Absorbsiyonlu (Soğurmalı) Soğutma Sistemi

Hesaplamalar 18 Aralık 2017 - 17:08 1707 KEZ OKUNDU 0 YORUM YAPILDI

Absorbsiyonlu (Soğurmalı) Soğutma Sistemi
  1. ABSORBSİYON (SOĞURMA)

Absorpsiyon (soğurma) genel olarak bir maddenin başka bir madde tarafından hapsedilmesi, saklanması anlamına gelmektedir. Örneğin sünger suyu, kurutma kağıdı mürekkebi, siyah mat yüzey güneş ışınlarını, su amonyağı (NH3) absorbe ederek bünyelerinde taşırlar. Maddelerin bu özellikleri çeşitli alanlarda kullanılarak değişik işlerin gerçekleştirilmesinde kullanılabilmektedir. Örneğin absorbsiyonlu soğutma sistemleri.

  1. ABSORBSİYONLU (SOĞURMALI) SOĞUTMA SİSTEMİ

Bir maddenin veya ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklığının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısısının alınması işleminde soğutma denir. Soğutma daha çok buhar sıkıştırmalı olarak kullanılmaktadır. Fakat soğutmanın değişik alanlarda ve değişik uygulamalarda kullanılmasının sonucu olarak birçok soğutma usulü ortaya çıkmıştır. Bunlardan biride absorbsiyonlu (soğurmalı) soğutma sistemleridir.

Adından da anlaşılacağı üzere absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde, absorbent ve soğutucu akışkan kullanılmaktadır. Bu soğutma işleminde, buharlaşma sıcaklıkları farklı iki maddeden absorbe özelliği yüksek maddenin diğer bir maddeyi bünyesine absorbe etmesi ile gerçekleşir. En yaygın kullanılan absorbsiyonlu soğutma sistemi amonyağın (NH3) su (H2O) tarafından absorbe edildiği sistemlerdir. 18. yy’da bununla ilgili bir çok deneyler yapılmıştır.

Şekil 2.1: Absorbsiyonlu Soğutma Deney Düzeneği

Şekil 2.1.’de ki deneyde yer alan tüpün içindeki gümüş klorit, ısınınca bünyesindeki NH3’ü bırakır. Tüpün içindeki basınç artınca yüksek basınçta NH3 sıvı hale gelir. Amonyak tüpün sonunda su ile soğuyarak sıvılaşır. Daha sonra alev çekilerek gümüş kloritin soğuması sağlanır. (A) ve (B) noktalarındaki sıvı amonyak buharlaşmaya başlar. Gümüş klorit soğuduğu için amonyağı bünyesine absorbe eder ve tüpün içerisinde vakum oluşturur. Amonyağın kaynama noktası düşük olduğu için NH3 kaynamaya başlar. Faraday 1824 yılında bu deneyi yapmış ve tüpe değdiğinde soğukluğu hissetmiştir. Kaynayan NH3 gizli buharlaşma ısısını çevreden çeker ve çevresini soğutur. Günümüzdeki absorbsiyonlu sistemlerde gümüş klorit yerine su kullanılarak ekonomiklik sağlanmaktadır.

Günümüzde kullanılan absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde, buharlaştırıcıda oluşan soğutucu akışkan buharı mekanik olarak sıkıştırılamaz. Ancak düşük buharlaşma basıncı altında başka bir akışkan içerisinde çözülür ve absorbe olur. Soğutucu akışkan tarafından zenginleştirilmiş çözelti bir pompa ile jenaratöre basılarak burada farklı kaynama sıcaklığında oldukları için soğutucu akışkan absorbe olduğu sıvı içerisinden buharlaşarak ayrışır ve yoğuşturucu basıncına çıkarılır. Burada yoğuşan soğutucu akışkan kısılma vanası ile buharlaştırıcı basıncına düşürülerek istenilen ortamda soğutma sağlanır.

Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde akışkan çifti olarak absorbent (H2O) ve soğutucu akışkan (NH3) kullanılmaktadır. Sistemin yapısı diğer soğutma sistemlerine göre karmaşık ve soğutma etkinlik kat sayısı (COP) daha da düşüktür. Buna rağmen de enerjinin değerlendirilmesinde en uygun olan bu sistemdir.

Absorbsiyonlu soğutma sistemini Fransız Ferdinand Carre tarafından ilk kez icat edilmiş ve 1960 yılında Amerika’da kendisi tarafından patenti alınmıştır. İngiltere’de Pontifex ve Wood firmaları 1887 yılında absorbsiyonlu soğutma makinesini imal etmiştir. Yirminci yüzyılın ilk yıllarında absorbsiyonlu soğutma oldukça rağbet görmüş ve uygulamalarda bulunulmuştur. 1920’li yıllardan sonra özellikle Amerika, Almanya, İtalya, Belçika, Hollanda, Rusya ve diğer bazı ülkeler absorbsiyonlu soğutma alanında çalışmalar yapmıştır.

  • Absorbsiyonlu Soğutma Çevrimi

Sıcaklığı 100˚C ile 200˚C arasında olan ucuz bir ısıl enerji kaynağı bulduğumuz zaman, ekonomik açıdan ilgi çekici olabilecek bir başka soğutma yöntemi de absorbsiyonlu (soğurmalı) soğutma sistemleridir. Ucuz ısıl enerji kaynakları arasında yer alan jeotermal enerji, güneş enerjisi ve buhar santrallerinin artık ısıları soğurmalı soğutmada uygulanabilecek alternatif kaynaklardır.

