Toroy Soğutma Sistemleri. Soğutma Sistemi Çalışması.

Standart bir Soğutma Sisteminin çevrim şeması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Soğutma sisteminde 3 ana eleman bulunmaktadır. Kompresör, evaporatör (buharlaşma) ve kondanser (yoğuşma). Soğutma sisteminde, soğutucu akışını kontrol etmek için ise expansion valf veya kılcal boru, termostat, dryer filtre, likit tutucu, sight glass, manometre ve termometre gibi çeşitli ekipmanlar kullanılmaktadır. Soğutucu akışkanlar ve yağlar.

Soğutma kompresörünün sistemdeki görevi, emme hattından gelen soğutucu gazı kondenser ünitesine basmaktır.

Soğutma sisteminin optimum çalışması için kompresörde:

  • Kapasite kontrolü olmalı, geniş bir yük değişimi-çalışma rejimine uyabilme.
  • İlk kalkışta dönme momenti mümkün olduğunca az olmalı.
  • Soğutma verimi kısmi yüklerde de düşmemeli.
  • Değişik çalışma şartlarında çalışabilmeli.
  • Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyesinin üstüne çıkmaması.
  • Çalışma ömrünün uzun olmalı.
  • Daha az bir güç harcayacak birim soğutma değerini sağlayabilmesi.

Genel yapıları itibariyle soğutma kompresörlerini aşağıdaki şekilde sınıflandırmak mümkündür:

Pistonlu Kompresörler

Helisel-Vida Tipi Dönel Kompresörler

Santrifüj  Kompresörler

Pistonlu Kompresörler

Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan bu tip kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-biyel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir. Eski çift etkili kompresörlerin, yatık tip pistonlu buhar makineleri ile hareketlendirilmesinde hiç dönel hareket olmadan da çalışma durumlarına rastlamak mümkündür. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makineler olup açık tip (kayış kasnak veya kavramalı) veya Hermetik tip kompresör şeklinde (Amonyak hariç) dizayn ve imal edilmektedir.

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 refrigeranlar için uygun düşmektedir.

Açık tip pistonlu kompresörlerin bugünkü silindir tertip şekilleri genellikle düşey, I, Vasıfsız işgücünün, W tertibinde I'a 16 silindir ve tek etkili olup, yatık ve çift etkili kompresör dizaynı hemen tamamıyla terkedilmiştir. Tam kapalı hermetik tip motor-kompresörlerde düşey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sık uygulanmaktadır.

Helisel Tip Dönel Kompresörler

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

Helisel/Vida Tipi Dönel Kompresörler

Çalışma prensibi yönünden dişli yağ pompasına benzeyen bu kompresörler, birisi erkek diğeri dişli bir helisel vida çiftinden meydana gelmektedir. Bu helisel vida çifti bir dış gövde içerisine yerleştirilmiş ve her iki başlarından yataklanmıştır. Dış gövde refrijeran giriş/çıkış ağızlarını da içerir. Refrijeran gazın helisel boşluklarındaki hareketi hem radyal hem de aksiyal yönde oluşmaktadır. Helisel dişlilerden birisi (genellikle erkek helisel dişli) tahrik gücünü sıkıştırma işlemine iletir ve bu işlem sırasında diğer dişli serbest durumda tahrik edeni takip ederek döner. Ancak, her iki helisel dişlinin de ayrı ayrı tahrik gücü verilerek, senkronize edilmiş devir sayılarıyla tahrik edildiği dizayn şekillerine de rastlamak mümkündür.

Helisel/Vida tipi kompresörlerde emiş ile basma (çıkış) ağızları arasındaki işlemi 4 kademeye ayırmak mümkündür. Bunlar; (A) Emiş, (B) İlerleme, (C) Sıkıştırma, (D) Basma. Bu işlem her helisel dişli çiftinin beher diş çiftinde tekrarlanmaktadır. Helisel dişlinin diş profili ise ilk yapılan tiplerde dairesel iken son yıllarda daha verimli bir çalışma ve daha iyi bir sızdırmazlık sağlayan asimetrik özel bir profile dönüştürülmüştür.

