YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

Soğuk Hava Deposu Projesi

Volkan ZAFEROĞLU

05065153

İSTANBUL

2010

ÖNSÖZ

Eski zamanlardan bu yana insanlar düşük sıcaklıkların dezavantajlarının yanında avantajlarından da yararlanmasını bilmiştir. Besin maddelerinin bozulma nedenlerini bilmeden kendi kendilerine çözüm yöntemleri üretmeye çalışmışlardır. Bu soğuk koşullar mağaralar ile başlamış, yer altına gömmekten şimdiki modern soğuk oda muhafazalarına kadar gelişerek gelmiştir. İnsanoğlunu bu araştırmalara iten başlıca sebep bütün canlıların en temel ihtiyacı olan beslenme ve besin maddelerini saklama güdüsü olmuştur.

Bu projede; belirlenmiş bir besin maddesinin, kuru ve soğuk depolanmasının nasıl yapılacağını, nelere dikkat edilmesi gerektiğini ve depolama şartlarıyla beraber bir soğuk hava deposunun tüm özellikleri anlatılmaya çalışılmıştır.

Proje çalışmam sırasında bana her konuda yardımcı olup, değerli bilgilerini benimle paylaşan proje danışmanım Prof. Dr. Galip Temir ‘ e teşekkürlerimi sunarım.

İÇİNDEKİLER

ÖnsözİçindekilerGirişSemboller

BÖLÜM 1Genel Termodinamik Bilgiler ve Soğutma ve Teorik Esası Araştırması

BÖLÜM 2

2.1 Soğutmanın Tanımı 2.2 Tanımlar

BÖLÜM 3

Soğuk Depoların Kuruluş Esasları ve Yiyeceklerin Dondurulması 3.1 Mutfak Tipi Soğuk Depolar 3.2 Koltuk Soğuk Depolar 3.3 Tüketim Bölgeleri İçin Soğuk Depolar 3.4 Üretim Bölgeleri İçin Soğuk Depolar 3.5 Pazarlama Bölgeleri İçin Soğuk Depolar 3.6 Terminal, İstasyon ve Liman Tipi Soğuk Depolar

BÖLÜM 4Soğutucu Akışkanlar 4.1 Soğutucu Akışkanlar 4.2 Soğutucu Akışkanlarda Aranan Özellikler 4.3 Karışım Yoluyla Elde Edilmiş Bazı Soğutucu Akışkanlar

BÖLÜM 5Soğuk Hava Deposu Projelendirilmesi

BÖLÜM 6Sonuç ve Tartışma

SEMBOLLERA : Alan m2L : İzalasyon Kalınlığı mλ : Isı İletim Katsayısı Kcal/m h °Cα : Yuzey Film Katsayısı Kcal/m2 h °Ck : Toplam Isı İletim Katsayısı Kcal/m2 h °CQ : Isı Miktarı Kcal/hT : Sıcaklık Farkı °Cν : Ozgul Hacim m3/kgm : Kutlesel Debi kg/scp : Sabit Basıncta Ozgul Isı Kcal/kg °CP : Basınc kpaH : Entalpi kj/kgW1 : Kompresorun Teorik İşi kj/kgN1 : Kompresorun Teorik Gucu kwr : Kompresorun Sıkıstırma Oranıηi : İndike Verimηm : Mekanik VerimU : Hız m/sD : Boru Capı m

BÖLÜM 1

GENEL TERMODİNAMİK BİLGİLER VE SOĞUTMA VE TEORİK ESASI ARAŞTIRMASI

1.1 ISI : Isı enerjinin bir türüdür ve bugün mevcut ölçü cihazlarıyla direkt olarak olarak ölçülmesi mümkün değildir. Isı’nın ölçü birimi olarak soğutmacılıkta Kilo Kalori “Kcal “ (+14.5 ºC ‘ deki 1Kg suyun sıcaklığı 1 ºC artırmak için verilmesi gereken ısıdır.)

1.2 SICAKLIK : Sıcaklık bağıl bir değerdir ve maddenin ısı sıklığını ( konsantrasyonunu ) ifade eder. Genellikle bir referans noktaya göre , daha soğuk veya daha sıcak olarak ifade edilir.

1.3 AĞIRLIK : Bir cismin ,dünyanın yer çekimi kuvvetinin ,etki seviyesi o cismin “ Ağırlığı “ olarak tarif edilir.

1.4 HACİM : Bir cismin dolu bir kaptan taşırdığı sıvı miktarı olarak tarif edilir ve birimi metre küp ‘tür. Litre sık olarak kullanılan hacim biri olup 1Litre =1dm3 =0.001 m3 olmaktadır .

1.5 ÖZGÜL HACİM : Cismin birim hacminin ağırlığıdır ve daha çok , gazlar,buharlar ve hava için kullanılır. En sık rastlanan birimi m 3/kg dır .

1.6 ISINMA ISISI ( ÖZGÜL ISI ) : Birim ağırlıktaki bir kütlenin sıcaklığının ,birim sıcaklık kadar artırmak için , ilavesi gereken ısı miktarı olup her değişik tür madde için faklı olduğu gibi ,aynı maddenin değişik konumları (Katı ,Sıvı,Gaz ) içinde faklıdır.

1.7 DUYULUR ISI : Maddenin sıcaklığını değiştiren ısıya duyulur ısı adı verilir .Gizli ısı ve Duyulur ısının beraberce işlem gördüğü hallerde “Toplam ısı” söz konusu olur.Bir sıvı maddenin buharlaşma sıcaklığı , bulunduğu kaptaki basıncın seviyesine bağlı olarak değişir .Keza buharlaşma ısısı da değişik buharlaşma sıcaklıklarında birbirinden faklıdır.Örneğin normal atmosfer şartlarında su 100 ºC ‘de kaynar ve buharlaşma ısısı 538.9 Kcal /Kg’ dır.Halbuki 50 ºC ‘de 0.126 ata mutlak basınçta (690 mm Hg vakum )buharlaşma ısısı 569 Kcal /Kg ‘dır .

