Soğutma Tekniği Soğutma Tekniği Uygulamaları 1 4 Y.B.K 3 5 6 2 7 8 1 A.B.K Ara Soğutucu Expansiyon Problem 1 : 50 000 Kcal/h soğutma kapasiteli ve iki kademeli bir evaparatörlü, amonyaklı soğutma tesisindeki, evaparatöründeki buharlaşmanın –36°C’ da. Kondenserdeki yoğuşmanın ise +24°C olması istenmektedir. Kondenserde 4°C’ da alt soğutmaya tabi tutulan soğutucu madde bir expansiyon valfinden geçirildikten sonra, ara soğutucu deposuna verilmektedir. Bu depodan alınan sıvı soğutucu madde, yine bir expansiyon valfinden geçirildikten sonra evaparatöre veriliyor. Evaparatörden 6 C kızgın olarak çıkan soğutucu madde gazı alçak basınç kompresörü tarafından emilerek ara soğutucu deposuna basılmaktadır. a ) Çevrimi P-i ve T-S diyagramlarında gösterip gerekli noktaları işaretleyiniz. b ) Tesisatın şemasını çiziniz. c ) Alçak ve yüksek basınç kompresörlerinin teorik güçlerini ve sağlamaları gereken teorik hacimleri hesaplayınız. a ) 35 , 3 35 , 9 , 0 10 35 , = + = + = x xP P P evaparatör kondenser a b ) Eva. 50 000 2 D 2=437 G AB=0,046 G AB=0,0463 D 7=92 G YB= ? D 3=437 G YB= ? i 6=122 c ) 2 No’lu yerden ne girerse 7 no’lu yerden aynı miktar çıkar. Yine 6 no’lu yerden ne girerse 3no’lu yerden o miktar çıkar. No t °C i 1 2 3 4 5 6 7 8 -30 58 -7 70 20 -7 -7 -36 393 437 400 436 122 122 93 93 A.B.K’ ünden geçen miktar : ( ) sn kg Q i i G / 0463 , 0 3600 93 393 50000 3600 1 1 2 = - = - = A.B.K Gücü=(N AB ) ( ) Hp N AB 6 , 11 75 427 393 437 0463 , 0 = - = Y.B.K gücünü bulabilmemiz için ara soğutucudan çıkan miktarı bilmemiz gerekir, bilemediğimiz için ara soğutucuda balanslama yapacağız. Şöyle : 2 no’ ludan ne kadar girerse, 7 no’ ludan o kadar çıkar, 6 no’ ludan ne kadar girerse, 3 no’ ludan o kadar çıkar. G AB x i 2 +G YB x i 6 = G YB x i 3 + G AB x i 7 0,0463 x437 + G YB x 126 = G YB x 400 + 0,0462 x 93 buradan; G YB = 0,074 kg/sn bulunur. Gücü ise (Y.B.K için) ( ) Hp N YB 1 , 15 75 427 400 436 074 , 0 = - = V 1 =1,32 m 3 /kg , V 2 =0,38 m 3 /kg (Diyagramdan okunur) sn m x V sn m x V AB YB / 0611 , 0 32 , 1 0463 , 0 / 0281 , 0 38 , 0 074 , 0 3 3 = = = = 3 + 30 °C Expansiyon G 2 G 1 (su) 20 °C A.S 30 °C (su) 2 1 Va 19 1 2 3 4 5 6 -5°C V 2=0,40 V 1=1,2 -35 °C +30 °C 30 °C 25 °C P Pk=12 ata Pa=3,71 ata Pe=0,95 ata D 1=D 2=128 D 3 390 D 4 418 D 5 434 D 6 463 Problem 2 : Amonyaklı bir tesiste –35 °C evaparatör sıcaklığı ve kapasitesi Q=100 000 kcal/h, kondenser sıcaklığı +30 °C olup, kondenserde 5 °C alt soğutmaya tabi tutulmaktadır. Sıkıştırma iki kademede yapılacaktır. Gerekli teorik kompresör güçlerini ve her bir kompresörün sağlaması gereken teorik hacimleri hesaplayınız. a ) I . kademe kompresörünü terk eden soğutucu madde gazı, su soğutmalı bir ara soğutucuda +25 °C’ a kadar soğutulmaktadır. Ara