıcaklığının (T1) artması durumunda kompresör işi ve generatöre verilen ısı enerjisininazaldığı görülmüştür. Ayr ıca kaskad sisteminin absorbsiyonlu k ısmın buharlaşma sıcaklığının (T14) farklı değerler alması ve kaskad ısı değiştirgecindeki (artan) sıcaklık farklar ında generatöre verilen ısı enerjisinin arttığı sonucu daelde edilmiştir.

Ş ekil 1.Tek basamakl ı absorbsiyonlu-buhar sık ışt ırmal ı kaskad so ğ utma sistemi (Absorbsiyon k ısmında LiBr-H 2Ove buhar sık ışt ırmal ı k ısımda R-134a kullanılmaktad ır).

Bu çalışmada absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sisteminin absorbsiyonlu k ısmında NH3-H2O ak ışkançifti ile farklı olarak LiBr-H2O ak ışkan çifti kullanıldığı, buhar sık ıştırmalı k ısmında ise R-134a, R-410A ve NH3

kullanıldığı kabul edilerek oluşturulan kaskad çevrimlerinin incelenmesi yapılmıştır. Bu çalışma kapsamında kaskadsistemin absorbsiyonlu k ısmında yer alan generatör ve yoğuşturucu (kondenser) sıcaklıklar ındaki değişimin çevrimeetkileri incelenmiştir.

KONDENSER 2 GENERATÖR

ABSORBER EVAPORATÖR 2KONDENSER 1

Isı E an örü

5

6

78

9

1410

11

12

13

KOMP

EVAPORATÖR 11

4

23




238

2. ÇEVR İMİN ANALİZİ

Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sistemi için absorbsiyonlu k ısmında ak ışkan çifti olarak LiBr- H2Ove NH3-H2O kullanıldığı, buhar sık ıştırmalı k ısmında ise R-134a, R-410A ve NH3 kullanıldığı kabul edilmiş oluptoplam altı kaskad çevrim analiz edilmiştir. Bu k ısımda analizlerin nasıl yapıldığı örnek olarak verilen Şekil 1 üzerindeaçıklanmaktadır.

Tek basamaklı absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sisteminin absorbsiyon k ısmında LiBr-H2O ve buhar sık ıştırmalı k ısımda R-134a kullanılması durumu Şekil 1’de gösterilmiştir. Absorberden çıkan LiBr bak ımındanfakir olan eriyik bir pompa aracılığı ile ısı değiştiricisinden geçerek generatöre (ayr ıştır ıcıya) gelir. Burada dışar ıdanverilen ısı enerjisiyle soğutucu ak ışkan tamamen buharlaşarak eriyikten ayr ılır ve kondensere girer. Generatördeeriyikten soğutucu buhar ının ayr ılmasıyla LiBr bak ımından zenginleşen eriyik ısı değiştiricisinden geçerken fakir eriyiğe ısı vererek absorbere geri döner. Kondenserden doymuş sıvı olarak çıkan soğutucu ak ışkan (su) k ısılma vanası aracılığıyla buharlaştır ıcı basıncına kadar genişletilir. Evaporatörde soğutucu ak ışkan, sık ıştırmalı soğutma sistemininkondenserinden aldığı ısıyla buharlaşarak absorbere girer. Buhar sık ıştırmalı soğutma sisteminde ise soğutucu ak ışkankompresörde yüksek basınca kadar sık ıştır ılarak yoğuşturucuya gönderilir. Yoğuşturucuda absorbsiyonlu soğutma

sisteminin soğutucu ak ışkanına ısı vererek yoğuşan soğutucu ak ışkan, k ısılma vanasında k ısılarak evaporatöre girer.Evaporatörde soğutucu ak ışkan soğutulan ortamının ısısını çekerek ortamı soğutur.

2.1. Çevrimin Termodinamik Analizi

Çevrimin termodinamik analizine temel oluşturacak aşağıda belirtilen birtak ım kabuller yapılmıştır, bunlar:

1. Analiz sürekli rejim şartlar ında yapılmıştır.2. Generatör çık ışındaki ak ışkan k ızgın buhar olup sıcaklığı, generatör sıcaklığındadır.

3. Kondenserden çıkan soğutucu ak ışkan, doymuş sıvı fazındadır.4. Evaporatörden çıkan soğutucu ak ışkan, doymuş buhar fazındadır.5. Absorberden çıkan eriyik, absorber basıncı ve sıcaklığında denge halindedir.6. Generatörden çıkan eriyik, generatör sıcaklığı ve basıncında denge halindedir.7. Sistemde bütün basınç kayı plar ı ihmal edilmiştir.8. Absorbsiyonlu sistemde pompanın tükettiği iş ihmal edilmiştir.

.

Ayr ıca buhar sık ıştırmalı soğutma sistemindeki kompresörün izantropik ve elektrik verimi sırasıyla ηis=0.80 veηe=0.90 alınmıştır.

Sistemi oluşturan her bir elemanın enerji ve kütle dengesi yazılarak ısıl kapasitelerinin hesabı aşağıdaki denklemler

taraf ından yapılabilir:

Absorbsiyonlu soğutma sistemi:

Kondenser 2

1211 mm && = (1)

)( 1211112. hhmQkon −= && (2)

Absorber 14105 mmm &&& += (3)




239

5514141010. ... hmhmhmQab &&&& −+= (4)

Generatör 8117 mmm &&& += (5)

77881111. ... hmhmhmQ gen &&&& −+= (6)

Evaporatör 2 1413 mm && = (7)

).( 1314132. hhmQevap −= && (8)

Buhar sık ıştırmalı soğutma sistemi:

Kompresör

21 mm && = (9)

).( 121. hhmW komp

−= &

& (10)

Kondenser 1

32 mm && = (11)

)( 3231. hhmQkon −= && (12)

Evaporatör 1 41 mm && = (13)

).( 4111. hhmQevap −= && (14)

Dolaşım oranı;

78

7

11

8

x x

x

m

m f

−==

&

&(15)

Kaskad sisteminin buhar sık ıştırmalı soğutma k ısmının performans katsayısı (STK buh.)

C evapbuh W QSTK && /1.. = (16)

Kaskad sisteminin absorbsiyonlu soğutma k ısmının performans katsayısı (STK abs.)

.2.. / genevapabs QQSTK &&= (17)

Kaskad sisteminin genel performans katsayısı (STK çevg.)

...1.. )/( komp genevapçevg W QQSTK &&& += (18)

2.2. Termodinamik Özellikler

Lityum Bromür-Su (LiBr-H 2O) Eriyi ğ i

Lityum bromür-su eriyiğinin entalpisi, sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak aşağıda verilmiştir [10].

])328.1()328.1([326.2 2++++= T C T B A H (19)

)16616( C T o≤≤

7040( ≤≤ X %)

Denklem 19 ‘da kullanılan katsayılar ın değerleri:




240

432 0001400261.003031583.0358016.25387.7907.1015 X X X X A −+−+−= 432 970000004800.00001047721.000844845.03037766.068108.4 X X X X B +−+−=

432 8970000000005.020000001315.030000107896.0000383184.00049107.0 X X X X C −+−+−=

Amonyak-su eriyiğinin entalpisi, sıcaklık ve konsantrasyona bağlı olarak aşağıda verilmiştir [11].

nimi

i

X T

a X T h i )116.273

(100),(16

1

−= ∑=

(20)

Burada amonyağın mol oranı olup eşitlik (21) ile bulunabilir.

)1(03.17015.18

015.18

X X

X X

−+

= (21)

Tablo 1.E şitlik 20 ‘de kullanılan katsayılar.

Çevrimlerde kullanılan soğutucu ak ışkanlar ın özellikleri ilgili tablolardan okunmuştur [12].

2.3. Örnek Bir Soğuk Hava Deposu Hesabı

Bu bölümde daha düşük sıcaklıklara etkin soğutma yapmak için absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kaskad soğutmasisteminin absorbsiyon k ısmında LiBr-H2O ve buhar sık ıştırmalı k ısımda R-134a kullanılması durumu teorik olarak analiz edilerek bir örnek uygulama yapılmıştır. T buh= T1=-10oC ve Tyoğ=T12=40oC sıcaklıklar ı için absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sisteminin çeşitli noktalar ındaki termodinamik özellikler hesaplanarak Tablo 2‘de

verilmiştir. Sistemin soğutma yükü 50 kW olarak belirtilmiştir. Tüm analizlerde eriyik ı

sı

değiştirgeci etkenliği ε=0,60olarak alınmıştır.

Tablo 2. Ş ekil 1’de açıklanan çevrimin çeşitli noktalar ındaki termodinamik özellikleri.Ak ış No

T(oC) P(kPa) h (kj/kg) X(% LiBr) . zenm& (kg/s)(LiBr-H2O)

. fak m& (kg/s)(LiBr-H2O)

. so ğ m& (kg/s)(H2O)

. so ğ m& (kg/s)(R-134a)

1 -10 200.52 392.750 - - - - 0.29732 25 537.06 417.719 - - - - 0.29733 18 537.06 224.590 - - - - 0.29734 -10 200.52 224.590 - - - - 0.29735 40 1.23 93.702 55 - 0.2161 - -

i mi ni ai i mi ni ai

1 0 1 -7.61080 9 2 1 2.841792 0 4 25.6905 10 3 3 7.41609

3 0 8 -247.092 11 5 3 891.8444 0 9 325.952 12 5 4 -1613.09

5 0 12 -158.854 13 5 5 622.1066 0 14 61.9084 14 6 2 -207.588

7 1 0 11.4314 15 6 4 -6.873938 1 1 1.18157 16 8 0 -3.50716




241

6 40 7.38 93.702 55 - 0.2161 - -7 64 7.38 143.575 55 - 0.2161 - -8 90 7.38 220.781 62 0.1917 - - -

9 60 7.38 164.559 62 0.1917 - - -10 60 1.23 164.559 62 0.1917 - - -11 90 7.38 2670 - - - 0.0244 -12 40 7.38 167.50 - - - 0.0244 -13 10 1.23 167.50 - - - 0.0244 -14 10 1.23 2518.9 - - - 0.0244 -

Örnek olarak ele alınan absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kaskad soğutma sisteminde absorbsiyonlu k ısmında ak ışkançifti olarak LiBr-H2O ve NH3-H2O,buhar sık ıştırmalı k ısmında ise R-134a, R-410A ve NH3 kullanıldığı kabulüyle aynı çalışma koşullar ındaki (T buh=T1=-10oC , Tyoğ=T12=40oC ve soğutma yükü 50 kW) R-134a, R-410A ve NH3 kullananklasik buhar sık ıştırmalı soğutma sistemleriyle bir kar şılaştırması yapılarak sistem elemanlar ının ısıl kapasite vesoğutma tesir katsayısı değerleri Tablo 3 ’te gösterilmiştir. Ayr ıca parametrik çalışma sonuçlar ı diğer bölümlerdesunulmuştur.

Tablo 3. Düşünülen çevrimlerin sistem elemanlar ının ısıl kapasite ve so ğ utma tesir katsayısı de ğ erlerininkar şılaşt ır ılması .

Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sistemleri

Klasik buhar sık ıştırmalı soğutma sistemleri

LiBr-H2OR-134a

LiBr-H2ONH3

LiBr-H2OR-410A

NH3-H2OR-134a

NH3-H2ONH3

NH3-H2OR-410A

R-134a NH3 R-410A

Qgen. (kW) 76.45 76.45 76.76 117.86 117.64 118.52 - - -Qevap2. (kW) 57.41 57.30 57.72 57.41 57.30 57.72 - - -Qab. (kW) 72.76 72.76 73.06 109.24 109.03 109.85 - - -

Qkon.2 (kW) 61.06 61.06 61.31 66 65.87 66.37 - - -Wkomp. (kW) 8.25 8.08 8.58 8.25 8.08 8.58 17.24 15.73 18.23Qevap.1. (kW) 50 50 50 50 50 50 50 50 50Qkon.1 (kW) 57.41 57.30 57.72 57.41 57.30 57.72 65.52 64.16 66.41STK abs. 0.750 0.750 0.750 0.487 0.487 0.487 - - -STK buh. 6.061 6.188 5.827 6.061 6.188 5.827 2.90 3.18 2.74STK çevg. 0.590 0.592 0.586 0.396 0.398 0.393 - - -

2.4.Absorbsiyonlu-Buhar Sık ıştırmalı (Kaskad) Soğutma Sisteminin Farklı Yoğuşturucu(Kondenser) Sıcaklıklarına Göre Analizi

Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sistemlerinde absorbsiyonlu k ısmın farklı yoğuşturucu (T12)

sıcaklıklar ına göre teorik olarak analizi yapılmıştır. Bu analizlerde T buh=T1=-10o

C, ε=0.6, T14=10o

C, Tgen=90o

C,T3=18oC ve soğutma yükü Qevap.=50 kW alınmıştır.




242

30 35 40 45 50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190 NH3/H

2O

LiBr/H2O

Qgen.

(kW)

T12

(oC)

B

C

Ş ekil 2. Q gen ‘in T 12 (absorbsiyonlu k ısmın kondenser sıcakl ı ğ ı ) sıcakl ı ğ ı ile de ğ i şimi .Şekil 2’den görüleceği gibi kaskad sistemlerinde yoğuşturucu sıcaklığı arttıkça generatöre (ayr ıştır ıcı) verilen ısı enerjisi de artmaktadır. Artan kondenser sıcaklıklar ında absorbsiyon k ısmında ak ışkan çifti olarak amonyak-sukullanılması durumunda generatöre beslenmesi gereken ısı miktar ında hızlı bir artış gözlenmektedir. Buda çevriminsoğutma tesir katsayısını olumsuz etkilemektedir.

30 35 40 45 50

5

10

15

20

25

30 NH3/H

2O

LiBr/H2O

f

T12

(oC)

BC

Ş ekil 3. f Dolaşım Oranının T 12 (absorbsiyonlu k ısmın kondenser sıcakl ı ğ ı ) sıcakl ı ğ ı ile de ğ i şimi.

Şekil 3 ‘de yoğuşturucu sıcaklığı ile dolaşım oranının (f) değişimi görülmektedir. Yoğuşturucu sıcaklığının değişimisistemin üst basıncını da etkilemektedir. Yoğuşturucu sıcaklığının artmasıyla sistemin üst basıncı da artmaktadır. Buartış NH3/H2O çevriminde fakir eriyik konsantrasyonunu artır ırken LiBr/H2O çevriminde ise zengin eriyik konsantrasyonunu azaltmaktadır. Yoğuşturucu sıcaklığının artmasıyla çevrimlerin dolaşım oranı da artmaktadır.Yoğuşma sıcaklığı 45oC geçince LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda dolaşım oranı NH3/H2O ak ışkan




243

çiftine göre daha hızlı bir artış göstermektedir. 35oC yoğuşma sıcaklığında dolaşım oranında her iki ak ışkan çifti içinçok az fark varken, 40oC yoğuşma sıcaklığında NH3/H2O ak ışkan çiftinin dolaşım oranının LiBr/H2O ak ışkan çiftinegöre yaklaşık % 13 daha az bir dolaşım oranı gerekmektedir.

30 35 40 45 50

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0,80

LiBr/H2O

NH3/H

2O

STK abs.

T12

(oC)

B

C

Ş ekil 4. STK abs. ‘in T 12 (absorbsiyonlu k ısmın kondenser sıcakl ı ğ ı ) sıcakl ı ğ ı ile de ğ i şimi.

30 35 40 45 50

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

NH3/H

2O-R410A

NH3/H

2O-NH

3

NH3/H

2O-R134a

LiBr/H2O-R410A

LiBr/H2O-NH

3

LiBr/H2O-R134a

STK çevg.

T12

(oC)

B

C

D

E

F

G

Ş ekil 5. STK çevg. ‘in T 12 (absorbsiyonlu k ısmın kondenser) sıcakl ı ğ ı ile de ğ i şimi.

Şekil 4 ve Şekil 5 ‘te görüldüğü gibi yoğuşturucu (kondenser) sıcaklığı arttıkça çevrimin soğutma tesir katsayılar ı olanSTK abs. ve STK çevg. ‘de beklendiği gibi azalmaktadır. En yüksek soğutma tesir katsayılar ının LiBr/H2O-NH3 ak ışkanlı kaskad çevrimde elde edildiği ve buhar sık ıştırmalı k ısımdansa kaskad çevrimin absorbsiyonlu k ısmında kullanılanak ışkan çiftinin belirleyici olduğu görülmektedir. Absorbsiyonlu k ısımdaki ak ışkan cinslerine göre fark LiBr/H2Oak ışkan çifti lehine sürekli korunmakla beraber yoğuşma sıcaklığının 45 oC’den sonrası için verim azalmalar ı hızlanmaktadır. Yapılan örnek çalışma için yoğuşturma sıcaklığı 40 oC’de LiBr/H2O ak ışkan çiftli kaskad çevrimdeçevrimin genel soğutma tesir katsayısı, NH3/H2O ak ışkan çifti kullanan çevrime göre yaklaşık % 33 daha fazla olarak elde edilmiştir.




244

2.5. Absorbsiyonlu-Buhar Sık ıştırmalı Kaskad Soğutma Sisteminin Farklı Generatör(Ayrıştırıcı) Sıcaklıklarına Göre Analizi

Absorbsiyonlu-buhar sı

k ı

ştı

rmalı

(kaskad) soğutma sisteminin absorbsiyon k ı

smı

ndaki generatör (ayr ı

ştı

r ı

cı

)sıcaklığının farklı değerler alması durumunda sistemin teorik analizi yapılmıştır. Yine aynı çalışma koşullar ı düşünülmüştür (T buh=T1=-10oC, Tyoğ=T12=40oC, T14=10oC, T3=18oC ve soğutma yükü 50 kW).

8 5 9 0 9 5 1 0 0 1 0 5

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

1 2 0

N H3/H

2O

L i B r / H2O

Qgen .

( k W )

G e n e r a t ö r S ıc a k l ığ ı (oC )

B

C

Ş ekil 6. Q gen.’in Generatör (ayr ışt ır ıcı ) sıcakl ı ğ ı ile De ğ i şimi.

Şekil 6’da NH3/H2O ve LiBr/H2O çevriminde generatör sıcaklığı ile generatör kapasitesinin değişimi gösterilmiştir.Buna göre generatör sıcaklığı arttıkça generatör için gerekli olan ısıl kapasite değeri de genel olarak azalmakta olup,

LiBr/H2O çevriminde daha düşük değerlerin sürekli elde edilebildiği görülmektedir. Bu azalmanı

n NH3/H2Oçevriminde ilk sıcaklıklarda daha belirginleşmiş olduğu gözlenmektedir.

85 90 95 100 105

4

5

6

7

8

9

10

11

12 NH3/H

2O

LiBr/H2O

f

Generatör Sıcaklığı(oC)

B

C

Ş ekil 7. f Dolaşım Oranının Generatör (ayr ışt ır ıcı ) sıcakl ı ğ ı ile De ğ i şimi.




245

Generatör sıcaklığının artmasıyla birlikte hem NH3/H2O hem de LiBr/H2O çevriminin dolaşım oranı (f) azalmaktadır.Yüksek generatör sıcaklıklar ında ak ışkan çiftleri için dolaşım oranı değerleri birbirlerine yaklaşmaktadır (Şekil 7).

85 90 95 100 105

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

STK

Generatör Sıcaklığı (oC)

NH3/H

2O-STK

çevg.

LiBr/H2O-STK

çevg.

NH3/H2O-STK abs.

LiBr/H2O-STK

abs.

B

C

D

E

Ş ekil 8. STK ‘nın Generatör sıcakl ı ğ ı ile De ğ i şimi .

Şekil 8’den görüldüğü gibi sistemin generatör sıcaklığı arttıkça çevrimin performans katsayılar ı olan STK abs. ve

STK çevg. ‘de artmaktadır. Absorbsiyonlu k ısımda LiBr-H2O kullanımının NH3-H2O kullanımına nazaran STK’yı yükselttiği ve bu durumun artan generatör sıcaklıklar ında da korunduğu görülmektedir. Kaskad çevrimde generatör sıcaklığının 85oC’den 105 oC sıcaklığına yükseltilmesi sonucu çevrimin soğutma tesir katsayısı LiBr- H2O ak ışkançifti için % 2.7, NH3-H2O ak ışkan çifti için ise % 7.9 civar ında artmaktadır. Aynı sıcaklıklar için, kaskad çevriminabsorbsiyonlu çevriminde NH3/H2O ak ışkan çiftinin yerine LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda % 34ve % 30 daha yüksek soğutma tesir katsayılar ı (STK çevg.) elde edilebilmektedir.


Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı kaskad soğutma sistemlerinin performanslar ının farklı generatör ve yoğuşturucu

sı

caklı

klar ı

na göre değişimi incelenmiş olup sonuçlar aşağı

da belirtilmiştir. 1. Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sistemlerinin kullanımı ile alternatif enerji kaynaklar ının

ve atık ısılar ın değerlendirilmesi sonucu klasik buhar sık ıştırmalı çevrimlere nazaran daha az elektrik enerjisisarf edilerek düşük sıcaklıklara soğutma yapma imkânı bulunmaktadır.

2. Yoğuşturucu (kondenser) sıcaklığı arttıkça çevrimin genel soğutma tesir katsayılar ının (STK çevg.) azaldığı veen yüksek soğutma tesir katsayılar ının LiBr/H2O-NH3 ak ışkanlı kaskad çevrimden elde edildiği ve buhar sık ıştırmalı k ısımdansa kaskad çevrimin absorbsiyonlu k ısmında kullanılan ak ışkan çiftinin belirleyici olduğugörülmektedir. Kaskad çevrimin absorbsiyonlu k ısmında LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumundaartan kondenser sıcaklıklar ında generatöre beslenen ısı miktar ı artışı, NH3/H2O ak ışkan çift kullanımına göreoldukça düşük kalmaktadır.




246

3. Kaskad çevrimlerinin absorbsiyonlu k ısmında LiBr/H2O ak ışkan çiftinin NH3/H2O ak ışkan çiftine nazarandaha yüksek bir dolaşım oranı gerektirdiği görülmektedir. Absorbsiyonlu çevrimlerdeki dolaşım oranlar ınınkondenser sıcaklığının artması ile arttığı ve 45 oC’den sonra hızlandığı ve LiBr için fark ın daha da arttığı

gözlenmekle beraber generatör sı

caklı

ğı

nı

n yükselmesi ile dolaşı

m oranı

nı

n azaldı

ğı

ve iki ak ı

şkan çifti içinfark ın artan sıcaklıklarla kapandığı gözlenmektedir.

4. Absorbsiyonlu-buhar sık ıştırmalı (kaskad) soğutma sistemlerinde artan generatör sıcaklığında absorbsiyonluk ısım ile kaskad çevrimin genel STK’sının iyileştiği ve bu iyileşmenin NH3/H2O ak ışkan çiftli kaskadçevrimde daha belirgin olduğu fakat LiBr/H2O ak ışkan çifti kullanan kaskad çevrimde 105 oC generatör sıcaklığında bile NH3/H2O ak ışkan çiftli kaskad çevrimine göre yaklaşık % 33 daha yüksek (STK çevg.) değerielde edilmiştir.

5. Kaskad çevrimin absorbsiyonlu k ısmında LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılmasının NH3/H2O ak ışkan çiftikullanımından daha avantajlı olacağı görülmektedir. Ayr ıca NH3/H2O ak ışkan çifti kullanımı durumundageneratörden sonra çevrime ilave edilecek ayr ıştır ıcının enerji gereksinimi göz önünde tutulursa LiBr/H2Oak ışkan çiftinin avantajının daha da artacağı görülmektedir.

6. Kaskad çevrimlerin absorbsiyonlu k ısmında LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda tasar ımaşamasında LiBr’ün kristalleşme durumunun da göz önünde tutulması gerekir.

4.SONUÇ VE ÖNER İLER

Absorbsiyonlu-buhar sık ştırmalı kaskad çevrimin kullanılması ile alternatif enerji kaynaklar ının (güneş ve jeotermal enerji) ve atık ısılar ın kullanılması ile buhar sık ıştırmalı çevrimlerin yaklaşık yar ısı kadar bir elektrik enerjisi sarfiyatı yaparak daha düşük sıcaklıklara soğutma yapmak mümkün olabilmektedir. Kaskad çevriminabsorbsiyonlu k ısmında LiBr/H2O ak ışkan çiftinin kullanılması durumunda NH3/H2O ak ışkan çifti kullanımına

göre sürekli daha yüksek (STK çevg.) değerleri elde edilmektedir. Kaskad çevriminin yoğuşturucu sıcaklığınınyükseltilmesi ile çevrimin soğutma katsayısının azaldığı ve generatör sıcaklığının yükseltilmesi ile çevriminsoğutma tesir katsayısının yükseldiği görülmektedir. Absorbsiyonlu-buhar sık ştırmalı kaskad çevriminin optimumşartlar ının belirlenmesinde kullanılabilecek maksimum generatör sıcaklığı ve çevre şartlar ı göz önünde

bulundurularak termodinamiğin ikinci kanununun dahil olduğu termoekonomik analiz yolu izlenmelidir.

5. SEMBOLLER

Semboller Alt indisler

X: Konsantrasyon fak: Fakir

ε :Eriyik ı

sı

değiştirgeci etkenliği zen: Zenginf: Dolaşım oranı soğ: Soğutucu ak ışkanh: Entalpi, kJ/kg komp: Kompresör

m& : Kütlesel debi, kg/s gen: Generatör P: Basınç, kPa kon: Kondenser

Q& : Isıl güç, kW evap: Evaporatör

T: Sıcaklık, oC ab: Absorber

W & : Kompresör işi, kW çevg: Çevrim genelSTK: Soğutma tesir katsayısı abs: Absorbsiyonlu soğutma sistemi




247

6. KAYNAKLAR

1. Akdemir, Ö., Güngör,A., Absorbsiyonlu Soğutma Sistemleri ; Verimlerini Artı

rmak İçin GeliştirilenÇevrimler.,V.Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi ve Sergisi.,2001.2. Kairouani, L., Nehdi, E.,Cooling performance and energy saving of compression-absorption refrigeration

system assisted by geothermal energy, Applied Thermal Engineering 26, 288-294,2006.3. Tarique, S., Altamush Siddiqui, M.,Performans And Economic Study Of The Combined

Absorption/Compression Heat Pump, Energy Conversion & Management 40, 575-591,1999.4. Satapathy, P., Ram Gopal, M. , Arora, R.C., Studies on Compression-Absorption Heat Pump For

Simultaneous Cooling And Heating, International Journal of Energy Research, 28:567-580,2004.5. Ahlby,L.,Hodgett and Berntsson, T.,Optimization Study Of The Compression-Absorption Cycle,

International Journal of Refrigeration , Vol.14,1991.6. Ayala, R., Heard C.L. and Holland F.A.,Ammonia/Lithium Nitrate Absorption/Compression Refrigeration

Cycle. Part I., Applied Thermal Engineering,Vol.3,No.3,pp.223-233,1997.7. Hulten, M., Berntsson, T.,The Compression/Absorption Cycle- Influence Of Some Major Parameters On

COP And A Comparison With The Compression Cycle, International Journal of Energy Research, 22, 91-106,1999.

