Soğutma çevirimi

SOĞUTMA ÇEVRİMLERİ

1-1 Ters Carnot Çevirimi

Carnot çevrimi, verilen bir sıcaklık aralığında en yüksek ısıl verime sahip çevrimdir. Diğer güç çevrimleri için referans noktası oluşturur.

Kayıplar ihmal edildiği, tersinir olduğu için hal değişimleri tersinir yönde de gerçekleşir.

1-2 hal değişimi sırasında soğutucu akışkana, TL sıcaklığındaki soğuk ortamdan sabit sıcaklıkta QL miktarında ısı geçişi olur. Akışkan daha sonra izantropik hal değişimi ile 3 haline sıkıştırılır ve hal değişimi sonunda sıcaklığı TH olur. 3-4 hal değişimi sırasında, soğutucu akışkandan TH sıcaklığındaki ortama sabit sıcaklıkta ısı geçişi olur. Daha sonra akışkan,1 haline izantropik olarak genişleyerek çevrimi tamamlar. 4-1 (izantropik genleşme) hal değişimi sonunda akışkan TL sıcaklığındadır. 3-4’ te soğutucu akışkan yoğuşturucuda doymuş buhardan doymuş sıvıya döner.

Carnot çevriminin uygulanması mümkün değildir. Isı geçişleri izotermaldir. Doyma bölgesinde basıncın sabit kalması ve sıcaklığın doyma sıcaklığında olması sağlanabilir. 1-2 ve 3-4 hallerine yaklaşılabilir. 2-3 hal değişiminde sıvı buhar karışımının sıkıştırılması yani iki fazlı akışkanla çalışan bir kompresörü gerektirir. 4-1 ise sıvı oranı yüksek karışımlı bir genişlemedir.

Doyma bölgesinde dışında ise sabit sıcaklık koşulunun yerine getirilmesi zordur. Bu nedenle uygulanamaz.

1-2 İdeal Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi

Ters Carnot Çevriminin uygulanmasındaki güçlükler, buhari sıkıştırmadan önce tümüyle buharlaştırarak ve 4-1 hal değişimindeki genleşmeyi kısılma vanasıyla gerçekleştirerek aşılabilir. Kısılma işlemi kılcal boruların artırılması vasıtasıyla veya kısılma vanasıyla gerçekleştirilir.

1 halinde doymuş buhar izantropik olarak yoğuşturucu basıncına sıkıştırılır. Sıkıştırma işlemi sırasında, soğutucu akışkan sıcaklığı, çevre-ortam sıcaklığının üzerine çıkar. Soğutucu akışkan daha sonra 2 haline kızgın buhar olarak yoğuşturucuya döner. 3 halinde doymuş sıvı olarak ayrılır. Yoğuşturucuda çevreye ısı geçişi olur. 3 halinde de çevre sıcaklığının üzerindedir. Doymuş sıvı halindeki akışkan daha sonra genleşme vanası veya kılcal borulardan geçirilerek buharlaştırıcı basıncına kısılır. Bu hal değişimi sırasında soğutucu akışkanın sıcaklığı, soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya 4 halinde, kuruluk derecesi düşük bir doymuş sıvı buhar karışımı olarak girer ve soğutulan ortamdan ısıyı alarak tamamen buharlaşır. Buharlaştırıcıdan tekrar kompresöre girerek çevrimi tamamlar.

1-3 Gerçek Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi

Gerçek buhar sıkıştırma çevriminin idealinden farklı olmasının nedeni, gerçek çevrimi oluşturan elemanlardaki kayıplardan kaynaklanır. Basıncın düşmesine neden olan akış sürtünmesi, ve çevreyle olan ısı alışverişidir.

İdeal çevrimde buharlaştırıcıdan çıkan soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar halinde girer. Bu koşul uygulamada gerçekleştirilemez çünkü soğutucu akışkanı sistem içerisinde kontrol edebilmek imkansızdır. Bunun yerine sistem soğutucu akışkanın kompresör girişinde kızgın buhar olmasını sağlayacak biçimde tasarlanır. Burada amaç akışkanın tamamının buhar olarak kompresöre girişini sağlayıp kompresöre mekanik hasar vermemesini sağlamaktır.

Sonuç olarak soğutucu akışkanın özgül hacminin artması ve kompresör işinin artmasını sağlamaktır. Özgül hacim artar ise iş akışı artar.

Akışkanın kompresör çıkışıyla, kısılma vanası girişi arasında tümüyle sıvı olması gerekir. Tam olarak doymuş sıvı olmasını sağlamak zor olduğundan yoğuşturucu çıkışında genellikle doymuş sıvı halindedir. Soğutucu akışkan doyma sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa soğutulur. Bundan dolayı buharlaştırııya daha düşük bir sıcaklıkta girer. Ortamdan daha fazla ısı çekilmiş olur. Kısılma vanası ile buharlaştırıcı sistemde birbirine çok yakındır. Aradaki basınç düşmesi küçüktür.