soğutucuya suyun giriş sıcaklığı 20 °C , çıkışı ise 30 °C ’dur. Buna göre gerekli su miktarını hesaplayınız ? b ) Su soğutmalı ara soğutucuda, soğutucu madde gazı +25 °C’ a kadar, diğer ara soğutucuda ise doyma sıcaklığına soğutulmaktadır. Ara soğutucudaki gerekli su miktarını hesaplayınız ? Sıkıştırma izontropiktir. Kondenser Evaparatör 4 ata x P P P e k a 71 , 3 35 , 0 95 , 0 12 35 , 0 = + = + - = ( ) sn kg x Q D D G / 106 , 0 3600 128 380 100000 3600 1 2 3 1 = - = - = ( ) ( ) Hp x D D xG N e 5 , 26 390 434 106 , 0 7 , 5 7 , 5 3 5 1 = - = - = s m V G G t / 128 , 0 2 , 1 106 , 0 3 1 1 1 = × = × = sn m G t / 0425 , 0 40 , 0 106 , 0 3 2 = × = ( ) ( ) Hp N i i G N e l 3 , 27 418 463 106 , 0 7 , 5 7 , 5 4 6 1 2 = = - × = - = Ara soğutucuda gerekli su miktarı =0,106 (434-418) =1,7 kcal/s sn kg T T Q G ç g A su / 17 , 0 10 7 , 1 = = - = b ) 5 ( ) s kg Q i i G / 094 , 0 3600 95 390 100000 3600 1 2 3 1 = - = · - = ( ) ( ) Hp i i G N e 5 , 23 390 434 094 , 0 7 , 5 7 , 5 3 6 1 = - × = - × = kg m V G G t / 0113 , 0 2 , 1 094 , 0 3 1 1 1 = × = × = 400 95 128 418 2 1 2 1 × + × = × + × G G G G 95 094 , 0 400 128 418 094 , 0 2 2 × + × = × + × G G s kg G / 112 , 0 272 4 , 30 2 = = s m V G G t / 0391 , 0 35 , 0 112 , 0 3 2 2 2 = × = · = ( ) ( ) Hp i i G N e 5 , 25 400 440 112 , 0 7 , 5 7 , 5 4 7 2 2 = - × = - × = Ara soğutucuda gerekli su miktarı SU G ( ) 4 6 1 i i G Q A - = ( ) s kcal Q A / 5 , 1 418 434 094 , 0 = - = s kg t t Q G ç g A su / 15 , 0 20 30 5 , 1 = - = - = 6 Problem 3 : Amonyaklı bir tesiste Evaparatör kapasitesi Q=100000 Kcal/h tır. Tesisin iki kademeli, tek evaparatörlü ve ara soğutucuların olduğu bilinmektedir. Evaparatör sıcaklığı -35°C kondenser sıcaklığı +35°C ve ara basınç 3,7 ata , 5°C alt soğuma ve 5°C kızdırma vardır. Sıkıştırmanın izontropik olduğu kabul edilecektir. P-i ve T-S diyagramını çiziniz. a) Her iki kompresörün teorik gücünü hesaplayın. b) Her iki kompresör, iki silindirli toplam hacimsel verimi hesaplayın. ? tv =0.70, Piston stroku S=D ve n=850 dev/dk olduğuna göre silindir çapını ve strokunu hesaplayın. a ) ( ) sn kg Q i i G / 107 , 0 3600 133 393 100000 3600 1 4 3 1 = - = · - = Teorik hacim = 25 , 1 107 , 0 1 1 1 × = × = · V G t G eorik sn m t G / 134 , 0 3 1 = · ( ) ( ) sn kcal i i G Q s / 05 , 4 400 438 107 , 0 4 5 1 1 = - = - = 7 sn kg i i Q G s s / 0152 , 0 133 400 05 , 4 1 4 1 = - = - = ( ) ( ) Hp i i G N e 5 , 27 393 438 107 , 0 7 , 5 7 , 5 3 5 1 1 = - × = - × = G 2 =G 1 +G 5 G 2 =0,107+0,152=0,259 kg/sn sn m V G G t / 09065 , 0 35 , 0 259 , 0 3 2 2 2 = × = × = ( ) ( ) Hp i i G N e 43 , 66 400 445 259 , 0 7 , 5 7 , 5 4 6 2 2 = - × = - = b) 1. Silindir sn m G G tv t h / 192 , 0 70 , 0 134 , 0 3 1 1 = = = ? 