Kompresörün Tanımlanması

[Birkan]

1. Kompresörün tanımlanması – Silindir sayısı, çap, strok vs.
2. Aşırı soğutma devreleri veya verinin sıfır derece aşırı soğutmaya göre
düzeltildiğini belirten bir ifade
3. Kompresör devir sayısı
4. Soğutucu tipi
5. Emme gazı kızdırma ısısı
6. Kompresör ortamı
7. Dış soğutma şartları ( gerekirse )
8. Şekil 4.1. Hermetik Pistonlu bir kompresöre ait tipik kapasite ve
güç eğirleri

Maksimum güç veya maksimum çalışma koşulları ve yüksüz çalışma altındaki minimum
çalışma koşulları
Şekil 4.1’de, hermetik pistonlu bir kompresöre ait tipik bir kapasite ve güç
girişi eğrisi görülüyor. Önce belirtilen gerçeklere dikkat ediniz: Soğutucu (
Refrijeranın 22 ) 6°C aşırı soğutulmuş sıvı, 11, 1°C kızgın buhar ve 1750 d /
dk’ lık kompresör devir hızı. Kapasite sol düşey eksende ve kW cinsinden
gösteriliyor. Kilowatt cinsinden güç girişi de sağ düşey eksende gösteriliyor.
Alt yatay eksende ise bir buharlaşma sıcaklığı aralığı bulunuyor. Yoğuşma
sıcaklıkları diagonal eğriler üzerindedir. ( Not: Bu, soğutucunun yoğuşma
sıcaklığıdır, hava veya su soğutmalı kondenser terminolojisi ile
karıştırılmamalıdır. Kompresör, ne çeşit bir kondenser kullanıldığını bilmez,
yalnızca ne değerde yoğuşma sıcaklığı ve basınçları üretmesi gerektiğini bilir.
) soğutma kapasitesini belirlemek üzere, evoporatör sıcaklığının – 3, 9 °C ve
yoğuşma sıcaklığının 46, 1 °C olduğunu farz edelim. Yatay eksende – 3,9°C’ ı
bulup yukarı 46, 1 °C eğrisine A noktasına çıkın, sonra sola gidin; son okunacak
değer 30, 76 kW’ dir. Güç girişini belirlemek için, - 3, 9°C’ den yukarı 46, 1
°C ve B noktasının kesişme noktasına çıkın, sonra sağa yatay olarak gidin.
Okunacak güç girişi değeri yaklaşık 11, 5 kW’ tır.
Sabit bir yoğuşma sıcaklığında, tabii ki, sabit bir deplasman makinesinin
pompaladığı gazın düşük yoğunluklu olmasının neden olduğu evoporatör
sıcaklıklarındaki düşmeyle, kapasitenin nasıl hızla azaldığını gözleyiniz. Buna
rağmen, düşük basınçlı buharları uygun yoğuşma basınçlarına yükseltmek için
gereken yüksek çalışma seviyelerini gösteren güç girişi eğrilerinin o kadar
hızlı düşmediğine dikkat ediniz. Bu yüzden, ticari soğutma ve klima
sistemlerinin göreceli koşulları oldukça farklıdır.
Açıkça anlaşılacağı gibi, bu tip bir kompresörü çok çeşitli şartlarda kullanmak
pratik değildir. Soğutma sistemindekine benzer bir eleman denge grafiğinden
yararlanılabilir. Serpantin imalatçısından alınan evoporatör kapasite eğrileri,
değişken buharlaşma sıcaklıklarına sahip, giren hava sıcaklıklarına
dayandırılmıştır. Çeşitli çevre sıcaklıklarında kondanser-kompresör denge
noktalarına ait denge koşulları için benzer kalın eğriler çizilebilir. 4,4 °C’
lik giriş havası için evoporatör yükünün 16,11 kW olduğunu farzedelim; bu, -
3,5°C’ lik bir buharlaşma sıcaklığı veya 8 °C sıcaklık farkı olmasını gerektirir
( A noktası ). Yine farzedin ki kompresör / kondanser 37,8 °C’lik dış hava
sıcaklığında çalışıyor; - 3,3° C’lik aynı buharlaşma sıcaklığında kapasitesi
yaklaşık 17,28 kW olacaktır(B Noktası), yani 1,17 kW’lık bir fark bulunuyor.
