İklimlendirilmiş Havanın Nakledilmesi ve Soğutma Çevrimi

0

Bugün en sık rastlanan soğutma çevrimi buhar sıkıştırma çevrimi olduğu bilinmektedir. Buhar sıkıştırma çevriminde kullanılan cihaz ve ekipmanları öncelikle tanıyalım. Bir buhar sıkıştırma çevrimi beş ana kısımdan meydana gelmektedir.

1-Soğutma Kompresörü (Buhar sıkıştırma aparatı)
2-Kondenser (Sıkıştırılan buharı yoğuşturucu)
3-Evaporatör (Buharlaştırıcı-Soğutucu)
4-Genişleme Aparatı (Ekspansiyon valfleri, kılcal borular, seviye kontrol cihazları)
5-Boru Donanımı

soğutma çevrimi

Soğutma Çevrimi

Soğutma Kompresörleri

Soğutma kompresörünün sistemdeki görevi:

(a) Buharlaştırıcı-Soğutucu 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 güvenilirliği muhafaza etmesi

e)Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyenin üstüne çıkmaması

f)Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması

g)Daha az bir güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi

h)Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması

Fakat bu karakteristiklerin tümüne birden sahip olan bir kompresör yoktur denilebilir. Uygulamadaki şartlara göre yukarıdaki karakteristiklerden en fazlasını sağlayabilen kompresör seçimde tercih edilir. Genel yapıları itibarıyla soğutma kompresörlerini aşağıdaki şekilde sınıflandırmak mümkündür.

A) Pozitif sıkıştırmalı kompresörler :

a) Pistonlu kompresörler
b) Paletli dönel kompresörler
c) Helisel-Vida tipi dönel kompresörler

B) Santrifuj kompresörler

Klima cihazları Soğutma Çevrimi

Soğutma Çevrimi

Pistonlu kompresörler

Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan bir tip kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-byel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir.

Eski tip bazı çift etkili kompresörlerin yatık tip pistonlu buhar makinaları ile hareketlendirilmesinde hiç dönel hareket olmadan da çalışma durumlarına rastlamak mümkündür. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makinalar olup açık tip veya hermetik tip motor-kompresör şeklinde dizayn ve imal edilmektedirler.

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. Amonyak , R-12, R-22, R-502 bu refrijeranların en başta gelen türleridir.

Pistonlu Kompresörler

Soğutma Çevrimi Pistonlu Kompresörler

Açık tip pistonlu kompresörlerin bugünkü silindir tertip şekilleri genellikle düşey I,V ve w tertibinde 1 ila 16 silindirli ve tek etkili olup, yatık ve çift etkili kompresör dizaynı hemen tamamıyla terkedilmiştir. Tam kapalı-hermetik tip motor-komresörlerde düşey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sık uygulanmaktadır.

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 Helisel Vida tipi dönel kompresörler de vardır.

Helisel tip dönel kompresörler

Pozitif sıkıştırmalı kompresörler genel grubuna giren bu kompresörlerin  değişik konstrüksiyonu haiz birçok türüne rastlamak mümkündür. Soğutma uygulamalarında halen en çok rastlanan helisel tip dönel kompresörleri, bariz farklara sahip iki ana gurupta toplamak mümkündür;

(1)tek vidalı/helisli tip,
(2)çift vidalı /helisli, dönel kompresörler.

Ancak her iki tip kompresörün de çalışma prensibi ve konstrüktif yönden birçok müşterek yanları vardır. Örneğin , basınçla yağın  püskürtülmesi suretiyle hem yağlama işleminin yapılması, hem sıkıştırma işlemi sırasında sızdırmazlığın sağlanması hemde meydana gelen ısının gövdeden alınıp uzaklaştırılması , her iki tür  kompresörde de  yerleşmiş bir uygulama şeklidir.

Keza oranları, kapasite kontrolü mekanizmaları ve ısı ekonomizeri tertipleri her iki tip kompresörde de benzer durumdadır.

Santrifuj kompresörler

Buhar sıkıştırma soğutma çevrimi ile soğutma işlemi yapan santrifuj kompresörlerin, pistonlu ve dönel paletli veya vida tipi kompresörlerden farkı pozitif sııştırma işlemi yerine santrifuj kuvvetlerden faydalanarak sıkıştırma işlemini yapmasıdır.