Absorbsiyonlu soğutma çevrimi amonyak ve suyla çalışan buhar sıkıştırmalı sisteme benzer. Soğutulmuş kısımlardan gerekli ısının absorbe edilmesiyle evaparatörde düşük basınçta buharlaşır ve yoğunlaştırma ortamına ısı vererek kondanserde yüksek basınçta yoğuşturulur. Absorbsiyonlu soğutma ve buhar sıkıştırmalı soğutma arasındaki esas farklılık sistem içinde dolaşan soğutucuyu sevk etme gücü ve buharlaştırma ile yoğunlaştırma arasında sağlanan basınç farkıdır.

Şekil 2.2: Absorbsiyonlu Soğutma Çevrimi Şeması

Şekil 2.2’de verilen absorbsiyonlu soğutma sisteminin çalışma prensibini aşağıdaki gibi özetlemek mümkündür:

NH3-H2O eriyiği 5 noktasında absorberden doymuş sıvı olarak çıkıp bir pompa vasıtası ile 6 noktasında eriyik ısı değiştiriciden geçip ısınan NH3 bakımından fakir eriyik 7 noktasında jeneratöre gelir. Burada soğutucu akışkanın tamamı dışarıdan verilen ısıyla, buharlaşarak eriyikten ayrılır. Buharlaşarak jeneratörü terk eden soğutucu buharı, 1 noktasında yoğuşturucuya girer. Jeneratörde eriyik içinden soğutucu buharı ayrılarak NH3 bakımından zenginleşen eriyik zengin eriyik 8 noktasında eriyik ısı değiştiriciden geçerek fakir eriyiğe ısı verdikten sonra 9 noktasında genleşme valfi üzerinden 10 noktasında absorbere geri döner. Jeneratörden buharlaşarak ayrılan soğutucu buharı yoğuşturucuda yoğuşarak dışarıya ısı atar. Yoğuşma basıncı, izafi olarak buharlaşma basıncından büyüktür. Her iki basınç mutlak olarak atmosfer basıncının altındadır. Basınç kayıpları düşünülmez ise jeneratör, yoğuşturucu basıncında, absorber ise buharlaştırıcı basıncındadır. Yoğuşturucudan tamamen yoğuşmuş olarak çıkan soğutucu akışkan, izafi olarak düşük basınçta çalışan buharlaştırıcıya girmeden önce bir kısılma vanasından geçirilir. Buharlaştırıcıya kısılarak giren soğutucu akışkan burada buharlaşarak, buharlaşma için gerekli olan ısıyı soğutulan ortamdan çeker. Bu sayede soğutma sağlanmış olunur.

Buharlaştırıcıdan doymuş buhar veya kızgın buhar fazında çıkan soğutucu akışkan absorbere girer. Absorberde, ısı değiştiriciden geçip ısı verdikten sonra bir genleşme valfinde absorber basıncına kısılan zengin eriyik, buharlaştırıcıdan gelen soğutucu buharını yutar (absorbe eder) işlem esnasında ısı açığa çıkar. Absorbsiyon işleminin iyi bir şekilde gerçekleşmesi için, açığa çıkan ısının absorberden atılması gerekir. Absorber içinde tekrar NH3 bakımından fakir hale gelen eriyik (fakir eriyik), bir pompa vasıtası ile tekrar jeneratöre gönderilir. Isı kayıplarını azaltmak için, absorberden jeneratöre gönderilen fakir eriyik, jeneratörden dönen zengin eriyik tarafından bir ısı değiştiricide ısıtılır.

Absorbsiyonlu soğutma sistemlerin termodinamik analizini yapmadan önce bir takım kabulleri yapmak gerekir. Termodinamik analiz yapmadan kabul edilmesi gereken şartlar şunlardır;

 

  • Her bir elemanın sıcaklıkları uniform ve sabittir.
  • Isıtıcı (jeneratör) ve yoğuşturucu (kondenser) basıncı, yoğuşturucu sıcaklığına karşılık gelen soğutucu akışkan doyma basıncındadır.
  • Buharlaştırıcı ve absorber basıncı, buharlaştırıcı basıncına karşılık gelen soğutucu akışkan doyma basıncındadır.
  • Isıtıcıdan (jeneratör) ayrılan soğutucu buharının sıcaklığı ve basıncı, ısıtıcı basıncı ve sıcaklığındadır.
  • Yoğuşturucudan (kondenser) ayrılan soğutucu akışkan, doymuş sıvı fazındadır. (x=0’dır.)
  • Buharlaştırıcıdan ayrılan soğutucu akışkan, doymuş buhar fazındadır. (x=1’dir.)
  • Absorberdan ayrılan ergiyik, absorber basınç ve sıcaklığında denge halindedir.
  • Isıtıcıdan ayrılan ergiyik, ısıtıcı basınç ve sıcaklığında denge halindedir.
  • Aynı sıcaklık ve konsantrasyon için, denge halindeki ergiyik entalpisi ile dengesiz haldeki entalpi eşittir.
  • Absorber, ısıtıcı, buharlaştırıcı, yoğuşturucu, içerisinde ve boru donanımında basınç kaybı meydana gelmemektedir.
  • Sisteme iş girişi ihmal edilebilir. (pompa işi çok küçük ise)
  • Yoğuşturucu ve absorber aynı kaynak tarafından soğutulduğundan, absorber çıkışı sıcaklığına eşittir. (T5=T2)