1 dakikada her bir silindirin sağlaması gereken hakiki hacim dk m G V h s / 75 , 5 2 60 192 , 0 2 60 3 1 1 = × = × = n s D V s · · = 4 2 1 ? 23 2660 850 4 14 , 3 75 , 5 3 2 = × ? × · · = D D D S=D olduğundan m D D D 206 , 0 00865 , 0 00865 , 0 2660 23 3 3 = ? = ? = = 2. Silindir sn m G G tv t h / 13 , 0 70 , 0 09065 , 0 3 2 2 = = ? S=D=0,206m=206mm dk m G V h s / 9 , 3 2 60 13 , 0 2 60 3 2 2 = × = × = n s D V s · · = 2 2 2 ? 0058 , 0 850 4 14 , 3 9 , 3 3 2 = ? · · = D D D mm D S M D 180 180 , 0 0058 , 0 3 = = = = 8 Problem 4 : Amonyaklı bir soğutma tesisinde, buharlaşma 1 ata yoğunlaşma ise 16 atm basınçta yapılmaktadır. Sıkıştırma iki kademelidir. Kondenserde 10°C kadar alt soğutmaya (Aşırı) tabii tutulan sıvı amonyağın expansiyon valfinde kısıtlanması sonucunda elde edilen,ıslak buhar ile, alçak basınç silindirlerinden çıkan buhar, bir ara soğutucu kabında toplanıyor. Bu kaptan çıkan buhar, yüksek basınç kompresörüne,sıvı ise bir expansiyon valfinden geçirilecek evaparatöre gönderiliyor. Alçak basınç kompresöründen saatte 50 kg soğuk madde geçmektedir. Her bir kompresörün endike verimi ? i =0,80, Mekanik verimi ? m =0,85 ve toplam hacimsel verimi ? tv =0,90 olarak bilinmektedir. a ) Tesisatın çalışma şemasını çiziniz. P-i, T-S diyagramında karakteristik noktalar, basınç, sıcaklık ve entalpi değerlerini yazınız. b ) Alçak ve yüksek basınç kompresör motor güçlerini yani millerine verilen güçleri (P-i)’ den faydalanarak bulunuz. Elimizde diyagram bulunmasaydı, adyabatik üssü 1,31 olduğuna göre bu güçleri nasıl hesaplardınız ? c ) Tesisatın soğutma tesiri faktörü ne kadardır ? d ) Tesisin soğutma yükünü bulunuz. e ) Kondenserde amonyaktan alınması gereken ısıyı hesaplayınız f ) Her bir kompresörün devir sayısı 500 dev/dk olduğuna göre silindir hacimlerini hesaplayınız. a ) 9 ( ) h kcal Q Q Q i i G s kg h kg G / 14500 290 3600 0139 , 0 3600 100 390 0139 , 0 3600 1 / 0139 , 0 3600 50 / 50 2 3 1 1 = × × = - = ? · - = = = = tesisin soğutma yükü kapasitesi. b ) ( ) ( ) Hp i i G N e 96 , 3 390 440 0139 , 0 7 , 5 7 , 5 3 5 1 1 = - × = - × = ( ) ( ) 402 100 440 133 3 , 4 402 445 0176 , 0 7 , 5 7 , 5 / 0165 , 0 19 , 1 0139 , 0 . / 0139 , 0 85 , 5 85 , 0 80 , 0 96 , 3 2 1 1 2 4 6 2 3 1 1 1 2 1 1 1 1 × + × = × + × = - × = - · · = = × = · = = = × = · = = G G G G Hp i i G N s m V G G idi s kg G Hp N N N e t m i e e e m ? ? ? ( ) ( ) 133 402 100 440 0139 , 0 2 - = - G s kg G / 0176 , 0 269 340 0139 , 0 2 = × = s m V G G t / 0051 , 0 29 , 0 0176 , 0 3 2 2 2 = × = · = s m G G tv t h / 0057 , 0 90 , 0 0051 , 0 3 2 2 = = = ? Alternatif çözümü : Hp N Q P P V P n n i i N e n n e a e e 79 , 3 3600 14500 75 1 1 1 35 , 4 19 , 1 10 1 1 31 , 1 31 , 1 100 390 1 3600 75 1 1 1 1 31 , 1 1 31 , 1 4 1 1 2 3 1 1 ? · · ? ? ? ? ? ? ? ? - ? ? ? ? ? ? · · · - · - = · · ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - ? ? ? ? ? ? ? ? · · - · - = - - Ps N Q P P V P n n i i N e n n a k a e 30 , 4 3600 14500 75 1 1 35 , 4 16 29 , 0 10 435 1 31 , 1 31 , 1 100 390 1 3600 75 1 1 1 1 31 , 1 1 31 , 1 4 1 2 2 3 2 2 ? · · ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - ? ? ? ? ? ? · · · - · - = · · ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - ? ? ? ? ? ? ? ? · · - · - = - - 10 Soğutma tesiri faktörü : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 12 , 3 402 445 390 440 100 390 4 6 3 5 2 3 = - + - - = - + - - = = › i i i i i i Q Q ST ST KOMP EVAP Kondenserden amonyaktan alınması gerek ısı : (Q k ) ( ) ( ) s kcal i i G Q k / 5 , 5 133 445 0176 , 0 1 6 2 = - = - = Her bir kompresörün devir sayısı n=500 dev/dk olduğuna göre silindir hacimlerini hesaplayınız.(V s1 , V s2 ) ? ? ? ? ? ? ? ? = = = › · · = hacmi silindirin Birinci m n V V n s D V s H s 3 2 00221 , 0 500 11 , 1 4 1 1 1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? = × = · = hacim gereken sağağlama silindirin dk m z G V h s . 2 / 341 , 0 1 60 0057 , 0 60 3 2 2 ? ? ? ? ? ? ? ? = = = › · · = hacmi silindirin m V V n s D V s H s . 2 00068 , 0 500 341 , 0 500 4 3 2 2 2 2 ? 11 Problem 5 : 4 silindirli ve tek tesirli bir kompresörün silindir çapı 75 mm. stroku 100 mm. soğutucu madde F12 olup kondenser basıncı 7,2 ata, evaparatör basıncı ise 1,85 ata’ dır. Aralık c=0,02’dir. Kompresörün izontropik olduğu ve 5 °C alt soğutma ve 5°C kızdırma yapıldığına göre devir sayısı n=600 dev/dk olduğuna göre, a ) Aralık hacimsel verimini ? av ’ yi, kompresörün soğutma kapasitesini (Q)’ yu hesaplayınız. b ) Endike verim ? i =0,82, mekanik verim ? m =0,90, kayış verimi ? k =0,95 olduğuna göre gerekli motor gücünü hesaplayınız ? a ) n=1,31 (tablodan veya verilir) 96 , 0 85 , 1 2 , 7 02 , 0 02 , 0 1 1 31 , 1 1 1 = ? ? ? ? ? ? - + = ? ? ? ? ? ? ? ? - + = n e k av P P c c ? ( ) dk m n s D V s / 265 , 0 4 600 1 , 0 075 , 0 4 3 2 2 = · · = · · = ? ? s m z V G s h / 0177 , 0 60 4 265 , 0 60 3 = · = · = s m G G G G av h t av t h / 0168 , 0 85 , 0 0177 , 0 3 = · = · = › = ? ? ( ) ( ) kg kcal i i G Q Q i i G / 19600 3600 5 , 105 2 , 136 178 , 0 3600 3600 1 2 3 2 3 = - = - = › · - = Motor gücü Hp N N m k i e m 15 , 8 90 , 0 95 , 0 82 , 0 7 , 5 = · · = · · = ? ? ? 