Soğutma çevrimi ve sıcaklık basınç debi ölçümleri.
Soğutma çevrimi altı temel işlemden oluşur.
1. Kızgın buharın kompresörde sıkıştırılması
2. Yoğuşma
3. Aşırı soğuma (Subcooling)
4. Genleşme
5. Buharlaşma
6. Aşırı kızdırma (Superheat)
Bu işlemlerden aşırı kızdırma ve aşırı soğuma değerleri, bir soğutma sisteminin kendinden bekleneni yerine getirip getirmediğinin en önemli göstergeleri olarak kabul edilmektedir. Arıza teşhisi ve enerji etütleri esnasında uygun bir şekilde ölçülmemeleri, yanlış değerlendirmelere neden olabilmektedir. Yalnızca sıcaklık ve basınç ölçümü soğutma sistem performansını belirlemede yeterli olmadığından soğutucu akışkanın kütlesel debisinin de ölçülmesi gereklidir.
Ölçülmesi gereken basınçlar emme ve basma hatları, pompalı yağlamalı kompresörlerde yağ basıncı, evaporatördeki karlanmayı ve kondenserlerdeki kirlenmeyi belirlemek için statik basınç farkları ölçülmelidir. Sıcaklık ölçümleri ise soğutma çevriminin emme, basma, sıvı ve genleşme hatlarından yapılmalı, ancak hissediciler soğutucu akışkana T bağlantılarla temas ettirilmiş olmalı aksi halde 4–6 C’lik ölçüm hataları oluşacaktır.
Yine vidalı ve santrifüj kompresörlerde yağlama yağı sıcaklığının izlenmesi çok önemlidir. Bunun dışında hava soğutmalı kondenserlerde ve evaporatörlerde hava giriş-çıkış sıcaklarının ölçülmesi sistem performansı yönünden önemlidir. Hava soğutmalı kondenserler genelde 14 K’lik sıcaklık farkına göre çalıştıklarından yoğunlaşma sıcaklığı ile çevre sıcaklığı arasındaki fark tasarımın uygunluğu ve soğutucu akışkan miktarının uygunluğu yönünden bize bilgi verir.
Yine soğuk odalardaki hava soğutucu (unit) evaporatörlerde ortam sıcaklığı ile buharlaşma sıcaklığı arasındaki sıcaklık fark 5–7 K arasında tasarlanır. Sıcaklık farkı bu değerlerden daha büyük ise evaporatörün küçük seçildiği veya soğutucu akışkanın yetersiz olduğu belirlenmiş olur. Yine su soğutmalı veya su/salamura soğutan sistemlerde su/salamura giriş-çıkış sıcaklıklarının ölçülmesi performans ve emniyetli çalışma yönünden önemlidir.
Daha önce bahsedildiği gibi soğutma sistemlerinde debi ölçümleri sayesinde evaporatör, kondenser, kompresör kapasitelerini hassas olarak ölçebiliriz. Ayrıca su ve hava debisi yardımıyla yine sistem elemanlarının ısıl kapasitelerini yaklaşık olarak belirlemek mümkündür.
Kompresör Çıkış Sıcaklığı Nedir?
Soğutma sisteminde sıcaklık ölçümleri, performans bakımından soğutucuyu değerlendirmek için en önemli ölçümlerdir. Hedeflenen soğutma evaporatörde yani soğutucu bölümde gerçekleşse de kompresör çıkış sıcaklığı gaz dolaşımının istenen şekilde olup olmadığını gösterir. Soğutma çevriminde kompresör gazı sıkıştıran elemandır. Isı atılmadığında bir gazın hacmini daraltmak (sıkıştırmak) sıcaklığın yükselmesine sebep olur. Sıcaklık ortam sıcaklığını geçmelidir ki ısı dışarıya atılabilsin ve sıvılaşma başlasın. Gaz türü ne olursa olsun kondenserin sıcaklığı 35 °C’nin altında olmamalıdır. Soğutma sisteminin özellikle yaz aylarında 35 °C’ye varan ortamlarda çalışması gerektiği düşünüldüğünde 35- 40 °C arasında kondenser sıcaklığı sınır değer kabul edilebilir.
