Soğutma makineleri çevrimi

SOĞUTMA MAKİNELERİ ÇEVRİMİ 1.Soğutma makinesi ne demektir? Yazınız.

Isı akışını, düşük sıcaklıklı ısı kaynağından yüksek sıcaklıklı ısı kaynağına yönlendirmek için kullanılan cihazlara soğutma makineleri denir.Soğutma makineleri, soğutma çevrimi veya ters karnot çevrimi prensibine göre çalışır. Bu tür sistemlerde tek fazlı akışkan kullanılabileceği gibi iki fazlı akışkanlar da kullanılabilir.

Soğutma makineleri temel olarak güç alma için çalışan makinelerin tersi prensiple çalışır. Hepimiz elimize dökülen kolonyanın serinlik verdiğini biliriz. Bunun temel nedeni kolonyanın içindeki alkolün buharlaşması sonucu çevresinden (elimizden) ısı enerjisi çekmesidir.

Soğutma makinelerinin çoğu genel olarak bir çalışma akışkanının düşük basınçta buharlaştırılması ve yüksek basınçta tekrar sıvılaştırılması prensibine dayanır. Bundan başka bir gazın yüksek basınca sıkıştırıldıktan sonra soğutulması sonrada düşük basınca genleştirilmesi prensibine dayanan soğutma sistemleri de vardır. Bu tür sistemler gazların sıvılaştırılmasında ve uçaklarda sıkça kullanılır.

2.Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde kullanılan akışkan nedir? Standart bir soğutma makinesi hangi parçalardan oluşur ? Carnot soğutma çevrimindeki güçlükler nasıl aşılır? Yazınız.

Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde tamamen doymuş veya kızgın buhar hâline getirilmiş akışkan kullanılır. Teorik olarak soğutma akışkanının sıkıştırıldığı bir kompresör, soğutma akışkanının buharlaştırıldığı bir evaporatör, soğutma akışkanının genleştirildiği bir türbin ve bir kondenserden (yoğuşturucu) oluşur.

Carnot soğutma çevrimindeki güçlükler, 4-1 durum değişiminin, buharın sıkıştırılmadan önce tümüyle buharlaştırıldığı bir kısılma işlemi ile değiştirilerek aşılabilmektedir.

3. Carnot soğutma çevrimi nasıl ideal soğutma çevrimine dönüşür ?Açıklayınız.

Carnot soğutma çevrimi, genişletme makinesinin yerine şekilde görüldüğü gibi basınç düşürücü bir genleşme valfi (expansion valve) kullanıldığında, ideal soğutma çevrimine dönüşür.

Genleşme valfi soğutucu akışını kontrol etmekte, valfe giren yüksek basınçlı sıvı soğutucu, iğne valften geçerek düşük basınç tarafına akarken bir kısmı da hızla buharlaşmaktadır.

4. Şekilde sistem şeması görülen buhar sıkıştırmalı ideal soğutma çevrimine göre çalışan sistemin bir çevrimi nasıl tamamlar? Açıklayınız.

Şekillerde görüldüğü gibi, 1 noktasından 2 noktasına kadar kompresörde izentropik olarak sıkıştırılan akışkan, 2 noktasından 3 noktasına kadar kondenserde yoğuşturulurken çevreye ısı verilir ve 3-4 noktaları arasında sabit entalpide bir genleşme valfinden geçirildikten sonra, 4 noktasından 1 noktasına kadar sabit sıcaklıkta evaporatörden geçerken çevreden ısı alır ve böylece çevrim tamamlanır.

5. İdeal soğutma çevriminde ısının çevrime daha yüksek sıcaklıklarda verilebilmesi ve genişleme sonunda buharın içerdiği nem oranının azaltılabilmesi için ne yapılmalıdır? Yazınız. İdeal soğutma çevriminde ısının çevrime daha yüksek sıcaklıklarda verilebilmesi ve genişleme sonunda buharın içerdiği nem oranının azaltılabilmesi için buharın kızdırılması gerekmektedir.

6.Soğutma makinaları çevrim hesaplarında kullanılan formüller.