 

Bu soğutma sistemin termodinamik analizinde termodinamiğin I. kanunu kullanılacağı için bu kanunla ilgili olarak hatırlatılması gereken bir takım eşitlikler ve denklemler vardır. Bu sistemin termodinamik analizi için,

 

  • Termodinamiğin birinci kanununun enerjinin korunumu ilkesi olduğu,
  • ∑ Eg = ∑ Eç olduğu ve buna dayanarak Q – W = m x [ Δh + Δke + Δpe ] ve bu eşitliğinde Q – W = m x [ (h2 – h1) + ((V22 – V21) / 2) + g x (Z2 – Z1)] olarak ifade edildiğinin bilinmesi,
  • Sistemin tamamında Δke ve Δpe enerjilerin ihmal edileceği, W’nun da sistemin genelinde ihmal edilip sadece pompa işinin hesaplanmasında Q’nun ihmal edilip W’nun işleme alınacağı,
  • Q’nun ihmal edilmesi durumunda eşitliğin – W = m x [ (h2 – h1)] olacağı ve buradaki eksi (-) işaretinin sisteme giren iş anlamına geldiğinin bilinmesi,
  • W’nun ihmal edilmesi durumunda eşitliğin Q = m x [ (h2 – h1)] olacağının bilinmesi gerekmektedir.

Termodinamiğin I. kanununa dayanarak sistem elemanlarının kapasiteleri, ısıl güçleri hesap edilebilmektedir.

 

  • Jeneratör (Isıtıcı) Ve Jeneratörün Kütle Ve Enerji Analizi

 

İç içe geçmiş iki borudan oluşmaktadır. İç kısımdaki boru içerisinde NH3– H2O karışımı bulunmaktadır. Görevi NH3– H2O karışımının sıcaklıkla basıncını yükseltip kaynama değerleri farklı olan akışkanların birbirinden ayrılmasını sağlamaktır.

Jeneratörden ayrılan NH3 buharı, kondensere gelmeden önce ayırıcıya gider. Burada NH3 ve H2O tamamen birbirinden ayrıldıktan sonra saf NH3 kızgın buharı kondensere gider.

Jeneratörde, karışıma ısı geçtiği gibi, çevreye de bir miktar ısı geçişi olmaktadır. Çevreye olan bu ısı geçişi ihmal edilerek jeneratörün enerji analizi yapılmaktadır. Jeneratörde harcanan ısıl güç ve kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • (Jeneratöre giren debi) m7 = m1 + m8 (kg/s)
  • m7 x X7 = m1 x X1 + m8 x X8
  • Qısıtıcı = (m1 x h1) + (m8 x h8) – (m7 x h7) (KW) formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpi ve Qısıtıcı jeneratör tarafından verilmesi gereken ısıl güçtür.

 

  • Ayırıcı

 

Adından da anlaşıldığı üzere bir ayırma işlemi söz konusudur. Absorbsiyonlu soğutma sitemlerinde jeneratörden sonra görev yapar. Jeneratörden sonra buharlaşan NH3 ve H2O buharını birbirinden ayırarak sisteme su buharının gitmesini önler. Bu sayede sistemin hem ideale yakın çalışmasın sağar hem de su buharının sistem içerisinde donarak tıkanmalara yol açmasını önler.

 

  • Kondenser (Yoğuşturucu) Ve Kondenserin Kütle Ve Enerji Analizi

 

Jeneratörden elde edilen basınçlı soğutucu buharı soğutularak yoğuşturulduğu boru demetidir. Soğutucu akışkan NH3 buharı burada ısısını atarak sıvı hale geçer. Sıvı faza geçen soğutucu akışkan buradan kısılma vanasına gönderilir. Kondenserde atılan ısının hesaplanmasında ve kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • m1 = m2 (kg/s)
  • X1 =X2 (%)
  • (Kondenserde atılan ısıl güç) Q = (m1 x h1) – (m2 x h2) (KW) formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpi ve Qkon. kondenserde atılması gereken ısıl güçtür.

 

  • Evaparatör Kısılma Vanası (Genleşme Valfi) Ve Kütle Geçiş Analizi

 

Sıvı fazda gelen soğutucu akışkanın basıncını düşürerek buharlaşmasını sağlayan genleşme elemanıdır. Kısılma vanasından kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • m2 = m3 (kg/s)
  • X2 = X3 (%)
  • h2 = h3 (kj/kg)  formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpidir.

 

  • Evaparatör (Buharlaştırıcı) Ve Buharlaştırıcının Kütle Ve Enerji Analizi

 

Sıvı haldeki soğutucu akışkanın buharlaştırıldığı kısımdır. Evaporatördeki düşük basınç sebebiyle sıvı haldeki soğutucu, çevresinden ısı alarak gaz haline geçer. Evaporatödeki basınç değişimi bir genişleme valfi ile kontrol altında tutulur. Evaparatörde çekilen ısıl gücün hesaplanmasında ve kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • (Evaparatöre gelen debi) m3 = m4 (kg/s)
  • X9 = X10
  • Qevap = (m4 x h4) – (m3 x h3) (Kw)

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpi ve Qevap evaparatörde çekilen gereken ısıl güçtür.