1.8 MÜKEMMEL GAZ VE BUHAR KARIŞIMLARI : Bir gaz + buhar karışımını oluşturan bütün bileşenler gaz halinde bulunuyorsa ,karışım doymamış haldedir .Doymamış karışımda , buharın kısmı basıncı Pb ,Pd doyma basıncından küçüktür . Eğer bir gaz buhar karışımındaki buhar , doyma basıncında ve sıcaklığında ise , karışıma doymuş karışım adı verilir . Doymuş haldeki karışım bir gaz fazı ile yoğuşma sonucu elde edilen bir sıvı veya katı fazından oluşur . Sıvı veya katı fazı gaz içinde dispers şeklinde dağılmış halde buluna bileceği gibi içerisinde bulunduğu kabın tabanında da toplanabilir.Her iki halde de, gaz fazı ile faz arasında denge mevcuttur. .Burada , sıvı veya katı fazı içerisinde erimiş halde gaz bulunmadığı ve denge halinde buharın kısmı basıncının , karışımın sıcaklığına uyan doyma basıncına eşit olduğu varsayılacaktır.

1.9 ÇİĞ NOKTASI : 1 noktasında , T1 sıcaklığında ve Pb basıncında bulunan Gaz + buhar karışımı , doymuş karışım durumundadır . Doymuş halde bulunan bu karışımın sabit sıcaklıkta sıkıştırılması ile buharın basıncı , karışım sıcaklığındaki doyma basıncına eşit olduğunda , 4 noktasına gelindiğinde karışım doymuş karışımı oluşturur . Basınç artırılmaya devam edilirse yoğuşma meydana gelir . Eğer , bir noktasındaki basınç ve sıcaklığa sahip gaz buhar karışımı (Pb=sbt ) sabit basınçta soğutulursa , karışımın basıncı sabit kaldığından karışımların kısmı basınçları da sabit kalır . Karışım 1-2 eğrisi boyunca soğur ve 2 noktasında karışım doymuş hale gelir. Bu iki noktasına çiğ noktası , buna karşılık gelen sıcaklığa , çiğ noktası sıcaklığı denir . Gaz +buhar karışımı 1 durumundan itibaren sabit basınç

altında değil de , sabit hacimde altında soğutulursa , 1-5 eğrisi takip edilerek 5 noktasına gelinir ve bu noktada yoğuşma başlar . bu noktaya uyan sıcaklık , 1 halindeki karışımın çiğ noktası sıcaklığından düşüktür .

YAŞ TERMOMETRE ( YT ) VE KURU TERMOMETRE ( KT ) SICAKLIKLARI :

Havanın göreceli neminin veya nemlilik derecesinin , nemli hava ile ilgili diyagram ile belirlenmesinde , psychrometre denilir, iki termometreden oluşan bir cihaz kullanılır .Cihazın termometrelerinden birinin haznesi çıplak olup , nem miktarı tespit edilmek istenen nemli havanın sıcaklığının ölçülmesi için kullanılır. Bu termometre ile ölçülen sıcaklığa KT kuru termometre sıcaklığı ismi verilir. Haznesi ıslak sargı bezi ile sarılı diğer termometrenin bulunduğu bölümden doymamış nemli hava , ıslak beze temas ederek geçerken , bu esnada havadan ve termometreden , suya , ısıl denge sağlanacak şekilde ısı geçişi olur . bunun sonucunda , bu termometreden YT yaş termometre sıcaklığı adı verilen ve kuru termometre sıcaklığından daha düşük bir sıcaklık belirlenir . Yaş termometre sıcaklığı için , Tçiğ . nok . < YT < KT ifadesi geçerlidir . Yanı bu sıcaklık , daima çiğ noktası sıcaklığı ile kuru termometre arasındadır . doymamış nemli havanın , termometrelerin bulunduğu ortamdan yaklaşık 2 ila 2.5 m/s hız ile geçrilmesi gerektiği belirtilmiştir .

BÖLÜM 2

2.1 SOĞUTMANIN TANIMI

Bir maddenin veya ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklığının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemine soğutma diyebiliriz.Genel olarak soğutma çevre sıcaklığının altına inilmesidir.

2.2 TANIMLAR

2.2.1 SOĞUK DEPO

Gıda maddelerinin normal atmosferde saklanabilir sürelerinden daha uzun süre saklanabilmeleri için ihtiyaca uygun koşullarda soğutulan ve nem durumu kontrol edilen, dış atmosferden ısı ve nem kazancına karşı yalıtılmış kapalı hacimlerdir.

2.2.2 SOĞUTMA REJİMİ

Gıda maddelerinin belirli bir süre saklanabilmesi için gerekli soğuk depo havasının sıcaklık, nem durumu ve nem dolaşımı koşullarıdır.

2.2.3 SOĞUTMA YÜKÜ

Soğuk deponun, soğutma rejiminde tutulabilmesi için soğuk depodan çıkarılması veya dışarıya atılması için gerekli ısı miktarıdır.

2.2.4 SOĞUTMA DEVRESİ

Soğutma rejimini temin eden ve üzerinde esas olarak soğutucu, emme borusu, kompresör, basma borusu, kondansör, sıvı tankı, sıvı borusu ve genleşme valfi vb. makine ve tesisat bulunan kapalı bir devredir.

2.2.5 SOĞUTUCU AKIŞKAN

Soğutma devresinde dolaştırılan ve buharlaşma ile yoğuşturma arasında durum değiştirerek soğutma rejimine uygun sıcaklıkta buharlaşan akışkandır.

2.2.6 EMME BORUSU

Soğutucuda buharlaşan düşük basınçlı soğutucu akışkan buharının kompresör emme girişine taşınmasını sağlayan borudur.

2.2.7 KOMPRESÖR

Soğutucuda buharlaşan düşük basınçlı soğutucu akışkan buharını emerek daha yüksek bir basınç ve sıcaklık altında kondansere basan bir iş makinasıdır.

2.2.8 BASMA BORUSU

Kompresörün bastığı yüksek basınç ve sıcaklık altındaki soğutucu akışkan buharının kondansere taşınmasını sağlayan borudur.

2.2.9 KONDANSER

Soğutma kompresörü tarafından yüksek basınç ve sıcaklık altında basılan soğutucu akışkan buharının yoğunlaşmasını ve ısı geçişini sağlayan belirli ısı yayma yüzeyine sahip bir tesisat elemanıdır.

2.2.10 SIVI TANKI

Soğutma tesisatında sıvı soğutucu akışkanın topladığı ve genellikle silindir biçimli tanktır.

