Soğutma tekniĞİ

ÖZET; Soğutma sistemlerinde soğutucu akışkan şarjı ve deşarjı hem sistem verimliliği hem de ekonomik anlamda çok önemli bir konudur. Soğutucu akışkanların atmosfere deşarjı çevre yönünden zararlıdır ve ekonomik değer kaybına neden olur. Soğutucu akışkanlar soğutma sistemlerinden kontrol altında deşarj edilmeli ve yeniden kullanılmak üzere ıslah edilmelidirler. Soğutma devrelerinin mümkün olduğunca daha az miktarda soğutucu akışkanla soğutma görevlerini yapabilecek ölçü ve boyutlarda dizaynı ile tesis ve teçhiz edilmesi de önemlidir. Bu çalışmada soğutucu akışkan şarjı ve deşarjı detaylı bir şekilde açıklanmıştır.

GİRİŞ; İnsan vücudu için yaşam sıvısı kanın önemi ne ise,soğutma sistemi için de; bir soğutucu akışkanın önemi aynı ayar ve derecededir.Önemi bu mahiyette olan bir soğutucu akışkan termodinamik çevrim esasına göre bir düşük sıcaklık bölgesinden bir yüksek sıcaklık bölgesine ısı pompalanmasında kullanılan soğutma sistemleri için bir esas ısı taşıyıcı ortamdır.Bir soğutucu akışkan ısı pompalanmasında, diğer bir deyimle soğutma sisteminde; ısı taşıyıcı ortam veya vasıta olarak kendine düşen görevini soğutucu ünitede buharlaşmak (ısı almak) ve kondanserde yoğuşmak (ısı atmak) sureti ile yapar.
Soğutucu akışkanlar genel olarak duyulur ve gizli ısı, doyma sıcaklığı ve basıncı,özgül hacım ve özgül ağırlığı ile, diğer hususlar bakımından su ile, benzer ve aynı özelliklere sahiptir. Ancak soğutucu akışkanlar genellikle çok düşük kaynama sıcaklıklarında olduklarından atmosfer basıncında ve normal sıcaklıklarda sıvı durumunda değil de,buhar durumunda bulunurlar.
Bugün için kullanılabilecek durumda olan bir çok soğutucu akışkan mevcuttur. Fakat bazı soğutucu akışkanlar,uygun olmayan özellikleri ile, çevreye ve hele de dünyamızın ozon şemsiyesine zarar vermeleri esas alındığında; kullanılma alanları sınırlanmakta veya sıfırlanmak ya da yasaklanmaktadır.
İşte bu nedenlerle de;soğutma sistemlerinin sürdürülebilir etkili ve verimli çalışmalarına esas teşkil eden soğutucu akışkanların soğutma sistemlerinde şarj’ı ve deşarj’ı önem kazanmaktadır.

Ayrıca, çevreye ve hele de dünyamızın ozon şemsiyesine zarar veren bazı soğutucu akışkanların atmosfere deşarjı yerine kontrol altına alınarak stoklanması ile, ıslah edilerek yeniden kullanılması son derece de önem kazanmaktadır. Esasen deşarj sırasında tüm soğutucu akışkanların kontrol altına alınarak stoklanması ile, ıslah edilerek yeniden kullanılması da önem verilmesi gereken bir ekonomik unsur ve bir avantajdır.

BASİT SOĞUTMA DEVRESİ; Basit soğutma devresi aslında tek kademeli bir soğutma devresi olup, öncelikle; ev ve ticari tür buz dolapları ile, meşrubat soğutucular olmak üzere, soğuk depoculukta besin ürünlerinin soğuk ve donmuş muhafazası ile, klima tekniğinde ve çeşitli endüstriyel soğutma uygulamalarında genellikle kullanılır. Ayrıca, büyük boyutlu ticari tür donmuş depolar ile, çok özel derin dondurucularda çift kademeli soğutma devreleri ile, Kas – Kat sistem soğutma devreleri de uygulama alanı bulmaktadır.

Tek kademeli bir soğutma devresi basit hali ve ana üniteleri ile Şekil-1’de şema halinde verilmiştir. Bu şekilden de anlaşılacağı üzere, tek kademeli bir soğutma devresi esas itibari ile;