Vida tipi kompresörler Kuru/Yağsız çalışacak tarzda dizayn edilebileceği gibi daha çok yağ püskürtmeli olarak yapılabilir. Kuru tip vidalı kompresörlerde sıkıştırma oranı ve giriş-çıkış basınç farkı sınırlıdır ve devir sayıları yüksektir (3600 d/d'nın üzerinde). Yağ püskürtmeli tiplerde (45 ila 50°C sıcaklıkta) bu sınırlamalar geniş ölçüde kalkmaktadır.

Püskürtülen yağ ayrıca silindir soğutulmasına, sesin ve aşınmaların azaltılmasına yardım etmektedir ve kompresör, gelen refrijeranda daha yüksek oranda sıvı refrijeran bulunmasına tahammül edebilmektedir ki bu, soğutma uygulamaları için önemli bir husustur. Yağ püskürtmeli vida kompresörler R-12, 22, 502 ve Amonyak gibi çok rastlanan refrijeranlara (yüksek yoğuşma basınçlı refrijeranlar) rahatça uygulanabilmektedir ve halen 20 ila 1500 HP arasındaki güçlerde imal edilmektedir.

Helisel/Vida tipi kompresörlerinin performans özellikleri şöyle özetlenebilir;

   a.       Düzgün (kesintisiz) bir refrijeran gaz akışı sağlar,

   b.      Düzgün bir tork değeri muhafaza edilir,

   c.       Pozitif sıkıştırma özelliği vardır,

   d.      Geniş bir yük değişimi sahasında titreşimlerin asgari seviyede tutulabilmesi sağlanabilir,

   e.       Yüksek bir Volumetrik verim ve Adyabatik verim elde edilir,

   f.        Emiş ve basma klapelerinin bulunmadığı (Arıza kaynağının ve basınç kayıplarının ortadan kalkması yönünden) bir yapıya sahiptir,

    g.       Diğer tip kompresörlerden daha hafif ve boyutları küçüktür.

Bu kompresörlerin yağ püskürtmeli tipinde yağın, yüksek basınca sıkıştırılan gazdan bir yağ ayırıcı ile ayrılması ve soğutulması gereklidir. Yağ ayırıcısının tipi, sistemin özelliklerine ve kullanılan refrijerana göre değişir.

Yağlama sisteminden beklenen işlemler şunlardır;

( 1 ) Helislerin bulunduğu silindirlerde yağlama; refrijeranın geri sızmasını azaltma, gaz soğutulmasına yardım etme gibi hususlar,

( 2 ) Şaftları taşıyan yatakların yağlanması,

( 3 ) Kompresör rotorunun eksenel kuvvetlerini hidrolik olarak dengeleme,

( 4 ) Kapasite kontrol mekanizmasını hareket ettirmek,.

Refrijerandan alınan ısı, yağ soğutucudan tekrar geri alınıp sistemden atılır.

Buhar sıkıştırma çevrimiyle soğutma işlemi yapan santrifuj kompresörlerin, pistonlu ve dönel paletli veya vida tipi kompresörlerden farkı pozitif sıkıştırma işlemi yerine santrifuj kuvvetlerinden faydalanarak sıkıştırma işlemini yapmasıdır. Santrifuj kompresörlerde özgül hacmi yüksek olan akışkanların ( daha geniş hacımlerin ) kolayca hareket ettirilmesi mümkün olduğu için sık sık büyük kapasiteli derin soğutma ( - 100°C kadar ) işlemlerinde uygulandığı görülür. Santrifuj kuvvetlerin büyüklüğü hızların karesi ile doğru orantılı olduğundan, giriş � çıkış basıncı farklarının büyütülmesi devirin arttırılması ile veya rotor çapının büyütülmesiyle veyahutta kademe sayısı arttırılarak sağlanabilir.