2.2.11 SIVI BORUSU

Sıvı tankında biriken sıvı soğutucu akışkanın genleşme valfine kadar taşınmasını sağlayan bir borudur.

2.2.12 GENLEŞME VALFİ

Sıvı soğutucu akışkanın bir termodinamik kısma altında genleştiği bir valf veya dar boğazdır. Sıvı soğutucu akışkanın sabit ısı tutumu altında durum değiştirerek genleşmesi sonucu basınç ve sıcaklık düşmesine uğradığı ve bu arada kısmen buhar ve kısmen sıvı durumuna dönüştüğü bir valf veya dar boğazdır.

2.2.13 YÜKSEK BASINÇ TARAFI

Bir soğutucu devresinde kompresörün basma tarafından basma borusu, kondanser, sıvı borusu ve genleşme valfine kadar olan tesisat elamanlarının tümüdür.

2.2.14 ALÇAK BASINÇ TARAFI

Bir soğutma devresinde genleşme valfinden başlayarak soğutucu, emme borusu ve kompresörün emişine kadar olan tesisat elamanlarının tümüdür.

2.2.15 YOĞUŞMA BASINCI

Bir soğutma devresinde yoğuşma basıncının maksimum değeri üst basınç olarak 15 - 105 pascaldır.

2.2.16 YOĞUŞMA SICAKLIĞI

Su soğutmalı kondansörlerde yoğuşma sıcaklığı 25 °C ile 60 °C arasında seçilmeli ve ancak üst basınç olarak maksimum 15 x 105 pascal yoğuşma basıncı esası da soğutucu akışkan türü belirlenmelidir.

2.2.17 BUHARLAŞMA BASINCI

Buharlaşma basıncı alt basınç veya mutlak basınç olarak 0.75 105 pascalın altındaki vakum değerine inmemelidir.

2.2.18 BUHARLAŞMA SICAKLIĞI

Buharlaşma sıcaklığı soğuk depo rejim sıcaklığının en çok 10 – 15 °C altında olmalıdır.

2.2.19 SİSTEM KAPASİTESİ

Sistem kapasitesi bir soğutma devresinin soğumakta olan soğuk depolardan emdiği ısı miktarıdır.

BÖLÜM 3

3.SOĞUK DEPOLARIN KURULUŞ ESASLARI

Soğuk depolar genellikle ticari amaçlara göre çok değişik tip mahal ve bölgelerde yapılabilirler. Bütün bu hususlar tamamen ticari esaslara göre belirlenirler.

YİYECEKLERİN DONDURULMASI

Bir yiyecekte sıcaklığının, öz suyunun donma noktasından asağıdaki bir sıcaklığa düsürülmesi sindirilmesi islemine dondurma denir. Yiyeceğin bitkisel, hayvansal organizmaların, sıvı bölümü donma noktası altında değiserek organik bir çözüme uğrar. Örneğin kap içerisine konan bir eriyik dondurulduğu zaman ilk önce kabın kenarlarında temiz saf su bulunur. bu bize donmanın yani islenin merkezde olustuğunu anlatır. Aynı olusum yiyeceklerin donma isleminde de gerçeklesir. Daima yüzeyler temiz saf su buzu ile kaplanır. Son olarak da merkezde çekirdek donması olur.

3.1 MUTFAK TİPİ SOĞUK DEPOLAR

Genellikle büyük mutfaklarda, fabrika, okul, yurt, hastane, askeri birlikler ve çeşitli iş yerlerinde buzdolapları ihtiyacı karşılayamazlar. Bu gibi yerlerde satın alma imkanı ve şartlarına göre boyut ve

tipinin belirlenmesi için soğuk depo veya depolara ihtiyaç olur. Bu esaslara göre boyut ve tipi belirlenen soğuk depolara mutfak tipi soğuk depolar denir.

3.2 KOLTUK SOĞUK DEPOLAR

Toptan gıda maddesi ticareti yapan firmalarla büyük gıda maddesi pazarlama firmaları genellikle teşhir ve yer imkanları bakımından sınırlıdırlar. Bu gibi durumlarda bu cins firmalar, bir soğuk depodan sürekli mal takviyesi yapmak durumundadırlar. Bu durum aşırı bir külfet ve nakliye masrafı gerektirir. Bu durumun önüne geçmek için genellikle toptan gıda maddesi ticareti yapan firma ticarethanelerinin uygun bir mahalline veya bodrum katlarına uygun boyut ve tipte soğuk depolar tesis ederler. Bu tip soğuk depolara koltuk soğuk depoları denir.

3.3 TÜKETİM BÖLGELERİ İÇİN SOĞUK DEPOLAR

Soğuk depoculuk ülkemizde önce tüketim bölgelerinde başlamış olup, bugün de genellikle tüketim bölgelerine kurulan soğuk depolar çoğunluktadır. Bu tip soğuk depolar genellikle büyük ve çok masraflı soğuk depolardır.

3.4 ÜRETİM BÖLGELERİ İÇİN SOĞUK DEPOLAR

Son zamanlarda soğuk depoculuk ülkemizde üretim bölgelerine de doğrudan yayılmaktadır. Üretim bölgelerinde tesis edilen soğuk depolar genellikle taşıma ve sevk için gıda maddesi toplama mahiyetinde olup küçük soğuk depolardır.

3.5 PAZARLAMA BÖLGELERİ İÇİN SOĞUK DEPOLAR

Büyük ölçüde pazarlama bölgeleri genellikle hal olarak isimlendirilir. Gıda maddesinin bozulmadan ve çürüme temayülü göstermeden tüketime arzı esas olduğuna göre gıda maddesi ihtiyaca göre üretim bölgesinde tüketim bölgesine kadar soğuk muhafaza altında tutulmalıdır, buna soğuk depoculukta soğutma zinciri denir. Bu nedenle soğutma zinciri çerçevesinde pazarlanmak üzere şehir hallerine getirilen gıda maddeleri için buralarda ihtiyaca uygun olarak soğuk depo veya donmuş depolar, soğutma zincirinin kopmadan sirkülasyonu için çok önemli bir ihtiyaçtır.