 

  • Absorber Ve Absorberın Kütle Ve Enerji Analizi

 

NH3‘ün suya absorbe olmasını sağlayan ünitedir. Soğutucu akışkan evaporatörden çıktıktan sonra absorbere gelir ve suya absorbe edilir. Absorberdeki karışım, bir sıvı eriyik pompası ile sürekli püskürtülerek NH3’ün absorbe olmasını kolaylaştır. Absorberdan atılan ısının hesaplanmasında ve kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • (Absorbera giren kütlesel debi) m5 = m4 + m10 (kg/s)
  • m5 x X5 = m4 x X4 + m10 x X10
  • Qatılan = (m4 x h4) + (m10 x h10) – (m5 x h5) (KW) formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpi ve Qarılan absorberdan atılması gereken ısıl güçtür.

 

  • Pompa Ve Pompanın Kütle Ve Enerji Analizi

 

Absorbsiyonlu sistemlerde kullanılan pompa absorberdaki amonyak su çiftinin sirkilasyonunu sağlayarak amonyağın su içerisine daha rahat hapsolmasını sağlar. Küçük sistemlerin termodinamik analizlerinde pompa gücü çoğunlukla ihmal edilir. Fakat daha büyük işletmelerde sistem verimliliği açısından pompada kullanılan gücün büyük önemi vardır. Pompanın gücünün hesaplanmasında ve kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • (Pompadan geçen debi) m5 = m6 (kg/s)
  • X5 = X6
  • W= m x (h5 – h6) (KW) formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpi ve Wpomp. pompada harcanan güçtür.

Pompa seçiminde pompanın gücünün yanında pompanın basma yüksekliği ve pompadan saatte alınması istenen debinin de önemi vardır. Şekil 2.3’de 50 m3/h’lik debiye ve 10 m basma yüksekliğine sahip bir pompanın çalışma eğrisi verilmiştir.

Şekil 2.3: Pompa Çalışma Eğrisi

  • Isı Değiştirici Ve Isı Değiştiricinin Kütle Ve Enerji Analizi

 

Absorberde bulunan zengin karışım, devreyi tamamlamak için bir pompa ile tekrar jeneratöre gönderilir. Jeneratörden de sürekli olarak absorbere fakir karışım döner. Jeneratörden absorbere gitmekte olan fakir karışımın sıcaklığı fazladır. Eşanjörle giden-gelen bu iki karışıma ısı alışverişi yaptırılır. Absorberden gelen sıvı haldeki soğutucu akışkanın ısısı, jeneratörden dönen akışkanın ısısını alır. Bu sayede bir enerji ekonomikliği sağlanarak enerjinin kaybolması önlenmiş olur. Isı değiştiricinin enerji analizinde ki hesaplanmasında ve kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

 

 

 

  • (Pirimer devreden geçen debi) m6 = m7 (kg/s)
  • X6 = X7
  • (Sekonder devreden geçen debi) m8 = m9 (kg/s)
  • X8 = X9
  • Q = (m6 x h6) + (m8 x h8) = (m7 x h7) + (m9 x h9) (Kw) formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpi ve Qej. eşanjörün ısıl güçtür.

 

  • Absorber Kısılma Vanası (Genleşme Valfi) Ve Kütle Geçiş Analizi

 

Jeneratörden gelen suyun absorbere basıncının düşürülerek püskürtülmesini sağlayarak evaparatörden gelen NH3’ün su içericinde çözünmesini kolaylaştıran genleşme elemanıdır. Kısılma vanasından kütle geçişi şu eşitlikle hesaplanabilmektedir;

 

  • m9 = m10 (kg/s)
  • X9 = X10 (%)
  • h9 = h10 (kj/kg)  formülüleri ile bulunur.

 

Yukarıdaki eşitliklerde m akışkan debisi (kg/s), X soğutucu akışkan konsatrasyonu, h özgül entalpidir.

 

  • Sistemin Performansı Kat Sayılarının Ve Isıl Verimlerinin Hesaplanması

 

2.1.10.a) Soğutma Performans Kat Sayısı (COP)

 

Absorbsiyonlu soğutma sistemi için soğutma performans katsayısı, buharlaştırıcı ısı yükünün, jeneratör ısı yükü ve pompa gücünün toplamının oranı olarak tanımlanmış olup aşağıdaki gibi yazılabilir;

 

  • COPsoğutma= [Qevp / Qısıtıcı + W]
  • COPsoğutma= {[(m4 x h4) – (m3 x h3)]} / {[(m1 x h1) + (m8 x h8) – (m7 x h7)} + {[ m x (h5 – h6)]} formülleri ile hesaplanabilir.

 

2.1.10.b) Isıtma Performans Kat Sayısı (COP)

 

Absorbsiyonlu soğutma sistemi için ısıtma performans katsayısı, yoğuşturucu ısı yükünün, jeneratör ısı yükü ve pompa gücünün toplamının oranı olarak tanımlanmış olup aşağıdaki gibi yazılabilir;

 

  • COPısıtma= [Q / Qısıtıcı + Wpomp.]
  • COPısıtma= {[(m1 x h1) – (m2 x h2)]} / {[(m1 x h1) + (m8 x h8) – (m7 x h7)} + {[ m x (h5 – h6)]} formülleri ile hesaplanabilir.

