Gazi ÜNİversitesi

4.5. Kılcal Boru Genişleme Elemanı Seçimi

Burada söz konusu olan, verilen bir buharlaşma sıcaklığına uygun olarak kılcal borunun boyunu ve çapını belirlemektir. Seçimi yapılan kılcal boru genişleme elmanı ile makine, uygun bir denge noktasında kalması esastır. Yapı ve dizayn yönünden oldukça basit olan bu elemanın seçimi oldukça karışıktır. Boyundan büyük hesap işlemlerini gerektiren kılcal boru genişleme elemanı seçimi konusunda, izlenecek yöntemi belirlemek en önemli hareket noktasıdır. Bu yöntemlerden biri ve en önemlisi, çapı verilmiş bir kılcal boru genişleme elemanının boyunu belirleme yöntemidir. Yoğuşma, basınç ve sıcaklığı verilmiş bir soğutma sisteminde buharlaşma sıcaklığı da verilmiş ise, bu buharlaşma sıcaklığındaki basınca erişmek için şu hesap işlemi uygulanır.

Kılcal borunun bir (l) boyu için basınç düşmesi hesaplanır. (l) uzunluk birimlerine bölünen kılcal borunun her bir l girişindeki hız, özgül hacim ve viskozite belirlenir.

Soğutan maddenin kılcal borudaki hızlanmasından ileri gelen basınç düşümü hesaplanır.

Sürtünme kayıplarından oluşan basınç düşümleri, (l) birimleri boyunca saptanır.
Her bir (l) birim kademesinde meydana gelen basınç düşümleri toplanır.

(l) toplamı için genel basınç düşümü hesaplanıp, bu basınca uygun boy bulunur.

BÖLÜM 5

SOĞUTMADA KULLANAN CİHAZ VE EKİPMAN

5.1. Giriş

Bugün yeryüzünde yaşayan insanlığın en az üçte biri açlığa maruz olup yeterli derecede beslenememektedir. Ancak ne yazıktır ki bugün insanlığın besin ihtiyacı için üretilen gıda maddelerinin gene en az üçte biri insanlığın ihtiyacına sunulmadan bozulmakta ve çürümektedir. Bugün insanlığın besin ihtiyacı için üretilen tüm gıda maddeleri bozulmadan ve çürümeden insanlığın ihtiyacına arz edilmiş olsaydı,insanlık beklide açlığa maruz kalmayacak ve yeter derecede bile beslenecekti.

Bu konuda Türk tarihine baktığımızda atalarımızın etin bozulmadan değerlendirilmesi için pastırma ve sucuğu, sütün bozulmadan değerlendirilmesi içinde peyniri ve tereyağını icat ettiklerini görürüz.atalarımız aynı zamanda et balık meyve ve sebzeleri kurutarak ta muhafazasını sağlamışlardır ve her türlü gıda maddelerini serin mağaralarda saklama yoluna gitmişlerdir. İnsanlar gıdaların muhafazasından başka kendilerini sıcaktan korumak için çeşitli yolar aramışlardır. Yine atalarımız yaz günlerinde diğer yerlere göre serin olan yaylalara çıkarak kendilerini sıcaktan korumuşlardır.
Gelişen teknoloji insanlara kendilerine rahatsızlık veren sıcak iklim koşullarından korunmak ve gıdaların bozulmadan uzun süre saklaması için çeşitli olanaklar sunmuştur. Bunlara gıdaların saklanmasında ki derin dondurucular, buzdolapları ve konfor şartlarını sağlamada da klima sistemleri örnek olarak verilebilir. Piyasalarda en çok karşımıza çıkan soğutma uygulamaları buhar sıkıştırmalı soğutmadır. Diğer soğutma uygulamaları hem ekonomiklik hem de kullanım zorluğu ve bazı sakıncalarından dolayı kullanımı pek tercih edilmemektedir.soğutma uygulamalarında kullanılan elemanlar çok çeşitli olup gelişen teknoloji ile birlikte bunlar geliştirilip yenilenmektedir. Bir maddenin veya ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklığının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemine soğutma denilebilir. En basit ve eski soğutma şekli, soğuk yörelerde tabiatın meydana getirdiği buzları muhafaza edip bunları sıcak veya ısısı alınmak istenen yerlere koyarak soğutma sağlanmasıdır. Kısın meydana gelen kar ve buz’u muhafaza ederek sıcak mevsimlerde bunu soğutma maksatları için kullanma usulünün M.Ö. 1000 yıllarından uygulanmakta olduğu bilinmektedir. Bu uygulamanın bugün dahi yurdumuzun bazı yörelerinde geçerli bir soğutma sekli olduğu görülmektedir. Diğer yandan, eski mısırlılardan beri geceleri açık gök yüzünü görecek tarzda yerleştirilen seramik testilerde suyun soğutulabileceği bilinmektedir. Bu soğutma sekli, gökyüzünün gece karanlıktaki sıcaklığının mutlak sıfır (-273) derece seviyesinde olmasından ve ışıma (Radyasyon) yolu ile ısının gökyüzüne iletilmesinden yararlanılarak sağlanmaktadır.