İzentropik sıkıştırma işi Kondenserde sistemden atılan ısı Evaparatörde çevreden alınan ısı Genleşme valfindeki kısılma sürecinde entalpi sabit kaldığından; h4 = h3 Bu durumda iş Bu durumda soğutma etkinlik katsayısı

Isınma etkinlik katsayısı

7. İdeal soğutma çevriminde kompresörde –20 °C’de giren kuru doymuş Freon-12, 900 kPa basınca kadar izentropik sıkıştırıldıktan sonra, kompresörde sabit sıcaklıkta yoğuşturulmakta ve ardından genleşme valfinden geçirilerek evaporatöre gönderilmektedir. Akışkanın debisi 0,05 kg/sn. olduğuna göre; a) Çevrimin soğutma etkinlik katsayısını, b) Evaporatörden birim zamanda çekilen ısıyı hesaplayınız.

Not: Freon-12 doymuş soğutucu akışkanının entalpi ve entropi değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

2 3 4 1 Durum P

150,93

900

900

T

kPa °C

(-20)

50

37,37

-20

h

kJ/kg

178,74

211,92

71,93

71,93

s

kJ/kg

0,7087

0,7087

a) -20 °C için doymuş soğutucu akışkan Freon-12 sıcaklık çizelgesinden; P1 = 150,93 kPa T1 = -20°C h1 = 178,74 kJ/kg s1 = 0,7087 kJ/kg s2 = s1 olduğundan (T-S diyagramına göre) P2 = 900 kPa T2 = 50 °C de h2 = 211.92 kJ/kg s2 = 0,7087 kJ/kg P3= 900 kPa basıncındaki doymuş sıvının sıcaklığı ve entalpisi için T3 = 37,37 °C’de h3 = 71,93 kJ/kg bulunur.

Genleşme valfindeki kısılma sürecinde entalpi sabit kaldığından; h4 = h3 = 71,93 kJ/kg Çevreden alınan ısı QL = Q4-1 = h1 – h4 = 178,74 – 71,93 = 106,81 kJ/kg olarak bulunur.

Net iş ise; wnet = wc = w12 = h2 – h1 wnet = 211,92 – 178,74 = 33,18 kJ/kg’dır.

Bu durumda soğutma etkinlik katsayısı;

Birim zamanda yapılan soğutma miktarı ise ǬL = ṁ . Q4-1 = 0,05 . 106,81 = 5,34 kW olarak hesaplanır.

8. İdeal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi dört hâl değişimini aşağıdaki diyagramlara göre açıklayınız.

1-2 Kompresörde izantropik sıkıştırma 2-3 Kondenserden (yoğuşturucu) çevreye sabit basınçta ısı transferi 3-4 Kısılma vanasında genişleme ve basınç düşmesi 4-1 Evaporatörden (buharlaştırıcı) akışkana sabit basınçta ısı transferi Şekilde gösterilen T-S ve P-h diyagramlarında, içten tersinir hâl değişimleri için eğri altında kalan alanlar ısı geçişi değerini vermektedir. 4-1 hâl değişimi eğrisi altında kalan alan akışkanın buharlaştırıcıda aldığı ısıyı, 2-3 hâl değişimi eğrisi altında kalan alan da akışkanın yoğuşturucudan çevreye verdiği ısıyı göstermektedir.

Diğer ideal çevrimlerden farklı olarak ideal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi içten tersinir bir çevrim değildir. Çünkü çevrimde kullanılan kısılma vanası tersinmez bir hâl değişimi içermektedir.

9. Isı akışını, düşük sıcaklıklı ısı kaynağından yüksek sıcaklıklı ısı kaynağına yönlendirmek için kullanılan cihazlar aşağıdakilerden hangisidir?

A) Buhar türbinler B) Isı pompaları C) Gaz türbinleri D) Soğutma makineleri 10. Soğutma makineleri aşağıdaki uygulama alanlarından hangisinde kullanılmaz?

A) Uzay araçlarında sıvı yakıtın elde edilmesi B) Yakıtın kimyasal olarak arıtılması C) Doğal gazın taşınması ve depolanması D) Binaların soğutulması 11. Standart soğutma makinesinde aşağıdaki elemanlardan hangisi bulunmaz?

A) Tahliye vanası B) Kompresör C) Kondenser D) Evaporatör