Soğutma ile İlgili Genel Tanımlar
Soğutma ile İlgili Genel Tanımlar - sayfa2
Tablo 6.1. (k) Değerleri Kcal/h. °C m
| Malzemenin Cinsi | (k) | Malzemenin Cinsi | (k) |
| Silica Aerojel | 0.018 | Biriket-Dolu-Curufdan-Sert | 0.75 |
| Poliüretan | 0.020 | Biriket-Dolu-Kum | 0.90 |
| Camyünü, Styropor, Mantar | 0.035 | Kireç Harç | 0.75 |
| Ruberoit | 0.12 | Cam-Ortalama | 0.80 |
| Kereste-Yumuşak (Cam, Ladin, Köknar, Ihlamur, Sunta) | 0.12 | Döşeme – Karo Mozayik | 0.90 |
| Kereste-Sert (Gürgen, Kayın) | 0.15 | Döşeme-Grobeton | 1.10 |
| Bitüm veya Katranlı kanaviçe | 0.15 | Döşeme-Şap betonu | 1.20 |
| Hafif Betondan l = 800 Kg/m3 | 0.35 | Döşeme Blokajı, Mozaik, vs. | 1.50 |
| Hafif Betondan l = 1200 | 0.45 | Çimento Harç | 1.20 |
| Hafif Betondan l = 1600 | 0.68 | Beton – 120 | 1.30 |
| Hafif agrege l = 1000 | 0.60 | Beton – 160 | 1.75 |
| Hafif agrege l = 1400 | 0.60 | Ağır tabii Taşlar (Mermer vs) | 3.00 |
| Hafif agrege Üç sıra boşluklu | 0.48 | Kurşun (saf) | 31.50 |
| Tuğla Delikli l = 1000 Kg/m | 0.40 | Çelik (Ortalama) | 39.0 |
| Tuğla Delikli l = 1200 Kg/m | 0.45 | Demir (Saç, profil, vs.) | 40-45 |
| Tuğla Delikli l = 1400 Kg/m | 0.52 | Demir (599.8 saflıkta) | 60 |
| Tuğla-Dolu-Hafif l = 1200 Kg/m | 0.45 | Pirinç (%70 Bakır, %30 Çinko) | 90 |
| Tuğla-Dolu-Hafif l = 1400 Kg/m | 0.52 | Çinko (%99.8 Saflıkta) | 97.5 |
| Tuğla-Dolu-Normal l=1800 Kg/m | 0.68 | Alüminyum (%99 Saflıkta) | 1.70 |
| Tuğla-Dolu-Ağır l = 1900 Kg/m | 0.90 | Alüminyum (%99.9 Saflıkta) | 196 |
| Kiremit l = 2000 | 0.90 | Bakır (%99.9 Saflıkta) | 326 |
| Dış Cephe Kaplama Tuğlası | 1.12 | Gümüş (Saf) | 360 |
Hava ısıyı soğuduktan sonra genleşir, yoğunluğu azalmaya başlar ve ısının çekildiği soğutma serpantinine ulaşana dek yükselir. Konveksiyon çevrimi, hava ile serpantin arasında sıcaklık farkı olduğu sürece devam eder. Piyasa tipi ünitelerde, dolabın içine plakalar yerleştirilebilir. Bunun amacı konveksiyon akımlarının, serpantinin etrafında arzu edilen hava akış şekillerini almaya yönlendirilmesidir. (MEB)
2.6.3. Radyasyon (Işınım):
Bir cismi meydana elemanter taneciklerin ısıl hareketi, elektromagnetik ışıma şeklindeki enerji neşretmelerine sebep olur. Sıcaklığın artması, taneciklerin hareketini ve dolayısıyla ışıma şiddetini arttırır.
Radyant ısı, koyu renkli veya donuk cisimler veya maddeler tarafından kolayca soğurulur. Oysa, açık renkli yüzeyler veya malzemeler, ışık ışınlarını olduğu gibi, radyant ısı dalgalarını da yansıtırlar. Bundan dolayıdır ki ısı dalgalarını da yansıtırlar. Bundan dolayıdır ki buzdolabının açık renkte imal edilir.