Şekil 5.1. Kompresörün İç Yapısı

5.2. Soğutma Kompresörleri

Buharlaştırıcı-Soğutucu ısı ile yüklü Soğutucu akışkanı buradan uzaklaştırmak ve böylece arkadan gelen ısı yüklenmemiş akışkana yer temin ederek akısın sürekliliğini sağlamak ve buhar haldeki soğutucu akışkanın basıncını kondenserdeki yoğuşma sıcaklığının karşıtı olan seviyeye çıkarmaktır. İdeal bir kompresörde şu genel ve kontrol karakteristikleri aranır.

1. 
   Sürekli bir kapasite kontrolü ve geniş bir yük değişimi - çalışma rejimine uyabilme
   
2. 
   İlk kalkışta dönme momentinin mümkün olduğunca az olması
   
3. 
   Verimlerin kısmi yüklerde de düşmemesi
   
4. 
   Değişik çalışma şartlarında emniyet ve güvenilirliği muhafaza etmesi
   
5. 
   Titreşim ve gürültü seviyelerinin kısmi ve tam yüklerde ve değişik şartlarda belirli seviyenin üstüne çıkmaması
   
6. 
   Ömrünün uzun olması ve arızasız çalışması
   
7. 
   Daha az bir güç harcayarak birim soğutma değerini sağlayabilmesi
   
8. 
   Maliyetinin mümkün olduğu kadar düşük olması Fakat bu karakteristiklerin tümüne birden sahip olan bir kompresör yoktur denilebilir.
   

Uygulamadaki şartlara göre yukarıdaki karakteristiklerden en fazlasını sağlayabilen kompresör seçimde tercih edilir. Genel yapıları itibarıyla soğutma kompresörlerini aşağıdaki şekilde sınıflandırmak mümkündür.

5.2.1. Pozitif Sıkıştırmalı Kompresörler

5.2.1.1. Pistonlu Kompresörler : Bir silindir içerisinde gidip gelme hareketi yapan bir pistonla sıkıştırma işlemini yapan bir tip kompresörlerde tahrik motorunun dönme hareketi bir krank-byel sistemi ile doğrusal harekete çevrilir. Eski tip bazı çift etkili kompresörlerin yatık tip pistonlu buhar makineleri ile hareketlendirilmesinde hiç dönel hareket olmadan da çalışma durumlarına rastlamak mümkündür. Bugünkü pistonlu soğutma kompresörleri genellikle tek etkili, yüksek devirli ve çok sayıda silindirli makineler olup açık tip veya hermetik tip motor-kompresör seklinde dizayn ve imal edilmektedirler.
Pistonlu kompresörlerin uygulanma şartları, birim Soğutucu akışkan soğutma kapasitesine isabet eden silindir hacmi gereksinimi az olan ve fakat emiş/basma basınç farkı oldukça fazla olan refrijeranlar için uygun düşmektedir. Amonyak , R-12, R-22, R-502 bu refrijeranlarin en basta gelen türleridir.
Açık tip pistonlu kompresörlerin bugünkü silindir tertip şekilleri genellikle düşey I,V ve w tertibinde 1 ila 16 silindirli ve tek etkili olup, yatık ve çift etkili kompresör dizaynı hemen tamamıyla terk edilmiştir. Tam kapalı-hermetik tip motor- komresörlerde düşey eksenli krank mili ve motor ile yatay eksenli silindir tertibi çok sik uygulanmaktadır. Daha öncede bahsedildiği gibi pistonlu makinalardaki ayrım acık tip kompresör ile hermetik arasındadır.Açık tip demekle ya kayış tahrikli yada doğrudan bağlantılı bir dış motor tarafından tahrik edilen kompresörü kastediyoruz. Bu tip kompresörün karterine uzanan bir mil ve tabı birde mil contası vardır.Bu tip kompresörün aksı olan tip motorla kompresörün aynı muhafazada korunduğu hermetik sızdırmazlıklı kompresördür. Böylece hermetik sızdırmazlıklı kompresörün kartere uzanan mili yoktur ve böylece sızdırmazlık elemanına ihtiyacı yoktur.Her tipin diğerine göre bazı avantajları vardır.