3.6 TERMİNAL, İSTASYON VE LİMAN TİPİ SOĞUK DEPOLAR

Taşıt aracı cinsine göre nakliyatın başlama ve bitim noktaları genellikle terminal, liman ve istasyonlardır. Bu amaçla terminal, istasyon ve limanlarda da soğuk depolar tesis edilir. Bu soğuk depolar bilhassa büyük nakliyat gemilerinin yükleme ve boşaltma yaptığı limanlarda soğutma zinciri kopmadan ve geminin yeterli zamanda yükleme veya boşaltılmasına imkan verecek boyut ve tipte olmalıdır

BÖLÜM 4

4.1 SOĞUTUCU AKIŞKANLAR

Buhar sıkıştırma çevrimi esasına göre çalışan soğutma sistemlerinde hareket eden parçaların, birbiriyle temas ettiği yüzeylerdeki sürtünmeyi minimum seviyeye indirmek üzere yağlama yapılması

gerekir. İyi bir yağlama yapılmaması halinde, hem sürtünen yüzeylerde hızlı bir aşınma, eskime hem de mekanik kayıpların artması ile aşırı ısınma ve güç israfı meydana gelecektir yağlama yapılan yüzeyler genellikle soğutucu akışkan ile temas etme durumundadır ve refrijeran ile yağın karışması, birbirini kimyasal ve görmeleri gereken işlem yönlerinden etkilemeleri söz konusu olmaktadır. Örneğin; yağlama yağının evaporatör iç yüzeylerine sıvışarak ısı transferini azaltması; soğutucu akışkanın (refrijeranın) yağlama yağını yataklardan yıkayıp atması; basınç ve yüksek sıcaklık altında yağ ile refrijeranın kimyasal reaksiyonlara girerek asit ve diğer zararlı maddeler meydana getirmesi gibi olaylara çok sık rastlamak mümkündür. Soğutucu akışkanlar ve yağlama yağlarını ayrı ayrı incelendikten sonra bunların reaksiyonları ve birlikte meydana koydukları olaylara değinilecek, soğutma aksamının diğer kısımlarındaki etkileri belirtilecektir. 

Bir soğutma çevriminde ısının bir ortamdan alınıp başka bir ortama nakledilmesinde ara madde olarak yararlanılan soğutucu akışkanlar, ısı alış – verişini genellikle sıvı halden buhar haline (soğutucu – evaporatör devresinde) ve buhar halden sıvı hale (yoğuşturucu – kondanser devresi) dönüşerek sağlarlar. Bu durum bilhassa buhar sıkıştırma çevrimlerinde geçerlidir.

Soğutucu akışkanların, yukarıda tarif edilen görevleri ekonomik ve güvenilir bir şekilde yerine getirebilmesi için bazı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olması gerekir. Bu özellikler, uygulama ve çalışma şartlarının durumuna göre değişeceği gibi her zaman bu özelliklerin hepsini yerine getirmek mümkün olmayabilir. Genel kayide olarak bir soğutucu akışkanlığı aranması gereken özelliklerin hepsini birden her şart altında yerine getire bilen üniversal bir refrijeran bir madde (soğutucu akışkan) mevcut değildir. Fakat, yukarıda da belirtildiği gibi, uygulamadaki şartlara göre bunlardan bir kısmı aranmaya bilir.

4.2 SOĞUTUCU AKIŞKANLARDA ARANAN ÖZELLİKLER:

1. Pozitif buharlaşma basıncı olmalıdır. Hava sızmasını, dolayısıyla havanın getirdiği su buharının soğuk kısımlarda katılaşarak işletme aksaklıklarına meydan vermesini önlemek için buharlaşma basıncının çevre basıncından bir miktar fazla olması gerekir.

2. Düşük yoğuşma basıncı olmalıdır. Yüksek basınca dayanıklı kompresör, kondanser, boru hattı gibi tesisat olmalıdır.

3. Buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır. Buharlaşma gizli ısısı ne kadar yüksek olursa sistemde o oranda gaz akışkan kullanılacaktır.

4. Kimyasal olarak aktif olmamalıdır, tesisat malzemesini etkilememesi, korozif olmaması, yağlama yağının özelliğini değiştirmemesi gerekir.

5. Yanıcı patlayıcı ve zehirli olmamalıdır.

6. Kaçakların kolay tespitine imkan veren özellikte olmalıdır. (Koku, renk)

7. Ucuz olmalıdır.

8. Isı geçirgenlik katsayısı yüksek olmalıdır.

9. Dielektrik olmalıdır.

10. Düşük donma derecesi sıcaklığı olmalıdır.

11. Yüksek kritik sıcaklığı olmalıdır.

12. Özgül hacmi küçük olmalıdır.

13. Viskozitesi düşük olmalıdır

4.3 KARIŞIM YOLUYLA ELDE EDİLMİŞ BAZI SOĞUTUCU AKIŞKANLAR

R11 (CCl 3 F): Düşük basınçlı (0 °C de 0.40 bar) bir soğutucudur. Ağırlıklı olarak 350 kW – 10.000 kW soğutma kapasitesi aralığında olan santrifüj su soğutucu ünitelerde (chiller) kullanılmaktadır. Bütün dünyada 60.000 adet su soğutucu ünitede R11 kullanıldığı tahmin edilmektedir. Ozon tahribatı nedeniyle üretimi durdurulmuştur. Yanmaz ve kokusuzdur.

R12 (CCl 2 F 2 ): Bugün, soğutma maksadı ile en çok kullanılan soğutucu akışkandır. Zehirli, patlayıcı ve yanıcı olmaması sebebiyle tamamen emniyetli bir maddedir. Bunlara ilaveten, en ekstrem çalışma şartlarında dahi stabil ve bozulmayan, özelliklerini kaybetmeyen bir maddedir. Ancak, açık bir aleve veya aşırı sıcaklığa haiz bir ısıtıcı ile temas ettirilirse çözüşür ve zehirli bileşkelere ayrışır. Kondanserde, ısı transferi ve yoğuşma sıcaklıkları bakımından oldukça iyi bir durum gösterir. Yağlama yağı ile tüm çalışma şartlarında karışabilir ve yağın kompresöre dönüşü basit önlemlerle sağlanabilir. Yağı çözücü (Solvent) özelliği, kondenser ve evaporatör ısı geçiş yüzeylerinde yağın toplanıp ısı geçişini azaltmasını önler. Buharlaşma ısısının düşük olması sebebiyle sistemde dolaşması gereken akışkan debisi fazladır. Fakat bu önemli bir mahzur olmadığı gibi küçük sistemlerde, akış kontrolünün daha iyi yapılması yönünden tercih edilir. Büyük sistemlerde ise buhar yoğunluğunun fazlalığı ile, birim soğutma için gerekli silindir hacmi R – 22, R – 500 ve R – 717 (Amonyak) dan çok farklı değildir. Birim soğutma için harcanan beygir gücü de takriben aynı seviyededir.

