Bir maddenin veye ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklıgının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemine soğutma denilebilir.

En basit ve eski sogutma şekli, soğuk yörelerde tabiatın meydana getirdiği buzları muhafaza edip bunları sıcak veya ısısı alınmak istenen yerlere koyarak sogutma sağlanmasıdır.Kışın meydana gelen kar ve buz’u muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün m.ö. 1000 yıllarından uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahiyurdumuzun bazı yörelerinde geçerli bir soğutma şekli olduğu görülmektedir. Diğer yandan, eski mısırlılardan beri geceleri açık gök yüzünü görecek tarzda yerleştirilen seramik testilerde suyun soğutulabileceği bilinmektedir. Bu soğutma şekli, gökyüzünün gece karanlıktaki sıcaklığının mutlak sıfır (-273)derece sevyesinde olmasından ve ışıma (Radyasyon) yolu ile ısının gökyüzüne iletilmesinden yararlanılarak sağlanmaktadır.

Ticari maksatla ilk büyük buz satışı 1806 yılında Frederic Tudor tarafından ve Antil adalarına 130 tonluk bir buz hamulesini Favorite adlı tekneyle götürülmesi ile başlamıştır. Daha sonraları “buz kıralı” adı ile tanınan bu şahıs, ilk macerasından 3500 dolar para kaybetmesine rağmen bu zararın tamamıyla depolama olanaklarının bulunmayışından meydana geldiğini, gerçekte ise buz işinde büyük kazançlar bulundugunu görebilmiş ve buz ticaretine devam ederek 1850 yıllarında senede 150.000 ton’a ulaşan bir buz ticareti hacmi geliştirmiştir. 1864 de ise buz sattığı ülkeler arasında Antiller, İran, Hindistan, Güney Amerika ülkeleri bulunuyor ve gemilerinin ugradıgı limanlarının sayısı 53’ü buluyordu. Tabiatın bahşettiği buz ile soğutma şeklinden 1880’lere kadar geniş ölçüde yararlanılmıştır.

Buz ile elde edilen soğutma şeklinin gerek zaman ve gerekse bulunduğu yer bakımından çoğu kez pratik ve ucuz bir soğutma sağlayamayacagı bellidir. Bunun yerine mekanik araç ve cihazlarla soğutma sağlanması tercih edilir ki soğutma tekniği bilimide bu ikincisi ile ilgilenir. Mekanik soğutma ile ilgili bilinen ilk patent 1790 yılında İngiliz Thomas Harris ile John Long’a aittir. 1834 yılında da amerikalı Jacop Perkins eter ile çalışan pistonlu bir soğutma makinasının patentini almıştır. Bu makine, bir emme basma tulumbaya benzer. Bir tıp doktoru olan john Gorrie (1803-1855) ilk defa, ticari gaye ile çalışan bir soğutma makinası yapmış (1844-Apalachicola, Florida, ABD)ve “Klima –Soğutma-Ticari buz imali” konularının babası olarak tarihe geçmiştir.

Uygulama alanında ilk defa 1860 yılında Dr. James Harrison (Avusturalya) üretim işlemi sırasında birayı soğutmak maksadıyla mekanik soğutmayı başarıyla kullanmıştır. Sistemde soğutucu akışkan olarak Sülfirik Eter kullanılmıştır. 1861 de Dr Alexander Kirk kömür ısısı ile çalışan ilk Absorpsiyonlu soğutma aygıtını gerçekleştirmiştir. Mekanik soğutma vasıtasıyla buz imalinin ticari sahaya girmesinin ise 1890 yıllarını bulmuştur.Klima sahasında büyük çapta ilk uygulama 1904 yılında New York Ticaret Borsasına 450 ton/frigo’luk bir makina konularak gerçekleştirilmiştir. Konutlarda kullanılmak maksadıyla soğutucu (Buz dolabı) yaptı. Otamatik olarak çalışan buz dolapları 1918 de Kelvinatör Company tarafından imal edilmeye başlandı ve ilk sene 67 dolap satıldı. 1918-1920 yılları arasında toplam 200 dolap yapılarak satıldı. Absorpsiyon prensibiyle çalışan otamatik bir buz dolabı da (Electrolux) 1927 yılında amerika’da satışa çıktı.

