Cooling & Freezing Machinery

Gıdaların dondurulması

Tüm gıda maddelerinin bozulma ve çürüme hızı artan sıcaklıkla birlikte yükselir.Bu nedenle gıda maddeleri uygun düşük sıcaklık tutulduğunda bozulma ve kimyasal değişmeler hemen hemen tamamıyla önlenebilir.Yeterince düşük sıcaklık derecelerinde tutulan gıda maddelerinde mikroorganizmaların çalışma ve çoğalmalarının önlendiği gibi enzimlerin aktiviteleri ve kimyasal reaksiyonların reaksiyon hızı azalır. Bozulmanın önlenebilmesi için gıda maddesinde bulunan suyun büyük bir kısmının dondurulması gerekir.Gıdaların çoğunda yüksek miktarda su bulunduğundan dondurma işlemi gıda maddesinin fiziksel özellikleri üzerinde önemli etkiler yapar.Gıda maddesinin içerdiği su içerisinde, çözünmüş diğer maddelerde bulunduğundan gıda maddesi tek bir sıcaklık derecesinde değil, belli bir sıcaklık aralığında donar. 0 oC’ın altında gıdada sudan oluşan buz kristalleri meydana gelir.Geride kalan ve donmamış (unfrozen) kısım çözünmüş maddelerce zenginleşir.Konsantrasyonu yüksek çözeltilerde suyun bir kısmı düşük sıcaklık derecelerinde dahi donmadan kalır.Oluşan buz kristalleri ve konsantrelerin fiziksel etkisinden dolayı gıdaların bozulmasını önlemek için dondurmadan çok soğukta muhafaza uygulanır.

Gıdaların Dondurulması

Gıdaların dondurulması ise; gıda sıcaklığının donma noktasının altına düşürüldüğü, içerdiği suyun bir kısmının (proportion) buz kristallerine dönüştüğü temel bir işlemdir.Suyun buza durağanlaştırılması (immobilization) ve donmamış (unfrozen) sudaki çözünmüş solutelerin konsantrasyonu, gıdanın su aktivitesini düşürmektedir.Bu işlemde muhafaza; düşük sıcaklıkların, düşürülmüş su aktivitesinin, ve bazı tür gıdalardaki ön-işlem olan haşlama (blanching) işlemlerinin kombinasyonuyla sağlanmaktadır. Eğer doğru dondurulma ve depolama prosedürleri izlenirse, beslenme ve duyusal kalitede çok az bir değişim meydana gelmektedir.
Soğukta muhafaza yalnızca bozulmayı yavaşlatır ve geçici bir süre için yararlanılabilir.Dondurulmuş gıdalarda bazı reaksiyonlar yavaş olarak devam etmekle birlikte, bu yöntemde bir grup gıda maddesi başarılı bir şekilde muhafaza edilebilmektedir

Dondurulmuş gıdaların ana grupları

1- tüm, püre halde ve ya meyve suyu konsantratı halindeki meyveler ( çilek, ahududu, kuş üzümü )
2- sebzeler ( bezelye, yeşil fasulye, tatlı mısır, ıspanak, lahana ve patates)
3- balık filetosu ve deniz ürünleri ( morina balığı, pisi balığı, karides)
4- et ( sığır, koyun, tavuk) ve et ürünleri ( sosis, biftek)
5- fırınlanmış ürünler ( ekmek, kek)
6- hazır gıdalar ( pizza, tatlı, dondurma
Gıdaların soğutularak muhafazası (refrigated storage), gıdanın yüksek kalitesinin birkaç hafta sürmesine olanak tanırken; uzun raf ömrüne sahip olan gıdalar elde edilmek istendiğinde: en çok dondurulma (freezing), termal proses ve konserveleme (canning) tipindeki muhafaza yöntemleri kullanılmaktadır.Bu üç yöntem içinde gıdaların dondurulması en üstün yöntem olarak kabul edilmektedir.

Teori

Dondurulma sırasında, ilk önce hissedilen ısının (sensible heat) uzaklaştırılmasıyla, gıdanın sıcaklığı donma noktasına düşürülür.Taze gıdalarda, solunum (respiration) sonucu meydana gelen ısı da uzaklaştırılmalıdır. Bu ısı; ısı yükü (heat load) olarak adlandırılmakta ve dondurucu ekipmanın boyutlarının belirlenmesinde önemlidir.
Daha sonra kristalizasyonun latent ısısı uzaklaştırılmakta ve buz kristalleri oluşmaktadır. Gıdanın diğer bileşenlerinin de latent ısıları (örneğin yağların), katılaşmadan (solidify) önce uzaklaştırılmalıdır. Bununla beraber, gıdanın büyük bir kısmını su oluşturmaktadır ve diğer bileşenler, kristalizasyon için nispi olarak daha düşük miktarlara gereksinim duyarlar.