R11 (CCl 3 F): Düşük basınçlı (0 °C de 0.40 bar) bir soğutucudur. Ağırlıklı olarak 350 kW – 10.000 kW soğutma kapasitesi aralığında olan santrifüj su soğutucu ünitelerde (chiller) kullanılmaktadır. Bütün dünyada 60.000 adet su soğutucu ünitede R11 kullanıldığı tahmin edilmektedir. Ozon tahribatı nedeniyle üretimi durdurulmuştur. Yanmaz ve kokusuzdur.

R12 (CCl 2 F 2 ): Bugün, soğutma maksadı ile en çok kullanılan soğutucu akışkandır. Zehirli, patlayıcı ve yanıcı olmaması sebebiyle tamamen emniyetli bir maddedir. Bunlara ilaveten, en ekstrem çalışma şartlarında dahi stabil ve bozulmayan, özelliklerini kaybetmeyen bir maddedir. Ancak, açık bir aleve veya aşırı sıcaklığa haiz bir ısıtıcı ile temas ettirilirse çözüşür ve zehirli bileşkelere ayrışır. Kondanserde, ısı transferi ve yoğuşma sıcaklıkları bakımından oldukça iyi bir durum gösterir. Yağlama yağı ile tüm çalışma şartlarında karışabilir ve yağın kompresöre dönüşü basit önlemlerle sağlanabilir. Yağı çözücü (Solvent) özelliği, kondenser ve evaporatör ısı geçiş yüzeylerinde yağın toplanıp ısı geçişini azaltmasını önler. Buharlaşma ısısının düşük olması sebebiyle sistemde dolaşması gereken akışkan debisi fazladır. Fakat bu önemli bir mahzur olmadığı gibi küçük sistemlerde, akış kontrolünün daha iyi yapılması yönünden tercih edilir. Büyük sistemlerde ise buhar yoğunluğunun fazlalığı ile, birim soğutma için gerekli silindir hacmi R – 22, R – 500 ve R – 717 (Amonyak) dan çok farklı değildir. Birim soğutma için harcanan beygir gücü de takriben aynı seviyededir.

R13 (CClF 3 ): -70 ° C ile –45 ° C arasında kullanılan düşük sıcaklık soğutucusudur. Az sayıda endüstriyel soğutma tesisinde kullanılmaktadır.

R13B1 (CBrF 3 ): -70 ° C /-45 ° C aralığında endüstriyel soğutucularda kullanılmaktadır. Yüksek ozon tüketme kapasitesi nedeniyle Montreal Protokolü kapsamında üretimi ve tüketimi tamamen durdurulmuştur.

R22 (CHClF 2 ): Diğer fluo – karbon soğutucu akışkanlarda olduğu gibi R22'de emniyetle kullanılabilecek zehirsiz, yanmayan, patlamayan bir akışkandır. R22, derin soğutma uygulamalarına

cevap vermek üzere geliştirilmiş bir soğutucu akışkandır, fakat paket tipi klima cihazlarında, ev tipi ve ticari tip soğutucularda da, bilhassa daha kompakt kompresör gerektirmesi (R12'ye nazaran takriben 0.60 katı) ve dolayısıyla yer kazancı sağlaması yönünden tercih edilir. Çalışma basınçları ve sıcaklıkları R12' den daha yüksek seviyede ve fakat birim soğutma kapasitesi için gerekli tahrik gücü takriben aynıdır. Çıkış sıcaklıklarının oldukça yüksek olması sebebiyle, bunun aşırı seviyelere ulaşmasına engel olmak için emişteki kızgınlık derecesini mümkün mertebe düşük tutmalıdır. Derin soğutma uygulamalarında, aşırı çıkış sıcaklıkları ile karşılaşılabileceğinden (yüksek sıkıştırma oranı sebebiyle) silindirlerin su gömlekli olması tavsiye edilir. Yağ dönüşünü sağlamak için R12'ye nazaran daha dikkatli ve iyi işlenmiş dönüş boruları döşenmeli, derin soğutma uygulamalarında muhakkak yağ ayırıcı konulmalıdır. R12 yağ ile daha çabuk ve iyi karışmaktadır. Su ile ise R22 daha çabuk ve yüksek oranda karışır. ...

R114 (CClF 2 ): Yanmayan ve zehirli özelliği olmayan bir soğutucu maddedir. 80 ° C – 120 ° C arasında endüstriyel ısı pompalarında kullanılmaktadır.

R123 (CHCl 2 CF 3 ): Santrifüj soğutucu ünitelerde kullanılan ve R11'e en uygun olan alternatif soğutucu maddedir. R11'evaporatör metalik olmayan malzemeleri etkileme gücü daha fazladır. Dolayısıyla R123'evaporatör geçişte tüm kauçuk esaslı malzeme değiştirilmelidir. R11'evaporatör göre daha düşük enerji verimine sahiptir. Zehirleyici özelliği nedeniyle kullanıldığı ortamda ek tedbirler gerektirmektedir. 8 saat boyunca maruz kalınacak maksimum doz 10 ppm'dir.

R134a (CF 2 CH 2 F): Termodinamik ve fiziksel özellikleri ile R12'ye en yakın soğutucudur. Halen ozon tüketme katsayısı 0 olan ve diğer özellikleri açısından en uygun soğutucu maddedir. Araç soğutucuları ve ev tipi soğutucular için en uygun olan alternatiftir. Ticari olarak da temini olanaklıdır. Yüksek ve orta buharlaşma sıcaklıklarında ve / veya düşük basınç farklarında kompresör verimi ve sistemin COP (cofficient of performance) değeri R12 ile yaklaşık aynı olmaktadır. Düşük sıcaklık için çift kademeli sıkıştırma gerekmektedir. R134a, mineral yağlarla uyumlu olmadığından poliolester veya poliolalkalinglikol bazlı yağlarla kullanılmalıdır.

