T.C.

SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

GÜNEŞ ENERJİLİ ABSOBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMLERİNİN FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇİFTLERİ İÇİN TERMODİNAMİK

ANALİZİ

Hasan YILMAZ

Danışman Doç. Dr. Önder KIZILKAN

YÜKSEK LİSANS TEZİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

ISPARTA - 2018

© 2018 [Hasan YILMAZ]

i

İÇİNDEKİLER

Sayfa İÇİNDEKİLER ......................................................................................................................... i ÖZET ......................................................................................................................................... ii ABSTRACT .............................................................................................................................. iii TEŞEKKÜR .............................................................................................................................. iv ŞEKİLLER DİZİNİ ................................................................................................................. v, vi ÇİZELGELER DİZİNİ ............................................................................................................ vii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ .......................................................................... viii 1. GİRİŞ..................................................................................................................................... 1 2. KAYNAK ÖZETLERİ ........................................................................................................ 5 3. ABSORBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİ .................................................................... 12

3.1. Tek Etkili Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi .................................................. 15 3.2. Çift Etkili Absorpsiyonlu Soğutma Sistemi .................................................. 16 3.3. GAX’lı Absorpsiyonlu Soğutma Döngüsü ...................................................... 18 3.4. Absorber Isı Korunumlu Absorpsiyonlu Soğutma Döngüsü ................. 20 3.5. Yarım Kademeli Absorpsiyonlu Soğutma Döngüsü.................................. 21 3.6. Kombine Buhar Absorpsiyon Sıkıştırma Döngüsü ................................... 22 3.7. Absorbsiyonlu Sistemlerde Kullanılan Akışkan Çiftleri .......................... 23 3.7.1 Su-Lityum Bromür (LiBr-H2O) ................................................................... 24 3.7.2. Amonyak-Su (NH3-H2O) .............................................................................. 26 3.7.3. Monometilamin-Su (CH3NH2-H2O) ......................................................... 27 3.7.4. Aseton – Çinko Bromit (Ac-ZiBr2) ........................................................... 29 3.7.5. Su- Lityum Bromür Metanol (CH3OH LiBr-H2O) ................................ 30 3.7.6. Su - Lityum Bromür Çinko Bromid Metanol (CH3OH LiBr ZnBr2-H2O) ............................................................................. 30 3.7.7. Monoetilamin – Sodyum Tiyosiyanat (CH3NH2-NaSCN) ................ 31 3.7.8. İyonik Sıvı 1-Etil-3-Metilimidazolyum Dimetil Fosfat (EMIM DMP H2O) ..................................................................................................................... 32 3.7.9. Sodyum hidroksit – Su (NaOH-H2O) ....................................................... 32

4. GÜNEŞ ENERJİSİ .............................................................................................................. 33 4.1. Türkiye’de Güneş Enerjisi .................................................................................. 34

5. TERMODİNAMİK ANALİZ ............................................................................................ 39 5.1. Parabolik Oluk Tipi Güneş Kollektörü Hesaplamaları ............................ 40 5.2. Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi Termodinamik Analizi ........................ 43 5.3. Akışkan Çiftlerinin Termodinamik Özellikleri ........................................... 46

6. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA ............................................................... 58 7. SONUÇ VE ÖNERİLER .................................................................................................... 71 KAYNAKLAR .......................................................................................................................... 73 ÖZGEÇMİŞ ............................................................................................................................... 79

ii

ÖZET

Yüksek Lisans Tezi

GÜNEŞ ENERJİLİ ABSOBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMLERİNİN FARKLI SOĞUTUCU AKIŞKAN ÇİFTLERİ İÇİN TERMODİNAMİK ANALİZİ

Hasan YILMAZ

Süleyman Demirel Üniversitesi

Fen Bilimleri Enstitüsü Enerji Sistemleri Mühendisliği Anabilim Dalı

Danışman: Doç. Dr. Önder KIZILKAN

Bu çalışmada yenilenebilir enerji kaynaklarından birisi olan güneş enerjisi ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sisteminin farklı akışkanlar için termodinamik analizleri yapılmıştır. Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin çalışması için gerekli ısı ihtiyacı parabolik oluk tipi güneş kollektörlerinden elde edilmiştir. Absorbsiyonlu soğutma siteminin analizi için 8 farklı akışkan çifti kullanılmıştır. Bunlar Lityum bromür-Çinko Bromür (2LiBr-ZnBr2), Aseton-Çinko Bromit (Ac-ZiBr2), Amonyak Su (NH3-H2O), Lityum Bromür-Su (LiBr-H2O), Monometilamin-Su (CH3NH2-H2O), Amonyak-Lityum Nitrat (NH3-LiNO3), Amonyak-Sodyum Tiosiyanat (NH3-NaSCN), Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat (H2O-LiBr LiNO3) akışkan çiftleridir. Analizlerde öncelikli olarak parabolik oluk tipi güneş kollektörünün modellemesi yapılmıştır. Daha sonra akışkan çiftlerinin termodinamik özellik bağıntıları elde edilmiştir. Termodinamik analiz kısmında ise belirli bir soğutma kapasitesi için absorbsiyonlu soğutma sisteminde, farklı akışkan çiftleri karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir. Analizlerde, sistemin COP değeri, dolaşım oranı ve kütle oranı incelenmiştir. Bunun dışında, sistem parametrelerinin değişimiyle soğutma sisteminin performans katsayısının değişimi parametrik olarak incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Absorbsiyonlu Soğutma, Akışkan Çifti, Termodinamik Analiz, COP, Güneş enerjisi. 2018, 79 sayfa

iii

ABSTRACT

M.Sc. Thesis

THERMODYNAMIC ANALYSIS OF SOLAR ASSISTED ABSORBTION REFRIGERATION SYSTEMS FOR DIFFERENT REFRIGERANT COUPLES

Hasan YILMAZ

Süleyman Demirel University

Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Energy Systems Engineering

Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Önder KIZILKAN

In this study, an absorption refrigeration system which was driven by a renewable energy source, solar energy, was analyzed for different refrigerant couples. The necessary heat energy different refrigerant couples were considered for the analyses of absorption refrigeration system. These are lithium bromide – zinc bromide (2LiBr-ZnBr2), acetone-zinc-bromide (Ac-ZiBr2), ammonia-water (NH3-H2O), lithium bromide –water (LiBr-H2O), monomethylamine –water (CH3NH2-H2O), ammonia-lithium-nitrate (NH3-LiNO3), ammonia –sodium thiocyanate (NH3-NaSCN), water-lithium bromide lithium nitrate (H2O-LiBr LiNO3) refrigerant couples. In the analyses, first, the modeling of parabolic trough solar collector was carried out. After, the thermodynamic property relations of the refrigerant couples were derived. In thermodynamic analyses section, a comparative analysis of absorption refrigeration system was conducted for different refrigerant couples. In the analyses, the COP value of the system, mass circulating ratio and mass ratio values were investigated. Additionally, parametrical analyses were carried out for different system parameters. Keywords: Absorption Refrigeration, Refrigerant Couple, Thermodynamic Analysis, COP, Solar Energy. 2018, 79 pages

iv

TEŞEKKÜR

Bu araştırma için beni yönlendiren, karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesi ile aşmamda yardımcı olan değerli Danışman Hocam Doç. Dr. Önder KIZILKAN’a teşekkürlerimi sunarım. Literatür araştırmalarımda yardımcı olan değerli hocam Prof. Dr. Ahmet KABUL’e teşekkür ederim. Tezimin her aşamasında beni yalnız bırakmayan benden manevi desteğini esirgemeyen eşime ve beni bugünlere getiren aileme sonsuz sevgi ve saygılarımı sunarım. Son olarak bu hafta hayatımıza katılan üçüncümüz kızım Ada’ya sonsuz sevgimle tezimi ithaf ediyorum.

Hasan YILMAZ ISPARTA, 2018

v

ŞEKİLLER DİZİNİ Sayfa Şekil 3.1. Absorbsiyonlu soğutma çevrimi ................................................................. 13 Şekil 3.2. Tek etkili absorbsiyonlu soğutma çevrimi ............................................. 16 Şekil 3.3. Çift etkili absorbsiyonlu soğutma sistemi ............................................... 18 Şekil 3.4. GAX tipi çevrim şeması ................................................................................... 20 Şekil 3.5. Absorber ısı kazanımlı döngü ...................................................................... 21 Şekil 3.6. Yarım kademeli absorbsiyon döngüsü ..................................................... 22 Şekil 3.7. Buhar absorbsiyon sıkıştırma döngüsü ................................................... 23 Şekil 3.8. LiBr-H2O eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı ...... 25 Sekil 3.9. LiBr konsantrasyonuna baglı entalpi değerleri .................................... 25 Şekil 3.10. NH3-H2O eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı .... 27 Şekil 3.11. Monometilamin – Su eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı .......................................................................................................... 28 Şekil 3.12. Monometilamin – Su konsantrasyonuna baglı entalpi değerleri 28 Şekil 3.13. Aseton Çinko Bromid eriyiğinin sıcaklık-basınç

konsantrasyon diyagramı .......................................................................... 29 Şekil 3.14. Aseton Çinko Bromid eriyiğinin konsantrasyonuna bağlı entalpi değerleri ............................................................................................................ 29 Şekil 3.15. LiBr-ZnBr2-CH3OH eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı .......................................................................................................... 30 Şekil 3.16. LiBr-ZnBr2-CH3OH konsantrasyonuna baglı entalpi değerleri .... 31 Şekil 3.17. Monoetilamin Sodyum Tiyosiyanat eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı ........................................................................... 32 Şekil 4.1. Dünya genelinde güneş ışınımını en fazla alan bölgeler ................... 34 Şekil 4.2. Ülkemizin toplam güneş radyasyonu ....................................................... 35 Şekil 4.3. Türkiye global radyasyon değerleri (KWh/m2-gün) .......................... 36 Şekil 4.4. Türkiye güneşlenme süreleri (Saat) .......................................................... 36 Şekil 4.5. Isparta ili toplam güneş radyasyonu ........................................................ 37 Şekil 4.6. Isparta global radyasyon değerleri (KWh/m2-gün) ............................ 37 Şekil 4.7. Isparta güneşlenme süreleri ........................................................................ 38 Şekil 5.1. Parabolik oluk tipi güneş kollektörünün şematik gösterimi ........... 40 Şekil 6.1. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile COPS’in değişimi ........................................... 59 Şekil 6.2. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile COPi’in değişimi ........................................... 59 Şekil 6.3. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile dolaşım oranı ff’in değişimi ..................... 60 Şekil 6.4. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile konsantrasyon oranının değişimi ......... 61 Şekil 6.5. Absorber sıcaklığı (TA) ile COPS’in değişimi ........................................... 62 Şekil 6.6. Absorber sıcaklığı (TA) ile COPi’in değişimi ........................................... 62 Şekil 6.7. Absorber sıcaklığı (TA) ile dolaşım oranı ff’in değişimi ..................... 63 Şekil 6.8. Absorber sıcaklığı (TA) ile konsantrasyon oranının değişimi ......... 63 Şekil 6.9. Kondanser sıcaklığı (TK) ile COPS’in değişimi ........................................ 64 Şekil 6.10. Kondanser sıcaklığı (TK) ile COPi’in değişimi ...................................... 64 Şekil 6.11. Kondanser sıcaklığı (TK) ile dolaşım oranı ff’in değişimi ................ 65 Şekil 6.12. Kondanser sıcaklığı (TK) ile konsantrasyon oranının değişimi ... 65 Şekil 6.13. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile COPS’in değişimi .................................... 66 Şekil 6.14. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile COPi’in değişimi ..................................... 67 Şekil 6.15. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile dolaşım oranı ff’in değişimi ............... 67 Şekil 6.16. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile konsantrasyon oranının değişimi ... 68

vi

Şekil 6.17. Soğutma kapasitesi QE ile kollektör boru uzunluğu L’nin değişimi ............................................................................................................. 69 Şekil 6.18. Soğutma kapasitesi QE ile kollektör alanı A’nın değişimi .............. 69 Şekil 6.19. Soğutma kapasitesi QE ile güneş radyasyonu S’nin değişimi ....... 70

vii

ÇİZELGELER DİZİNİ

Sayfa Çizelge 5.1. Amonyak su entalpi formül katsayıları ............................................... 48 Çizelge 5.2. Monometilamin su basınç formül katsayıları ................................... 50 Çizelge 5.3 Monometilamin su entalpi formül katsayıları ................................... 51 Çizelge 5.4. Aseton çinko bromit basınç formül katsayıları ................................ 51 Çizelge 5.5. Aseton çinko bromit entalpi formül katsayıları ............................... 51 Çizelge 5.6. Lityum bromür – Çinko bromid basınç formülü katsayıları ....... 53 Çizelge 5.7. Lityum bromür – Çinko bromid doymuş sıvı entalpisi formülü

katsayıları ........................................................................................................ 53 Çizelge 5.8. Lityum bromür – Çinko bromid doymuş buhar entalpisi formülü

katsayıları ....................................................................................................... 53 Çizelge 5.9. Lityum bromür – Çinko bromid kızgın buhar entalpisi formülü katsayıları ..................................................................................... 54 Çizelge 5.10. Lityum bromür – Çinko bromid basınç formülü katsayıları ..... 54 Çizelge 5.11. Lityum bromür – Çinko bromid entalpi formülü katsayıları ... 54 Çizelge 5.12. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat suyun basıncı formülü katsayıları .................................................................................................... 56 Çizelge 5.13. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat doymuş sıvı entalpisi formülü katsayıları .................................................................................. 56 Çizelge 5.14. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat doymuş buhar entalpisi formülü katsayıları ..................................................................................................... 56 Çizelge 5.15. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat kızgın buhar entalpisi formülü katsayıları ................................................................................... 57 Çizelge 5.16. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat basınç formülü katsayıları . 57 Çizelge 5.17. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat basınç formülü katsayıları . 57

viii

SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ A absorber Aa kollektör gölgelenmemiş apertür alanı (m2) Ac cam kılıf alanı (m2) Ar toplayıcı alanı (m2) C Kondanser COP Etkinlik katsayısı E Evaporatör FR ısı taşıma faktörü F’ kollektör verim faktörü FR dolaşım oranı G Jeneratör h entalpi (kJ/kg) hc taşınım (rüzgar) ısı transfer katsayısı (W/m2K) hr ışınım ısı transfer katsayısı (W/m2K) HEX ısı değiştiricisi ka havanın ısıl iletkenliği (W/mK) m Debi (kg/s) Nu Nusselt sayısı P Basınç (kPa) Q ısı transferi (W) S soğurulan güneş radyasyonu (W/m2) T sıcaklık (°C yada K) UL kollektör toplam ısı kayıp katsayısı (W/m2K) Uo toplam ısı transfer katsayısı (W/m2K) W iş (W) X konsantrasyon (%) εc cam kılıf yayınım katsayısı σ Stefan–Boltzmann katsayısı εr toplayıcı yayınım katsayısı Alt indisler ç çıkış ca kılıftan ortama g giriş u yararlı rc toplayıcıdan kılıfa r toplayıcı

1

1. GİRİŞ

Son yıllarda enerjiye artan bir ilgi, ihtiyaç söz konusudur. İhtiyacın

giderilmesinde yoğun olarak fosil kaynaklar kullanılmaktadır. Dolayısı ile yoğun

olarak kullanılan fosil kaynakların azalıyor olması ve buna paralel olarak

değerinin hızla artıyor olması insanları alternatif enerji kaynaklarını aramaya,

değerlendirmeye itmiştir. Yenilenebilir enerji kaynakları olarak değerlendirilen

güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi, gelgit dalgaları, biyogaz, jeotermal enerji,

hidroelektrik, hidrojen enerjisi vs. günümüzde geliştirilmeye çalışılan

kaynaklardandır. Bunlardan güneş enerjisi kolay kullanılabilirliği, sürekliliği,

yenilenebilir olması, çevreci olması ve kimsenin tekelinde olmaması nedeni ile

son derece popüler bir kaynaktır (Özalp, 2004).

Gelişen teknoloji ve dünya nüfusunun hızla artmasına bağlı olarak, enerjiye olan

talep de artmaktadır. Büyüyen nüfus ve fosil yakıtların hızla tüketilmesi, bilim

adamlarını mühendislik, meteoroloji ve endüstri alanlarında güneş enerjisi gibi

yenilenebilir enerji kaynaklarını kullanma ve araştırmaya sürüklemektedir.