Gıdanın Dondurulması

AS Gıda, saf su örneğinin dışında her zaman 0 oC’nin altında olan kendi donma noktasının qf altına soğutulur.S noktasında, sıcaklığın donma noktasının altında olmasına rağmen, su sıvı kalmaktadır.Bu fenomen süpersoğuma (supercooling) olarak bilinmekte, donma noktasının en çok 10 oC altına kadar düşebilmektedir.

SB Sıcaklık, buz kristallerinin oluşmaya başlamasıyla açığa çıkan kristalizasyon latent ısısının etkisiyle hızlı bir şekilde donma noktasına yükselir.

BC Isı, gıdadan önceden ayrıldığı oranlarda uzaklaştırılır.Latent ısı uzaklaştırılmakta ve buz oluşmaktadır, fakat sıcaklık neredeyse sabit kalmaktadır.Donma noktası, donmamış likördeki solute konsantrasyonunun artması ile durgunlaşmaktadır (depress), ve sıcaklık hafifçe azalmaktadır.Buzun büyük kısmı bu safhada oluşmaktadır.(şekil 19.2)

CD Solutelerden (çözgen) biri süperdoymakta (supersaturated), ve kristalleşmektedir. Kristalizasyonun latent ısısı uzaklaştırılmakta ve sıcaklık o solute için eutectic sıcaklığına yükselmektedir.(bölüm 19.1.2)

DE Suyun ve çözgenlerin kristalizasyonu devam etmektedir.Toplam zaman tf, (freezing plateau), ısının uzaklaştırılma oranına göre belirlenmektedir.

EF Su-buz karışımının sıcaklığı, dondurucunun sıcaklığına düşer.Ticari dondurulmada kullanılan sıcaklıklarda, donmamış su miktarı; gıdanın tipine ve kompozisyonuna, depolama sıcaklığına bağlıdır.(örneğin – 20 oC’deki depolama sıcaklığında, buz oranı balıkta % 91, ve yumurta albümininde % 93’tür.)
Isının Uzaklaştırılması
Soğutma yöntemlerinin anlaşılmasında iki gözlemin iyi bir şekilde değerlendirilmesi gerekmektedir.Bunlardan birincisi, bir gaz sıkıştırıldıktan sonra hiç ısı uzaklaştırılmazsa sıcaklığı artmaktadır ve buna benzer şekilde genleşmeden sonra sıcaklığı düşmektedir.İkincisi ise; bir sıvının sabit bir sıcaklıkta buharlaşabilmesi için sıvıya ısı verilmeli, ve buharın kondensasyonu da ısıyı arttırmaktadır.
En yaygın kullanılan bu iki soğutma yöntemi; buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma çevrimi ve absorbsiyonlu soğutma çevrimi işlemlerinde kullanılmaktadır.
Buhar sıkıştırma sisteminde, buharın sıkıştırılabilmesi için bir iş yapılırken; absorbsiyon sisteminde, absorbantın sıcaklığını yükseltmek ve yüksek sıcaklıklarda buhar haline getirilmesinde ısı kullanılmaktadır.
Bu soğutma sistemlerinin daha iyi anlaşılabilmesi için termodinamiğin prensiplerinin öğrenilmesi gerekmektedir..
Temel kavramlar
Soğutma; bir maddenin ve ya ortamın sıcaklığını ve onu çevreleyen hacim sıcaklığının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemidir.
Termodinamik; ısı enerjisinin bir yerden diğerine iletilme yollarının ve ısının başka enerji biçimlerine nasıl dönüştüğünü inceler.
Termodinamiğin sıfırıncı kanunu; eğer iki nesnenin her biri üçüncü bir nesne ile ısıl denge halindeyse, o zaman kendi aralarında da dengedirler.
Termodinamiğin birinci kanunu; bir sisteme ısı enerjisi verildiğinde, bu enerji sistemin iç enerjisindeki değişimle birlikte sisteme iş yaptıran mekanik enerjiye eşittir.
Termodinamiğin ikinci kanunu; ısı sadece sıcak bir nesneden soğuk olana doğru akar.
Termodinamiğin üçüncü kanunu; bir madde mutlak sıfıra kadar soğutulamaz.Mutlak sıfır, ancak basıncı sıfır olan bir gazdan elde edilir.
Isı; moleküler bir harekettir.Ölçüm birimi olarak Kcal, BTU, J ve KJ kullanılmaktadır.
Entropi; sistemin iç durumun belirten ve herhangi bir sürecin başında ve dışında değişik değerler alan bir parametredir.Adyabatik bir sistemde nasıl bir değişme olursa olsun, sistemin entropisi artar ya da değişmez, ancak hiçbir zaman azalmaz.
Duyulur ısı; sisteme alınıp, verildiğinde kendini sıcaklık değişimiyle gösteren ısı tipidir.
Gizli ısı; bir cismin sıcaklığını değiştirmeksizin, faz durumun değiştirmek için alınması ve ya verilmesi gereken ısı miktarına denir.
Sıcaklık; bağıl bir değerdir ve maddenin ısı yoğunluğunu ifade eder.
Yoğunluk (özgül ağırlık); bir cismin birim hacminin ağırlığıdır.
Özgül hacim; bir cismin birim ağırlığının hacmidir ve daha çok gaz, buhar ve hava için kullanılır.
Basınç; birim yüzeye gelen kuvvettir.
Özgül ısı; birim ağırlıktaki bir kütlenin sıcaklığının birim sıcaklık kadar artırılması için ilave edilmesi gereken ısı miktarı olup, her değişik tür madde için farklı olduğu gibi aynı maddenin değişik fazları için de farklıdır.
Buharlaşma ısısı; maddenin 1 kg’nın sıvı halden gaz hale geçirmek için verilmesi gereken ısı miktarıdır.
Ergime ısısı; maddenin katı halden sıvı hale geçmesi için verilmesi gereken ısı miktarıdır.
Güç; birim zamanda yapılan iş miktarıdır.
Entalpi; İzafi bir değer olup, bir sıvı ve ya gaz kütlesinin birim ağırlığının termodinamik gücünü ifade eder.İç enerji ile sıkıştırma ve/ve ya akış enerjisinin toplamıdır.
Isı transfer yöntemleri;
– İletimle (kondüksiyon) ısı transferi,
– Taşınımla (konveksiyon) ısı transferi
– Işınımla (radyasyon) ısı transferi
Buhar Sıkıştırmalı Mekanik Soğutma Çevrimi
Soğutma sisteminin esası gazların yoğunlaşma sıcaklıklarının basınca göre değişmesine dayanır.Soğutmanın ve ya daha bilimsel bir ifade ile sıcaklığın soğutulmasının pek çok yolu vardır.
Pratikte en yaygın olan yöntem uygun maddelerin buharlarının sıkıştırılarak, artan ısının alınması ve soğutma devresinin absorbsiyonudur.
Termodinamiğin ikinci yasasına göre, ısının soğuk ortamdan sıcak ortama aktarılabilmesi için sisteme dışarıdan bir enerji verilmesi gerekir.Sistem dışardan aldığı bu enerjiyle, soğuk ortamdan ısıyı alarak, sıcak ortama taşır
Buhar Sıkıştırmalı Mekanik Soğutma Çevrimi
Bu çevrimde iki ana bölüm mevcuttur.Bunlar; alçak ve yüksek basınç tarafı olarak adlandırılır.
Bu sistemde; kompresörde yüksek basınca sıkıştırılan soğutucu akışkan kızgın buhar halde kondensere gönderilir.Burada çevreye ısı vererek yoğuşan soğutucu akışkan, genleşme valfinde alçak basınca kısılarak ıslak buhar halde evaporatöre girer.Evaporatörü çevreleyen ortam sıcaklığının altında bir sıcaklığa sahip soğutucu akışkan, ortamın ısısını çekerek ortamı soğutur ve evaporatör çıkışında doymuş buhar halde kompresör tarafından emilir.Böylece çevrim sürekli olarak tekrarlanır.