Şekil 5.2.Pistonlu Tip Kompresör

Kayış tahrikli acık tip bir kompresör çok esnektir. Hızı tek bir kompresörün çoğu zaman iki yada üç değişik boydaki üniteler için kullanılabileceği şekilde değiştirilebilir. Motor kasnağının ve kompresör valfı boşluğunun sadece boyutlarını değiştirerek çoğu zaman bu aynı kompresör sadece değişik boyda motorlarla değil yüksek orta ve düşük sıcaklık uygulamalarında da kullanılabilir. Açık tip kompresörün bu özelliği hermetik tipe kıyasla en göze çarpan avantajıdır. Diğer avantajları bu tip kompresörlerin düzenli olmayan voltajlar ve frekanslar için bulunan motorlarla kullanılmasıdır ki hermetik tip kompresörler bunun için üretilmezler. Bu voltaj ve farzların Amerika Birleşik Devletleri`ninkinden farklı olduğu deniz ötesi pazarlarda önemli bir faktör olmuştur. Örneğin 50 (hertz) frekansın ve doğru akımın eldeki tek güç olduğu yerlerde. Hermetik kompresörler doğru akım için uygun değildir ama acık motorlar için uygundur.

Açık kompresörlerin bakımı her zaman yerinde yapılabilir ki bu bütün hermetikler için geçerli değildir. Motor yandığında acık tip sistemde motoru değiştirmek motorun soğutucu ile temas ettiği hermetik sistemlerden daha kolaydır. Hermetik sızdırmazlıklı sistemde motor yanınca bütün kompresör sökülmeli ve parçalara ayrılmalı ve yeniden revizyon için tamirhaneye veya fabrikaya geri gönderilmelidir. Soğutucu boşaltılmalı ve izolasyonun yanmasına neden olabilecek asidin sistemde dolaşma ihtimalini ortadan kaldırmak için sistem temizlenmelidir. Bununla beraber hermetik kompresörlerin acık tipe kıyasla ayrı avantajları vardır. Belki de bunun en önemlisi mil sızdırmazlık elemanının olmamasıdır. Mil sızdırmazlık elemanları pislikten yağlamadaki kısa sureli bir aksaklıktan sistemde toplanabilecek aşındırıcı herhangi bir şeyden (çapak gibi) ve kaba kullanmadan doğacak fiziksel hasardan vb. nedenlerden etkilenebilirler. Bugün kullanılan mil sızdırmazlık elemanları 15-20 yıl önce kullanılanlardan daha gelişmiş olmalarına rağmen hala özellikle düşük taraf basıncının fazla vakum altında olabileceği düşük sıcaklık sisteminde potansiyel bir arıza kaynağıdır. Böyle bir durumda sızdırmazlık elemanındaki bir sızıntı havanın ve nem buharının soğutma sistemine girmesine imkan verir ki bu sistemin soğutucu kaybetmesinden daha ciddidir.