Geçtiğimiz birkaç on yıl içinde araştırmacılar güneş ve rüzgâr enerjisi gibi

yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklanmışlardır. Güneş enerjisinin

kullanılmasıyla konvansiyonel enerji kaynakları ve bu kaynaklara olan yüksek

talep azaltılabilir. Absorbsiyonlu soğutma sistemleri gibi güneş enerjisi dönüşüm

sistemlerinin tasarımı ve geliştirilmesi için, güneş enerjisinden faydalanma

üzerine uzun dönemleri kapsayan detaylı bilgilerin elde edilmesi büyük önem

taşır. Güneş enerjisinin bir soğutma sistemi için ana enerji kaynağı olarak

kullanma imkanlarının araştırılması, mevcut soğutma teknolojileri üzerine

birçok çalışma yapılmasına yol açmıştır. Güneş enerjisi kullanan yaygın

uygulamalardan biri, enerjisinin çoğunu ısıl kaynaklardan alan ve bunun dışında

çok az güç gerektiren absorbsiyonlu soğutma sistemidir. Bu nedenle, özellikle

elektriğin pahalı veya kısıtlı olduğu yerlerde güneş enerjisi, soğutma sistemlerine

alternatif olabilecek bir enerji kaynağı olarak ilgi çekmektedir (Özalp, 2004).

2

Ülkemiz alternatif enerji kaynakları açısından önemli potansiyellere sahiptir.

Bunlardan göze çarpanı ise güneş enerjisidir. Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle

sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı

durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü’nde (DMİ) mevcut

bulunan 1966–1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım şiddeti

verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin

ortalama yıllık toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat)

olarak belirlenmiştir. Sahip olduğumuz bu avantajdan dolayı güneş enerjisini

daha verimli kullanmalıyız. Bu nedenle özellikle yaz aylarında kullanmak

zorunda olduğumuz enerjiyi azaltmak amacıyla soğurmalı soğutma sistemlerini

tercih edebiliriz.

Güneş enerjisiyle soğutma özellikle de iklimlendirme, güneş enerjisinin en

yüksek olduğu mevsimlerde gereksinim duyulan proseslerdendir. Güneş enerjisi

ülkemizde de gerek potansiyel gerekse uygulama olarak daha çok sıcak su

ısıtmada değerlendirilmektedir. Bu sistemlerin ısıtmanın yanında soğutmada

yapabilecek şekilde geliştirilmeleri çevre ve enerji tasarrufunda önemli rol

oynamaktadır (Akdemir ve Güngör, 2001).

Soğutma amaçlı enerji tüketiminin yoğun olduğu zamanlar ve güneş ışınımının

fazla olduğu zamanların birbirleriyle çakışması, güneş enerjisinin soğutma

sistemlerinde kullanımını ön plana çıkarmıştır. Güneş enerjisinin soğutma

sistemlerinde kullanımında hedeflenen, soğutma amaçlı tüketilen konvansiyonel

enerji miktarının, konvansiyonel enerji kullanımına bağlı CO2 emisyonlarının ve

elektrik şebekelerinde yazın oluşan pik yüklerin azaltılmasına katkı sağlamasıdır

(Goralı, 2007).

İTÜ Enerji Enstitüsü tarafından, ticari binaların aylık elektrik enerjisi tüketim

miktarlarının incelendiği “Ticari Bina Enerji Tüketim Envanteri” çalışması da ofis

ve otellerde soğutma (klima) yükü nedeniyle Temmuz ve Ağustos aylarındaki

elektrik enerjisi tüketim miktarlarının arttığını ortaya koymaktadır (Onaygil,

2005).

3

Son yıllarda, fosil yakıtların yakın bir gelecekte tükenecek olması ve çevre

üzerindeki olumsuz etkileri nedeniyle, çeşitli alanlardaki enerji gereksiniminin

yenilenebilir enerji kaynaklarından kısmen veya tamamen sağlanmasına yönelik

pek çok çalışma yapılmaktadır. Isı kaynağı olarak güneş enerjisinden yararlanan

absorbsiyonlu sistemler hem sistem verimlilikleri hem de işletme giderleri

açısından sağladığı faydalar nedeniyle, alternatif sistemlerden çok daha umut

vaat etmektedir. Ayrıca ozon tabakasına zarar verme ve küresel ısınma açısından

ekolojik sisteme zarar vermeyen çevre dostu sistemlerdir (Kent ve Kaptan,

2011).

Kullanımı en yaygın absorbsiyonlu soğutma sistemleri, NH3-H2O ve H2O-LiBr

eriyiği kullanan sistemlerdir. Amonyağın soğutucu akışkan olarak kullanıldığı

NH3-H2O eriyiği kullanan sistemler yaklaşık -10℃ buharlaştırıcı sıcaklığına kadar

soğutma yapabilmektedir. Suyun soğutucu akışkan olarak kullanıldığı H2O-LiBr

eriyiği kullanan sistemlerde ise soğutma, suyun donma riskinden dolayı 4 ℃

dolaylarındadır (Kaynaklı ve Yamankaradeniz, 2003).

Bu çalışma ile soğutma için harcanan enerji tüketiminin azaltılması için, çeşitli

akışkan çiftiyle çalışan absorbsiyonlu soğutma sisteminin hesaplamaları

yapılarak belirlenen şartlarda soğutma ihtiyacı boyunca gereken ısı miktarları

incelenmiştir. Buna bağlı olarak güneş enerjisi destekli sistemin performans

analizlerine değinilmiştir.

Bu çalışmada güneş enerjili absorbsiyonlu sistemin termodinamik analizleri

yapılmıştır. Absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin çalışması için gerekli ısı

ihtiyacı parabolik oluk tipi güneş kollektörlerinden elde edilmiştir.

Absorbsiyonlu soğutma siteminin analizi için 8 farklı akışkan çifti kullanılmıştır.

Bunlar Lityum bromür-Çinko Bromür (2LiBr-ZnBr2), Aseton-Çinko Bromit (Ac-

ZnBr2), Amonyak Su (NH3-H2O), Lityum Bromür-Su (LiBr-H2O), Monometilamin-

Su (CH3NH2-H2O), Amonyak-Lityum Nitrat (NH3-LiNO3), Amonyak-Sodyum

Tiosiyanat (NH3-NaSCN), Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat (H2O-LiBr LiNO3)

akışkan çiftleridir. Analizlerde öncelikli olarak parabolik oluk tipi güneş

kollektörünün modellemesi yapılmıştır. Daha sonra akışkan çiftlerinin

4

termodinamik özellik bağıntıları elde edilmiştir. Termodinamik analiz kısmında

ise belirli bir soğutma kapasitesi için farklı akışkan çiftlerinin kullanıldığı

absorbsiyonlu soğutma sisteminin performans katsayıları analiz edilmiştir.

Ayrıca, dolaşım oranı ve kütle oranı incelenmiştir. Bunun dışında, sistem

parametrelerinin değişimiyle soğutma sisteminin performans değişimi

incelenmiştir.

5

2. KAYNAK ÖZETLERİ

Grover vd. (1988) H2O-LiCl absorbsiyonlu ısı pompası sistemi farklı çalışma

sıcaklıkları için entalpinin olası kombinasyonlarının performans değerlerini

incelemiş ve göstermişlerdir. Çalışma sıcaklıkları ile elde edilen verilerin

varyasyonlarını grafiksel olarak görüntülemişlerdir. H2O-LiCl için elde ettiği

verileri yayınlanan H2O-LiBr verileri ile kıyaslamışlar sonuç olarak aralarında

fark olmadığı değerlendirmesinde bulunmuşlardır.

Tyagi (1991) Çalışmasında Metilamin Sodyum Tiosiyanat absorbsiyonlu

soğutucu çiftinin performans analizini yapmıştır. Termal verimlilik ve analiz

sonuçlarını Amonyak Su akışkan çifti ile kıyaslamıştır. Ve sonucunda Metilamin

Sodyum Tiosiyanat karışımının düşük sıcaklıkta daha yüksek performans

katsayısına sahip olduğu değerlendirmesinde bulunmuştur.

Akdemir ve Güngör (2001) çalışmalarında absorbsiyonlu sistemlerin genel

kavramları, kullanılan akışkan çiftleri, mekanik soğutma sistemleriyle

kıyaslamalarını yapmışlardır. Absorbsiyonlu sistemlerde soğutma etki

katsayılarını geliştirme uygulamalarında yoğuşturma ısısı geri kazanımı,

soğurma ısısı geri kazanımı, yoğuşma-absorbsiyon ısısı geri kazanımı olarak ele

almışlardır. Ayrıca absorbsiyonlu sistemlerde kullanılan çok etkili ve çok

kademeli çevrim uygulamalarını incelenmişler. Buna bağlı olarak sistem verimini

artırmak için yapılabilecek iyileştirmeler ile tasarım, imalat aşamasında önemli

olan parametreleri belirlemişlerdir.

Atmaca ve Yiğit (2002) yapmış oldukları çalışmalarında güneş enerjisi kaynaklı

tek kademeli absorbsiyonlu soğutma sistemi simüle etmişlerdir. Güneş

enerjisinin sistem için kullanılabilirliğini ve sistemde kullanılan by-pass hattının

da FNP üzerindeki etkisini araştırmışlardır.

Şencan vd. (2002) yapmış oldukları çalışmalarında, H2O-LiBr ve alternatif olarak

H2O-NaOH: KOH: CsOH karışımla çalışan bir absorbsiyonlu iklimlendirme

sisteminin performanslarının karşılaştırmasını yapmışlardır. Üçlü hidroksit;

6

40:36:24 (NaOH: KOH: CsOH) oranlarında sodyum, potasyum ve sezyum

hidroksitlerinden oluşmaktadır. Sistemin performans katsayısının bazı sıcaklık

parametreleriyle değişimini grafiksel olarak göstermişlerdir. Çalışmalarının

neticesinde; sistemin performans katsayısının sıcaklıklarla değişimi her iki

karışım için benzerlik göstermesine rağmen alternatif üçlü karışımla çalışan

sistemin daha yüksek verimle çalışabileceği değerlendirmesinde bulunmuşlardır.

Kaynaklı ve Yamakaradeniz (2003), yaptıkları çalışmada, NH3-H20 ve H20-LiBr

eriyiği kullanan tek kademeli absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin

termodinamik analizini yapmışladır. Farklı ısıtıcı, yoğuşturucu buharlaştırıcı ve

absorber sıcaklıklarında eriyiklere ait termodinamik özellikler verilerek

sistemlerin performansını karşılaştırmışlardır. Sonuçlarında, ısıtıcı ve

buharlaştırıcı sıcaklıklarının artışıyla her iki sistemin de performansının

artmakta olduğunu ancak yoğuşturucu ve soğurucu sıcaklıklarının artışıyla

azalmakta olduğunu tespit etmişlerdir.

Arslan ve Eğrican (2003) çalışmalarında buzdolabının absorbsiyonlu soğutma

sistemli olarak daha verimli çalışabilmesi için ısı kayıplarını incelemişlerdir. Isı

kayıplarının azaltılması sonucunda ise sistemin cop değerinin artacağı sonucuna

ulaşmışlardır.

Özalp (2004) Çalışmasında, Türkiye’de ejektörlü absorbsiyonlu soğutma

sistemlerinin kullanılabilme imkanlarını araştırmıştır. Türkiye, 36-420 kuzey

paralelleri ve 26-450 doğu meridyenleri arasında kuzey yarımküredeki konumu,

yıllık ortalama 3,6 kW-h/m2 gün güneşlenme şiddeti ve yaklaşık 2610 saat toplam

yıllık güneşlenme süresi ile yüksek güneş enerjisi potansiyeline sahip bir

konumdadır. Çalışmasında, güneş enerjili soğutma-ısıtma sistemlerinin

kullanılabilme imkanlarını incelemiştir. Sonuç olarak değerlendirmesinde

Türkiye'de, ev tipi ısıtma-soğutma uygulamaları için yüksek bir güneş enerjisi

potansiyelinin olduğunu göstermiştir.

Monlahasan (2005) Türkiye güneş kemeri adı verilen güneş alanı içinde yer

alması açısından coğrafi olarak şanslı bir konumdadır. Enerji ihtiyacının, yaklaşık

7

yarısını ithal yoluyla temin eden ülkemizin her bölgesinin, tükenmeyen, bol,

bedava, tasıma sorunu olmayan, çevre sorunları ve hava kirliliği yaratmayan

güneş enerjisinden azami şekilde istifade etmesi gerekmektedir. Bunun için

güneşten gelen radyasyonu en verimli şekilde kullanılabilir enerji türüne

dönüştürecek ekonomik sistemlere ihtiyaç vardır. 1953’de Taşkent’te parabolik

bir ayna kullanılarak soğutma sistemi desteklenmiştir. 1956’dan sonra Trompet

birçok güneş enerjili soğutma sistemini denemiştir. Daha sonra 1958’de ise

Avustralya’da LiBr-H2O çifti bir soğutucu yapılmıştır. 1966’da yine Avustralya ‘da

güneş enerjisi destekli soğutma yapan bir güneş evi inşa edilmiştir. 1976’da

ABD’de 500 civarında güneş enerjili klima cihazı yapılmıştır. Bu cihazlar çalışma

zamanlarının %75-80’ni civarında güneş enerjisi tarafından çalıştırılırken, geri

kalan zamanlarda elektrik veya fueloil ile desteklenmiştir.

Romeo vd. (2005), absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde Monometilamin-su

akışkan çifti performans değerlendirmesi ve analizi için termodinamik

denklemleri oluşturmuştur. Deneysel verilerle oluşturulan denklemler beklenen

sonuçlarla uyumlu olmuştur. Denklemleri elde etmek için enerji ve kütle

dengelerini kullanmışlardır. Monometilamin-su akışkan çiftini Amonyak-su

akışkan çifti karşılaştırmışlar. Sonuç olarak düşük jeneratör, kondansatör ve

evaperatör sıcaklıkların da Amonyak-Su akışkan çiftine göre daha yüksek

performans değerleri elde etmişlerdir.

Goralı (2007) yaptığı çalışmada NH3/H2O ile çalışan 20 kW kapasitesindeki

absorbsiyonlu soğutma sisteminin çalışma koşullarını belirlemiş ve sisteme etki

eden parametreleri analiz etmiştir.

Çelik (2007), çalışmasında absorbsiyonlu soğutma sistemlerini tanıtmış ve klasik

buhar sıkıştırmalı sistemle kıyaslamıştır. Karşılaştırmasının sonucunda

absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin yaygın buhar sıkıştırmalı soğutma

sistemleri ne göre avantajlarını göstermiştir. Soğutucu olarak suyla birlikte

lityum bromür-su eriyiği kullanan absorbsiyonlu soğutma sistemi genelde

iklimlendirme uygulamalarında kullanılırken, NH3-H2O akışkan çifti kullanan

absorbsiyon çevrimi her türlü soğutma yükü ve düşük sıcaklıkta soğutma

8

gerektiren endüstriyel uygulamalar için de uygun olabileceğinin yorumunu

yapmıştır. Bununla birlikte NH3-H2O çevrimi, kabul edilebilir performans

sağlamak için H2O– LiBr çevriminden daha karmaşık olmalıdır ve ısıyı daha iyi

kazanacak araçlar ile rektifikasyon kolonu gerekmektedir sonuçlarını elde

etmiştir.

Ajib ve Karno (2008), Aseton-Çinko Bromid akışkan çifti ile çalışan absorbsiyonlu

soğutma sisteminin termodinamik analizini yapmış ve performans değerlerini

incelemiştir. Yaptığı inceleme sonucun da Aseton-Çinko Bromid akışkan çifti

çözeltisini düşük sıcaklıkta çalışması istenen bir absorbsiyonlu soğutucu için

uygun bulmuştur.

Onan ve Özkan (2009) çalışmalarında güneş enerjili soğutma sistemleri

uygulamalarının teknik detaylarını anlatmışlar ve sistemlerin diğer ülkelerde ki

uygulamalarından yola çıkarak Türkiye için olası sonuçlarını

değerlendirmişlerdir. Analizleri sonucunda ülkemizde Avrupa’da ki ve akdenize

kıyısı olan bazı ülkelerle kıyasla daha fazla güneş enerjisi potansiyeli olduğundan

bahsetmişler ve bununla birlikte özellikle güney illerinde endüstriyel ve turistik

tesis uygulamalarında işletme maliyetini azaltmak için güneş enerjisinden

faydalanılmalıdır sonucuna ulaşmışlardır.

Yılmazoğlu (2009) çalışmasında tek etkili H2O-LiBr akışkan çifti ile çalışan güneş

enerjisi destekli absorbsiyonlu soğutma sisteminin termodinamik analizini

yapmıştır.