Soğutma Çevrimi Elemanları
A ) Kompresör ; Burada evaporatörde buharlaşırken, ısı emen gaz halindeki soğutucu akışkan sıkıştırılarak yüksek basınç ve sıcaklık altında kondensere gönderilir.
B ) Kondenser ; Kompresör tarafından gönderilen gaz halindeki soğutucu akışkan, sıvı hale geçebilmek için dış ortam havası tarafından soğutulur.Yani, dış ortama ısı atılır.
C ) Genleşme Valfi ; Kondenserde yoğuşarak sıvı hale geçen soğutucu akışkan, burada basınç düşümüne uğrar ve evaporatöre geçer.
D ) Evaporatör ; Genleşme valfinde basıncı düşen sıvı haldeki soğutucu akışkan, gaz haline geçebilmek için soğutulmak istenen ortamın ısısını çeker ve kompresör tarafından emilir.
Termodinamik Diyagramlar
Bir termodinamik diyagramda; bir maddenin sıcaklık, basınç, entalpi ve entropi ilişkileri gösterilmektedir.En sık kullanılan diyagramlar ise sıcaklık–entropi ve basınç– entalpi diyagramlarıdır
Bu, termodinamik sistemin ilişkilerini tanımlamak için, bazı standart proses yöntemleri vardır.Bunlar;
1- Sabit sıcaklıkta (isothermal) durum değişimi; kütlesi ve sıcaklığı sabit olan bir sistemin, durumunu belirleyen özelliklerden basınç ve hacimde, herhangi bir nedenle meydana gelen değişmeye denir.
2- Sabit basınçlı (isobaric) durum değişimi; kütlesi ve basıncı sabit olan bir sistemin, durumunu belirleyen özelliklerden, hacim ve sıcaklıkta herhangi bir nedenle meydana gelen değişmeye denir
3- Sabit entropili (adiabatic) durum değişimi; kütlesi ve entropisi sabit olan, bu nedenle çevresiyle ısı alışverişi yapamayan bir sistemin durumunu belirleyen özelliklerden basınç, hacim ve sıcaklıkta herhangi bir nedenle meydana gelen değişmeye denir.