Santrifuj kompresörlerde özgül hacmi yüksek olan akışkanların (daha geniş hacimlerin) kolayca hareket ettirmesi  mümkün olduğu için sık sık büyük kapasiteli derin soğutma (-100C kadar) işlemlerinde uygulandığı görülür.

Santrifuj kuvvetlerin büyüklügü hızların karesi ile doğru orantılı olduğundan giriş-çıkış basıncı farklarının büyütülmesi devirin arttırılması ile veya rotor çapının büyütülmesi ile yahutta kademe sayısı arttırılarak sağlanabilir. Bu nedenle santrifuj makinalarda nadirende olsa 90.000 d/d gibi çok yüksek rotor devirlerine rastlamak mümkündür.

Bu yüksek devirlerin sağlanması için tahrik motoru ile komprösör mili arasına deviri yükseltici bir dişli kutusu konulur. Yüksek devirli buhar veya gaz türbünleri ile direkt akuple şekilde tahrik edilen santrifuj kompresörlere uygulamada rastlamak mümkündür.

Santrifüj Kompresörler

Soğutma Çevrimi Santrifüj Kompresörler

Genel olarak tahrik gücü elektrik motorlarıyla sağlanır. Içten yanmalı motorlarla tahrik edilen santrifuj kompresörlere seyrek de olsa rastlanabilir. Uygulamadaki kapasite sınırları bugün 85 ila 10.000 Ton/Frigo arasında değişmektedir. Santrifuj kompresörlerde emiş ile basma tarafı arasındaki basınç farkının santrifuj kuvvetlerden yararlanılarak sağladığı yukarıda belirtmiştim.

Bu basınç sağlanırken refrijerana önce bir hız (kinetik enerji) verilir ve sonra bu hız basınca (potansiyel enerji) dönüştürülür. Bu dönüştürme işlemleri sırasında mutlaka birçok  kayıplar olacaktır ve basma tarafı basıncı dahada yükseldikçe bunlar dahada artacaktır. Bu nedenle, santrifuj kompresörlerde basma basıncının mümkün olduğu kadar emişten az bir farkla olması istenir.

Buna rağmen uygulamada emiş-basma basınç farkı değerleri 2 ila 30 arasında değişmekte ve her tür refrijeran ile santrifuj kompresör kullanılabilmektedir. Fakat yukarıda izah edilen sebepden dolayı daha ziyade yoğuşma basıncı düşük olan refrijeranlar santrifuj kompresörler için uygun olmaktadır (R-11 ve R-113 gibi) ve bu şartlar ancak klima uygulamalarına cevap verebilmektedir. Bu nedenle santrifuj kompresörlere en çok klima sistemi uygulamalarında rastlanmasına şaşmamak gerekir.

Derin soğutma uygulamalarında genellikle çok kademeli kompresör kullanılır ve 10 kademeye kadar yapılan santrifuj kompresörlere rastlamak mümkündür. Ayrıca santrifuj kompresörlerin paralel ve seri bağlantı tertibinde hatta ara kademelerden değişik sıcaklık uygulamaları için refrijeran bağlantısı yapılarak kullanıldığı zaman zaman görülmektedir.

Santrifuj kompresörlerin kapasite kontrolü genellikle refrijeranı emişte kısmak suretiyle sağlanır. Bu maksatla emiş ağzına ayarlanabilir kanatlar konur. Kanatların ayarlanması pnömatik, elektrik veya hidrolik vasıtalarla yapılabilmektedir.

Kapasite kontrolü maksadı için santrifuj kompresörlerde de rotor devrini değiştirme tarzı kullanılmaktadır. Az da olsa uygulanan diğer kapasite kontrol sistemleri;Difüzör (çıkış) kanatlarının açılarının ayarlanması, difüzör kanalının daraltılıp genişletilmesi, Rotorun (çark) geçiş kanallarının daraltılması ve bunların birkaçının beraberce uygulanmasıdır.

Santrifuj kompresörlerin dizaynında çalışma kapasite sınırlarının ve devirlerinin gerek kritik devir sayısı yönünden ve gerekse şok dalgalanmasının başlaması yönünden çok iyi etüt edilmesi gerekir. Kritik devir sayısının 0.8 ila 1.1 katı değerleri arasındaki devirlerde kati surette sürekli çalışmaya müsaade edilmez.