Soğutma’nın tarifinden, bunun iki fiziksel değere, yani sıcaklık ve ısı değerlerine bağlı olduğu görülmektedir. Gerçekte bu iki değer birbirine yakinen bağlıdır. İzotermik ve Adyabatik işlemler ile kütle transferi dışında bu iki değer beraberce artıp azalırlar.

ISI : Maddelerin moleküllerinin devamlı hareket halinde oldugu ve bu hareket serbestisinin en çok gaz halindeki maddelerde, daha az şekilde sıvı haldekilerde ve en az katı haldeki maddelerde olduğu bilinir.Bu moleküler hareket ısının artmasıyla artar. Diğer bir değişle ısı, moleküler bir harekettir. Katı bir maddeye ısı ilave edildiği sürece sıcaklığı artmaya devam eder ta’ki sıvı hale dönmeye başlayıncaya kadar. Madde tamamen sıvı hale dönüşünceye kadar sıcaklık artmaz. Sıvı hale dönüşünce, ısı verilmeye devam edilirse sıcaklık gene artmaya devam eder ve buharlaşma devam eder ve buharlaşma başlayıncaya kadar sıcaklık artışı sürer. Buharlaşmanın başlamasından maddenin tamamen buhar haline dönüşmesine kadar sıcaklık artması yine durur. Madde gaz halde iken verilen ısı ile sıcaklığın yükselmeye devam etmesi termo dinamik şartlara bağlıdır.

Isı enerjinin bir türüdür ve bugün mevcut ölçü cihazlarıyla direkt olarak öiçülmesi mümkün değildir. Isının ölçü birimi olarak soğutmacılıkta kilo kalori “Kcal” (+145.C de ki 1 kg suyun sıcaklığını 1 C artırmak için ilave edilmesi gereken ısı miktarı) veya British Thermal Unit “BTU” (1 libre ağırlığındaki suyun sıcaklığını 1 derece Fahrenheit yükseltmek için ilave edilmesi gereken ısı) kullanılır. Son yıllarda Joule(J) ve Kilojoule (KJ) ısı birimi daha yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.

SICAKLIK : Sıcaklık bağıl bir değerdir ve maddenin ısı sıklığını ifade eder. Genellikle bir referans noktasına göre, daha sıcak veya daha soğuk, şeklinde tarif edilir. Örneğin suyun atmosfer basıncı altındaki donma sıcaklığı 0 C ve atmosfer basıncı altında kaynamaya başladığı sıcaklık 100 C olarak alınır. Maddenin sıcaklığı yalnız başına ısı miktarı belirtemez. Örneğin 1000 C sıcaklıktaki 1 kg Demir parçasındaki ısı 100 C deki 20 kg demir parçasından daha azdır, fakat birincisi daha sıcaktır, yani ısı sıklığı daha fazladır

Sıcaklıklar, değişik pek çok ölçü aletleriyle ölçülebilirler ki, bunlara genellikle Termometre adı verilir. Civalı ve alkollü termometreler en ucuz ve basit sıcaklık ölçü aletleridir ve oldukça hassas olanları (0.1 C) mevcuttur.

BASINÇ : Buhar sıkıştırma çevrimleri halen mekanik soğutma en sık yararlanılan çevrimdir. Bu çevrim ise sistemde farklı basınç sevyelerinin meydana getirilmesi ile sağlandığından basınç kavramının ve basınçla ilgili fizik kanunlarının iyi bilinmesi gerekir. Basınç , birim yüzeye gelen ağırlık (kuvvet)dir, diye tarif edilebilir. Ağırlık veya kuvvet birimi Kilogram olarak ve birim yüzey metrekare alınırsa Basınç, Kg/m2 olacaktır. Soğutma tekniğinde ise daha çok bir santimetrekare’ye gelen Kg miktarı kullanılır ve Kg/cm2 olarak tamamlanır. Bu aynı zamanda Teknik Atmosfer (at) diye adlandırılır.atmosfer basıncının altındaki basınçlar mutlak basınç şeklinde ifade edilebileceği gibi negatif manometre basıncı şeklinde de ifade edilmektedir ki bu ikincisi “Vakum” adı ile belirtilir; fakat aslında kısmi vakum kastedilmektedir.