Doyma hatları, tek faz ve iki-faz bölgelerinin arasındaki sınırları delienate etmektedir.Bu tek faz; sıvı ve ya gaz olabildiği gibi, her iki hali de bünyesinde bulundurabilir.Bazı sıcaklık dereceleri ve basınçlarda; artık sıvı ve gaz formlar birbirinden ayrılamamaktadır.Bu durum kritik nokta (critical point) olarak bilinmektedir.
Bir mekaniksel soğutma sisteminde; yapılan işin ve ısının hesaplanabilmesi için, kullanılan akışkan (fluid) ve soğutucunun (refrigant) termodinamik özelliklerinin belirlenmesi gerekmektedir.Bu durum, basınç-entalpi diyagramı ile gösterilebilmektedir.Basınç-entalpi diyagramı şekil 1’ de resmedilmektedir
Doymuş (saturated) sıvının özelliklerini “g” çizgisi tanımlarken,
Doymuş buharın özelliklerini “h” çizgisini tanımlamakta,
“ * ” simgesi de kritik noktayı göstermektedir.
g hattının sol tarafı sıvının single-phase bölgesidir, ve g sıvıdan buharın ilk oluştuğu noktayı göstermektedir.
h hattı ise sıvının son damlasının buhara dönüştüğü, bir bakıma sıvının tamamen buharlaştığı kısımdır.
g ve h hatlarının arasındaki bölge, sıvı ve gaz halinin birlikte bulunduğu kısmı iki-faz (two-phase) bölgesini göstermektedir.
h hattının üstünde (beyond) bulunan single-phase, gaz haldedir.

c hattı ise sabit sıcaklık yolunu tanımlamaktadır. Şuna dikkat edilmelidir ki bu hat iki- faz (two-phase) bölgesinde sabit basınçta yataydır.
Sabit basınçta saf bir sıvı sabit bir sıcaklıkta kaynamaktadır. Eğer sıvı üzerindeki basınç artarsa, kaynama noktası (boiling point) artar.
e hattı ise, sabit entropi yolunu tanımlamaktadır. Diyagramdaki hatlara ek olarak sabit kalite (constant liquid/vapor oranı) ve sabit yoğunluk hatları eklenebilir.
Bu tür diyagramlar her türlü yaygın kullanılan soğutucu akışkan için çizilmiştir. Buna benzer olarak sıcaklık-entropi ilişkilerini gösteren diyagramlarda çizilebilir.
Soğutma sisteminin anlaşılmasında kullanılan ana hatlar ise doymuş sıvı ve doymuş buharı gösteren hatlardır.
Basınç – Entalpi Diyagramı
Soğuk sistem hesaplamaları
Soğuk sistem hesaplamaları
Performans Katsayısı;
Belirli bir evaporatör sıcaklığında; soğutma etkisi RE = Ha – Hc budur. Diyagramdan da görüldüğü gibi; daha yüksek kondansör sıcaklığı demek, kompresörde daha büyük bir işin yapılması ( Hb – Ha ) demektir.
CP = RE / (-Ws) = (Ha – Hc)/(Hb – Ha)
Performans katsayısı; kondenser sıcaklığına, evaporatör sıcaklığına, soğutucu akışkanın özelliklerine bağlıdır.
Soğutma Kapasitesi;
Soğutma kapasitesi; sistemden uzaklaştırılan ısı miktarıdır.
qr = mr . RE = mr . (Ha – Hc)
mr; soğutucu akışkanın kütle akış oranı
Soğuk sistem hesaplamaları
Kompresör Gücü;
Teorik güç Pth = – Ws . mr = mr . (Hb – Ha)
Kompresör % 100 etkinlikte çalışmadığından ( etkinlik 0,75 ile 0,95 arası )
Gerçek güç Preal = Pth / etkinlik
Soğutma Yükü
Bunun hesaplanmasında;
– Gıdanın başlangıç sıcaklığından, son depolama sıcaklığına dek soğutulması için uzaklaştırılması gereken ısı miktarı;
– Soğuk deponun duvarlarından dışarı sızan ısı miktarı,
– Soğuk deponun kapısı açıldığında içeri giren sıcak havanın ısısı

Bir soğutma sisteminin sağlıklı çalışabilmesi için; soğutma kapasitesi, soğutma yüküne eşit ve ya ondan yüksek olmalıdır.