Soğutma Çevrimi

Şok dalgalanmasının durumu ise, değişik devirlerdeki Debi/Basınç koordinatları üzerine inşa edilecek politropik verim ve Mach katsayısı eğrilerinin etüdü ile görülebilir. Buradan bulunacak şok dalgalanması zarfının altındaki değerlerde çalışma şok dalgalanması yapacaktır. Şok dalgalanması (surgıng) olayı varken refrijeran kompresör çıkışında sık sık bir ileriye bir geriye yönelir. (takriben 2 saniyede yön değiştirir).

Bu olayın neticesinde aşırı gürültü , aşırı titreşim ve kompresörde aşırı ısınma meydana gelir ki devam etmesi halinde gerek sistem tarafı gerekse kompresör tarafı bundan zarar görebilir. Keza tahrik motoru da alternatif şekilde yüklenir ve yükü azalır ki bunun sonucu dönme hızı bir azalır bir artar.

Surging olayının tespitinde bu durumun mevcudiyeti bir ipucu olabilir. Motorun çektiği akımın ölçülmesi de bu olayı teyit edecektir. Kompresördeki aşırı titreşimler ve gürültüler daima bir anormal çalışmaya ve arızanın yaklaştığına işaret olarak kabul edilmelidir.

Santrifuj kompresörlerin rotorları (çark) açık tip veya örtülü tip şeklinde dizayn edilir ve dökme aliminyum, kaynaklı aliminyum, dökme çelik, kaynaklı çelik, perçinli çelik gibi malzemeden yapılır. Aluminyum, çeliğe nazaran daha yüksek bir dayanıklılık/ağırlık oranına sahiptir ve daha hafif rotor ile daha yüksek devirlerde çalışılmasını mümkün kılar.

Çelik rotorlar ise 150C üzerindeki çalışma şartlarında üstünlük kazanır. Korosif refrijeran uygulamalarında paslanmaz çelik uygun bir çözüm getirmektedir. Santrifuj kompresörlerde de vida tiplerinde olduğu gibi eksenel ve radyal yükleri taşıyacak şekilde ayrı ayrı iyi bir yataklama gereklidir. Eksenel yükler burada daha da fazladır.

Kondenser (Yoğuşturucu)

Soğutma sisteminde refrijeranın evaporatörden aldığı ısı ile kompresördeki sıkıştırma işlemi sırasında ilave olunan ısının sistemden alınması kondenserde yapılır. Böylece refrijeran sıvı hale gelerek basınçlandırılır ve tekrar genleştirilerek evaporatörden ısı alacak duruma getirilir.

Buhar ve gazların bir yüzeyde yoğuşması, yüzeyin vasıflarına bağlı olarak “Damla veya film teşekkülü” tarzlarında oluşur. Damla teşekkülü ile yoğuşma (Dropwise condensation) durumunda çok daha yüksek (Film teşekkülünden 4-8 defa daha fazla) ısı geçirgenlik katsayıları sağlanabilmekte ve bu tercih edilmekte ise de uygulamada  refrijeran özellikleri ve kondenser imalatının ekonomik faktörlerle sınırlanmaları nedeniyle ancak film tarzı yoğuşma ve az ölçüde de damla teşekkülü ile yoğuşma birlikte olmaktadır.

Kondenser

Soğutma Çevrimi Kondenser

Kondenserdeki ısı alış verişinin 3 safhada oluştuğu düşünülebilir, bunlar(1)Kızgınlığın alınması (2)Refrijeranın yoğuşması (3)Aşırı soğutma. Kondenser dizaynına bağlı olarak aşırı soğutma kondenser alanının %0-10’unu kullanacaktır. Kızgınlığın alınması için ise kondenser alanının %5’ini bu işleme tahsis etmek gerekir.

Bu üç değişik ısı transferi şekline bağlı olarak kondenserdeki ısı geçirme katsayıları ile sıcaklık araları da farklı olacaktır. Ancak kızgınlığın alınması safhasındaki ortalama sıcaklık aralığının fazlalığına karşı daha düşük bir ısı transferi katsayısı mevcut olacak, fakat aşırı soğutma sırasında bunun aksine sıcaklık aralığı daha az ve ısı geçirme katsayısı daha fazla olacaktır.