 

2.1.10.c) İdeal Soğutma Performans Kat Sayısı (COPcarnot)

 

Sistemin teorik olarak ulaşabileceği en yüksek verim olan Carnot performans katsayısı (soğutma için) buharlaştırıcı sıcaklığı TE, absorber sıcaklığı TA, yoğuşturucu sıcaklığı TK ve jeneratör sıcaklığı TG olmak üzere dört temel sıcaklığa bağlı olarak aşağıdaki gibi yazılabilir;

  • COPc,soğutma= [(TG – TA) / (TG)] x [TE / (TK – TE)] formülü ile hesaplanabilir.

             

2.1.10.d) İdeal Isıtma Performans Kat Sayısı (COPcarnot)

 

Sistemin teorik olarak ulaşabileceği en yüksek verim olan Carnot performans katsayısı (ısıtma için) buharlaştırıcı sıcaklığı TE, absorber sıcaklığı TA, yoğuşturucu sıcaklığı TK ve jeneratör sıcaklığı TG olmak üzere dört temel sıcaklığa bağlı olarak aşağıdaki gibi yazılabilir;

 

  • COPc,ısıtma= [(TG – TA) / (TG)] x [TK / (TK – TE)] formülü ile hesaplanabilir.

 

2.1.10.e) Soğutma İçin Sistemin Isıl Veriminin Hesaplanması (ηısıl)

 

            Isıl verim soğutma sistemin gerçekte ideale oranla ne kadarlık bir performans sağladığının belirlendiği yüzdelikli orandır. Bu oran;

 

  • ηı,soğutma= COPc,soğutma / COPsoğutma formülü ile hesaplanır.

 

2.1.10.f) Isıtma İçin Sistemin Isıl Veriminin Hesaplanması (ηısıl)

 

            Isıl verim ısıtma sistemin gerçekte ideale oranla ne kadarlık bir performans sağladığının belirlendiği yüzdelikli orandır. Bu oran;

 

  • ηı,ısıtma= COPc, ısıtma / COP ısıtma formülü ile hesaplanır.
  1. AMONYAK – SU (NH3-H2O) ÇİFTTİNİN ÖZELLİĞİ

Günümüzde freon türevi gazlardan başka kullanılmaya devam edilen soğutucu gazlardan biride amonyaktır. Zehirleyici ve bir ölçüde de yanıcı parlayıcı olmasına rağmen mükemmel ısıl özelliklere sahip olması nedeniyle özellikle büyük işletmelerde kullanılma sebebidir. Büyük soğutma uygulamalarında, buz üretim tesislerinde, buz pateni tesisleri gibi yerlerde kullanılmaktadır.

Amonyağın bakır-çinko alaşımları ve galvaniz kaplamalı malzemeler üzerinde korozif etkileri vardır. Amonyakla soğutma sağlanacak tesislerde çelik veya dökme demir kullanılmalıdır.

Keskin kokusu sebebiyle kaçakları kolaylıkla tesbit edilebilir ayrıca kükürtle temasında beyaz duman ortaya çıkarması kaçakların kolaylıkla bulunmasını sağlamaktadır. Besin maddesinin depolanacağı yerlerde sistemin tamamen sızdırmaz olmasına özen gösterilmeli, zira amonyakla temas etmiş gıda maddesi zehirleyici etkilere sahip olabilir. Amonyak atmosfer basıncında -33oC’ de buharlaşabilmektedir.

Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde kullanılacak soğutucu akışkan (NH3) ve absorbent (H2O) çiftinin aşağıdaki özelliklere sahip olması gerekir.

 

  • Amonyak ve su çifti, çevrimin çalışacağı sıcaklıklarda katı fazda bulunmamalıdır. Aksi taktirde sistem içerisindeki akış duracak ve çalışmayacaktır.
  • Amonyak, sudan daha çabuk buharlaşabilmelidir. Isıtıcıda amonyak her zaman sudan önce buharlaşabilmelidir.
  • Absorbsiyonun gerçekleştiği şartlarda, soğurucu akışkanın soğutucu akışkana eğiminin büyük olması gerekir.
  • Soğutucu akışkan özelliklerinin büyük derecede etkilendiği çevrim basıncının çok yüksek veya çok düşük olması istenmez. Basıncın çok yüksek olması kullanılacak donanımın daha kalın olmasına ve dolayısıyla da maliyetin artmasına neden olur. Basıncın çok küçük olması da sistemin korunaksız olmasına, dışarıdan sisteme hava kaçmasına neden olabilir.
  • Soğutucu ve soğurucu akışkanların, donanımda kullanılan malzemelerde korozif etkisi olmaması gerekmektedir.