Soğutucu gazların büyük bir kısmı ideal gazdır. Bir gazın ideal olması basınç ve sıcaklığının orantılı bir şekilde değişeceği anlamına gelir. Başka bir deyişle basınç değeri bilinen bir gazın sıcaklığı veya sıcaklık değeri bilinen bir gazın basıncı bulunabilir. Karışım gaz olarak bilinen (R-4xx) soğutucu akışkanlarda bu sıcaklık basınç uyumu birkaç derece farklar ortaya çıkarabilir ki bu duruma sıcaklık kayması denir. Örneğin R22 gazı kullanan bir sistemde yaklaşık 16 bar (230 psi) çıkış basıncı ölçüyorsak gazın 50 °C sıcaklığa sahip olduğunu söyleyebiliriz.
Sıcaklık ölçümü yaparken bir yandan basınç ölçümü yapmak ölçtüğümüz sıcaklık değerinin doğrulanmasını sağlayacaktır. Örneğe göre eğer kompresör çıkışında 16 bar basınç ölçüp 20 °C sıcaklık ölçüyorsak, yaptığımız sıcaklık ölçümü hatalıdır. Teknolojik ürünler sıcaklık ve basınç ölçümünü bir arada yapmamızı sağlayacak şekilde imal edilmektedirler.Dijital manifolt gaz basıncı yanında istediğimiz yerden sıcaklık ölçümü yapabileceğimiz 2 adet NTC tipi sıcaklık algılayıcı sağlamaktadır.
Dijital gaz manifoltunda ölçümünüzü kompresör çıkış basıncıyla birlikte çıkış borusuna duyargalarını tutturarak sıcaklık değerini kontrol edebilirsiniz. Dijital manifoltunuz yoksa dijital termostatın duyargasını bir izole bantla çıkış borusuna tutturarak sıcaklık değerini okuyabilirsiniz.
Sistem çalışmaya başladıktan bir süre sonra ölçüm değerlerini okumaya ve yorumlamaya başlarız. Sistemin ısıl dengesini bulması büyüklüğüne göre değişmekle birlikte küçük sistemlerde 15-20 dakika beklemek yeterlidir.
Kompresör çıkış sıcaklığınız (R-22 gazı için) 50 °C civarında değilse gazın eksik olduğu veya kompresörün sıkıştırma görevini yapmadığı sonucuna varılabilir. Kılcal boru kullanılmışsa büyük çaplı veya kısa kullanıldığı bu nedenle yeterli sıkıştırma yapılamadığı sonucu da ortaya çıkabilir. Eğer kompresör çıkış sıcaklığını 75 °C ve üzerinde ölçüyorsanız kompresörün sıkışması (tıkanıklık, genleşme valfinin çok az soğutucu geçirmesi gibi sebepler) veya gaz fazlalığından söz edilebilir. Performans için bir sonuca varmak ancak tüm noktalardaki kontrollerden sonra mümkündür.
Kondenser Çıkış Sıcaklığı Nedir?
Subcooling
Kondenser soğutma sisteminin dışarıya ısı attığı elemanıdır. Kondenserin ısı yükü evaporatörden fazladır çünkü evaporatörün çektiği ısının yanında kompresörün iş harcayan eleman olarak açığa çıkarıp gaza yüklediği ısıyı da atması gerekmektedir. Kondenser çıkışı ısı atım işleminin doğru yapılıp yapılmadığı hakkında bilgi verebilir.
Kondenser çıkışı gazın ısı atarak sıvılaştığı yer olarak düşünüldüğünde, girişten daha düşük sıcaklıkta olması gerekmektedir. Gaz hâlindeki soğutucu akışkanın sıvı hâle geçmesi sabit basınçta gerçekleşir yani kompresör çıkışından genleşme valfi çıkışına kadar basınç sabittir. Sıcaklık farkını oluşturan gazın gizli ısısının ve kompresörün yüklediği ısının atılmasıdır.Entropi, bir maddenin içerisindeki faydasız enerjinin oranını gösterir.
Entropi, bir maddenin içerisindeki faydasız enerjinin oranını gösterir. Entropisi yüksek madde potansiyel enerjisi azalmış (açığa çıkmış) ve düzensizliği artmıştır. Resimde sıcaklık(T)-entropi(S) diyagramı görülmektedir. Kompresörün sıkıştırma etkisi sıcaklık artışına sebep olur.Kondenser gazı önce bir miktar soğutur sonra da sabit sıcaklıkta sıvılaştırır.