Yoğuşma sırasında ise her iki değer de alt-üst seviyelerinin arasında bulunucaktır. Yapılan deneylerde ısı transferi katsayısının artmasının karşısında sıcaklık farkının azalması (veya tersi) yaklaşık olarak aynı çarpım sonucunu vermektedir ve bu değerlerin ortalamasını kullanmak mümkün olmaktadır. Hesaplamada sağladığı basitlik de göz önüne bulundurularak kondenserlerin hesabında tek bir ısı geçirme katsayısı ile tek bir ortalama sıcaklık aralığı değerleri uygulanmaktadır.

Genel olarak 3 değişik tip kondenser mevcuttur;(A)Su soğutmalı kondenserler (B)Hava ile soğutmalı kondenserler (C)Evaporatif (Hava-Su) kondenserler. Uygulamada , bunlardan hangisinin kullanılacağı daha ziyade ekonomik yönden yapılacak bir analiz ile tespit edilecektir.

Bu analizde kuruluş ve işletme masrafları beraberce etüt edilmelidir. Diğer yandan, su soğutmalı ve evaporatif kondenserlerde yoğuşum sıcaklığının daha düşük seviyelerde olacağı ve dolayısla soğutma çevrimi termodinamik veriminin daha yüksek olacağı muhakkaktır, bu nedenle yapılacak analizde bu hususun dikkate alınması gerekir.

Soğutmalı Kondenserler

Bilhassa temiz suyun bol miktarda, ucuz ve düşük sıcaklıklarda bulunabildiği yerlerde gerek kuruluş ve gerekse işletme masrafları yönünden en ekonomik kondenser tipi olarak kabul edilebilir.

Büyük kapasitedeki soğutma sistemlerinde genellikle tek seçim olarak düşünülür. Fakat son yıllarda yüksek ısı geçirme katsayıları sağlanan hava soğutmalı kondenserlerin yapılmasıyla 100 Ton/fr. kapasitelerine kadar bunların da kullanıldığı görülmektedir.

Su soğutmalı kondenserlerin dizaynı ve uygulamasında boru malzemesinin ısıl geçirgenliği, kullanılan suyun kirlenme katsayısı, kanatlı boru kullanıldığında kanat verimi su devresinin basınç kaybı, refrijeranın aşırı soğutulmasının seviyesi gibi hususlar göz önünde bulundurulur.

Bakır boru kullanılan kondenserlerde (halojen refrijeranlar) genellikle borunun et kalınlığı azdır. Bakırın ısı geçirgenliği de yüksek olduğu için kondenserin tüm ısı geçirme katsayısına kondüksüyonun etkisi azdır ve bu katsayı daha ziyade dış (refrijeran tarafı) ve iç (su tarafı) film katsayılarının değerine bağlı olur.

Halbuki, et kalınlığı fazla ve ısıl geçirgenliği az (demir boru gibi) olan borular kullanıldığında, örneğin amonyak kondenserlerinde, borudaki kondiktif ısı geçişi de tüm ısı geçirme katsayısına oldukça etken olur.

Klima Kondenser

Soğutma Çevrimi Kondenser

Kirlenme katsayısı, kullanılan suyun zamanla su tarafındaki ısı geçiş yüzeylerinde meydana getireceği kalıntıların ısı geçişini azaltıcı etkisini dikkata almak maksadını taşır. Kirlenme katsayısını etkileyen faktörler şunlardır:(1)Kullanılan suyun , içindeki yabancı maddeler bakımından evsafı (2)Yoğuşum sıcaklığı (3)Kondenser borularının temiz tutulması için uygulanan koruyucu bakımın derecesi. Bilhassa 50C’nin üzerindeki yoğuşum sıcaklıkları için kirlenme katsayısı, uygulamanın gerektirdiğinden biraz daha yüksek alınmalıdır.

38C’nin altındakiyoğuşum sıcaklıklarında ise bu değer normalin biraz altında alınabilir. Su geçiş hızının düşük olması da kirlenmeyi hızlandırır ve 1m/san’den daha düşük hızlara meydan verilmemelidir. Yüzey kalıntıları peryodik olarak temizlenmediği taktirde kirlenme olayı gittikce hızlanacaktır, zira ısı geçirme katsayısı git gide azalacak ve gerekli kondenser kapasitesi ancak daha yüksek yoğuşum sıcaklığında sağlanabilecektir. Bu ise kirlenme olayına sebebiyet verecektir. Artan kirlenme ile su tarafı direncinin artacağı ve bunun sonucu su debisinin azalarak yoğuşum sıcaklığını daha da arttıracağı muhakkaktır.