Eğer dış hava sıcaklığı 37,8 °C’de sabit kalırsa ve evaporatör yükü de sabit
kalırsa, sonuç buharlaşma sıcaklığında bir düşüş ve dolayısıyla evaporatör
SF’ında ve kapasitesinde bir artış olacaktır. Bu arada, kompresör kapasitesi de,
sistem 16,7 kW ve –4,4 °C evaporatör sıcaklığında kararlı koşullara erişene dek
düşer (C Noktası).

4.3. EVAPORATÖR (Buharlaştırıcı-soğutucu)
Bir soğutma sisteminde evaporatör sıvı refrijeranın buharlaştığı ve bu sırada
bulunduğu ortamdan ısıyı aldığı cihazdır. Diğer bir ifadeyle, evaporatör bir
soğutucudur. Kondenserden direkt olarak veya refrijeran deposundan geçerek ve
direkt ekspansiyonlu sistemde (kuru tip) ekspansiyon valfi, kılcal boru veya
benzer bir basınç düşürücü elemanda adyabatik olarak genişletildikten sonra
Evaporatöre sıvı-buhar karışımı şeklinde giren refrijeranın büyük bir kısmı sıvı
haldedir. Evaporatörde ısı olarak buharlaşan refrijerana, emiş tarafına geçmeden
önce bir miktar daha ısı verilmesi ve 3-8°C arasında kızgınlık verilerek kızgın
buhar durumuna gelmesinin bir çok faydaları vardır. Bunların en başında,
kompresöre büyük zarar verebilen sıvı refrijeranın kompresöre gelmesi
gösterilebilir. Sıvı taşmalı tip evaporatörlerde ise refrijeran evaporatörde
sıvı halde bulunur ve ısıyı alarak buharlaşan kısmı bir sıvı - buhar
ayırıştırıcısından (surge tank) geçtikten ve sıvı kısmı ayıldıktan sonra buhar
halinde kompresöre ulaşır. Sıvı refrijeranın evaporatöre beslenmesi seviye
kumandalı (flatörlü, manyetik. vs.) bir vana ile yapılır. Sıvı ayıştırıcı tankta
biriken sıvı refrijeran tekrar evaporatöre gönderilir ve soğutma işleminde
yararlanır. Direkt veya sıvı taşmalı tertiplerde çalışan evaporatörlerin
hepsinde de refrijeran basıncı, kondenser tarafındaki basıncı, kondenser
tarafındaki basınca oranla çok daha düşüktür. Bu nedenle, evaporatör tarafına
sistemin alçak basınç tarafı adı verilir.
Evaporatörün yapısı; refrijeranın iyi ve çabuk buharlaşmasını sağlayacak,
soğutulan maddenin (Hava, su, salamura, v.s.) ısısının iyi bir ısı geçiş
sağlayarak, yüksek bir verimle alacak ve refrijeranın giriş ve çıkıştaki basınç
farkını (kayıpları) asgari seviyede tutacak tarzda dizayn edilmelidir. Ancak,
bunlardan sonuncusu ilk ikisiyle genellikle ters düşmektedir. Şöyle ki; iyi bir
ısı geçişi ve ii iyi bir buharlaşma için gerekli şartlar iç ve dış yüzeylerin
daha girintili ve daha kolay ıslanır (kılcallığı fazla) olmasını gerektiren bu
durum basınç kayıplarını arttırmaktadır. Bu nedene, evaporatör dizaynı geniş
tecrübe ve dikkat isteyen, ayrıca deneylere sık sık başvurulan bir çalışma
şeklini gerektirir. Bu çalışmaların yönlendirilmesinde en başta gelen etken
soğutulacak maddenin cinsi ve konumudur (sıvı, katı, gaz). Ayrıca, refrijeran
ısı alışverişi yaparken içinde bulunduğu ve haraket ettiği hacmin durumu de
evaportör dizaynında önemli değişikler meydana getirir. Burada, refrijeranın bir
boru serpantinin içerisinde hareket etmesi ve soğutulacak maddenin boruların
dışından geçmesi veya bunun tersi söz konusu olmaktadır ki bunlardan ilki
genellikle kuru tip-direkt ekspansiyonlu evaporatörlerde, ikincisi ise sıvı
taşımalı tip evaporatörlerde uygulanmaktadır. Refrijeranın boru içinden geçmesi
halinde, akış hızının arttırılmasının içteki film katsayısını ve dolayısıyla ısı
geçişini arttırıcı yönde bir etkisi beklenir, fakat bu durum refrijeranın basınç
kayıplarını arttıracağı için akış debisini azaltacak ve kapasiteyi düşürecektir.
