DÜŞÜK SICAKLIK-YÜKSEK BASINÇ ŞARTLARI ALTINDA ÇALIŞAN SOĞUTMA ÇEVRİMLERİNDE OPTİMUM ÇALIŞMA ŞARTLARINI SAĞLAYAN SİSTEMİN BELİRLENMESİ

Abstract

Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde normal çalışma şartları içinde -20oC'ye kadar olan buharlaştırıcı sıcaklıkları için genellikle tek kademeli çevrim kullanılmaktadır. Çok düşük buharlaşma sıcaklıklarında ve yoğuşma sıcaklığı yüksek olan çalışma şartlarında soğutma kapasitesi ve performans katsayısının hızla düştüğü görülmektedir. Özellikle –30oC ile -60oC arasındaki sıcaklıklarda çalışma zorunluluğu doğduğunda, tek kademeli soğutma sistemleri yetersiz kaldığı görülür. Bu nedenle söz konusu sıcaklık aralıklarında, kademeli soğutma sistemleri kullanılması zorunlu olmaktadır. Bilindiği gibi kompresör çıkış sıcaklıklarının 100oC'nin üzerinde olması istenmeyen bir durumdur. Kompresör çıkış sıcaklığının çok yüksek olması halinde; yağlama yağının yanmasını ve kompresör mekanik aksamlarında termik gerilmelerin artmasına ve ince şerit türü elemanların kısa sürede kullanılmaz hale gelmesine; ayrıca akışkan özelliklerinin bozulmasına neden olur. Bu nedenle kademeli soğutma sistemlerinin kullanılması ile sistemin çalışma dengesi, basınç oranları, volümetrik verim, kompresör çıkış sıcaklıkları istenen çalışma şartlarına uygun hale gelir. Bu çalışmada, basınç oranı, kompresör çıkış sıcaklığı, volümetrik verim, soğutma etkinlik katsayısı, ikinci kanun verimi ve çevreye olan etkileri bakımından mevcut akışkanlara alternatif olabilecek, bazı soğutucu akışkanlar ele alınmıştır. Esas alınan tasarım şartları ve soğutucu akışkanlar dahilinde, sisteme termodinamiğin birinci ve ikinci kanunu uygulanmıştır. Sistem performansı, ikinci kanun verimi, kompresör çıkış sıcaklıkları, volümetrik verimi, ikinci kanun verimi ve güç tüketimi belirlenmiştir. Tek kademeli ve kademeli sistemler arasında gerekli mukayese yapılarak, kademeli sistemin gerekliliği ortaya konulmuştur. Ayrıca kademeli sistem için ele alınan akışkanlar , performansları bakımından mukayese edilerek, uygun alternatif akışkan belirlenmeye çalışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Birinci kanun analizi, İkinci kanun analizi, İkinci kanun verimi, Tersinmezlik, Kademeli soğutma

In refrigeration cycles, but single-stage vapor systems have good performance at -20oC. Coefficient of performance and second law efficiency of system decreases rapidly at low evaporation temperature and highest condenser temprature. Especially between -30 and -60oC evaporation tempratures. Single-stage vapor compression systems will be unsufficient. So for such that low evaporation temperature it will be necessary to use multi stage refrigeration systems. As it is known the compressor exit temperature above 100oC is undesirable situation. If the compressor exit temperature is too high; lubricating of oil burning and to increase the thermal stress in mechanical components of the compressor, it also causes the spoiled of the fluid properties. Therefore, using of a multi stage refrigeration cycles operating stability of the system, the pressure ratios, the volumetric efficiency, the exit temperatures of the compressor become suitable for operating conditions. In this study some refrigerants are discussed in terms of compressor exit temperature, volumetric efficiency, coefficient of cooling performance, second law efficiency and environmental impact. Based on the design conditions and within the refrigerant, first and second law of thermodynamics has been applied to the system. Then coefficient of performans, the second law efficiency, the compressor exit temperature, volumetric efficiency, second law efficiency and power consumption has been identified. Required comparison made between single-stage and multi stage refrigeration cycles. Also suitable alternative fluids, have been determined by comparing their performances with each other. Key Words: First law analysis, Second law analysis, Second law efficiency, Irreversibility, Multi stage refrigeration.