ISINMA ISISI (özgül ısı) : Birim ağırlıktaki bir kütlenin sıcaklığının birim sıcaklık kadar arttırılması için, ilavesi gereken ısı miktarı olup her değişik tür madde için farklı olduğu gibi aynı maddenin değişik konumları (Katı, Sıvı, Gaz) için farklıdır.

GÜÇ : Birim zamanda yapılan iş miktarını ifade eder. Örneğin 1 beygir gücü (ps), saniyede 75 kg m iş yapabilen bir güç’ü belirtir.

ENTALPİ/ISI TUTUMU : İzafi bir değer olup bir sıvı veya gaz kütlesinin birim ağırlığının termodinamik gücünü ifade eder ve iç enerji (u) ile sıkıştırma veya akış enerjisinin toplamıdır; I=u+p.v/j+w2/2g.j Metrik sistemde birimi “Kcal/Kg” dır.

 

 

İKLİMLENDİRİLMİŞ HAVANIN NAKLEDİLMESİ

Bugün en sık rastlanan soğutma çevriminin buhar sıkıştırma çevrimi olduğu bilinmektedir. Buhar sıkıştırma çevriminde kullanılan cihaz ve ekipmanları öncelikle tanıyalım. Bir buhar sıkıştırma çevrimi beş ana kısımdan meydana gelmektedir.


1-SOĞUTMA KOMPRESÖRÜ (Buhar sıkıştırma aparatı)

2-KONDENSER (Sıkıştırılan buharı yoğuşturucu)

3-EVAPORATÖR (Buharlaştırıcı-Soğutucu)

4-GENİŞLEME APARATI (Ekspansiyon valfleri, kılcal borular, seviye kontrol cihazları)

5-BORU DONANIMI


SOĞUTMA KOMPRESÖRLERİ

Soğutma kompresörünün sistemdeki görevi (a) Buharlaştırıcı-Soğutucu ısı ile yüklü soğutucu akışkanı buradan uzaklaştırmak ve böylece arkadan gelen ısı yüklenmemiş akışkana yer temin ederek akışın sürekliliğini sağlamak (b) Buhar haldeki soğutucu akışkanın basıncını kondenserdeki yoğuşma sıcaklığının karşıtı olan seviyeye çıkarmaktır. İdeal bir kompresörde şu genel ve kontrol karakteristikleri aranır.
a)Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimi-çalışma rejimine uyabilme
b)İlk kalkışta dönme momentinin mümkün oldugunca az olması
c)Verimlerin kısmi yüklerde de düşmemesi
d)Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenilirliği muhafaza etmesi
e)Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli sevyenin üstüne çıkmaması
f)Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması
g)Daha az bir güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi
h)Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması

Fakat bu karakteristiklerin tümüne birden sahip olan bir kompresör yoktur denilebilir. Uygulamadaki şartlara göre yukarıdaki karakteristiklerden en fazlasını sağlayabilen kompresör seçimde tercih edilir. Genel yapıları itibariyla soğutma kompresörlerini aşağıdaki şekilde sınıflandırmak mumkündür.

1A) Pozitif sıkıştırmalı kompresörler :
a) Pistonlu kompresörler
b) Paletli dönel kompresörler
c) Helisel-Vida tipi dönel kompresörler

1B) Santrifuj kompresörler

1A/a)Pistonlu kompresörler : Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan bir tip kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-byel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir. Eski tip bazı çift etkili kompresörlerin yatık tip pistonlu buhar makinaları ile hareketlendirilmesinde hiç dönel hareket olmadan da çalışma durumlarına rastlamak mümkündür. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makinalar olup açık tip veya hermetik tip motor-kompresör şeklinde dizayn ve imal edilmektedirler.

Pistonlu kompresörlerin uygulanma şartları, birim soğutucu akışkan soğutma kapasitesine isabet eden silindir hacmi gereksinimi az olan ve fakat emiş/basma basınç farkı oldukça fazla olan refrijeranlar için uygun düşmektedir. Amonyak , R-12, R-22, R-502 bu refrijeranların en başta gelen türleridir.

Açık tip pistonlu kompresörlerin bugünkü silindir tertip şekilleri genellikle düşey I,V ve w tertibinde 1 ila 16 silindirli ve tek etkili olup, yatık ve çift etkili kompresör dizaynı hemen tamamıyla terkedilmiştir. Tam kapalı-hermetik tip motor-komresörlerde düşey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sık uygulanmaktadır.