 

Soğutucu akışkan kadar soğurucu akışkanında belirli kriterlerde olması gerekir. Bu kriterlerde absorbent özelliğine sahip akışkanın özelliklerine bağlıdır. Bu özellikler;

 

  • Soğutucu alışkanla kolay birleşip kolay ayrılabilir olmalıdır.
  • Soğutucu akışkana göre kaynama sıcaklığı daha yüksek olmalıdır.
  • Sistemin hiçbir yerinde katı halde bulunmamalıdır.
  • Absorbe etme özelliği yüksek olmalıdır.
  • Donma sıcaklığı düşük olmalıdır.
  • Donanımda kullanılan malzemelere korozif etkisi olmamalıdır.
  • Soğutucu alışkanla kimyasal reaksiyona girmemelidir.

 

  • Soğutucu Akışkan Konsantrasyonu Ve logP-h, logP-t Diyagramıları

 

NH3– H2O çifti bir çözeltidir ve bir çözeltiyi nicel olarak incelemek istediğimizde o çözeltinin konsantrasyonunu (derişim) bilmemiz gerekir. Konsantrasyon belirli bir miktardaki çözeltide çözünmüş madde miktarıdır.

Belli bir miktar çözücüde, fazla miktarda çözünen içeren çözeltilere derişik, belli bir miktar çözücüde, az miktarda çözünen içeren çözeltilere seyreltik çözelti denir. Yani düşük konsantrasyonlu çözeltilere seyreltik çözelti, yüksek konsantrasyonlu çözeltilere derişik çözelti denir.

Derişim hesaplarında çözelti miktarından çözünen miktarını çıkartmak gerekir. Absorbsiyonlu soğutma çevriminde kullanılan amonyak çözünen su ise çözücüdür ve sistem tamamen amonyağın su içerisinde çözünmesi ile gerçekleşir. Bu yüzden sistem içerisinde çözelti halinde bulunan kısımların konsantrasyon (derişim) miktarlarının hesaplanması gerekmektedir. Aksi taktirde yeterli çözelti sağlanmadığında sistemin verimi düşecek ve istenilen kapasitede çalışmayacaktır.

Derişim miktarı yüzdesel olarak şu formülle hesaplanır.

 

  • Derişim, Çözünenin Kütlece Yüzdesi (NH3) = (Çözünenin Kütlesi NH3) / (Çözünenin Kütlesi NH3 + Çözücünün Kütlesi H2O) x 100
  • Derişim, Çözünenin Kütlece Yüzdesi (NH3) = (Çözünenin Kütlesi NH3) / (Çözeltinin Kütlesi NH3 + H2O) x 100 olarak hesaplanabilir.

 

Örneğin %10’luk 100 gr tuzlu suda, 10 gr tuz, 90 gr su bulunur. Bu çözeltinin derişim miktarını bulmak istersek;

 

  • Çözünen tuz olduğu için tuzun yüzdece oranı %10’dur. Çözeltinin tamamı da %100 olduğuna göre tuzun derişim oranı %10 olur.

Şekil 3.1: Amonyağın logP-h Diyagramı

Şekil 3.2: Amonyak LogP-t  Diyagramı

 

Şekil 3.3: Çözeltinin Entalpi Diyagramı

 

Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde çevrimi jeneratör sıcaklığı, kondenser sıcaklığı ve evaparatöe sıcaklıkları üzerine tasarlıyoruz. Yani saf amonyak logP-h, konsantrasyon diyagramı logP-t ve çözeltinin entalpi diyagramları olmak üzere üç adet diyagramdan yararlanıyoruz.

Bu diyagramlarda gerekli olan sıcaklık, basınç, entalpi, konsantrasyon miktarı gibi değerlerin okunmasında yararlanılır.

Şekil 3,1’de saf amonyağın logP-h diyagramı verilmiştir. Bu diyagram termodinamik analizde de bahsettiğimiz üzere jeneratör ısısının akışkan sıcaklığına eşit olması kabulüyle sitemin basıncı belirlenir ve aynı buhar sıkıştırmalı çevrimde olduğu gibi çevrim çizilir. Buhar sıkıştırmalı çevrimde kompresörün sabit entropide sıkıştırma kısmı çizilmez. Onun yerine jeneratör sıcaklığındaki basınca göre konsantrasyon miktarı şekil 3,2’deki logP-t diyagramından belirlenerek logP-h diyagramından entropi değerlerinin bulunmasıyla sitem kapasiteleri belirlenir.

Aynı zamanda sistemde dolaşan çözelti halindeki akışkanında entalpileri için şekil 3,3’de verilen diyagram kullanılarak gerekli kapasiteler belirlenir.

Bu durumda şekil 3,1’deki diyagramda sistem içerisinde dolaşan saf amonyak ile ilgili işlemlerin yapılmasında, şekil 3,2’deki diyagramda sistemde çözelti halinde bulunan akışkanın konsantrasyon miktarının belirlenmesinde ve ş3kil 3,3’de bulunan diyagramda da çözelti halinde bulunan akışkanın entalpi değerlerinin belirlenmesinde kullanılmaktadır.

Ayrıca evaparatör ve kondenser de saf amonyak bulunduğu için sıcaklıklarına göre logP-h diyagramından bulunacak entropi değerlerine göre belirlenir.

Sistemin diğer elemanlarının sıcaklık ve basınç değişimleri basınç entalpi diyagramıyla ortaklaşa bir şekilde çizilerek ihtiyaç olan entalpi, sıcaklık, basınç ve konsantrasyon değerleri ilgili diyagramlardan alınarak sistemin çevrimi sağlanır.

