Soğutucu akışkan karışımların kullanıldığı soğutma sistemlerinin termoekonomik analizi

Abstract

Bu çalışmada, mevcut sistemlerde çoğunlukla kullanılan CFC grubu soğutucu akışkanlardan R12, R22, ve R502 soğutucu akışkanları yerine, HFC grubu soğutucu akışkanlarından R134a, R152a, R125, R143a ve R32 soğutucu akışkanları ve HC grubundan R290 ve R600a soğutucu akışkanları kullanılmıştır. Daha önce belirlenmiş optimum karışım oranları temel alınarak alternatif soğutucu akışkan olarak, altı adet ikili, dört adet üçlü soğutucu akışkan karışımı, buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde çalışma akışkanı olarak kullanılmıştır. Bu soğutucu akışkanların kullanıldığı soğutma sisteminde bulunan elemanların termodinamik ve ekonomik (yatırım, işletme maliyeti) yönden analizi yapılmıştır. Bu kapsamda termodinamiğin birinci ve ikinci kanununa göre soğutma sisteminin analizi yapılmıştır. Soğutucu akışkanlar ve karışımlarıyla ilgili termofiziksel özelliklerin elde edilebildiği REFPROP 8.0 yazılımı kullanılarak soğutma çevrimlerinin istenilen noktalardaki termofiziksel özellik değerleri alınmıştır. Buharlaşma ve yoğuşma bölgelerinde, basınç değerleri değiştirilerek, soğutma sistemlerine I. Kanun analizi (soğutma tesir katsayısı incelenmesi) ve II. Kanun analizi (tersinmezliklerin incelenmesi) yapılmış ve tüm soğutma sistemi termoekonomik optimizasyona tabi tutulmuştur. Termoekonomik optimizasyon yöntemi olarak yapısal bağ katsayısı yöntemi (CSB) kullanılarak yoğuşturucu ve buharlaştırıcının etkenlik katsayıları (ε) optimize edilmiştir. Optimizasyon sonucunda, optimum yoğuşturucu ve buharlaştırıcı basınç değerlerine karşılık optimum etkinlik katsayıları bulunmuştur.

In this study, most used refrigerants in current systems, three of the CFCs, R12, R22 and R502 and five of the HCFs, R134a, R152a, R125, R143a and R32, and two of the HCs, R290 and R600a, are used as alternative refrigerants. Based upon previously determined optimum mixture ratios, six binary and four ternary refrigerant mixtures are used as working fluids in a vapour compression refrigeration system. Refrigeration system components using as working fluids of refrigerant mixtures above mentioned are analysed based on thermodynamics and economical (investment cost, refrigeration system operation cost) point of views. Thermophysical property values of intended points in refrigeration cycles are taken from REFPROP 8.0 software which gives refrigerant and refrigerant mixtures thermophysical properties. First law analysis (observation of coefficient of analysis) and second law analysis (examination of irreversibility) are carried out by changing pressure values at evaporation and condensation area and then the whole system has been assessed to thermoeconomic optimization. Effectiveness coefficients of condenser and evaporator are optimized by using coefficient of structural bond method (CSB). At the end of the optimization, optimum condenser and evaporator pressures of heat exchangers effectiveness coefficients corresponding to these pressures are determined.