Kent (2009) çalışmasında güneş enerjisi destekli ısıtma ve absorbsiyonlu

soğutma uygulamasıyla Antalya ilindeki bir otelin iklimlendirmesini ve sıcak su

ihtiyacını teorik olarak incelemiştir. Güneş enerjisi ile ısıtma ve soğutma

ihtiyaçlarının ve tesisatının toplam maliyeti ve geri ödeme sürelerini analiz

etmiştir.

Dön (2010) çalışmasında belirlenen yerde ve koşullarda çalışan doğalgazla

kullanılan NH3-H2O akışkan çifti ile çalışan absorbsiyonlu iklimlendirme

9

sistemini teknik ve ekonomik açıdan deneysel olarak incelemiştir. Sistemin

başlangıç maliyetlerinin göz ardı edildiği zaman geleneksel sistemlere kıyasla

ekonomik ve sürdürülebilir olduğu sonucuna ulaşmıştır.

Zhang ve Hu (2011) çalışmalarında su-iyonik sıvı 1-ethyl-3-methylimidazolium

dimethylphosphate akışkan çiftinin termodinamik özelliklerini incelemişlerdir.

Çalışmaların da benzer sıcaklık değerleri için H2O-LiBr akışkan çifti ile

karşılaştırmalar yapmışlardır. Termodinamik özellikleri acısından H2O-LiBr ile

benzerlikler göstermiş ve yine bu akışkan çiftinin yerine yeni bir akışkan olarak

kullanılabileceği sonucuna varmışlardır.

Dong vd. (2012) çalışmalarında H2O-1,3-Dimethylimidazolium dimetilfosfat

akışkan çifti ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemi çevrimini incelemişlerdir.

H2O-1,3-Dimetillimidazolium dimetilfosfat akışkan çifti kullanılan sistemin

performans katsayısını teorik olarak analiz etmişlerdir. Çalışmaların da H2O-1,3-

Dimetillimidazolium dimetilfosfat akışkan çiftinin geleneksel akışkan çifti olan

H2O LiBr ye göre kristalleşme ve korozyon sınırının geliştiği sonucuna

ulaşmışlardır.

Demir vd. (2012) çalışmalarında absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin genel

tanıtımını yapmışlardır. Bunun dışında güneş, jeotermal, atık ısı gibi ısı

kaynakları ile kullanılan absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin tarımsal amaçlı

kullanılabilirliğini gösteren örnekler vermişlerdir.

Görgülü (2013) çalışmasında endüstriyel bir tesiste baca gazından çıkan atık

ısının büyük bir enerji potansiyeline sahip olduğundan bu ısı enerjisi geri

kazandırarak çift etkili absorbsiyonlu soğutma sisteminde kullanmıştır. Çift etkili

absorbsiyonlu soğutma sistemi ile atık ısıdan faydalanarak soğutma işlemi

yapmıştır. Çalışmasında ilk olarak, endüstriyel tesisten atılan ısı enerji

potansiyelini hesaplamış bu ısı enerjisini absorbsiyonlu sistemin jeneratöründe

kullanarak tesisin tutkal odaları veya proses işlemlerin soğutulmasında

kullanılmak üzere çalışmasını yapmıştır.

10

Çetingöz (2015) Çalışmasında Mersin ilinde yer alan soğutma alanında

kullanılacak güneş enerjili absorbsiyonlu soğutma sistemi saatlik atmosfer

sıcaklığı ve güneş ışınımı verilerini kullanarak vakum tüplü güneş kolektörü ve

amonyak-su soğutucu çiftini seçerek güneş enerjili absorbsiyonlu soğutma

sistemi tasarlamıştır. Soğutma alanının ısıl yükleri dikkate alınarak sistem için

gerekli güneş kolektörü alanını hesaplamıştır. Elde ettiği sonuçlara göre COP

değerlerinin her seçilen ayın 23’üncü günü için değiştiğini belirlemiştir. En

yüksek COP değerlerini Mayıs, en düşük COP değerlerini temmuz ve ağustos

aylarında gözlemlemiştir. En yüksek güneş ışınım değerini haziran ayının

23’ünde öğleden sonra 13:00’da gözlemlemiştir. Bu değeri 0.878 kW/m2 iken

COP 0.786 olarak hesaplamıştır. Soğutma için gerekli optimum kollektör alanında

30 m2’lik soğutulacak bir alan için 50 m2 olarak belirlemiştir.

Akhtar, vd., (2015) çalışmalarında, halihazırda kullanılan güneş enerjili soğutma

sistemlerini araştırmışlar ve bir endüstriyel tesiste güneş enerjili absorbsiyonlu

soğutma sisteminin kullanılabilirliğini incelemişlerdir. Ayrıca, tesisin soğutma

ihtiyacı için gerekli soğutma ihtiyacını karşılayabilecek güneş enerjisi detaylıca

analiz edilmiştir. Çalışmalarının sonunda sistemin maliyet analizini de

yapmışlardır.

Küçük (2016) çalışmasında, endüstriyel tesislerde baca gazından çıkan atık ısının

sahip olduğu ısı enerjisin geri kazandırılarak, amonyak su akışkan çiftli bir

absorbsiyonlu soğutma sisteminde kullanmıştır. Bu işlemde ilk olarak,

endüstriyel bir bacadan atılan ısı enerji potansiyeli ortalama değerlerini

hesaplamıştır. Bu ısı enerjisini absorbsiyonlu sistemin jeneratöründe kullanarak,

tesisin bir kısmının soğutulması için elde edilebilecek soğutma yükünü ve sistem

etkinlik katsayısını, COP hesaplamıştır.

Dixit, vd., (2016) çalışmalarında düşük sıcaklıklarda çalışan buhar sıkıştırmalı

soğutma sistemi ile yüksek sıcaklıkta çalışan absorbsiyonlu soğutma sisteminden

oluşan kaskat absorbsiyonlu-sıkıştırmalı soğutma sistemini analiz etmişlerdir.

Absorbsiyonlu sistem LiBr-H2O ile çalışmaktadır.

11

Moradi (2017) Çalışmasında bir paket programında amonyak-su ve lityum

bromür-su eriyikleriyle çalışan tek ve çift kademeli absorbsiyonlu soğutma

sistemleri ve absorbsiyonlu ısı yükselticilerinin termodinamik analizini ve

araştırmasını yapmıştır. Bu araştırmalardan sonra sistemlerin performans

yüzdesini ve çalışma termal limitini karşılaştırıp yeni bir adımda absorbsiyonlu

soğutma sistemini, absorbsiyonlu ısı yükselticisiyle kombine yapıp yeni kurulan

sistemin performansı ve çalışma termal limitini incelemiştir.

Alelyani, vd. (2017) çalışmalarında, tek kademeli ve çift kademeleri amonyak-su

ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sistemini incelemişlerdir. Ayrıca, toplam

ekserji kayıplarının tespit edilmesi için ekserji analizi yapmışlardır. Bunun

yanında, yıllık maliyetlerin hesaplanması için maliyet analizi yapmışlardır.

Dixit, vd., (2017) çalışmalarında Lityum bromür-su kullanılan çift kademeli

sıkıştırmalı hibrit absorbsiyonlu soğutma sistemini incelemişlerdir. Hibrit

sistem, termodinamik olarak klasik sistem ile karşılaştırmış ve etkinlik

bakımından daha iyi olduğu sonucuna varmışlardır. Aynı zamanda, ekserji

verimi, ısı değiştiricisi alanı ve maliyet gibi performans göstergelerini

termodinamik olarak incelemişlerdir. Optimize edilen hibrit sistemin COP

değerini 0.43 ve ekserji verimini %11,68 olarak bulmuşlardır.

Li, vd., (2018), çalışmalarında, CaCl2–LiBr–LiNO3(8.72:1:1) /H2O akışkan çiftinin

güneş enerjisi destekli tek kademeli absorbsiyonlu soğutma sisteminde

kullanılabilirliğini incelemişlerdir. Ayrıca kristalizasyon sıcaklığı, doymuş buhar

basıncı, özgül ısı kapasitesi, incelenen akışkanın özgül entalpisini ölçmüşlerdir.

Sonuçlarında, incelenen akışkan ile çalışan absorbsiyonlu soğutma sisteminin ısı

ihtiyacı klasik sisteme göre daha az bulmuşlardır.

12

3. ABSORBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMİ

Absorbsiyonlu prensibi, ilk defa Michael Faraday tarafından bir asırdan fazla

zaman önce amonyağın yoğuşturma denemeleri sırasında keşfedilmiştir. Daha

sonra 1862 senesinde Franz Carre tarafından patenti alınmış yine Carre

tarafından yapımı gerçekleştirilmiş olan sistem, bugün artık buharın bol olduğu

yerlerde kullanılmaktadır. Carre'nin geliştirdiği bu sistemde, mekanik enerji

yerine, "ısıl enerji" kullanılmıştır (Bulut, 2011).

Absorbsiyonlu soğutma makinalarının dizaynı ve teknolojisi konusunda

çalışmalar ve uygulamalar, yirminci yüzyılın ilk yıllarında (1920’li yıllardan

sonra) Amerika, Almanya, İngiltere, Belçika, Hollanda, Rusya ve diğer bazı

ülkelerde başarıyla sürdürülmüştür. Bu çalışmalara bağlı olarak absorbsiyonlu

soğutma sistemleri oldukça rağbet görmüş ve uygulama alanları her geçen gün

artmıştır.

Absorbsiyonlu soğutma sistemi ile buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemi

arasındaki tek fark kompresördür. Absorbsiyonlu sistemlerde, kompresör

görevini, kaynatıcı ve absorberden oluşan ısı eşanjörleri grubu

gerçekleştirmektedir. Her iki sistemde de bir yoğuşturucu, bir kısılma vanası ve

bir buharlaştırıcı bulunmakla beraber, absorbsiyonlu sistemde bunlara ilave

olarak; absorber, pompa ve kaynatıcı bulunmaktadır. Buharlaştırıcıdan gelen

soğutucu akışkan buharı, içinde absorbent bulunan bir hücreye girerek

absorbent tarafından emilir. Soğutucu madde ile zenginleşen karışım kaynatıcı

bölümüne sevk edilerek burada ısıtılır ve soğutucu madde daha yüksek basınca

buharlaştırılır. Absorbent zayıf eriyik durumunda tekrar absorbere dönerek

soğutucu maddeyi emme görevini tekrarlar (Bulut, 2011).

Absorbsiyonlu soğutma çevriminde soğutucu akışkanın bir ikinci akışkan içinde

soğurulması söz konusudur. Mekanik sistemlerle kıyaslanırsa kompresör yerine

karmaşık bir sistem geldiğini ve bu sistemin aynı şekilde soğutucu akışkanın

basıncını artırmak amaçlı olduğu görülür. Absorbsiyonlu basit bir soğutma

13

sisteminin tesisat şeması Şekil 3.1’de gösterilmiştir. Şekilden de görüleceği üzere,

sistem, kondanser, evaperatör, jeneratör, absorberden oluşmaktadır.

Şekil 3.1. Absorbsiyonlu soğutma çevrimi (Şencan, 2004)

Absorbsiyonlu sistemlerin çalışma prensibi kısaca şöyledir: Başlangıç olarak

düşünülürse, soğurucu soğutkan eriyiği absorberden çıkıp bir pompa vasıtasıyla,

eriyik ısı değiştiricisinden geçer. Bir miktar ısınır ve soğutkan madde miktarınca

zengin olan eriyik jeneratöre gelir. Burada dışarıdan sisteme giren ısı enerjisiyle,

soğutkanın kaynama sıcaklığı karışımın kaynama sıcaklığından daha düşük

olduğundan, soğutkan buharlaşarak eriyikten ayrışır. Soğutkan buharının

ayrılmasıyla jeneratörde kalan, soğurucu akışkanca zengin eriyik, ısı

değiştiricisinden geçerek absorbere geri döner. Buharlaşarak jeneratörü terk

eden soğutkan buharı, yoğuşturucuya gider. Yoğuşturucuya giren soğutkan

buharı, burada yoğuşarak sıvı haline gelir. Yoğuşturucudan çıkan soğutucu

akışkan, genleşme valfinden geçerek buharlaştırıcıya ulaşır. Buharlaştırıcıda,

Yüksek basınç

7

QሶC

Kondanser

8

9

QሶE

Evaperatör

QሶA

Absorber

3 4

1 6

2 5

Düşük Basınç

10

mሶ R

mሶ R

mሶ R mሶ S

mሶ S mሶ W

mሶ W

mሶ R

QሶG

Jeneratör

14

soğutucu akışkan buharlaşarak gerekli soğutma yükünü ortamdan çeker.

Buharlaştırıcıdan çıkan soğutkan buharı, absorbere gelir. Absorbere gelen

soğutkan buharı, jeneratörden gelen eriyik tarafından absorbe edilir.

Absorberde, soğutucu akışkan miktarınca zenginleşen eriyik, bir pompa

vasıtasıyla tekrar jeneratöre gönderilir ve çevrim böylece devam eder (Akdemir

ve Güngör, 2001).

Absorbsiyonlu sistemin önemli bir fark ve üstünlüğü, sistemde klasik soğutma

çevrimindeki buhar yerine sıvı sıkıştırılmasıdır. Sıvıyla sıkıştırılması demek

özgül hacim işinin mekanik sistemlere göre çok küçük olması demektir. Bu

sistemin çalışması da dış kaynaktan alınan ısıdan sağlanır. İş, ısıtıcıda sağlanan

ısının yüzde biri mertebesinde olup, çevrimin termodinamik çözümlemesinde

ihmal edilebilir.

Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde soğutma işlemini sürekli kılmak için

evaperatör, kompresörün emme tarafına bağlanmıştır. Böylece kompresör

dışarıdan verilen elektrik işi sayesinde akışkanı basınçlandırır ve çevrimi sürekli

hale getirir. Absorbsiyonlu sistemde ise evaperatör, içinde soğutucu akışkan

buharını soğurma yeteneğine sahip başka bir akışkan madde bulunduran,

absorber denilen bir kaba bağlanır. Bu kapta LiBr gibi higroskopik (nem çekme

özelliği olan) bir madde su buharını absorbe ederek emme işlemini gerçekleştirir.

Soğutucu akışkan buharını absorbe etmede kullanılan çözelti maddesi literatür

de carrier = taşıyıcı veya absorbent = soğurucu olarak ifade edilmektedir.

Absorbsiyonlu soğutma çevrimine isim olan absorbsiyon olayı, en az iki akışkan

çiftinden birisinin diğerine karşı yüksek afiniteye sahip olmasıyla gerçekleşen bir

emme olayıdır. Söz konusu afinite soğutma kompresörünün yapmakta olduğu

emme işlemini gerçekleştirir.

Buhar sıkıştırmalı çevrim kompresörünün tek başına yaptığı işi, absorbsiyonlu

sistemde literatür de adına termik kompresör denilen ve en az 3 sistem elemanı

ile çalışan sistem yapar. Bunlar absorber + çözelti pompası + jeneratör olmakla

15

beraber pompasız sistemde, absorber + jeneratör + basınçlandırıcı gaz (H2) ihtiva

eder.

3.1. Tek Etkili Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi

Tek etkili absorbsiyonlu soğutma sistemi tek jeneratörlü anlamına gelmektedir.

Bu sistemlerde düşük ekserjili ısı kullanıldığından bu içsel ayrıştırma ve

sıkıştırma işi tek bir jeneratörle gerçekleştirilmektedir. Nispeten daha düşük

sıcaklıklarda enerji kullandığından bu sistemlerin performans katsayısı da

düşüktür (0,8 civarı). Son otuz yıldır absorbsiyonlu sistemler üzerine hem teorik

hem de deneysel pek çok araştırma sürdürülmekte ve bunların büyük kısmı tek-

etkili LiBr kullanan sistemler üzerinedir (Grossman, 2002; Çelik, 2007).

Şekil 3.2‘den de görüleceği üzere tipik tek etkili çiller sistemleri absorber, ısı

değiştiricisi, jeneratör, kondanser, genişleme valfi ve evaperatörden oluşur.

Çevrim basınç-sıcaklık diyagramı üzerinde gösterilmiştir. Jeneratör ve kondanser

yüksek basınç ve sıcaklık kısmına tekabül eder. Evaperatör düşük basınç ve

sıcaklık, absorber düşük basınç, yüksek sıcaklık kısmına tekabül eder. Çözelti

pompası alçak basınç bölümünden yüksek basınç bölümüne geçişi, genleşme valfi

ve kısılma vanaları ise sistemin yüksek basınçtan alçak basınca uygun biçimde

geçmesini sağlayan basınçsal geçiş organlarıdır (Grossman, 2002; Çelik, 2007).