Hava Soğutmalı Kondenserler

Bilhassa 1 HP’ye kadar kapasitedeki gruplarda istisnasız denecek şekilde kullanılan bu tip kondenserlerin tercih nedenleri;basit oluşları, kuruluş ve işletme masraflarının düşüklüğü, bakım-tamirlerinin kolaylığı şeklinde sayılabilir.

Ayrıca her türlü soğutma uygulamasına uyabilecek karekterdedir (Ev tipi veya ticari soğutucular , soğuk odalar, pencere tipi klima cihazları gibi). Çoğu uygulamalarda hava sirkilasyon fanı açık tip kompresörün motor kasnağına integral şekilde bağlanır ve ayrı bir tahrik motoruna ihtiyaç kalmaz.

Hava soğutmalı kondenserlerde de ısı transferi 3 safhada oluşur, bunlar(a)Refrijerandan kızgınlığın alınması (b)Yoğuşturma (c) Aşırı soğutma. Kondenserin alanının takriben %85 yoğuşturma olayına hizmet eder ki kondenserin asli görevi budur. %5 civarında bir alan kızgınlığın alınmasına ve %10 ise aşırı soğutma (subcooling) hizmet eder.

Fanlı KondenserSoğutma Çevrimi Fanlı Kondenser

Hava soğutmalı kondenserlerde yoğuşan refrijeranı kondenserden almak ve depolamak üzere genellikle bir refrijeran deposu kullanılması artık usul haline gelmiştir. Bundan maksat kondenserin faydalı alanını sıvı depolaması için harcamamaktır.

Havalı kondenserler, halokarbon refrijeranlar için genellikle bakır boru / aliminyum kanat tertibinde, bazen de Bakır boru / Bakır kanat ve bakır veya Çelik boru / çelik kanat tertibinde imal edilirler. Aliminyum alaşımı boru / kanat imalatlara da rastlamak mümkündür. Kullanılan boru çapları ¼” ila ¾” arasında değişmektedir. Kanat sayısı beşer metrede 160 ile 1200 arasında değişir, fakat en çok kullanılan sıklık sınırları 315 ila 710 arasında kalmaktadır.

Bu tip havalı kondenserlerin ısı geçiş alanı ihtiyacı ortalama olarak 2.5 m/sn hava geçiş hızında, beher ton/frigo (3024 kcal/h) için 9 ila 14 m kare arasında değişmektedir. Çok küçük, tabii hava akışlı kondenserler hariç tutulursa, hava ihtiyacı ortalama beher kcal/h için 0.34 ila 0.68m3 /h arasında değişmekte olup buna gereken fan motor gücü beher 1000 Kcal/h için 0.03 ila 0.06HP civarında olmaktadır.

Fan devirleri 900 ila 1400 d/d arasında olmalıdır. Kondenser fanları genellikle aksiyal tip olup sessiz istenen yerlerde radyal tip kullanılabilir. Refrijeran yoğuşma sıcaklığı ise, hava giriş sıcaklığının 10-20C üzerinde bulunacak şekilde düşünülmelidir. Genelde boruların durumu, kanat aralıkları, derinlik (boru sırası) alın alanı gibi dizayn özellikleri hava debisi ihtiyacını, hava direncini ve dolayısıyla fan büyüklüğü, fan motor gücünü ve hatta grubun ses seviyesiyle maliyetleri etkiliyecektir.

Soğuk Oda Soğutma ÇevrimiSoğuk Oda Soğutma Çevrimi

Bugünkü kondenserdizayn şekli sıcak soğutkanın üstten bir kollektörle birkaç müstakil devreye verilmesi, yoğuştukça yerçekimi ivmesi ile aşağı doğru inmesi ve aşırı soğutma sağlanarak gene bir kollektörden alınması şeklindedir.

Hava soğutmalı kondenserler, grup tertip şekline göre

(a)kompresör ile birlikte gruplanmış

(b) kompresörden uzak bir mesafeye konulacak tarzda tertiplenmiş (split kondenser) olmak üzere iki sınıfa ayrılmaktadır.

Kondenserden hava geçişi düşey ve yatay yönde  olacak tarzda tertiplenebilir. Diğer yandan, hava fanı, havayı emici veya itici etkiyle hareketlendirecek şekilde konulabilir.

