Soğutma Temel Kavramları

0

Soğutma bir maddenin veye ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklıgının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemine denilebilir.

En basit ve eski soğutma şekli, soğuk yörelerde tabiatın meydana getirdiği buzları muhafaza edip bunları sıcak veya ısısı alınmak istenen yerlere koyarak soğutma sağlanmasıdır.

Kışın meydana gelen kar ve buz’u muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün MÖ. 1000 yıllarından uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahi yurdumuzun bazı yörelerinde geçerli bir soğutma şekli olduğu görülmektedir.

Soğutma

Diğer yandan, eski mısırlılardan beri geceleri açık gökyüzünü görecek tarzda yerleştirilen seramik testilerde suyun soğutulabileceği bilinmektedir. Bu soğutma şekli, gökyüzünün gece karanlıktaki sıcaklığının mutlak sıfır (-273) derece seviyesinde olmasından ve ışıma (Radyasyon) yolu ile ısının gökyüzüne iletilmesinden yararlanılarak sağlanmaktadır.

Soğutma Tarihi

Ticari maksatla ilk büyük buz satışı 1806 yılında Frederic Tudor tarafından ve Antil adalarına 130 tonluk bir buz hamulesini Favorite adlı tekneyle götürülmesi ile başlamıştır.

Daha sonraları “buz kıralı” adı ile tanınan bu şahıs, ilk macerasından 3500 dolar para kaybetmesine rağmen bu zararın tamamıyla depolama olanaklarının bulunmayışından meydana geldiğini, gerçekte ise buz işinde büyük kazançlar bulunduğunu görebilmiş ve buz ticaretine devam ederek 1850 yıllarında senede 150.000 ton’a ulaşan bir buz ticareti hacmi geliştirmiştir.

1864 de ise buz sattığı ülkeler arasında Antiller, İran, Hindistan, Güney Amerika ülkeleri bulunuyor ve gemilerinin uğradığı limanlarının sayısı 53’ü buluyordu. Tabiatın bahşettiği buz ile soğutma şeklinden 1880’lere kadar geniş ölçüde yararlanılmıştır.

Buz ile elde edilen soğutma şeklinin gerek zaman ve gerekse bulunduğu yer bakımından çoğu kez pratik ve ucuz bir soğutma sağlayamayacağı bellidir. Bunun yerine mekanik araç ve cihazlarla soğutma sağlanması tercih edilir ki soğutma tekniği bilimi de bu ikincisi ile ilgilenir.

Mekanik soğutma ile ilgili bilinen ilk patent 1790 yılında İngiliz Thomas Harris ile John Long’a aittir. 1834 yılında da amerikalı Jacop Perkins eter ile çalışan pistonlu bir soğutma makinasının patentini almıştır. Bu makine, bir emme basma tulumbaya benzer.

Bir tıp doktoru olan john Gorrie (1803-1855) ilk defa, ticari gaye ile çalışan bir soğutma makinesi yapmış (1844-Apalachicola, Florida, ABD)ve “Klima –Soğutma-Ticari buz imali” konularının babası olarak tarihe geçmiştir.

Mekanik Soğutma

Uygulama alanında ilk defa 1860 yılında Dr. James Harrison (Avusturalya) üretim işlemi sırasında birayı soğutmak maksadıyla mekanik soğutmayı başarıyla kullanmıştır.

Sistemde soğutucu akışkan olarak Sülfirik Eter kullanılmıştır. 1861 de Dr Alexander Kirk kömür ısısı ile çalışan ilk Absorpsiyonlu soğutma aygıtını gerçekleştirmiştir. Mekanik soğutma vasıtasıyla  buz imalinin ticari sahaya girmesinin ise 1890 yıllarını bulmuştur.

Klima sahasında büyük çapta ilk uygulama 1904 yılında New York Ticaret Borsasına 450 ton/frigo’luk bir makina konularak gerçekleştirilmiştir. Konutlarda kullanılmak maksadıyla soğutucu (Buzdolabı) yaptı. Otomatik olarak çalışan buzdolapları 1918 de Kelvinatör Company tarafından imal edilmeye başlandı ve ilk sene 67 dolap satıldı.

Kamyon Soğutma Devresi

1918-1920 yılları arasında toplam 200 dolap yapılarak satıldı. Absorpsiyon prensibiyle çalışan otamatik bir buzdolabı da (Electrolux) 1927 yılında amerika’da satışa çıktı.

Soğutmanın tarifinden, bunun iki fiziksel değere, yani sıcaklık ve ısı değerlerine bağlı olduğu görülmektedir. Gerçekte bu iki değer birbirine yakinen bağlıdır. İzotermik ve Adyabatik işlemler ile kütle transferi dışında bu iki değer beraberce artıp azalırlar.