Soğuk Çevrim
R12
R22
Soğuk Sistemin Bileşenleri
Bir soğutma makinesi şu organlardan oluşur;

1- Buharlaştırıcı (evaporatör),
2- Yoğunlaştırıcı (kondensör),
3- Kompresör,
4- Güç kaynağı (elektrik ya da termik motor),
5- Genleşme valfi,
6- Soğutucu akışkan
7- Bağlantı boruları, kontrol valfleri, gaz deposu, gaz filtresi, kullanılacaksa 4 yollu valf ve diğer eklentiler
Kompresörler
Kompresörler; soğutma devrelerinde evaporatörde bulunan alçak basınçta buhar halindeki soğutucu akışkanı emerek, daha yüksek basınçta olan kondensatöre gönderen iş yutan makinalardır.
İdeal bir kompresörde bulunması gereken özellikler:
– İlk kalkışta dönme momentinin oldukça az olması,
– Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenli olması,
– Ömrünün uzun olması ve az çalışması,
– Titreşim ve gürültü seviyesi, kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyenin üzerine çıkmaması,
– Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimi, çalışma rejimine uyabilme
– Daha az güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi,
– Maliyetinin mümkün olduğunca az olması
– verimlerinin kısmi yüklerde de düşmemesi
Pistonlu kompresör
Bir silindir içerisine gidip, gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemi yapan bu tip kompresörlerde, tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-biyel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir.
Buhar halindeki soğutucu akışkanı çekmek için, silindir içindeki pistonun aşağıya doğru hareketiyle birlikte emiş vanaları açılır.
Buhar halindeki soğutucu akışkan pistonun yukarı doğru hareketiyle sıkıştırılır ve silindir içindeki basınç, yoğuşma basıncının üzerine çıktığında akışkan dışarı atılır.
Pistonlu kompresör
Avantajları;
-Her türlü motorla tahrik olabilirler.
-Devir sayısı; kayış, kasnak ve benzeri sistemlerle ayarlanabilir.
-Motor üzerinde kısa devre olarak soğutma devresinde kirlenme olmaz.
-Tahrik motoru arızalanınca hemen değiştirilerek, çalışma aksatılmaz.
-İmalat kalitesi çok iyidir.
Dezavantajları;
-Soğutma devresinde, motorun ısı kayıpları geri kazanılmaz.
-Sıvı darbelerine karşı diğer kompresörlere nazaran daha az mukavimdir.
-Soğutucu akışkan kaçakları meydana gelir.
Rotatif Kompresörler
Küçük soğutma sistemlerinde kullanılan bu kompresör; bir silindir içerisinde kaçık eksenli olarak dönen bir pistondan ibarettir.
Rotor, silindir içerisindeki dönerken piston çevresine yerleştiren paletler vasıtasıyla, bir taraftan emme ve diğer taraftan sıkıştırma işlemi yapıldığı görülmektedir.
Bu tip kompresörler; özellikle ev tipi buzdolaplarında kullanılır.Ekovatlı sistemlerde, sızdırmaz kap içindeki kompresör ve elektrik motoru grubu, kondensatör, kılcal boru ve evaporatör bir arada üretildiğinden, yağ değiştirme ve benzeri bakıma ihtiyaç göstermezler.
Rotatif Kompresörler
Avantajları;
-Yapısı, pistonlu kompresörlere oranla daha basittir.
-Dönel tipli olduklarından, ayrıca emme ve basma subapları kullanılmaz ve devir sayıları yüksek olur.
-Arada bir kavrama olmaksızın elektrik motoru ile tahrik edilebilirler.
-Akışkanın daima bir yönde hareket etmesi nedeni ile cidar kayıpları azdır, ölü hacmi düşüktür, bu sebeple dolma derecesi yüksektir.