Çevrim prosesi: Jeneratörü, jeneratör sıcaklığında terk eden kızgın buhar (1),

yoğuşturucuya ulaşır ve burada yoğuşturucu sıcaklığına tekabül eden

yoğuşturucu basıncında yoğuşturulur ve buradan doymuş sıvı halinde çıkarak (2)

genişleme valfine ulaşır. Burada sabit entalpide genişletilerek basınç ve sıcaklığı

düşürülerek evaperatöre ulaşır (3). Burada soğutulacak ortamdan gelen soğutma

suyundan ısı çekerek buharlaşır ve absorbere doğru akar (4). Absorberde

bulunan ve soğutucu akışkana karşı afinitesi yüksek absorbent madde tarafından

çekilerek absorbsiyona uğrar ve yeni bir çözelti oluşur. Reaksiyon ekzotermik

olup atık ısı soğutma kulesinden gelen soğutma suyuyla uzaklaştırılır. Oluşan

yeni çözeltide çözelti pompası vasıtasıyla ısı değiştiriciye doğru gönderilir (5). Isı

değiştiricide ön ısıtmaya uğrayarak jeneratöre ulaşır (7). Jeneratöre dışardan

16

çeşitli yollarla sağlanan (güneş enerjisi vb.) ısıtma suyuyla ön ısıtmaya uğrayarak

gelen çözelti kaynatılır ve soğutucu akışkanın buharlaşması sağlanır. Bu

aşamadan sonra soğutucu akışkan yoğuşturucuya giderek çevrime tekrar başlar.

Absorbent madde ise üzerindeki ısı yüküyle tekrar ısı değiştiricisine gider (8) ve

burada ısısını absorberden gelen yeni karışımı ısıtmak üzere bırakır ve absorbere

ulaşarak çevrimi tamamlar (9–10) (Çelik, 2007).

Şekil 3.2. Tek etkili absorbsiyonlu soğutma çevrimi (Çelik, 2007)

3.2. Çift Etkili Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi

Çift etkili absorbsiyonlu soğutma sisteminde, tek etkiliye kıyasla jeneratörde çok

daha yüksek ekserjili buhar veya akışkan kullanılır. Bu ekserjinin tek jeneratörde

işlenmesi mümkün Olmadığından iki jeneratör kullanımı gerekmektedir. Bu

nedenle iki jeneratörlü absorbsiyonlu soğutma sistemine çift etkili denir

Çift etkili sistemlerde iki adet jeneratör kullanımı ile soğutma gücü arttırılarak

COP iyileşmesi sağlanır. Fakat bu tür sistemler basit sistemlere göre daha

17

karmaşık ve düzgün olarak çalıştırılması daha zordur. Her bir eleman için hassas

basınç ve sıcaklık ayarı gerekir. Aksi halde sistemdeki soğutucu ve absorber

akışkanlarının kimyasal özeliklerinden dolayı sorunlar oluşacaktır. Lityum

bromür-su akışkan çifti için bu durum, kristalleşme ve suyun donması şeklinde

kendini gösterir.

Sistemde evaperatör, kondanser, absorber, iki jeneratör ve iki adet ısı değiştirgeci

vardır. Sistem elemanları üç farklı basınç kategorisinde çalışmaktadırlar: Yüksek

basınç, orta basınç ve düşük basınç. Birinci jeneratör yüksek basınçta, ikinci

jeneratör ve kondanser orta basınçta, evaperatör ve absorber ise düşük basınçta

çalışır. Birinci jeneratördeki yüksek basınç bir pompa vasıtayla sağlanmaktadır.

İkinci jeneratör ve kondanser orta basıncı iki adet basınç düşürücü vana ile

sağlanır. Absorberdeki düşük basınç bir basınç düşürücü vana ile evaperatör

düşük basıncı ise bir kısılma vanası ile elde edilir.

Çift etkili LiBr-su akışkanlı absorbsiyon soğutma sistemi Şekil 3.3’ te verilmiştir.

Sistem LiBr-su akışkan çiftini kullanmaktadır. Jeneratör ısı kaynağı, sürekliliği

olan bir atık buhardır. Kondanser ve absorber sulu soğutmalı olup, ayrıca

soğutma kulesi kullanılmaktadır (Solum vd., 2011).

Sistem operasyonunda, LiBr−H2O zengin eriyiği absorberden ilk kademe güneş

enerjisi veya atık ısı destekli kaynatıcıya pompalanır ve burada, (2LiBr–H2O)

eriyiğinden gelen soğutucu buharı kaynatarak bitirmek üzere daha yüksek bir

ısıda ısıtılır. İlk kaynatıcıdan gelen su buharı, ikinci kademe kaynatıcıda yüksek

basınçta yoğuşturulur. Yoğuşma ısısı, sıcaklığı ve basıncı sırasıyla eriyik ısı

eşanjörü I ve basınç düşürme valfi ile indirgendikten sonra, kaynatıcıdan gelen

soğutucu buhar, kondansere geçer ve kondanzasyon ısısını atmosfere verir.

Dolayısıyla, kondenserden çıkan toplam sıvı soğutucu miktarı ilk ve ikinci

kademe kaynatıcılardan gelen soğutucu miktarının toplamıdır. Kondenserden

çıkan sıvı soğutucu, evaperatöre doğru devam eder ve burada düşük basınçta

buharlaştırılır ve buharlaştırma ısısını soğutulmak üzere salar. Bu soğuk buharlar

daha sonra ikinci aşama kaynatıcıdan gelen fakir eriyik içinde, eriyik ısı eşanjörü

II aracılığıyla çözülür ve absorbsiyon ısısı absorberde atılır. Daha sonra zengin

18

eriyik kaynatıcıda pompalanır ve döngü tamamlanmış olur (Ravikumar vd., 1998;

Çelik, 2007).

Şekil 3.3. Çift etkili absorbsiyonlu soğutma sistemi (Çelik, 2007)

3.3. GAX’lı Absorbsiyonlu Soğutma Döngüsü

GAX’ın açılımı Genetor (jeneratör-kaynatıcı) Absorber Heat exchanger (absorber

ısı değiştiricisi) olarak adlandırılır. GAX döngüsü çalışması ilk olarak 1911 yılında

Altenkirch ve Tenchkoff tarafından yapılmıştır (Srikhirin vd., 2001; Çelik, 2007).

19

Tek kademeli bir absorbsiyon sistemiyle yüksek performans elde etmek

mümkündür. Daha önce bahsedilen paralel akışlı çift kademeli absorbsiyon

sistemine göre sistem, birbirine paralel olarak çalışan iki tek kademeli döngüden

oluşur. GAX tasarımı, bu iki aşamalı çift kademeli absorbsiyon döngüsünü

basitleştirmekle birlikte aynı performansı sağlar (Srikhirin vd., 2001; Çelik,

2007).

Absorber ve kaynatıcı, ters akışlı ısı eşanjörü olarak kabul edilebilir. Absorberde

kaynatıcıdan gelen zayıf ya da fakir soğutucu solüsyon ve evaperatörden gelen

buhar halindeki soğutucu akışkan üst kısma girer. Absorbsiyon işlemi boyunca

üretilen ısı, soğutucu buharını emme kabiliyetinin korunması için dışarı

verilmelidir. Üst kısımda, ısı yüksek bir sıcaklıkta dışarı verilir. Alt kısımda ise,

solüsyon buharı emmeye devam ederken, çevreye ısı vererek soğur. Kaynatıcıda

absorberden gelen güçlü soğutucu solüsyon üst kısma girer. Bu kısımda

absorberin üst kısmından dışarı verilen ısı kullanılarak, solüsyon harici ısı

kaynağıyla ısıtılarak biraz daha kurutulur. Absorber ve kaynatıcı arasında ısı

transferi için kullanılan ek bir ikincil sıvı bulunur. Bu yüzden, tek kademeli bir

absorbsiyon sisteminde GAX kullanılarak iki aşamalı çift kademeli absorbsiyon

sisteminin STK’sı kadar yüksek bir STK elde edilebilir. Bu sistem üzerinde

çalışmalar devam etmektedir (Srikhirin vd., 2001; Çelik, 2007).

20

Şekil 3.4. GAX tipi çevrim şeması (Srikhirin vd., 2001; Çelik, 2007)

3.4. Absorber Isı Korunumlu Absorbsiyonlu Soğutma Döngüsü

Eriyik ısı eşanjörü kullanımının sistemin STK’sını arttırdığı daha önce

vurgulanmıştı. Absorberden gelen güçlü ya da zengin soğutucu eriyik

kaynatıcıdan gelen sıcak eriyikten ısı transfer edilerek, kaynatıcıya girmeden

önce ısıtabilir. Absorber ısı tutuşu sağlanarak, zengin soğutucu eriyiğin sıcaklığı

artırılabilir.

GAX sistemine benzer şekilde, absorber iki kısma ayrılır. Isı farklı bir sıcaklıkta

atılır. Düşük sıcaklığa sahip kısım ısıyı çevreye alışıldık biçimde verir. Fakat daha

yüksek sıcaklığa sahip kısım, Şekil 3.5’ de görüldüğü gibi, zengin soğutucu

eriyiğini ısıtmak için kullanılır. Bu yüzden, kaynatıcıya giden ısı girdisi azaltılır ve

STK artar (Srikhirin vd., 2001; Çelik, 2007).

Bu sistem, H2O-NH3 ve LiNO3-NH3 gibi farklı çalışma sıvıları kullanılarak teorik

şekilde ele alınmıştır (Kaushikvd., 1987). Absorber-ısı tutuşlu bir döngünün

STK’sında %10 artış gözlenmiştir. Fakat bu absorber dizaynına dayalı bir makine

henüz mevcut değildir (Srikhirin vd., 2001; Çelik, 2007).

Kondanser

REC Jeneratör

Absorber Evaperatör

21

Şekil 3.5. Absorber ısı kazanımlı döngü (Srikhirin vd., 2001)

3.5. Yarım Kademeli Absorbsiyonlu Soğutma Döngüsü

Herhangi bir absorbsiyonlu soğutma sisteminin sadece, absorberdeki solüsyon

soğutucu bakımından kaynatıcıdaki soğutucudan daha zengin olması durumunda

çalıştırılabileceği unutulmamalıdır. Sıcaklık artar ya da basınç düşerse solüsyon

içindeki soğutucu fraksiyonu düşer, bunun tersi de geçerlidir. Kaynatıcı sıcaklığı

düşerse, solüsyon sirkülasyonu oranı da artacak ve STK’yı düşürecektir. Eğer çok

düşükse, sistemi çalıştırmak mümkün olmaz (Srikhirin vd., 2001).

Yarım kademeli absorbsiyon sistemi, nispeten düşük sıcaklıkla bir ısı kaynağının

kullanılacağı bir uygulama için oluşturulmuştur. Şekil 3.6’da yarım kademeli bir

absorbsiyonlu soğutma sisteminin şematik diyagramı yer almaktadır. Sistem

konfigürasyonu, ısı akış yönlerinin farklı olması dışında, H2O-NH3 kullanılan çift

kademeli absorbsiyon sisteminin aynısıdır (Srikhirin vd., 2001).

H Jeneratör

I L

E Kondanser

Evaperatör

Absorber

Absorber Isı

Kazanımı

HX

22

Şekil 3.6. Yarım kademeli absorbsiyon döngüsü (Srikhirin vd., 2001)

3.6. Kombine Buhar Absorbsiyon Sıkıştırma Döngüsü

Bu sistem genelde absorbsiyon sıkıştırma sistemi olarak bilinir. Tipik bir

absorbsiyon sıkıştırma döngüsü şeması Şekil 3.7(a)’da gösterilmiştir. Bu

çevrimde konvansiyonel bir buhar sıkıştırma sistemindeki yoğuşturucu ve

evaperatör, bir resorber (buhar absorberi) ve desorber (buhar kaynatıcısı) ile

değiştirilmiştir. Belli çevre sıcaklığı ve soğutma sıcaklıklarında kompresör

içindeki basınç diferansiyeli, konvansiyonel buhar sıkıştırmalı sistemindekinden

çok daha düşüktür. Dolayısıyla STK’nın konvansiyonel buhar sıkıştırmalı

sisteminin STK’sından daha iyi olması beklenir. Altenkirch bu konuda ilk

araştırmayı 1950 yılında yapmış ve enerji tasarrufu için bir potansiyel

sunmuştur. Döngü, bir ısı pompası döngüsü olarak konfigüre edilebilir. Isı

pompası çevrimini (Şekil 3.7(b)) Machielsen geliştirmiştir (Srikhirin vd., 2001).

𝑄ሶ H

𝑄ሶ L Evaperatör

HX

Q ሶI

Absorber 1

Jeneratör 1 Absorber 2

HX

Jeneratör 2 Kondanser Q ሶI

23

Şekil 3.7. Buhar absorbsiyon sıkıştırma döngüsü (Srikhirin vd., 2001)

3.7. Absorbsiyonlu Sistemlerde Kullanılan Akışkan Çiftleri

Absorbsiyonlu soğutma çevrimleri iki akışkan çiftiyle çalışan sistemlerdir.

Jeneratörde buharlaşarak soğutma işlemini yapan soğutucu akışkan ve

absorberde soğurma işlemini yapan absorbentten oluşmaktadır (Güngör ve

Akdemir, 2001)

Soğutucu akışkan-absorbent birleşimlerinde aranan en önemli özellikler (Çelik,

2007).

• Kimyasal çözünürlüğün yüksek olması

• Çalışma şartlarında sistemde katı fazında olmaması: Sistemin herhangi

bir yerinde katılaşma nedeniyle tıkanıklık olduğu takdirde akış

duracağından sistem devre dışı kalabilir.

• Isı alış-verişinin fazla olması için ısı transfer katsayısı yüksek olmalıdır.

• Uzun süreli ve sürekli çalışma şartları için akışkan çifti kararlı olmalıdır.

• Buharlaşma gizli ısısının yüksek olması: Çevrimin minimum akışkan

debisiyle sağlanabilmesi için.

• Basınç kayıplarını azaltmak için viskozitesinin düşük olması gereklidir.

• Soğurucu, soğutucu akışkanı kolay emebilmelidir.

• İşletme basıncının normal seviyelerde olması: Yüksek basınç, mukavemet

sağlamak için kalın cidarlı donanım ve tesisat gerektirir ki bu durum

maliyetin artmasına sebebiyet verecektir. Alçak basınçlar ise sistem içine

hava girmesini önleyecek ve kontrol edecek özel ekipmanlarla beraber

𝑄ሶ H

Q ሶI Desorber

Resorber

𝑄ሶ L

Resorber

𝑄ሶ I

(a) (b)

24

soğutucu akışkan buharının basınç düşümünü sağlayacak ilave elemanlar

gerektirir.

• Korozyon: Sistemin dayanımı, ömrü ve güvenirliği için korozif etkisi

olmamalıdır.

• Emniyet: Patlayıcı, parlayıcı ve zehirli olmamalı, kimyasal olarak

reaksiyona girmemelidir.

• Maliyet: Sistemin ucuz olması için kolay elde edilebilir yani kolay

bulunabilir olmalıdır

3.7.1 Su-Lityum Bromür (LiBr-H2O)

H2O -LiBr çiftlerinde absorbent olarak LiBr tuzu kullanılır. LiBr tuzu, sulu çözelti

içindeki ve absorberdeki düşük basınçtaki kararlılığı nedeniyle avantajlıdır.

Dezavantajları ise kristalleşme eğilimi, korozif etkileri ve maliyeti olarak

sıralanabilir (Donate, 2006).

H2O-LiBr akışkan çiftiyle çalışan bir sistemde dikkat edilmesi gereken

dezavantajlar vardır. Bunlar su soğutucu akışkan olduğundan dolayı,

buharlaştırıcı sıcaklığı, suyun donma noktası ile sınırlanmıştır. LiBr katı

haldeyken kristal yapıya sahip oluşu sonucu çevrimde tıkanma nedeniyle akış

durabilir. Kristalizasyon, çevrimin çalışma şartlarını sınırlar. Tuzların çoğu gibi

LiBr de suda çözülebilir. Lityum bromürün su ile yaptığı eriyiğin belirli bir

yoğunlaşma değerinde, belirli bir minimum eriyik sıcaklığı vardır. Bu minimum

sıcaklığın altında tuz eriyikten ayrılmaya başlar. Yani katı hale gelir ve

kristalleşme olur (Şencan 2006).