R143a (CF 3 CH 3 ): R502 ve R22 için uzun dönem alternatifi olarak kabul edilmiştir. Amonyak kullanımının uygun olmadığı düşük sıcaklık uygulamalarında kullanılmaktadır. Yanıcı özelliğe sahip olduğundan dönüşüm ve yeni kullanımlarda güvenlik önlemleri göz önünde tutulmalıdır. Sera etkisi R134a'ya göre iki kat daha fazladır. R125 R134a ile birlikte değişik oranlarda kullanılarak R502 alternatifi karışımlar (R404A gibi) elde etmek için kullanılmaktadır.

R125 (CF 3 CHF 2 ): R502 ve R22 için uzun dönem alternatifi olarak kabul edilmiştir. R143 gibi amonyak kullanımının uygun olmadığı düşük sıcaklıklar için düşünülmüştür. Yanma özelliği yoktur. Ancak sera etkisiR134a'dan iki kat daha fazladır. R134a, R143a R32 ile (örneğin R404A veya R407A gibi) değişik oranlarda kullanılarak R502 alternatifi karışımlar elde edilmektedir.

R152A: Ozon tahribatına neden olmayan ve sera etkisi çok düşük olan (R12'nin %2'si kadar) R152a (C 2 H 4 F 2 ), ısı pompalarında R12 ve R500 için alternatif olarak kabul edilmiştir. R12 ve R134a'dan daha iyi COP'a sahip olan R152a mineral yağlarla da iyi uyum sağlamaktadır. Yanıcı ve kokusuz olan R152a zehirleyici özellik göstermez. Termodinamik ve fiziksel özellikleri R12 ve R134a'ya çok yakındır. Bu yüzden dönüşümlerde kompresörde herhangi bir modifikasyona gerek kalmaz. Hacimsel soğutma kapasitesi R12'den %5 daha düşüktür.

R401A: R22, R124 ve R152a'dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %52 / 33 / 15 oranında) ve R12 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımdır. HCFC içerdiğinden nihai bir alternatif olmayıp 2030

yılına kadar kullanılabilecektir. Bu soğutucu DUPONT tarafından SUVA MP39 adıyla piyasaya sunulmuştur.

R402A: R22, R125 ve R290'dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %38 / 60 / 2 oranında) ve R502 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımdır. HCFC içerdiğinden nihai bir alternatif olmayıp 2030 yılına kadar kullanılabilecektir. Bu soğutucu DUPONT tarafından SUVA HP80 adıyla piyasaya sunulmuştur.

R404A: R125, R134a ve R143a'dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %44 / 4 / 52 oranında) ve R502 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımdır. HCFC içerdiğinden nihai bir alternatif olmayıp 2030 yılına kadar kullanılabilecektir. Bu soğutucu DUPONT tarafından SUVA HP62 ve ELF – ATOCHEM tarafından FORANE FX70 adıyla piyasaya sunulmuştur.

R407A / R407B / R407C: R32, R125 ve R134a'dan oluşan (ağırlıkça sırasıyla %20 / 40 /40, %10 / 70 / 20 ve % 23 / 25 / 52 oranlarında) ve R502 için alternatif kabul edilen zeotropik bir karışımlardır. Bu soğutucular ICI tarafından KLEA60, KLEA61, KLEA66 ve DUPONT tarafından SUVA AC9000 (R407C) adlarıyla piyasaya sunulmuştur. ...

R410A: R32 ve R125'den oluşan (ağırlıkça %50 / 50 oranında) ve R22 için alternatif kabul edilen yakın azeotropik bir karışımdır. Teorik termodinamik özellikleri R22 kadar iyi değildir. Ancak ısı transfer özelliği oldukça iyidir. R22 – R410A dönüşümünde sistemin yeniden dizayn edilmesi gerekmektedir. Bu değişim yapıldığı taktirde sistem verimi R22'ye göre %5 daha iyi olmaktadır. Sera etkisinin yüksek olması en büyük dezavantajıdır. Bu soğutucu ALLIED SIGNAL tarafından GENETRON AZ20 adıyla piyasaya sunulmuştur.

R502: R502, R22 ve R115'den oluşan bir azeotropik bir karışımdır. Karışım oranı ağırlıkça % 48.8 R22, % 51.2 R115'tir. En çok kullanıldığı alan soğuk taşımacılık ve ticari soğutuculardır. CFC içerdiğinden üretimi durmuştur. Düşük sıcaklıklarda yüksek hacimsel soğutma kapasitesine sahiptir. –20, –40 ° C aralığında R22'den % 1 ile % 7 arasında daha yüksek olmaktadır. COP değeri çalışma koşullarına bağlı olarak R22'den %5 – 15 daha düşüktür.

R507: R507, R125 ve R134a'dan oluşan (ağırlıkça %50 / 50 oranında) R502 için kabul edilen bir alternatiftir. Bu soğutucu ALLIED SIGNAL tarafından GENETRON AZ50 adıyla piyasaya sunulmuştur.

R717 (Amonyak): Bugün, fluo – karbon ailesinin dışında geniş ölçüde kullanılmaya devam edilen tek soğutucu akışkan Amonyak'dır. Zehirleyici ve bir ölçüde yanıcı – patlayıcı olmasına rağmen mükemmel ısıl özelliklere sahip olması sebebiyle, iyi eğitilmiş işletme personeli ile ve zehirleyici etkisinin fazla önem taşımadığı hallerde, büyük soğuk depoculukta, buz üretiminde, buz pateni sahalarında ve donmuş paketleme uygulamalarında başarıyla kullanılmaktadır. Buharlaşma ısısının yüksek oluşu ve buhar özgül hacminin de oldukça düşük olması sistemde dolaştırılması gereken akışkan miktarının düşük seviyede olmasını sağlar. R22'de olduğu gibi çıkış sıcaklıkları yüksek seviyeli olup kompresör kafa ve silindirlerinin su soğutma gömlekli olması tercih edilir.