 

  1. ABSOBSİYONLU SOĞUTMA VE ALTERNATİF ENERJİ KAYNAKLARI

Bu sistemlerde buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerindeki gibi bir kompresör kullanılmadığından sessiz çalışma ve alternatif enerji kaynaklarının da değerlendirilebilesi gibi özelliklere sahiptir.

Absorbsiyonlu soğurma sistemlerinde genel olarak suyun, amonyak (NH3) ve lityum bromür (LiBr) gibi soğutucu özelliğine sahip maddeleri absorbe etme özelliği kullanılarak birçok alanda kullanılabilecek soğutma uygulamaları ve alternatif enerji kaynaklarının ve de artık enerjinin değerlendirilmesiyle yine birçok alanda soğutma uygulamaları yapılabilmektedir.

Ülkemizde yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi ve jeotermal enerji kaynaklarının varlıkları ülkemizde yüksek potansiyele sahiptir. Bu enerji kaynakları hali hazırda ısıtma uygulamalarında kullanılmaktadır. Bunun yanında yaz aylarında soğutma uygulamalarının yapılması için absorbsiyonlu sistemlerden yararlanılması gerekmektedir. Yine benzer bir şekilde elektrik üretimi için kurulmuş termik santrallerden artan ısı ile de bu sistemin kullanılması ile soğutma elde edilmesi mümkündür.

Soğutucu akışkanı buharlaştırmak için jeneratörde kullandığımız ısıyı güneş enerjisi, jeotermal enerji gibi alternatif enerji kaynakları ve artık ısının kullanımıyla da birçok alanda soğutma sağlanabilir.

  • Güneş Enerjisi İle Absorbsiyonlu Soğutma İşlemi

Güneş enerjisini kullanarak soğutma işlemi özellikle iklimlendirme sistemlerinde ve güneş enerjisinin en yüksek olduğu mevsimlerde gereksinim duyulan bir proseslerdendir. Güneş enerjisi ülkemizde gerek potansiyel gerekse uygulama olarak daha çok su ısıtmada değerlendirilmektedir. Bu sistemlerin ısıtmanın yanında soğutmada yapabilecek şekilde geliştirilmeleri çevre ve enerji tasarrufunda önemli bir rol oynamaktadır.

Şekil 4.1

 

 

Şekil 4.1’de güneş enerjisi ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemi verilmiştir. Bu sisteme göre jeneratörde gerekli enerji güneş enerjisinin ısı enerjisine dönüştürülmesi ile sağlanmaktadır. Buhar sıkıştırmalı sistem ve elektrikle çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemiyle karşılaştıracak olursak, amonyak su çiftini buharlaştırmak için gerekli enerji güneş enerjisi tarafından sağlanmaktadır. Buda muazzam derecede bir enerji tasarrufu sağlamaktadır. Enerjinin önemli olduğu büyük tesisler için bu şekilde sağlanacak soğutma, güneş enerjili absorbsiyonlu soğutma sistemin önemini vurgulamaktadır.

Şekil 4.2: Güneş Enerjisi Destekli Absorbsiyonlu Soğutma

  • Jeotermal Enerji İle Absorbsiyonlu Soğutma Sistemleri

Jeotermal kaynaklardan yeryüzüne çıktıkları sıcaklık derecelerine bağlı olarak farklı biçimlerde yararlanılmaktadır. Daha önce de belirttiğimiz gibi yeryüzünün değişik alanlarında yer alan jeotermal kaynakların sıcaklık dereceleri farklılık göstermektedir. Bu farklılık rezervuarın jeoloji, jeofizik ve jeomorfolojik özelliklerine bağlı olarak birinden diğerine değişmektedir. Jeotermal akışkanlar dünya standartlarına bağlı olarak;

 

  • Yüksek sıcaklıklı, sıcaklığı 150°C’den fazla,
  • Orta sıcaklıklı, sıcaklığı 150–70°C arasında değişen,
  • Düşük sıcaklıklı, sıcaklığı 70°C’den düşük, olmak üzere üç kategoriye göre değerlendirilen jeotermal alanlar bulunmaktadır.

 

Yeryüzüne çıkarılan jeotermal akışkanlar, cam elyaflı özel paket borularla ve uygun izolasyonlu çelik borularla taşındığı takdirde, taşıma ana hattından kilometrede ancak 0,1-0,3°C sıcaklık düşmesi görülür. Uygun teknolojiye göre yapılan şehir içi şebekelerin de sıcaklık kaybı kilometrede sadece 0,5°C olmaktadır. Jeotermal akışkanlar, teknik ve ekonomik şartların uygun olduğu durumlarda, 150 km mesafeye kadar teknik olarak taşınabilmektedir. Jeotermal akışkanların taşınmasında kullanılan malzemeler, akışkanın sıcaklığına ve kimyasal durumuna (kompozisyonuna) göre seçilmektedir.

Şekil 4.3: Jeotermal Enerji Kaynağı İle Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi

Şekil 4.3’de bir jeotermal enerji kaynağı ile gerçekleşebilecek absobsiyonlu soğutma sisteminin şematik olarak gösterimi yer almaktadır. Mantık olarak yine aynıdır. Jeneratörde istenilen enerjinin çıkarılan jeotermal enerjinin eşanjörden geçirilerek kullanılması söz konusudur. Burada jeotermal kaynaktan sonra ejanjör kullanılmasın sebebi kaynaktaki suyun korozif olmasıdır.