25

Şekil 3.8. LiBr-H2O eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı

(Mathworks, 2014)

Sekil 3.9. LiBr konsantrasyonuna bağlı entalpi değerleri (Şahin 2006)

26

3.7.2. Amonyak-Su (NH3-H2O)

Tek kademeli absorbsiyonlu soğutma çevrimlerinde, yüksek basınçtaki soğutucu

akışkan buharı yoğuşturucuda sıvı faza dönüştürüldükten sonra düşük

buharlaştırıcı basıncına kısılır. Buharlaştırıcı vasıtasıyla ortamdan ısı çekilerek

soğutma yükü sağlanır. H2O-LiBr akışkan çiftli sistemlerde absorbent de herhangi

bir buharlaşma olmadığından basit bir distilasyon yeterli olmaktadır; fakat NH3-

H2O akışkan çiftli sistemlerde absorbentin buharlaşabilen bir madde olması daha

karmaşık bir distilasyon ünitesinin kullanılmasına neden olmaktadır. Bu nedenle,

soğutucu akışkan buharının tam olarak ayrılabilmesi için bu sistemlerde

zenginleştirme kolonu kullanılmaktadır. Zenginleştirme kolonun da jeneratör

üstüyle direkt temaslı üst üste akışkan havuzlarından oluşmuş analizör denilen

bir kısım bulunur. Zengin çözelti bu tepsilerden aşağı doğru taşarak süzülürken

jeneratörden yükselen buharı soğutur. Böylece soğutucu akışkanla (NH3) birlikte

buharlaşan absorbentin (H2O) yoğuşması sağlanır. NH

3-H

2O’lu sistemlerde (Şekil

3.10.) zenginleştirme kolonunun kullanılması zorunludur çünkü amonyakla

beraber suyun buharlaştırıcıya girmesi suyun donmasını ve sistemde istenmeyen

durumların oluşmasına neden olur (Güngör ve Akdemir 2001).

27

Şekil 3.10. NH3-H2O eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon diyagramı (Flores

vd. 2014)

3.7.3. 𝐌𝐨𝐧𝐨𝐦𝐞𝐭𝐢𝐥𝐚𝐦𝐢𝐧 − 𝐒𝐮 (CH3NH2-H2O)

Soğutucu farklı akışkan çifti seçenekleri arasında kullanılan, monometilamin, su

gibi sıvı absorbentler ile birleştirilebilir. Düşük sıcaklık ve buhar basınçlarına

sahip olan güneş, jeotermal, endüstriyel ve ticari atık ısı gibi sistemlerde

kullanılabilir. Şekil 3.11 de görüldüğü gibi Monometilamin-Su akışkan çifti

soğutma çevrimleri için iyi bir potansiyel çifttir (Romeo, 2004).

28

Şekil 3.11. Monometilamin – Su eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon

diyagramı (Romeo, 2004)

Şekil 3.12. Monometilamin – Su konsantrasyonuna bağlı entalpi değerleri

(Romeo, 2004)

29

3.7.4. Aseton – Çinko Bromit (Ac-ZiBr2)

Aseton- Çinko Bromit akışkan çifti düşük sıcaklıkta ki absorbsiyonlu soğutma

sistemleri için kullanılabilir. Tüm özellikler için ölçülen sonuçlar yeni

denklemleri ve korelasyon ve hesaplanan sonuçlar ile iyi bir uyum

göstermektedir. Yine de geliştirilmesi gereken dezavantajları bulunmaktadır. Isı

iletkenliğinin düşük olması bunlardan bir tanesidir (Ajip ve Karno 2008).

Şekil 3.13. Aseton Çinko Bromid eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon

diyagramı (Ajip ve Karno 2008)

Şekil 3.14. Aseton Çinko Bromid eriyiğinin konsantrasyonuna baglı entalpi

değerleri (Ajip ve Karno 2008)

30

3.7.5. Su- Lityum Bromür Metanol (CH3OH LiBr-H2O)

Önemli bir avantajı metanol’ ün düşük donma noktası olması nedeniyle sistem

düşük evaperatör sıcaklıklarında çalışabilir. Su (toprak, nehir) bir ısı kaynağı

olarak kullanılabilirse, yüksek ısıtma sistemlerinde fark olabilir. Önemli

dezavantajları yüksek viskozitesi ve sınırlı kimyasal kararlılıkları olarak

söylenebilir (Safarov, 2005; Xu ve Wang, 2017).

3.7.6. Su- Lityum Bromür Çinko Bromid Metanol (CH3OH LiBr ZnBr2-H2O)

Bu üçlü karışım birçok açıdan Lityum Bromür Metanol ikili karışımına benzer.

Raoult yasasından sapmasına ilişkin bir fark ise, biraz daha düşük bir ısı oranına

yol açmasıdır. İkili karışımın üzerinde önemli bir avantaj tuzları ve themethanol

ile çok daha iyi olan karışım yeteneğidir. 55°C, kimyasal kararsızlığın

görünümünde bir sınır olarak kabul edilebilir olması nedeni ile daha yüksek

ısıtma sistemi sıcaklıklarına ulaşmak mümkündür. İkili karışıma göre ilave bir

avantajı da daha düşük bir viskoziteye sahip olmasıdır (Idema, 1987; Xu ve Wang,

2017).

Şekil 3.15. LiBr-ZnBr2-CH3OH eriyiğinin sıcaklık-basınç konsantrasyon

diyagramı (Idema, 1987; Xu ve Wang, 2017)

31

Şekil 3.16. LiBr-ZnBr2-CH3OH konsantrasyonuna bağlı entalpi değerleri (Idema,

1987; Xu ve Wang, 2017)

3.7.7. Monoetilamin – Sodyum Tiyosiyanat (CH3NH2-NaSCN)

Monometilamin ve sodyum tiyosiyanat çözeltisi hava soğutmalı soğutma

sistemleri için arzu edilen özelliklere sahiptir. Monometilamin ve sodyum

tiyosiyanat kullanan sistemler yüksek performans değerlerine sahiptir. Ayrıca

jeneratör ve kondanser arasında ki ısıl değiştirici alanını düşürür. Kondanser ve

jeneratör arasında bir ısıtma sistemi ihtiyacını ortadan kaldırır (Rush vd., 1969).

32

Şekil 3.17. Monoetilamin Sodyum Tiyosiyanat eriyiğinin sıcaklık-basınç

konsantrasyon diyagramı (Rush vd., 1969)

3.7.8. İyonik Sıvı 1-Etil-3-Metilimidazolyum Dimetil Fosfat (EMIM DMP-

H2O)

İyonik sıvılar oda sıcaklıklarında ya da altında sıvı halde kalabilirler. Geniş

sıcaklık aralıklarında kristalizasyon oluşturmazlar. Buhar basınçları ihmal

edilebilir. Alevlenme ve termal kararlılıkları ihmal edilebilir. Düşük ve yüksek

erime sıcaklık aralığında iyi çözünürler (Ren vd., 2011).

3.7.9. Sodyum hidroksit – Su (NaOH-H2O)

Sodyum hidroksit – Su akışkan çifti ısı transfer uygulamaları için birçok akışkan

çiftine göre avantajlı özelliklere sahiptir. Kolay bulunabilir olması ucuzdur

dolayısı ile ticari olarak LiBr den daha fazla kullanılabilir. Sodyum hidroksit

çözeltileri çelik ile kombinasyonu halinde belirli yüksek sıcaklık ve yüksek

konsantrasyonlar da korozyona yol açar. Ancak korozyondan kaçınmak için

paslanmaz çelik kullanılabilir. Kristalizasyon riskinden dolayı belirli sıcaklık

aralıklarına dikkat edilmesi gerekir. Bunların dışında sistemde tıkanmalar

olmaması için Sodyum hidroksit–Su’lu çevrimlerde karbonatsız NaOH

kullanılmalıdır (Stephan vd., 1977).

33

4. GÜNEŞ ENERJİSİ

Güneş enerjisi, güneşteki hidrojen gazının helyuma dönüşmesi şeklindeki füzyon

sürecinden açığa çıkan ışıma enerjisidir. Termonükleer bir reaktör olan güneşten

çeşitli dalga boylarında (62 MW/m2) enerji yayılmakta ve güneşin bütün

yüzeyinden yayılan enerjinin sadece iki milyarda biri yeryüzüne gelmektedir.

Dünyaya güneşten, 150 milyon km kat ederek gelen enerji, dünyada bir yılda

kullanılan enerjinin yaklaşık 15 bin katıdır (EİE, 2017).

Güneş enerjisinin atmosfer dışındaki ışınım değeri yaklaşık 1.370 W/m2‘dir.

Güneş enerjisinin yeryüzündeki dağılımı dünyanın şekli nedeniyle büyük

farklılıklar göstermekte olup, dünyaya gelen ortalama güneş enerjisi 0 – 1.100

W/m2 mertebesindedir. Güneş radyasyonunun enerji olarak %46’sı spektrumun

kızılötesi bölgesinde, %45’i görünür ışık bölgesinde geri kalan yüzdesi de mor

ötesinde bulunur (EİE,2017).

Güneş ışınımının tamamı yer yüzeyine ulaşmaz, %30 kadarı dünya atmosferi

tarafından geriye yansıtılır, %50’si atmosferi geçerek dünya yüzeyine ulaşır.

Güneşten gelen ışınımının %20’si ise, atmosfer ve bulutlarda tutulur. Bu enerji ile

Dünya’nın sıcaklığı yükselir ve yeryüzünde yaşam mümkün olur. Rüzgâr

hareketlerine ve okyanus dalgalanmalarına da bu ısınma neden olur. Yer

yüzeyine gelen güneş ışınımının %1’den azı bitkiler tarafından fotosentez

olayında kullanılır. Bitkiler, fotosentez sırasında güneş ışığıyla birlikte

karbondioksit ve su kullanarak, oksijen ve şeker üretirler. Fotosentez,

yeryüzünde bitkisel yaşamın kaynağıdır. Dünya’ya gelen bütün güneş ışınımı,

sonunda ısıya dönüşür ve uzaya geri verilir (EİE, 2017).

Güneş enerjisinden yararlanma konusundaki çalışmalar özellikle 1970’lerden

sonra hız kazanmış, güneş enerjisi sistemleri, teknolojik olarak ilerleme ve

maliyet bakımından düşme göstermiş ve güneş enerjisi çevresel bakımdan temiz

bir enerji kaynağı olarak kendini kabul ettirmiştir (Ateş vd., 2009).

34

4.1. Türkiye’de Güneş Enerjisi

Türkiye, bilinen kaynakları itibarıyla enerji fakiri bir ülkedir. Mevcut durumda,

tükettiği enerjinin %72'sini ithal etmektedir. 2012 yılında Türkiye enerji

piyasasının toplam parasal büyüklüğü 84 Milyar dolar civarındadır. Bu tutarın

60,1 milyar doları ithal edilmiştir. Türkiye de bu açığın kapatması için en büyük

kaynak “yenilenebilir enerjidir.” Yenilenebilir enerji kaynakları içinde en büyük

olanı, “Güneş Enerjisi” dir. Türkiye güneş kuşağı olarak adlandırılan bir bölgede

bulunmaktadır. Güneş enerjisi açısından zengin bir ülkedir. Türkiye bir yılda 380

MWh güneş elektriği potansiyeline sahiptir (Tablo 1). Türkiye’nin bu

zenginliğinin nedeni Şekil 1'de görüldüğü gibi, güneş kuşağı olarak adlandırılan

ve fazla ışınım alan kırmızı bölge üzerinde olmasıdır. Türkiye ile birlikte, İspanya,

İtalya, Yunanistan, İsrail, Suriye, Mısır, Suudi Arabistan, Libya, Cezayir, Fas, Iran,

Pakistan, Çin, Japonya, Amerika, Meksika, Güney Afrika ve Avustralya güneş

kuşağı üzerinde yer almaktadır (Altuntop ve Erdemir, 2013).

Şekil 4.1. Dünya Genelinde Güneş Işınımını En Fazla Alan Bölgeler (EİE, 2017)

Türkiye, güneş kuşağı içerisinde olup, yıllık güneşlenme süresi 2.640 saattir.

Bölgelere göre bu değer 3.016 saat ile 1.966 saat arasında değişmektedir.

Türkiye’de güneş ışınım şiddetinin yıllık ortalaması 3.7 kWh/m2.gün ile 1.5

kWh/m2.gün arasında değişir. Bölgelerin yıllık ortalaması ise 4.0 kWh/m2.gün ile

2.9 kWh/m2.gün sınırları arasında bulunmaktadır. Türkiye’nin tüm yüzeyine bir

35

yılda düşen güneş enerjisi 975 × 1012 kWh kadardır. Bir başka anlatımla, güneş

Türkiye için 376 TW (1 TW = 106 MW) güç kaynağı demektir. Bu değer kurulu

elektrik santrallarımızın 7.880 katına eşdeğerdir (EİE, 2017).

Türkiye’nin üzerine gelen güneş enerjisinin bütününün enerji üretim amacıyla

kullanılması söz konusu olamaz. Ancak genel enerji bilançosu için brüt güneş

enerjisi potansiyeli, alınan güneş enerjisinin %2,5’i kadar olup, 24 × 1015 kWh/yıl

düzeylerindedir. Teknolojik kısıtlar altında teknik potansiyel ise 278 milyar

kWh/yıl olarak tahmin edilmektedir. Teknik potansiyelin %18’i kadar olan

50.000 GWh/yıl Türkiye’nin uzun dönemde elektrik üretiminde

hedefleyebileceği güneş enerjisi teknik potansiyeli varsayılabilir (Ateş vd., 2009).

Enerji ve Tabii kaynaklar Bakanlığı Yenilenebilir Enerji Genel Müdürlüğü, Güneş

Enerjisi Potansiyel Atlası (GEPA)’na göre ülkemizin güneşi enerjisi potansiyeli

Şekil 4.2’de verilmiştir. Ayrıca, yine aynı kurumun ülkemiz için vermiş olduğu

global radyasyon değerleri ve güneşlenme süreleri Şekil 4.3 ve şekil 4.4’te

gösterilmiştir. Buradan da görüleceği üzere yüksek miktarda güneş enerjimiz

vardır.

Şekil 4.2. Ülkemizin toplam güneş radyasyonu (GEPA, 2017)

36

Şekil 4.3. Türkiye Global Radyasyon Değerleri (KWh/m2-gün) (GEPA, 2017)

Şekil 4.4. Türkiye Güneşlenme Süreleri (Saat) (GEPA, 2017)

Akdeniz bölgesi güneşlenme süresi bakımından ülkemizde ikinci sırada yer

almaktadır. Türkiye’de bölgelere göre güneş enerjisi potansiyeli Tablo 1’de, bu

çalışmaya konu olan Antalya ili için güneş enerjisi verileri ise Tablo 2’de

verilmiştir. Şekil 1 ve Şekil 2’de Tablo 1 ve 2’deki veriler görsel olarak

sunulmuştur.

37

Şekil 3 ve 4’de ise Isparta ili güneşlenme süresi değerlerinin ve toplam güneş

enerjisi radyasyon değerlerinin aylara göre dağılımları verilmiştir. Grafik ve

tablolarda ki değerleri yorumlayacak olursak (Şekil 4.6, 4.7) Isparta ili

güneşlenme sürelerinin ciddi potansiyel değerler barındırdığından

bahsedebiliriz.

Şekil 4.5. Isparta ili toplam güneş radyasyonu (GEPA, 2017)

Şekil 4.6. Isparta Global Radyasyon Değerleri (KWh/m2-gün) (GEPA, 2017)

38

Şekil 4.7. Isparta Güneşlenme Süreleri (Saat) (GEPA, 2017)

39

5. TERMODİNAMİK ANALİZ

Termodinamiğin birinci yasası enerjinin değişik biçimleri arasındaki ilişkilerini

ve enerji etkileşimlerinden bahsetmektedir. Kütle ve enerjinin korunumu

ilkesine dayanmaktadır. Termodinamiğin birinci yasası bir hal değişiminin yönü

üzerinde herhangi bir kısıtlama koymamaktadır. Birinci yasa, enerjinin

niceliğiyle, ikinci yasa ise niteliğiyle ilgilenmektedir.

Kütlenin korunumu ilkesi bir hal değişimi boyunca sistemde olan net kütle

geçişinin, aynı hal değişiminde sistemde meydana gelen toplam kütle değişimine

eşit olduğunu ifade eder.

∑ mሶ g − ∑ mሶ ç = ∆mሶ sistem (5-1)

Sistemde kütle değişimi olmadığı için; ∆𝑚ሶ 𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚 ise;

∆mሶ sistem = 0 (5-2)

Enerjinin korunumu ilkesi, bir hal değişimi sırasında kapalı bir sistemin toplam

enerjisindeki net değişim sisteme giren toplam enerji ile sistemden çıkan toplam

enerjinin farkına eşit olduğunu ifade eder.