8. Kaynaklı, Ö., Yamankaradeniz, R., H2O-LiBr ve NH3-H2O Eriyiği Kullanan Tek Kademeli Soğurmalı Soğutma Sistemlerinin Kar şılaştır ılması, DEÜ Mühendislik Fakültesi Fen ve Mühendislik Dergisi, Cilt:5,Sayı:2, Sh:73-87, Mayıs 2003.

9. Cimşit, C., Öztürk, İ., Absorbsiyonlu- Buhar Sık ıştırmalı (Kaskad) Soğutma Sistemlerinin Analizi, 8.Uluslararası Yapıda Tesisat Teknolojisi Sempozyumu, İstanbul, 2008.

10. Kaita, Y,Thermodynamic Properties of Lithium Bromide-Water Solutions at High Temperatures,International Journal of Refrigeration.,24,374-390,2001.

11. Sun, Du-Wen, Comparison Of The Performance of NH3-H2O, NH3-LiNO3 and Absorption RefrigerationSystems, Vol.5/6, 357-368,1997.

12. Ashrae Temel El Kitabı (Fundamentals) Soğutucu Ak ışkanlar ın Özellikleri, Bölüm 17.




248

DESİSİF BİR İKLİMLENDİRME SİSTEMİNİN PSİKROMETR İK ANALİZİ

Ertaç HÜRDOĞ AN, Orhan BÜYÜKALACA, Tuncay YILMAZ, Osman KARA

Çukurova Üniversitesi Müh.-Mim. Fakültesi Makine Mühendisli ğ i Bölümü, ADANA


ÖZET

Bu çalışmada, son yıllarda kullanımı yaygınlaşmaya başlayan ve konvansiyonel iklimlendirmesistemlerine göre bazı avantajlara sahip olan nem almalı (desisif) iklimlendirme sistemlerinin

özellikle hastane uygulamalar ı için ülkemiz koşullar ında uygulanabilirliğinin araştır ılması amacıyla bir sistem tasarlanmış ve Çukurova Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık FakültesiMakine Mühendisliği Bölümü Laboratuar ında kurulmuştur. Tasarlanan sistemde bulunan bütünnoktalar ın psikrometrik özelliklerinin analitik olarak hesaplanabildiği bir model oluşturulmuş veelde edilen sonuçlar kurulan sistemde yapılan deneylerdeki sonuçlar ile kar şılaştır ılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Nem Alma, İklimlendirme, Psikrometrik Diyagram

1. GİR İŞ

Son yıllarda iklimlendirme teknolojisinde hızlı gelişmeler yaşanmaktadır. Bunun birçok sebebi bulunmaktadır. Busebeplerin başında artan enerji talebi ve fosil kökenli enerji kaynaklar ının gittikçe azalması sonucunda enerjininçok önemli hale gelmesidir. Diğer bir unsur ise iklimlendirme sistemlerinde kullanılan CFC esaslı soğutucuak ışkanlar ın ozon tabakasına verdiği zararlar ın anlaşılması üzerine, bu ak ışkanlar yerine ozon tabakasına zarar vermeyen veya daha az zarar veren yeni ak ışkanlar ın kullanılması veya ozon tabakasına zarar veren gazlar ihtivaetmeyen yeni iklimlendirme teknolojilerinin hayata geçirilmesidir. Bu teknolojilerin bazılar ı yeni olmayı p, eskiden

beri bilinmekte, ancak günümüzde yaygın olarak kullanılmamaktadır. İnsanoğlunun konfor ihtiyacının artması veiklimlendirmenin lüks olmaktan çık ı p, gerek konfor gerekse üretim açısından bir gereklilik olduğunun anlaşılması üzerine “iç hava kalitesi”nde istenen şartlar ın ağırlaşması da iklimlendirme teknolojilerindeki değişikliği zorlayan

parametrelerden birisidir. Bu arayış içerisinde düşünülen sistemlerden birisi de nem almalı (desisif) iklimlendirmesistemleridir. Bu sistemlerde, iklimlendirilecek mahale gönderilen hava, nem al ıcı (kurutucu) madde (katı veyasıvı) üzerinden geçirilerek nemi düşürülmekte ve daha sonra istenilen konfor sıcaklığına kadar buharlaştırmalı soğutma veya konvansiyonel buhar sık ıştırmalı soğutma çevrimi taraf ından soğutulmaktadır. Nem alıcı üzerindekinem ise rejenerasyon havası olarak bilinen ikincil bir sıcak hava ak ımı taraf ından uzaklaştır ılmaktadır [1].

Bu çalışmada, son yıllarda kullanımı yaygınlaşmaya başlayan ve konvansiyonel iklimlendirme sistemlerine göre bazı avantajlara sahip olan nem almalı (desisif) iklimlendirme sistemlerinin özellikle hastane uygulamalar ı içinülkemiz koşullar ında uygulanabilirliğinin araştır ılması amacıyla bir sistem tasarlanmış ve Çukurova ÜniversitesiMühendislik-Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuar ında kurulmuştur.

Tasarlanan sistemde bulunan bütün noktalar ın psikrometrik özelliklerinin hesaplandığı bir program hazırlanmış veelde edilen sonuçlar kurulan sistemde yapılan deneylerdeki sonuçlar ile kar şılaştır ılmıştır.




249

2. SİSTEMİN TANITIMI

Sistem, Adana için tasar ım değerleri olan 38o

C kuru ve 26o

C yaş termometre sıcaklığına göre, ÇukurovaÜniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuar ı içerisinde yer alan11.5x5.1x3.8 m boyutlar ındaki bir mahalin yaz şartlar ında olası maksimum soğutma yükünü (temiz hava yükühariç 11 kW) kar şılayabilecek şekilde tasarlanmıştır.

Şekil 1’de tasarlanı p, kurulan nem almalı iklimlendirme sisteminin genel görünüşü verilmiştir. Sistemde, hastaneiklimlendirmesi düşünülerek %100 temiz hava kullanılmakta ve üç adet hava kanalı (temiz, atık ve rejenerasyon)

bulunmaktadır. Temiz hava kanalı, tamamı dışardan alınan taze havayı iklimlendirerek mahale iletmek içinkullanılır. Atık hava kanalı yardımıyla, mahal içerisinden emilen hava dışar ı atılmaktadır. Rejenerasyon havakanalı ise nem alma ünitesinde emilen nemi uzaklaştırmak için kullanılır. Bu kanallara, kullanılan havayı sisteminamacına uygun olarak şartlandırmak ve kontrol etmek amacıyla çeşitli elemanlar (nem alma ünitesi, ısı değiştiricisi, fan, soğutma grubu, ısıtıcı ünitesi, vs.) yerleştirilmiştir.

Temiz hava kanalına 1 noktasında alınan havanın nemi, nem alma ünitesinde (döner tip) düşürülmekte (1Æ2) vekuru ancak daha yüksek sıcaklıkta bir hava elde edilmektedir (2). Aynı anda bir miktar sıcak hava (rejenerasyonhavası) ters yönden nem alıcıya gönderilerek (15) taze havadan çekilen nem, nem alma ünitesindenuzaklaştır ılmaktadır (15Æ16). Nem alma ünitesinden sonra, temiz hava 1 numaralı ısı değiştiricisinden geçirilerek (2Æ3), daha düşük bir sıcaklığa sahip olan dış ortam havası ile (11) bir ön soğutma işlemine tabi tutulmakta vesıcaklığı düşürülmektedir. Bir sonraki aşamada ise temiz hava, yine bir ısı değiştiricisinden (2 numaralı) geçirilerek (3Æ4) sıcaklığı bir miktar daha düşürülmektedir. Bu ısı değiştiricisinde temiz havayı soğutmak için, mahaldençekilip, nemlendirilerek soğutulan (8Æ9) havadan yararlanılmaktadır (9Æ10). Mahalden çekilen hava içerisindehastalıklara sebep olabilecek bakteriler bulunabileceğinden, mahale verilecek temiz hava ile mahal havasınınkar ışmasını engellemek amacıyla 1 ve 2 numaralı ısı değiştiricisinin reküperatif tip olması gerekmektedir. 1 ve 2numaralı ısı değiştiricilerinde temiz havadan sadece duyulur ısı çekilmekte, havanın mutlak neminde bir değişiklik olmamaktadır.

2 numaralı ısı değiştiricisinden çıkan havanın sıcaklığı, son olarak buhar sık ıştırmalı bir soğutma grubu taraf ındansoğutulan su yardımıyla kuru soğutucu serpantinde (3 numaralı ısı değiştiricisi) üfleme sıcaklığına kadar düşürülmektedir. Burada temiz havanın içerisindeki su buhar ının yoğuşmaması için, serpantine gönderilen soğuk su sıcaklığının, soğutulan havanın çiğ noktası sıcaklığından en az 1oC daha yüksek olması sağlanmaktadır. Bununiçin sisteme gerekli otomatik kontrol elemanlar ı ve sensörler yerleştirilmiştir. Serpantinde dolaşan soğutulmuş suyun sıcaklığının ayarlanması için, su hattında bir üç yollu kar ıştır ıcı vana kullanılmıştır.

Tasarlanan bu sistemde mahale gönderilen temiz havadan nem alma işlemi sadece döner nem alıcıdagerçekleşmekte, diğer hiç bir ünitede (3 numaralı serpantin dahil) nem alma işlemi gerçekleşmemektedir.

İklimlendirilen mahalden (7) atık hava kanalına emilen hava, soğu geri kazanımı amacıyla kullanılan 2 numaralı ısı değiştiricisine gelmeden önce, bir nemlendirme ünitesinde nemlendirilmekte ve sıcaklığı düşürülmektedir. Buişlemin amacı soğu geri kazanımını artırmaktır. Doyma eğrisine yak ın bir noktaya kadar nemlendirilerek soğutulanatık hava (9), mahale gönderilen temiz havadan (3) 2 numaralı ısı değiştiricisinde ısı çekerek bu havayı soğutmakta(4), bu esnada kendi sıcaklığı da artmaktadır (10). Atık hava daha sonra dışar ı atılmaktadır.

Döner nem alıcıda temiz havadan çekilen nemin (1Æ2) uzaklaştır ılması için sıcak rejenerasyon havası kullanılmaktadır. Rejenerasyon kanalına 11 noktasında emilen dış hava, mahale nemi alınarak gönderilen temizhavadan (2) 1 numaralı ısı değiştiricisinde ısı çekerek bu havayı soğutmakta (3), bu esnada kendi sıcaklığı daartmaktadır (12). Rejenerasyon havası daha sonra 5 numaralı ısı değiştiricisinde (rejeneratif tip) yine bir ön ısıtmaişlemine tabi tutulmaktadır (12Æ13). Bu ısı değiştiricisinde hava, nem alma ünitesinden çıkan ve hala yeterince




251

Tasarlanan sistemin analizini saatlik olarak da yapabilmek için bir model olu şturulmuş ve Fortran programlama dilikullanılarak sistemde bulunan tüm noktalar ın psikrometrik özelliklerinin analitik olarak hesaplanabildiği bir programyazılmıştır. Programa girdi olarak iklimlendirilecek mahale gönderilecek taze, atık ve rejenerasyon hattı hava debileri,

anlı

k dı

ş hava kuru termometre sı

caklı

ğı

ve mutlak nemi, iklimlendirilecek mahalin konfor şartlar ı

(sı

caklı

k ve rölatif nem), iklimlendirilecek mahalin duyulur ısı oranı ve toplam soğutma yükü, ısı değiştiricilerinin etkinlikleri,nemlendirici etkinliği, fanlar ın etkinlikleri, fan motorlar ının güçleri gibi parametreler verilmektedir.

Bu girdiler kullanılarak, sistemde yer alan her bir nokta için (toplam 18 nokta) kuru ve yaş termometre sıcaklığı,entalpi, mutlak nem, rölatif nem, çiğ noktası sıcaklığı ve yoğunluk gibi psikrometrik özellikler ayr ı ayr ı hesaplanmaktadır. Bu psikrometrik değerlerin hesaplanmasında ASHRAE taraf ından önerilen eşitlikler kullanılmıştır [3].

Nem almalı iklimlendirme sisteminin en önemli elemanı, döner nem alma rejeneratörüdür. Nem almarejeneratörleriyle ilgili bazı yayın ve tanıtım broşüründe nem alma ve uzaklaştırma işlemlerinin yaklaşık olarak sabitentalpide (yaklaşık sabit yaş termometre sıcaklığında) [4-6] gerçekleştiği belirtilmektedir. Ancak, üretici firmalardantemin edilen verilerin incelenmesinden; döner nem alma rejeneratöründe nem alma işleminin, sabit yaş termometreeğrisi boyunca gerçekleşmediği görülmüştür. Bunun sebebi ise, proses havasından nemin soğurulması esnasında açığaçıkan kimyasal ısıl enerji ve daha sıcak olan rejenerasyon havasından, döner nem alma rejeneratörünün matrisiaracılığıyla taşınan enerjidir [7]. Bu ilave enerjiden dolayı proses havasının sıcaklığında fazladan bir artış meydanagelmektedir. Benzer bir durum nem alma rejeneratöründeki nemin uzaklaştırma işlemi sırasında da söz konusudur. Buişlem de sabit yaş termometre eğrisi boyunca gerçekleşmeyip, ilave bir miktar soğuma meydana gelmektedir.

Nem alma esnasında meydana gelen ek sıcaklık artışının, toplam sıcaklık artışına oranı (Fna) ve nem uzaklaştırmaişlemi esnasında meydana gelen ek sıcaklık düşüşünün, toplam sıcaklık azalmasına oranının (Fnu), doğru bir şekilde

bilinmesi önemlidir. Bu değerlerin tespiti için üretici firmalar ın verdiği performans verileri ayr ıntılı olarak incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda, Fna ve Fnu değerlerinin, nemi alınmak istenen havanın (proses) mutlak nemine(W) ve nemi uzaklaştıran havanın (rejenerasyon) kuru termometre sıcaklığına (Trej.) bağlı olduğu görülmüş veaşağıdaki eşitlik elde edilmiştir.

Fna=Fnu=5.82*W-0.507*Trej.0.652 (1)

Tasarlanan iklimlendirme sisteminin 3, 4, 10, 12, 13 ve 17 numaralı noktalardaki sıcaklıklar, ısı değiştiricilerininetkinliği (ε) için verilen aşağıdaki eşitlikler [8] kullanılarak hesaplanmaktadır.

.

max

.

Q

Q=ε (2)

.

minmax

.

)(* cg hg T T C Q −= (3)

phhh cmC *.= (4)

pccc cmC *.

= (5)

Bu eşitliklerde (2-5).

Q transfer edilen gerçek ısıyı (kW), max

.

Q da transfer edilebilecek en yüksek ısıyı (kW), Thg ve

Tcg sıcak ve soğuk ak ışkanlar ın giriş sıcaklıklar ını (oC), Cmin sıcak ve soğuk ak ışkan ısı kapasitelerinin (Ch , Cc) en

küçük olanını (kW/K), hm.

ve cm.

sıcak ve soğuk ak ışkanlar ın kütle debilerini (kg/s), c ph ve c pc ise sıcak ve soğuk ak ışkanlar ın özgül ısısını (kJ/kgK) ifade etmektedir.




252

Tasarlanan iklimlendirme sisteminde üfleme noktasındaki (6 noktası) sıcaklık, önerilen psikrometrik eşitliklere ek olarak aşağıda verilen eşitlikler [9] kullanılarak hesaplanmaktadır.

toplam

duyulur

Q

Q DIO .

.

= (6)

gizliduyulur toplam QQQ...

+= (7)

( )üo gl hava gizli W W hmQ −= **..

(8)

( )üo phavaduyulur T T cmQ −= **

..

(9)

⎟ ⎠ ⎞

⎜⎝ ⎛ −=

−−

11

* DIOh

c

T T

W W

gl

p

üo

üo (10)

Eşitlik (6-10)’da, DIO mahal duyulur ısı oranı, toplamQ.

mahal toplam soğutma yükü (kW), duyulur Q.

mahal duyulur

soğutma yükü (kW), gizliQ.

mahal gizli soğutma yükü (kW), havam.

temiz havanın (proses havası) kütle debisi (kg/s),

hgl buharlaşma gizli ısısı (J/kg), Wo mahal havasının mutlak nemi (kg/kg, kuru hava), Wü üfleme noktasındaki havanınmutlak nemi (kg/kg, kuru hava), c p proses havasının özgül ısısı (kJ/kgK), To mahal havasının kuru termometre

sıcaklığı (o

C), Tü üfleme noktasındaki havanın kuru termometre sıcaklığı (o

C)’nı ifade etmektedir.

Sistemde kullanılan fanlarda, fan motorlar ı da hava kanalı içerisinde bulunduğundan, meydana gelen kuru termometresıcaklığı artışı (Tçık ış-Tgiriş) aşağıda verilen eşitlikler [10] kullanılarak hesaplanmıştır:

fan fan

kazanç W Q *100

1.

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

η (11)

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛ =−

hava p

kazanç giri şçıık ı

mc

QT T

.

.

*(12)

Eşitlik (11-12)’de, kazançQ.

fandan havaya geçen ısı (kW), Wfan fan motorunun gücü (kW), ηfan fan verimi (%), Tgiriş ve

Tçık ış fana giren ve çıkan havanın kuru termometre sıcaklığı (oC), c p fan girişindeki havanın özgül ısısı (kJ/kgK), havam.

havanın kütle debisi (kg/s)’ni ifade etmektedir.

Tasarlanan sistemde soğu geri kazanımı için kullanılan nemlendirme ünitesi çık ışındaki sıcaklık (9), nemlendiricilerinetkinliği (εnem) için verilen aşağıdaki eşitliği kullanılarak hesaplanmaktadır [8].




253

wg g

ç g nem

T T

T T

−

−=ε (13)

Bu eşitlikte Tg ve Tç nemlendirme ünitesine giren ve çıkan havanın kuru termometre sıcaklığını (oC), Twg isenemlendiriciye giren havanın yaş termometre sıcaklığını (oC) ifade etmektedir.


Bu çalışmada, tasarlanı p kurulan sistemde bulunan bütün noktalar ın psikrometrik özelliklerinin analitik olarak hesaplanabildiği bir model oluşturulmuş ve elde edilen sonuçlar kurulan sistemde yapılan deneylerdeki sonuçlar ilekar şılaştır ılmıştır.

Sistemde bulunan noktalar ın psikrometrik özellikleri, ASHRAE taraf ından önerilen eşitlikler ile yukar ıda verileneşitliklere (1-13) ek olarak Tablo 1’de verilen varsayımlar kullanılarak hesaplanmıştır. Hesaplamalar sırasında yapılan

bir diğer varsayım da, mutlak nemin, sadece nem alma (1Æ2), nem uzaklaştırma (15Æ16), odaya üfleme (6Æ7) ve

nemlendirme (9Æ

10) proseslerinde değiştiği diğer hiç bir proseste değişmediğidir.

Tablo 1. Hesaplamalarda kullanılan varsayımlar Parametre DeğerMahal soğutma yükü (kW) 10Mahal konfor şartı (sıcaklık (oC) - rölatif nem (%)) 26 - 50Taze, atık ve rejenerasyon hattı hava debileri (m3\h) 4000Reküperatör etkinliği (%) 65Rejeneratör etkinliği (%) 85

Nemlendirici etkinliği (%) 90Fan verimi (%) 60Fan motor güçleri (kW) (atık-taze-rejenerasyon) 1-3-4

Hazırlanan program taraf ından hesaplanan değerler ile yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar ın sağlıklı bir şekildekar şılaştır ılabilmesi için sistemdeki tüm noktalar ın psikrometrik diyagram üzerindeki yerine bakmak gerekmektedir.Kar şılaştırma 80 oC rejenerasyon sıcaklığında iki farklı giriş havası (1 noktası) şartında elde edilen deneysel ve analitik sonuçlar arasında yapılmıştır. Sistem üzerindeki her nokta için elde edilen deneysel ve analitik sonuçlar psikrometrik diyagram üzerinde incelenmiştir. Şekil 2’de 30.3 oC kuru ve 22.9 oC yaş termometre sıcaklığındaki giriş havasında eldeedilen sonuçlar ın psikrometrik diyagram üzerindeki çizimi görülmektedir. Şekil 3’de ise 33.2 oC kuru ve 24.5 oC yaş termometre sıcaklığındaki giriş havasında elde edilen sonuçlar ın psikrometrik diyagram üzerindeki çizimigörülmektedir. Bu psikrometrik diyagramlardan, Tablo 1’de verilen varsayımlarla hesaplanan değerlerin deneylerdenelde edilen sonuçlar ile iyi bir uyum gösterdiği anlaşılmaktadır.




254

W(kg/kg)0.01

0.02

0.03

h(kJ/kg) 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100 rh(%)80 60 40 20

0

0 t(C)

10

10

20

20

30

30 40 50 60 70 80 900.75 v(m^3/kg) 0.8 0.85 0.9 0.95 1

1

23456

78

9 10

11 12 13 15

1617

1'

2'3'4'5'6'

7' 8'

9' 10'

11' 12' 13' 15'

16'17'

Ş ekil 2. 80 oC rejenerasyon sıcakl ı ğ ında 30.3 oC kuru ve 22.9 oC ya ş termometre sıcakl ı ğ ındaki giri ş havasında elde

edilen analitik ve deneysel sonuçlar ın psikrometrik diyagram üzerindeki gösterimi

DeneyselAnalitik




255

W(kg/kg)0.01

0.02

0.03

h(kJ/kg) 100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100 rh (%)80 60 40 20

0

0 t(C)

10

10

20

20

30

30 40 50 60 70 80 900. 75 v(m^3/ kg) 0.8 0. 85 0. 9 0. 95 1

1

23456

78

9 10

11 12 13 15

1617

1'

2'3'4'5' 6'

7' 8'

9' 10'

11' 12' 13' 15'

16'17'

Ş ekil 3. 80 oC rejenerasyon sıcakl ı ğ ında 33.2 oC kuru ve 24.5 oC ya ş termometre sıcakl ı ğ ındaki giri ş havasında elde

edilen analitik ve deneysel sonuçlar ın psikrometrik diyagram üzerindeki gösterimi5. SONUÇ

Bu çalışmada, son yıllarda kullanımı yaygınlaşmaya başlayan ve konvansiyonel iklimlendirme sistemlerine göre bazı avantajlara sahip olan nem almalı (desisif) iklimlendirme sistemlerinin özellikle hastane uygulamalar ı içinülkemiz koşullar ında uygulanabilirliğinin araştır ılması amacıyla bir sistem tasarlanmış ve Çukurova ÜniversitesiMühendislik-Mimarlık Fakültesi Makine Mühendisliği Bölümü Laboratuar ında kurulmuştur. Tasarlanan sistemde

bulunan bütün noktalar ın psikrometrik özelliklerinin hesaplandığı bir program hazırlanmış ve elde edilen sonuçlar kurulan sistemde yapılan deneylerdeki sonuçlar ile psikrometrik diyagram üzerinde kar şılaştır ılmıştır. Hazırlanan

program taraf ından hesaplanan değerler ile yapılan deneylerden elde edilen sonuçlar ın birbiri ile iyi bir uyumsağladığı görülmüştür.

6. KAYNAKLAR

[1] Daou K., Wang R.Z. ve Xia Z.Z., Desiccant cooling air conditioning: a review, Renewable and Sustainable EnergyReviews, 10/2, 55-77, 2006.

[2] Bulut H., Büyükalaca, O. and Yılmaz, T., New outdoor cooling design data for Turkey, Energy, Vol. 27, pp. 923-946, 2002.

[3] ASHRAE Fundamentals Handbook, Psychrometrics, 2001.[4] Jia, C. X., Dai, Y. J., Wu, J. Y. and Wang, R.Z., “Analysis on a hydric desiccant air-conditioning system”, Applied

Thermal Engineering, Vol. 26, pp. 2393-2400, 2006.[5] Yılmaz, A., Büyükalaca, O. ve Yılmaz, T., “Nem almalı (desisif) soğutma sistemleri”, Tesisat Dergisi, Sayı 34, s.

145-150, 1998.[6] Yılmaz, T., ve Büyükalaca, O., "Desisif-evoporatif soğutma sistemleri", IV. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi,

DeneyselAnalitik




256

İzmir, 4-7 Kasım 1999, Cilt 1, s. 165-181, 1999.[7] ASHRAE Systems and Equipment Handbook, Desiccant dehumidification and Pressure Drying Equipment, 2000.[8] Kreider J. F., ve Rabl A., Heating and Cooling of Buildings, McGraw Hill, 1994.

[9] Aktacir, M. A., Influence of outdoor air conditions on operating capacity of air conditioning systems, DoktoraTezi, Ç.Ü., Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği A.B.D, 2005.[10] ASHRAE Fundamentals Handbook, Nonresidential cooling and heating load calculation procedures, 2001.