Cisimlerin bazıları bu yapılan ışıma enerjisini soğurur, bazıları yansıtır, bazıları da içlerinden daha serbestçe geçmelerine müsaade ederler. Yalnız mükemmel bir boşluktan serbestçe geçerler. Yapılan bu enerji dalgaları soğurgan başka bir ortama tesadüf ettiklerinde enerjilerini bu ortama transfer ederek bu ortamın ısıl hareketini arttırırlar. Böylece ısı enerjisi, neşredilen sitemden, ışımayı doğuran sisteme transfer edilmiş olur. Sistemlerden birinin sıcaklığı azalırken diğerinin sıcaklığı artar. Bütün cisimler sürekli olarak ısıl ışıma neşreder. [8]
3. SOĞUTMA ÇEVRİM ELEMANLARI
Bu bölümde, buhar sıkıştırma çeviriminde kullanılan cihaz ve ekipmanın tanıtılması ele alınacaktır. Bir buhar sıkıştırma çevrimi aşağıdaki kısımdan meydana gelmektedir.
1- Kompresör
2- Evaparatör
3- Kondenser
4- Soğutucu akışını kontrol elemanları
4.1- Kılcal boru
4.2- Termostat
4.3- Drayer
4.4- Monometre
4-5 Termometre
1. Soğutma Kompresörleri
Soğutma kompresörünün sistemdeki görevi (a) Buharlaştırıcı Soğutucudaki ısı ile yüklü soğutucu akışkanı buradan uzaklaştırmak ve böylece arkadan gelen ısı yüklenmemiş akışkana yer temin ederek akışın sürekliliğini sağlamak (b) Buhar haldeki soğutucu akışkanın basıncını kondenserdeki yoğuşma sıcaklığının karşıtı olan seviyeye çıkarmaktır.
İdeal bir kompresörde şu genel ve kontrol karakteristikleri aranır:
a. Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimi-çalışma rejimine uyabilme.
b. İlk kalkışta dönme momentinin mümkün olduğunca az olması.
c. Verimlerin kısmi yüklerde de düşmemesi.
d. Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenirliliği muhafaza etmesi.
e. Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyesinin üstüne çıkmaması.
f. Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması.
g. Daha az bir güç harcayacak birim soğutma değerini sağlayabilmesi.
h. Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması.
Fakat bu karakteristiklerin tümüne birden sahip olan bir kompresör yoktur denebilir. Uygulamalardaki şartlara göre yukarıdaki karakteristiklerden en fazlasını sağlayabilen kompresör, seçimde tercih edilecektir.
Genel yapıları itibariyle soğutma kompresörlerini aşağıdaki şekilde sınıflandırmak mümkündür:
1A ) Pozitif Sıkıştırmalı Kompresörler
a) Pistonlu Kompresörler
b) Paletli Dönel Kompresörler
c) Helisel-Vida Tipi Dönel Kompresörler
1B) Santrifüj Kompresörler
1A/a ) Pistonlu Kompresörler
Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan bu tip kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-biyel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir. Eski çift etkili kompresörlerin, yatık tip pistonlu buhar makineleri ile hareketlendirilmesinde hiç dönel hareket olmadan da çalışma durumlarına rastlamak mümkündür. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makineler olup açık tip (kayış kasnak veya kavramalı) veya Hermetik tip kompresör şeklinde (Amonyak hariç) dizayn ve imal edilmektedir.
Pistonlu kompresörlerin uygulanma şartları, birim soğutucu akışkan soğutma kapasitesine isabet eden silindir hacmi gereksinimi az olan ve fakat emiş/basma basınç farkı oldukça fazla olan refrijeranlar için uygun düşmektedir.
Açık tip pistonlu kompresörlerin bugünkü silindir tertip şekilleri genellikle düşey, I, Vasıfsız işgücünün, W tertibinde I’a 16 silindir ve tek etkili olup, yatık ve çift etkili kompresör dizaynı hemen tamamıyla terkedilmiştir. Tam kapalı hermetik tip motor-kompresörlerde düşey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sık uygulanmaktadır.
1A/b ) Paletli Dönel Kompresörler
Dönel kompresörler, pistonlu kompresörlerin gidip gelme hareketi yerine sıkıştırma işlemini yaparken dönel hareketi kullanırlar. Bu dönel hareketten yararlanma şekli ise değişik türden olabilir (tek ve çift dişli, tek paletli, çok paletli) çift dişli prensibine göre çalışan ve çok sık rastlanan Heisel vida tipi dönel kompresörler bundan sonraki paragrafta gösterilmiştir. paletli tip dönel kompresörlerin en çok uygulanan iki tipine bu paragrafta değinilecektir.