Eg − Eç = ∆Esistem (5-3)

Enerji geçişi ısı, iş ve kütle biçimlerinde olur ve net geçiş miktarı giren ve çıkan

enerji miktarlarının farkına eşittir. Enerjinin korunumu daha açık bir şekilde

aşağıdaki gibi yazılır:

EK − EP = WS (5-4)

Akışkanın birim kütlesinin enerjisi olduğundan sürekli akışlı açık bir sistemde ısı,

iş ve kütle ile aktarılan enerji için enerjinin korunumu denklemi aşağıdaki gibidir;

40

Qሶg + Wሶ

g − ∑ mሶ g (h +V2

2+ gz) = Qሶ

ç + Wሶç − ∑ mሶ ç (h +

V2

2+ gz) (5-5)

Yukarıdaki denklemde kinetik ve potansiyel enerjiler ihmal edilirse genel enerji

denklemi aşağıdaki şekilde elde edilir.

Qሶ − Wሶ = ∑ mሶ çhç − ∑ mሶ ghg (5-6)

5.1. Parabolik Oluk Tipi Güneş Kollektörü Hesaplamaları

Parabolik oluk kollektörü, parabolik çanak kollektörü yoğunlaştırıcı toplayıcılar

geometrisine bağlı olarak güneş ışınını doğru üzerine yoğunlaştırma yaparak

parabolik oluk kollektörde 400 oC sıcaklığa, üç boyutlu yani çanak kollektörlerde

ise 1400oC sıcaklığa kadar çıkarabilmektedir. Parabolik oluk kollektörlü güneş

enerjisi toplayıcılarıyla belirli sıcaklıklarda kızgın su, doymuş buhar ve kızgın

buhar elde etmek mümkündür. Elde edilen kızgın su ya da buhar enerjisi endüstri

tesislerinde direkt olarak kullanılabilir. Dünyada güneşten elde edilen kızgın

buhar ile çalışan birçok termik santral bulunmaktadır (Güneş Sistemleri, 2017).

Parabolik oluk tipi güneş kollektörünün şematik gösterimi Şekil 5.1’de verilmiştir

(Kızılkan, vd., 2016)

Şekil 5.1. Parabolik oluk tipi güneş kollektörünün şematik gösterimi (Kızılkan,

vd., 2016)

41

Parabolik oluk tipi güneş kollektörünün (PTSC) termodinamik hesaplamaları için

Kalogirou (2009)’dan faydalanılmıştır. PTSC içerisinde dolaşan akışkanın taşıdığı

yararlı enerji aşağıdaki formülden elde edilir:

Qሶu = mሶ (Tout − Tin) (5-7)

Burada Qሶu yararlı enerji, T sıcaklık, out ve in indisleri sırasıyla giriş ve çıkış, mሶ

ise akışkan debisidir. Ayrıca, bu yararlı enerji aşağıdaki formülden de

hesaplanabilir:

Qሶu = FR[SAa − ArUL(Tin − Ta)] (5-8)

Burada, FR ısı taşıma faktörü, S soğurulan güneş radyasyonu, Aa kollektör

gölgelenmemiş apertür alanı, Ar toplayıcı alanı, UL kollektör toplam ısı kayıp

katsayısı, alt indisler i ve a ise giriş ve ortam şartlarını ifade etmektedir. Kollektör

gölgelenmemiş apertür alanı,

Aa = (wa − Dc,o)L (5-9)

Formülünden hesaplanır. Burada wa apertür genişliği, Dc,o cam kılıf dış çapı, L

uzunluktur. Isı taşıma faktörü FR, aşağıdaki şekilde ifade edilir.

FR =mሶ Cp

ArUL[1 − exp (−

ULF′Ar

mሶ Cp)] (5-10)

Burada F’ kollektör verim faktörüdür;

F′ =

1

UL1

UL+

DohfiDi

+(Do2k

lnDoDi

)=

Uo

UL (5-11)

UL kollektör toplam ısı kayıp katsayısı aşağıdaki denklikten hesaplanır:

42

UL = [Ar

(hc,ca+hr,ca )Ac+

1

hr,rc]

−1

(5-12)

Burada, hc taşınım (rüzgâr) ısı transfer katsayısı, hr ışınım ısı transfer katsayısı,

Ac cam kılıf alanıdır. Ayrıca, ca alt indisi kılıftan ortama ve rc alt indisi

toplayıcıdan kılıfa durumu temsil etmektedir. Taşınım ısı transfer katsayısı

aşağıdaki eşitlikten bulunur:

hc,ca =Nu ka

Dc,o (5-13)

Burada, Nu, Nusselt sayısı ve ka havanın ısıl iletkenliğidir. Kılıftan ortama olan

ışınımla ısı transfer katsayısı aşağıda verilmiştir.

hr,ca = εcσ(Tc + Ta)(Tc2 + Ta

2) (5-32)

Burada, εc cam kılıf yayınım katsayısı, σ Stefan–Boltzmann katsayısıdır.

Toplayıcıdan kılıfa olan ışınımla ısı transfer katsayısı ise aşağıdaki eşitlikten

bulunur:

hr,rc =σ(Tr

2+Tc2)(Tr+Tc)

1

εr+

ArAc

(1

εc−1)

(5-14)

Burada, εr toplayıcı yayınım katsayısı ve r altindisi ise toplayıcıyı temsil

etmektedir. Cam kılıf sıcaklığı Tc aşağıda verilmiştir.

Tc =Arhr,rcTr+Ac(hr,ca+hc,ca)Ta

Arhr,rc+Ac(hr,ca+hc,ca) (5-15)

Toplam ısı transfer katsayısı Uo ise aşağıdaki eşitlikten belirlenir;

Uo = [1

UL+

Do

hc,irDi+

Do lnDoDi

2kr]

−1

(5-16)

43

Yukarıdaki denklemde hc,ir toplayıcı tüp içerisindeki taşınımla ısı transfer

katsayısı ve kr toplayıcı tüpün ısıl iletkenliğidir.

5.2. Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi Termodinamik Analizi

Yukarıda verilen genel termodinamik eşitler kullanılarak absorbsiyonlu soğutma

sisteminin termodinamik analizi aşağıda verilmiştir. Şekil 3.1 de gösterilen

absorbsiyonlu soğutma sisteminde 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 noktalarında ki

konsantrasyonlar birbirine eşittir.

X1 = X2 = X3 (5-17)

X4 = X5 = X6 (5-18)

Absorbsiyonlu soğutma sistemine ait diğer bağıntılar ise aşağıda sırasıyla

verilmiştir.

Absorber

mሶ 1 = mሶ 6 + mሶ 10 (5-19)

mሶ 1X1 = mሶ 6X6 + mሶ 10X10 (5-20)

QሶA = mሶ 6h6 + mሶ 10h10 − mሶ 1h1 (5-21)

44

Jeneratör

mሶ 3 = mሶ 4 + mሶ 7 (5-22)

mሶ 3X3 = mሶ 4X4 + mሶ 7X7 (5-23)

QሶG = mሶ 7h7 + mሶ 4h4 − mሶ 3h3 (5-24)

Kondanser

mሶ 7 = mሶ 8 (5-25)

X7 = X8 (5-26)

QሶC = mሶ 7h7 − mሶ 8h8 (5-27)

45

Evaperatör

mሶ 9 = mሶ 10 (5-28)

X9 = X10 (5-29)

QሶE = mሶ 10h10 − mሶ 9h9 (5-30)

Isı Değiştirici

mሶ 2 = mሶ 3 (5-31)

X2 = X3 (5-32)

mሶ 4 = mሶ 5 (5-33)

X4 = X5 (5-34)

QሶHEX = mሶ 2h2 + mሶ 4h4 = mሶ 3h3 + mሶ 5h5 (5-35)

46

Pompa

mሶ 1 = mሶ 2 (5-36)

X1 = X2 (5-37)

WሶP = mሶ 2h2 − mሶ 1h1 (5-38)

Dolaşım oranı

FR =mሶ S

mሶ R=

X4

X4− X1 (5-39)

FR =mሶ 1

mሶ 7=

X4

X4− X1 (5-40)

Performans Katsayısı

COP =Qሶ E

Qሶ G (5-41)

COPCarnot =TE

(TC−TE)

(TG−TA)

TG ⇒

TE(TG−TA)

TG(TC−TE) (5-42)

5.3. Akışkan Çiftlerinin Termodinamik Özellikleri

Güneş enerjisi destekli absorbsiyonlu soğutma sisteminin analizinin

yapılabilmesi için ilk önce soğutma sisteminde kullanılan akışkan çiftlerinin

termodinamik özellik denklemleri elde edilmiştir. Bazı akışkan çiftlerinin

termodinamik özellik bağıntıları bazı kaynaklardan doğrudan alınmıştır.

47

Termodinamik özellik bağıntıları elde edilemeyen akışkan çiftlerinin özellik

bağıntıları ise termofiziksel özellikleri kullanılarak formüle edilmiştir.

Lityum Bromür – Su (LiBr-H2O)

Lityum Bromür-Su akışkan çiftinin basınç değeri aşağıdaki formülle bulunur

(Rubio-Maya vd., 2012):

Pi = exp (9.48654 + 3892.7

42.6776−Ti) (5-43)

Burada;

X5= 49.04+1.125(T5−T4)

134.65+0.47T5 (5-44)

X8= 49.04+1.125(T1−T2)

134.65+0.47T1 (5-45)

Entalpi değeri;

hi= 104.753 + (4.1868Ti – 104.67) (5-46)

Amonyak – Su (NH3-H2O)

Amonyak-Su akışkan çiftinin doyma basıncı ifadesi (Sun, 1998);

LogP(T, X)= A- B

(𝑇+273,16) (5-47)

Burada;

A = 7,44 – 1,767X + 0,9823X2 + 0,3627X3 (5-48)

B = 2013,8 – 2155X + 1540,9𝑋2- 194,7𝑋3 (5-49)

48

Entalpi değeri;

h(T,X) = 100 ∑ ai(T+273.16

273.16− 1)mi16

i=1 Xni (5-50)

Burada;

�� = 18.015𝑋

18.015𝑋+17.03(1−𝑋) (5-51)

Eşitliklerdeki katsayılar Çizelge 5.1.’de verilmiştir.

Çizelge 5.1. Amonyak su entalpi formül katsayıları (Sun, 1998)

Amonyak – Lityum Nitrat (NH3-LiNO3)

Amonyak – Lityum Nitrat akışkan çiftinin basınç ifadesi (Sun, 1998);

LnP = A + 𝐵

𝑇 (5-52)

Burada;

A = 16.29 + 3.859(1 − 𝑋)3 (5-53)

i mi ni ai i mi ni ai

1 0 1 7,61080. 100 9 2 1 2,84179. 100

2 0 4 2,56905. 101 10 3 3 7,41609. 100

3 0 8 -2,47092. 102 11 5 3 8,91844. 102

4 0 9 3,25952. 102 12 5 4 -1,61309. 103

5 0 12 -1,58854. 100 13 5 5 6,22106. 102

6 0 14 6,19084. 101 14 6 2 -2,07588. 102

7 1 0 1,14314. 101 15 6 4 -6,87393. 100

8 1 1 1,18157. 101 16 8 0 3,50716. 100

49

B = -2802- 4192(1 − 𝑋)3 (5-54)

Entalpi değeri;

h (T,X) = A + B(T – 273.15) + 𝐶(T − 273.15)2+𝐷(T − 273.15)3 (5-55)

A = -215 + 1570(0.54 − X)2 Eğer X ≤ 0.54 (5-56)

A = -215 + 689(X − 0.54)2 Eğer X ≥ 0.54 (5-57)

B = 1.15125 + 3.3826X (5-

58)

C = 10−3(1.099+2.3965X) (5-

59)

D= 10−5(3.93333X) (5-

60)

Amonyak – Sodyum Tiyosiyanat (NH3-NaSCN)

Amonyak – Sodyum Tiyosiyanat akışkan çiftinin basınç değeri (Sun, 1998);

LnP = A + 𝐵

𝑇 (5-

61)

A = 15.7266 – 0.298629X (5-

62)

B = -2548.65 – 2621.92(1 − 𝑋)3 (5-

63)

50

Entalpi değeri;

h (T,X) = A + B(T – 273.15) + 𝐶(T − 273.15)2+𝐷(T − 273.15)3 (5-

64)

A = 79.72 – 1072X + 1287. 9 𝑋2- 295.67𝑋3 (5-65)

B = 2.4081 – 2.2814X + 7.9291 𝑋2- 295.67𝑋3 (5-

66)

C = 10−2(1.255-4 𝑋2- 3.33𝑋3) (5-

67)

D = 10−5(-3.33+10 𝑋2- 3.33𝑋3) (5-

68)

Monometilamin – Su (CH3NH2-H2O)

Monometilamin – Su akışkan çiftinin basınç değeri (Romeo vd., 2005)

P = 𝑎𝑒[𝑏(−1

𝑇)] (5-

69)

a = ƒ(𝑥) = ∑ 𝑎𝑖6𝑖=0 𝑥𝑖 (5-

70)

b = ƒ(𝑥) = ∑ 𝑏𝑖3𝑖=0 𝑥𝑖 (5-

71)

Yukarıdaki denklemlerde kullanılan sabitler çizelge 5.2’de verilmiştir.

51

Çizelge 5.2. Monometilamin su basınç formül katsayıları (Romeo vd., 2005)

𝑎0 𝑎1 𝑎2 𝑎3 𝑎4

786,778.05 -1,844,610.00 562,720.14 1.752200.00 -1,124,410.00

𝑏0 𝑏1 𝑏2 𝑏3

5054.24 -2694.00 -1409.40 2186.33

Entalpi ifadesi;

ℎ𝑣= ƒ(𝑥𝑣) = 4.1868 ∑ 𝑐𝑖2𝑖=0 𝑥𝑣

𝑖 (5-72)

𝑐(i) = ƒ(𝑃) = d(i,0)+d(i,1)P+d(i,2)𝑃2 (5-73)

Denklem 5.72 ve 5.73’deki katsayılar Çizelge 5.3’te verilmiştir.

Çizelge 5.3 Monometilamin su entalpi formül katsayıları (Romeo vd., 2005)

d(0,0) 628.78226 d(0,1) -3.08167 d(0,2) -0.00688

d(1,0) 9.07855 d(1,1) -0.01875 d(1,2) 0.0000179439

d(2,0) -0.56553 d(2,1) 0.00144 d(2,2) -2.84255E-07

Aseton – Çinko Bromit (Ac-ZiBr2)

Aseton – Çinko Bromit akışkan çiftinin basınç ifadesi (Ajip ve Karno, 2008);

Psacetone−zinc bromide= exp∑ ∑ aij2j=0

2i=0 . Ti. xj (bar) (5-

74)

Denklem 5-74’deki katsayılar Çizelge 5.4’te gösterilmiştir.

Çizelge 5.4. Aseton çinko bromit basınç formül katsayıları (Ajip ve Karno, 2008)

𝑎00 -2.41E+0 𝑎10 5.35E-2 𝑎20 -2.13E-4

𝑎01 1.72E-2 𝑎11 -1.16E-4 𝑎21 3.66E-6

𝑎02 -5.58E-4 𝑎12 2.38E-6 𝑎22 -4.61E-8

52

Entalpi ifadesi;

ℎAc−ZiBr2= ∑ ∑ aij4j=0

2i=0 . xi. Tj (5-

75)

Denklem 5-75’deki katsayılar Çizelge 5.5’te gösterilmiştir.

Çizelge 5.5. Aseton çinko bromit entalpi formül katsayıları (Ajip ve Karno, 2008)

Lityum bromür- Çinko Bromit (2LiBr-ZnBr2)

Lityum bromür- Çinko Bromit akışkanı için termodinamik özellik denklemleri,

akışkan çiftinin termofiziksel özellikleri kullanılarak elde edilmiştir. Akışkan

çiftinin doyma bacıncı;

𝑃 = k + jT + iT2 + hT3 + gT4 + fT5 + eT6 + dT7 + cT8 + bT9 + aT10 (5-76)

Denkleminden elde edilir. Akışkan çiftinin diğer termodinamik özellikleri ise

aşağıdaki denklemler yardımıyla elde edilmiştir.

