Kademeli soğutma sistemlerinde belirli soğutucu akışkanlar için ikinci kanun analizi

Abstract

Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde normal çalışma şartları içinde -20⁰C'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 görülür. Özellikle –30⁰C ile -60⁰C arasındaki sıcaklıklarda çalışma zorunluluğu doğduğunda tek kademeli soğutma sistemleri yetersiz kaldığı anlaşılır. Bu nedenle söz konusu sıcaklık aralıklarında kademeli soğutma sistemleri kullanılması zorunlu olmaktadır. Bilindiği gibi kompresör çıkış sıcaklıklarının 100⁰C'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 sistemlerin kullanılması ile sistemin çalışma dengesi, basınç oranları, volümetrik verim, kompresör çıkış sıcaklıkları istenen çalışma şartlarına uygun hale gelir. Bu çalışmada, R600a, R290 ve R410a endüstriyel soğutma sistemlerinde halen yoğun olarak kullanılan soğutucu akışkanlar olan R717 ve R22'ye alternatif olarak ele alınmıştır. Söz konusu akışkanlar için termodinamiğin birinci ve ikinci kanunu tek ve çift kademeli sistemlere uygulanmıştır. Çalışmada hidrokarbon grubu olan R600a ve R290'nın, kompresör çıkış sıcaklığı, hacimsel verim ve ikinci kanun verimi bakımından R717 ve R22'ye alternatif olabileceği ve R410a'nın ise özellikle R22'ye alternatif olarak kullanılabileceği anlaşılmıştır. Ayrıca ilgili tasarım şartları için kademeli soğutmanın gerekliliği ortaya konulmuştur.