Slider Altına

ABSORBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİNE GÜNEŞ ENERJİSİ UYGULANABİLMESİ İÇİN DENEYSEL ÇALIŞMA

05 Ocak 1999 Dergi: Ocak-1999

Bu amaç için, LPGveya doğalgazın yanmasıyla enerjisini sağlayan 10.5 kW kapasiteli bir absorbsiyonlu soğutma I sistemi satın alınmış ve güneş enerjisi uygulanabilmesi için sistemin yanma odası çıkarılarak, generatör etrafına tank yerleştirilmiştir. Bu sayede soğulma için gerekli enerji, akışkanın generatöre temasıyla sağlanmıştır. Absorbsiyonlu soğutma sistemi güneş kollektörlerine bağlanmadan önce, çeşitli belirsizliklerin kısa zamanda aydınlığa kavuşturulması amacıyla generatöre enerji aktaracak akışkan elektrik ile ısıtılmıştır. Böylece soğutma sistemi için gerekli enerji, ısı transferini yapacak akışkanın özellikleri, akışkanın debisi ve akışkanın ge neratöre giriş ve çıkış sıcaklıkları çeşitli deneylerle belirlenmiştir. Diğer taraftan ise, hangi tip güneş kollektörlerinin deneylerde kullanılacağını, bu koüektörlerin soğutma için gereken enerjiyi sağlayıp sağlayamayacağını ve bu kollektörler ile maksimum hangi sıcaklıklara çıkılabileceğini belirlemek için ayrı deneyler yapılmıştır.

2. Amonyak-Su Karışımlı Absorbsiyonlu Soğutma Sistemleri:

Absorbsiyonlu soğutma ilk defa Fransa'da geliştirilmiş ve 1860 yılında Amerika'da patenti alınmıştır. Bu soğutma sistemlerinin diğerlerinden farkı kompresörün bulunmamasıdır. Kompresörünün görevi, evaporatörde oluşan soğutma buharının basıncını yükselterek kondensere basmaktır. Bu şekilde evaporatörde alınan ısı tekrar dış ortama verilebilmektedir. Bir absorbsiyonlu soğutma sisteminde ise, soğutucu ve absorbe edici akışkan bulunmaktadır.

Amonyak-Su sistemlerinde soğutucu akışkan olarak amonyak kullanılmakta, buharlaştırıcıda ortaya çıkan buharı sıvı faza geçirmek için ise absorbe edici malzeme olarak sudan faydalanılmaktadır. Amonyak-Su karışımı ile doldurulan generatör dışarıdan ısıtılır. Bu sayede karışım içindeki amonyak buharlaşarak kondensere dolar ve burada yoğuşarak genleşme vanasına gelir. Bu sayede üst kısımda bulunan generatör ve yoğuşturucunun basıncı artar ve sistem yüksek ve düşük basınçlı iki kısma ayrılmış olur. Genleşme vanasının açılması ile basınç düşümünden dolayı sıvı haldeki amonyak dışarıdan ısı alarak buharlaşmaya başlar. Bu sayede buharlaştırıcıdan soğutma elde etmek mümkün olur. Oluşan buhar absorbere dolar. Sistemin devamlı çalışmasını sağlamak için bu buharın sıvılaştırılarak generatöre tekrar gönderilmesi gereklidir. Bu nedenle generatördeki fakir (içinde daha düşük oranda amonyak olan) karışım, kısma vanasından geçerek absorbere gelir ve amonyak buharını bünyesine alarak absorbe eder. Absorberde biriken zengin (içinde daha yüksek oranda amonyak olan) karışım pompa ile, bir eşanjörden geçirilerek generatöre gönderilir. Böylece çevrim tamamlanmış olur. Generatöre sağlanan ısı devam ettiği sürece soğutma devam eder.