257

OTURUM IXGIDA UYGULAMALARI

Meyve ve Sebzelerin Soğukta Depolonmasında Temel İlkeler

Fikret PAZIR – O. ÖZD İ K İ C İ LER

Iceberg Marulun Vakum Altında Soğutulması H. Mutlu ÖZTÜRK – H. Kemal ÖZTÜRK

Muzlarda Raf Ömrünün Uzatılması İçin Zeolitle BirliktePaketlemenin Ürünün Kalite ÖzelliklerineEtkisinin Etkisinin İncelenmesiVildan KÜÇÜK – Safiye Nur D İ R İ M




258

MEYVE VE SEBZELER İN SOĞUKTA DEPOLANMASINDA TEMEL İLKELER

PAZIR F.* , ÖZDİK İCİERLER O.**Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Gıda Mühendisliği Bölümü

Bornova / İZMİR

ÖZET

Meyve ve sebzelerin soğuk ortamda uzun süre en az kalite kaybı ile depolanmalar ı için depo koşullar ı iyi bir şekilde belirlenmelidir. Soğuk depolamanın dondurarak depolamadan ayr ıldığı en önemli nokta soğuk havada depolananürünlerin hayatsal (metabolizma) faaliyetlerinin minimum düzeyde devam ediyor olmasıdır. Ürünün depolamasüresince kalitesini etkileyen bu “metabolizma” faaliyetlerinden en önemlileri; solunum ve terlemedir. Bu faaliyetlerietkileyen depo sıcaklığı, depo içindeki oksijen/karbondioksit oranı, depolanacak ürünün çeşidi, depo atmosferindeolgunlaştırma gazlar ının varlığı ve depo bağıl nem oranı, soğuk hava depolar ında optimum parametreleri belirlenmesigereken temel koşullardır. Ürünlerin depolama ömürlerine bu temel koşullar ın yanı sıra, depolanacak ürünün çeşidi,

türü, yetiştirilme koşullar ı, hasat zamanı, hasat öncesi ve sonrası uygulanan işlemler, hasat şekli, ambalaj tipi vedepodaki istif şekli gibi faktörler de etki etmektedir. Bu çalışma ile soğuk hava deposunda ürünlerin uzun süre kalitedeen az değişime uğrayarak depolanmalar ı için dikkat edilmesi gereken hususlar açıklanmıştır.

Abstract

Storage conditions must be well determined to keep the fruits and vegetables in cold storage with minimal quality loss.The most significant point separating cold storage from freezing is that the vital activities of the products continueduring cold storage. The most significant ones from these metabolism activities affecting product quality during

storage are respiration and transpiration. Storage temperature, oxygen/carbon dioxide ratio, specie of the product, presence of the ripening gaseous in depot and relative moisture are the basic conditions that optimum parameters of those must be determined. Besides those basic conditions, variety and specie of the product, growing conditions,harvest time, preharvest and afterharvest treatments, harvest method, package type, and allocation in storage alsoaffects the shelf life of the product. In this study, essential matters for the products to keep them under cold storage

with a minimal quality loss are explained.

1. GİR İŞ

Hasat edilmiş meyve ve sebzeler uygun koşullarda depolanınca, taze haldeki niteliklerini bir süre, önemli ölçüdekorurlar. Meyve ve sebzeler hasat edilince, yani kendisini besleyen ana bitkiden ayr ılınca, yine de canlı kalırlar. Öyleki, birçok sebzelerde hızlı bir hücre bölünmesi dahi devam eder. Her ne kadar topraktan çeşitli besin maddelerininalınışı sona ermişse de dokuda yeni maddelerin oluşması mevcut maddelerin başka bileşiklere dönüşmesi gibikimyasal ve biyokimyasal olaylar düzenli şekilde devam eder. Meyve ve sebzelerin bu davranışı onlar ın canlılığı demektir. Sebze ve meyvelerdeki bütün yaşamsal faaliyetlere “metabolizma” denir. Metabolizma, ortam koşullar ına

bağlı olarak hızlı veya yavaş olarak devam eder. Belirli bir süre depolama sonucunda meyve ve sebzenin yapısı bozulur, ölüm kendini gösterir. Artık kimyasal ve biyokimyasal olaylar kontrol dışında kalarak, meyve ve sebzelerinmikroorganizmalara gösterdiği direnç de azaldığından, ayr ıca mikrobiyolojik bozulma da başlayabilir.

Meyve ve sebzelerin soğukta depolanma süresine depo koşullar ının (sıcaklık, bağıl nem, vs) yanı sıra depolanacak ürünün çeşidi, türü, yetiştirilme koşullar ı, hasat zamanı, hasat öncesi ve sonrası uygulanan işlemler, hasat şekli,ambalaj tipi ve depodaki istif şekli gibi faktörler etki etmektedir.Soğukta depolamada ilke; meyve ve sebzelerin metabolizma faaliyetlerini kesinlikle durdurmamak koşuluyla en düşük düzeyde gerçekleşmesine olanak vermek üzere, gerekli şartlar ın sağlanmasıdır. Metabolizma olaylar ı içinde enönemlileri ise solunum ve terlemedir.

2. SOLUNUM

Taze meyve ve sebzeler, hasattan sonra da canlılıklar ının devamı için kendi enerji gereksinimlerini kar şılamak veçeşitli kimyasal reaksiyonlara materyal sağlamak üzere solunum yaparak, sahip olduklar ı karbonhidratlar ı, ortamdansağladıklar ı oksijen ile yakar, karbondioksit, su ve enerjiyi açığa çıkar ırlar.




259

C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 + 2835 KJDenklemde görüleceği gibi solunum hızını, meyve ve sebzenin bileşimindeki karbonhidratlar (glikoz vs.) ortamdakioksijen/karbondioksit oranı, ortamın sıcaklığı ve meyve ve sebzenin çeşidinin yanı sıra bu ürünlerin depolama

sı

rası

nda yaydı

klar ı

“olgunlaştı

rma gazlar ı

” olarak adlandı

r ı

lan etilen, asetilen vs. gazlar etkilemektedir.

2.1.Solunum hızı üzerine ürün çeşidinin etkisi

Her meyve ve sebzenin solunum hızı farklıdır. Bu yüzden bazılar ında yavaş bir solunum ve buna bağlı olarak az bir ısı yayılması görülürken, bazılar ında hızlı bir solunum ve aşır ı ısı yayılması kendini gösterir. Örneğin bezelye, fasulye veçilek gibi ürünler hızlı solunum yaparak fazla ısı yayarken, soğan patates ve üzümlerde aksi görülür.Sebze ve meyvelerin solunum hızlar ı hasatta sabit düzeyde kalmaktadır. Hasattan sonraki depolamada bazı meyvelerinsolunumlar ı hızlanmakta ve buna paralel olarak hızla olgunlaşmaya başlamaktadırlar. Bunlarda solunum hızı belli bir zirveye (pik) ulaştıktan sonra solunum tekrar yavaşlamaktadır. Bu türlü davranışa “klimakterik” davranış denir. Elma,armut, kayısı, şeftali, erik gibi meyveler klimakterik davranış gösterdikleri halde turunçgiller, incir, üzüm ve çilek gibiüzümsü meyvelerle, kirazlar klimakterik davranış göstermezler. Klimakterik davranış göstermeyen sebze vemeyvelerde solunum hızı bir süre düz bir çizgi halinde devam ettikten sonra, yavaş yavaş azalmaktadır.Meyve ve sebzelerin solunum hızlar ı ile depolanma ömürleri arasında yak ın bir ilişki vardır. Buna göre bir ürününsolunum hızı ne kadar yüksekse depolanma ömrü o kadar k ısalmaktadır. Nitekim solunun hızı en düşük sebzelerden

biri olan patatesin diğer ürünlere göre daha fazla depolanabilmesi bunun bir sonucudur.Solunum sonucunda ortaya çıkan enerjinin bir k ısmı hücrede gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda harcanırken büyük

bir k ısmı çevreye yayılır ve doğal olarak bizzat ürünü ısıtır. Ürünün ısınması, solunumu da hızlandır ır. Sık ı bir şekildeistif edilen tar ımsal ürünlerde “k ızışma” denen bu olay sonucunda ürün tamamen bozularak elden çıkabilir. Bu nedenlehasat edilmiş meyve ve sebzelerin bir an önce soğutulmalar ı gerekmektedir.

2.2.Solunum hızı üzerine ortam sıcaklığının etkisi

Solunum hızı üzerine etki eden en önemli faktör ortam sıcaklığıdır. Nitekim ortam sıcaklığı 37oC’ye kadar arttıkçasolunum hızı yükselmekte ve buna bağlı olarak ürünün yaydığı ısı artmaktadır. Buna kar şın ortamın sıcaklığı azaldıkçasolunum hızı da azalmaktadır. İşte meyve ve sebzelerin soğukta depolanmasında bu olgudan yararlanılmakta ve enönemli metabolizma olayı olan solunum hızı depo sıcaklığının düşürülmesiyle sınırlandır ılmakta ve kontrol altına

alınmaktadır.Soğuk depolamada bu ısının devamlı olarak depodan uzaklaştır ılması zorunda olunduğundan deponun soğutmakapasitesinin belirlenmesinde farklı ortam sıcaklıklar ındaki solunum ısısı verilerinden yararlanılmaktadır.Ortam sıcaklığı düştükçe solunum hızı da yavaşlamakta, ürün donunca solunum tamamen durmaktadır. Buna göresolunum hızının, söz konusu ürünün donma noktasının hemen üstünde yani, donma noktasına yak ın bir derecede endüşük düzeyde olduğu sonucu çıkmaktadır. Ancak meyve sebzelerin soğukta depolanmalar ında her üründe solunumunminimum düzeyde geliştiği bu kritik dereceye kadar inilemez. Her şeyden önce meyve ve sebzelerin yaşamlar ını sürdürebilmeleri için belli bir enerjiye gereksinimleri vardır. Fakat daha önemlisi her ürün, belirli bir sıcaklık derecesinin altında depolandığı zaman “soğuk zararlanması”na uğrar. Daha açık bir deyişle birçok meyve ve sebze

belli derecelerdeki soğuğa kar şı duyarlı olduklar ından solunumun minimum düzeyde gerçekleştiği düşük sıcaklıklarakadar inmek olanaksızdır. Şu halde tüm meyve ve sebzelerin donmaya başlama noktalar ı birbirine çok yak ın (-0,4oCile -3oC’ler arası) olmasına kar şın her ürünün farklı derecelerde depolama zorunluluğu bu ürünlerin soğuğaduyarlılıklar ının değişik olmasından kaynaklanmaktadır. Her meyve ve sebze kendine özgü belli bir derecedeki soğuğa

dayanabilmektedir. Kritik sıcaklık denen bu derecenin altında, donma olmasa dahi, soğuğun neden olduğu bazı zararlar ortaya çıkmaktadır.

2.3.Solunum hızı üzerine oksijen/karbondioksit oranının (O2/CO2) etkisi

Solunum hızını etkileyen diğer önemli bir faktör de depo atmosferindeki oksijen ve karbondioksit oranlar ıdır. Depoatmosferindeki O2 miktar ının azaltılması, CO2 miktar ının yükseltilmesi ile solunum hızı yavaşlamaktadır.

Nitekim depo atmosferindeki oksijen oranı azaltılı p, karbondioksit oranı arttır ılarak solunum hızı yavaşlatılabilmeolgusundan yararlanılarak, kontrollü atmosfer (CA) yöntemiyle depolama tekniği geliştirilmiştir.




260

2.4.Solunum hızı üzerine olgunlaştırma gazlarının (etilen, asetilen vs) etkisi

Solunum hızı üzerine etki eden diğer faktörlerden birisi de meyve ve sebzelerin bizzat oluşturduğu bazı metabolizma

ürünleridir. Bu metabolizma ürünlerine “olgunlaşma gazlar ı

” ismi de verilmektedir. Bu maddelerin en önemlileri olanetilen, asetilen vs. solunum hızını arttır ır.Olgunlaşma hormonu olarak da bilinen etilen CH2 = CH2 molekül yapısında, havadan biraz hafif (1,5g/l); suda az,yağda iyi çözünen bir gazdır. Bu gaz -103oC’de kaynar ve hava içinde % 2,75 - 28,6 dozlar arasında patlayıcı olur. Bu

basit hidrokarbon, hoş kokulu bir gaz olarak birçok meyve, çiçek vb. taraf ından özellikle olgunlaşma dönemindesalgılanır. Bitkilerde olgunlaşma, yaşlanma, yaprak ve meyve dökümü, yara onar ımı, şişme, uzama gibi olaylar ı etkiler. Klimakterik davranış gösteren meyvelerde içsel etilen konsantrasyonu belirli bir sınır değeri aşınca solunumyükselişi başlar ve meyve olgunlaşır. Olgunlaştırma gazı olarak bilinen etilenin salınışını, solunum hızını etkileyenfaktörlerin (sıcaklık, O2/CO2, meyvenin cinsi) yanı sıra meyvenin hasta ve zararlanmış olup olmadığı daetkilemektedir.Meyve ve sebzelerden ayr ılan bu uçucu bileşikler, depo atmosferinin kirlenmesine, bileşimin k ısa sürede değişmesineneden olur. Depo havasına kar ışan bu maddeler, ürünün daha hızlı solunum yapmasına, daha hızlı olgunlaşmasınahatta yabancı bir aroma kazanmasına neden olur. Gazlar ın ortamda bulunması neticesinde ürünlerin depolama sürelerik ısalmaktadır. Bu nedenle depo atmosferinde biriken olgunlaştırma gazlar ının ortamdan uzaklaştır ılarak ürünlerindepolama sürelerinin uzatılması mümkün olmaktadır.Olgunlaştırma gazlar ının ortamdan uzaklaştır ılması için farklı uygulamalar vardır. Bu amaçla deponun havasını atmadan temizlenmesi için düşünülen çeşitli yöntem ve filtreler bulunmaktadır. Ancak depo atmosferinintemizlenmesindeki en geçerli yol depoya zaman zaman bir miktar taze hava al ını p depo havasının bir k ısmınınatılmasıdır. Genellikle ürün, depolama başlangıcında arzu edilen depolama sıcaklığına düşene kadar, yani solunumhızının yoğun olduğu dönemde, hava değiştirilmez fakat bu dönemin sonunda içeriye taze hava al ınabilir. Bundansonra depolama süresince dışar ıdan alınan taze havanın oranı depolanan ürüne bağlıdır. Depo atmosferine fazla kokuveren, turunçgiller ve çilek gibi ürünlerde hava değiştirme günde birkaç defa yapılabilir. Taze hava genellikle dış havanın nispeten soğuk olduğu gece saatlerinde alınmalıdır.

3.TERLEME

Meyve ve sebzelerin canlı

lı

ğı

nı

n en önemli belirtilerinden bir diğeri de terlemedir. Terleme ürünün depolama sı

rası

ndadevamlı olarak su kaybetmesidir. Meyve ve sebzeler ortalama olarak % 75 – 95 arasında su içerirler. Depolamasırasında bu suyun bir k ısmı terleme ile kaybolur. Her ürünün kendine özgü nem düzeyindeki bir depodasaklanmasıyla su kaybederek buruşup pörsümesi önlenebilmektedir. Genel bir ilke olarak yaprak sebzeler % 90 – 95,

birçok meyveler ise % 85 – 90 bağıl nem içeren ortamda depolanmalıdır. Soğan gibi bazı ürünlerin ise depo bağıl nemi% 70’e kadar düşebilmektedir.Depo ortamındaki havanın bağıl nemi azalırsa, ürün ile ortam arasındaki dengesizlik ortadan kalkana dek, üründevamlı olarak su kaybeder ve bunun neticesinde meyve ve sebzeler pörsür, buruşur ve görünüşe ait kalite kaybı

belirir. Genel bir ilke olarak meyvelerin yaklaşık % 4 – 6, sebzelerin % 3 – 5 oranında su kaybetmeleri onlar ın buruşup pörsümelerine ve ticari olarak değerlerinin kaybolmasına neden olmaktadır.Terleme sırasında su ile birlikte bazı uçucu metabolizma ürünleri de dokudan uzaklaşı p ayr ılmaktadır. Eğer terleme,depo neminin gereğinden fazla yükseltilmesi ile durdurulursa, bazılar ı zararlı olan bu metabolizma ürünleri, meyve vesebzelerin dış doku ve kabuklar ında birikerek, kabuk ve ette esmer leke veya bölgeler oluşur. Bu olguya “fizyolojik zararlanmalar” denir ve böylece ürünün kalitesi ve ticari değeri kaybolur. Bu nedenle meyve sebzelerin soğuktasaklanması sırasında depo neminin optimum seviyelerde tutulması önemlidir.

4. SONUÇ

Meyve ve sebzelerin soğuk ortamda uzun süre en az kalite kaybı ile depolanmalar ı için depo koşullar ı iyi bir şekilde belirlenmelidir. Soğukta depolama süresine depo koşullar ının yanı sıra depolanacak ürünün çeşidi, türü, yetiştirilmekoşullar ı, hasat zamanı, hasat öncesi ve sonrası uygulanan işlemler, hasat şekli, ambalaj tipi ve depodaki istif şekli gibifaktörlerin de etkisi vardır. Depo koşullar ı olarak da depo sıcaklığı, depo içindeki oksijen/karbondioksit oranı, depoatmosferinde olgunlaştırma gazlar ının varlığı ve depo bağıl nem oranı etkilidir.




261

5. KAYNAKÇA

Ayanoğlu A., 1982, Soğuk Depolamanın Önemi ve Soğuk depolama Tekniği, Eğitim Semineri Yalova

Ayfer M., Türk R., 1982, Meyvelerin soğukta depolanması, Soğuk Tekniği ve Gıda Sanayiinde Uygulanması Sempozyumu SEGEM Bursa

Azak M., Pazır F., 1994, The effect of some different pretreatmens on the quality of cold storaged WASHINGTON NAVEL ORANGES, International symposium on New Applications of refrigration to fruit and vegetables processing, June 8-10 İstanbul/ Turkey

Cemeroğlu B., 2004, Meyve ve sebze İşleme Teknolojisi Cilt : 1, Ankara Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Ankara,S: 669

Karaçalı İ., 1990, Bahçe Ürünlerinin Muhafazası ve Pazarlanması, Ege Üniversitesi Basımevi Bornova İzmir, S: 413Pazır F., 1988, Gıdalar ın soğukta ve dondurarak saklanması, Beslenme E ğ itimi Seminer Notlar ı, Tar ım ve Köyişleri

Bakanlığı Yayın No:4Pazır F., 2008, Meyve Sebze İşleme Teknolojisi Ders Notlar ı, Ege Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümü




262

ICEBERG MARULUN VAKUM ALTINDA SOĞUTULMASI

Hande Mutlu ÖZTÜRK, Harun Kemal ÖZTÜRK Pamukkale Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, K ınıkl ı-20070 Denizli

ÖZET Vakum soğutma, maddeden suyun buharlaştır ılması yolu ile ürünlerin soğutulması tekniğidir.Vakum soğutma daha çok ağırlığına göre yüzey alanı fazla olan, gözenekli yiyecekler ile serbestsu içeriği fazla olan ürünler ile dokusundaki su vakum altında kolaylıkla buharlaşabilenürünlerde uygulanmaktadır. Vakum soğutma yapraksı sebzeler ve pişirilmiş ürünlerin önsoğutulması için uygun bir yöntemdir. Vakum soğutma ürün içindeki suyun buharlaştır ılması yöntemi ile soğutma gerçekleştirir ve bu özelliği ile diğer soğutma sistemlerinden ayr ılır. Vakumsoğutmanın en önemli özelliği ise verimli olması ve hızlı bir şekilde soğutmanınsağlanabilmesidir.

Anahtar Kelimeler: Vakum soğutma, klasik soğutma, iceberg marul

GİR İŞ

Gıda muhafazası gıda işleme tekniklerinden en önemlisi olarak görülmektedir. Bu teknik ile gıdalar ın raf ömrünüuzatmak, renk, tekstür ve lezzet gibi kalite özelliklerini korumak amaçlanmaktadır. İyi bir gıda muhafazası ile gıdalar mümkün olduğu kadar taze ve güvenli tutulabilmekte, gıdanın kalitesi ve besinsel özellikleri korunabilmekte,

bozulmanın önüne geçilebilmektedir.

Günümüzde gıdalar ın muhafazası için çok çeşitli yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler fiziksel, kimyasal ve biyolojik olmak üzere üç temel kategori altında incelenebilir. Bunlara örnek alarak kurutma, tuzlama, tütsüleme vefermantasyon gibi uygulamalar verilebilir.

Soğutma temel olarak gıda ürünlerinin saklanma süresini artırmak için en çok kullanılan yöntemler arasında yer almaktadır. Bu amaçla çok farklı soğutma yöntemleri geliştirilerek gıdalar ın muhafazasında kullanılmıştır. Her soğutma tekniğinin avantaj ve dezavantajlar ı vardır. Bu soğutma yöntemlerinden en yaygın olarak kullanılanı geleneksel soğutma yöntemidir. Diğer taraftan, farklı soğutma yöntemlerine ilişkin çalışmalara da devam edilmektedir.Son yıllarda vakum soğutma sistemine ilişkin birçok çalışma yapılmıştır. Vakum soğutma sisteminin en temel özelliğihızlı bir soğutma yöntemi olmasıdır. Öte yandan, vakum soğutma sisteminin sınırlı gıda ürünleri için uygulanabilmesiyaygın olarak kullanılmasının önündeki en önemli engel olarak durmaktadır.

Ön soğutma ve soğutma, sebze ve meyvelerin hasat sıcaklığının k ısa bir zaman içinde hasat sonrası ve depolamaöncesi yaklaşık olarak optimum depolama ve taşıma sıcaklığına indirgendiği bir işlemdir. Bu tür bir uygulamanın anaamacı mikrobiyal ve biyokimyasal reaksiyonlar ın hızını yavaşlatmak, bozulmayı önlemek, kaliteyi korumak ve raf ömrünü uzatmaktır [1].

Temel olarak, vakum soğutma sistemleri, vakum odası, vakum pompalar ı ve yoğuşturucudan oluşur (Şekil 1). Vakumodası, yiyeceklerin soğutulması işlemi sırasında, yiyeceklerin konulduğu yerdir ve burada iyi bir sızdırmazlık sağlanmalıdır. Vakum pompalar ı ise vakum işlemini oluşturmak için kullanılan pompalardır. Buhar/su oranlar ı çok

büyük olduğunda, yüksek soğutma yükleri için, buhar ı hava ile birlikte emmek yerine, buhar ı yoğuşturarak suyadönüştürmek daha pratik ve ekonomik olduğu için tercih edilirler [2].

Vakum soğutmanın prensibi ortam basıncının düşürülmesiyle suyun buharlaşmasına izin vererek ürünün sıcaklığınındüşürülmesidir [3, 4].




263

Şekil 1. Vakum so ğ utma sistemi

Depolama öncesinde ön soğutma işlemi uygulayarak yeni hasat edilmiş ürünlerdeki bozulmanın önünegeçilebilmektedir. Hızlı soğutma teknikleri sadece raf ömrünü uzatmakla kalmaz aynı zamanda soğutucu sistemlerin

boyutlar ı

nı

n azaltı

lması

na da olanak tanı

r. Vakum soğutma yapraklı

sebzelerin soğutulması

nda oldukça etkili bir yöntemdir ancak ilk yatır ım maliyetleri dezavantaj olarak ortaya çıkmaktadır. Rennie [5] çalışmasında soğutmaişlemini marul üzerinde laboratuar ortamında modifiye edilmiş bir vakum soğutma sisteminde gerçekleştirmiştir.Sıcaklık dağılımı, kütle kaybı ve marulun kalitesi gibi soğutma karakteristikleri 4 farklı soğutma hızı içintanımlanmıştır. Vakum soğutma hızı ile maksimum soğutma noktası arasında matematiksel modelleme çalışmalar ı yapılmış ve elde edilen sonuçlar göstermiştir ki daha yavaş bir vakum uygulamasına sahip küçük ölçeklerde vakumsoğutucular ın tasar ımı mümkündür [5]. Vakum soğutma aynı zamanda gözenekli yapıdaki gıdalarda dauygulanabilmektedir ve bu sayede gıdalar ın görsel özelliklerini geliştirdiği saptanmıştır [6].

Vakum soğutma hızlı bir soğutma tekniğidir ve ağırlığına göre yüzey alanı fazla olan ürünlerde daha etkilidir. Buyöntemin temeli atmosfer basıncının altına inilmesi sonucunda suyun kaynama noktasının düşmesidir [7].

Jin ve Xu [8] vakum soğutma yöntemini pişirilmiş gıdalarda uygulamışlardır. Önceki yapılan çalışmalarda kullanılanmodellerden yararlanarak, pişirilmiş etlerin vakum soğutma sırasında buharlaşma olayını ve vakum soğutucular ın

performanslar ını matematiksel olarak incelemişlerdir. Deneysel sonuçlar yapılan simülasyon sonuçlar ı ilekar şılaştır ılmıştır. Yapılan çalışmada deneysel ve simülasyon sonuçlar ı arasında 5°C sıcaklık fark ı bulunmuş ve kütlekaybı için ise fark %4 olarak elde edilmiştir.

DoSal ve Petera [9] yaptıklar ı çalışmada vakum soğutma yöntemini matematiksel olarak incelemişlerdir. Bu amaçlasuyu ele almışlar ve kullanılan malzemelerin boyutlar ının, vakum pompasının soğutulan suyun parametrelerindekideğişimi incelemişlerdir.

Zheng ve Sun [10] vakum soğutma konusunda yapılan çalışmalar ı incelemişler ve vakum soğutma sistemlerini detaylı bir şekilde açıklamışlardır. Bu çalışmada vakum soğutmanın yapraksı ve gözenekli gıdalarda hızlı bir soğutma tekniğiolduğu üzerinde durulmuştur.

Sun, ve Zheng [11] vakum soğutma konusunda yapılan çalışmalar hakk ında geniş bir literatür taraması vermişlerdir.

Vakum soğutma sistemlerinin genel elemanlar ını vererek, vakum soğutmanın avantaj ve dezavantajlar ı üzerindedurmuşlardır. Çiçeklerde, sebze ve meyvelerde, ekmek ve pastalarda, balık ürünlerinde, soslarda, pişirilmiş ürünlerde,hazır gıdalarda yapılan vakum soğutma çalışmalar ı konusunda geniş bir özet sunmuşlardır.

Jackman ve ark. [12] çalışmalar ında vakum soğutma ve hava üflemeli soğutmanın birlikte pişirilmiş et ürünlerininsoğutulmasında kullanılması konusunu ele almışlardır. Yapılan çalışmada önce pişirilmiş et ürünlerinin sıcaklığı vakum soğutma yöntemi kullanılarak başlangıç sıcaklığından 35, 30, 25, 20°C ye getirilmiş ve sonrasında havaüflemeli soğutma yöntemi kullanılarak ürünün sıcaklığı 4°C sıcaklığa soğutulmuştur. Diğer bir çalışmada ise havaüflemeli soğutma yöntemi ile ürünün sıcaklığı 35, 30, 25, 20 °C sıcaklığa getirilmiş ve sonrasında vakum soğutmayöntemi kullanılarak ürün 4°C sıcaklığa soğutulmuştur. Yapılan çalışma sonunda ikinci yöntemin kütle kaybı açısından daha verimli olduğu sonucuna var ılmıştır.