12 Problem 6 : Amonyaklı bir soğuk depo tesisatında çabuk dondurma odasının yükü –45 °C evaparatör sıcaklığında 150 000 kcal’ dir. (Ek muhafaza odasının yükü ise –10 °C’ da 60 000 kcal’ dir.) Sistem iki kompresörlü ve ara soğutucudur. Birinci kademedeki buster kompresörü, soğutucu maddeyi yüksek basınç evaparatörü seviyesine yükseltmektedir. Amonyak buharı her iki evaparatörü de 5 °C kızgın olarak terk etmektedir. Buster kompresörü terk eden kızgın buhar, ara soğutucudan doymuş hale gelmektedir. Her bir evaparatör ve ara soğutucu için ayrı bir expansiyon valfi kullanılacaktır. Yoğuşma sıcaklığı +30 °C’ dur. Her iki kompresörde de sıkıştırmanın izontropik olduğu kabul edilecektir. a ) Böyle bir sistemin şemasını çiziniz. (T-S ve P-i diyagramlarını çiziniz.) b ) Her iki kompresörün teorik gücünü hesaplayınız. c ) Soğutma suyu giriş sıcaklığı 20 °C, çıkış sıcaklığı 25 °C olduğunda zarf ve boru tipi bir kondenserin sathını ve büyüklüğünü hesaplayınız. (60 m/dk su hızı için k=870 kcal/m 3 h, ?’dır.) 42,25/34,25 mm.lik borular kullanılacaktır. Boru boyu L=4 m.dir. 13 ( ) ( ) ( ) ( ) s kg i i G Q s kg Q i i G Hp i i G N s kg Q i i G s e / 3 , 7 399 444 162 , 0 / 062 , 0 3600 60000 133 403 1 3600 1 1 , 50 389 444 162 , 0 7 , 5 7 , 5 / 162 , 0 3600 150000 133 389 1 3600 1 4 6 1 2 2 5 2 3 6 1 1 2 3 1 1 1 = - = - = = · - = · - = ' = - · = - · · = = · - = · - = s kg i i Q G s s / 0276 , 0 133 399 3 , 7 2 4 1 1 = - = - = s kg G G G G s kg G G s s / 2516 , 0 062 , 0 1896 , 0 / 1896 , 0 0276 , 0 162 , 0 2 1 2 1 1 1 = + = ' + + = = + = + ( ) ( ) ( ) ( ) Hp i i G N kg kcal G G G i G G G i D x e s s x 66 401 447 2516 , 0 7 , 5 7 , 5 / 401 2516 , 0 403 062 , 0 0276 , 0 162 , 0 399 7 2 2 1 5 2 1 4 2 1 1 = - · = - · = = · + + = ' + + · + + = Soğutma tesiri katsayısı sorulsaydı ( ) ( ) ( ) ( ) ? - + - - + - = x i i i i i i i i ST 7 3 6 2 5 2 3 Entalpi değerleri yerine konur netice bulunurdu. ( ) ( ) h kcal Q s kcal i i G Q k k / 285000 3600 79 / 79 133 447 2516 , 0 1 7 2 = · = = - = - = Soğutma suyu miktarı = h m h kg t t Q G k su / 57 / 57000 3 1 2 = = - = V=60 m/dk su hızı veya (3600 m/h su hızı) için gerekli boru iç alanı ( ) 2 2 2 1 2 00092 , 0 4 03425 , 0 4 4 / 1 0158 , 0 3600 57 m D A alanı iç boru m V G A su = · = = ' ' = = = ? ? boru a A A n sayıay boru lik det 17 00092 , 0 0158 , 0 4 / 1 1 ? = = ' ' t 1 =20 °C, t 2 =25 °C, t k =t=30 °C 14 Gerekli boru alanı ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) C t T t T t t t T t T t T t T T T T T T m o 2 , 7 3 2 25 30 20 30 ln 22 25 3 2 ln 3 2 ln 3 2 ln 2 1 1 2 2 1 2 2 1 1 min max min max = · - - - = · - - - = · - - - - - = · ? ? ? - ? = ? 4 / 1 1 ' ' lik borunun dış alanı (S 1 ) (l=4 m.) 2 1 53 , 0 4 04225 , 0 m l D S = · · = · · = ? ? Gerekli alan (S) 2 5 , 45 2 , 7 870 285000 m T k Q S m k = · = ? · = Kondenser P=6 su geçişli yapılırsa gerekli kondenser uzunluğu : (l) m m P n S l s 84 , 0 53 , 0 6 17 5 , 45 = · · = · = Zarf seçilmesi : (z)=P.n=6.17=102 adet 4 / 1 1 ' ' lik boruyu içine alacak çapta uygun zarf seçilmelidir. 