Absorber ile generatör arasındaki eşanjör, generatörden gelen sıcak karışımın sıcaklığını düşürerek absorberden gelen karışımın sıcaklığının arttırılmasını sağlar. Basit bir absorbsiyon sistemindeki esas parçalar evaporatör, absorber, generatör vekondenserdir. Genleşme vanası, pompa, analizörve ısı değiştiricilerde bu tip soğutucularda kullanılan diğer önemli parçalardır. Şekil l'de basit absorbsiyonlu soğutma sisteminin şematik görünüşü verilmektedir.

Amonyak uygulama sahası en eski olan bir soğutucu akışkandır. Zehirlilik oranı yüksek olduğu için kullanımı kısıtlı olmasına rağmen absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde oldukça çok uygulaması olan bir gazdır. Kritik sıcaklığı yüksek olup termodinamik ve kimyasal özellikleri absorbsiyonlu soğutma için yeterlidir. Tablo l'de amonyağın bazı özellikleri verilmiştir.

Şekil 1. Basit absorbsiyonlu soğutma sistemi.

Tablo 1. Amonyağın termodinamiközellikleri.

Kimyasal sembolü

NH3

Molekül ağırlığı

17.03

Gaz sabitesi, (mKg/Kg°C)

49.79

Donma noktası, (°C)

-77.6

Atmosfer basıncında kaynama noktası, (°C)

-33

Kritik sıcaklığı, (°C)

132.4

3. Yapılan Çalışmalar:

3.a. Soğutma Sistemi Üzerinde Yapılan Çalışmalar:

Absorbsiyonlu soğutma sistemleri dışarıdan uygulanan bir ısı enerjisine ihtiyaç duymaktadırlar. Mevcut sistemde bu enerji LPG veya doğalgazın yanmasıyla sağlanmaktadır. Soğutma sisteminden yanma elemanları sökülmüş ve generatör etra-ıi saran bir tank yerleştirilmiştir. Deney düzeneği hazırlanırken üretici firmanın soğutma ile ilgili belirlediği değerlerin ueğişmemesi için soğutucu elemanların zarar görmemesine dikkat edilmiştir. Tank, bir giriş bir de çıkış borusu ile pompaya ve içinde 12 kW gücünde elektrik ısıtıcısı bulunan bir başka tanka bağlıdır. Akışkan olarak kaynama sıcaklığı yüksek özel yağ kullanılmıştır. Akışkanın generatöre giriş sıcaklığını sabit tutabilmek için bir kontrol ünitesi kullanılmıştır. Ayrıca soğutmanın anlık değişimini görmek için evaporatör yüzeyine, soğutmanın hangi sıcaklıklarda gerçekleştiğini belirleyebilmek için generatör yağ giriş ve çıkış borusuna, ortam sıcaklığını ölçmek için de soğutma sisteminin bulunduğu odaya sıcaklık sensörleri yerleştirilmiştir. Elektrik ısıtıcılarının harcadığı enerjiyi belirlemek için, sisteme üç fazlı elektrik sayacı bağlanmıştır. Deneyler, 150 "C'den (generatöre giren yağın sıcaklığı) başlamış ve soğutmanın gerçekleştiği 170 "C'ye kadar her adımda 10 °C artırılarak devam etmiştir. Şekil 2,3 ve 4'de ölçüm sonuçlarını gösteren grafikler verilmiştir 12 kW gücündeki ısıtıcıların ani olarak yüklenmelerinden dolayı generatöre giren yağın sıcaklığında salınmalar olmuştur. Yağın debisi pompanın gücüne bağlı olarak 445 It/h'dir. Şekil 3'de görüldüğü gibi 160 "C'de soğutma başlamış ve evaporatör sıcaklığı 4 "C'ye kadar düşmüş, fakat evaporatör sıcaklığı kısa zaman sonra tekrar ortam sıcaklığına kadar yükselmiştir. Generatör sıcaklığı 170 °C iken evaporatör sıcaklığı 0 "C'ye düşmüş ve bu sıcaklıkta dengede kalmıştır. Soğutma sistemi denge halindeyken elektrik ısıtıcıları şebekeden 5.15 kWh enerji çekmiştir.