1A/b1 ) Tek/Dönmeyen Paletli Tip Kompresörler
Daha ziyade küçük kapasiteli ve tam kapasiteli/hermetik tip motor-kompresör dizaynına uygulanan bu tip paletli dönel kompresörlerde palet dış gövdeye yerleştirilmiştir ve dönel hareket katılmaz, sadece dönel rotorun eksantrik hareketini takip ederek doğrusal hareket yapar. Bu ve diğer tip dönel hareketli kompresörlerde en önemli husus; birbirine temas ederek hareket eden parçaların yüzey düzgünsüzlükleri ile çalışma boşluklarının mümkün olduğu kadar az olması (sızıntıların azaltılması için) ve sürtünme/aşınmaların asgari seviyede tutulmasını sağlayacak şekilde iyi bir yağlama yapılmasıdır. Bu kompresörlerde sızdırmazlık Hidrodinamik etkiyle kontrol altında tutulur. Hidrodinamik etkiden kastedilen veya bunu meydana koyan faktörler, çalışma boşlukları, relatif hareket hızları, yağlama yağının viskozitesi ve parçaların yüzey işlemi düzgünlükleridir. Dönel kompresörlerde ölü hacim çok küçük olarak yapılabildiği için Volumetrik verim çok yüksektir. Ayrıca, iyi bir imalat tekniği ile ses ve titreşim seviyeleri pistonlu kompresörlere nazaran çok daha alçak seviyelerde olabilmektedir. Ancak, ses ve titreşim seviyesi kompresörün büyüklüğü arttıkça artmaktadır ve büyük tip dönel kompresörlerde basma tarafı ses yutucusu (susturucu) konulması uygun olmaktadır. Bu tip kompresörlerin ana parçaları ve bunların özellikle aşağıda kısaca izah edilmektedir.
Kompresör Kapasite Kontrol Mekanizması
Soğutma yüklerinin daha düşük seviyelerde olduğu çalışma şartlarında sistemin tam yükteki gibi dengeli ve yüksek bir verimle çalışmasını sağlamak ve daha az enerji sarf etmek maksadıyla değişik türden kapasite kontrol mekanizmaları geliştirilmiştir. Bunlardan uygulamada rastlananlar; (1) Kompresör emiş tarafını kısarak emiş basıncını kontrol altında tutmak, (2) Basma basıncını kontrol altında tutmak, (3) Basılan refrijanı kısmen veya tamamen emiş tarafına yönelmek, (4) Refrijeran devresine genişleme hacmi ilave etmek, (5) Piston kursunu azaltıp çoğaltmak, (6) Kompresör basma manifoldu çıkışını kapatıp emişe kısa devre etmek, (7) Kompresörün devrini azaltı çoğaltmak, (8) Silindire girişi tamamen kapatmak, diye sayılabilir.
a ) Dış gövde/Silindir
Haraket eden parçaları, yatakları refrijeran giriş ve çıkış yollarını, basma tarafı klepesini, hermetik tiplerde elektrik motorunu, tahrik şaftını ve diğer aksamı içinde toplayan dış gövde çoğunlukla iyi vasıflı, sızdırmaz pik dökümden yapılır. Hareket eden eksantrik rotorun temas ettiği iç yüzey ve karşılıklı iki yan yüzeyler çok dar toleranslarla işlenir, taşlanır ve honlanır. Hermetik tiplerde genellikle uygulanan dizayn şekli düşey motor/kompresör ekseni tertibi şeklidir.
b) Hareketli Rotor
Tahrik miline eksantrik şekilde tespit eden rotor dönme hareketi yaparken dış gövdenin iç yüzeylerini sıyırarak hareket eder. Rotor, vasıflı çelikten yapılarak dar toleranslarda taşlanır ve parlatılır.
c) Palet
Kompresör verimi büyük ölçüde paletin sızdırmazlık seviyesine bağlı olduğundan bunların çok ince (0.08m) toleranslarla işlenmesi ve şekillendirilmesi gereklidir. İmal edildikleri malzeme cinsleri, vasıflı gri pik döküm, çelik, alüminyum ve karbon (ASTM Type “A” Graphite) şeklinde sayılabilir. Palet kalınlığı, yük altında fazla eğilmeyecek tarzda seçilir (kanat boyunun maksimum %0.005’i). paleti rotora karşı bastıran yayın basma kuvveti, refrijeranın kondenser yoğuşma basıncına göre ve %25 arttırılarak tayin edilir.
d) Tahrik Mili
Bu tip kompresörlerin tahrik milinde aranan en önemli unsur rijitliği yani fazla esnememesi, çalışma aralıklarını ve yağlama yağı filmini koruyabilmesidir. Bu nedenle, mil malzemesinin sert çelikten olması (Min. 52 Rockwell) ve yeterli boyutlarda yapılması, yüzeyinin çok iyi işlenmesi gerekmektedir (0.125 mikrona taşlanıp honlanarak parlatılacak).
