Kompresörlü soğutma sistemlerinde farklı soğutucu akışkanlar için aşırı kızdırma ve aşırı soğutma etkisinin termoekonomik yönden incelenmesi

Abstract

ivÖZETTermoekonomi, mühendislikte kullanılan ısıl süreçlerin ve bu süreçlerle ilişkilisistemlerin en az maliyetle ve optimum sistem yapısı içinde nasıl çalışabilecekleriniinceleyen bilim dalıdır. Termoekonomik optimizasyonun amacı, verilen bir sistemyapısı içinde, yatırım ve işletme maliyetleri ile ekserji giderleri arasında sistemürününün maliyetini minimum yapan bir bağ kurmaktır.Bu çalışmada, kompresörlü teorik bir soğutma sistemindeki evaporatör, kondanser,aşırı kızdırma ve aşırı soğutma eşanjörlerinin termodinamik ve termoekonomikyönden analizi yapılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında kompresörlü soğutmasisteminin soğutma performans katsayısının (COP) incelendiği Termodinamiğin I.Kanunu analizi yapılmış ve daha sonra sistem tersinmezliklerinin ve ekserjikayıplarının incelendiği Termodinamiğin II. Kanunu analizi yapılmıştır. Çalışmanınson aşamasında ise soğutma sisteminin tümüne termoekonomik optimizasyonmetodu uygulanmıştır. İncelemelerde, evaporatör sıcaklığı, kondanser sıcaklığı, aşırıkızdırma sıcaklığı ve aşırı soğutma sıcaklığı değerleri sistemin değişkenparametreleri olarak ele alınmıştır ve optimum aşırı kızdırma ve aşırı soğutmasıcaklıkları ile bu sıcaklıklara karşılık gelen eşanjör alanları tespit edilmiştir.Kompresörlü teorik soğutma sisteminin termodinamik ve termoekonomik analizleri,üç değişik soğutucu akışkan için ayrı ayrı yapılmıştır. Soğutucu akışkanlarıntermodinamik özellikleri Yapay Sinir Ağları (YSA) metodu ile modellenmiş ve herakışkan için termodinamik özellik bağıntıları elde edilmiştir. Bütün analizlerde veYSA metodu ile soğutucu akışkanların özelliklerinin modellenmesinde MATLABbilgisayar programı kullanılmıştır.ANAHTAR KELİMELER: Termoekonomik Optimizasyon, Birinci Kanun Analizi,İkinci Kanun Analizi, Kompresörlü Soğutma Sistemi, Aşırı Soğutma, Aşırı Kızdırma

vABSTRACTThermoeconomy is a discipline which investigates thermal processes and systemsthat are related to these processes in order to operate in optimum systemconfiguration conditions with less capital and operating costs. The aim ofthermoeconomic optimization process is to build a relationship between the capitaland operating costs and exergy losses which minimizes system product costs in agiven system configuration.In this study, thermodynamic and thermoeconomic analysis of the elements oftheoretical vapor compressed refrigeration system (evaporator, condenser,superheating and subcooling heat exchangers) are investigated. In the first part of thestudy, First Law of Thermodynamic analysis of the system that yields coefficient ofperformance (COP) and Second Law of Thermodynamic analysis of the system thatyields exergy losts are carried out. In the last part of the study, thermoeconomicoptimization method is successfully applied to the system. Condenser temperature,evaporator temperature, superheating and subcooling temperatures are selected to bedesign variables of the system and optimum superheating and subcooling heatexchanger areas with the corresponding superheating and subcooling temperaturesare determined.Thermodynamic and thermoeconomic analysis of the theoretical vapor compressedrefrigeration system are made for three different refrigerants. Thermodynamicproperties of the refrigerants are modeled with Artificial Neural Network (ANN)method and thermodynamic property formulations determined for all refrigerants.MATLAB computer program is used for the thermodynamic and thermoeconomicanalysis and modeling of refrigerant properties.KEYWORDS: Thermoeconomic Optimization, First Law Analysis, Second LawAnalysis, Vapor Compression Cooling system, Subcooling, Superheating