 

 

3.b. Güneş Kollektörleri İle Yapılan Çalışmalar:

Kollektörler güneş radyasyonunu toplayan ve ısı enerjisine dönüştüren düzeneklerdir. Kollektörler bünyesinde dolaşan akışkanın sıcaklığını belli bir değere kadar artırabilirler. Artırabildikleri bu değer siyah mat boyalı düzlemsel kollektörlerde 65-70 °C, seçici yüzeyli düzlemsel kollektörlerde 85-90 °C civarındadır. Amonyağın generatörde buharlaşması için gereken sıcaklık değeri yaklaşık 140 "C'dir. Düzlemsel kollektörlerle bu sıcaklığa ulaşmak mümkün değildir. Amonyağın buharlaşmasını sağlayabilmek için seçici yüzeye sahip 60 adet vakum tüplü kollektör kullanılarak deneyler yapılmıştır. Deneylerde kollektöre giren akışkanın sıcaklığı, kollektörden çıkan akışkanın sıcaklığı, ortam sıcaklığı, akışkanın debisi ve güneş radyasyonu ölçülmüştür. Şekil 5'de kollektör deney sonuçlarının karşılaştırılması verilmiştir.

Şekil 5'de görüldüğü gibi güneş radyasyonunun en yüksek değerde olduğu zaman kollektör giriş ve çıkış sıcaklıkları arasında 10 °C fark olmuş ve kollektörler ile maksimum 108 "C'ye kadar çıkabilmiştir. Diğer taraftan elektrik ısıtıcıları ile yapılan soğutma deneyinde akışkan, ortalama 170 °C'de generatöre girmiş ve l 30 "C'de generatörü terk etmiştir. İki deneyden de örüldüğü gibi amonyak-su karışımı kullanılan absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde güneş enerjisi kullanılarak soğutma pmak mümkün değildir.

4. Sonuç:

Güneş kollektörleri güneş radyasyonunu toplayan ve ısı enerjisine dönüştüren düzeneklerdir. Diğer taraftan absorbsiyonlu soğutma sistemleri, kendileri için gerekli enerjiyi ısı olarak dışarıdan almaktadır. Güneş kollektörlerinin ve absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin bu ortak özelliklerinden dolayı, soğutma sistemlerinde güneş enerjisini soğutma amaçlı kullanmak bugüne kadar birçok insanın hayallerini süslemiştir. Fakat düzlemsel ve vakum tüplü güneş kollektörleriyle ulaşılabilen maksimum sıcaklık soğutma sistemindeki amonyağın buharlaşmasına yeterli değildir. Konsantre edilmiş güneş kollektörleri, amonyakla çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde kullanılabilir. Fakat bu sistemlerin maliyetleri yüksek, kullanımları da zordur. Ayrıca LİBr-F^O karışımlı absorbsiyonlu soğutma sistemlerine güneş kollektörleri uygulanabilmektedir. Bu sistemlerde soğutucu akışkan olarak su kullanılmaktadır. Fakat su ile 0 "C'nin altında soğutma yapmak mümkün olmadığı için, günümüzde kullanım alanları kısıtlıdır. Endüstride özellikle çimento ve cam sanayiinde yüksek sıcaklıklarda enerji atığı mevcuttur. Amonyak-su ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemleri, sanayinin bu atık ısılarının değerlendirilmesinde kullanılabilir,

Kaynaklar:

1.         Rafet Yalçın. Soğutma ve Klima, 1981 istanbul

2.         Sabri Savaş, Soğutma Tekniğinde Kullanılan Akışkanlar, 1974.

3.         W.R. Woolrich, Handbook of Refrigerating Engineering, Volume l

4.         Ersural Suner, Uygulamalı Soğutma Tekniği, 1975 Ankara

 

A.YAZAR, C.GÜNGÖR, M.TIRIS

TÜBİTAK-MAM Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü


Etiketler


Video İçerik

Performansa Dayalı Deprem Tasarımı Yaklaşımı

Sempozyum