Bir otomotiv klima sisteminin ekserji analizi ile performans tespiti

Abstract

Termodinamik sistemler Enerji ve Ekserji Analizleri kullanılarak analiz edilirler. Enerji analizi prosesin yönü ve enerjinin kalitesi konusunda bir fikir beyan etmediği için enerji analizine (enerjinin miktarına) dayalı olarak gerçekleştirilen sistem analizi tek başına güvenilir değildir. Bu sebeplerden dolayı, prosesleri modern bir şekilde analiz etmek için mühendislik sistemlerinin değerlendirilmesinde gelişmiş bir araç ve daha gerçekçi bir bakış sağlayan ekserji analizi kullanılmaktadır. Bu çalışmada, soğutkan olarak R134a (C2H2F4/Tetrafloretan ) kullanan buhar sıkıştırmalı bir otomobil klima sisteminin her bileşenine (kompresör, kondenser, evaporator ve genleşme valfi) enerji ve ekserji analizleri uygulanmıştır. Deneyler, 900 min-1'den 1800 min-1'ya 100 min-1'lık artırımlarla on farklı kompresör hızı ve 200, 300 ve 400 g olmak üzere üç farklı soğutkan yükünde gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk kısmında, kompresör hızı ve soğutkan yüküne göre sistemin soğutma tesir katsayısı (STK), soğutma kapasitesi ve kompresör gücünü değişiminin belirlendiği Termodinamiğin Birinci Kanun Analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, STK değerleri soğutkan yükü ile artma, kompresör hızı ile azalma göstermiştir. Genel olarak, soğutma kapasitesi değerleri hem soğutkan yükü hem de kompresör hızı ile artmıştır. Bu durumdan farklı olarak, kompresör gücü artan soğutkan yükü ile azalmış, artan kompresör hızı ile artmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında ise, AAC sisteminin her bileşeninde birim zamanda meydana gelen ekserji kayıp değerinin belirlendiği sistemin Termodinamiğin İkinci Kanun Analizi yapılmıştır. Soğutma sisteminin tüm bileşenlerindeki kayıp ekserjiler hem artan kompresör hızı ile hem de artan soğutkan yükü ile artmıştır. Kompresör hızı ve soğutkan yüküne göre en yüksek tahrip edilen ekserji değerinin meydana geldiği ünite kompresördür. Daha sonra tahrip edilen ekserji değeri sırasıyla kondenser, evaporatör ve genleşme valfi şeklinde sıralanmıştır.

Thermodynamic systems are analysed using two essential tools named of energy analysis and exergy analysis. However, the analysis done based on the energy law (quantity) alone is deceptive. Because, it is blind for the process direction and is not able to recognize different quality of energies. For these reasons, the modern approach to the process analysis uses the exergy analysis, which provides a more realistic view and an advanced tool for engineering process evaluation. In this study, energy and exergy analysis are applied to the separate components (evaporator, condenser, compressor and expansion valve ) of a vapor compressed Automobile Air Conditioning (AAC) system using R134a (C2H2F4/Tetrafloretan) as a refrigerant. The experiments were carried out at ten different compressor speeds starting from 900 min-1 to 1800 min-1 by 100 min-1 increasing rates and three different refrigerant charges at 200, 300, and 400 g. In the first part of the study, the First Law of Thermodynamic analysis of the system that yields the Coefficient Of Performance (COP), the cooling capacity and the compressor power change with respect to the rotating speed of the compressor and refrigerant charge. The results show that, the COP increases with the increasing refrigerant charge and decreases with the increasing compressor speed. Furthermore, the cooling capacity values generally increase by increasing both the refrigerant charge and compressor speed. Unlike this, compressor power decreases with the refrigerant charge and increases with the increasing compressor speed. On the second part of the study, the Second Law of Thermodynamic analysis of the system that yields the rate of exergy destruction in each component of the AAC system has been found. Exergy destruction values in all components of cooling system increase by increasing both compressor speed and refrigerant charge. The component having the greatest increase in exergy destruction with respect to compressor speed and refrigerant charge is the compressor itself. Then the rest, in exergy destruction is ordered as compressor, condenser, evaporator and expansion valve, respectively.