Sıcaklık-Entropi diyagramı
Kondenserin sıvılaşma öncesi sıcaklık düşümü kullanılan gaza bağlı olmakla birlikte,15-20 °C civarındadır. Gazın kompresörden çıkış sıcaklığı 55 °C olduğu düşünüldüğünde kondenser sonrası sıcaklık 35-40 °C civarında olmalıdır.
Sıcaklığın daha yüksek olması ısı atma işlevinin yerine getirilmediğinin belirtisidir. Aynı zamanda yüksek evapaporatör giriş sıcaklığı verimi düşürür. Sıcaklık dengesinin verim arttıracak şekilde değiştirilmesi amacıyla aşırı soğutma (subcooling) denilen bir yöntem kullanılmaktadır. Amaç kondenser çıkış sıcaklığını biraz daha düşürmek ve evaporatöre sıcak gaz gitmesini önlemektir.
Aşırı soğutma için kondenser çıkışı bir eşanjör (ısı değiştirici) yardımıyla evaporatör çıkışındaki soğuk gazla ısı alışverişine zorlanır. Ev tipi ve küçük ticari tip buzdolaplarında kılcal boru evaporatör dönüş borusuna sarılarak eşanjör görevini üstlenir ve evaporatör dönüşüne ısı vererek sıvı soğutucu akışkanı biraz daha soğutur.
Böylece sıvı hâle geçemeyen soğutucu akışkan, tamamen sıvı olarak ve sıcaklığını biraz daha düşürerek evaporatöre gelir.
Ölçüm yaparken aşırı soğutma öncesi veya sonrasından ölçüm yapmamız sıcaklıklar arasındaki farkı ve aşırı soğutmanın faydasını anlamamıza yardımcı olacaktır
Subcooling nedir nasıl ölcülür ?
Aşırı Soğuma ve Ölçümü Sıvı hattı aşırı soğuma değerini bulmak için yoğunlaşma basıncı ve iki sıcaklığı bulmak gerekir. Bunlar, söz konusu basınçtaki yoğunlaşma sıcaklığı ve yoğuşturucu çıkışındaki sıvı hattı sıcaklıklarıdır. Yoğuşturucu çıkışındaki borunun yüzey sıcaklığını ölçerek işe başlarız. Yoğunlaşma sıcaklığı ilgili soğutkana ait basınç-sıcaklık tablosundan elde edilebilir.
Yüksek kayma sıcaklığına sahip yeni soğutkan karışımları (örneğin, R-407C) için kabarcık noktası (bubble point-BP) esas alınmalıdır. Ölçüm yapmak için sistemin rejime girmesine müsaade edilmeli ve yoğuşturucu üzerinde yeterli hava debisi sağlandığından emin olunmalıdır. Sıvı hattı sıcaklığını ölçtükten sonra, sıvı hattı servis valfinden veya bu tür valfin olmadığı durumlarda kompresör basma hattındaki basıncı ölçmek ve basınç-sıcaklık tablosu kullanarak eşdeğer sıcaklığı bulmak gerekir.
Her iki sıcaklık arasındaki fark aşırı soğuma (sub cooling) değerini verecektir. Aşırı soğutma / aşırı kızdırma değerlerinin ölçümleri için artık yoğunluklu olarak sıcaklık da ölçebilen manifoldlar kullanılmaktadır. Basınç ve boru yüzeyinden sıcaklık ölçümünün aynı anda yapılabiliyor olması, eş zamanlı olarak aşırı kızdırma ve aşırı soğuma değerlerinin de görüntülenebiliyor olmasını sağlar. Bu da daha doğru bir ölçüm yapılmasına olanak sağlamaktadır
Aşırı soğutma, kompresördeki enerji tüketiminde hiçbir değişim olmaksızın soğutma kapasitesinde artış sağlamaktadır.Her hangi bir nedenden dolayı, kondenserde tümü sıvı haline getirilemeyen soğutucu akışkan, aşırı soğutma için tasarlanan sistem veya devrelerden geçilerek sıvı haline getirilmekte ve sıvı olarak genleşme valfına gönderilmektedir.