Dezavantajları;
-Dönen pistonun ve ayırma paletlerinin sürtünmeleri nedeniyle toplam verimleri düşüktür, toplam verimleri pistonlu kompresörlerinkini pek geçmez.
-Bu tip kompresörlerin hareketli parçalarının hareketi esnasında açığa çıkan titreşim göz ardı edilebilecek düzeydedir.Bu sayede büyük kompresörler üretilebilir.
-Hareketli parçaların üretiminde büyük bir hassasiyet gerekmesine rağmen, son günlerde üretim kapasitesinde yaşanan önemli gelişmeler, üretilen kompresörlerin büyük çoğunluğunun bu tip olmasını sağlamıştır.
Helisel ( vidalı ) Kompresörler
Helisel kompresörler; dişleri birbirini saran birisi erkek, birisi dişi bir helisel vida çiftinden oluşmaktadır.Helisel kompresörün çalışması dişleri birbirini saran iki helisel vidadan birinin, diğerini hareket ettirerek sıkıştırması esasına dayanır.
Emme deliği açıkken, helisel rotorların dönmesi ile gaz emilir ve emilen gaz helisel rotorlar arasındaki gittikçe artan boşluğu, helisel rotorlar boyunca doldurduktan sonra emme deliği kapatılır.Helisel rotorlar dönmeye devam ederek, aradaki gazı sıkıştırır.Bunu takiben basınç deliği açılır ve sıkıştırılmış gaz soğutma sistemine akar.Soğutucu akışkanın helisel boşluklardaki hareketi, hem radyal hem de eksenel yönde olmaktadır.
Helisel ( vidalı ) Kompresörler
Avantajları:
-Verim yüksektir.
-Titreşim ve gürültü yoktur.
-Gaz akışı süreklidir.
-% 15 ile % 100 arasında güç ayarı yapılabilir.
-Supap ve öteleme hareketi yapan parçaları yoktur.
-Sıkıştırma verimi yüksektir.
-Parçalarda aşınma yoktur.
Dezavantajları:
-Fiyatları oldukça yüksektir.
-Diğer kompresör tiplerine nazaran daha fazla enerji sarf ederler.
-100 ile 1000 KW arasındaki güçleri kullanırlar.
-Motor kayıplarının geri kazanılması mümkün değildir.
Santrifüj Kompresörler
Diğer tip kompresörlerden farkı; pozitif sıkıştırma işlemi yerine, santrifüj kuvvetlerinden yararlanarak sıkıştırma işlemleri yapmasıdır.
Santrifüj kompresörlerle özgül hacmi yüksek olan akışkanların kolayca hareket ettirilmesi mümkün olduğundan sık sık büyük kapasiteli derin soğutma işlemlerinde uygulandığı görülür.
Bu kompresörlerde sıkıştırma, dönen çark çevresindeki kanatlar ile sağlanır.Pompalama verimi hız ile arttığından, yüksek devirlerde çalıştırılırlar.Genel olarak tahrik gücü, elektrik motorlarıyla sağlanır.
Santrifüj Kompresörler
Avantajları;
-Titreşim yoktur.
-Gaz akışı süreklidir.
-Soğutma devrelerinde gaz kaçışı olmaz.
-% 20 ile % 100 arsında güç ayarı yapılabilir.
-İmalat kaliteleri iyidir.
-Küçük olmaları nedeniyle, fiyatları daha ucuzdur.
-Karışık yapıda değildir. ( valfler, silindirler ve pistonlar yoktur. )
Dezavantajları;
-Sıkıştırma oranı düşüktür.
-Çok yüksek güçler için uygun değildir.
-Motor tarafından açığa çıkarılan ısının geri kazanılması mümkün değildir.
Kondenserler ve Evaporatörler
Bunlar basit anlamda, sabit sıcaklıkta işlem gören ısı değiştiricilerdir.
İyi bir şekilde çalışabilmeleri için; sistemle çevre arasındaki sıcaklık farkı en az 10 oC olması gerekmektedir.Yani, kondenserdeki soğutucu akışkanın sıcaklığı çevre sıcaklığından 10 oC yüksek olmalı, evaporatör içindeki soğutucu akışkanın sıcaklığı ise soğutulan alanın sıcaklığından 10 oC düşük olmalıdır.
Ev tipi soğutucu ve buzdolaplarında, basit bobin boru tipli sistemler kullanılmakta ve burada hava, doğal konveksiyonla ısı aktarım akışkanı olarak görev almaktadır.
Endüstri tipi sistemlerde, kondenserler hava ve ya su soğutmalı olabilirken, evaporatör olarak hava soğutmalı fanlar kullanılır.
Kondenserler
Soğutma sistemlerinin temel elemanlarından biri olan kondenserler, yüksek basınç ve sıcaklıktaki kızgın buhar haldeki soğutucu akışkanın ısısını dış ortama vermek suretiyle sıvı hale gelmesini sağlayan bir elemandır.Yani evaporatörde aldığı ısı ile buharlaşan ve kompresörde sıkıştırma işlemi sonucu sıcaklığı ve kızgınlığı artan soğutucu akışkan burada sıvı hale gelir.
Kondenserler, sistemin yüksek basınç tarafına monte edilirler.
