Soğutucu Akışkanlar ve Fiziksel Özellikleri

Soğutucu akışkanlar genel anlamda soğutulacak olan maddelerden ısı alarak onları soğutan maddelere denir. Soğutucu akışkanlar çevresindeki maddeleri doğrudan veya dolaylı olarak soğuturlar.

Soğutucu akışkanlar için aranılan özellikler şunlardır;

– Pozitif buharlaşma basıncı olmalıdır. Su buharının soğuk kısımlarda katılaşarak işletme aksaklıklarına meyden vermesini önlemek için buharlaşma basıncının çevre basıncından bir miktar üzerinde olması gerekir.
– Düşük yoğuşma basıncı olmalıdır. Yüksek basınca dayanıklı kompresör, kondenser, boru hattı gibi tesisat olmalıdır.
– Buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır. Buharlaşma gizli ısısı ne kadar yüksek olursa sistemde o oranda gaz akışkan kullanılacaktır.
– Kimyasal olarak aktif olmamalıdır, tesisat malzemesini etkilememesi, korozif olmaması, yağlama yağının özelliğini değiştirmemesi gerekir.
– Yanıcı patlayıcı ve zehirli olmamalıdır.
– Kaçakların kolay tespitine imkân veren özellikte olmalıdır.(koku, renk)
– Ucuz olmalıdır.
– Isı geçirgenliği yüksek olmalıdır.
– Di elektrik olmalıdır.
– Düşük donma derecesi sıcaklığı olmalıdır.
– Yüksek kritik sıcaklığı olmalıdır.
– Özgül hacmi küçük olmalıdır.
– Viskozitesi düşük olmalıdır.
– Atmosfer basıncında, düşük sıcaklık derecesinde buharlaşabilmelidir.
– Yoğunlaşma basıncı yüksek olmamalı. Yoğunlaşma sıcaklığı yüksek olmalıdır.
– Soğutucu sistemin borularına etki etmemelidir.
– Sistemde akarken kimyasal yapısı bozulmamalıdır.
-Kompresördeki makine yağının özelliğini değiştirmemelidir.
– Zehirleyici olmamalıdır.
– Küçük kapasiteli bir kompresörün kullanımına elverişli olmalıdır.

Birinci Sınıf Soğutucu Akışkanlar

Pek çok türden soğutucu akışkan vardır.Bunların birçoğu çeşitli işletme şartlarına ve gereksinimlerine uyum sağlayacak şekilde ve özellikle geliştirilmişlerdir. Bazı soğutucu akışkanlar karışık kimyasal yapıya sahiptirler ve genellikle R harfi ile başlayan soğutucu akışkan sınıflandırma numaraları ile sembolize edilirler. Çok kullanılan bazı soğutucu akışkanların sınıflandırma numaraları ve bazı fiziksel özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Tablo : Bazı soğutucu akışkanlar fiziksel özellikleri