Bir soğutma sisteminin bekleneni verebilmesi, büyük ölçüde yoğuşma basınç ve sıcaklığının belirli sınırlar arasında tutulabilmesiyle mümkündür. Bu ise kondenserin çalışma rejimi ile yakından ilgilidir.

Aşırı yoğuşum sıcaklık ve basıncının önlenmesi kondenserin yeterli soğutma alanına sahip olmasıyla ilgili olduğu kadar hava sık rastlanan bir durumdur. Bu nedenle, bilhassa soğuk havalarda çalışma durumu devresinde yeterli debi ve sıcaklıkta havanın bulunmasıylada ilgilidir.

Yoğuşma sıcaklık ve basıncının çok düşük olması halinde ise yeterli refrijeran akışı olamamasına bağlı olan sorunlar çıkmaktadır. Örneğin, termostatik akspansiyon Vaf’inde yeterli basınç düşümü sağlanamamasından dolayı kapasitenin düşmesi sık olduğunda, çok düşük yoğuşma basıncını önleyici tedbirler alınır ki bunları iki grupta toplamak mümkündür; (a) Refrijeran tarafını kontrol etmek, (b) Hava tarafını kontrol etmek.

Evaporatif kondenserler

Hava ve suyun soğutma etkisinden birlikte yararlanılması esasına dayanılarak yapılan evaporatif kondenserler bakım ve servis güçlükleri, çabuk kirlenmeleri, sık sık arızalanmaya müsait oluşları nedenleriyle gittikçe daha az kullanılmaktadır.

Evaporatif kondenser üç kısımdan oluşmaktadır.

(a)Soğutma serpantini,
(b)Su sirkilasyon ve püskürtme sistemi,
(c)Hava sirkülasyon sistemi.

Soğutma serpantininin içinden geçen refrijeran, hava soğutmalı kondenserde olduğu gibi, yoğuşarak gaz deposuna geçer. Serpantinin dış yüzeyinden geçirilen hava, ters yönden gelen atomize haldeki suyun bir kısmını buharlaştırarak soğutma etkisi meydana getirir.(Aynen soğutma kulesinde olduğu gibi).

Evaporatif NemlendiriciBöylece kondenserdeki yoğuşma sıcaklığı ve dolayısıyla basıncı daha aşağı seviyelere düşürülmüş olur. Serpantinin dış yüzeyi, ısı transferi film katsayısının düşük oluşunun etkisini karşılamak üzere, alanı arttırmak için kanatlarla techiz edilmektedir.

Ancak, modern evaporatif kondenserlerde, boru dış yüzeylerinde iyi bir ıslaklık elde edilmesi neticesi yüksek ısı transfer katsayılarına ulaşmakta ve kanatsız düz borular kullanılmaktadır. Kondenserin alt seviyesinde bulunan su toplanma haznesinden su devamlı şekilde bir pompa ile alınıp soğutma serpantinin üst tarafında bulunan bir meme grubuna basılır ve memelerden püskürtülür.

Bu suyun takriben %3-5 buharlaşarak (takriben 6 ila 7.5 litre/h beher ton /frigo için) havaya intikal ettiğinden, su haznesine, flatörlü valf aracılığıyla devamlı su verilir. Ancak bu kondenserdeki su ilavesi, su soğutmalı kondenseri bulunan soğutma kulesi ile mücehhez bir sisteme oranla çok daha azdır ve bunun %5ila10’u mertebesinde olmaktadır.

Soğutma kulelerinde olduğu gibi, evaporatif kondenserlerde de, buharlaşma sebebiyle geride kalan suyun sertliği ve kirliliği gittikçe artacağından, su toplanma haznesinden bir miktar suyu sürekli sızdırmak gerekir.

Iyi vasıflı su kullanıldığında sızdırılan su miktarı 9(klima)ila12(soğutma)litre/h beher ton/frigo civarında olmalıdır. Su haznesinde verilen suyun yumuşatılmış su olması halinde bu miktar sıfıra indirilebilir ve bu tercih edilmelidir.

Bir evaporatif kondenserin ısıl perfonmansı, sadece havanın kuru veya yaş termometre sıcaklıkları veya havanın giriş –çıkış entalpi farkları baz alınarak gösterilemez. Zira püskürtülen suyun ve üflenen havanın sıcaklıkları girişten çıkışlarına kadar çok değişik değerler gösterirler. Havanın yaş termometre sıcaklığı normal olarak sürekli artar ve çıkışta en yüksek seviyeye ulaşır.