Doymuş Sıvı Entalpisi

ℎ𝑠 = k+jx + ix2 + hx3 + gx4 + fx5 + ex6 + dx7 + cx8 + bx9 + ax10 (5-

77)

Doymuş Buhar Entalpisi

ℎ𝑏 = k + jx + ix2 + hx3 + gx4 + fx5 + ex6 + dx7 + cx8 + b x9 + ax10 (5-78)

𝑎00 176.64E+0 𝑎10 -2.95E+0

𝑎01 1,892E+0 𝑎11 -1.31E-2

𝑎02 -1,616E-4 𝑎12 2.8735E-5

𝑎03 1,486E-5 𝑎13 -5.02E-7

𝑎04 -2,439E-8 𝑎14 1,755E-9

53

Kızgın buhar entalpisi (5 - 1500 kPa)

ℎ𝑏 = a + b P + c ln(T) + d P2 + e ln(T)2 + f P ln(T) + g P3 + h ln(T)3 +

i P ln(T)2 + j P2 ln(T) (5-79)

Karışımın basıncı

𝑃 =a+bx+cT+dx2+eT2+fxT+gx3+hT3+ixT2+jx2T

10 (5-80)

Karışımın Entalpisi

ℎ = a + bT + cx + dT2 + ex2 + fTx + gT3 + hx3 + iTx2 + jT2x (5-

81)

Yukarıdaki denklemlerde kullanılan sabit katsayılar ise, Çizelgeler 5-6 ile 5-11

arasında verilmiştir.

Çizelge 5.6. Lityum bromür – Çinko bromit basınç formülü katsayıları

a 7.695762136E-20 b -6.175093017E-17 c 2.114634251E-14 d -4.04621493E-12 e 4.702186432E-10 f -3.113473697E-8 g 1.771876082E-6 h -1.191695289E-5 i 0.001966638503 j 0.04113670405 k 0.6166802413

54

Çizelge 5.7. Lityum bromür – Çinko bromit doymuş sıvı entalpisi formülü katsayıları

a 1.198723558E-19 b -8.715516055E-17 c 2.564625434E-14 d -3.768616343E-12 e 2.51110601E-10 f 1.436864948E-9 g -1.352442602E-6 h 8.858021978E-5 i -0.002620384262 j 4.220435049 k -0.0290796850

Çizelge 5.8. Lityum bromür – Çinko bromit doymuş buhar entalpisi formülü katsayıları

a -8.192729265E-19

b 7.370399566E-16 c -2.824994197E-13 d 6.032451847E-11 e -7.872859509E-9

f 6.478522515E-7

g -3.347725703E-5 h 0.001041345612

i -0.01854995608 j 1.992450501 k 2500.13414

Çizelge 5.9. Lityum bromür – Çinko bromit kızgın buhar entalpisi formülü katsayıları

a 810.8777793 b -0.8137600595 c 1313.271378 d 2.722951297E-5 e -345.959699 f 0.1838296879 g 3.771183342E-9 h 32.4179612 i -0.007178805015 j -7.826736231E-6

55

Çizelge 5.10. Lityum bromür – Çinko bromit basınç formülü katsayıları

a -882.4435045 b 58.65340816 c -25.96773546 d -1.134230657 e 0.205955814 f 0.661421856 g 0.006468192 h 0.00092548 i -0.00473342 j -0.002750238

Çizelge 5.11. Lityum bromür – Çinko bromit entalpi formülü katsayıları

a 163.921671 b 4.043184398 c -4.057746428 d 0.002290814 e 0.022126381 f -0.060250205 g 2.79E-6 h -1.09E-5 i 0.000405393 j -4.59E-5

Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat (H2O-LiBr LiNO3)

Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat akışkan çiftinin termodinamik özellikleri,

termofiziksel özellikleri kullanılarak formüle edilmiştir.

Doyma basıncı

𝑃 = k + jT + iT2 + hT3 + gT4 + fT5 + eT6 + dT7 + cT8 + bT9 + aT10 (5-82)

Doymuş Sıvı Entalpisi

ℎ𝑠 = k+jx + ix2 + hx3 + gx4 + fx5 + ex6 + dx7 + cx8 + bx9 + ax10 (5-83)

56

Doymuş Buhar Entalpisi

ℎ𝑏 = k + jx + ix2 + hx3 + gx4 + fx5 + ex6 + dx7 + cx8 + b x9 + ax10 (5-

84)

Kızgın buhar entalpisi (5 - 1500 kPa)

ℎ𝑘𝑏 = a + bP + cLn(T) + dP2 + eLn(T)2 + fPLn(T) + gP3 + hLn(T)3 +

PLn(T)2 + jP2Ln(T) (5-85)

Karışımın Basıncı

𝑋 = a + b T + c Ln(P) + d T2 + e Ln(P)2 + f T Ln(P) + g T3 + h Ln(P)3 +

i T Ln(P)2 + j T2Ln(P) (5-86)

Karışımın Entalpisi

ℎ = 𝑎 +𝑏

𝑇+ 𝑐𝑥 +

𝑑

𝑇2 + 𝑒𝑥2 +𝑓 𝑥

𝑇+

𝑔

𝑇3 + ℎ𝑥3 +𝑖𝑥2

𝑇+

𝑗𝑥

𝑇2 (5-87)

Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat akışkan çiftinin termodinamik özelliklerini

veren 5-82 ile 5-87 arasındaki denklemlerdeki katsayılar aşağıdaki tablolarda

verilmiştir.

Çizelge 5.12. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat suyun basıncı formülü katsayıları

a 7.695762136E-20 b -6.175093017E-17 c 2.114634251E-14 d -4.04621493E-12 e 4.702186432E-10 f -3.113473697E-8 g 1.771876082E-6 h -1.191695289E-5 i 0.001966638503 j 0.04113670405 k 0.6166802413

57

Çizelge 5.13. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat doymuş sıvı entalpisi formülü katsayıları

a 1.198723558E-19 b -8.715516055E-17 c 2.564625434E-14 d -3.768616343E-12 e 2.51110601E-10 f 1.436864948E-9 g -1.352442602E-6 h 8.858021978E-5 i -0.002620384262 j 4.220435049 k -0.0290796850

Çizelge 5.14. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat doymuş buhar entalpisi formülü katsayıları

a -8.192729265E-19

b 7.370399566E-16 c -2.824994197E-13 d 6.032451847E-11 e -7.872859509E-9

f 6.478522515E-7

g -3.347725703E-5 h 0.001041345612

i -0.01854995608 j 1.992450501 k 2500.13414

Çizelge 5.15. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat kızgın buhar entalpisi formülü katsayıları

a 810.8777793 b -0.8137600595 c 1313.271378 d 2.722951297E-5 e -345.959699 f 0.1838296879 g 3.771183342E-9 h 32.4179612 i -0.007178805015 j -7.826736231E-6

58

Çizelge 5.16. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat basınç formülü katsayıları

a=0.045307632 b=0.026681917 c=-0.453117899 d=-0.000388775 e=-0.113262354 f=0.013088891 g=1.67E-06 h=-0.009457263 i=0.001188268 j=-7.50E-05

Çizelge 5.17. Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat basınç formülü katsayıları

a=997.3451235 b=-72967.58877 c=-1078.260936 d=3733309.46 e=976.1971145 f=18570.17566 g=-71285206.02 h=-17.96865105 i=-8228.188799 j=-179687.0663

59

6. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA

Güneş enerjisi destekli absorbsiyonlu soğutma sisteminin farklı akışkanlar için

yapılan termodinamik analizlerde aşağıdaki kabuller yapılmıştır.

1. Sistemin termodinamik analizi sürekli rejim şartlarında yapılmıştır.

2. Jeneratörden ayrılan soğutucu akışkan buharının sıcaklığı ve basıncı,

jeneratör sıcaklığı ve basıncındadır.

3. Yoğuşturucudan ayrılan soğutucu akışkan, doymuş sıvı şartlarında saf

sudur ve yoğuşturucu sıcaklığında yoğuşturucudan çıkmaktadır.

4. Buharlaştırıcıdan ayrılan soğutkan buharı, kuru doymuş buhar

şartlarında ve buharlaştırıcı sıcaklığındadır.

5. Absorberden ayrılan eriyik, absorber basınç ve sıcaklığında denge

halindedir.

6. Jeneratörden ayrılan eriyik, jeneratör sıcaklığı ve basıncında denge

halindedir.

7. Sistemdeki basınç kayıpları ihmal edilmiştir.

8. Absorber, jeneratör, yoğuşturucu ve buharlaştırıcı gibi elemanların

çevreye ısı kaybı yoktur.

9. Sisteme iş girişi ihmal edilmiştir.

Yukarıda yapılan kabuller ışığında öncelikle 20 kW’lık bir soğutma kapasitesi için

absorbsiyonlu soğutma sisteminin 8 farklı akışkan için performans analizi

yapılmıştır. Bu maksatla tüm farklı akışkanlar için yapılan analizler neticesinde,

farklı sistem parametrelerinin değişimiyle sistem performansının değişimi

incelenmiş ve parametrik çalışma yapılmıştır.

Şekil 6.1’de farklı yoğuşturucu sıcaklıklarında jeneratör sıcaklığının soğutma

performans katsayısına (COPs) etkisi görülmektedir. Jeneratör sıcaklığının

artmasıyla Ac-ZnBr2, CH3-NH2, NH3-NaSCN, 2LiBr+ZnBr2-H2O dışındaki

akışkanlar için COP larda bir artışın olduğu söylenebilir.

60

Şekil 6.1. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile COPS’in değişimi

Şekil 6.2’de jeneratör sıcaklığının ısıtma performans katsayısına (COPi) etkisi

görülmektedir. Jeneratör sıcaklığının artmasıyla LiBr-H2O ve NH3-H2O belirli bir

sıcaklıktan sonra COP değerinde artış görülmüştür. Grafikte Ac-ZnBr2 Jeneratör

sıcaklığı artışında COP değerinde düşüş gözlenmiştir. Diğer akışkan çiftlerinde

olağan bir değişim görülmemiştir.

Şekil 6.2. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile COPi’in değişimi

61

Jeneratör sıcaklığının değişimiyle dolaşım oranının değişimi (ff) Şekil 6.3’te

görülmektedir. Jeneratör sıcaklığının artmasıyla LiBr2+LiNO3-H2O ve Ac-ZnBr2

akışkan çiftlerinde artış diğer akışkan çiftelerinde ise azalma görülmüştür.

Şekil 6.3. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile dolaşım oranı ff’in değişimi

Jeneratör sıcaklığı değişiminin konsantrasyon oranına etkisi Şekil 6.4’te

verilmiştir. Jeneratör sıcaklığının artmasıyla LiBr2+LiNO3-H2O, LiBr-H2O ve Ac-

ZnBr2 akışkan çiftlerinin konsantrasyonlarında artış diğer akışkan çiftelerinde

ise azalma görülmüştür.

62

Şekil 6.4. Jeneratör sıcaklığı (TG) ile konsantrasyon oranının değişimi

Absorber sıcaklığının değişimiyle soğutma performans katsayısına (COPS), ısıtma

performans katsayısına (COPİ), dolaşım oranına ve konsantrasyon oranına etkisi

şekiller 6-5 ile 6-8’de verilmiştir. Absorber sıcaklığının artmasıyla LiBr+LiNO3-

H2O, NH3-LiNO3 ve NH3-H2O akışkan çiftlerinin soğutma performans katsayısı

düşerken, diğer akışkan çiftlerinde sıcaklığa bağlı önemli bir değişim

görülmemektedir (Şekil 6.5). Absorber sıcaklığının artmasıyla LiBr+LiNO3-H2O

ve NH3-H2O akışkan çiftlerinin ısıtma performans katsayısı düşerken, diğer

akışkan çiftlerinde sıcaklığa bağlı önemli bir değişim görülmemektedir (Şekil

6.6). Yine absorber sıcaklığının artmasıyla 2LiBr+ZnBr2-H2O ve Ac-ZnBr2 akışkan

çiftlerinde dolaşım oranı azalırken diğer akışkan çiftleri için artma görülmektedir

(Şekil 6.7). Ayrıca absorber sıcaklığının artmasıyla LiBr+LiNO3-H2O, Ac-ZnBr2 ve

LiBr-H2O akışkan çifti konsantrasyonları artarken diğer akışkan çiftlerinin

konsantrasyonlarında azalma görülmektedir (Şekil 6.8).

63

Şekil 6.5. Absorber sıcaklığı (TA) ile COPS’in değişimi

Şekil 6.6. Absorber sıcaklığı (TA) ile COPi’in değişimi

64

Şekil 6.7. Absorber sıcaklığı (TA) ile dolaşım oranı ff’in değişimi

Şekil 6.8. Absorber sıcaklığı (TA) ile konsantrasyon oranının değişimi

Kondanser sıcaklığının değişmesiyle sistem parametrelerinin değişimi de

incelenmiştir. Kondanser sıcaklığının 25-60 oC arasında değişimiyle soğutma

performans katsayısı COPs’in değişimi Şekil 6.9’da verilmiştir. Kondanser

sıcaklığının artmasıyla LiBr2-H2O ve LiBr+LiNO3-H2O belirli bir sıcaklıkta artması

dışında akışkan çiftlerinin soğutma performans katsayılarında değişim

görülmemektedir.

65

Şekil 6.9. Kondanser sıcaklığı (TK) ile COPS’in değişimi

Kondanser sıcaklığının artmasıyla NH3-H2O ve Ac-ZnBr2 akışkan çiftleri ısıtma

performansı katsayılarında azalma, LiBr2-H2O ve LiBr+LiNO3-H2O akışkan

çiftinde artma diğer akışkan çiftlerinin ısıtma performans katsayılarında değişim

görülmemektedir (Şekil 6.10).

Şekil 6.10. Kondanser sıcaklığı (TK) ile COPi’in değişimi

66

Kondanser sıcaklığının artmasıyla LiBr+LiNO3-H2O akışkan çiftinde dolaşım

oranı azalmakta, LiBr2-H2O, NH3-LiNO3, CH3NH2-H2O akışkan çiftlerinde ise

artmakta, diğer akışkan çiftlerinde fazla bir değişim görülmemektedir (Şekil

6.11).

Şekil 6.11. Kondanser sıcaklığı (TK) ile dolaşım oranı ff’in değişimi

Kondanser sıcaklığının artmasıyla LiBr-H2O ve LiBr+LiNO3-H2O akışkan

çiftlerinin konsantrasyonlarında azalma diğer akışkan çiftlerinin

konsantrasyonlarında artma görülmektedir (Şekil 6.12).

Şekil 6.12. Kondanser sıcaklığı (TK) ile konsantrasyon oranının değişimi

67

Evaperatör sıcaklığının sistem parametreleri üzerinde etkisinin incelenmesi için

sıcaklık aralığı 5-15 oC arasında değiştirilmiştir. Evaperatör sıcaklığının

artmasıyla LiBr-H2O ve LiBr+LiNO3-H2O akışkan çiftlerinin soğutma performans

katsayılarında azalma diğer akışkan çiftlerinin soğutma performans

katsayılarında artma görülmektedir (Şekil 6.13). Şekil 6.14’te evaperatör

sıcaklığının değişimiyle ısıtma performansı katsayısı değişimi görülmektedir.

Evaperatör sıcaklığının artmasıyla NH3-H2O ve LiBr-H2O akışkan çiftlerinin

ısıtma performans katsayılarında artma diğer akışkan çiftlerinin ısıtma

performans katsayılarında ise değişim görülmemektedir. Evaperatör sıcaklığının

değişimiyle dolaşım oranının değişimi Şekil 6.15’te görülmektedir. Evaperatör

sıcaklığının artmasıyla LiBr+LiNO3-H2O, NH3-LiNO3, LiBr-H2O akışkan çiftlerinde

dolaşım oranı azalmakta diğer akışkan çiftlerinde ise değişim görülmemektedir.

Şekil 6.16’da evaperatör sıcaklığının konsantrasyon ile olan değişimi

görülmektedir. Evaperatör sıcaklığının artmasıyla Ac-ZnBr2, LiBr+LiNO3-H2O,

LiBr-H2O akışkan çiftlerinin konsantrasyonlarında azalma diğer akışkan

çiftlerinin konsantrasyonlarında ise artış görülmektedir.