– R11: (CCl3F), düşük basınçlı (0 C de 0.40 bar) bir soğutucudur. Ağırlıklı olarak 350 kW – 10.000 kW soğutma kapasitesi aralığında olan merkezkaç su soğutucu ünitelerde (chiller) kullanılmaktadır. Bütün dünyada 60.000 adet su soğutucu ünitede R11 kullanıldığı tahmin edilmektedir. Ozon tahribatı nedeniyle üretimi durdurulmuştur. Yanmaz ve kokusuzdur.
– R12: Bugüne kadar soğutma maksadı ile en çok kullanılan soğutucu akışkanlardandı. Ancak ozon tabakasına olumsuz etkilerinden dolayı şuan kullanımı yasaklanmış olan bir soğutucu akışkandır. Bunun yanında zehirli, patlayıcı ve yanıcı olmaması sebebiyle tamamen emniyetli bir maddedir.
– R123: (CF3CHCl2), merkezkaç soğutucu ünitelerde kullanılan ve R11’e en uygun olan alternatif soğutucu maddedir. R11’evaporatör metalik olmayan malzemeleri etkileme gücü daha fazladır. Dolayısıyla R123’evaporatör geçişte tüm kauçuk esaslı malzeme değiştirilmelidir. R11’evaporatör göre daha düşük enerji verimine sahiptir. Zehirleyici özelliği nedeniyle kullanıldığı ortamda ek tedbirler gerektirmektedir. 8 saat boyunca maruz kalınacak maksimum doz 10 ppm’dir.
– R134A: (CF2CH2F), termodinamik ve fiziksel özellikleri ile R12’ye en yakın soğutucudur. Halen ozon tüketme katsayısı 0 olan ve diğer özellikleri açısından en uygun soğutucu maddedir. Araç soğutucuları ve ev tipi soğutucular için en uygun olan alternatiftir. R134a, mineral yağlarla uyumlu olmadığından poliolester veya poliolalkalinglikolbazlı yağlarla kullanılmalıdır.
– R401A:R22, R124 ve R152a’dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %52 / 33 / 15 oranında) ve R12 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımdır. HCFC içerdiğinden nihai bir alternatif olmayıp 2030 yılına kadar kullanılabilecektir. Bu soğutucu DUPONT tarafından SUVA MP39 adıyla piyasaya sunulmuştur.
– R402A: R22, R125 ve R290’dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %38 / 60 / 2 oranında) ve R502 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımdır. HCFC içerdiğinden nihai bir alternatif olmayıp 2030 yılına kadar kullanılabilecektir. Bu soğutucu DUPONT tarafından SUVA HP80 adıyla piyasaya sunulmuştur.
– R404: R32 ve R125’den oluşan (ağırlıkça %50 / 50 oranında) ve R22 için alternatif kabul edilen yakın azeotropik bir karışımdır. Teorik termodinamik özellikleri R22 kadar iyi değildir. Ancak ısı transfer özelliği oldukça iyidir. R22 – R410A dönüşümünde sistemin yeniden dizayn edilmesi gerekmektedir. Bu değişim yapıldığı taktirde sistem verimi R22’ye göre %5 daha iyi olmaktadır. Sera etkisinin yüksek olması en büyük dezavantajıdır.
– R407C: 407C, R32, R125 ve R134a’dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %20 / 40 /40, %10 / 70 / 20 ve % 23 / 25 / 52 oranlarında) ve R502 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımlardır.
– R410A: R32 ve R125’den oluşan (ağırlıkça %50 / 50 oranında) ve R22 için alternatif kabul edilen yakın azeotropik bir karışımdır. Teorik termodinamik özellikleri R22 kadar iyi değildir. Ancak ısı transfer özelliği oldukça iyidir. R22 – R410A dönüşümünde sistemin yeniden dizayn edilmesi gerekmektedir. Bu değişim yapıldığı taktirde sistem verimi R22’ye göre %5 daha iyi olmaktadır. Sera etkisinin yüksek olması en büyük dezavantajıdır.
– R500: R12 ve R152a’dan oluşan bir azeotropik bir karışımdır. Karışım oranı ağırlıkça % 73,9 R12, % 26,2 R152a’dır. Düşük oranda R12’ye alternatif olarak kullanılmaktadır. R12’ye göre daha iyi COP değerine ve % 10 – 15 daha yüksek hacimsel soğutma kapasitesine sahiptir.
– R502: R22 ve R115’den oluşan bir azeotropik bir karışımdır. Karışım oranı ağırlıkça % 48.8 R22, % 51.2 R115’tir. En çok kullanıldığı alan soğuk taşımacılık ve ticari soğutuculardır. Düşük sıcaklıklarda yüksek hacimsel soğutma kapasitesine sahiptir. –20, –40 °C aralığında R22’den % 1 ile % 7 arasında daha yüksek olmaktadır. COP değeri çalışma koşullarına bağlı olarak R22’den %5 – 15 daha yüksektir.
– R507: R125 ve R134a’dan oluşan (ağırlıkça %50 / 50 oranında) R502 için kabul edilen bir alternatiftir. Bu soğutucu ALLIED SIGNAL tarafından GENETRON AZ50 adıyla piyasaya sunulmuştur.
– R717 (NH3 = AMONYAK): Amonyak, azot ve hidrojenden oluşan renksiz ve kötü kokulu bir gazdır. Kimyasal formülü NH3’tür. Azot içeren gübre, ilaç, boya, parfüm gibi maddelerin sentezlenmesinde ilk aşamadır. OH− iyonu içermediği halde zayıf baz özelliği gösterir. Gazlaşma gizli ısısı çok yüksek olduğundan sanayi tesislerinde soğutucu madde olarak da kullanılır. Molekül ağırlığı 17,0304 g/mol, 1 Atmosfer basıncında kaynama noktası -33.34oC’dir (239.81 K). Molekül şekli üçgen piramittir. Molekülleri polar olduğundan su içinde yüksek oranda çözünür. Zehirleyici etkisinin fazla önem taşımadığı hallerde, büyük kapasiteli tesislerde, soğuk depoculukta, buz üretiminde, buz pateni sahalarında ve donmuş paketleme uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
– R13 : (CClF3), -70 0C ile –45 0C arasında kullanılan düşük sıcaklık soğutucusudur. Az sayıda endüstriyel soğutma tesisinde kullanılmaktadır.
– R13B1 : (CBrF3), -700C -45 0C aralığında endüstriyel soğutucularda kullanılmaktadır. Yüksek ozon tüketme kapasitesi nedeniyle Montreal Protokolü kapsamında üretimi ve tüketimi tamamen durdurulmuştur.
– R114 : (CClF2), yanmayan ve zehirli özelliği olmayan bir soğutucu maddedir. 80 0C – 120 0C arasında endüstriyel ısı pompalarında kullanılmaktadır.
– R143a : (CF3CH3), R502 ve R22 için uzun dönem alternatifi olarak kabul edilmiştir. Amonyak kullanımının uygun olmadığı düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılmaktadır.
– R125 : (CF3CHF2), R502 ve R22 için uzun dönem alternatifi olarak kabul edilmiştir. R143 gibi amonyak kullanımının uygun olmadığı düşük sıcaklıklar için düşünülmüştür.
– R152a: Ozon tahribatına neden olmayan ve sera etkisi çok düşük olan (R12’nin %2’si kadar) R152a (C2H4F2), ısı pompalarında R12 ve R500 için alternatif olarak kabul edilmiştir.