Suyun sıcaklığı ise refrijerandan alınan ısı ile yükselme eğilimi gösterirken suyun buharlaşma ısısı almasıyla sıcaklığı düşmeye başlar. Bunun sonucu, su sıcaklığı soğutma serpantinin girişinde yükselir (hava yaş termometre sıcaklığı bu kısımda oldukça yükseldiğinden) ve sonradan, havanın giriş yerine yaklaşınca sıcaklığı düşmeye başlar. Toplanma havuzunda su sıcaklığı, stabil bir çalışmaya erişilince fazla değişmez.

Evaporatif kondenserler genellikle binanın dışına ve çatıya konulur, fakat bina içine konularak hava giriş-çıkışları galvanizli saçtan kanallarlada sağlanabilir. Bina dışındaki cihazların kışın da çalışması söz konusu ise donmaya karşı tedbir alınmalıdır.

Bina içindeki uygulamalarda ise, ıslak havanın atıldığı kanalın soğuk hacimlerden geçmesi halinde kanalın içinde yoğuşma olacağı hatırda tutulmalı ve bu suyun toplanıp atılması için önlem alınmalıdır. Bina içi uygulamaları, bir egzost sistemi ile entegre olarak uygulandığında egzost fanı ve elektrik enerjisinden tasarruf sağlayacaktır.

Hava soğutmalı kondenserlerde olduğu gibi evaporatif kondenserlerde de soğuk havalarda çalışma sırasında çok düşük yoğuşma basınçları oluşumunun önlenmesi gerekir. Bu maksatla uygulanan tertipler; (a)Vantilatör motorunun durdurulup çalıştırılması (b)Hava debisini azaltıp çoğaltmak üzere hava akımına bir damper ve ayar servomotoru kullanılması (c)Vantilatör motorunun devrinin azaltılıp çoğaltılması olarak sayılabilir.

Evaporatör (Buharlaştırıcı-Soğutucu)

Bir sogutma sisteminde evaporatör sıvı refrijeranın buharlaştığı ve bu sırada bulunduğu ortamdan ısıyı aldığı cihazdır. Diğer bir ifadeyle evaporatör bir soğutucudur.

Kondenserden direkt olarak veya refrijeran deposundan geçerek ve direkt ekspansiyonlu sistemde (kuru tip) ekspansiyon valfi, kılcal boru veya benzer bir basınç düşürücü elamanda adyabatik olarak genişledikten sonra evaporatöre sıvı-buhar karışımı şeklinde giren refrijeranın büyük bir kısmı sıvı haldedir.

Evaporatörde ısı alarak buharlaşan refrijerana, emiş tarafına geçmeden önce bir miktar daha ısı verilmesi ve 3-8C arasında kızgınlık verilerek kızgın buhar durumuna gelmesinin birçok faydaları vardır. Bunların en başta, kompresöre büyük zarar verebilen sıvı refrijeranın kompresöre gelmesi gösterilebilir.

Sıvı taşmalı tip evaporatörlerde ise refrijeran evaporatörde sıvı halde bulunur ve ısıyı alarak buharlaşan kısmı bir sıvı-buhar ayrıştırıcısından (surge tank) geçtikten ve sıvı kısmı ayrıldıktan sonra buhar halinde kompresöre ulaşır. Sıvı refrijeranın evaporatöre beslenmesi seviye kumandalı (flatörlü,manyetik vs.) Bir vana ile yapılır.

Klima Evaporatör

Sıvı ayrıştırıcı tankta biriken sıvı refrijeran tekrar evaporatöre geri gönderilir ve soğutma işleminde yararlanılır. diRekt veya sıvı taşmalı tertiplerde çalışan evaporatörlerin hepsinde de refrijeran basınca, kondenser tarafındaki basınca oranla çok daha düşüktür. Bu nedenle, evaporatör tarafına sistemin alçak basınç tarafı adı verilir.

Evaporatörün yapısı; refrijeranın iyi ve çabuk buharlaşmasını sağlayacak, soğutulan maddenin (hava su, salamura, vs) ısısını iyi bir ısı geçişi sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve refrijeranın giriş ve çıkıştaki basınç farkını (kayıpları) asgari sevyede tutacak tarzda dizayn edilmelidir. Ancak, bunlardan sonuncusu ilk ikisiyle genellikle ters düşmektedir.