e) Yataklar
Yatakların, dönel elemanları çak iyi ve hassas şekilde taşıması gereklidir, aksi halde yağ filmi çok öncelir (sürtünme ve aşınma artar, ısınma olur ve daha fazla enerji sarfolur) veya tersine çok artarak sızmaların da artmasına sebep olabilir. Yatakların ayrıca; güvenilir, dış etkilerden fazla etkilenmeyen, uzun ömürlü ve bakıma gerek göstermeyen tip olması gerekir. Dökme demir üzerine geçirilmiş çelik zarf yataklar çok iyi sonuç vermiştir. Keza, sertliği 180-220 Brine arasında olan ferritsiz-vasıflı gri pik döküm (gözeneksiz-sıkı perlitik döküm) yataklardan da iyi sonuç alınmaktadır.
f) Valf
Dönel kompresörlerde akış sürekli olduğundan emiş valfine gerek yoktur. Basma tarafına, yüksek vasıflı çelikten yapılmış, genellikle yaprak tipi bir valf (klepe) konulur. Valf kalınlığı, kompresörün büyüklüğüne bağlı olarak 0.1 ile 0.3 mm arasında değişir (5 hp’den küçük kompresörler). Valf yaprağının düzgün ve kenarlarının pürüzsüz olması sızdırmazlık yönünden çok önemlidir.
1A/b2) Çok/Dönen Paletli Dönel Kompresörler
Daha ziyade büyük kapasiteli kompresörlere uygulanan bu dizayn şeklinde paletlerde rotorla birlikte dönel harekete katılırlar (İki paletli çalışan küçük kapasiteli hermetik tip kompresörlere de bazen rastlamak mümkündür). R-12, 22 ve Amonyak gibi refrijeranlarla, tek kademeli olarak, normal evaporasyon sıcaklık seviyelerinde kullanıldığı gibi Kaskat Sistemi derin soğutma uygulamalarının yüksek süpürme debisi gerektiren alçak kademesi için ideal bir çözüm gerektirmektedir. Keza kademeli derin soğutma uygulamaları için terfih (Booster) kompresörü olarak (-20 ila -90 °C arasında) başarıyla kullanılmaktadır. Bugünkü imalatların güç olarak sınırları 10 ila 600 HP arasında değişmektedir. Bu tip kompresörlerin özellikleri : aynı kapasitedeki diğer tip kompresörlerden daha küçük boyutlu ve daha hafif olmaları, endüstriyel uygulamaların gerektirdiği şekilde sağlam ve dayanıklı olmaları, çok düşük evaporasyon sıcaklıklarında başarıyla kullanabilmeleridir. Uygulama yerlerinin başında; soğuk depoculuk, gıda maddeleri dondurulması işlemleri, endüstriyle ve kimyasal proseslerin soğutma gerektiren işlemleri gelmektedir. Bu kompresörlerin palet sayısı genellikle 4 ila 16 arasında değişmekte olup palet sayısının kompresör büyüklüğü arttıkça fazlalaşması bir çok yönden fayda sağlamaktadır. Sıkıştırma oranının, birim soğutma kapasitesine harcanan gücün en düşük seviyede kalmasını sağlayacak şekilde tertibi gerekir. Bugünkü çok paletli dönel kompresörlerde sıkıştırma oranı 1/7 sınırının altında tutulmaktadır. Diğer yandan, emiş/basma dizayn basınç farkının da çok yüksek tutulmaması gerekir; aksi halde paletlerde aşırı gerilim (esneme) meydana geleceği gibi yatak yükleri de artacaktır ve rotorun esnemesi söz konusu olacaktır. Bu kompresörlerde yağlama; gerek palet-gövde/paletrotor sürtünmesini azaltmak, gerek soğutmayı iyi bir seviyede tutmak ve gerekse refrijeranın geri sızmasını asgari seviyede tutabilmek yönünden çok önemlidir.
Bu kompresörlerin normal olarak kapasite kontrol mekanizmasıyla teçhiz edilmesi beklenir. Kapasite kontrol sınırları %20 ila %100 arasında seçilir ve bu sürekli-kademesiz bir kontrol sağlanır. En uygun kapasite kontrol mekanizması silindirin yan yüzeylerine konulan valflerin ayarlanması ile sağlanan tip olanıdır. Bu valfler aynı zamanda aşırı basınç altında açılarak yüksek basınca karşı koruma sağlarlar ve kompresörün yağlama mekanizmasından gelen basınçlı yağın verdiği kontröllü kumanda ile kapasite kontrolü görevini yaparlar. Yağ basıncı yokken valfler tam açıktır ve dolayısıyla ilk kalkışta asgari yükle kalkış temin edilmektedir. Bu valfler, paletler arasındaki boşluktan, sıkıştırılmakta olan gazın emiş tarafına by-pass’ını sağlayarak çıkış basıncının düşürülmesini ve kapasitenin kontrolünü mümkün kılmaktadır.