Diğer Soğutucu Akışkanlar

Son zamanlarda geliştirilmiş bir soğutucu madde çeşidi olan azeotrop (karışık) soğutucu maddeler, iki ayrı soğutucu maddenin belirli oranlarda karıştırılarak tek bir soğutucu maddeymiş gibi kullanılabilen soğutucu maddelerdir. Buharlaşmaları ve yoğunlaşmaları sırasında yapılarında bir değişiklik olmaz. Elektrik motorunun doğrudan kompresöre bağlı olduğu sistemlerde, güç kaynağının frekansı değiştikçe soğutma kapasitesi değişir. Azeotrop soğutucular kullanılırsa bu değişim önlenebilir.

Tuz çözeltileri saf suyun donma noktasından daha düşük sıcaklık derecelerinde donarlar. Doğrudan soğutucu maddelerle soğutulan tuz çözeltileri, borularla soğuk depolara veya buz yapma sistemlerine taşınır. Soğukta depolanacak maddelerden ısı alarak onları soğutur. En çok kullanılan tuz çözeltisi kalsiyum klorürlü çözeltidir.

Tablo: Soğutucu akışkanlar tüp renk tablosu

Soğutucu Akışkanlar Kaçak Kontrol Metotları

– Sabun köpüğü
Bütün gaz kaçaklarında kullanılabilir.

– Torçlambası (halidelamp)
Bütün florokarbon soğutucu akışkanlar için kullanılabilir. Kaçak olduğunda alev açık yeşil-mavi olur.

– Elektronik kaçak detektörü
Bütün florokarbon soğutucu akışkanlar için kullanılabilir. Balans otomatik veya ayarlı tipleri vardır. (Not: Amonyak kaçakları için baz esaslı turnusol kağıdının renk değişimi ve sülfür mumu dumanın beyaz bir duman çıkarması gibi yöntemler kullanılır.)