Jeotermal enerji, endüstriyel soğutma, evlerin mahallelerin soğutulması veya serinletilmesi, soğuk hava deposu işletmeciliği, mantar yetiştiriciliği için soğuk ve serin ortamların hazırlanması işlemlerinde de değerlendirilmektedir. Jeotermal enerji ile Yeni Zelanda’da otel, ABD’de bina, endüstriyel soğutma ve yaz aylarında çiçek yetiştirilmesi için seraların soğutulması yapılmaktadır.

Dünyada jeotermal enerjiyle soğutma sistemlerinin sayısı giderek artmaktadır. Jeotermal soğutma sisteminin alternatifi, elektrik enerjisi ile soğutmadır. Jeotermal soğutma sistemlerinin bakım ve işletme giderleri, elektrikli soğutma sistemlerine göre %95 daha ucuzdur. Yani elektrikli soğutma sistemlerinin %5’ine mal olmaktadır. Jeotermal enerjiyle soğutma son derece ekonomik ve etkili bir uygulamadır. Otuz ve otuzun üzerindeki evlerin soğutulmasının maliyeti, elektrikli soğutma sistemlerine göre daha hesaplıdır. Ancak jeotermal enerji ile soğutma yapabilmek için, uygun jeotermal saha ve uygun mesafedeki soğutma alanlarının bulunması gereklidir. Jeotermal enerji ile soğutmanın yapılması amonyak+su ya da lityum bromür+su (absorbsiyonlu) soğutma makineleri aracılığı ile yapılmaktadır. Soğutma makinelerinde soğuk temiz su veya soğuk hava elde edilebilmesi için, 70°C’nin üzerindeki jeotermal akışkanlar kullanılmaktadır. 120°C jeotermal akışkan ile çalışan absorbsiyonlu soğutma makinesinde -60°C’ye kadar soğuk hava elde edilebilmektedir.

  • Atık Enerjinin Değerlendirilmesi

Atık enerjinin ilk bakışta alternatif bir enerji kaynağı olarak görünmemesi bu atık enerjilerin değerlendirilemeyeceği anlamına gelmez.

Yakıt maliyetlerinin artması ve kimya sanayisinde olduğu gibi birçok proseste düşük sıcaklıktaki (90˚C – 100˚C) ısı enerjileri dışarı atılmaktaydı. Bu nedenle düşük sıcaklıkla soğutma yükü sağlayabilen absorbsiyonlu sistemlerin kurulması atılan ısıdan ihtiyacın karşılanması gibi çok büyük bir avantaj sağlamaktadır.

Kurulan birçok termik santraller ile elektrik üretilmekte ve hatta bazı bölgelerde ise kışın evlerin ısıtılması söz konusudur. Böylelikle hem elektrik elde edilmiş olunuyor hem de ısıtma sağlanmış olunuyor. Bu mantıkla çalışan santrallere direjenarasyonlu sistemler denir.

Absorbsiyonlu soğutma sistemleriyle bu tür santrallerde elektrik ve ısıtmanın yanında soğutma sağlamakta gündeme gelmiştir. Böylelikle elektrik üretmenin yanında kışın ısıtma yazında soğutma sağlanacaktır. Bu tür sistemlere de yani elektrik üretirken yanında ısıtma ve soğutma sağlayan sistemlere trirejenerasyonlu sistemler denir.

Bu sistemlerin mantığı buhar santrallerine dayanmaktadır. Yani bir yakıt ile (genellikle doğalgaz) buhar kazanlarında buhar elde edilir ve bu buharın sahip olduğu enerji ile de türbinler çevrilerek elektrik enerjisi üretilir. Elektrik üretildikten sonra işe yaramayan çürük buhar halindeki buhar yoğuşturulmak suretiyle tamamen sıvı faza geldikten sonra bir ısı değiştiricisinden geçirildikten sonra duruma göre ısıtma veya soğutma sağlanabilmektedir. Böylelilikle normalde atılacak durumda olan buharın değerlendirilmesiyle farklı alanlarda da enerji sağlanmış olunur.

Şekil 4.4: Buhar Santralindeki Atık Enerjinin Değerlendirilmesi (Trijenerasyonlu Sistem)

 

Kaynak
Yasin KOÇ
Enerji Sistemleri Mühendisi
Gazi Üniversitesi

Konu ile alakalı sorularınız veya yazı sahibine ulaşmak için konu altına yorum bırakmanız yeterlidir.



admin
serpantinliboyler@gmail.com

BU KONULAR DA İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR

Ecostar Brülörleri

Ecostar Brülörleri Fiyat ile alakalı bilgi almak için lütfen iletişime geçiniz. Ecos...

Radyatörler Neden Isınmaz ?

Radyatörler Neden Isınmaz ? Değerli Mekanik Bilgi takipçileri, Sizler için çok merak edilen ve he...

Termostatik Vana Nedir ?

Termostatik Vana Nedir ? Termostatik Va...

Isı Pompası Nedir

Isı Pompası Nedir ? Isı pompası adından da anlaşılacağı üzere ısıyı pompalamaya yarayan ve elektr...

BU YAZIYA YORUM YAP

antalya escort bayan