Düşük sıcaklık-yüksek basınç şartları altında çalışan soğutma çevrimlerinde optimum çalışma şartlarını sağlayan sistemin belirlenmesi

Buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimlerinde normal çalışma şartları içinde -20oC'ye kadar olan buharlaştırıcı sıcaklıkları için genellikle tek kademeli çevrim kullanılmaktadır. Çok düşük buharlaşma sıcaklıklarında ve yoğuşma sıcaklığı yüksek olan çalışma şartlarında soğutma kapasitesi ve performans katsayısının hızla düştüğü görülmektedir. Özellikle –30oC ile -60oC arasındaki sıcaklıklarda çalışma zorunluluğu doğduğunda, tek kademeli soğutma sistemleri yetersiz kaldığı görülür. Bu nedenle söz konusu sıcaklık aralıklarında, kademeli soğutma sistemleri kullanılması zorunlu olmaktadır. Bilindiği gibi kompresör çıkış sıcaklıklarının 100oC'nin üzerinde olması istenmeyen bir durumdur. Kompresör çıkış sıcaklığının çok yüksek olması halinde; yağlama yağının yanmasını ve kompresör mekanik aksamlarında termik gerilmelerin artmasına ve ince şerit türü elemanların kısa sürede kullanılmaz hale gelmesine; ayrıca akışkan özelliklerinin bozulmasına neden olur. Bu nedenle kademeli soğutma sistemlerinin kullanılması ile sistemin çalışma dengesi, basınç oranları, volümetrik verim, kompresör çıkış sıcaklıkları istenen çalışma şartlarına uygun hale gelir. Bu çalışmada, basınç oranı, kompresör çıkış sıcaklığı, volümetrik verim, soğutma etkinlik katsayısı, ikinci kanun verimi ve çevreye olan etkileri bakımından mevcut akışkanlara alternatif olabilecek, bazı soğutucu akışkanlar ele alınmıştır. Esas alınan tasarım şartları ve soğutucu akışkanlar dahilinde, sisteme termodinamiğin birinci ve ikinci kanunu uygulanmıştır. Sistem performansı, ikinci kanun verimi, kompresör çıkış sıcaklıkları, volümetrik verimi, ikinci kanun verimi ve güç tüketimi belirlenmiştir. Tek kademeli ve kademeli sistemler arasında gerekli mukayese yapılarak, kademeli sistemin gerekliliği ortaya konulmuştur. Ayrıca kademeli sistem için ele alınan akışkanlar , performansları bakımından mukayese edilerek, uygun alternatif akışkan belirlenmeye çalışılmıştır. Anahtar Kelimeler: Birinci kanun analizi, İkinci kanun analizi, İkinci kanun verimi, Tersinmezlik, Kademeli soğutma