Soğutmanın Temel Kavramları

Isı

Maddelerin moleküllerinin devamlı hareket halinde olduğu ve bu hareket serbestisinin en çok gaz halindeki maddelerde, daha az şekilde sıvı haldekilerde ve en az katı haldeki maddelerde olduğu bilinir.

Bu moleküler hareket ısının artmasıyla artar. Diğer bir değişle ısı, moleküler bir harekettir. Katı bir maddeye ısı ilave edildiği sürece sıcaklığı artmaya devam eder ta’ki sıvı hale dönmeye başlayıncaya kadar. Madde tamamen sıvı hale dönüşünceye kadar sıcaklık artmaz.

İç Hava Sıcaklıkları

Sıvı hale dönüşünce, ısı verilmeye devam edilirse sıcaklık gene artmaya devam eder ve buharlaşma devam eder ve buharlaşma başlayıncaya kadar sıcaklık artışı sürer. Buharlaşmanın başlamasından maddenin tamamen buhar haline dönüşmesine kadar sıcaklık artması yine durur. Madde gaz halde iken verilen ısı ile sıcaklığın yükselmeye devam etmesi termodinamik şartlara bağlıdır.

Isı enerjinin bir türüdür ve bugün mevcut ölçü cihazlarıyla direkt olarak öiçülmesi mümkün değildir. Isının ölçü birimi olarak soğutmacılıkta kilo kalori “Kcal” (+14.5 C de ki 1 kg suyun sıcaklığını 1 C artırmak için ilave edilmesi gereken ısı miktarı) veya British Thermal UnitBTU” (1 libre ağırlığındaki suyun sıcaklığını 1 derece Fahrenheit yükseltmek için ilave edilmesi gereken ısı) kullanılır. Son yıllarda Joule(J) ve Kilojoule (KJ) ısı birimi daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

Sıcaklık

Sıcaklık bağıl bir değerdir ve maddenin ısı sıklığını ifade eder. Genellikle bir referans noktasına göre, daha sıcak veya daha soğuk, şeklinde tarif edilir.

Örneğin suyun atmosfer basıncı altındaki donma sıcaklığı 0 C ve atmosfer basıncı altında kaynamaya başladığı sıcaklık 100 C olarak alınır. Maddenin sıcaklığı yalnız başına ısı miktarı belirtemez.

Örneğin 1000 C sıcaklıktaki 1 kg Demir parçasındaki ısı 100 C deki 20 kg demir parçasından daha azdır, fakat birincisi daha sıcaktır, yani ısı sıklığı daha fazladır

Sıcaklıklar, değişik pek çok ölçü aletleriyle ölçülebilirler ki, bunlara genellikle Termometre adı verilir. Civalı ve alkollü termometreler en ucuz ve basit sıcaklık ölçü aletleridir ve oldukça hassas olanları (0.1 C) mevcuttur.

Basınç

Buhar sıkıştırma çevrimleri halen mekanik soğutma en sık yararlanılan çevrimdir. Bu çevrim ise sistemde farklı basınç sevyelerinin meydana getirilmesi ile sağlandığından basınç kavramının ve basınçla ilgili fizik kanunlarının iyi bilinmesi gerekir.

Ameliyathane Basınç ve Hava Akışı

Basınç, birim yüzeye  gelen ağırlık (kuvvet)dir, diye tarif edilebilir. Ağırlık veya kuvvet birimi Kilogram olarak ve birim yüzey metrekare alınırsa Basınç, Kg/m2 olacaktır. Soğutma tekniğinde ise daha çok bir santimetrekare’ye gelen Kg miktarı kullanılır ve Kg/cm2 olarak tamamlanır. Bu aynı zamanda Teknik Atmosfer (at) diye adlandırılır.

Atmosfer basıncının altındaki basınçlar mutlak basınç şeklinde ifade edilebileceği gibi negatif manometre basıncı şeklinde de ifade edilmektedir ki bu ikincisi “Vakum” adı ile belirtilir; fakat aslında kısmi vakum kastedilmektedir.

Isınma Isısı (özgül ısı)

Birim ağırlıktaki bir kütlenin sıcaklığının birim sıcaklık kadar arttırılması için, ilavesi gereken ısı miktarı olup her değişik tür madde için farklı olduğu gibi aynı maddenin değişik konumları (Katı, Sıvı, Gaz) için farklıdır.

Güç

Birim zamanda yapılan iş miktarını ifade eder. Örneğin 1 beygir gücü (PS), saniyede 75 kg  m iş yapabilen bir güç’ü belirtir.

Entalpi/Isı Tutumu

İzafi bir değer olup bir sıvı veya gaz kütlesinin birim ağırlığının termodinamik gücünü ifade eder ve iç enerji (u) ile sıkıştırma veya akış enerjisinin toplamıdır; I=u+p.v/j+w2/2g.j Metrik sistemde birimi “Kcal/Kg” dır.

Yorum Yazın

Lütfen yorumunuzu yazınız
Lütfen adınızı giriniz.