Soğutma devrelerinde sistem içerisindeki soğutucu akışkanın sıcaklığı ve basıncı sistemin kısımları ve akışkanın çalışma şartlarını gösterir. Bu kavramlar aşağıdaki gibi açıklanmıştır.
Yüksek Basınç Tarafı
Bir soğutma devresinin kompresörün basma tarafından basma borusu, kondenser, sıvı tankı, sıvı borusu ve genleşme valfine kadar olan kısmına “yüksek basınç tarafı” denir.
Alçak Basınç Tarafı
Bir soğutma devresinin genleşme valfi çıkışından itibaren soğutucu ünite, emme borusu ve kompresörün emişine kadar olan kısmına “alçak basınç tarafı” denir.
Yoğuşma Basıncı
Soğutucu akışkanın kondenserdeki kızgın buhar, doymuş buhar, ıslak buhar ve sıvı durumundaki akışkan sıcaklığına uyan basınç, yoğuşma basıncıdır. Yoğuşma basıncı aynı zamanda soğutma devresinin yüksek taraf basıncıdır.
Soğutma sisteminde kompresör devre dışı kaldığında belirli bir süre sonra yüksek basınç tarafındaki soğutucu akışkan sıcaklığı yüksek basınç tarafını çevreleyen hava sıcaklığına eşit olur. Bu durumda, soğutma devresinin yüksek taraf basıncı, çevre havasının sıcaklığına uygun bir basınç olarak belirlenir. Belirli bir süre devre dışı kalan kompresör tekrar devreye girdiğinde soğutucu akışkan sıcaklığı ile yoğuşturma ortamının sıcaklığı (çevre havası yoğuşturma ortamı olarak kullanılırsa) arasında çok kısa bir süre sıcaklık farkı olmadığından dolayı yoğuşma olmaz. Çok kısa bir zaman içinde yüksek taraf sıcaklığı yoğuşturma ortamı (çevre havası sıcaklığının üzerine çıkarak bir sıcaklık farkı meydana gelir. Bu fark yeterli bir değere ulaşınca kondenserdeki soğutucu akışkandan yoğuşturma ortamına olan ısı transferi yeterli duruma gelerek kararlı bir yoğuşma işlemi başlamış olur.
Yoğuşma Sıcaklığı
Kondenserde yoğuşma durumundaki soğutucu akışkanın doymuş buhar, ıslak ve sıvı durumundaki sıcaklığıdır. Yoğuşma sıcaklığı kondenser ısı transfer yüzeyi ile yoğuşturma ortamının sıcaklığı ile belirlenir. Yoğuşma sıcaklığı, yoğuşturma ortamının sıcaklığından ekonomik nedenlerden dolayı ve atmosfer sıcaklığının belirlenen ortam sıcaklığının üzerine zamanla çıkma olasılığına karşı daha yüksek seçilir. Ancak bu yükseklik farkının mümkün olduğu kadar küçük seçilmesi istenir.
Basma Hattı Sıcaklığı
Basma hattı sıcaklığı yoğuşma sıcaklığından farklıdır. Kompresörce basma hattına gönderilen soğutucu akışkan buharı, doymuş buhar ıslak buhar durumunda ise basma hattı sıcaklığı yoğuşma sıcaklığına eşit kabul edilebilir. Uygulamada soğutucu akışkan basma hattında kızgın buhar durumundadır. Kızgın buharın sıcaklığı, aynı basınçtaki doymuş buhar veya ıslak buhardan daha yüksek sıcaklıktadır. Basma hattı sıcaklığı ile yoğuşma sıcaklığı ayrı ayrı sıcaklık kavramlarıdır.
Buharlaşma Basıncı
Soğutucu ünitede buharlaşan soğutucu akışkanın basıncına buharlaşma basıncı denir. Buharlaşma basıncı soğutucu ünite ısı transfer yüzeyi ile soğutulan hacmin havasının sıcaklığına göre değişir. Soğutucu ünite ısı transfer yüzeyinin belirli bir değeri için, soğutulan hacmin sıcaklığının daha düşük değerler alması halinde buharlaşma basıncı düşer. Soğutulan hacmin sıcaklığının artması buharlaşma basıncını da arttırır.