*** Bu projede soğutucu akışkan olarak R 404A seçilmiştir.

BÖLÜM 5

SOĞUK HAVA DEPOSU PROJELENDİRİLMESİ

Proje verileri :

Şehir : Mersin

Ürün : Mandalina

Kapasite : 200 ton

Projelendirme Aşaması

1. Mandalinanın saklama koşulları: KT= 0 - +3 0C (tablo VII-10) Bağıl Nem=0.872. Seçilen değerler:

a) Kasa boyutları 40cm, 60cm, 40cmb) Kasa kapasitesi 20kg + kasanın boş ağırlığı 2.2kg =22.2 kg (plastik kasa)c) Palet boyutları 120cm, 180cm, 15cmd) Kullanılacak forklift 2 ton taşıma kapasitesine sahiptir.e) Forklift bir seferde 45 kasayı taşıyabilmektedir.f) Forklift hareketini engellememesi açısından kümeler arasında 1.5m boşluk olacaktır.g) Yeterli hava sirkülasyonunun sağlanması için depo duvarları ile kümeler arasında 1m

boşluk ve depo tavanı ile kümeler arasında 1m boşluk olacaktır. Buna göre; depo boyutları: 27.5m, 33.5 m ve h=5.3 m olarak hesaplanır.

3. Mersin’ in yaz ayı KT=35 0C, YT=29 0C (tablo VII-8) dir. Enfiltrasyonla olan ısı kaybını azaltmak için depo kapısının kuzeye bakacak şekilde tasarım yapılır.

4. Doğu cephesi içi güneş ışınlarının etkisi: t=3 0C Güney cephesi içi güneş ışınlarının etkisi: t=2 0C

Çatı içi güneş ışınlarının etkisi: t=5 0C

Komşu Hacimlerin Sıcaklıkları (tablo VII-9) Döşeme Sıcaklığı: 20 0C

Kompresör Makine Dairesi Sıcaklığı: 40 0C

Ofis Sıcaklığı: 30 0C

5. Isı yalıtım malzemesi, poliüretan seçildi.

Duvar tipi

Malzeme

cm

Kalınlık

cm

Isı iletim katsayısı

kcal / h 0C m2

Dış duvar çimento sıva 3 cm 1.2

poliüretan 10 cm 0.04

Tuğla 30 cm 0.9

Çimento sıva 3 cm 1.2

Çatı Betonarme 10 cm 1.75

Asfalt yalıtım 2 cm 0.15

Poliüretan 10 cm 0.04

Çimento sıva 3 cm 1.2

İç duvar Çimento sıva 3 cm 1.2

Poliüretan 10 cm 0.04

Tuğla 30 cm 0.9

Çimento sıva 3 cm 1.2

6. Odaya olan ısı kazançları hesabı

a) Dış Duvar :

b) İç Duvar :

c) Çatı :

d) Döşeme :

Mandalina için uzun süreli soğuk oda muhafazası verileri: (Tablo VII-10)

Muhafaza Sıcaklığı 0 / +3 oCOda nemi % 85-90Takribi muhafaza süresi 2-3 haftaİçindeki su miktarı %87Donma noktası -1.1 oCIsınma ısısı 0.9 oC (Donmadan Önce),

0.46 oC (Donmadan Sonra)Donma ısısı 69.7 kcal/kg

A. Toplam Transmisyon Isı Geçişi Hesabı:

Yüzey CinsiYüksekli

k Boy AdetYüzey Alanı U t

Isı Transmisyonu

Dış Duvar (Doğu) 5,3 33,5 1 177,55 0,315 33 1845,63225

Dış Duvar (Güney) 5,3 27,5 1 145,75 0,315 33 1515,07125

Dış Duvar (Batı) 5,3 27,5 1 145,75 0,315 33 1515,07125

İç Duvar 5,3 10 1 53 0,325 28 482,3

İç Duvar 5,3 23,5 1 124,55 0,325 43 1740,58625

Tavan - Çatı 27,5 33,5 1 921,25 0,306 38 10712,295

Döşeme 27,5 33,5 1 921,25 0,322 25 7416,0625

              25227,0185

Qtransmisyon= 25227,0185 kcal/h = 29.29 kW

B. İnfiltrasyon-Hava Değişimi Isısı Hesabı:

Tecritli Oda Hacmi : Voda=33,5 x 27,5 x 5.3 = 4882,6 m3

Havanın özgül ağırlığı : =1.143 kg/m3

Oda ısı tutumu: 0 oC ve % 87 RHçin 3.5 kcal/kg alındı (Psikometrik Diyagramdan)

Oda ısı tutumu: 35 oC ve % 50 RH için 18 alındı (Psikometrik Diyagramdan)

Odanın hava değişimi: 1.18 Tablo VII-12 den alındı.

Qinfiltrasyon=V . n . (hd-ho) .

Qi= 4882,6 x 1,18 x (18-3,5) x 1,143 = 83541,286 kcal/gün

=4.04 kW

C. Mallardan Gelen Isı Kazançları :

1) Ürün soğuk odaya ilk getirildiğinde verdiği ısı miktarı :

C (Tablo VII-10 dan bulunur)

= 6300000 kcal/gün

= 304.8 kW

2) Muhafaza sırasında üreyen ısı, olgunlaşma ısısı

C resp (Tablo VII-13 den bulunur)

= 1417 kcal/gün

= 0.7 kW

Q ürün = 5940000 + 1417 kcal/gün

= 305.5 kW

D. Soğutulan Hacmin İçerisinde Meydana Gelen Isı :

1. İnsanlardan Gelen Isı:

Depolama alanı İşçi sayısı

0-50 1

51-150 1-2

151-300 2-3

301-500 3-4+500 +4

* Biri forklift operatörü olmak üzere beş kişi günde toplam 3’er saat kaldığı varsayılırsa,

* İnsanlardan gelen ısı yükü (Tablo VII-14 ten bulunur)

220 (kcal/h) x 3 (h/gün) x 5 = 3375 kcal/gün

= 0.163 kW

2. Aydınlatmadan Kaynaklanan Isı:

* Aydınlatıcıların günde 6 saat açık kalacağı varsayılırsa;

Q inkandesant = 1000 (watt) x 0,86 kcal/h x 6 h/gün = 5160 kcal/gün

= 0.249 kW

Q flourasant = 1000 (watt) x 1,06 kcal/h x 6 h/gün = 6360 kcal/gün

= 0.307 kW

* m2 başına 2-5 watt ışık düştüğü varsayılırsa 5 adet inkandesant seçmemiz yeterli olacaktır.