264

Tao ve ark. [13] yaptıklar ı çalışmada vakum soğutma ve depolama şartlar ının mantardaki lipit oksidaz, süperoksidazanyon üretimi, süperoksidaz enzimleri, katalaz, peroksidaz ve polyfenonoksidaz aktiviteler üzerine etkisiniincelemişlerdir. Yapılan çalışma sonunda süperoksidaz enzimleri, katalaz, peroksidaz ve polyfenonoksidaz

aktivitelerinin vakum soğutmada arttı

ğı

nı

diğer yandan süperoksidaz anyon üretimi ve malondialdehit aktivitesinin azda olsa azaldığını gözlemlemişlerdir.

Cheng ve Sun [14] yaptıklar ı çalışmada farklı yöntemlerle pişirilmiş domuz etinin farklı yöntemlerle soğutulması ve bu süreçlerin her birisi için üretim zamanı, kütle kaybı ve domuz etinin özelliklerinin değişimini incelemişlerdir.Kullanılan pişirme ve soğutma yöntemleri şunlardır: suda pişirme-vakum altında soğutma, kuru hava ile pişirme-havaüfleyerek soğutma, kuru hava ile pişirme-soğuk ortamda soğutma, nemli hava ile pişirme-soğuk ortamda soğutma.Yapılan inceleme sonucunda suda pişirme-vakumda soğutma yönteminin en hızlı proses olduğu gözlenmiştir. Aynı zamanda bu yöntemde kütle kaybı ve ürünün kalitesi diğer yöntemlerdeki sonuçlar ile kar şılaştır ıldığında iyi sonuçvermektedir.

Jin [16] yaptığı çalışmada pişirilmiş et ürünlerinin vakum soğutulmasında vakum odası içerisindeki sıcaklık değişimi,nem oranı ve buharlaşma miktar ını incelemişlerdir. Yapılan çalışmada vakum ortamında sıcaklığın dalgalanmalar gösterdiği görülmüştür. Aynı zamanda pişirilmiş etin ortalama nem miktar ı %71,00 den %60,69’a düşmüştür. Vakumsoğutma sırasında pişirilmiş etin nem oranı %10,31 azalmıştır.

Tablo 1.’de vakum soğutmanın farklı gıda sektörler için kullanılmasının avantaj ve dezavantajlar ı özetlenmektedir.Çoğu vakum soğutma aygıtı geri beslemeli bir şekilde çalışır. Şöyle ki, gıda maddesi vakum odasına yerleştirilir;vakum odası basıncı önceki belirlenmiş vakum değerine kadar getirilir; yiyecek soğutulur ve uzaklaştır ılır. Oysaki buüretim yöntemi zaman alır ve verimli değildir. Bazı durumlarda, vakum soğutma ekipmanlar ı kullanarak ürünler soğuyuncaya kadar yiyecekleri geçici olarak orada tutmak zorunlu olabilir. Bu durumda tutma süresi değişebilir.Örneğin bazı pişirilmiş ürün yığınlar ının, yüksek sıcaklıklarda, diğer kimi gruplara göre daha fazla tutulması zorunluolabilir ki bu her iki ürünün de kalitesi ve güvenliği açısından negatif bir etki yaratabilir.

2. MATERYAL VE YÖNTEM2.1 Materyal

Çalı

şmada kullanı

lan ice-berg türü marullar vakum altı

nda soğutulmuştur. Marullar, Denizli’de yerel bir markettensatın alınmış ve laboratuara nakledilmiştir. Soğutma işleminden önce marullar ın nem kaybını önleyecek şekilde kapalı kap içinde tutularak ortam sıcaklığına gelmesi sağlanmıştır. Numunelerin soğutma öncesi ve sonrasında nem kaybınıntespit edilmesi için hassas terazi kullanılmıştır.

2.2 Vakum So ğ utma Sistemi

Deneylerin gerçekleştirilmesinde kullanılan vakum soğutma düzeneği, esas itibariyle vakumlu bir etüv (MEMMERTVO-200, Schwabach, Almanya) ile 2 adet vakum pompasından (ULVAC GVD-050A, Yokohama City, Kanagawa,Japonya ve Edwards, Model RV8 New Jersey, ABD) oluşmaktadır. Vakum odası ile pompa arasına bir nem tutucuyerleştirilmiştir. Verilerin elde edilmesi için Data Logger (TESTO 350-XL-450, Lenzkirch, Almanya) kullanılmıştır.Mantarlar ın yüzey ve merkez sıcaklıklar ı 2 farklı sıcaklık probu (T10000, TESTO, Lenzkirch, Almanya) kullanılarak ölçülmüştür. Vakum soğutma sırasında vakum odasının sıcaklığı ile ortamın bağıl nem değerlerindeki değişim özel bir

prob yardımıyla (T6000, TESTO, Lenzkirch, Almanya) ölçülmüştür. Veriler Data Logger kullanılmak suretiyle depo

edilmiş ve soğutma işlemi sonunda elde edilen veriler Data Logger ile birlikte gelen Comfort Software (TESTO,Lenzkirch, Almanya) aracılığı ile bilgisayar ortamına aktar ılıştır. Kullanılan vakum soğutma sistemini oluşturank ısımlar Şekil 2’de detaylı bir biçimde gösterilmektedir.

Marulun soğutma öncesi ve sonrası sıcaklık dağılımı termal kamera (Flir Systems, Danderyd, İsveç) yardımıylagörüntülenmiş ve ThermaCAM QuickView (Flir Systems, Danderyd, İsveç) bilgisayar ortamına aktar ılmıştır.




265

Şekil 2. Vakum So ğ utma Düzene ğ i


Iceberg marullar ın geleneksel soğutma yöntemi ile ile soğutulması vakum soğutmayla kar şılaştır ıldığında çok uzunzaman almakta ve daha zahmetli olabilmektedir. Nem içeriği yüksek gıdalar ın soğutulmasından avantajlar sağlayanvakum soğutma marul için hem çok hızlı hem de üniform soğutma sağlamaktadır.

Bu çalışmada iceberg türü marulun vakum altında soğutulmasına ilişkin sonuçlar 7 mbar vakum basıncı için ile 6°C ve-20°C buzdolabında soğutulması durumu için verilmiştir. Deneyler iki pompanın paralel olarak birlikte çalışır durumdaolması durumlar ı için yapılmıştır. Sirkülasyonlu su banyosu -20 °C de tutulmuş, böylece eşanjör içerisinden geçenhava soğutularak havanın nemi alınmış ve bu yöntemle pompaya nemli havanın gitmesi önlenmiştir (Şekil 2.). Yapılan

bu çalışmada hem iceberg türü marul için yüzey, merkez ve ortam sıcaklıklar ı ile, ortamdaki nem de basınç değerleriölçülerek grafik olarak verilmiştir. marul için kütle kayı bını belirlemek için, vakum ortamı öncesi ve sonrasındaağırlıklar ı ölçülerek kütle kaybı belirlenmiştir.




267

3.1. Iceberg Türü Marulun Vakum Alt ında So ğ utulması

Iceberg türü marul, yapraksı marullardan farklı olarak yuvarlak, küre şeklindedir ve yapraklar ı sık ı bir şekilde birbirini sarmıştır. Iceberg türü marulun vakum altında soğutulmasına ilişkin deneyler 7 mbar basınç ve vakumdeğeri istenilen basıncında iken pompanın açık tutulması şeklinde yürütülmüştür. Deneyler esnasında iki pompa

birbirine paralel olarak çalıştır ılmıştır.

Iceberg türü marul için yapılan deneylerde merkez, yüzey ve ortam sıcaklıklar ölçülerek grafiklerde verilmiştir.Iceberg türü marullarda merkez sıcaklığı, marulun çapı belirtilerek ve probun merkeze gelecek şekilde dik olarak

batır ılması ile ölçülmüştür.

Şekil 3’de 7 mbar vakum basıncında iceberg türü marulun ortam, merkez ve yüzey sıcaklıklar ı ile, ortam basıncı,ortam nemi verilmiştir. Şekilden de açıkça görüldüğü gibi, merkez ve yüzey sıcaklığı hızla düşmüştür. 250saniye (yaklaşık 4 dakika) sonra merkez ve yüzey sıcaklıklar ının her ikisi de eşit değere (5°C) gelmiştir. Budeğerden sonra her ikisi de birlikte düşmeye devam etmiş ve 1370 saniyede (22 dakika) merkez ve yüzeysıcaklıklar ı sırası ile 6°C ve 5°C değerlerine gelmiştir. Basınç değeri ise 200 saniyede çok hızlı bir şekildedüşmüş sonrasında düşüş hemen hemen sabit kalmıştır.

Tablo 2’de iceberg marulun kütlesindeki değişim ve set edilen basınç değerleri verilmektedir. Yapılan deneyde

iceberg marulun merkez sıcaklığı başlangıç sıcaklığı olan 26°C’den 5°C’ye gelirken kütle kaybı 9,497 gr olarak gerçekleşmiştir. Kütle kaybı %3,85 olmuştur.

Şekil 4 de ise marulun vakum soğutma öncesi ve sonrası sıcaklık değişimi termal kamerada çekilmiş olarak verilmektedir. Şekilde açıkça görüldüğü gibi soğutma sonrasında hem yüzeyden alınan görüntülerde hem demarul ortadan ikiye kesilerek alınan görüntülerde üniform bir sıcaklık değişimi vardır.

Tablo 2. İ ceberg marulun ba şlang ıç ve son kütleleri ve çal ı şma basıncı

3.2. Iceberg Marulun Klasik Yöntemle So ğ utulması

İceberg marulun geleneksel olarak soğutulması denemeleri buzdolabında 6°C, ve -20°C sıcaklıklar ındagerçekleştirilmiştir. 6°C ve -20°C sıcaklıklarda yapılan denemelerde, merkez sıcaklığı 5°C’ye geldiğindedurdurulmuştur. Fakat deney esnasında ürünün yüzeyinde donma gerçekleşmiş ve üründe bozulmalar oluşmaya

başlamıştır.

3.2.1. Iceberg marullar ın 6°C sıcakl ıkta so ğ utulması

Iceberg marulun klasik soğutma öncesi ve sonrasında ağırlıklar ı ölçülmüş ve kütle kaybı belirlenmiştir, buna

göre 6°C sıcaklıkta ürünün soğutulması sırasında kütle kaybı %2,4 olarak bulunmuştur. Bu değer vakumsoğutma ile k ıyaslandığında daha büyük olduğu görülebilir. Bunun nedeni buzdolabında bu sıcaklıkta soğutmasüresinin oldukça uzun olmasıdır. 6°C sıcaklıkta, buzdolabında soğutmada iceberg marulun sıcaklık değişimiŞekil 5’de verilmiştir. Iceberg marulun 6°C’ye soğutulması için geçen süre 15510 saniye (258 dakika, 4,3 saat)olmuştur. Vakum soğutma ile kar şılaştır ıldığında (22 dakika) süre oldukça uzamıştır.

3.2.2. Iceberg marulun -20°C sıcakl ıkta so ğ utulması

Dondurucuda -20°C’de marulun soğutulmasına ilişkin deneysel sonuçlar Şekil 6’da verilmiştir. -20°C’de icebergmarulun 5°C’ye soğuması 4550 saniye (76 dakika) bir zaman almakta ve yüzeyde donmalar meydanagelmektedir. Kütle kaybı ise %0,85 olarak gerçekleşmiştir.

Başlangıç Kütle: 246,766Son Kütle: 237,269Kütle Kaybı 9,497 gr

Kütle Kaybı Oranı %3,85Set edilen basınç: 7 mbar




268

0

10

20

30

40

50

6070

80

90

100

0

10

20

30

40

50

6070

80

90

100

0 250 500 750 1000 1250

B a ğ ı

l N e m O r a n ı ( % )

S ı

c a k l ı

k C v e B a s ı n

ç k P a

Zaman (Saniye)

Merkez Sıcaklığı [°C]

Yüzey Sıcaklığı [°C]

Ortam Sıcaklığı [°C]

Bağıl Nem [%rF]

Basınç (kPa)

Şekil 3. 7 mbar sabit basınç alt ında iki pompanın çal ı şması durumu için, iceberg türü marulun yüzey, merkez ve

ortam sıcakl ı ğ ı , nem oranı ve basınç de ğ i şimi.

Vakum Soğutma Başlamadan

Vakum Soğutma Sonrası

Vakum Soğutma Sonrası (Ortadan Kesilmiş)




269

Ş ekil 4. 7 mbar sabit basınç alt ında iceberg marulun vakum so ğ utma sonrası sıcakl ık de ğ i şimi resmi

Ş ekil 5. Buzdolabında 6°C sıcakl ık alt ında zaman ba ğ l ı olarak iceberg marullar ın yüzey ve merkez sıcakl ı ğ ı ileortam sıcakl ı ğ ındaki de ğ i şim.

Ş ekil 6. Buzdolabının derin dondurucusunda -20 ° C sıcakl ık alt ında iceberg marulun yüzey sıcakl ı ğ ı , merkez sıcakl ı ğ ı ve ortam sıcakl ı ğ ındaki de ğ i şim.

Vakum soğutma klasik soğutma ile kar şılaştır ıldığında hızlı bir soğutma tekniğidir. Iceberg marul için vakumsoğutma klasik soğutmaya göre 6°C için yaklaşık 13 kat ve -20°C için ise yaklaşık 3,7 kat daha hızlıdır. Aynı zamanda marulun hem yüzeyinde hem de merkezinde sıcaklık değişimi vakum soğutma için hemen hemen aynı değişimi gösterirken, klasik soğutmada yüzey hızla soğurken merkezde soğuma daha yavaş olmaktadır. Bunedenle vakum soğutma bir ön soğutma yöntemi olarak gıdalar için uygun bir teknik olarak ön planaçıkmaktadır.

Teşekkür:




270

Bu makale, TÜBİTAK taraf ından desteklenen 106M262 nolu “Vakum Soğutma Sistemi Geliştirilmesi ve GıdaSanayisinde Uygulanması” adlı projeden üretilen sonuçlar kullanılarak hazırlanmıştır. Yazarlar TÜBİTAK’a

projeye verdikleri destekten dolayı teşekkür ederler.

4. KAYNAKLAR

[1] Dinçer, İ. (2003) Refrigeration systems and applications, John Wiley & Sons, Ltd., West Sussex, İngiltere,582s.[2] Wang, L. and Sun, D.-W. 2002. Modelling vacuum cooling process of cooked meat-part 1: analysis of vacuum cooling system. International Journal of Refrigeration, 25:854-861.[3] Jongen, W. (2005) Improving the safety of fresh fruit and vegetables, CRC Press, Boca Raton FL ABD,656s.[4] Sofos, J.N. (2005) Improving the safety of fresh meat, CRC Press, Boca Raton FL USA, 780s.[5] Rennie, T.J., Effect of vacuum rate on the vacuum cooling of lettuce, Yüksek Lisans Tezi, McGillUniversitesi, Montreal, Kanada, 1999[6] Jongen, W. (2002) Fruits & Vegetables Processing, CRC Press, Boca Raton FL ABD, 350s.[7] Bartz, J. A. and Brecht, J. K. (2002) Postharvest Physiology and Pathology of Vegetables, Marcel Dekker Inc., Newyork, ABD,744s.[8] Jin, T.X., Xu, L. Numerical study on the performance of vacuum cooler and evaporation-boiling phenomena

during vacuum cooling of cooked meat, Energy Conversion and Management 47 (2006) 1830–1842[9] Dostal, M. ve Petera, K., Vacuum cooling of liquids: mathematical model, Journal of Food Engineering 61(2004) 533–539[10] Zheng, L ve Sun, D., Vacuum cooling for the food industry—a review of recent research advances, Trendsin FHood Science & Technology 15 (2004) 555–568[11] Sun, D. ve Zheng, L., Vacuum cooling technology for the agri-food industry: Past, present and future,Journal of Food Engineering 77 (2006) 203–214.[12] Jackman, P., Sun, D., Zheng, D., Effect of combined vacuum cooling and air blast cooling on processingtime and cooling loss of large cooked beef joints, Journal of Food Engineering 81 (2007) 266–271[13] Tao, F., Zhang, M., Yu, H., Effect of vacuum cooling on physiological changes in the antioxidant system of mushroom under different storage conditions, Journal of Food Engineering 79 (2007) 1302–1309[14] Cheng, Q. ve Sun, W., Effects of combined water cooking–vacuum Cooling with water on processing tıme,mass loss And quality of large pork ham, Journal of Food Process Engineering 30 (2006) 51–73

[16] Jin, T.X., Experimental investigation of the temperature variation in the vacuum chamber during vacuumcooling, Journal of Food Engineering 78 (2007) 333–339




271

MUZLARDA RAF ÖMRÜNÜN UZATILMASI İÇİN ZEOLİTLE BİRLİKTEPAKETLEMENİN ÜRÜNÜN KALİTE ÖZELLİKLER İNE ETK İSİNİN

İNCELENMESİ

G ı

da Yük.Müh. Vildan KÜÇÜK, Yrd. Doç. Dr S. Nur D İ R İ M* *Ege Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Gıda Mühendisli ğ i Bölümü, İ ZM İ R


ÖZET

Bu çalışmada, muzlar ın raf ömrünü uzatmak amacıyla potasyum permanganat (KMnO4) emdirilmiş doğalzeolitlerle birlikte paketlenmesinin ürünün kalite kriterlerine etkisi incelenmektedir.

KMnO4’lı zeolit ile paketlemenin çalışmada kullanılan muzlarda C vitamini kaybını azalttığı ve sertliği olumluetkilediği belirlenmiştir. Oda sıcaklığında muhafaza edilen muzlarda ağırlık kaybını azaltırken, hem +4°C’de

hem de oda sıcaklığında muhafaza edilen muzlar ın rengini de olumlu olarak etkilemektedir. SÇKM değerleriaçısından istatistiksel olarak önemli bir farklılık saptanamamıştır (p<0,05). Duyusal olarak KMnO4 emdirilmiş zeolit ile paketlenen muzlar ın kontrol örneklerine göre daha iyi olduğu gözlenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Zeolit, etilen, aktif paketleme

ABSTRACT

In the study, the effects of packaging with KMnO4 impregnated natural zeolites on quality characteristics to prolong shelf life of banana was researched.

Decrease in vitamin C loss for bananas and positive effects on firmness of bananas was determined during packaging with KMnO4 impregnated zeolites. Weight loss in bananas stored room temperature was decreased,

color in bananas stored both room temperature and +4°C was effected positively. According to total soluble solidcontent the difference wasn’t found important statistically (p<0,05). Sensorially the bananas packed with KMnO4 impregnated zeolites was observed better than control samples.

Keyword: Zeolite, ethylene, active packaging

GİR İŞ

Taze meyveler hasattan sonra da solunumlar ına devam ederek karbondioksit, su ve etilen üretmektedirler. Etilençeşitli nedenlerle meyvelerin kalite özelliklerini olumsuz etkileyerek raf ömrünü k ısaltmaktadır. Birçok meyveçok düşük konsantrasyonlarda bile etilene duyarlıdır. Meyvelerin raf ömrünü uzatmak ve duyusal özelliklerinikorumak için ortamdan etilen uzaklaştır ılmalıdır (Peiser ve Suslow, 1998; Wills ve ark., 1998).

Zeolitler, 1750’lerden beri bir mineral türü olarak bilinmesine karşın kristal yapıları ancak, 1930’lardaçözümlenebilmiştir. Başlıca fiziksel ve kimyasal özellikleri olan; iyon değişikliği yapabilme, adsorpsiyonve buna bağlı moleküler elek yapısı, silis içeriği, hafiflik ve gözenek yapısı sayesinde çok çeşitli endüstriyelalanlanlarda kullanılmaktadırlar. Ülkemizdeki varlığı ilk defa 1971 yılında tespit edilmiştir (Anonim,1996).

Zeolitlerin bilinen 40’ı aşk ın doğal minerali ve 150’yi aşk ın sentetik minerali mevcuttur. Ülkemizdeki zeolitoluşumlar ı klinoptilolit ve analsim türlerinde olup diğer türlere çok az rastlanılmıştır. Türkiye’de tespit edilmiş yataklardan yalnızca Balıkesir-Bigadiç yöresindeki sahada yapılan çalışmalar sonunda, kolaylıkla işlenilebilir nitelikte ve yaklaşık 500 milyon tonluk bir potansiyelin olduğu saptanmıştır (Anonim, 1996; Peiser ve Suslow,1998; Yaşyerli ve ark., 2002).

Klinoptilolit, doğal zeolitlerden dünyada rezerv olarak en çok bulunan ve teknolojik özellikleri en iyi olanlardan

biridir. Bu çalışmada da Bigadiç yöresinden çıkar ılmış yüksek klinoptilolit içerikli zeolitler kullanılmıştır.




272

Bu çalışmada ülkemizde bol miktarda bulunan ve gıdalarla birlikte kullanılabilecek saflık ve kalitedeki zeolitkaynaklaklar ı değerlendirilerek, bazı taze meyvelerin KMnO4 emdirilmiş doğal zeolitler ile paketlenmesi

böylece hızlı olgunlaşmaya ve doku yumuşamasına neden olan etilenin ortamdan uzaklaştır ılarak meyve vesebzelerin raf ömrünün uzatılması amaçlanmaktadır. Meyvelerde C vitamini, suda çözünür toplam kuru maddemiktar ı (SÇKM), sertlik, renk ve ağırlık kaybı ölçülerek KMnO4 emdirilmiş zeolitlerle birlikte paketlenmesininürünün kalite kriterlerine etkisi incelenmektedir. Bu çalışma tüketiciye yönelik olup, meyvelerin marketlerdeki

ve tüketici taraf ından satın alındıktan sonraki raf ömrünün uzatılması amacını taşımaktadır.

Aktif Paketleme

Gıda sanayinde ambalaj; içine konulan gıdalar ın son tüketiciye bozulmadan, en az toplam maliyetle güvenilir bir şekilde ulaştır ılmasının ve tanıtılmasını sağlayan bir araç olarak tanımlanmaktadır (Üçüncü, 2000).

Geleneksel paketleme yöntemlerinde kullanılan ambalaj materyali sadece gıdayı dış etkenlerden belli bir miktarda koruyan bir bariyer görevi görmektedir. Ancak, çeşitli aktif bileşenlerin ambalaj materyalinekatılmasıyla, ambalaja bariyer görevinin yanında diğer bazı fonksiyonlar da kazandırabilmektedir. Aktif

paketleme gıdalar ın raf ömrünü, ürünün besleyicilik değerini koruyarak güvenli bir şekilde uzatmak amacıylageliştirilmiş bir yöntemdir. (Rooney, 1995; Vermeiren ve ark., 1999).

Bu yöntemde ambalaj materyali, bariyer özelliğinin yanında oksijen ve etilenin tutulması, CO2 tutulması veyadışar ı verilmesi, nemin düzenlenmesi, antimikrobiyal ambalajlama, antioksidan ve aromanın korunması gibiözellikleri kazanmaktadır. Oksijen tutucular, karbondioksit tutucular, nem tutucular ve düzenleyiciler, etilentutucular en önemli aktif paketleme tekniklerindendir (Özdemir ve Floros, 2004; Rooney, 1995; Vermeiren etal., 1999).

Etilen Gazının Meyve ve Sebze Üzerine Hasat Sonrası Etkileri

Olgunluk hormonu olarak tanımlanan etilen, birçok meyve ve sebzenin gelişmesinde ve raf ömründe önemli bir etkiye sahiptir. Meyveler hasat edildikten sonra da canlılıklar ını devam ettirerek, solunum yaparlar. CO2, H2O veetilen üretmeye devam ederler. Bunlardan etilen gazı, bazı meyvelerin solunum hızını arttırmakta ve bununsonucunda birçok meyvenin olgunlaşmasını ve yumuşamasını hızlandırmaktadır. Sebep olduğu dokuyumuşaması yüzünden gıda mikroorganizmalara kar şı dirençsiz hale gelmektedir. Ayr ıca klorofil yık ımını

hızlandırarak yeşil meyvelerin sararmasına sebep olmaktadır (Saltveit, 1999; Vermeiren et al., 1999).

Meyvelerin raf ömrünü arttırmak ve duyusal özelliklerini korumak için ortamda etilen birikimi önlenmelidir.KMnO4 bazlı etilen tutucular ticari olarak yaygın olarak kullanılmaktadır ve çalışma mekanizması etileninKMnO4 ile oksidasyonu prensibine dayanır. KMnO4 toksik etkisi ve mavi rengi nedeni ile saketler şeklindekullanılmaktadır. KMnO4 bazlı perlit, alumina, silikajel, aktif karbon gibi geniş yüzey alanına sahip inertsubstratlar ticari olarak kullanılmaktadır. Ayr ıca ev tipi buzdolaplar ında kullanılmak üzere geliştirilen etilentutcularda mevcuttur. Bu sistemde KMnO4 emdirilmiş zeolitlerden yararlanılmaktadır (Vermeiren et al., 1999).

Zeolit

Bir zeolit kristalinin en küçük yapı birimi SiO4 veya AlO4 dörtyüzlüleridir. SiO4 ve AlO4 dörtyüzlülerinin üç boyutta sonsuz bağlanmalar ı ile oluşmaktadırlar. Yapıdaki her oksijen, iki dörtyüzlü taraf ından

paylaşılmaktadır. Bu şekilde bir zincir oluşturmaktadırlar. Bu zincirler birbirlerine aralar ındaki Na, Ca, ve K iyonlar ıyla bağlanarak, ortası kanal şeklinde bir yapı oluşturmaktadır. Bu boşluk, diğer yabancı iyonlar ve sugibi molekülleri rahatlıkla bar ındırabilmektedir (Anonim, 1996).

Zeolitler, ısıtıldıklar ında 100-350 °C'de su moleküllerini yapıda hiçbir bozunma olmadan yapıdanayırmaktadırlar. Tamamen kurutulduktan sonra da boşluklar ına tekrar su, amonyak, civa buhar ı veya başkamalzeme alabilmektedir. Boşluklara girecek malzemenin molekül boyutlar ı ile zeolitin molekül yapısının uygunolması gerekmektedir. Zeolitler bu özelliklerinden dolayı moleküler elek olarak kullanılmaktadırlar. Zeolitlerindiğer ayırt edici özelliklerinden biri de yapı içerisinde gevşek bağlı olarak değiştirilebilir özellikte bulunankatyonlara sahip olmasıdır. Zeolitten süzülen çözelti hiçbir engelle kar şılaşmadan geçerken içlerindeki iyonlar zeolit yapısındaki iyonlar ile yer değiştirebilmektedir. Bu olaya iyon değişimi denir. Ayr ıca zeolitler adsorpsiyon ve dehidrasyon uygulamalar ında da kullanılmaktadırlar. Zeolitler, uçucu organik bileşikleri ppbdüzeyinin de altında yüksek adsorpsiyon yeteneğine sahiptirler (Anonim, 1996).