Burada, her iki etkenin durumu beraberce göz önünde bulundurup ısıl geçiş ve
kapasitenin optimum olduğu değerler saptanmalıdır.
Evaporatör tipleri, uygulamanın özelliklerine göre 3 ana grupta toplanabilir;
(A) Gaz haldeki maddeleri soğutmak için kullanılan evaporatörler (genellikle
hava), (B) Sıvı haldeki maddeleri soğutucu evaporatörler (Su, salamura,
antifriz, metilen glikol, kimyasal akışkanlar, vs.) (C) Katı maddeleri soğutucu
evaporatörler (Buz, Buz paten sahası, metaller, vs.)
4.3.A) Hava soğutucu evaporatörler
Bu tip evaporatörlerde, havanın ısı geçirme katsayısı düşük olduğundan bunu
telafi etmek ve hava geçiş yüzeylerini arttırmak maksadıyla genellikle
kanatçıklar ilave edilir. Isıl film katsayısını daha da arttırmak üzere hava
geçiş hızlarını arttırmak için vantilatörlerle cebri bir hava hareketi
sağlanabilir. Ancak, kanat ilavesi, gerekse motorla tahrikli vantilatör
konulması her uygulamada pratikman mümkün olmayabilir. Örneğin, ev tipi
soğutucularda ve küçük kapasiteli ticari tip dolaplarda (kasap dolabı, vitrin
tipi dolaplar gibi), hatta bazen küçük soğuk muhafaza odalarında gravite tipi
veya tabii konveksiyonla hava sirkülasyonu diye anılan evaporatörler
kullanılmaktadır.
Gravite tipi, kanallı boru evaporatörlerde ısı geçirme katsayıları, 2-10
kcal/h.°Cm2 arasında değişmekte (Bakır boru – Alüminyum kanat imalat için) ve
kanat sıklığı arttıkça veya düşey yöndeki boru sıra sayısı arttıkça ısı geçirme
katsayısı düşük değere yaklaşmaktadır.
Cebir hava sirkülasyonu (Forced Convestion) evaporatörler daha az ısı geçiş
alanı ile daha yüksek kapasiteler sağlayabilmektedir ve uygulamanın duruumu
müsaade ettiğinde daima tercih edilir. Memleketimizde Erfos (Airforce) adıyla
anılan bu tür soğutcular Ünit soğutucu diye de tanımlanmakta ve hava hareketi
çoğunlukla aksiyal/pervane tipi bazen de radyal/santrifuj tip (kanalla hava
iletimi ve aşırı basınç kaybı mevcutsa) vantilatörlerle sağlanmaktadır. Bu
cihazlar soğutucu soğutucu serpantin (Evaporatör) hava vantilatörü ve damlama
tavası ile saç dış muhafazadan meydana gelmektedir. Hava vantilatörü, üfleyici
ve emici şekilde çalışacak tarzda yerleştirilebilir.
Ünit soğutucu adı, vantilatörü ile birlikte olan komple bir soğutucuyu tanımlar.
Halbuki cebri hava sirkülasyonu daha genel kapsamlı bir tanımlamadır. Nitekim,
vantilatörü bulunmayan, örneğin bir klima santralı tarafından integral şekilde
sağlanan bir soğutma serpantini (evaporatörü) gene cebri hava sirkülasyonu
olarak hesaplanır, dizayn edilir.
Cebri hava hareketi evaporatörleri 3 ana grupta toplamak mümkündür; (1) Alçak
hızlı soğutucular (Hava hızı 1-1,5 m/san), (2) Orta hızlı soğutucular (2,5-4
m/sn), (3) Yüksek hızlı soğutucular (4-10 m/san). Fazla hava hareketi sakıncalı
olan uygulamalarda (çiçek muhafazası, et kesim odası gibi hava hareketinin 1
m/san. altında olması gereken haller) alçak hızlı soğutucular kullanılmalıdır.
Orta hızlı soğutucular genel soğutma uygulamalarında ve en sık kullanılan
cihazlardır. Yüksek hızlı soğutucular ise hızlı soğutma istenen hallerde,
örneğin şok tünellerinde ve özel hızlı soğutma işlemlerinde uygun bir soğutma
şekli sağlar.