Şekil 6.13. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile COPS’in değişimi

68

Şekil 6.14. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile COPi’in değişimi

Şekil 6.15. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile dolaşım oranı ff’in değişimi

69

Şekil 6.16. Evaperatör sıcaklığı (TE) ile konsantrasyon oranının değişimi

Absorbsiyonlu soğutma sisteminde, jeneratörü besleyen ısı enerjisi parabolik

oluk tipi kollektörlerden elde edildiği için kollektördeki boru uzunluğunun da

sistem çalışma şartlarına etkisi büyüktür. Bunun için sistemin soğutma kapasitesi

değiştirilmiş ve gerekli boru uzunluğu parametrik olarak belirlenmiştir. Şekil

6.17’de evaperatör kapasitesi QE ile kollektör boru uzunluğu L’nin değişimi

görülmektedir. Evaperatörün soğutma kapasitesinin artmasıyla kollektör boru

uzunluğu (dolayısıyla kollektör alanı) analizi yapılan tüm akışkan çiftleri için

artmaktadır. Bu beklenen bir durumdur. Çünkü soğutma ihtiyacı arttıkça,

absorbsiyonlu soğutma sisteminin jeneratör kapasitesi artacak ve dolayısıyla

jeneratöre ısı enerjisi sağlayan kollektör alanı da artacaktır. Şekil 18’de ise

evaperatör kapasitesi değişimi ile gerekli kollektör alanı değişimi verilmiştir.

70

Şekil 6.17. Soğutma kapasitesi QE ile kollektör boru uzunluğu L’nin değişimi

Şekil 6.18. Soğutma kapasitesi QE ile kollektör alanı A’nın değişimi

71

Şekil 6.19’ da soğutma kapasitesi (evaperatör kapasitesi) QE ile güneş radyasyonu

S’nin değişimi verilmiştir. Evaperatör soğutma kapasitesi ile ihtiyaç duyulan

güneş ışınım miktarı arasında doğrudan bir etkileşim söz konusudur. Soğutma

kapasitesi artmasıyla soğutma sistemlerinde kullanılan akışkan çiftlerinin

tümünde ihtiyaç duyulan güneş enerjisi ışınım miktarında artış görülmektedir.

Şekil 6.19. Soğutma kapasitesi QE ile güneş radyasyonu S’nin değişimi

72

7. SONUÇ VE ÖNERİLER

Bu çalışmada ilk olarak absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde kullanılan farklı

soğutucu akışkan çiftleri incelenmiş ve termodinamik formül bağıntıları

incelenmiştir. Analizlerde 8 farklı akışkan çifti kullanılmıştır. Bunlar Lityum

bromür-Çinko Bromür (2LiBr-ZnBr2), Aseton-Çinko Bromit (Ac-ZiBr2), Amonyak

Su (NH3-H2O), Lityum Bromür-Su (LiBr-H2O), Monometilamin-Su (CH3NH2-H2O),

Amonyak-Lityum Nitrat (NH3-LiNO3), Amonyak-Sodyum Tiosiyanat (NH3-

NaSCN), Su-Lityum Bromür Lityum Nitrat (H2O-LiBr LiNO3) akışkan çiftleridir.

Termodinamik analiz kısmında ise güneş enerjisi destekli absorbsiyonlu soğutma

sisteminin farklı soğutucu akışkan çiftleri için performans parametreleri

incelenmiştir. Soğutma sisteminin çalışması için gerekli ısı ihtiyacı parabolik oluk

tipi güneş kollektörlerinden elde edildiği kabul edilerek parabolik oluk tipi güneş

kollektörünün modellemesi yapılmıştır. Belirli bir soğutma kapasitesinde farklı

sistem parametreleri için absorbsiyonlu soğutma sisteminin soğutma ve ısıtma

performans katsayısı değerleri, akışkan çiftlerinin dolaşım oranları ve

konsantrasyon oranları 8 farklı akışkan çifti için parametrik olarak analiz

edilmiştir. Sonuçlara göre farklı akışkan çiftlerinin bazı parametrik değişimlerde

birbirine üstünlükleri olsa da kolay bulunabilirlik, çevresel etkiler, termodinamik

özellikler bakımından incelendiğinde LiBr-su ve amonyak-su akışkan çiftlerinin

bir adım öne çıktığı tespit edilmiştir. Hâlihazırda, ticari olarak ta bu iki akışkan

çiftinin kullanımı oldukça yaygındır. Diğer akışkan çiftlerinin ise bazıları

laboratuvar şartlarında denenmiş, bazıları çevresel etkilerden bazıları sistemde

kullanım esnasında oluşan zorluklardan dolayı ticari olarak çok fazla kullanım

alanı bulamamıştır.

İncelenen soğutucu akışkan çiftlerinin dışında, literatürde bu çalışmada

incelenmeyen farklı akışkan çiftlerine de rastlanmıştır. Özellikle kimya

konusunda çalışan bilim insanlarının, farklı akışkan çiftleri üzerinde

araştırmalarının devam ettiği görülmüştür. Bu araştırmalar, laboratuvar

şartlarındadır ve herhangi bir soğutma sistemi üzerinde deneysel olarak

incelenmemiştir. Bu yeni akışkan çiftlerinin kullanılmasıyla kurulacak

73

absorbsiyonlu soğutma sistemleri üzerinde de deneysel çalışmalar yapılması,

soğutma alanına yeni bir soluk getirecektir.

Özellikle son yıllarda enerji kullanımın büyük oranda artması, fosil kaynakların

azalıyor olması, çevresel etkiler gibi birçok nedenden dolayı her alanda alternatif

enerji kaynaklarına olan yönelme gün geçtikçe artmaktadır. Yenilenebilir enerji

kaynaklarından olan ve tükenmeyen bir enerji kaynağı olan güneş enerjisi ise

kolay kullanılabilirliği, sürekliliği yenilenebilirliği güvenli olması, çevreci olması

ve kimsenin tekelinde olmaması nedeni ile enerji tüketilen sistemlerde kullanımı

her geçen gün artmaktadır. Soğutma amaçlı enerji tüketiminin yoğun olduğu

zamanlar ve güneş ışınımının fazla olduğu zamanların birbirleriyle çakışması,

güneş enerjisinin soğutma sistemlerinde kullanımını ön plana çıkarmıştır. Bu

nedenle soğutma sistemlerinde alternatif enerji kaynaklarının kullanılması son

derece önemli hale gelmiştir. Güneş enerjisi ile uyumlu halde çalışan en yaygın

soğutma sistemlerinden birisi olan absorbsiyonlu soğutma sistemlerinin

yaygınlaştırılması için gerek teorik gerekse deneysel çalışmaların artarak devam

etmesi gerekmektedir. Yapılan bu çalışma, ileride yapılacak çalışmalara ışık

tutacaktır.

74

KAYNAKLAR

Akdemir, Ö., Güngör, A., 2001. Absorbsiyonlu Soğutma Sistemleri; Verimlerini

Artırmak İçin Geliştirilen Çevrimler. V. Ulusal Tesisat Mühendisliği

Kongresi Ve Sergisi, 3-6 Ekim, 99s, İzmir.

Akhtar, S., Khan, T.S., Ilyas, I., Alshehhi, M.S., 2015. Feasibility and Basic Design of

Solar Integrated Absorption Refrigeration for an Industry. Energy

Procedia, 75, 508 – 513.

Alelyani, S.M., Fette, N.W., Stechel, E.B., Doron, P., Phelan, P.E., 2017. Techno-

economic analysis of combined ammonia-water absorption refrigeration

and desalination. Energy Conversion and Management, 143, 493–504

Ajip S., Karno A., 2008 Thermo physical properties of acetone–zinc bromide for

using in a low temperature driven absorption refrigeration machine, Heat

Mass Transfer, 45, 61-70.

Bulut, H., 2011 Soğutma ve Klima Tekniği. Harran Üniversitesi Mühendislik

Fakültesi, Ders Notları, Şanlıurfa.

C. Rubio-Maya C., Pacheco-Ibarra J.J., Belman-Flores J.M., Galvan-Gonzales R.S.,

Mendoza-Covarrubias C., 2012, NLP model of a LiBrH2O absorption

refrigeration system for the minimization of the annual operating cost.

Applied Thermal Engineering 37, 10-18, Mexico

Çelik, A.T., 2007 Absorbsiyonlu Soğutma Sistemleri. Gebze İleri teknoloji

Enstitüsü Mühendislik Ve Fen Bilimleri Enstitüsü. Yüksek Lisans Tezi,

Gebze.

Çetingöz, A., 2015 Mersin’de Yeralan Güneş Enerjili Absorbsiyonlu Soğutma

Sisteminin Enerji Analizi. Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.

Yüksek Lisans Tezi, Adana.

75

Dixit, M., Kaushik, S.C., Arora, A., 2016. Energy And Exergy Analysis Of

Absorption- Compression Cascade Refrigeration System. Journal of

Thermal Engineering, 2(6), 995-1006.

Dixit, M., Arora, A., Kaushik, S.C., 2017. Thermodynamic and thermoeconomic

analyses of two stage hybrid absorption compression refrigeration

system. Applied Thermal Engineering, 113, 120–131.

Donate M. and et. Al. 2006 Thermodynamic evaluation of new absorbent mixtures

of lithium bromide and organic salts for absorption refrigeration

machines, International Journal of Refrigeration.

EİE 2017. Erişim Tarihi 19.12.2017. http://www.eie.gov.tr

Flores V.H.F., Román J.C., Alpírez G.M., 2014. Performance Analysis of Different

Working Fluids for an Absorption Refrigeration Cycle, American Journal of

Environmental Engineering, 4(4A), 1-10.

Grover G.S., Devotta S., Holland F.A. 1988. Thermodynamic heat pump water-

lithium design data for absorption systems operating on chloride part II.

heating, Heat Recovery Systems & CHP, Vol 8, 5, 419–423.

Goralı, E., 2007. Güneş Enerjili Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi. İstanbul Teknik

Üniversitesi Enerji Enstitüsü, Yüksek Lisans, İstanbul.

Görgülü, B., 2013. Atık Isı Kaynaklı Çift Etkili Absorbsiyonlu Soğutma Sisteminin

Termodinamik Analizi. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri

Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Isparta.

Grossman, G. 2002a Solar powered systems for cooling dehumidification and

airconditioning, Solar Energy, 72(1), 53–62.

Güneş Sistemleri 2017. Erişim Tarihi 24.12.2017. www.günesistemleri.com.

76

Idema PD 1987 Real process simulation of a LiBr/ZnBr2/CH3OH absorption heat

pump. ASHRAE Trans, 1987;93:562–74

Kaushik. S.C., Kumar R. 1985. Thermodynamic study of a two stage vapour

absorption refrigeration system using NH3 refrigerant with liquid-solid

absorbent, Energy Conversion Management, 25, 427–431

Kaynaklı, Ö., Yamankaradeniz, R., 2003 𝐻2O- LiBr Ve 𝑁𝐻3-𝐻2O Eriyiği Kullanan

Tek Kademeli Soğurmalı Soğutma Sistemlerinin Karşılaştırılması. Dokuz

Eylül Üniversitesi Fen Ve Mühendislik Dergisi, Cilt 5, (2), 73-87, İzmir.

Kent, E.F., Kaptan İ.N., 2009 İzmir İlindeki Elli Yataklı Bir Otel İçin Güneş Enerjisi

Destekli Isıtma Ve Absorbsiyonlu Soğutma Sisteminin Teorik İncelenmesi,

IX. Ulusal Tesisat Mühendisliği Kongresi, Sayı 113, 163-170

Kizilkan, O., Kabul, A., Dincer, I., 2016. Development and performance assessment

of a parabolic trough solar collector-based integrated system for an ice-

cream factory. Energy, 100, 167-176.

Kalogirou, S.A., 2009. Solar Energy Engineering: Processes and Systems.

Academic Press, 850s.

Küçük, F., 2016. Atık Isı Kaynaklı NH3-H2O Akışkanlı Absorbsiyonlu Soğutma

Sisteminin Termodinamik Analizi. Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri

Enstitüsü. Yüksek Lisans Tezi. İstanbul

Li, N., Luo, C., Su, Q., 2018. A working pair of CaCl2–LiBr–LiNO3/H2O and its

application in a single-stage solar-driven absorption refrigeration cycle.

International Journal of Refrigeration, 86, 1–13.

Mathworks, 2014. Erişim Tarihi 26.12.2014

http://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/screenshots/

9118/original.jpg.

77

Monlahasan A., 2005. Güneş Enerjili Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi, Osman Gazi

Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Enerji Anabilim

Dalı, Yüksek Lisans Tezi

Moradi, K., 2017. Çeşitli Tipteki Tek Ve Çift Kademeli Absorbsiyonlu Soğutma

Sistemlerinin Analizi. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Yüksek

Lisans Tezi. Ankara

Onaygil, S., Güler, Ö., Erkin, E., Goralı, E., 2005. Ticari Binaların Elektrik Enerjisi

Tüketiminde Aydınlatmanın Payı, III. Ulusal Aydınlatma Sempozyumu ve

Sergisi, 23-25 Kasım, 157-163, Ankara.

Özalp, M., 2004 Türkiye de Ejektörlü Absorbsiyonlu Soğutma Sistemlerinde

Güneş Enerjisinden Faydalanılması, Teknoloji, Cilt 7, (2), 297-309

Ravikumar T.S., L. Suganthi and A., Samuel 1998. Exergy analysis of solar asisted

double effect absorption refrigeration system, Renewable Energy, 14, 55–

59

Ren j., Zhao Z., Zhang X. 2011 Vapor pressures, excess enthalpies, and specific

heat capacities of the binary working pairs containing the ionic liquid 1-

ethyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate, J. Chem.

Thermodynamics, 43, 576–583

Romero R.J., Pilatowsky I., Rivera W., 2005 Monomethylamine–water vapour

absorption refrigeration system. Applied Thermal Engineering, 25, 867-

876 Temixco, Morelos, Mexico.

Safarov J.T., 2005. Study of thermodynamic properties of binary solutions of

lithium bromide or lithium chloride with methanol Fluid Phase Equilibria

236 87–95

78

Srikhirin P., and et.al. 2001 A Review of absorption refrigeration technologies,

Renewable and Sustainable Energy Reviews, 343–372.

Solum C., Koç İ., Altuntaş Y., 2011. Çift Etkili LiBr-H2O Akışkanlı Absorbsiyonlu

Soğutma Sisteminde Termodinamiksel Büyüklüklerin Sistem

Performansına Etkileri, Havacılık Ve Uzay Teknolojileri Dergisi, Ocak, Cilt

5, (1), 19-26. Ankara

Soydaş, M., 2011 Güneş Enerjisi Ön Isıtmalı Hibrit Rankine Güç Santralinin

Modellenmesi ve Bilgisayar Programının Oluşturulması. Ege Üniversitesi

Mühendislik Fakültesi, Bitirme Tezi, İzmir.

Stephan K., Schmitt M., Hebecker D., Bergmann T., 1977. Dynamics of a heat

transformer working with the mixture NaOH-H20, lnt J. Refrig, Vol. 20, 7,

483–495.

Şencan, A., 2004. Atık Isı ile Çalışan Absorbsiyonlu Sistemlerin Modellemesi,

Ekserji Analizi ve Optimizasyonu. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen

Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi.

Şencan. A., Yakut A., Selbaş R., 2005 Exergy analysis of lithiumbromide-water

systems. Renewable Energy, 30, 645–657.

Şencan. A., Yakut A., Selbaş R., 2002 Su-lityum bromid ve üçlü hidroksit

karışımlarıyla çalışan absorbsiyonlu sistemlerin performanslarının

karşılaştırılması, Yıl 5, 3-4, 7-13.

Tyagi K. P., 1991. Methylamıne-Sodıum Thiocyanate vapour absorption

refrigeration, Heat Recovery Systems & CHP, Vol 12, 3, 283–287.

Yazıcı, H., Selbaş, R., 2011 Bir Buharlı Güç Santralinin Enerji ve Ekserji Analizi

Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu Teknik‐Online Dergi, 10(1), 117‐135.

79

Zhang X., Hu D. 2011 Performance simulation of the absorption chiller using

water and ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium dimethylphosphate

as the working pair, Applied Thermal Engineering, 31, 3316-3321

Zhenyuan X., WANG R. 2017 Absorption heat pump for waste heat reuse: current

states and future development. Front Energy, 11(4): 414–436

80

ÖZGEÇMİŞ

Adı Soyadı : Hasan YILMAZ Doğum Yeri ve Yılı : Isparta, 1987 Medeni Hali : Evli Yabancı Dili : İngilizce E-posta : hasanyilmazxx@gmail.com Eğitim Durumu Lise : Isparta Gülistan Lisesi, 2004 Lisans : SDÜ, Teknik Eğitim Fakültesi, Tesisat Öğretmenliği, 2009 Lisans : SDÜ, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği, 2016 Mesleki Deneyim Metamar Mermer 2016-2017 Süleyman Demirel Teknoloji Transfer Ofisi 2017-Halen

Tar anmış Fotoğraf

(3.5cm x 3cm)