Q inkandesant = 5 x 0.249 kW = 1.245 kW

3. Elektrik Motorundan Kaynaklanan Isı:

* Sekiz adet evaporatör kullanılacaktır, bu evaporatörlerin fan motorlarının her evaporatörde 3 fan bulunmaktadır.

* Friterm katalogundan FES D 80 32 modeli seçilmiştir.

Q fan = n (adet) x W (HP) x k (kcal/ h x HP) x H (h)

n : 8 x 3 (evaporatör sayısı x fan sayısı) W : Fan Gücü W = 6000 watt = 6000/745,7 = 8.05 HP olarak bulunur.

k : Elektrik Motorlarından Gelen Isı Yükü (tablo VII-15)

H : Günlük çalışma Süresi

Q fan = (8 x 3) x 8.05 x 740 x 23 = 3288264 kcal/gün

= 159.08 kW

4. Defrost Motorundan Kaynaklanan Isı:

Evoparasyon sıcaklığı oda sıcaklığından 5-10 0C düşüktür. -8 0C seçilmiştir.

Q ed = n (adet) x W (watt) x 0,86 (kcal/watt) x H x F

n : Evaparatör SayısıW : Isıtıcı Güç (katalogdan)H : Bir Günde Saat Olarak Çalışma süresiF : Defrost Faktörü

Q ed = 8 x 6000 x0.86 x 1 x 0,5 = 20640 kcal/gün

= 0.99 kW

5. Oda İçinde Meydana Gelebilecek Diğer Isı Yükleri:

Q forklift = n (adet) x q (kcal/h) x t (h/gün)

* Forklift günde 3 saat çalışacaktır.

n : Forklift sayısıt : Forkliftin günlük çalışma süresi q : Forkliftin gücü 27 kW = 23236,9 kcal/h

Q forklift = 1 x 23236,9 x 3 = 69708 kcal/gün

= 3.372 kW

Q diğer = Q insan + Q flourasant + Q fan + Q ed + Q forklift

Q diğer = 164.86 kW

Odanın toplam ısı yükü:

Q = Q transmisyon + Q infiltrasyon + Q ürün + Q diğer

Q = 502.83 kW

* %10 luk bir emniyet artırımıyla :

Q = 554.213 kW

ÇEVRİM VERİLERİ

*** En uygun soğutucu akışkan olarak R404 A seçilmiştir.

Çevrim: 1-2 : Kondenserde sabit sıcaklık ve basınçta yoğuşma (ısı atılması)

2-3 : Kısılma vanasında sabit entalpide basınç düşümü

3-4 : Evaporatörde sabit sıcaklık ve basınçta buharlaşma (ısı çekilmesi)

4-1 : Kompresörde adyabatik sıkıştırma

***Evaporasyon sıcaklığı -8 0C ve kondensasyon sıcaklığı 40 0C olarak alınmıştır.

***R404a soğutucu akışkanının lnP-h diyagramından entalpiler okunur.

h1=390 kJ/kg

h2=h3=260 kJ/kg

h4=362 kJ/kg

Evaporatör Kapasitesi :

76.15 kW ( Bulunan soğutma yüküne bağlı olarak Friterm kataloğundan seçilen FES D 80 32 tipi evaporatörün kapasitesidir.).

***Evoparatörün seçildiği katolog Ek’ te verilmiştir.

Kondenser Kapasitesi :

Qevaporatör = m.( h4-h3 ) 76.15 kJ/s = m.( 362 - 260 ) kJ/kg m = 0,746 kg/s

∑m = 8 x 0.746 = 5.97 kg/s

Qkondenser = - m.( h2-h1 ) = - 5.97 x ( 260 - 390 ) Qkondenser = 776.1 kW

Friterm kataloğundan FUH YK/DK 80 26 C4 2,1 tipi hava soğutmalı kondenser seçilmiştir.(802.0 kW)

Kondenser seçimi 880 rpm ‘ e göre yapılmıştır.

***Kondenserin seçildiği katolog Ek’ te verilmiştir.

Kompresör Kapasitesi :

Wkompresör = m.( h1-h4) = 5.97 x ( 390 - 362 ) = 167.16 kW

İlgili katalogtan YVK 270 tipi yağsız vidalı hava kompresörü (200 kW) seçilmiştir.

***Kompresör seçildiği katolog Ek’ te verilmiştir.

BÖLÜM 6

SONUÇ ve TARTIŞMA

Bu projede 200 ton mandalinanın 35 derece hava sıcaklığında daha uzun ömürlü saklanabilmesi için gerekli şartlar oluşturmaya çalışılmıştır. Görülmektedir ki besinlerimizi normalden daha uzun süreli saklayabilmemiz için gerekli optimum şartların oluşturulması gerekmektedir. Ortamın sıcaklığı besinin saklama koşullarına uygun olduğu taktirde dayanım süresi boyunca soğuk depoda sağlıklı bir şekilde saklanabilmektedir. Bu ise hem üreticilere, hem de biz tüketicilere yararlı olmaktadır. Üreticiler topladıkları ürünlerini hemen ellerinden çıkarmak zorunda kalmamakla beraber, tüketiciler için ise arzu ettikleri ürünleri yılın değişik zamanlarında kolayca ve sağlıklı bir biçimde temin edebilmektedir.

Günümüzde hemen hemen her çeşit besin maddesi için soğuk depolar mevcut olmakla beraber, soğuk hava depoculuğu sektöründeki yerini sağlama almış bulunmaktadır.

KAYNAKÇA

ÖZKOL N. “Uygulamalı Soğutma Tekniği” Ceylan Matbaacılık Ocak 1997 Ankara Yunus A.ÇENGEL & M.A. BOLES “Mühendislik Yaklasımı Đle Termodinamik” Literatür

Yayıncılık/2.Basım Đstanbul Eylül 1996 MMO/2001/295/2.BASKI Soğutma Tesisatı MMO/1999 Soğutma Tekniği U. KÖKTÜRK Örnek projeler www.karalsogutma.com www.friterm.com

Cemil Volkan ZAFEROĞLU

Yıldız Teknik Üniversitesi / Makine Mühendisliği

05065153

İSTANBUL – 2010