1. Soğutucu ünite,

2. 
   Emme hattı,
   
3. 
   Kompresör,
   
4. 
   Basma hattı,
   
5. 
   Kondanser,
   
6. 
   Sıvı tankı (Receiver)
   
7. 
   Sıvı hattı ve
   
8. 
   Genleşme valfi veya kılcal,
   

olmak üzere sekiz ayrı üniteden oluşmaktadır. Bu ünitelerden her birinin soğutma devresindeki görevi aşağıda ayrı ayrı açıklanmıştır.
1.Soğutucu Ünite; Belirli bir ısı transfer yüzeyinde olup, soğutulan mekandan gerekli ısı transferini sağlayarak sirkülasyon halindeki soğutucu akışkanı buharlaştırır. Bu işlem sırasında soğutulan mekan havasının ısı tutumu azalır, soğutucu akışkanın ise ısı tutumu artar. Sonuç olarak, ısı tutumu azalan mekan havasının sıcaklığı azalır ve işlemin devamı halinde soğutma olayı gerçekleşir.
2.Emme Hattı; Soğutucu ünitede buharlaşan düşük basınçlı soğuk soğutucu akışkan buharının kompresör emişine taşınma yoludur.
3.Kompresör; Soğutucu ünitede buharlaşan düşük basınçlı soğuk soğutucu akışkan buharını emerek yüksek basınç ve sıcaklık altında kondansere basar. Kompresör bu görevini yaparken emme ve basma tulumba (pompa) gibi rol oynar.
4.Basma Hattı; Kompresörün emip bastığı yüksek basınç ve sıcaklık altındaki soğutucu akışkan kızgın buharının kondansere sevk yoludur.
5.Kondanser; Soğutucu ünitede olduğu gibi belirli bir ısı transfer yüzeyinde olup, ancak soğutucu ünitede olan işlemin aksine; yüksek basınçlı sıcak soğutucu akışkan buharından kondans ortamına, yani; yoğuşma ortamına ısı transferini sağlar. Yoğuşma ortamı su veya atmosfer havasıdır. Yoğuşma sırasında ısı tutumu kaybı olan yüksek basınçlı sıcak soğutucu akışkan buharı, önce kızgın buhar durumundan doymuş buhar durumuna, daha sonra da sıvı durumuna dönüşür.
6.Sıvı Tankı; Kondanserde yoğuşan sıvı soğutucu akışkan, soğutma olayının sürekliliği için, sınırlı miktarda da olsa, sıvı tankında toplanmalı ve ayrıca BOR vb. hizmetler için soğutma devresindeki soğutucu akışkanı stoklama hacmında olmalıdır. Genleşme velfi yerine kılcal boru ile yetinildiği küçük boyutlu soğutma sistemlerinde sıvı tankı yerine drayer veya kondanserin uygun boyutlandırılmış likit kolektörü de çift amaçlı olarak kullanılabilir.
7.Sıvı Hattı; Kondanserde yoğuşup sıvı tankında sınırlı miktarda toplanan sıvı soğutucu akışkanın genleşme valfine veya genleşme kılcal borusuna taşınması yoludur.
8.Genleşme Valfi; Genleşme valfinde sıvı soğutucu akışkan aniden genleşip, soğutucu üniteye yayılırken kısmen buharlaşır.Bu ani genleşme sırasında kısmen buharlaşan soğutucu akışkanın basıncı, dolayısı ile, sıcaklığı düşer. Genleşme çok ani olduğu için soğutucu akışkanın ısı tutumunda herhangi bir değişiklik olmadığı kabul edilir. Genleşme valflerinin elle kumandalı, şamandıralı, termostatik duyargalı ve kapasite ayarlı türleri olduğu gibi, elektronik kumandalı türleri de geliştirilmiştir. Ancak, ev ve ticari buzdolapları ile, küçük boyutlu soğutucularda maliyet indirimi ve sadelik amacı ile, kılcal borular da genleşme valfi yerine kullanılabilir.

Şekil-1. Tek Kademeli Soğutma Devresi

Tek kademeli soğutma devresine ait Şekil-1.’de verilen şemanın tetkikinden de anlaşılacağı üzere soğutucu ünitede soğutulması istenen mekan havasından emilen Q_o ısı miktarı ile kompresörün tüketim gücünün eşdeğeri Q_m ısı miktarı soğutma devresinde sirküle eden soğutucu akışkan tarafından absorbe edilmekte ve Q_k = Q_o + Q_m toplam ısı miktarı ise kondanserde çevreye atılmaktadır.
Soğutma devresinde sirküle eden soğutucu akışkan, soğutulması istenen mekan havasından soğutucu ünitede aldığı ısı sonucu düşük basınç ve sıcaklık altında buharlaşarak, kompresörde ise bir miktar daha tahrik enerjisi ısısı alarak yüksek basınç ve sıcaklık altında kızgın buhar durumuna gelip, kondanserde ise mevcut ısısını çevreye atmak sureti ile, yoğuşarak soğutma görevini yapmaktadır.

Bu açıklamalardan sonra, soğutma olayını termodinamik yönden aşağıda Şekil-2.’de verilen LnP-h (basınç-entalpi) diyagramından daha basit ve kolay bir şekilde izleyebiliriz.

Tek kademeli soğutma devresi çevrimi olarak Şekil-2.’de verilen bu LnP-h diyagramı üzerinde;
CD eğrisi kompresörde sıkıştırma,

DA doğrusu kondanserde yoğuşturma,

AB doğrusu genleşme valfinde genleşme (termodinamik kısma)

BC doğrusu soğutucu ünitede buharlaşma,

Olaylarını açıklamaktadır.
Soğutma devresinde 1 kg. soğutucu akışkan sirkülasyonunu esas aldığımızda;
q_o = h_c – h_a soğutma miktarı, W

q_m = h_d – h_c kompresör tüketim enerjisi, W

Şekil-2.Tek Kademeli Soğutma Çevrimi (LnP-h Diyagramı)

q_k = h_d – h_a kondanser yoğuşturma kapasitesi, W

olarak görülmektedir.

Ayrıca açıklamak gerekirse teorik esaslar altında herhangi bir soğutma devresinde;
q_k = q_o + q_m veya

Q_k = Q_o + Q_m

Bağıntılarının da mevcudiyetini göz önüne almalı ve hatırlamalıyız.