273

Başlıca zeolit mineralleri klinoptilolit, analsim, şabazit, erionit ve mordenittir. Klinoptilolit, doğal zeolitlerdendünyada rezerv olarak en çok bulunan ve teknolojik özellikleri en iyi olanlardan biridir. Ülkemizde Bigadiç veGördes bölgelerinde bol miktarda klinoptilolit rezervleri bulunmaktadır. Manisa-Gördes civar ındaki sahada 18milyon ton görünür zeolit rezervi ve 20 milyon ton zeolitik tüf rezervi tespit edilmiştir. Balıkesir – Bigadiç

bölgesinde ise, Türkiyenin en önemli zeolit yataklanmalar ı tespit edilmiş olup kolaylıkla işlenebilir nitelikte veyaklaşık 500 milyon ton rezerv tahmin edilmektedir. Diğer bölgelerde detaylı bir çalışma yapılmamış olup

ülkemiz genelinde toplam rezervin 50 milyar ton civar ında bulunduğu tahmin edilmektedir (Anonim, 1996;Yaşyerli et al., 2002).

MATERYAL VE YÖNTEM

Çalışmada materyal olarak, marketlerin depolar ına satılmak üzere gelen muzlar kullanılmıştır. Çalışmamızdakullanılan Balıkesir- Bigadiç bölgesinden elde edilen yüksek klinoptilolit içerikli zeolitler, çekiçli değirmendedövülüp elekten geçirilmiştir. 1-3 mm büyüklüğünde olanlar çalışmamızda kullanılmıştır. Zeolitlere 0.2 mlKMnO4/g zeolit olacak şekilde KMnO4 emdirilmiştir.

Nem geçirgenliği 17.62 g/m2xgün ve O2 geçirgenliği 1714.29cm3/m2xgünxatmosfer olan 10.5 micronkalınlığında HDPE buzdolabı saklama poşetlerine 2 adet muz konulmuştur.

KMnO4 emdirilen zeolitler, ambalaj içerisine konulan meyve miktar ının %5 ve % 10’u oranında tartılarak laminasyonlu kuşe küçük poşetlere yerleştirilmiştir. Poşetler vakumsuz ortamda ısı ile kapatılmıştır.

Meyvelerin konulduğu saklama poşetleri her meyve için kendi içinde 3 gruba ayr ılmıştır. Bu gruplar; içerisinemeyve dışında herhangi bir şey konulmadan vakumsuz ısı ile kapatılan kontrol grubu, içerisine meyve miktar ının%5’i ve % 10’u oranında KMnO4 emdirilen zeolitlerin bulunduğu poşetler konularak vakumsuz ısı ile kapatılan

poşetlerden oluşmaktadır.

Muz örnekleri hem buzdolabında, hem de oda sıcaklığında muhafaza edilmiştir. Ürünler yenilebilirlik özelliklerini kaybedinceye kadar saklanmıştır. Örneklerde 3-4 gün aralıklarla C vitamini tayini, sertlik, sudaçözünür toplam kuru madde miktar ı ve renk analizleri yapılmıştır. Ayr ıca ağırlık kaybı miktar ı belirlenmiştir.Tüm işlemler 2 paralel olarak tekrarlanmıştır. C vitamini tayini AOAC 967.21, 1995 yöntemine göre yapılmış ve örneklerin suda çözünür toplam kuru madde miktar ı RFM 330 Digital Refraktometre ile Brix olarak

ölçülmüştür. Sertlik tayin için örneklerden 1,5 cm genişliğinde kesit alınmış ve muz örneklerinin kabuğusoyulmuştur. Örneklerin sertliği Ablesung 1/10 mm Sur Berlin PN66 Penetrometre kullanılarak ölçülüp mmcinsinden batma derinliği belirlenmiştir. Renk analizleri Hunter Lab Renk Tayin Cihazı, Color Flex USAkullanılarak yapılmış, muzlar ın kabuk rengi değerlendirilmiştir. Örneklerde L (parlaklık ), a (+ k ırmızı, - yeşil)ve b (+ sar ı, - mavi) değerleri ölçülerek toplam renk fark ı (ΔE) hesaplanmıştır. Örneklerin ağırlık kayı plar ı Scaltec SBA53 terazi kullanılarak toplam kaybın yüzdesi cinsinden belirlenmiştir.

Muz örneklerinin duyusal değerlendirmesi Ege Üniversitesi Gıda Mühendisliği Bölümündeki, yaşlar ı 18-40arasında değişen çalışanlardan ve öğrencilerden oluşan 6 kişilik panel taraf ından gerçekleştirilmiştir. ÇalışmadaAltuğ ve Elmacı (2005)’da verilen sıralama testi kullanılmış ve duyusal değerlendirme 2 tekrar olarak uygulanmıştır. Sonuçlar Altuğ ve Elmacı (2005)’da verilen %5 önem düzeyinde gerekli sıralama toplamlar ı (p<0.05) tablosu ile değerlendirilmiştir.Çalışmada objektif ve subjektif analizler sonucu elde edilen bulgular EXCEL programı kullanılarak %95 güven

aralığında varyans analizi kullanılarak değerlendirilmiştir.

Bulgular ve Tartışma

C Vitamini Tayini

Oda sıcaklığında ve buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerinin süreye bağlı olarak C Vitaminimiktar ındaki değişimler Şekil 1.1 ve 1.2’de görülmektedir. Buzdolabında muhafaza edilen muzlarda %5 ve %10oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş örneklerde C Vitamini değerinin ilk 4 gün içerisinde pek fazladeğişmediği ancak 4. günden itibaren hızlı bir düşüşe geçtiği ve genel olarak azalmaya devam ettiğigözlenmiştir. Kontrol örneğinde ise ilk günden itibaren hızlı bir düşüş gözlenmiştir.




274

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

0 10 20 30 40

Süre ( gün )

C v i t a m i n i ( m g / 1 0 0 m l )

Kontrol

5%

10%

Şekil 1.1. Buzdolabında (+4°C) muhafaza edilmi ş muz örneklerinin C Vitamini de ğ erlerinin zamana göre

de ğ i şimi

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

0 10 20 30

Süre ( gün )

C v i t a m i n i ( m g / 1 0 0 m l

)

Kontrol

5%

10%

Şekil 1.2. Oda sıcakl ı ğ ında muhafaza edilmi ş muz örneklerinin C Vitamini de ğ erlerinin zamana göre de ğ i şimi

Örneklerin C vitamini değerlerine uygulanan varyans analizi sonucunda örneklerin C vitamini değerleri arasındaörnekler itibariyle istatiksel anlamda önemli (p<0.05) bir farklılık olduğu saptanmıştır. Kontrol örneğinin Cvitamini değerlerinin diğer örneklere göre daha düşük olduğu gözlenmiştir. Oda sıcaklığında muhafaza edilenmuz örneklerin C vitamini değerlerinin ilk günden itibaren hızlı bir düşüşe geçtiği ancak kontrol örneğindekidüşüşün daha fazla olduğu gözlenmiştir.

Yapılan varyans analizi sonucunda oda sıcaklığında muhafaza edilen muzlar ın C vitamini değerleri arasındaörnekler itibariyle istatiksel anlamda önemli (p<0.05) bir farklılık olduğu saptanmıştır. %10 oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş örneklerin C vitamini değerlerinin diğer örneklere göre daha yüksek, kontrol örneklerininC vitamini değerlerinin ise daha düşük olduğu gözlenmiştir.

Suda Çözünür Toplam Kuru Madde Miktarı

Oda sıcaklığında ve buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerinin süreye bağlı olarak suda çözünür toplamkuru madde miktar ındaki değişimler Şekil 1.3 ve 1.4’de görülmektedir.




275

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0 10 20 30 40

Süre ( gün )

B r i x °

Kontrol

5%

10%

Şekil 1.3. Buzdolabında (+4°C) muhafaza edilmi ş muz örneklerinin suda çözünür toplam kuru madde

miktarlar ının zamana göre de ğ i şimi

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

0 10 20 30

Süre ( gün )

B r i x °

Kontrol

5%

10%

Şekil 1.4. Oda sıcakl ı ğ ında muhafaza edilmi ş muz örneklerinin suda çözünür toplam kuru madde miktarlar ının

zamana göre de ğ i şimi

Yapılan varyans analizi sonucunda hem oda sıcaklığında, hem de buzdolabında muhafaza edilen muzlar ınSÇKM değerleri arasındaki fark ın örnekler itibariyle istatiksel olarak önemli (p<0.05) olmadığı ortaya çıkmıştır.

Sertlik Analizi

Oda sıcaklığında ve +4°C’de muhafaza edilen muz örneklerinin süreye bağlı olarak sertlik miktar ındakideğişimler Şekil 1.5 ve 1.6’de görülmektedir.

Hem oda sıcaklığında, hem de buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerinin batma derinliği değerlerininsüreye bağlı olarak doğrusal bir artış gösterdiği gözlenmiştir. Yapılan varyans analizi sonucunda örneklerin

batma derinliği değerleri arasında örnekler itibariyle istatiksel olarak önemli (p<0.05) bir farklılık olduğusaptanmıştır. Hem oda sıcaklığında, hem de buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerinde kontrol örneğinin

batma derinliği değerlerinin diğer örneklere göre daha fazla olduğu gözlenmiştir.




276

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

0 10 20 30 40

Süre ( gün )

B a t m a D e r i n l i ğ i ( m m )

Kontrol

5%

10%

Şekil 1.5. Buzdolabında (+4°C) muhafaza edilmi ş muz örneklerinin sertlik miktarlar ının zamana göre de ğ i şimi

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

0 10 20 30

Süre ( gün )

B a t m a D e r i n l i ğ i ( m m

)

Kontrol

5%

10%

Şekil 1.6. Oda sıcakl ı ğ ında muhafaza edilmi ş muz örneklerinin sertlik miktarlar ının zamana göre de ğ i şimi

Renk Analizi

Hem oda sıcaklığında, hem de buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerinin belirli aralıklarla ölçülen L, a, bdeğerleri kullanılarak toplam renk fark ı (ΔE) değerleri hesaplanmıştır. Yapılan varyans analizi sonucundamuzlar ın ΔE değerleri arasında örnekler itibariyle istatiksel olarak önemli (p<0.05) bir farklılık olduğusaptanmıştır. Kontrol örneklerinin renk değişimlerinin diğer örneklere göre daha fazla olduğu gözlenmiştir.

Ağırlık Kaybı Miktarı

Oda sıcaklığında muhafaza edilen muzlarda yapılan varyans analizi sonucunda örneklerin ağırlık kaybı değerleriarasında örnekler itibariyle istatiksel olarak önemli (p<0.05) bir farklılık olduğu saptanmıştır. Kontrolörneğindeki ağırlık kaybının daha fazla olduğu gözlenmiştir. Buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerinde

ise yapı

lan varyans analizi sonucunda örneklerin ağı

rlı

k kaybı

değerleri arası

nda örnekler itibariyle istatikselolarak önemli (p<0.05) bir farklılık olmadığı saptanmıştır.

Duyusal Değerlendirme

Hem oda sıcaklığında, hem de buzdolabında muhafaza edilen muz örneklerine yapılan duyusal değerlendirmesonucunda benzer sonuçlar elde edilmiş ve % 10 KMnO4’lı zeolit içeren örnekler 1. ve 2. hafta doku açısındandaha sert bulunmuş, kontrol örnekleri ise 1. hafta doku açısından en yumuşak örnek olarak saptanmıştır. 2. haftaise % 5 KMnO4’lı zeolit içeren örnekler ile kontrol örnekleri arasında önemli bir fark saptanamamıştır. Renk açısından yapılan duyusal değerlendirme sonucunda % 10 KMnO4’lı zeolit içeren örneklerin 1. ve 2. hafta renk kalitesinin diğer örneklere göre daha iyi olduğu saptanmıştır. Ayr ıca panelistlerin % 95 olasılıkla % 10 KMnO4’lı zeolit içeren muzlar ı tercih ettikleri belirlenmiştir.

SONUÇ




277

Kontrol, %5 ve %10 oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş muzlar ın C vitamini değerleri zamanla azalmış vevaryans analizine göre C vitamini değerleri arasında örnekler itibariyle önemli bir farklılık olduğu saptanmıştır (p<0.05). %10 oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş örneklerin C vitamini değerlerinin kontrol örneklerinegöre daha yüksek olması, KMnO4 emdirilmiş zeolit ile paketlemenin muzlar ın C vitamini kayı plar ını azalttığını göstermektedir.

KMnO4 emdirilmiş zeolitlerle paketlemenin hem oda sıcaklığında, hem de buzdolabında muhafaza edilenmuzlar ın SÇKM değerlerine etkisi olmadığı belirlenmiştir.

Kontrol, %5 ve %10 oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş muz örneklerinin batma derinliği değerleriarasında örnekler itibari ile önemli bir farklılık olduğu saptanmış (p<0.05) ve KMnO4 emdirilmiş zeolitlerle

paketlemenin örneklerinin sertliği üzerinde olumlu etki yarattığı gözlenmiştir.

Kontrol, %5 ve %10 oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş +4°C’de ve oda sıcaklığında muhafaza edilenmuz örneklerinin L, a, b ve ΔE değerleri arasında örnekler itibari ile önemli bir farklılık olduğu saptanmıştır (p<0.05). Muz örneklerinin ΔE değerleri incelendiğinde hem +4°C’de hem de oda sıcaklığında muhafaza edilenmuzlarda kontrol örneklerinin renk değişimlerinin diğer örneklere göre daha fazla olduğu gözlenmiştir.KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş muz örneklerinin renk değişiminin kontrol örneklerine göre daha az olması,KMnO4’lı zeolit ile paketlemenin ürünün renk kalitesini olumlu yönde etkilediğini göstermektedir.

Kontrol, %5 ve %10 oranında KMnO4’lı zeolit ile paketlenmiş +4°C’de muhafaza edilen muz örneklerininağırlık kaybı değerleri arasındaki fark ın örnekler itibariyle önemli olmadığı saptanırken (p<0.05); bu fark ın odasıcaklığında muhafaza edilen muz örnekleri arasında önemli olduğu saptanmıştır (p<0.05). % 10 KMnO4’lı zeolitile paketlenen oda sıcaklığında muhafaza edilen muz örneklerindeki ağırlık kaybının diğer örneklere göre dahaaz olduğu gözlenmiştir.

Yapılan duyusal değerlendirme sonucunda muz örneklerinde %10 oranında KMnO4 emdirilmiş zeolitlerle paketlenen örnekler diğer örneklere göre daha sert bulunmuştur. Deneysel sonuçlarda da muz örnekleri için batma derinlikleri arasındaki fark istatiksel olarak önemli bulunmuş ve kontrol örneğinin batma derinliğinindiğer örneklere göre daha fazla olduğu gözlenmiştir. Örnekler renk kalitesi açısından duyusal olarak değerlendirildiğinde, %10 KMnO4’lı zeolit içeren örneklerin renk kalitesi daha iyi bulunmuştur. Deneyselsonuçlarda da muz örneklerinin renk değişimleri arasında istatiksel olarak önemli bir fark saptanmış ve kontrol

örneklerindeki renk değişiminin diğer örneklere göre daha fazla olduğu gözlenmiştir. Ayr ıca yapılan duyusaldeğerlendirme sonucunda panelistler % 95 olasılıkla % 10 KMnO4’lı zeolit içeren muzlar ı tercih etmişlerdir.

Yukar ıdaki sonuçlar ın ışığında çalışma değerlendirildiğinde KMnO4 ile paketlemenin muzlar ın bazı kalitekriterlerini olumlu olarak etkilediği, bazılar ında ise etkili olmadığı ortaya çıkmaktadır. Çalışmada kullanılanmuzlarda C vitamini kaybını azalttığı, sertliği olumlu etkilediği belirlenmiştir. Oda sıcaklığında muhafaza edilenmuzlarda ağırlık kaybını azaltırken, hem +4°C’de hem de oda sıcaklığında muhafaza edilen muzlar ın rengini deolumlu olarak etkilemektedir.

KAYNAKLAR

Altuğ, T. ve Elmacı, Y., 2005, Gıdalarda Duyusal Değerlendirme, Meta Basım, İzmir, 50-54 AOAC, 1995, Ascorbic Acid in Vitamin Preparations and Juices 2,6-Dichloroindophenol Titrimetric Method,

Official Method 967.21

Anonim, 1996, Diğer Endüsti Mineralleri Çalışma Grubu Raporu, T.C. Baş bakanlık Devlet Planlama Teşkilatı Müsteşarlığı Yayın No: DPT:2421 – ÖİK 480, Cilt 1, Mart 1996,http://ekutup.dpt.gov.tr/madencil/sanayiha/oik480c1.pdf

Karaçalı, İ., 2004, Bahçe Ürünlerinin Muhafaza ve Pazarlanması, Ege Üniversitesi Basımevi, İzmir,51-99.

Özdemir, M. and Floros, J.D., 2004, Active food packaging technologies, Critical Reviews in Food Scienceand Nutrition, 44:185-193.

Peiser, G., Suslow, T.V., 1998, Factors Affecting Ethylene Adsorption by Zeolite:The Last Word (from us), Perishables Handing Quarterly, 95:17-19.




278

Rooney, M.L., 1995, Overview of active food packaging, Active Food Packaging , Rooney, M.L., ed., BlackieAcademic and Professional, London, 1-3.

Saltveit, M.E, 1999, Effect of ethylene on quality of fresh fruits and vegetables, Postharves Biology and Technology, 15:279-292.

Üçüncü, M., 2000, Gıdalar ın Ambalajlanması, Ege ÜniversitesiBasımevi, İzmir 4s.

Vermeiren, L., Devlieghere, F., Beest M., Kruijt, N. and Debevere, J., 1999, Developments in active packaging of foods, Trends in Food Science & Technology,10:77-80.

Yaşyerli, S., Ar, İ., Doğu, G. and Doğu, T., 2002, Removal of hydrogen sulfide by clinoptilolite in a fixed bedadsorber, Chemical Engineering and Processing, 41:785-786.

Wills, R., McGlasson, B., Graham, D., Joyce, D., 1998, Postharvest, UNSW Press Ltd., Newyork, 42-45p.




279

OTURUM XGIDA UYGULAMALARI II

Hasat Sonrası Ön Soğutma ve Soğuk Depolama Tasarım ParametleriTuran ERKAN

Bazı Sebzelerin Özgül Isılarının Sıcaklığa Bağlı Olarak Değişiminin İncelenmesiSeher KUYUMCUOĞ LU – Ş ebnem TAVMAN

Gıda Muhafazasında BRC Standardındaki Gelişmeler Hakan SEMERC İ




280

HASAT SONRASI ÖN SOĞUTMA VE SOĞUK DEPOLAMATASARIM PARAMETRELER İ

Turan ERKAN

Makina MühendisiTERKAN Isı San. ve Tic. Ltd. Ş ti.

KOSB 37 Sk. No:11 Ulucak 35170 Kemalpa şa- İ ZM İ R

1.GİR İŞ Hasat sonrasının basit olarak anlamı ürünün toplandıktan sonraki durumudur. Bu noktadan sonra ürüne yapılacak muamele ne kadar süre ile muhafaza edilebileceğini belirler.Ürünün pazara en iyi kalitede gelebilmesi için hasat sonras ı muamele, üretici ve nakliyecinin yapabileceği ikinciönemli işlemdir. Üreticinin yapabileceği en önemli işlem ise kaliteli ürünü yetiştirmektir. Unutulmaması gerekengerçek şudur: Ne ekersen onu biçersin!

Çiftçiler ve üreticiler en iyi tohumu, gübreyi ve sulamayı seçmek için uzun araştırmalar yaparlar ama gerçekte pek çok durumda hasat sonrası kalitede soğuk zincirin k ır ıldığı nokta önemlidir. Hasat sonrası ön soğutması yapılmış, doğru muhafaza edilmiş ve ideal şartlar altında nakledilmiş vasat bir ürünün pazara ulaştığında kalitesi,çok kaliteli olarak üretilip de hasat sonrası doğru muamele edilmeyen ürününkinden fazladır. Bu sebepleüreticilerin yetiştirdikleri ürünün hasat sonrası muamelesi konusunda bilgi sahibi olmalar ı gerekmektedir.Başar ılı bir hasat sonrası muamele programında ön soğutma ve soğuk muhafazanın önemi büyüktür.Araştırmalar, bazı ürünler için, hasat sonrası ön soğutmanın bir saatlik geçikmesinin pazardaki raf ömrünü bir gün k ısalttığını ortaya koymuştur. Ürün hasadından tüketimine kadar geçen sürede üründe kalite ve ağırlık kaybının olacağı kaçınılmaz bir gerçektir. Fakat bu kayı plar azaltılabilir. Bunun için, bozulmaya sebeb olan

biyolojik ve çevresel faktörler anlaşılmalı ve bu etmenlerin etkisini minimuma indirebilecek hasat sonrası metoduygulanmalıdır.

Taze sebze ve meyvelerin hasat edilseler bile fizyolojik ve patolojik olarak yaşayan canlılar olduğuunutulmamalıdır. Ürün hasattan sonra devam eden bir bozulma evresine girer ve başar ılı bir pazarlama

bozulmaya sebep olan işlemi yavaşlatmaya bağlıdır. Bu işlem ve değişiklikler taze sebze ve meyvelerdetamamen durdurulamaz ama belirli oranlarda yavaşlatılabilir. Bozulmayı veya yaşlanmayı yavaşlatmanın enetkin yolu ürün sıcaklığının hasat sonrası soğutma ile düşürülmesidir. Bozulmaya müsait ürünlerin ömürlerienzim adı verilen büyük protein moleküllerinin katalitk aktiviteleri ile ayarlanır. Enzimler sıcağa duyarlıdırlar veaktiviteleri her 18°F'lık sıcaklık artışı için 2 ila 4 kat artar. Sonuçta sıcaklığı düşürerek raf ömrünüuzatabilirsiniz.

İkinci önemli etmen de dehidrasyon da denilen su veya nem kaybıdır. Su kaybı kendini pörsüme ve buruşmaşeklinde gösterir. Bu %4-5’lik bir ağırlık kaybında bile meydana gelebilir. Su kaybı buharlaşma şeklindeolduğundan %90 ve üzerindeki bağıl nemli ortam su kaybını azaltır ve pazara daha kaliteli bir ürün sunmanızı

sağlar.Hasat sonrası soğutma denildiğinde iki temel alan ifade edilmektedir. Birincisi ön soğutma, ikincisi soğuk muhafazadır. Çoğu zaman ürünün ön soğutması yapılı p pazarlanacağı yere nakledilir, diğer durumlarda ürünsoğutulur ve soğuk depolarda birkaç ay muhafaza edilir.

Ön soğutma, üretim yerine uzaktaki pazarlara ulaşmak, raf ömrünü uzatmak ve tüketiciye daha kaliteli ürünsunmak isteğinde söz konusu olur. Ürün pazara yak ın bir yerde yetişiyorsa soğutmanın önemi azalır.

Üreticinin ürününü depolamadaki amacı, pazarlama süresini uzatmak, tatil dönemleri için stok yapmak, üretiminfazla olduğu dönemlerde fiyat düşüşlerini önlemek veya dış pazarlara açılabilmektir.

1.1. Ön SoğutmaBir ön soğutma programı seçilmeden önce ürünün muhafaza sıcaklığı ve pazarlama şartlar ı çok iyianlaşılmalıdır. Soğutma tesisi planlanırken en ufak bir değişiklik soğutma sürecini ve depodan çıkan ürünün




281

kalitesini etkileyebileceğinden, ürünle ilgili bütün muameleler dikkate alınmalıdır. Paketleme ve paket cinsiürünün soğumasını, paletle yapılan yüklemenin de soğuk hava dolaşımını, dolayısı ile soğuma süresinietkileyebileceği unutulmamalıdır.

Günümüzde kullanılmakta olan pek çok ön soğutma metodu vardır ve her birinin ürüne göre ayr ı kullanım alanı vardır. En fazla kullanılan ön soğutma metodlar ı:

1. Oda Soğutması (Room Cooling)2. Zorlanmış Hava Ak ımı ile Soğutma (Forced Air Cooling)3. Su ile Soğutma (Hydro Cooling)4. Paket Buzlama (Package-Icing)5. Vakumla Soğutma (Vacuum Cooling)6. Nakliyede Soğutma (Transit Cooling)

1.1.1. Oda Soğutması

Oda soğutması nihai soğutma olarak kabul edilmiştir ve pek çok ürün için yaygın olarak kullanılmaktadır, fakatçoğu ürün için yavaş bir soğutma sistemidir. Bu soğutmada ısı ürünün kütlesinden konveksiyon yolu ile ürünetraf ında dolaşan havaya transfer olur. Soğutma hızı paletlerin tek sıra halinde aralar ında belli bir boşluk

bırak ılarak yüklenmesi ile arttır ılabilir fakat bu da yer kaybına neden olmaktadır. Soğutma hızını arttırmak için

oda içine daha büyük fanlar yerleştirerek hava dolaşım hızı arttır ılabilir, fakat bu da motorlardan gelen ısı kazancının artmasına neden olacaktır. Bir diğer yol da soğutucu havanın palet sıralar ı arasında dolaşımını sağlayacak dikey hava kanallar ı açmaktır.

Bu tür soğutma hem atmosfer kontrollü odalarda hem de soğuk odalarda kullanılmaktadır. Bu tarz yapılanmahavayı paletlerin arasına yönlendirmek için yar ıklı duvar gerektirmektedir.

1.1.2. Zorlanmış Hava Ak ımı ile Soğutma

Bu tarz soğutmada hava ürün istifleri arasından üflenir veya emilir. Bu, ürün etraf ında daha fazla hava dolaşımı ve daha hızlı bir soğuma demektir. Daha hızlı soğuma, ürün başına düşen hava miktar ını arttırarak sağlanabilir.Bu fan kapasitesini arttırarak veya sandıklar ın hava geçiş aralıklar ını genişleterek sağlanabilir. Soğuma hızını arttırmanın diğer yolu hava sıcaklığını düşürmektir fakat bu yol daha fazla soğutma kapasitesi gerektirir. Ayr ıca

pek çok ürün için en düşük hava sıcaklığı 32°F olmalıdır.