1A/c) Helisel Tip Dönel Kompresörler
Pozitif sıkıştırmalı kompresörler genel grubuna giren bu kompresörlerin değişik konstrüksiyonu haiz bir çok türüne rastlamak mümkündür. Soğutma uygulamalarında halen en çok rastlanan helisel tip dönel kompresörleri, bariz farklara sahip iki ana grupta toplamak mümkündür; (1) Tek vidalı/helisli tip, (2) Çift vidalı/helisli, dönel kompresörler. Ancak, her iki tip kompresörün de çalışma prensibi ve konstrüktif yönden bir çok müşterek yanları vardır. Örneğin, basınçla yağın püskürtülmesi suretiyle hem yağlama işleminin yapılması, hem sıkıştırma işlemi sırasında sızdırmazlığın sağlanması hem de meydana gelen ısının gövdeden alınıp uzaklaştırılması, her iki tür kompresörde de yerleşmiş bir uygulama şeklidir. Keza, sıkıştırma oranları, kapasite kontrolü mekanizmaları ve ısı ekonomizeri tertipleri her iki tip kompresörde de benzer durumdadır.
1A/c1) Tek Vidalı/Helisli Tip Dönel Kompresörler
Bugünkü tek vidalı tip dönel kompresörlerin ana prensibi ilk defa 1960’lı yılların başlarında getirilmeye başlanmış ve ilk 10 sene bunlardan daha ziyade hava kompresörü olarak yararlanılmıştır. Daha sonraki yıllarda ise soğutma uygulamalarında kullanılmaya başlanmış ve gittikçe daha geniş bir soğutma kapasitesi kapsamına cevap vermek üzere yapılmaya devam etmiştir.
1A/c2) Helisel/Vida Tipi Dönel Kompresörler
Çalışma prensibi yönünden dişli yağ pompasına benzeyen bu kompresörler, birisi erkek diğeri dişli bir helisel vida çiftinden meydana gelmektedir. Bu helisel vida çifti bir dış gövde içerisine yerleştirilmiş ve her iki başlarından yataklanmıştır. Dış gövde refrijeran giriş/çıkış ağızlarını da içerir. Refrijeran gazın helisel boşluklarındaki hareketi hem radyal hem de aksiyal yönde oluşmaktadır. Helisel dişlilerden birisi (genellikle erkek helisel dişli) tahrik gücünü sıkıştırma işlemine iletir ve bu işlem sırasında diğer dişli serbest durumda tahrik edeni takip ederek döner. Ancak, her iki helisel dişlinin de ayrı ayrı tahrik gücü verilerek, senkronize edilmiş devir sayılarıyla tahrik edildiği dizayn şekillerine de rastlamak mümkündür.
Helisel/Vida tipi kompresörlerde emiş ile basma (çıkış) ağızları arasındaki işlemi 4 kademeye ayırmak mümkündür. Bunlar; (A) Emiş, (B) İlerleme, (C) Sıkıştırma, (D) Basma. Bu işlem her helisel dişli çiftinin beher diş çiftinde tekrarlanmaktadır. Helisel dişlinin diş profili ise ilk yapılan tiplerde dairesel iken son yıllarda daha verimli bir çalışma ve daha iyi bir sızdırmazlık sağlayan asimetrik özel bir profile dönüştürülmüştür.
Vida tipi kompresörler Kuru/Yağsız çalışacak tarzda dizayn edilebileceği gibi daha çok yağ püskürtmeli olarak yapılabilir. Kuru tip vidalı kompresörlerde sıkıştırma oranı ve giriş-çıkış basınç farkı sınırlıdır ve devir sayıları yüksektir (3600 d/d’nın üzerinde). Yağ püskürtmeli tiplerde (45 ila 50°C sıcaklıkta) bu sınırlamalar geniş ölçüde kalkmaktadır.
Püskürtülen yağ ayrıca silindir soğutulmasına, sesin ve aşınmaların azaltılmasına yardım etmektedir ve kompresör, gelen refrijeranda daha yüksek oranda sıvı refrijeran bulunmasına tahammül edebilmektedir ki bu, soğutma uygulamaları için önemli bir husustur. Yağ püskürtmeli vida kompresörler R-12, 22, 502 ve Amonyak gibi çok rastlanan refrijeranlara (yüksek yoğuşma basınçlı refrijeranlar) rahatça uygulanabilmektedir ve halen 20 ila 1500 HP arasındaki güçlerde imal edilmektedir.