Soğutma sistemlerinde kullanılabilir enerji (ekserji) analizi

Abstract

Termodinamik sistemlerin analizinde kullanılan yöntemler, enerji analizi (birinci kanun analizi) yöntemi, entropi analizi yöntemi ve kullanılabilir enerji (ekserji) analizi yöntemidir. Bu çalışmanın amacı, kullanılabilir enerji kavramının ve kullanılabilir enerji analizi yönteminin öğrenilmesine yardımcı olmak ve genellikle güç çevrimlerinin performans değerlendirmelerinde uygulanan bir yöntem olan kullanılabilir enerji analizi yönteminin soğutma çevrimlerinin performans analizlerinde de oldukça etkili bir yöntem olduğunu göstermektir. Verimi en yüksek soğutma çevrimi Ters Carnot çevrimidir. Ters Carnot çevriminin pratikte uygulanması çok zordur ve ekonomik değildir. Bu nedenle Ters Carnot çevrimi soğutma çevrimlerinin karşılaştırılmasında bir referans olarak kullanılır. Bütün termodinamik çevrimlerde olduğu gibi soğutma çevrimlerinde de amaç verimi arttırmaktır. Soğutma çevrimlerinde, yoğuşturucuda aşın soğutma yapmak, buharlaştırıcıda akışkanı kızdırmak ve kademeli sıkıştırma yapmak verimi arttırmanın yöntemlerinden bazılarıdır. Ancak verimi arttırmak için yapılan bu düzenlemelerden daha etkilisi sistemdeki tersinmezliklerin hesaplanıp bunların azaltılması için gerekli tedbirlerin alınmasıdır. Bu çalışmada enerji analizi ve entropi analizi yöntemleri hakkında ayrıntıya inmeden temel bilgiler verilirken, kullanılabilir enerji analizi yöntemi ayrıntılı bir şekilde irdelenmiştir. Daha sonra buhar sıkıştırmalı, absorbsiyonlu ve hava genleşmeli soğutma çevrimlerinin teorik kullanılabilir enerji analizleri yapılmıştır. Son bölümde ise tüm elemanlarında tersinmezlikler bulunan iki kademeli buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminin kullanılabilir enerji analizi sayısal olarak yapılmış ve elemanlardaki tersinmezliklerin sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu çalışmadan çıkarılan en önemli sonuç, kompresör girişi ile buharlaştırıcı çıkışı arasında bulunan emiş borusunda akış sürtünmesi ile oluşacak basınç düşüşü ve çevreden olan ısı kazancının sistem performansına etkisi çok büyük olmaktadır. Dolayısıyla soğutma sistemleri dizaynında emiş borusunda basınç kaybı ve ısı kazancını en aza indirecek tedbirlerin alınmasına özel bir önemin verilmesi gerekmektedir.