Buharlaşma Sıcaklığı
Her soğutucu akışkanın buharlaşma basıncına bağlı olarak buharlaşma sıcaklığı vardır, bu sıcaklık basınca göre değişir. Buharlaşma sıcaklığı düştükçe buharlaşma basıncı da düşecektir. Buharlaşma sıcaklığı da soğutulan hacmin havasının sıcaklığına göre değişmektedir.
Soğutma Tesiri
Birim ağırlıktaki soğutucu akışkanın tamamının soğutulmakta olan hacimden absorbe ettiği ısı miktarı, o soğutucu akışkanın soğutma tesiridir. Mesela, 1 kg ağırlığında 0 °C‘de 1 kg buzu ele alalım. Buz kütlesinin tamamı eriyip su haline gelinceye kadar çevre havasından 335 kj ısı absorbe eder. 335 kj 0 °C’de ve 1kg ağırlığındaki buz’ un gizli ısısı olup, buz için soğutma tesiridir.
Buz örneği gibi soğutucu akışkanları da inceleyelim. Bir soğutucu akışkanın 1 kg’ının soğutucu ünitede buharlaşırken soğutulan hacmin havasından absorbe ettiği ısı miktarı soğutma tesiri olup, bu miktar o soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısına eşittir. Ancak bu karşılaştırma soğutucu akışkanın sıvı durumundaki sıcaklığı ile, buharlaşma durumundaki sıcaklığının birbirine eşit olması haline göre yapılmıştır. Uygulamada, soğutucu akışkanın sıvı durumundaki sıcaklığı soğutucu ünitede buharlaşma sıcaklığından daima yüksektir. Soğutucu akışkanın buharlaştırıcı da soğutulmakta olan hacmin havasından ısı absorbe etmeden önce sıcaklığı buharlaşma sıcaklığına düşürülür. Bu sebeple, soğutucu akışkanın sadece belirli bir kısmı soğutucu ünitede buharlaşır ve soğutulmakta olan hacmin havasından ısı absorbe eder. Demek ki soğutma tesiri soğutucu akışkanın sıvı durumundaki sıcaklığı ile soğutucu ünitede buharlaşma sıcaklığına göre belirlenmekte olup, bu değer soğutucu akışkanın toplam buharlaşma gizli ısısından daha küçüktür. Toplam buharlaşma gizli ısısı soğutma tesiri yüzünden erişilebilecek ideal bir değerdir.
Her soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısı farklı olduğundan belirli sıvı ve buharlaşma sıcaklıklarına göre değişik soğutucu akışkanların soğutma tesirleri de farklı değerlerde olur. Soğutma sistemlerinde soğutma tesiri yüksek olan soğutucu akışkanlar tercih edilir, çünkü sistemde daha az soğutucu akışkan dolaştırılacağı için sistemde dışarıdan verilen iş az olacaktır. Soğutma tesirleri termodinamik tablo veya çalışma sıcaklıkları verildiği zaman ph diyagramından bulunabilir.
Örnek Problem 7.1
+30 °C yoğuşma sıcaklığı, -10 °C buharlaşma sıcaklıkları arasında R-134a soğutucu akışkanla çalışacak sistemin soğutma tesir katsayısını bulunuz? (Tablo R-134a)
Çözüm: Termodinamik tablodan -10 °C’ deki soğutucu akışkanın doymuş buhar halindeki entalpisi, +30 °C’ deki sıvı soğutucu akışkanın entalpisi bulunup doymuş buhar hakindeki soğutucu akışkanın entalpisiyle sıvı halinde soğutucu akışkanın entalpi farkı 1kg soğutucu akışkanın soğutma tesirini verir.
R-134a termodinamik tablosundan ısı tutumları;
+30 °C doymuş sıvı durumundaki R-134a soğutucu akışkanın ısı tutumu = 142 kj/kg,
–10 °C doymuş buhar durumundaki R-134a soğutucu akışkanın ısı tutumu = 294 kj/kg,
S. Tesiri = 294 – 142 = 152 kj/kg
Örnek Problem 7.2
Örnek 7-1’deki çalışma şartlarında soğutma sistemi R-12 soğutucu akışkanla çalıştırılırsa soğutma tesirindeki değişimi bulunuz. (Tablo R-12)
+30 °C doymuş sıvı durumundaki R-12’nin entalpisi hf = 227 kj/kg
-10 °C doymuş buhar durumundaki R-12’nin entalpisi hg = 346 kj/kg
q0 = 346 – 227 = 119 kj/kg
Kaynak: Mak. Yük. Müh. Orhan KISA