KOMPRESÖR PERFORMANSI

Bir makinenin performansı, makinenin daha önceden belirlenen görevini yerine getirilebilme yeteneğinin değerlendirilmesidir. Kompresör performansı, soğutucunun kompresörün ve motorun belli fiziksel sınırlamalarının biraraya gelerek oluşturduğu tasarımım bir sonucudur ve şunları sağlamasına çalışılır:

  • Arızasız en uzun ömür
  • Minimum güç girişine karşılık maksimum soğutma etkisi
  • Minimum maliyet
  • Geniş bir çalışma koşulları aralığıUygun bir titreşim ve ses düzeyi

Kompresör performansına ait iki yararlı ölçünün biri kompresör ver değiştirmesiyle ilgili olan kapasite, diğeri de performans faktörüdür.

Sistem kapasitesi, kompresörün ulaştığı soğutma etkisidir. Kompresörü terkeden buharın basıncına karşılık gelen sıcaklıktaki soğutucu sıvı ile kompresöre giden soğutucu buharın toplam entalpileri arasındaki farka eşittir. Birimi kJ / kg' dır.

Bir hermetik kompresörün performans faktörü, motor ve kompresörün ortak çalışma verimini gösterir.

Performans faktörü (hermetik)

Son yıllarda , enerji tasarrufu üzerine çekilen dikkat nedeni ile, performans faktörü endüstri için önemli bir hale gelmiştir. Bunun için artık EVO (enerji verim oranı) terimi kullanılmaktadır ve soğutma ve de klima ünitelerinin gerçek performansı ARI yönetmeliklerinde onaylanmakta ve listelenmektedir, böylece kullanıcılar, bilirkişiler, tesisatçılar ve güç şirketleri, çeşitli makinelerin izafi verimlerini değerlendirebilirler.

Kompresör performansına ait öncelikle kompresör tasarım mühendislerinin kullandığı ve soğutma teknisyenleri için pratik kullanımı olmayan üç diğer tanımlama ve ölçü vardır; yinede bunları kabaca bilmek iyidir.

Kompresör verimi sadece silindir içinde olan bitinle ilgilidir. Gerçek sıkıştırmanın, ideal sıkıştırmadan sapmasının bir ölçüsüdür ve silindirin içinde yapılan işe göre tanımlanır.

Hacimsel verim strok başına silindire giren taze buhar hacminin piston yer değiştirmesine oranı olarak tanımlanır.

Gerçek kapasite İdeal kapasitenin ve toplam hacimsel verimin bir fonksiyonudur.

Fren Beygir Gücü İdeal kompresöre ve kompresörün sıkıştırma, mekanik ve hacimsel verimlerine olan güç girişinin bir fonksiyonudur.

Bu ders bir soğutma teknisyeninin görevleri daha çok, tanımlı bir çalışma koşulları aralığına göre, kompresörün veya kondenser ünitesinin gerçek kapasitesi ve güç girişi ile ilgilidir.

Kompresör imalatçıları, ASHRAE ve / veya ARI şartlarına uygun uygun olması gereken değerler için, kompresörlerini ayrıntılı testlere ( Şekil S11 � 4 ) tabi tutarlar. İki tip kompresör testi vardır. Birincisi kapasite, verim, gürültü seviyesi, motor sıcaklığı vb. belirler. İkinci ve aynı oranda gerekli olan test ise, makinenin muhtemel ömrünü tespit eder. Ömür testi, kompresör yıllar boyu çalışması gereken koşullara benzer koşullar altında gerçekleştirilmelidir. Bu çalışmada emniyet ve kurallara sadık kalma en önemli faktörlerdir.

Bu bilgilerden yararlanarak imalatçı, ürünün uygun şekilde kullanılması için gereken performans ve uygulama verilerini sunabilir veya yayınlayabilir.

Kapasite değerleri, aşağıdaki bilgileri içeren tablolar ve eğriler halinde yayınlanır:

  • Kompresörün tanımlanması
  • Silindir sayısı, çap, strok vs.
  • Aşırı soğutma devreleri veya verinin sıfır derece aşırı soğutmaya göre düzeltildiğini belirten bir ifade
  • Kompresör devir sayısı
  • Soğutucu tipi
  • Emme gazı kızdırma ısısı
  • Kompresör ortamı
  • Dış soğutma şartları ( gerekirse )