Kondenserde, buhar içindeki ısıyı ilk olarak kondenser cidarlarına ve sonra tüplerden soğuk ortama transfer ederek uzaklaştırır.
Soğuk ortam; hava, su ve bu ikisinin bir kombinasyonu olarak karşımıza çıkabilir.
Isı alışverişi; üç kısımda olmaktadır.
– Kızgınlığın alınması
– Yoğuşma
– Aşırı soğutma
Hava soğutmalı kondenser
Özellikle 750 W’a kadar olan kapasitelerdeki soğutma gruplarında istisnasız denecek şekilde kullanılan bu tip kondenserlerin tercih nedenleri, basit oluşları, kuruluş ve işletme masraflarının düşüklüğü, tamir ve bakımlarının kolaylığı sayılabilir.
Hava soğutmalı kondenserler, genellikle kanatlı borulu olarak imal edilirler.Bu tip daha çok küçük soğutma yüklerinde kullanılır.Çünkü hava tarafındaki taşınım katsayısı çok küçük olduğundan, büyük soğutma yüklerinde çok büyük yüzeyler gerekir.Bu durum, dış kısma konan kanatçıklarla giderilmeye çalışılır.
Bakım ve kullanışları basit olmakla beraber hava sıcaklığının gün ve mevsim boyunca değişme sebebiyle otomatik kontrol güçleşir.
Su soğutmalı kondenserler
Soğutma ortamı olarak su kullanırlar.Bu tip kondenserler, ticari ve endüstriyel soğutma sistemlerinde daha fazla kullanılır.Çünkü daha küçük ve daha az yer kaplarlar.
Bir su soğutmalı kondenser, hava soğutmalı kondenserlere göre daha düşük yoğunlaşma sıcaklığına sahiptir.Çünkü temin edilen su sıcaklığı normalde çevre hava sıcaklığından daha düşüktür.Bu yüzden su soğutmalı kondenser için kompresör, aynı kapasite için daha düşük beygir gücüne gereksinim duyar.
Evaporatörler
Bu soğutma sisteminde soğutma serpantini olarak da adlandırılan evaporatörler, içerisindeki sıvı soğutucu akışkanın, buharlaşırken bulunduğu ortamdan ısıyı çekmesi esasına dayanan cihazlardır.
Soğutucu akışkanın beslenmesine, çalışma şartlarına, soğutulmak istenen sıvı ve ya hava sirkülasyon yöntemine, soğutucu akışkanın kontrol tipine ve uygulamaya göre pratikte çok değişik konstriksüyonlarda ve boyutlarda evaporatör tipleri mevcuttur.
Evaporatör bir maddeyi, soğutucu akışkanın buharlaşma gizli ısısını kullanarak soğutur.
Soğutma miktarı; buharlaştırıcı yüzey alanına, toplam ısı transfer katsayısına ve soğutucu akışkan ile soğutulan madde arasındaki sıcaklık farkına bağlıdır.
Genleşme Valfi
Genleşme valfi; soğutucu akışkanın evaporatöre akışını kontrol etmektedir.
Ev tipi buzdolabında olduğu üzere küçük sistemlerde, genleşme valfi yerine bir sabit uzunlukta kılcal boru kullanılmaktadır.Bununla beraber bu tür ucuz bir düzenek; endüstriyel sistemler için gerekli olan esnekliği sağlayamamaktadır.
Su basmalı sistemlerde valfin açılması soğutucu akışkan düzeyinin sabit kalmasını sağlayan şamandıra ile kontrol edilmektedir.Su basmasız sistemlerde ise; termostatik genleşme valfleri kullanılmaktadır.
Diğer soğutma yöntemleri
Absorbsiyonlu soğutma sistemi
Absorbisyonlu soğutma çevriminde iki farklı akışkan dolaşır.Bunlardan biri soğutucu akışkandır.Bu akışkan, evaporatörde buharlaşarak soğutma yükünün ortamdan çekilmesini sağlar.Diğer akışkan ise, yutucu (absorbent ve ya soğurucu) akışkandır.Bu akışkan çevrimin belli bir kısmında soğutucu akışkanı taşır.
Bu soğutma sistemini meydana getiren başlıca elemanlar;
– Kaynatıcı – Evaporatör
– Kondenser – Absorber
– Eriyik eşanjörü
Yutucu akışkan; sadece kaynatıcı, absorber ve eriyik eşanjörü arasında çalışır.
Absorbsiyonlu soğutma sistemi
Amonyak-su çifti ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sisteminde;
Absorberden çıkıp, ısı değiştiriciden geçerek ısınan amonyak bakımdan zengin eriyik kaynatıcıya gelir.Dışarıdan verilen ısıyla buharlaşarak kaynatıcıyı terkeden amonyak buharı, kondensere girer.Kaynatıcıda kalan amonyak bakımından fakir eriyik, ısı değiştiriciden geçip, zengin eriyiğe ısı verdikten sonra absorbere geri döner.Kondenserden doymuş sıvı ve ya sıkıştırılmış sıvı fazında çıkan amonyak, genleşme valfi yardımıyla evaporasyon basıncına genişletilir.Evaporatörde, buharlaşırken buharlaştırma için gerekli ısıyı ortamdan çeker.Evaporatörden kızgın buhar halde çıkan amonyak buharı absorbere girer.Absorberde, ısı değiştiriciden geçip, ısı verdikten sonra bir kısılma vanasında absorber basıncına kısılan fakir eriyik, buharlaştırıcıdan gelen amonyak buharını yutar..Absorber içinde tekrar amonyak bakımından zengin hale gelen eriyik, bir pompa vasıtasıyla tekrar kaynatıcıya gönderilir.Isı kayıplarını azaltmak için, absorberden kaynatıcıya gönderilen zengin eriyik ile kaynatıcıdan dönen fakir eriyik ısı değiştiriciden geçirilir.