Zorlanmış hava ak ımı ile soğutmada en yaygın kullanılan yükleme şekli, paletler arası 24''-36'' olacak şekilde boşluklu olanıdır. Paletlerin üstü ve iki sıranın önü perde ile örtülmelidir. Hava kartonlar arasından, ürününüzerinden ısıyı alarak geçmelidir. Bu yolla pek çok ürün soğutulabilir. Önemli olan havalandırmayı iyi şekildesağlayacak kutular kullanmaktır. Havalandırma deliklerinin şekilleri farklı olabilir.

1.1.3. Su İle Soğutma

Bu sistemde mekanik soğutma sisteminden veya buz bloğundan elde edilen soğuk su, ürün üzerinden ak ıtılır. Bumetod ıslanmaya dayanıklı ürünlerde kullanılabilir, aynı zamanda ürünün saklandığı kutular iyi havalandır ılmalı ve suya dayanıklı olmalıdır. Bu da maliyeti arttırmaktadır. Su ile soğutma kolilerde, karton kutularda veyadökme ürünlerde uygulanabilir.

Flow-through tip sulu soğutucular ürünü su duşunun altından bir bant üzerinden geçirir. Batch tip soğutucular ürün üzerine buzlu suyu sürekli f ışk ırtarak soğutma işlemi gerçekleştirirler. Her iki tip de günlük temizlikleriyapılabilecek şekilde tasarlanmalıdır.

Soğutma hızını artırmak için su sıcaklığı düşürülebilir, suyun dolaşım hızı arttır ılabilir ve ürünün su ile teması arttır ılabilir.

1.1.4. Paket Buzlama

Yalnız buzlu su ile temasa dayanabilen ürünlere uygulanabilen çok eski bir metottur. Buzla direk temas sırasındakondüksiyon yollu ısı transferi ile hızlı bir soğuma olur. Buz eridikçe oluşan hava boşluğu ile kondüksiyonla ısı transferi başlar. Konveksiyonal paket buzlamada paketli ürünün üzerine buz parçalar ı veya dilimleri yerleştirilir.




282

Daha güncel bir metod sıvı-buzlama'dır. Sıvı-Buz %60 buz, %40 sudan oluşan buzlu su kar ışımıdır, bu buzundaha iyi ve düzgün olarak dağılı p yerleşmesini sağlar. Kullanılacak buz miktar ı, ürünün ağırlığına, ilk sıcaklığınave nakliye sırasındaki ortam sıcaklığına bağlıdır.

Buzu kartonlar ın içine yerleştirmek için pek çok yol vardır, bazı yerlerde elle tutulan bir püskürtücü ile buzdoldurulur, bazı yerlerde paletli ürün kutular ındaki deliklerden buzun içeri girmesi için basınç altında bırak ılır.

1.1.5. Vakum ile Soğutma

Vakum soğutma buharlaşma sırasında oluşan ısı transferi prensibine dayanır ve sadece yapraklı ürünlerde,kereviz, karnı bahar, bazı tatlı mısır, havuç ve tatlı biberlerde kullanılabilir. Soğuma süresi ürünün yüzey alanınınhacmine oranına bağlıdır. Bu sebeble yapraklı sebzeler karnı bahar ve kerevizden daha hızlı soğurlar.

Ürün hava geçirmeyen çelik vakum tüpüne konulur. Atmosferik basıncı azaltmak için hava dışar ı emilir, bu basınç düşmesi ürünün içindeki suyun buharlaşmasına sebep olur. Vakum tanklar ı farklı boyutlarda olabilirler.Vakum tüpü, tüpe bağlı bir soğutma sistemine gereksinim duyarlar. Ürün büyük bir kapıdan tüpün içine tek veyaçift taraftan yerleştirilir ve hareketli bir bant ile ileri geri hareket ettirilebilir.

Soğutma sürecinde ürün sıcaklığının her 11°F’lik düşüşünde temelde su olarak %1 oranında ağırlık kaybı olur.

İlk tesis maliyeti yüksek ve kullanılabildiği sezon k ısa olduğu için pek çok vakum soğutucusu mobildir.

1.1.6. Nakliyede Soğutma

Bazı ürünler nakliye sırasındaki soğutma ihtiyacına göre nakliyeden önce soğutulmaz veya k ısmen soğutulurlar. Nakliyede soğutma mekanik soğutma, buz serme, nitrojen buharlaştırması veya bunlar ın birleşimini içerebilir.

Nakliyede soğutma yoğun yüklemelerin olduğu durumlarda kullanılmaz, bu sebeble soğutma sistemlerine bir alternatif teşkil etmez.

İyi ve etkili bir hasat sonrası muamele için ürünün muhafaza şartlar ı ve mümkün olan soğutma metodlar ı çok iyi bilinmelidir.

1. Başar ılı pazarlama için hızlı soğutma ve uygun muhafaza sıcaklığı önemlidir.

2. Ön soğutma ürün muhafaza sisteminin bir parçasıdır. Ürüne yapılan muamelelerin soğuma hızınaetkisi dikkate alınmalıdır.

3. Ön soğutma ve soğuk muhafaza şartlar ı ve gereksinimleri farklıdır. Bunlar ı iki ayr ı sistem olarak değerlendirmelisiniz.

4. Farklı hızlı soğutma oranlar ı veren pek çok sistem vardır, önemli olan bu sistemlerin prensiplerinianlayarak en etkin olanını kullanmaktır.

5. Tarla silolar ı ve sık yerleştirilmiş kartonlar ı soğuma işlemini zorlaştırmaktadır. Var olan sistemleriniyi tasarlanması veya değiştirilmesi bu zor şartlar altında daha iyi bir soğuma sağlanabilir.

6. Soğuma hızı, havanın iyi kullanımı (yönetimi), karton kutu tasar ımı ve paletli yükleme şekilleri ilearttır ılabilir.

7. Daha hızlı bir ön soğuma için yapılacak ek harcamalar bütün tesis için harcananın yanında pek fazla olmayacaktır.

1.2. PlanlamaGenel;Araştırma gereksinim ve ihtiyaçlar ı.

A. Soğutma metodu soğutulacak ürüne uygun olmalıdır.B. Ürünün yoğunluğu ve boyutlar ı soğuma hızını etkileyecektir.C. Ürünün son sıcaklığı soğuma hızını ve süresini etkileyecektir.D. Günlük soğutulacak miktar tesis büyüklüğü ve gücünü etkileyecektir.E. Daima gelecekte olabilecek kapasite arttır ımlar ı göz önünde bulundurulmalıdır.

1.3. Paketleme1. Nakliye için kullanılan kutular veya koliler soğuma hızını etkileyecektir.2. Kartonon cinsi soğutma metoduna uygun olmalıdır. Su ile soğutma yapılacak ise karton

mumlanmalıdır. Hava soğutmalı sistemlerde kutu üzerine hava geçişini sağlayacak delikler

olmalıdır.3. Karton delikleri yükleme sırasında birbirlerini kar şılamalıdır ki hava dolaşımı sağlanabilsin.




283

1.4. Soğutucu Tasarımı 1. İyi bir soğutucu tasar ımı, soğutulacak ürünün ihtiyaçlar ını kar şılayabilecek bir mühendislik

gerektirmektedir.2. İstenilen işe uygun soğutma sistemini seçin. Sadece ilk tesis masraflar ını değil, günlük çalışma

masraflar ını, işçilik, bak ım ücretleri, karton kutu ve nakliye sandıklar ının maliyetini de dikkate alın.

3. Binanın tasar ımı da çok dikkat gerektirmektedir. Dikkat edilecek husular şunlardır;A. Bina izolasyonuB. IşıklandırmaC. Kamyon yükleme ve fork lift kapılar ı D. Isı kazancını azaltmak için şerit perde kapılar E. Zemin yapısı F. Forklift tipiG. Bak ım kolaylığı H. Raf kullanımı ile depolama kapasitesini arttırma

Önemli olan ihtiyaçlar ı bilmek ve bunlara tam olarak kar şılık verecek sistemi kurmaktır. Bir kere bilgiyi toplayı pkullanıma koyduğunuzda ürününüzün kalitesi çok daha iyi olacaktır.

2. ÖN SOĞUTMA TESİSİN PLANLANMASI VE TASARIMIPlan veya tasar ımdan önce soğutma sisteminin ihtiyaçlar ından bahsetmek faydalı olacaktır.Birinci olarak, hatırlayacağınız gibi bütün sebze, meyve veya bahçe ürünleri tüketilene veya işlenene kadar canlı varlıklardır. Bu da hasat ile tüketim arasındaki süreç ne kadar uzarsa soğutmanın önemi de o derece artar demektir.

Hasattan sonraki muamelenin amacı daha uzak pazarlara ulaşmak, muhafaza süresini uzatmak ve tüketiciyeistediği kalitede ürünü sunmaktır.

Bu sebeple daha düzgün ve hızlı soğutma gerekmektedir. Hasat sonrası ürünün tarla sıcaklığının alınmadığı her zaman dilimi ürünün raf ömrünün k ısaltmaktadır. Bunun sebebi ürün hücrelerinin yüksek sıcaklıklarda daha hızlı

bozulmasıdır, bir ürünün bahçe iç sıcaklığının 90°F veya üzerinde olduğunu unutmayınız.Hasat sonrası soğutma ile;

1. Solunum ısısı azalır.2. Su kaybı azalır.3. Çürümeye sebeb olan mikroorganizmalar ın üremeleri azalır.4. Yaralanma etkileri azalır.5. Etilen üretim oranı azalır.

Bu konulara odaklandığımızda amacımıza ulaşı p, daha uzak pazarlara ürün gönderebilir, muhafazasüresini uzatabilir ve tüketicinin istediği kaliteyi sunabiliriz.

Soğutma sistemine olan ihtiyaç belirlendikten sonra, ihtiyaç olan sistemin tipi ve büyüklüğüne karar verilmelidir.Öncelikle yaygın olarak kullanılan soğutma metodlar ına bir göz atalım;

1. Oda soğutması 2. Zorlanmış hava ak ımı ile soğutma3. Su ile soğutma

4. Paket buzlama5. Vakum soğutmaDaha sonra soğutulacak ürün incelenmeledir.1. Soğutma metodu ürüne uygun olmalıdır. Genel olarak meyveler zorlanmış hava ak ımı ile en iyi

soğurlar. Kök ve saplar su ile yapraklı sebzelerde vakumla en iyi şekilde soğurlar.2. Ürünün büyüklüğü, boyutlar ı, şekli ve yoğunluğu ürün içindeki ısı transferini etkiler. Küçük

parçalar büyüklere nazaran daha hızlı soğurlar.3. Ürünün son sıcaklığı soğuma süresini etkiler. Sıcaklık düştükçe süre uzar.4. Birim zamanda soğutulucak miktar soğutma kapasitesini ve maliyeti etkiler. Soğutma kapasitesi

günlük maksimum ortalama değere göre seçilmelidir.5. Gelecekte olabilecek kapasite arttır ımlar ı dikkate alınmalıdır. Sistemi geliştirmek yeniden

yapmaktan çok daha ucuzdur.

2.1. Paketleme




284

1. Nakliye kutular ının ve sandıklar ının tipi soğuma hızını etkiliyecektir ki bu da soğutucunun veriminietkilemek demektir.

2. Paketleme malzemeleri soğutma verimini etkiliyecektir. Soğutma verimi ambalaj malzemelerininkalınlaşı p sık ılaşması ile azalır. İyi havalandırma ve delikli ambalajlar verimi arttır ır. Ambalajdelikleri ile kutu veya sandık delikleri iyi bir hava dolaşımı için birbirlerini kar şılamalıdırlar.

3. Kutu veya sandıklar ın havalandırması, yükleme yüksekliği, yükleme şekli soğutma sürecinde

önemlidir. Sandığın delikleri ile havalandırma yar ıklar ı hızlı bir soğutma için birbirlerine uygunolmalıdır. Yükleme yükseklik ve şekilleri havalandırmayı en az etkileyecek şekilde olmalıdır.4. Eğer kutu ve sandıklar su ile soğutma veya buzla kaplanarak soğutma için kullanılacak ise suya

dayanıklı hale getirilmelidir ki bu çoğunlukla mumla kaplanarak yapılmaktadır. Bunun getireceğiek masraf, maliyet hesaplar ında göz önünde bulundurulmalıdır.

Buraya kadar soğutma ihtiyacı, soğutmanın önemi ve kullanılmakta olan bazı soğutma metodlar ından bahsettik, bundan sonra soğutma metodunu seçerken dikkat edilmesi gereken hususlara değineceğiz.

2.2. Planlamaİyi bir soğutma sistemi makul bir planlama gerektirir. Planlamada şu hususlara dikkat edilmelidir;

1. Ürünün soğutma metoduna dayanımı Bazı ürünler pek çok yolla soğutulabilirken, bazılar ı için tek yol vardır. (Örneğin çilek ve sofralık üzüm

zorlanmış hava ak ımı ile soğutulmalıdır.)2. Soğutulacak ürünün cinsiBu, ürüne bağlı olarak tek bir metod mu yoksa birkaç metodu birden mi uygulamamız gerektiğini

belirler. Daima geleceğe yönelik düşünmelisiniz. Muhafaza edeceğiniz ürün artı p çeşitlendikçe,seçtiğiniz metod yeni ürünlere ve kapasiteye uygun olacak mı?

3. Tavsiye edilen sıcaklıklar Farklı ürünler için çoğu zaman farklı sıcaklık gerekeceğinden ayr ı odalarda muhafaza edilmelidirler.Örneğin; Bir ürünü 33°F'ta soğutmak için kullanılan hava ak ımlı bir oda domatesleri 55-70°F'tasoğutmak için kullanılırsa ürünler zarar görebilir. Yar ı tropik ürünleri, tropik olmayan ürünler içinhazırlanmış hava ak ımlı depolarda soğutabilirsiniz ama, ürünün sıcaklığı düştükçe kontrol etmenizgerekmekte ve istenilen sınır sıcaklığına geldiğinde ürünü derhal yar ı tropik ürünlerin muhafazaşartlar ına uygun sıcaklıktaki bir depoya aktarmalısınız.

4. Soğutulacak ürünün miktar ı

Ürün miktar ı dendiğinde, günlük soğutulacak miktardan bahsedilmektedir ve önemli olan günlük miktar ıdır. Bazı sistemler az miktarda ürünle istenilen sonucu vermezler.

5. İstenilen soğuma süresiBazı ürünlerin hücre bozulması çok hızlı olduğu için hasattan hemen sonra hızla soğutulmalar ı gerekirken, bazı ürünlerde bozulma yavaş olduğu için soğutma daha yavaş olabilir. Önemli olansoğutmayı k ısa sürede yapmanız değil, soğutma işlemine k ısa sürede başlamanız ve soğutma işlemineistenilen sıcaklığa kadar devam etmiş olmanızdır. Hasat edilen ürünü hemen soğutmaya başlayı p 6-7saatte bitirmeniz, ürünü 6-7 saat beklettikten sonra 1 saatte soğutmanızdan çok daha iyidir. Bu 6-7saatlik bekleme sürecinde ürünün hücreleri düzelmeyecek şekilde hasar görebilir.

6. Ambalaj ve ambalaj malzemeleriSık ıca kapatılmış tüketici paketindeki, hava almayan nakliye kutu veya sandıklar ındaki ürünler kolaycasoğumazlar. Kutu veya sandık içinde poşetlenmiş, sar ılmış olan ürünlerde kolayca soğumazlar. Örneğinkağıtla sar ılmış bazı ürünlerin soğuması sar ılmamışlara nazaran iki kat fazla zaman almaktadır. Su ile

veya buzlu soğutmada ambalajın suya dayanıklı olmasına dikkat edilmelidir.7. Kutu veya sandık yükleme düzenleri

Hava veya su, paket veya kartonlar ın içinde düzgün olarak akabilmelidir. İstenilen zaman içinde işlemitamamlamak istiyorsanız yükleme şekilleri, ak ışı engelleyecek şekilde olmamalıdır.

8. Soğutma metounun uygunluğuHali hazırda bir soğuk odanız var ise bunu zorlanmış hava ak ımlı bir odaya çevirmek mümkündür.Soğutmanın yapıldığı yerdeki kullanıma uygunluk, kullanılacak soğutma tipini ve hatta boyutlar ını sınırlayacaktır. Su ile soğutmalı sistemler, temiz su kaynağı ve kullanılan suyun boşlatılabileceği yer gerektirmektedir.

9. Soğutma sezonunun uzunluğuBütün soğutma sistemleri hareketli ve elbetteki sabit yapılabilir. Hangisinin kullanılacağı sezonunuzunluğuna bağlıdır. Uzun sezonlar için sabit tesisler iyidir. Farklı coğrafyalarda üst üste gelen sezonuolmayan üreticiler hareketli sistemi kullanabilirler. Bu durum her nokta için izoleli, sanki sabit bir

tesismiş gibi donatılmış bir tesis bulunmasını zorunlu k ılmaktadır.10. Kendi soğutma tesisine olan ihtiyacımız




285

Bu bir tesisin kurulma aşamalar ında pek çok defa sorulması gereken bir sorudur. Pek çok küçük üreticiile bir araya gelerek bir tesis kurmanız daha ekonomik olabilir, veya bu işi kiralama ile yapabilirsiniz.Kendi tesisinizi kuracak iseniz civar ınızda soğutma ihtiyacı olan diğer üreticileri de dikkate alın. Buetmenler göz önüne alındığında küçük ve orta ölçekli üreticiler hava ak ımlı, su soğutmalı ve paket

buzlamanın kendileri için en uygun soğutma sistemi olduğuna karar vermektedirler.2.3. Tasarım

Uygulaması yapılacak bir soğutucu tasar ımında dikkate alınacak hususlar;1. Yer seçimi2. Tesis büyüklüğü3. Yapı Tipi (İnşaat tipi)4. İzolasyon5. Trafik ak ışı 6. Forklift seçimi7. Soğutma sistemi8. Hava muamele sistemi

2.3.1. Yer Seçimi

Yer seçiminde üretim alanlar ı ile tesis uzaklığı dikkate alınmalıdır. Basit etmenler olan drenaj, kaynaklar ın

kullanımı, genişlemeye uygunluk dikkat edilecek hususlardır. Drenaj, meyil, kanal vb. ile sağlanmalıdır. Yoğunsağnak yağış altında bile tesiste yükleme boşaltma yapılabilmelidir.

2..3.2 Tesis BüyüklüğüTesis, bir günde soğutulacak ürünü ve muhafaza edilecek ürünü alabilecek büyüklükte olmalıdır. Bazen birkaçgünlük ürünün muhafazası gerekebilir.

Taban alanı, gerekli hacmin içinde yapılacak yükleme yüksekliğine bağlıdır. Ürünün ön soğutmadan sonra pakete konulduğu ve paketlerin üst üste yüklendiği kabul edilirse gerekli olan taban alan yar ı yar ıya azalmış olur.

Pek çok ürün ambalajı nedeni ile üst üste yükleme yapmaya uygun değildir. Bu durumda paletli yükleme yolu ileiki palet üst üste konularak alan ihtiyacı yar ıya indirilebilir.

Alan hesabı, paletli ürün dışında ana koridor ve hava boşluklar ı da düşünülerek yapılmalıdır. Genelde tesisgölgelikli yükleme-boşaltma alanına da sahip olmalıdır. Alım alanından ürün ön soğutma odasına alınır, dahasonra ürün soğuk muhafaza odalar ına veya kamyona yüklenir.

İyi bir tesiste yükleme odası da bulunmalıdır. Kamyon bu odada bulunan sızdırmaz kapılara arkadan yaklaşarak yükleme-boşaltmayı yapmalıdır.Yükleme odasında da soğutma sistemi bulunmalıdır ki soğuk depodan çıkan ürün üzerinde su yoğunlaşması olmasın. Nakliye odası sıcaklığının soğuk deponunki kadar düşük olmasına gerek yoktur ama çiğ noktası enazından soğuk deponun çiğ noktasına eşit olmalıdır.Tesiste makine ve ofisler için de yer düşünülmelidir.

2.3.3. Yapı (İnşaat) TipiUygun tasar ım ve dikkatli bir inşaat ile hemen hemen her yapı soğuk depo tesisi amaçlı kullanılabilir. Bu, metal

karkaslı binalar, ağaç karkaslı binalar, betonarme, briket, beton panelli, tuğla, hatta toprakla yapılan binalar ı içermektedir.İnşaat tip seçiminde en önemli etmen hiç süphesiz ki maliyettir. Buhar tecridi, bak ım kolaylığı ve bazende dış görünüş önemlidir.

2.3.4. İzolasyonİnşaat tipi ve izolasyon malzemesinin bulunması kolaylığı kullanılacak malzemeyi belirleyen hususlardır.İzolasyon malzemesi ısı ak ımına kar şı olan direncine (R) göre seçilmelidir.Çatı bütün gün güneşe maruz kalacağı için en büyük ısı kazancının buradan olacağı göz önünde bulundurularak çatıya direnci (R değeri) yüksek izolasyon malzemeleri kullanılmalıdır.

Sıcak bölgelerde tipik bir yapı, çatı için R-30, duvar için R-25 değerine sahip malzeme ile kaplanmalıdır. Bazı

tipik izolasyon tipleri ahşap çerçeve içinde fiberglas izole, tuğla veya beton panel duvarlar ı izole malzemeleri ilekaplamak şeklindedir.




286

Poliüretan paneller, styrapor veya sprey poliüretan izolasyon malzemesi olarak kullanılabilir. Sprey poliüretan bitmiş inşaata direk uygulanabilir. İzolasyon tipi seçimi bina tipine, malzemenin bulunabilirliğine ve tabii kifiyatına bağlıdır.

2.3.5. Trafik ak ışı

Trafik ak ışı tesis içinde güvenli işlem için gereklidir. Forklift hareketi yumuşak olmalı ve ani hareketler içermemelidir ki, bu da düz ilerleme hattı demektir. Düz gidişi, çizgi halinde, "L" şeklinde hatta "T" şeklindeolabilir. Forklift gidiş hatlar ının birbirini kesmemesine ve çak ışmamasına dikkat edilmelidir.

2.3.6. Forklift

Modern tesislerde sandık veya paletle yüklemelerde forkliftin önemi büyüktür. Forklift seçiminde deponun havadeğişiminin çok az olduğu kapalı bir mekan olduğu unutulmamalıdır. Elektrikli veya akülü forkliftler tehlikeli

bir kirlilik yaratmazlar, bu sebeple tavsiye edilen tek tiplerdir.

İçten yanmalı motorlu forkliftlerin eksozlar ı karbondioksit ve monoksit kar ışımıdır. Karbon monoksit kandaoksijen moleküllerine bağlanarak birikir ve ölümcül zehirlenmelere neden olur. Bir diğer faktör de motor

taraf ından üretilen ısının 48,000-84,000 BTU/saat veya 4-7 TON gibi bir ısı kazancı getirmesidir.

2.3.7. Soğutma Sistemi

Sistem tasar ımı hasat sonrası soğutma ve muhafaza konusunu bilen bir kişi taraf ından yapılmalıdır. Hesaplar ürüne, ürün miktar ına ve istenilen sıcaklıklara göre yapılmalıdır.Genellikle küçük tesisler freon, büyük tesislerde amonyak kullanmaktadır.Dikkat edilecek diğer hususlar;Soğutkanın fiyatı, bulunabilirliği ve servis imkanıdır. Kullanılan soğutkandan bağımsız olarak sistem çok yüksek

bir bağıl nem (%90 ve üzerinde) sağlayabilmelidir.

2.3.7.1. Ön Soğutma Sistemlerinin Tasarımı ve Kullanımı-Isı Yükü

Ön soğutma için gerekli kapasite, uzun süre aynı sıcaklıkta muhafaza için gerekenden veya oda soğutmasındaolduğu gibi uzun sürede yavaş yapılan soğutmanınkinden çok daha fazladır.Bu durumda ön soğutmanın getirdiği ısı yükü mümkün olduğunca doğru hesaplanmalıdır. Normalde gerekendendaha fazla soğutma kapasitesi ekonomik değildir. Ön soğutma sisteminin ısı yükleri üründen, çevreden, havadeğişiminden, palet ve kasalardan, fan motorlar ından, ışık ve pompa gibi ısı üreten parçalardan gelmektedir.Isı yükünün ana bölümünü üründen gelen ısı oluşturmaktadır. Ürünün ısı yükü; giriş sıcaklığı, soğuma hızı,soğutulan miktar, soğuma süresi ve ürünün özgül ısısına bağlıdır.

2.3.8. Hava Muamele Sistemi

Saatteki hava dolaşımı doğru miktarda hava sağlamalıdır. Hava koli ve ambalaj deliklerinden geçerek dolaşabilecek kadar basınçlı olmalıdır. Bunlara ek olarak sistem ürüne yüksek nem sağlamalıdır.

Uygun soğutma zamanı için hava dolaşım sisteminin yanı sıra duvarlarda havalandırma kanallar ı, yar ıklar ı veambalaj kartonlar ı üzerinde havalandırma delikleri olmalıdır.

KAYNAKLAR Anonymous, 1997. Pressure Cool Co.(USA) dökümantasyon




287

BAZI SEBZELER İN ÖZGÜL ISILARININ DİFERANSİYEL TARAMAKALOR İMETRESİ (DSC) KULLANILARAK BELİRLENMESİ

Seher Kumcuo ğ lu, Ş ebnem Tavman

Ege Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Gı

da Mühendisli ğ i Bölümü, 35100 Bornova- İ zmir [email protected] , [email protected]

ÖZET

Bu çalışmada patates ve havucun özgül ısılar ı diferansiyel tarama kalorimetresi (DSC)kullanılarak -60°C ile 60°C sıcaklık aralığında deneysel olarak belirlenmiştir. Örneklerindonmuş durumdaki özgül ısı değerlerinin donmamış durumuna ait özgül ısı değerlerindendaha düşük olduğu ve sıcaklığın artmasıyla arttığı bulunmuştur. Donmamış durumda iseörneklerin özgül ısı değerlerinin sıcaklıkla artış gösterdiği saptanmıştır. Ölçüm sonuçlar ınınliteratürde bulunan değerlerle uyumlu olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Özgül Isı, Isı Kapasitesi, Diferansiyel Tarama Kalorimetresi, Isıl Özellikler

1.GİR İŞ

Gıda mühendisliğinde ısıtma, soğutma işlemleri dizaynında işlenen gıdaya ait ısısal özelliklerin bilinmesi büyük önem taşır. Doğru verilerle dizayn edilen sistemlerde üründe meydana gelebilecek kalite kayı plar ı önlenir, ayr ıcagıda maddesine fazla veya eksik ısı uygulaması da önlenerek önemli bir enerji tasarrufu sağlanmış olur. Gıdamaddelerinin ısısal özellikleri; ısıl difüzivite, özgül ısı, ısıl iletkenlik, donma başlangıç noktası ve entalpidir [1].Isısal özellikler, ürünün kimyasal kompozisyonuna (su, kül, yağ, protein, karbonhidrat içerikleri), sıcaklığına,fiziksel yapısına (yoğunluk, boşluk hacmi ve büyüklüğü, ürüne doğru olan ısı ak ış yollar ını etkileyen diğer

özellikler) ve diğer etmenlere bağlı olarak değişim göstermektedir. Gıdalar ın bir çok özelliğinde olduğu gibiısısal özelliklerinin değeri de gıdanın içerdiği suyun miktar ına ve bu suyun durumuna bağlıdır.