Hermetik kompresörün diğer avantajları küçük olması daha kompakt olması titreşimden daha az etkilenmesi ve motorunun sürekli soğutulmasıyla iyi bir şekilde yağlanmasıdır. Ayrıca değiştirme ve sık ayarlama gerektiren kayışları yok. Sürekli soğutma sağlamak için acık kompresör motoru motor muhafazasının etrafındaki hava ile soğutulur eğer motor cevre sıcaklığının yüksek olduğu veya havalandırmanın yetersiz olduğu bir yerde ise ısıyı uygun şekilde dağıtmak sorun olabilir.
Hermetik tasarımlı motorda ısı motor ısısını almak için soğuk emme gazının stator sargısının içinden veya etrafından geçirilmesiyle dağıtılır ve soğutucu böylece ısıyı dağıtıldığı yer olan kondensere taşır. Bu işlemin diğer bir avantajı herhangi bir sıvı soğutucunun emme açıklıklarından girmesini önlemeye yardım etmek için emme gazının aşırı kızdırılmasıdır ve bu düşük sıcaklıkta yapılan islerde gren gazın kurutulmasında da önemlidir.
Gerçekte acık kompresörler satılan toplam kompresör miktarının çok düşük bir kısmıdır ve soğutucu sıcaklıklarının ve şartların konfor kliması sahasındakilerden daha farklı ve daha çeşitli olduğu ticari soğutma ve ya endüstriyel soğutma alanlarında yoğunlaşmıştır. Hala çalışan çok sayıda acık makina vardır ve bir teknisyenin servis ve bakım esnasında tamiri ve değiştirilmesi gereken bir acık makinayla karsılaşması olasılığı yüksektir bu yüzden acık tip kompresörün yapısının temelde iyi anlaşılması önemlidir. Yağsız basınçlı havanın temiz, güvenli bir enerji türü olması, gün geçtikse kullanımını bir çok alanda gerekli kılmaktadır. Sağlıklı çevre dostu bir enerjidir. Günümüz endüstrisinde seçilerek üretim yöntemlerinde, neticesi risk taşımayan ve ne olduğundan kesinlikle emin olunan sistemler tercih edilmektedir. Bu seçimlerde rol oynayan diğer önemli nokta da yoğun rekabetin içinde rakiplerinden birçok yönden daha iyi olabilmektir. Bunun için de daha kaliteli üretimi gerçekleştirmek, yüksek teknoloji kullanımını arttırarak ve gün geçtikse yok olan dünya kaynaklarından daha ekonomik, verimli ve çevre dostu olarak yararlanmak gerekmektedir.


Şekil 5.3. Pistonlu Yağlı Kompresörler Şekil 5.4. Pistonlu Yağsız Komp.

Yağsız basınçlı hava; gıda, elektrik, elektronik, çimento, otomotiv, cam, tekstil, kağıt, metalürji, demir-çelik, kimya ve petrokimya, ilaç, meşrubat endüstrilerinde kullanım alanı bulmaktadır. Genellikle bu endüstride:

Hassas pnömatik kontrol devrelerinde; üretim malzemeleri ile temas eden havada; robotlar, makinalar ve sistemlerde; boyama ve kaplama islerinde kullanılmaktadır. Yağsız basınçlı hava, eğer yağsız bir kompresör ile elde ediliyorsa, normal kompresörlerde olduğu gibi hava içerisindeki yağın alınması için yüksek maliyetli ve kullanımı zaman zaman risk taşıyan, yağ alici filtreleme işlemini gerektirmez.