Şöyle ki; iyi bir ısı geçişi ve iyi bir buharlaşma için gerekli şartlar iç ve dış yüzeylerin daha girintili ve daha kolay ıslanır (kılçallığı fazla) olmasını gerektirirken bu durum basınç kayıplarını arttırmaktadır. Bu nedenle, evaporatör dizaynı geniş tecrübe ve dikkat isteyen, ayrıca deneylere sık sık başvurulan bir çalışma şeklini gerektirir. Bu çalışmaların yönlendirilmesinde en başta gelen etken soğutulacak maddenin cinsi ve konumudur (sıvı, katı, gaz).

Ayrıca, refrijeran ısı alışverişi yaparken içinde bulunduğu ve hareket ettiği hacmin durumu da evaporatör dizaynında önemli değişiklikler meydana getirir. Burada refrijeranın bir boru serpantinin içerisinde hareket etmesi ve soğutulacak maddenin boruların dışından geçmesi veya bunun tersi söz konusu olmaktadır ki bunlardan ilki genellikle kuru tip-direkt ekspansiyonlu evaporatörlerde, ikincisi ise sıvı taşmalı tip evaporatörlerde uygulanmaktadır.

Refrijeranın boru içinden geçmesi halinde, akış hızının arttırılmasının içteki film katsayısını ve dolayısıyla ısı geçişini arttırıcı yönde bir etkisi beklenir, fakat bu durum refrijeranın basınç kayıplarını arttıracağı için akış debisini azaltacak ve kapasiteyi düşürecektir. Burada, her iki etkenin durumu beraberce göz önünde bulundurulup ısıl geçiş ve kapasitenin optimum olduğu değerler saptanmalıdır.

Evaporatör tipleri, uygulamanın özelliklerine göre 3 ana grupta toplanabilir; (A) Gaz haldeki maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (genellikle hava) (B)Sıvı haldeki maddeleri soğutucu evaporatörler(su, salamura, antifriz, kimyasal akışkanlar vs.) (C)Katı maddeleri soğutucu evaporatörler (Buz, buz paten sahası, metaller, vs).

Buhar sıkıştırma soğutma çevrimi bir soğutma sisteminin, alçak basınç ve yüksek basınç tarafı şeklinde iki kısıma ayrılabileceği bilinmektedir. Kompresörün alçak basınçlı refrijeran gazı yüksek basınç altındaki kondensere basmak maksadına hizmet ettiği de izah edilir.

Evaporatör Yapısı

Refrijeranın evaporatörde buharlaşarak ısı alabilmesi için basıncının, evaporatör sıcaklıklarında buharlaşmasına imkan verecek seviyeye düşürülmesi gerekir. Keza sıvı taşmalı sistemlerde de refrijeranın, evaporatör sıcaklığında buharlaşmaya hazır halde (Doymuş buhar-sıvı) bulunmasını sağlayacak bir basınca düşürülmesi gerekecektir.

Bunu sağlayan kontrol elemanları direkt ekspansiyonlu sistemlerde Exspansiyon (genişleme)  valfleri veya kılcal boru, sıvı taşmalı sistemlerde ise seviye kontrollü valf olarak tanımlanabilir. Her iki tür uygulamada da bu kontrol elemanlarından beklenen husus, evaporatörde buharlaşan refrijeran kadar sıvı refrijeranı evaporatöre aynen beslemektir.

Evaporatör dizaynı çok tecrübe ve dikkati gerektiren bir iştir. İç boruların çapları, refrijeran geçiş hızları, boru iç yüzeyindeki film katsayısını arttırıcı önlemlerin uygulanması, dış zarfın çapı, su tarafındaki türbülans perdelerinin sıklığı, imalat işçiliği kalitesi gibi kapasiteyi etkileyici bir çok değişken mevcuttur.

Isı geçirme katsayısı Ku’yu etkileyen en önemli faktör muhakkak ki refrijeran tarafındaki film katsayısıdır. Bu katsayıyı arttırmak üzere boruya boğum şeklinde şekil verilmesi, borunun içine yıldız şeklinde türbülatör konulması, iç yüzeye kanat yapılması gibi önlemler alınmaktadır.

Kaynak : NURİ ÖZKOL, Soğutma Çevrimi

Yorum Yazın

Lütfen yorumunuzu yazınız
Lütfen adınızı giriniz.