Subcooling=(Yüksek basınç değerine karşılık gelen sıcaklık değeri) - (Likit hattı sıcaklığı)
Evaporatör Giriş ve Çıkış Sıcaklıkları Nedir?
Superheat
Evaporatör girişi, sıkışmış sıvı hâldeki soğutucu akışkanın düşük basınçtaki emme hattına giriş kısmı olduğundan en düşük sıcaklık ve hızlı buharlaşmanın olduğu noktadır. Kılcal borudan evaporatöre girişte görülen hızlı buharlaşma, boru dışında karlanma şeklinde görülebilir. Karlanma aynı zamanda sıvı soğutucu akışkanın bulunduğunun bir göstergesidir. Evaporatör verimini değerlendirmek için giriş sıcaklığı yerine çıkış sıcaklığı bir gösterge olabilir. Sistemdeki gaz, fazla veya eksik de olsa giriş kısmında karlanma ve düşük sıcaklık görüleceğinden, çıkış sıcaklığını kontrol etmek, verim hakkında daha kolay değerlendirme sağlayabilir
Soğutma sistemi imalatı sektöründe faaliyet gösteren küçük ve orta ölçekli firmalar, gaz miktarını tespit etmek ve sistem verimini değerlendirmek için sadece evaporatör çıkış sıcaklığını dikkate alırlar. Evaporatör sıcaklığını ölçmek yerine, karlama miktarını kontrol ederek (evaporatör çıkışının karlamasına bakarak) gazın yeterliliğini test ederler. Sadece karlama miktarı çoğunlukla doğru sonuç verse de mevsimsel şartlar, ortamın ve ürünün özellikleri dikkate alındığında, teknik ölçümler yapmak daha kesin sonuçlar verecektir.
Evaporatör sıcaklığının yeterli olup olmaması, istenen soğuk ortam sıcaklık değerlerine bağlıdır. Hava soğutmalı bir evaporatör taşınım havasını ortam sıcaklığından daha düşük sıcaklıkta soğutucu içine göndermelidir. Pratikte 5 °C ve üzerinde ortam sıcaklığı elde edecek bir soğutucu evaporatörünün, ortam sıcaklığından en az 7-10 °C daha düşük sıcaklıkta yani -2 ile -5 °C arasında bir yüzey sıcaklığına sahip olması gerekir. Sıfırın altındaki sıcaklık derecelerinde bu fark soğutucu gazın çeşidine ve defrost sıklığına göre değişebilir.
Ölçümlerde dikkat edilmesi gereken bir konu da süperheat miktarıdır. Bir önceki konuda değinildiği gibi aşırı soğutma (evaporatör için süperheat terimi kullanılır) kondenser çıkışını soğutan, evaporatör çıkışını ise ısıtan bir etki gösterir. Süperheat, soğutucu akışkanın tamamının buharlaştırmasından sonra bir miktar daha ısıtılması işlemidir. Kompresöre sıvı gitmesine engel olması ve sistem verimini arttırması, en önemli faydalarındandır.
Süperheat miktarı kompresör emiş hattı girişindeki sıcaklık ile yine aynı noktada ölçülen basınç değerine karşılık gelen sıcaklık miktarının farkıdır.
Örneğin :
R22 gazı kullanılan bir sistemde, kompresör emiş hattı basıncı 3,5 bar yine aynı noktada (kompresör emiş hattında) sıcaklık -3 °C ölçülüyorsa önce gazın basınç – sıcaklık (P-T) tablosundan 3,5 bar basınca denk gelen sıcaklık değeri okunur. R22 gazının 3,5 bar basınçtaki sıcaklığı -10 °C okunur.
İki sıcaklık değeri arasındaki fark (7 °C) süperheat miktarıdır. Süperheat miktarı düşükse kompresöre sıvı soğutucu akışkan gitmesine yol açabilir. Yüksek süperheat (>7 °C) ise evaporatörün verimsiz çalıştığını, gaz eksikliğini veya genleşme valfinin yeterince gaz geçirmediğini işaret eder.
Ölçümlerde daha önce belirtildiği gibi dijital termostatlar kullanılabilir. NTC duyarga bağlantıları bant veya kısaç yardımıyla yapılabilir.