ABS – BSMS
BSMS sistemindeki kompresörün yerini ABS sisteminde kaynatıcı ve absorberden olan termik kompresör almıştır.Buharı sıkıştırmak için fazla miktarda mekanik enerji gerektirirken, ABS sisteminde sıvı pompalamak için çok az miktarda mekanik enerji gerektirir.
BSMS sistemi, ABS sistemine göre hayli yüksek oranda mekanik enerji gerektirir.
BSMS sisteminde tek bir soğutucu akışkan varken, ABS sisteminde bir soğutucu akışkan bir de yutucu akışkan (absorbent) vardır.
ABS sisteminde pompa dışında hareketli sistem yoktur, BSMS sistemine göre bakım ve onarım masrafı hayli azdır.
ABS sisteminde absorbentin cinsine göre kristalleşme tehlikesi varken, BSMS sisteminde böyle bir tehlike söz konusu değildir.
Soğutma elde etmek için, BSMS sisteminde mekanik ve elektrik enerjisinden yararlanılırken, ABS sisteminde ısı enerjisi kullanılmaktadır.Bu avantajla endüstriyel atık ısı enerjisi değerlendirilmesi ve güneş enerjisinden yararlanılabilinir.ABS, dış hava sıcaklığının yüksek olduğu yörelerde ve büyük tesislerde kullanılması çok uygundur.
ABS’de Kullanılan
Akışkan Çiftleri
Soğutucu Akışkan seçimi
1- Buharlaşma gizli ısısı.Soğutucu akışkanın yüksek gizli ısıya sahip olması tercih sebebidir.Kullanılan soğutucuların büyük çoğunluğu, kompresöre sıvı halden buhar hale dönüşerek geldiğinden, bu hal değiştirme sırasında her birim ağırlığı başına belli miktarda ısı enerjisi alır ki, bu alınan buharlaşma ısısıdır.Soğutucunun daha yüksek latent ısı kapasitesi, daha az sıkıştırma gerektirir.akışkanın özgül ısı, sıvı ve gaz haldeki yoğunlukları, gibi faktörler küçük üniteler için daha az dikkate alınabilir.
2- Yoğunlaşma sıcaklığında kondansörde denenecek olan basınç. Aşırı yüksek basınçlardan kaçınılmalıdır.
3- Soğutucu akışkanın donma sıcaklığı, evaparatör sıcaklığın altında olmalıdır.
4- Soğutucu akışkanın kritik sıcaklığı, yüksek basınç tarafında denenen sıcaklıklar için etkili çalışan diyagramlar verebilmesi için yeterince yüksek olmalıdır.
Soğutucu akışkan seçimi
5- Alev alma ve patlama tehlikesi, çok iyi termodinamik soğutma özelliklerini gösteren bir çok akışkanın kullanılması olanağını ortadan kaldırmaktadır. Amonyak, metil ve etil klorürler yanar, sadece uygun olmayan koşullarda patlarlar.SO2, CO2, azot, azot oksit ve fluorokarbon soğutucular yanmaz ve patlamazlar.Soğutucu akışkanların hidrokarbon grupları yüksek oranda alevlenebilir ve patlar.
6- Kullanılan sıcaklıklarda stabil olmalıdır.
7- Sistemdeki kaçakları (leak) kolaylıkla saptanabilmelidir.Soğutucu akışkan kaçaklarının tespitinde kimyasal bir reaksiyondan yararlanılır.Fluorokarbon kaçakları, özel lambalarla saptanır.Kaçak yerde alev önce açık yeşil, sonra maviye döner.Metil klorür kaçakları, soğutucuya % 1 akrolein katmakla ortaya çıkan koku ile saptanır.Amonyak kaçakları keskin kokusu ile kolaylıkla saptanır ve kesin yeri yanmakta olan kükürt mumu ve kaçak yerinde amonyum sülfit dumanın görülmesi ile bulunur.SO2 kaçakları, sulu amonyakta (% 25) sünger ve ya kumaşların ıslatılmaları ile kolaylıkla saptanabilir.
Soğutucu akışkan seçimi
8- Malzeme, ara parçalara ve gıdaya kimyasal ve duyusal etkide bulunmamalıdır.Soğutucuların kokuları kaçakların kolaylıkla saptanmasına yardım eder.Buna karşın aynı koku, depoda tüm sıcaklıklarda gıda maddesine sinebilir.
9- Kompresör karter yağına etki etmemelidir.
10- Atmosfer basıncında kaynama noktası yüksek olmalıdır.
11- Ucuz olmalıdır.
12- Geniş miktarda soğutucu akışkanların kullanıldığı endüstriyel uygulamalar için, düşük-maliyetli soğutucu akışkanlar tercih edilir.

…