Özgül ısı; maddenin ısıtılmasında veya soğutulmasında faz değişikliği yada herhangi bir kimyasal reaksiyonolmaması koşuluyla, belirli bir sıcaklık fark ı için maddenin birim kütlesi taraf ından kazanılan yada kaybedilenısı miktar ı olarak denklem 1’ de tanımlanmaktadır [2].

).( T m

Q P

C Δ

= (1)

Bu denklemde Q aktar ılan ısı miktar ı (J), ΔT sıcaklık fark ı (oC), m ise örneğin kütlesidir (kg).

Sabit basınçta özgül ısıyı ifade etmek için C p sembolünden yaralanılır. Faz değişiminin gerçekleştiği ısıtma vesoğutma işlemlerinde özgül ısı yerine faz değişim bölgesinde aktar ılan faz değişim ısısını da içeren hissedilir ısı kullanılır [2]. Bu özelliğin hesaplanmasında ürünün entalpi değişiminden yararlanılır.

Özgül ısının belirlenmesinde kar ışımlar yöntemi, adyabatik metod, kar şılaştırma metodu ve diferansiyel taramakalorimetresi (DSC) gibi yöntemler kullanılmaktadır [3]. DSC, geniş sıcaklık aralığında ölçüm yapılabilmesinedeniyle özgül ısı ölçümlerinde çok kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemin avantajlar ı, elde edilen tek bir termogramla ve çok küçük bir örnekle hızlı ve basit bir şekilde çok önemli bilgileri vermesidir. Bu teknik, gıdaalanında özellikle donmuş gıdalar ın ısıl özelliklerinin belirlenmesinde kullanılmaktadır. Termogramlardanyararlanarak özgül ısı, donmamış su içeriği, donma başlangıç noktası, entalpi, faz değişim entalpisi çok geniş bir

sıcaklık aralığında çalışılarak tespit edilebilmektedir [4], [5], [6], [7]. Biyolojik maddelerin özgül ısılar ınınölçümünde; örneğin boyutu, ısıtma hızı ve örnek kapsülünün kapatılma durumu önemlidir. DSC ile özgül ısı




288

ölçümü yapılırken, örnek ve örnek kapsülü sıcaklıklar ının test süresi boyunca homojen dağıldığı kabul edilir.Tang ve ark. [8], düşük ısıl difüziviteye sahip biyolojik maddelerde özgül ısı ölçümü sırasında meydana gelengecikmelerin hatalara sebep olduğunu belirtmiştir. Ölçüm sırasında sıcaklığın yükselmesi sonucunda örnek içindeki suyun buhar basıncının artması biyolojik materyalden suyun su buhar ı formunda uzaklaşması ve gizliısının absorbe edilmesi de ölçümde hataya neden olur. Örnek kapsüle edilerek veya sızdırmazlık sağlanarak buhatalar minimize edilebilir [8], [9]. Bu çalışmada elma, patates ve havucun faz değişim entalpileri, donma

başlangıç sıcaklıklar ı ve özgül ısılar ı diferansiyel tarama kalorimetresi kullanılarak deneysel olarak belirlenmiştir. Ayr ıca örneklerin özgül ısılar ının sıcaklıkla değişimi incelenmiştir.

2. MATERYAL VE METOD

Materyal

Bu çalışmada materyal olarak kullanılan patates (%83.74 su, %1.40 protein, %0.90 kül ve %13.87 karbonhidrat)ve havuç (%88.10 su, %0.98 protein, %0.90 kül ve %9.92 karbonhidrat) kabuk soyma işleminden sonrahomojenize edilmiştir. Homojenizasyon, 5 dakika orta hızda çalışan Cole Parmer parçalama cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.

Metod

Örneklerinin özgül ısı değerlerinin ölçümünde TA 2920 Modulated DSC (TA Instruments Inc., New Castle, DE,USA) cihazı kullanılmıştır. Örneklerden 14-18 mg alınarak, hermetik olarak kapatılan alüminyum DSCkapsüllerine yerleştirilmiştir. Referans olarak boş örnek kapsülü kullanılmıştır. Örnekler, başlangıçta, sıvı azotkullanılarak –60°C’ye soğutulmuş ve aynı sıcaklıkta stabilize edilmiştir. Ölçüm sırasında örnekler, –60°C’ den60 °C’ye kadar örnekte meydana gelebilecek homojen olmayan sıcaklık dağılımını önlemek amacıyla 2 °C/dak’lık sabit bir sıcaklık artışı ile ısıtılmıştır [3], [8], [10], [11].

DSC metodunda, referans malzeme ile özgül ısısı ölçülecek madde arasında sıf ır sıcaklık fark ı oluşturmak içingerekli olan enerji ölçülmektedir. DSC hücresi içindeki gıdanın sıcaklığının arttır ılması sabit ısıtma hızı uygulanarak yapılır. Kütlesi bilinen örneğe verilen ısı ak ımı ölçülür ve denklem 2’ de yerine konularak özgül ısı

hesaplanır [3];

C p =)/(

)/(

dt dT m

dt dQ (2)

(dQ/dt) birim zamanda aktar ılan ısı (J/s), (dT/dt) ısınma hızı (oC/s), m ise örneğin kütlesidir (kg).

Kalibrasyon maddesi olarak indium ve safir kullanılmıştır. Deneme sonuçlar ı TA Universal Analysis programı kullanılarak değerlendirilmiş ve termogramlar elde edilmiştir. Bu termogramlardan örneklerin özgül ısılar ı,

donma başlangıç noktalar ı ve faz değişim entalpileri hesaplanmıştır. Her materyal için iki farklı örnekte 4’er tarama uygulanmıştır.


Patates ve havucun DSC ile ölçülen faz değişim entalpileri ve donma başlangıç sıcaklıklar ı Tablo 2’deverilmektedir. Bu tabloda gösterilen değerler örneklerin DSC ile elde edilen termogramlar ı kullanılarak

bulunmuştur. Termogramlarda, faz değişiminin gerçekleştiği bölgedeki pik alanı faz değişim entalpisini, pikinmaksimuma ulaştığı sıcaklık değeri ise donma başlangıç sıcaklığını vermektedir [3]. Faz değişim entalpisininhesaplanmasında Lind [12]’de verilen ifade (denklem 3) kullanılarak bulunan bağlı su içeriği değeri denklem 4’te yerine koyularak hesaplanmıştır.

X b=0.5x(X

protein)+ 0.3x(X

karbonhidrat) (3)

ΔHf = 333.59* (Xsu – X b) (4)




289

Tablo 2. Örneklerin DSC ile ölçülen faz de ğ i şim entalpileri ve donma ba şlang ıç sıcakl ıklar ı

Materyal Tf

(°C)

Faz DeğişimEntalpisi (kJ/kg)

(deneysel)

Bağlı su içeriği (%)

(denklem 3)

Faz DeğişimEntalpisi (kJ/kg)

(denklem 4)

Patates -1.47±0.14 248.63±7.89 4.86 263.14Havuç -1.21±0.10 274.08±6.53 3.47 282.33

Elma ve kayısı için DSC termogramlar ı kullanılarak elde edilen faz değişim entalpisi değerlerinin, (4) noludenklem kullanılarak hesaplanan değerlerden daha düşük olduğu saptanmıştır (Tablo 2). Bu fark ın DSCyönteminde, faz değişiminin geniş bir sıcaklık aralığında meydana geldiği halde daha dar bir sıcaklık aralığındaki pik alanı için tespit edilmiş olmasından ve faz değişimi başlangıç noktasının tespiti için temel alınan

pikin referans çizgisinden saptığı noktanın tam olarak belirlenememesinden kaynaklandığı söylenebilir. Ayr ıcahesaplanan faz değişim entalpilerinin DSC ile ölçülen değerlerden daha yüksek olması, örnek içindeki suyun fazdeğişim entalpisinin sabit olmamasından ve bu değerin sıcaklıkla azalmasından kaynaklanmaktadır [12].

Örneklerin ölçülen özgül ısı değerlerinin sıcaklıkla değişimi Şekil 1’de verilmektedir. Örneklerin donmuş durumuna ait özgül ısı değerlerinin donmamış durumuna ait özgül ısı değerlerinden daha düşük olduğusaptanmıştır. Şekil 1’de görüldüğü gibi faz değişiminin başlamasıyla birlikte özgül ısı değerinde hızlı bir artış,faz değişim sıcaklığından sonra ise ani bir azalma görülmektedir. Bu durum, örneğin aldığı ısıyı faz değişimi içinkullanmasından kaynaklanmaktadır.

Literatürde havuç ve patatesin özgül ısılar ının belirlenmesi konusunda yapılan çalışmalar bulunmaktadır [13],[14], [15]. Gıda maddelerinin özgül ısılar ının donma noktasının üzerindeki sıcaklıklarda Rahman[3]’ da C p=(C pw-C pkm ).X w+ C km ifadesinden hesaplanabileceği belirtilmiştir. Bu denklemdeki katsayılar, nem içeriği %50’den fazla olan patates için:

(C pw-C pkm ) = 3.266, C km=0.904 olarak verilmiştir.

Bu çalışmada kullanılan % 83.47 nem içeriğine sahip patates örneğinin donmamış durumuna ait özgül ısısı buifade kullanılarak 3.638 kJ/kg.K olarak hesaplanmıştır. Nem içeriği %80 olan patatesin donmamış durumdakiözgül ısısı Rahman [3]’da 3.640 kJ/kg.K olarak verilmiştir.Bu çalışmada % 83.47 nem içeriğine sahip patatesinözgül ısısı 30 oC’de 3.641, -30 oC’de ise 1.769 kJ/kg.K olarak ölçülmüştür. Polley ve ark., [15]’ de %88 nemesahip havucun donmamış durumdaki Cp değeri 3.77 kJ/kgK, donmuş durumdaki değeri ise 1.930 kJ/kgK olarak verilmiştir. Bu çalışmada nem içeriği %88.1 olan havucun -30 oC’deki özgül ısısı 1.902, 30 oC’de 3.701 kJ/kg.K olarak ölçülmüştür. Literatürdeki havuç için verilen özgül ısı değerleri şekil Şekil 1’de patates ve havuca aitölçüm sonuçlar ıyla birlikte gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar ın literatürde verilen değerlerle uyumlu olduğugörülmektedir.



I.SOĞUTMA TEKNOLOJİLER İ SEMPOZYUMU 9-12 EK İM 2008

290

0

2

4

6

8

10

12

14

-60 -40 -20 0 20 40 60

Sıcaklık, °C

G ö r ü n ü r ö z g ü l ı s ı , k J

/ k g . K havuc-deneysel

havuc(Rahman, 1995)

havuc(Mellor, 1983)

patates- deneysel

Ş ekil 2. Örneklerin özgül ı sılar ının sıcakl ıkla de ğ i şimi

Sonuç olarak örneklerin özgül ısı değerlerinin sıcaklıkla değişim gösterdiği, donma noktasının altındakisıcaklıklarda özgül ısı değerlerinin donmamış duruma göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Patatese göre dahayüksek nem içeriğine sahip olan havucun özgül ısısının donmuş ve donmamış durumda daha yüksek olduğu

bulunmuştur.

4. KAYNAKLAR

[1] Heldman D.R., Food properties During Freezing , Food technology, 36, 92-96, 1982.[2] Singh R.P., Thermal Properties of Frozen Foods. In Engineering Properties of Foods, MR Rao. and SSH

Rizvi (eds.), pp.139-166, Marcel Decker Inc., New York, 1995.[3] Rahman S.M., Food Properties Handbook. CRC Pres, 500 pp, London, 1995.[4] Wang D.Q., Kolbe E., Thermal Properties of Surimi Analyzed Using DSC, Journal of Food Science, 55, 5,1217-1221, 1991.[5] Ramaswamy H.S. and Tung M.A., Thermophysical Properties of Apple in Relation to Freezing , Journal of Food Science, 46,724-728, 1981.[6] Tavman I.H., Tavman S. and Kumcuoglu S., Thermal Properties of Foods at Frozen State. In LowTemperature and Cryogenic Refrigeration Nato Science Series I (Mathematics, Physics and Chemistry), S.Kakac, M.R. Avelino, H.F. Smirnov, (eds), pp. 473-480, Kluver Publ. Inc. Nato reference: ASI 978410, 2003.

[7] Fasina O.O., 2005. Thermophysical Properties of Sweat Potato Puree at Freezing and RefrigerationTemperatures, International Journal of Food Properties, 8,151-160, 2005.

[8] Tang J., Sokhansanj, S., Yannacopoulos, S. and Kasap, S.O., Specific Heat Capacity of Lentil Seeds by Differential Scanning Calorimetry, Transactions of the ASAE, 34, 2, 517-522, 1991.[9] Mohsenin N. Thermal properties of Foods and Agricultural Materials.Gordon and Breach Publishers, NewYork, 2008.[10] Tocci A.M., Flores E.S.E. and Mascheroni R.H., Enthalpy, Heat Capacity and Thermal Conductivity of

Boneless Mutton between –40 and +40 °C , Lebensmittel-Wissenschaft und-Technologie, 30,184-191, 1997.[11] Kumcuoğlu S., Bazı Gıda Maddelerinin Donma Ko şullar ında Isı sal Özelliklerinin Belirlenmesi, EgeÜniversitesi Fen bilimleri Enstitüsü Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı Doktora tezi, 137 s, İzmir, 2003.

[12] Lind I., The Measurement and Prediction of Thermal Properties of Food During Freezing and Thawing – A Review with Particular Reference to Meat and Dough, Journal of Food Engineering, 13, 285-319,1991.[13] Rice P., Selman J.D. and Abdul-Rezzak K., Effect of Temperature on Thermal Properties of Record

Potatoes, International Journal of Food Science and Technology, 23, 281-286, 1988. [14] Wang N. and Brennan J.G., The Influence of Moisture Content and Temperature on the Specific Heat of

Potato Measured by Differential Scanning Calorimetry, Journal of Food Engineering, 19, 303-310, 1993.




291

[15] Polley S.L., Snyder O.P. and Kotnour P., A Compilation of Thermal Properties of Foods, Food Technology , November: 76-94, 1980.




292

GIDA MUHAFAZASINDABRC STANDARDINDAK İ GELİŞMELER

Hakan SEMERCİ*

Arsi So ğ utma San. ve Tic. Ltd.Ş ti. Zanotti Ege Bölge Distribütörü

[email protected]

1.GİR İŞ

HACCP Tehlike analizi ve kritik kontrol noktalar ı sistemi ilk olarak Amerika’da "Apollo" uzay programı içinsağlıklı gıda üreten Pillsbury şirketindeki bir grup mühendis taraf ından geliştirmiştir. Söz konusu uzay

programında 1959'larda uzay uçuşlar ında astronotlar için üretilecek gıdalar ın % 100 güvenli nitelikte olması NASA (Amerikan Ulusal Havacılık ve Uzay Kurumu) taraf ından Pillsbury şirketinden istenmiştir. Bu amaçla başlatılan projede öncelikle belirlenmiş özelliklerde gıdanın imal edilebilmesi için tüm hammadde ve katk ı maddelerinin özellikleri ve hammaddeleri üreten tedarikçi firmalar ın tesis ve çalışanlar ı hakk ında bile çok detaylı araştırmalar ı kapsayan ve gerekli tüm testlerinde bulunduğu bir araştırma yapılmış ve veri toplanmıştır.Daha sonra Failure Modes Effect Analysis-FMEA yöntemi kullanılarak gıdanın üretiminde olması muhtemeltehlikeler ve kritik noktalar tespit edilmiştir. Bu faaliyetlerin sonucunda gıda kontrolünde HACCP (TehlikeAnalizleri ve Kritik Kontrol Noktalar ı) sistemi doğmuştur. Bir uzay programı ile gıda sanayinde kullanımı önerilen kontrol sistemi arasındaki benzerlikler bir örnekle açıklanabilir; 1986 yılında "Challenger" uzayaracının 28 Ocak'taki trajik patlayışına aracın sağ roket motorundaki bir bağlantı yerinde küçük bir halkanın işlevgörmemesinin sebep olduğu daha sonraki incelemelerde tespit edilmiştir. "Gerçekte bir uzay aracında kazayaneden olan bu ufak parça gıda üretiminde kritik kontrol noktasına kar şılık gelmektedir".

Konunun Amerika’da 1971 yılında sunuşu gerçekleştirilmiş ve gıda uzmanlar ı taraf ından ilgiile kar şılanmıştır. İlk olarak HACCP prensipleri düşük asitli konserve gıdalarauygulanmıştır.Bu sistem firma içinde geniş çapta bir iş birliğini gerektirdiğinden günlük uygulamalarda uzun süre kullanılamamış ancak 90'lı yıllara kadar olan geçiş periyodundansonra günümüzde hemen hemen bütün gıda endüstrilerinde kabul edilmiş ve uygulamayageçirilmiştir.

(*) Dokuz Eylül Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, Ekonometri Anabilim Dalı Doktora öğrencisi, Yönetim

Sistemleri Danışmanı




293

Prensiplerinin ilk oluşturulduğu andan itibaren HACCP kurallar ı giderek ticaret hayatının içerisine girmiştir.Öyle ki başlangıcında ortaya çıkmasına özel nitelikli projeler sebep olurken, giderek artan ilgi ile gıda ve içecek üretici, depolayıcı ve dağıtıcısı olan işletmelerin gıda kalite ve güvencesi yaratabilme aracı halini almıştır. Vesonucunda gıda sektörünün uzun süreden beri beklenen standardı ISO 22000:2005 yayınlandı. Bilindiği üzeregıda sektöründe yer alan üretici ve bunlar ın tedarikçisi olan firmalar, gıda güvenliği ve hijyen prensipleriniiçermediği için sadece ISO 9000 serisi standartlar ıyla oluşturduklar ı bir kalite yönetim sistemi ile

yetinemiyorlardı. ISO 9000’in yayınından çok önceleri, sektörün aslında doğasında yer alan gıda güvenliği vehijyen prensipleri bu standartta tam olarak kapsanmamaktadır. Bilindiği üzere ISO 9000 serisi standartlar ın her sektöre hitap eden, genel standartlar olmalar ı nedeniyle gıda sektörünün bu özel ihtiyacına kar şı yetersiz kalışı dadoğal kar şılanabilir. Zira otomotivden hizmete, hizmetten tekstile, tekstilden elektronik ve diğer sektörlere kadar çok yaygın olarak kullanılan ve artık neredeyse kullanılmayan hiçbir sektör ya da faaliyet kolu kalmayan ;dünyadaki en yaygın standarttır. Bu genel yapısı ve ortaya çıkartılma misyonu gereği, hiçbir zaman da belirli bir sektörün tüm ihtiyaçlar ını kar şılayacak kadar özelleşemeyecektir. Bu durum, gıda gibi özellikli sektörlerin ISO9001’e ilaveten söz konusu sektöre özel standartlar ın oluşmasını hızlandırmıştır. Örneğin otomotiv yansanayinde de benzer durum ortaya çıktığında, önceleri QS9000 ve son yıllarda da ISO/TS 16949 gibi ISO 9001temelli fakat otomotiv sektörünün ihtiyaçlar ını daha fazla kar şılayan standartlar geliştirilmiştir.

Gıdada da uzun süredir k ısaca HACCP adı verilen ve gıda güvenliği ve hijyen beklentilerini sektöre özel veişleyişe en uygun tarif eden prensipler kullanılmaktadır. Fakat zaman içerisinde kalite ve gıda güvenlik sistemlerini oluşturan ve bu sistemlerini 3. taraf denetim kuruluşlar ına belgelendiren gıda sektörü firmalar ı, çoğukez ISO 9001 için ayr ı, HACCP için ayr ı dokümantasyon, ayr ı denetimler ve bazen de ayr ı sertifikalar almak zorunda kalıyorlardı.

Bu problemli durum, gıdada da otomotiv sektörü benzeri bir çözümü biraz daha geç de olsa getirmiştir. 2005’deUluslararası Standartlar Örgütü (ISO) taraf ından ISO 22000:2005 standardının gıda tedarik zincirindekikuruluşlar ın nasıl yorumlanması gerektiğini tarif eden bir sertifikasyon standardı olan ISO 22000:2005yayınlanmıştır. Henüz tüm dünyada çok yeni olan bu standart ile sistemlerini ilk kez ISO 9001’e göre kurmak isteyen gıda işletmelerinde ISO 9001-HACCP entegre sistem yapısını oluşturma imkanı yaratacaktır. ISO 22000standardı tüm dünyada sektörün yak ın ilgisi ile kar şılanmıştır ve yaygın kullanımı ile bir süre sonra zorunlustandart haline dönüşeceği de bugünden öngörülebilmektedir.

2. BRC NEDİR ?

BRC Global Standard-Food' un ilk bask ısı, iki yıllık geliştirmesürecinden sonra, Ekim 1998' de yayımlanmıştır. BRC Global Standard-Food' un gelişiminin arkasındaki mantık,Perakendecilik teknik çalışanlar ı, pek çok senedir UK Gıda GüvenliğiYasası-1990 koşullar ı altındaki gerekli şartlar ı kar şılayacak noktalar ı tanıtmak doğrultusunda, tedarikçileriningıda güvenlik sistemlerini izlemiştir.

BRC Global Standard-Food' un gelişiminin arkasındaki mantık, perakendecilerin kendi teknik denetimlerini veyine İngiltere'deki perakendeciler için gıda ürünleri sağlayan tedarikçilerindenetlendiği diğer 3. taraf denetim kuruluşlar ının yürüttüğü denetimleri elemine ederek tek bir denetimde

birleştirmektir.

Standardın 3. maddesinin şartlar ı, üçüncü şahıslar ın EN45011 akreditasyonunu kazanabileceği yönündedeğişmiştir ama hala yetkinliği ve değerlendirme şartlar ının uygulandığı etkinlik alanlar ı korunmaktadır.

BRC; 1996' dan beri, uygunluk kontrolü ile ilgili olarak, United Kingdom Accreditation Service (UKAS) ileçalışmıştır. Proseste açıklık ve şeffaflık sağlamak için önemli çaba harcanmış ve sistemin güvenilirliğini vesağlamlığını ölçmek için, çıkar ortaklığı olan kişilerle (paydaşlar) birlikte çok sık ı çalışılmıştır.

3. BRC'NİN AMACI




294

Global Standard – Food' un amacı bir imalatçı organizasyonu içinde yer alan İngiliz Perakendecilerine ürünsağlamak için gerekli Gıda Güvenlik ve Kalite kriterlerini açıklamaktır. Biçim ve içerik açısından Standart,tedarikçilerin temel dayanak noktalar ı, çalışmasistemleri ve yetkili üçüncü taraf ın prosedürleri hakk ında fikir verebilecek şekilde tasarlanmıştır, böylece gıdagüvenlik kriterleri ve takip prosedürlerinin standardizasyonu sağlanmıştır.

BRC – Küresel Gıda Standardı sertifikasyonu sahibi olmayı isteyen firmalar aşağıdaki kazançlar ı sağlacaklardır: Tedarikçi taleplerine uygunluk Gıda Güvenliğinin İngiliz tedarikçileri taraf ından kabulü Tedarikçi denetim sayısında azalma Ürün güvenlik ve kalitesinde gelişim Şirket değerlendirme sonuçlar ının savunulmasında önemli bir bölümü oluşturur Verimli çalışmada gelişim ve rekabetçi pazar yapılanması

4. BRC STANDARTLARI

THE BRC GLOBAL STANDARD – GIDA (FOOD) Bu standarda göre değerlendirilme yapılması birçok İngiliz, Hollandalı ve Belçikalı perakendeciler taraf ından talep edilmektedir.

(Not: Diğer bir gıda standardı IFS (Uluslararası Gıda Standardı) Fransız ve Alman perakendeciler taraf ındanoluşturulmuştur: Bu konuda ki temel verilerimize inceleyebilirsiniz) BRC Denetim raporlar ının hemen hementüm perakendeciler taraf ından kabul edilmesi nedeniyle BRC standardına göre yapılmış bir sertifikasyon müşteridenetimlerinde önemli bir azalma sağlar.

4.1. BRC KÜRESEL STANDARDI – MÜŞTER İ ÜRÜNLER İ (CUSTOMER PRODUCTS)

Perakendeciler müşterilerine güvenli ve yasal ürünler sunmakla yükümlüdürler. Bu nedenle tüm gerekliönlemleri almak ve ürün geliştirme, üretim, dağıtım, reklam ve satış konular ında herhangi bir hatanın olamaması için gerekli özeni göstermek zorundadırlar.

Perakendeci markalı ürünlerle ilgili yasal yükümlülükler tedarikçilerin teknik yeterliliklerinin onaylanmasını daiçeren faaliyetleri kapsar. Yıllardan beri her perakendeci bu faaliyeti kendi bünyesinde belirlediği iç Standardlaragöre yapıyordu. Bazı örneklerde perakendecinin büro içi teknisyeni onaylama işini sürdürmekte ve başka bir örneğe göre de üçüncü taraf denetimorganlar ı perakendecinin kendi hazırlamış olduğu standardı kullanmışlardır.

Bu standart tüketici ürünleri tedarik eden firmalar ın belgelendirilmelerinde genel bir temel sağlayarak perakendecilerin yasal yükümlülüklerini yerine getirebilmelerine ve tüketicilerin korunmasına yardımcı olur.İngiliz perakendecilerin sorumlu olduklar ı yasal hükümler tedarikçi zincirinde en iyi uygulamayı sağlamayı amaçlar ve bu nedenle üreticilerin durum tespit sistemlerinin kritik noktalar ını ortaya koyan standart maddelerinikabul edeceğini varsayar.

Müşteri ürünleri ile ilgili olan BRC Standardının bazı bölümleri genel olarak uygulanabildiği gibi, bazı bölümleriürüne özel uygulanır.