1A/b)Paletli dönel kompresörler : Dönel kompresörler, pistonlu kompresörlerin gidip gelme hareketi yerine sıkıştırma işlemini yaparken dönel hareketi kullanırlar. Bu dönel hareketten yararlanma şekli ise değişik türden olabilir (tek ve çift dişli, tek paletli, çok paletli). Çift dişli prensibine göre çalışan ve çok sık rastlanan Helisel Vida tipi dönel kompresörler de vardır.

1A/c)Helisel tip dönel kompresörler ozitif sıkıştırmalı kompresörler genel grubuna giren bu kompresörlerin değişik konstrüksiyonu haiz birçok türüne rastlamak mümkündür. Soğutma uygulamalarında halen en çok rastlanan helisel tip dönel kompresörleri, bariz farklara sahip iki ana gurupta toplamak mümkündür; (1)tek vidalı/helisli tip, (2)çift vidalı /helisli, dönel kompresörler. Ancak her iki tip kompresörün de çalışma prensibi ve konstrüktif yönden birçok müşterek yanları vardır. Örneğin , basınçla yağın püskürtülmesi suretiyle hem yağlama işleminin yapılması, hem sıkıştırma işlemi sırasında sızdırmazlığın sağlanması hemde meydana gelen ısının gövdeden alınıp uzaklaştırılması , her iki tür kompresörde de yerleşmiş bir uygulama şeklidir. Keza oranları, kapasite kontrolü mekanizmaları ve ısı ekonomizeri tertipleri her iki tip kompresörde de benzer durumdadır.

1B) Santrifuj kompresörler :

Buhar sıkıştırma çevrimiyle soğutma işlemi yapan santrifuj kompresörlerin, pistonlu ve Dönel paletli veya vida tipi kompresörlerden farkı pozitif sııştırma işlemi yerine santrifuj kuvvetlerden faydalanarak sıkıştırma işlemini yapmasıdır. Santrifuj kompresörlerde özgül hacmi yüksek olan akışkanların (daha geniş hacimlerin) kolayca hareket ettirmesi mümkün olduğu için sık sık büyük kapasiteli derin soğutma (-100C kadar) işlemlerinde uygulandığı görülür. Santrifuj kuvvetlerin büyüklügü hızların karesi ile doğru orantılı olduğundan giriş-çıkış basıncı farklarının büyütülmesi devirin arttırılması ile veya rotor çapının büyütülmesi ile yahutta kademe sayısı arttırılarak sağlanabilir. Bu nedenle santrifuj makinalarda nadirende olsa 90.000 d/d gibi çok yüksek rotor devirlerine rastlamak mümkündür. Bu yüksek devirlerin sağlanması için tahrik motoru ile komprösör mili arasına deviri yükseltici bir dişli kutusu konulur. Yüksek devirli buhar veya gaz türbünleri ile direkt akuple şekilde tahrik edilen santrifuj kompresörlere uygulamada rastlamak mümkündür.

Genel olarak tahrik gücü elektrik motorlarıyla sağlanır. Içten yanmalı motorlarla tahrik edilen santrifuj kompresörlere seyrek de olsa rastlanabilir. Uygulamadaki kapasite sınırları bugün 85 ila 10.000 Ton/Frigo arasında değişmektedir. Santrifuj kompresörlerde emiş ile basma tarafı arasındaki basınç farkının santrifuj kuvvetlerden yararlanılarak sağladığı yukarıda belirtmiştim. Bu basınç sağlanırken refrijerana önce bir hız (kinetik enerji) verilir ve sonra bu hız basınca (potansiyel enerji) dönüştürülür. Bu dönüştürme işlemleri sırasında mutlaka birçok kayıplar olacaktır ve basma tarafı basıncı dahada yükseldikçe bunlar dahada artacaktır. Bu nedenle, santrifuj kompresörlerde basma basıncının mümkün olduğu kadar emişten az bir farkla olması istenir. Buna rağmen uygulamada emiş-basma basınç farkı değerleri 2 ila 30 arasında değişmekte ve her tür refrijeran ile santrifuj kompresör kullanılabilmektedir. Fakat yukarıda izah edilen sebepden dolayı daha ziyade yoğuşma basıncı düşük olan refrijeranlar santrifuj kompresörler için uygun olmaktadır (R-11 ve R-113 gibi) ve bu şartlar ancak klima uygulamalarına cevap verebilmektedir. Bu nedenle santrifuj kompresörlere en çok klima sistemi uygulamalarında rastlanmasına şaşmamak gerekir. Derin soğutma uygulamalarında genellikle çok kademeli kompresör kullanılır ve 10 kademeye kadar yapılan santrifuj kompresörlere rastlamak mümkündür. Ayrıca santrifuj kompresörlerin paralel ve seri bağlantı tertibinde hatta ara kademelerden değişik sıcaklık uygulamaları için refrijeran bağlantısı yapılarak kullanıldığı zaman zaman görülmektedir.