Şekil 5.5. Açık Tip Pistonlu Kompresörler
Pistonlu kompresörlerle ilgili şimdiye kadar anlatınlar tek kademeli üniteler üstünde yoğunlaştı ancak çok aşırı düşük sıcaklıklı uygulamalarda karşılaşılan yüksek sıkıştırma oranından dolayı buharlaşma sıcaklıklarının –34.4 °C ile -62.2 °C aralığında olduğu durumlarda verimi artırmak için iki kademeli kompresörler geliştirilmiştir.İki kademeli kompresörler iç yapı bakımından düşük (ya da birinci) ve yüksek (ya da ikinci) kademelere bölünmüşlerdir.Emme gazı emme hattından doğruca düşük kademe silindirlerine ve burada kademeler arası manifolduna boşaltılır ve akısı ayarlanır.Böylece motorun yeterince soğutulmasını sağlar ve aşırı sıcaklıkları önler.Kademeler arası basınçtaki kızgın soğutucu buharı yüksek kademe silindirinin emme ağızlarına girer ve sonra yoğuşma basıncında kondensere boşaltılır.
5.2.1.2. Paletli Dönel Kompresörler : Dönel kompresörler, pistonlu kompresörlerin gidip gelme hareketi yerine sıkıştırma işlemini yaparken dönel hareketi kullanırlar. Bu dönel hareketten yararlanma sekli ise değişik türden olabilir (tek ve çift dişli, tek paletli, çok paletli). Çift dişli prensibine göre çalışan ve çok sik rastlanan Helisel Vida tipi dönel kompresörler de vardır.
5.2.1.3. Helisel Tip Dönel Kompresörler : Pozitif sıkıştırmalı kompresörler genel grubuna giren bu kompresörlerin değişik konstrüksiyonu haiz birçok türüne rastlamak mümkündür. Soğutma uygulamalarında halen en çok rastlanan helisel tip dönel kompresörleri, bariz farklara sahip iki ana gurupta toplamak mümkündür;


Şekil 5.6. Helisel Vida Tipi Kompresör

1) Tek vidalı/helisli tip,

2) Çift vidalı /helisli, dönel kompresörler.
Ancak her iki tip kompresörün de çalışma prensibi ve konstrüktif yönden birçok müşterek yanları vardır. Örneğin , basınçla yağın püskürtülmesi suretiyle hem yağlama işleminin yapılması, hem sıkıştırma işlemi sırasında sızdırmazlığın sağlanması hem de meydana gelen ısının gövdeden alınıp uzaklaştırılması , her iki tür kompresörde de yerleşmiş bir uygulama seklidir. Keza oranları, kapasite kontrolü mekanizmaları ve ısı ekonomileri tertipleri her iki tip kompresörde de benzer durumdadır. Bazı imalatların,daha geniş bir kapasite kapsamına cevap verebilmek amacıyla yarım hermetik tipi iki kompresörü motor kısmından sırt sırta,bir emiş hücresinde birleştirerek Tandem tertibinde yapıldıkları da görülmektedir. Pistonlu bir soğutma kompresörünün ana elemanları ile bunların imal dizayn özellikleri aşağıda özetlenmektedir:
Kompresör gövdesi ve silindirleri:Kompresör gövdesi içerisinde silindirleri,karter ve yağlama yağını, Piston-Biyel-Krank sistemini,emme ve basma subaplarını toplayan valf pleytini, silindir kapaklarını, ana yatakları, kapasite kontrollülerde kapasite kontrol mekanizmasını, servis valflerini , açık tiplerde şaft salmastrasını, cebri yağlamalı tiplerde yağ pompasını, hermetik ve yarım hermetik tiplerde elektrik motorunun stator ve rotoru ile bağlantı kutusunu ve diğer gerekli aksamı toplamaktadır. Tek veya iki parça olarak yapılır.İki parçalı dizaynda silindirler ayrı olarak yapılıp karteri havi gövdeye, contalı şekilde cıvatalarla sıkıca tespit edilir. Silindirlerin dış yüzeylerinde kanatçıklar bırakılarak havanın soğutma etkisi arttırılmış olur.Silindirlerin gömlekli dizayn tertibine bilhassa büyük kapasiteli kompresörlerde sık sık rastlanmaktadır.
Halokarbon soğutkanlarla çalışan kompresörlerde silindirlerin aşınması çok az ve yavaş olmakta ve gömlekli dizayn şekli daha ziyade imalatçının imal tekniği tercihine dayanmaktadır.Kaynaklı saç imalat tekniği de kompresör gövdesi imalinde uygulanmaktadır.Bu takdirde silindirlerin gömlekli dizayn tarzında yapılması tercih edilmektedir.