Genel Bölümler :

İmalat, ham madde alımı, hazırlık, geliştirme, paketleme ve depolama alanlar ı Personel alanlar ı Fiziksel, Kimyasal ve Biyolojik ürün bulaştırma riski Tehlike ve Risk Yönetim Sistemi Ürün Dizayn/Geliştirme Personel Hijyeni Eğitim




295

4.2. BRC/IOP TEKNİK STANDARDI – AMBALAJ MALZEMELER İ (PACKAGINGMATERIALS)

İngiliz Perakendeciler onlar ın perakende markalı ürün tedarikçileri ürün geliştirme, üretim, dağıtım, reklam vesatış konular ında herhangi bir hatanın olamaması için "tüm gerekli önlemleri almak ve gerekli özeni göstermek"zorundadırlar. İngiliz perakendecilerinin ambalajlama tedarikçileri veya perakendeci markalı ürünler sağlayan

gıda üreticilerinin ambalajlama tedarikçileri güvenli gıda kullanımı için gerekli uygun ambalajlamayı yaptıklar ını garanti altına alacak uygun sistem ve kontrol mekanizmalar ını oluşturmakla yükümlüdürler.

BRC ve IOP (Ambalajlama Enstitüsü) bu standardı perakendecilere ve gıda üreticilerine yasal yükümlülükleriniyerine getirme hususunda yardımcı olması amacıyla hazırlamıştır. Standart perakendecilere gıda ürünleri içinambalaj tedarik eden firmalar ın denetlenmesi için genel bir temel sağlayarak tüketicilerin korunmasını sağlamaktadır.

4.3. BRC KÜRESEL STANDART – GIDA (FOOD)

Gıda üretim tesislerinde minimum hijyen standardının sağlanması amacıyla BRC büyük İngiliz perakendecileriyle "BRC- Küresel Gıda Standardını" yayınladı. Öncelikle bu faaliyet son zamanlarda yaşananBSE bulaşmış biftek, kümes hayvanlar ı ve yumurtalardaki zehirlenmeye yol açan bakteri, günlük gıda

maddeleri, koyun ve sığır bölgelerindeki yüksek listeria (süt ürünlerinde oluşan bakteri) gibi gıdayla ilgilikorkulara kar şı bir reaksiyon olarak ortaya çıktı.

BRC – Küresel Gıda Standardı ürün çeşidine veya üretildiği ülkeye bak ılmaksızın İngiliz perakendecilerine gıdaürünleri tedarik eden tüm tedarikçiler için tasarlanmıştır. Bu kapsama uygunluk yasal bir yükümlülük olmamasına rağmen İngiliz perakendeciler taraf ından şiddetle tavsiye edilmektedir. Bu standarda uygunluğunsağlanabilmesi için gıda endüstrisi (tedarikçiler) üç temel kriteri yönetim sistemlerine adapte etmelidirler:HACCP ÇYS Tesis çevresi standartlar ının, ürünün, süreçlerin ve personelin kontrolü (İyi Üretim Uygulamalar ı,GMP).

Standart gereklilikleri şunlardır:

HACCP Sisteminin adaptasyonu ve uygulanması Dokümante edilmiş ve verimli çalışan bir çevre yönetim sistemi Tesis çevre standartlar ının, ürünün, süreçleri ve personelin kontrolü

Standardın temel bölümleri şunlardır:

HACCP Sistemi Çevre Yönetim Sistemi Tesis Çevre Standartlar ı Ürün Kontrol Süreç Kontrol Personel

5. BRC BELGELENDİRMESİ

Bu konuda yetkilendirimiş bir belgelendirme kuruluşuna başvurulur. Bu başvuru ve verilen teknik bilgilerdenyararlanılarak denetimin süresi (ve dolayısıyla maliyeti) ve sektörel yeterliliklere sahipdenetçi belirlenir.

Denetim iki aşamadan oluşur: Dokümantasyonun gözden geçirilmesi (HACCP çalışması ve kalite prosedürleri)ve üretim tesislerinin detaylı teftişi. Denetim, denetçinin denetim sonuçlar ını açıkladığı k ısa bir kapanış toplantısıyla son bulur. Kar şılaşılan uygunsuzluklar ın belirtildiği geçici bir rapor sunulur. Bu tarihten itibarenfirmanın faaliyet planını oluşturması ve uygunsuzluklar ını düzeltmesi için 28 gün süre tanınır. Nihai rapor denetçi bulgular ını ve firmanın faaliyet planını kapsar. Sertifika firmanın standart kriterleri kar şıladığını onaylar ve ulaşılan serfitikasyon seviyesini belirler (Temel Düzey veya Yüksek Düzey)




296

Denetim aralığı ne kadardır? Denetimler firmanın ürettiği ürünlerin riskine ve ulaştığı düzeye (temel veyayüksek) göre 6 ila 12 ay arasındaki periyotlarla gerçekleştirilir.

6.ENTEGRASYON

Standartlar ın hayatımızı kolaylaştırdığı ve sanayi toplumuna büyük olanaklar yarattığı kuşkusuzdur.Mühendislik, elektrik, elektronik, haberleşme, yol, inşaat, otomotiv, ulaşım alanlar ındaki standartlar ın yaygınkabulü bol ve kaliteli ürünlerin üretilmesine olanak sağlamaktadırlar. Gündemde olan ISO 9001, HACCP veBRC standartlar ı “Kalite” , “Hijyen ve Gıda Güvenliği” kavramlar ına özel ve alışılanın dışında anlamlar vererek, firmalar üzerine sürekli bir gözetim ve kontrol aracı görevi yüklemektedir. Gözetim ve kontrol ihtiyacı arttıkça da standartlar değiştirilmekte ve geliştirilmektedir. Bunun "Standart" anlayışı ve fonksiyonu ile ne kadar "ters" bir eğilim ve uygulama olduğu ise açıktır. Bir başka ifade ile sürekli gelişme ve iyileştirme çabalar ı bugünstandart dediğinizi bir süre sonra revize etmenizi ve aslında onun da standart olmadığı anlamını çıkartmanıza yolaçabilir. İşte bunun en büyük sebebi bitmez tükenmez gelişim ve iyileştirme olanaklar ının varlığı ve yaşamdakalite isteğinin gücüdür.

BRC ile entegre sistem kurma yolundaki işletmelerde kalite yönetim ve HACCP sistemlerinin belli bir olgunluğaulaştıktan sonra mevcut kalite sistemine katılmasında yarar vardır. Sistemleri ayr ı ayr ı yürütmeye çalışmak hemyönetim, hem de çalışanlar seviyesinde bazı dezavantajlar getirebilir. Her şeyden önce BRC yayınlanmadan önceiki ayr ı sistem olması üst yönetimin sistemler üzerindeki kontrolünü azaltacak ve vakit kayb ına nedenolabilecekti. Bunun yanında işletmeye tüm sistemleri ile genel bak ışı yakalamak daima önemli bir hedeftir. Ayr ı sistemler kurmanın, işgücünü zaman zaman boşa harcama ve gereksiz masraflara yol açma riski de vardır.Bununla birlikte iki değişik sistem yani iki değişik kurallar zinciri, çalışanlar ın, bilgi ve kavramlar ı kar ıştır ı pmotivasyonlar ını düşürebilir.

Bunun yerine, ISO 9001, HACCP ve BRC ile ilgili işletme kurallar ının ortak olarak yazıldığı prosedürler, bukonular ın işletmede daha iyi koordine edilmesini ve çalışanlar taraf ından daha çabuk kabul görmesinisağlayacaktır. Gıda sektörü üretici ve tedarikçisi firmalar ın işletmelerinde yönetim sistemlerinin entegrasyonunuoluşturulmalıdır. Başlıca yararlar ı aşağıdaki gibidir.

1. HACCP proses'in kritik yerlerinde kontrolun çok iyi yapılmasını sağlar.

2. Kontrol zaman, sıcaklık, görsel muayene gibi ucuz ve hızlı parametreler ile kolayca yapılır.

3. Dolayısıyla, kalite kontrol maliyetlerini düşürür,4. Kontrol işleminde laboratuardan çok işlem operatörleri etkilidir.

5. Potansiyel tehlikeler hesaba alınır. Böylelikle sistemde önleyici faaliyetler de yapılabilir.6. HACCP belirlenen tehlikelerin kontrolünü geleneksel kalite kontrolundan daha sistemli şekilde

yapan bir yönetim aracıdır. Başar ısızlıklar ın henüz meydana gelmeden önlenmesini sağlar.

Yeni dünya düzeni değişen ekonomik sınırlar gelişen teknoloji ve kalite standartlar ı ile gıda ve içecek sektörüiçin ürün ve ürün işleme koşullar ına yönelik yeni gereksinimler ve zorunluluklar gündeme getirmiştir. Gıdasektöründe kullanılmakta olan geleneksel kalite kontrol sistemleri artık yerini HACCP(Tehlike Analizi ve Kritik Kontrol Noktalar ı) gıda güvenliği sistemlerine bırakmıştır. Günümüzde gıda güvenlik sistemleri ve bünyesinde

bulundurduğu ön koşul programlar ı (GMP; iyi üretim teknikleri) işletmelerin kendi isteklerine bağlı olarak değil




297

zorunlu uygulama haline getirilmiştir. Ülkemizde HACCP, 16.11.1997 tarihli Resmi Gazetede yayınlanan "Türk Gıda Kodeksi Yönetmeli ğ i", 09.06.1998 tarihli ve 23367 sayılı Resmi Gazetede Tar ım ve Köy İşleri Bakanlığı taraf ından yayımlanan "Gıdalar ın üretimi, tüketimi ve denetlenmesine dair yönetmelik " ile gıda üreten işletmeler için yasal bir zorunluluktur. Bakanlık 1998 yılında yayınladığı yönetmelik ile özellikle gıdalar içerisinde en riskligrubu oluşturan et, süt ve su ürünü işleyen firmalar için HACCP uygulamalar ına öncelik vermiştir ve sisteminkurulması için öngörülen süre Haziran 2000'de dolmuştur. Uyum için gerekli zaman oluşabilmesi amacıyla

yönetmelikler değişikliklere uğratılı p bu terminler uzatılsa da mevzuat açısından bugün itibariyle çoğu işletmeeksik durumdadır.

Gıda sektörü için en önemli müşteri beklentisi olan güvenli, dayanıklı ve sağlıklı ürünler sunma ihtiyacındanyola çıkarak diyebiliriz ki gıda ve içecek üreten firmalar, müşteri ihtiyaç ve beklentilerine odaklanan ISO 9001kalite yönetim sistemleri ile entegre gıda güvenlik sistemleri kurmalı ve sürekliliğini sağlamalıdırlar. Gıdagüvenliği kavramı risk değerlendirme, olası tehlikeleri belirleme ve buna bağlı kayı plar ı engellemegereksinimleri üzerine kurulmuştur. Risk değerlendirme tehlike analizinin ana konusudur ve bir kontrolnoktasının ne şekilde risk taşıdığını ortaya koyan bilimsel bir süreçtir. Aynı zamanda risk değerlendirmetehlikelerinin gerçekçi olarak olasılığının belirlenmesi için bilgi ve tecrübe gerektir. Bu nedenle işletmelerdegıda güvenlik sistemlerini kuracak, çalıştıracak ve iyileştirecek personelin gıda bilimleri konusunda bilgi ve

beceriye sahip kişiler arasından seçilmesi ve çok fonksiyonlu ekiplerin kurulması gereklidir.

7. ÜRÜNÜN KORUNMASI

ISO 9001:2000 kalite yönetim sistem standardı ürünün taşınması, depolanması, ambalajlanması, muhafazası vesevkiyatı için ilgili sistemin taşıması gereken şartlar ı 7.5.5 maddesinde şöyle açıklamaktadır:

7.5.5 Ürünün Korunması

Kurulu ş , iç proses süresince ve amaçlanan teslimat ın yerine ula şt ır ılmasına

kadar ürünün uygunlu ğ unu muhafaza etmelidir. Bu muhafaza, tanımlamayı ,

ta şımayı ambalajlamayı , depolamayı ve korumayı içermelidir. Muhafaza,

ürünü te şkil eden parçalara da uygulanmal ıd ır.

Bu gereklilik ürünün proses içerinde zarar görmesini önleyecek depolama, taşıma, ambalajlama ve sevk ıyatı aşamalar ı için yöntem tespitini ve belirlenen bu yönetim etkin olarak kullanımı şart koşmaktadır. Standardın her sektöre hitap eden genel yapısından dolayı bu gerekliliğin gıda sektörü için beklentileri çoğu sektörden dahafazladır. Çünkü birçok sektörde ürünün korunması, ISO 9001 gibi sistem standartlar ı taraf ından istenmese dahizaten ürün performansında gözle görülür olumsuzluklar yaratmayacağı seviyeye kadar ticari sebeplerden dolayı sağlanır Örneğin yağmurun zarar verdiği bir ürünü hiçbir üretici ya da ticaret yapan korumamazl ık yapmaz.Fakat gıda da durum biraz daha karmaşıktır. Öyle ki gıdayı korumakta başar ısız olduğunuz anlarda dahi insanduyular ı bu riski taşıyan gıdayı çoğu kez fark edemeyebilir.




298

Gıdada tehlikeler çoğunlukla düzenli olarak dağılmamıştır. Dolayısıyla örnekleme usulü ile yapılan testlerlegıdanın % 100 güvenli olması sağlanamaz. Gıda güvenliğinde istenilen hata seviyesi 0'dır. Çünkü, çok düşük miktarlardaki kirletici dahi, hastalık yapıcı ve hatta öldürücü olabilmektedir. Ayr ıca, binlerce ton gıda üreten,dağıtan ya da satan bir firmadan tek bir adet kontamine olmuş (bulaşmış) gıdanın sevk edilmesi belki de o gıdayı tüketen kişinin hastalanmasına ve hatta ölmesine sebep olmaktadır. Örneklemeli kalite kontrol yaklaşımında hataoranının % 0 olması sağlanamaz. Son ürünün tamamının örneklenmesi ve test edilmesi ise uygulamada pratik

değildir. Fakat, gıda üreticisi tüm ürünün testini gerçekleştirse bile veri toplamadan doğan hatalar veekipmandan ileri gelebilecek sınırlamalar gibi nedenlerle yine de tam bir koruma sağlayamayacaktır.

ISO 22000:2005 standardı bu durumdan dolayı gıda ve içecek sektöründe ürünün korunmasına ilişkin ISO9001:2000 standardının gereklerine ilave olarak aşağıdakilerin de yerine getirilmesini beklemektedir. Bunlar:

7.5.5 Ürünün Korunması

Kurulu ş , iç proses süresince ve amaçlanan teslimat ın yerine ula şt ır ılmasına

kadar ürünün uygunlu ğ unu muhafaza etmelidir. Bu muhafaza, tanımlamayı ,

ta şımayı ambalajlamayı , depolamayı ve korumayı içermelidir. Muhafaza,

ürünü te şkil eden parçalara da uygulanmal ıd ır.

Not: “Koruma” bir ürün içine koruyucu bir katk ı ilavesi anlamını

de ğ il, paketleme sonrası depolama faaliyetlerini kapsar.

Kurulu ş ürünün özel karakterini koruması için gerekli i şleme, depolama,

paketleme, koruma ve da ğ ıt ım ko şullar ını sa ğ lad ı ğ ından emin olmal ıd ır.

Bu ba ğ lamda dikkate al ınması gereken etkenler a şa ğ ıdaki gibidir.

- uygun paketleme,- paketleme materyali üzerine belirlenmi ş çizimin yapılması

sıcakl ık ve nem oranlar ını da içeren depolama ko şullar ı ,

- stok rotasyonu,- raf ömrü veya mü şteri gereksinimleri,- sıcakl ık ve nem oranlar ını da içeren da ğ ıt ım ko şullar ı ,- yasal ve düzenleyici gereksinimler,- kontaminasyon(bula şma) tehlikesi,

- binalar ın çevresi, dizaynı , yapı sı ve yerle şimi,- üretim ve paketleme öncesi ve sonrası hijyen ve ha şere kontrolü.

Bu alanla ilgili prosedürler üretimden sonra yetersiz muamele veya

depolama sonucu tehlike ile kar şıla şmasını engellemelidir. Bu bir çe şit ürün

gerçekle ştirmedir ve HACCP çal ı şmasında göz önüne al ınmal ıd ır. Ürün

koruması aynı zamanda üretim süresince olu şabilecek istem d ı şı bula şmayı da

göz önüne almal ıd ır: son ürünün kalitesine ve güvenli ğ ine etki edebilecek




299

tehlikelerle kar şı kar şı ya kal ınmad ı ğ ından emin olmak için proses boyunca

gerekli önlem al ınmal ıd ır.

Yukar ıdaki madde içerik açısından kar şılaştırmaya gerek kalmayacak kadar ISO 9001:2000’in aynı maddesindeki beklentilerden farklıdır. Bu ilave beklentiler tamamıyla gıda sektörünün özel durumundan

kaynaklanmaktadır. Yukar ıda italic biçimde yazılı ürünün korunmasına ilişkin ISO 22000:2005 şartı en basithaliyle aşağıdaki gibi yorumlanabilir.

a) Depolama

ISO 9001:2000 standardı ürünün depodaki durumunun ve deponun şartlar ının uygun aralıklarla kontroledilmesini istemektedir. ISO 22000:2005 yardımıyla oluşturulacak olan HACCP sistemi yardımıyla bukontrollerin türü ve sıklıklar ı tespit edilebilir.

Burada özellikle soğuk hava depolar ındaki makine, ekipman ve sistemlerin periyodik bak ımlar ının sistematik hale getirilmesi zorunludur. Sistematik hale getirilen periyodik bak ımlar ın uygulandığına dair kanıtlar isedenetçiler taraf ından incelenmek üzere ar şivlenmelidir. Bu kanıtlar yetkili servis raporlar ı, firma bak ım ekibikayıtlar ı ya da elektronik sistemlerde soft ortamdaki bak ım kayıtlar ı olabilir.

Ayr ıca soğuk hava depolar ının çalışma koşullar ını kontrol etmeye yarayan proses kontrol ekipmanlar ı (termostatlar, zaman sayaçlar ı, ısı göstergeleri vb) uygun metotlar kullanılarak kalibrasyonlar ı yaptır ılmalı ve ikikalibrasyon periyodu arasındaki zamanlarda doğrulanmalıdırlar.

b) Ambalajlama

Paketleme, ambalajlama ve işaretleme proseslerin kontrol edilmesi şartı ürün güvenliği açısından önemliunsurlar ın da kontrol edilmesini şart koşmaktadır. Mesela, ambalaj üzerindeki mikronlarla ölçülebilecek bir

delik, kelebeklerin larvalar ını ürünün içine bırakmasına ve ürünün kurtlanmasına sebep olmaktadır.

Bu husus gıda güvenliğini ortadan kaldırabilmektedir. Dolayısıyla, gıda, ambalaj kalitesi açısındandeğerlendirilmeli ve tehlike analizleri sırasında ambalajlama proseslerinde tehlike ve risk olduğu tespit edilirse

bu proseslerde kritik kontrol noktalar ı tanımlanmalıdır.

c) Muhafaza

ISO 9001:2000 standardının bu maddesi ürünün muhafazasının güvence altına alınmasını ve bozulmasını veyahasar görmesini önleyecek tedbirler alınmasını istemektedir. Bu maddenin şartlar ını yerine getirmek için bir gıdaişletmesinde yapılması gereken tehlike analizlerinin yapılmasıdır. Tehlike analizleri ise ISO 22000:2005

sisteminin bir parçasıdır. Yani, ortaya çıkabilecek tehlikelerin önceden simüle edilmesi ve buna göre butehlikeleri önlemek için tedbirler alınması gerekmektedir.

d) Sevkiyat

Firma, standardın bu şartına göre ürününü sevk ederken ürünün zarar görmesini veya bozulmas ını engellemek için önleyici tedbirler almalı ve teslim yerine kadar ürünü korumalıdır.

Bu durumda ele alınacak olan taşıma araçlar ı ve özellikle gerekliyse soğuk zincir de aynı depolamafonksiyonundakine benzer gerekliliklere sahip olmalıdır. Bu kez soğuk zinciri oluşturan sevkiyat araçlar ı,

araçlardaki kasa, kasayı soğutan soğutucu ünite ve soğutucu üniteyi kumanda eden parçalar sistematik bir biçimde periyodik bak ımdan geçirilmelidir. Bu periyodik bak ımlar ın uygulandığına dair kanıtlar ise denetçiler taraf ından incelenmek üzere ar şivlenmelidir. Bu kanıtlar yetkili servis raporlar ı, firma bak ım ekibi kayıtlar ı ya da




300

elektronik sistemlerde soft ortamda kayıtlı olanlar olabilir.Bunlar ın dışında aracın soğuk hava bölmesininçalışma koşullar ını kontrol etmeye yarayan proses kontrol ekipmanlar ı (termostatlar, zaman sayaçlar ı, ısı göstergeleri vb) uygun metotlar kullanılarak ayarlanmalı, kalibrasyonlar ı yaptır ılmalı ve iki kalibrasyon periyoduarasındaki zamanlarda doğrulanmalıdırlar.

Depo işleyişinden farklı olarak sevk ıyatta çalışan ve araca yükleme-boşaltma yapan personel ile aracın sürücüsüISO 9001:2000-ISO 22000:2005-BRC ve HACCP eğitimlerinden geçirilmeli ve eğitimlerin etkinliği uygunmetotlar kullanılarak ölçülmelidir.

8. SONUÇ

ISO 9001:2000’nin gıda sektörü için yorumu olan ISO 22000:2005-BRC sadece gıda üreticileri açısından değilonlara tedarikçi olanlar ın da bundan sonra uyması gereken kurallar ı açıklamaktadır. Özellikle de bugüne kadar kapsama girmeyen ve tesis imalatını gerçekleştiren depo üreticileri, o depolar ı soğutan üniteleri imal edenler venihayetinde soğuk zinciri oluşturan sevk araçlar ını dizayn ve imal edenler ISO 22000:2005’in gereklerininsağlanabildiği ortamlara uygun ürünleri/üretimleri ile rekabette bir adım önde olabileceklerdir.ISO 22000:2005’in ülkemizdeki kar şılık standardı bu makale hazırlandığı tarih itibariyle yayınlanmamıştır.Ülkemizde resmi standart yayın kurumu olan TSE ’nin, gıda sektörü temsilcileri üniversiteler ve sektörün diğer

meslek kuruluşlar ı ile ortaklaşa olarak bu standardı bir an önce Türk Standardı olarak yayınlaması, standardınsektördeki kabulünü, yaygın kullanımını ve işletmelerin bu yönlü çabalar ındaki kolaylığı arttırmayı sağlayacaktır. Aksi takdirde bugün için sermaye gücü belirli düzeyin üzerindeki firmalar zaten yurtdışı olanaklar ını kullanarak ve yabancı belgelendirme kuruluşlar ı ile iş birliğine girerek uluslararası rekabetteyapmalar ı gerekeni gecikmeksizin tamamlamaktadırlar. Zaten bugün için ilk olarak ihracat ağırlıklı çalışan veuluslararası sermayeli firmalar ın ISO 22000:2005 kurulum çalışmalar ına başlamış olması bu eğilimin en büyük kanıtıdır.

KAYNAKLAR

• BRC Food, V Edition,2008• International Standards Organizations, ISO 9001:2000-Quality management systems-Requirements ,

Geneva, December 2002• International Standards Organizations, ISO 22000:2005 • Menemenlioğlu, D., “Gıda Sektöründe ISO 9001:2000 ve HACCP Uygulamalar ı:ISO 15161:2001”,

Bülten,MMO İzmir Şubesi, Mayıs 2002• World Healt Organization, Codex Alimentarius Food Hygiene Basic Texts, Food and Agricultural

Organization of the United Nations, Rome, 1997




301

YAZARLAR DİZİNİ

A. Bilgen ETK İ N……… 205 Abdullah YILDIZ…….. 220

Ahmet COŞ KUN......... 62 Ahmet FERTELL İ …… 120

Ali BOLATTÜRK.... 62 Ali GÜNGÖR…………. 19, 220 Ali KILIÇARSLAN…… 165 Alper YILMAZ………. 128

AR İ F HEPBAŞ LI………. 5 Arif ÖZBEK…………… 128 Be şir Ş AH İ N…………. 81, 89 Bülent Orhan…………. 19Canan C İ M Şİ T……. 236

Dilek KUMLUTAŞ ……… 46 Ebru HANCIOĞ LU……. 5 Ender ERDOĞ AN….. 97 Erdo ğ an Şİ M Ş EK……. 81,89

Ertaç HÜRDOĞ AN… 248 Fikret PAZIR………….. 258Gamze GED İ Z İ LD İŞ … 227 Gökhan ARSLAN…….. 174Gökhan GÜRLEK…….. 220

H. Kemal ÖZTÜRK…… 262 H. Kür şad ERSOY…… 193

H. Mutlu ÖZTÜRK…… 262 Hakan SEMERC İ …………292 Hasan ACÜL…… 31 Hüseyin PEHL İ VAN… 58 İ . Tekin ÖZTÜRK…. 236 İ smail EKMEKÇ İ ….. 106

İ smail EKMEKÇ İ …… 97 Kadir İ SA …………… 58, 97, 106 K ıvanç ARSLANTAŞ …. 41 Korhan ALTINKAYA… 12 M. HOŞ ÖZ……………. 165 M. Turhan ÇOBAN…. 69, 183 Mehmet B İ LG İ L İ ……… 81,89 Mehmet Fevzi KÖSEOĞ LU..53 Mehmet ORHAN… 53 Mete ÖZ Ş EN…………….. 46 Mohgtada MOBED İ … 227 Mr. Maurizio ZAGO… 111 N. Güray Ş ENOL…… 111

Nagihan B İ L İ R……… 193 Nurdil ESK İ N……….. 174 O. ÖZD İ K İ C İ LER……. 258 Orhan BÜYÜKALACA.. 120,128,248Osman KARA………….. 248 Özlem ÇET İ N………… 12Safiye Nur D İ R İ M…….. 270Seher KUYUMCUOĞ LU 286 Semra Ülkü………… 227 Serhan KÜÇÜKA……… 151Serkan SUNU………….. 151Ş ebnem TAVMAN………. 286 Tansel KOYUN......... 62

Tuncay YILMAZ……….. 120,128, 248Turan ERKAN………… 279




302

Veli DOĞ AN……………. 137 Vildan KÜÇÜK……….. 270Yunus ÇERÇ İ ………….. 205Yusuf POLAT…………. 81, 89

Ziya Haktan KARADEN İ Z…46




303

AKDENİZ SOĞUTMA




304




305

DOR İ N SPA




306




307




308




309




310




311




312




313




314