Santrifuj kompresörlerin kapasite kontrolü genellikle refrijeranı emişte kısmak suretiyle sağlanır. Bu maksatla emiş ağzına ayarlanabilir kanatlar konur. Kanatların ayarlanması pnömatik, elektrik veya hidrolik vasıtalarla yapılabilmektedir. Kapasite kontrolü maksadı için santrifuj kompresörlerde de rotor devrini değiştirme tarzı kullanılmaktadır. Az da olsa uygulanan diğer kapasite kontrol sistemleri;Difüzör (çıkış) kanatlarının açılarının ayarlanması, difüzör kanalının daraltılıp genişletilmesi, Rotorun (çark) geçiş kanallarının daraltılması ve bunların birkaçının beraberce uygulanmasıdır.

Santrifuj kompresörlerin dizaynında çalışma kapasite sınırlarının ve devirlerinin gerek kritik devir sayısı yönünden ve gerekse şok dalgalanmasının başlaması yönünden çok iyi etüt edilmesi gerekir. Kritik devir sayısının 0.8 ila 1.1 katı değerleri arasındaki devirlerde kati surette sürekli çalışmaya müsaade edilmez.

Şok dalgalanmasının durumu ise, değişik devirlerdeki Debi/Basınç koordinatları üzerine inşa edilecek politropik verim ve Mach katsayısı eğrilerinin etüdü ile görülebilir. Buradan bulunacak şok dalgalanması zarfının altındaki değerlerde çalışma şok dalgalanması yapacaktır. Şok dalgalanması (surgıng) olayı varken refrijeran kompresör çıkışında sık sık bir ileriye bir geriye yönelir. (takriben 2 saniyede yön değiştirir). Bu olayın neticesinde aşırı gürültü , aşırı titreşim ve kompresörde aşırı ısınma meydana gelir ki devam etmesi halinde gerek sistem tarafı gerekse kompresör tarafı bundan zarar görebilir. Keza tahrik motoru da alternatif şekilde yüklenir ve yükü azalır ki bunun sonucu dönme hızı bir azalır bir artar. Surging olayının tespitinde bu durumun mevcudiyeti bir ipucu olabilir. Motorun çektiği akımın ölçülmesi de bu olayı teyit edecektir. Kompresördeki aşırı titreşimler ve gürültüler daima bir anormal çalışmaya ve arızanın yaklaştığına işaret olarak kabul edilmelidir.

Santrifuj kompresörlerin rotorları (çark) açık tip veya örtülü tip şeklinde dizayn edilir ve dökme aliminyum, kaynaklı aliminyum, dökme çelik, kaynaklı çelik, perçinli çelik gibi malzemeden yapılır. Aluminyum, çeliğe nazaran daha yüksek bir dayanıklılık/ağırlık oranına sahiptir ve daha hafif rotor ile daha yüksek devirlerde çalışılmasını mümkün kılar. Çelik rotorlar ise 150C üzerindeki çalışma şartlarında üstünlük kazanır. Korosif refrijeran uygulamalarında paslanmaz çelik uygun bir çözüm getirmektedir. Santrifuj kompresörlerde de vida tiplerinde olduğu gibi eksenel ve radyal yükleri taşıyacak şekilde ayrı ayrı iyi bir yataklama gereklidir. Eksenel yükler burada daha da fazladır.Kaynak:http://www.formtekklima.com.tr/mesleki-bilgiler/149-sogutma-sistemi-temel-elemanlari.html