15 Problem 7: Bir buster kompresörü -35°C’ ta çalışan bir evaparatörden, emdiği doymuş amonyak buharını, izontropik sıkıştırma ile ana kompresör emişine basmaktadır. Buster kompresör soğutma yükü 45000 kcal/h ana kompresörünki ise -15°C’ ta 90000 kcal/h’tır a ) Ana evaparatörü terk eden amonyak buharı doymuş halde olduğuna göre, ana kompresörün girişindeki buharın durumunu tayin ediniz. Kondenser basıncı 11,9 ata ve amonyağın kondenseri doymuş sıvı halinde terk ettiği kabul edilerek, her iki kompresörün teorik gücünü hesaplayınız. b ) Buster kompresörünü terk eden soğutucu madde bir ara soğutucuda doymuş hale getirilirse, kompresörlerin gücünde ne kadarlık bir değişme meydana gelir. ( ) ( ) Hp i i G N s kg Q i i G e 8 , 7 390 418 0487 , 0 7 , 5 7 , 5 / 0487 , 0 3600 45000 133 390 1 3600 1 3 5 1 1 2 3 1 1 = - · = - · = = · - = · - = s kg G G G s kg Q i i G kg kcal G G i G i G D s X / 1437 , 0 095 , 0 0487 , 0 / 095 , 0 3600 90000 133 397 1 3600 1 / 405 095 , 0 0487 , 0 397 095 , 0 418 0487 , 0 1 1 2 2 2 4 1 1 1 4 1 1 = + = ' + = = · - = · - = ' = + · + · = ' + · ' + · = 16 ( ) ( ) Hp N Hp i i G N e x e 8 , 56 49 8 , 7 49 405 465 1437 , 0 7 , 5 7 , 5 6 2 = + = ? = - · = - · = 17 I. Kompresör : G 1 =0,0487 kg/s N e1 =7,8 Hp II. Kompresör : 095 , 0 1 = ' G kg/s (hesaplanmıştı) ( ) ( ) ( ) Hp Fark N s kg G i i G i i G e s s 8 8 , 56 8 , 64 8 , 64 57 8 , 7 / 00388 , 0 133 397 397 418 0487 , 0 2 4 4 5 1 = - › = + = ? = - - = › - = - s kg G G G G s / 1476 , 0 00389 , 0 095 , 0 0487 , 0 1 1 2 = + + = + ' + = ( ) ( ) Hp i i G N s e 57 397 465 1476 , 0 7 , 5 7 , 5 4 6 2 = - · = - · = 18 Problem 8 : Bir soğuk depo tesisatının soğukluk ihtiyacı 100 000 kcal/h ve t e =18 °C, T k =30°C ve soğutucu madde F12’dir. Alt soğutma 5°C olup sıkıştırma izontropiktir. Kompresörde aralık c=0,04, emme valfindeki kayıp P e =0,4 kg/cm 2 , çıkış valfindeki kayıp P e =0,4 kg/cm 2 ’dir.Soğutucu madde silindire girerken 8 °C ısınmakta, çıkarken ise yine 8 °C soğumaktadır. Mekanik verimi ? m =0,75. Altı silindirli tek tesirli, stroku silindir çapının 1,5 katı ve n=1500 dev/dk olan bir kompresör kullanılacaktır buna göre: a ) Soğutma tesiri nedir ? b ) Sistemde saniyede dolaşması gereken soğutucu madde miktarı nedir ? c) Sistemin saniyede sağlaması gereken teorik hacmi bulun. d) Her bir silindirin, dakikada sağlaması gereken teorik hacmi bulun. e) Teorik beygir gücünü bulun. f) Aralık hacim verimini bulun. g) Toplam hacimsal verimi bulun. h) Sistemin saniyede sağlaması gereken hakiki hacmini bulun. i) Her bir silindirin dakikada sağlaması gereken hakiki hacmini bulun j) Silindir çapı ve strok uzunluğunu bulun. k) Kompresörün hakiki gücünü l) Soğutma tesiri faktörünü m) Kondenserden dışarı atılan ısı miktarını n) Kondenserde soğutma suyu sıcaklığı 10 °C yükseldiğine göre gerekli soğutma suyu miktarını bulun. Soğutma tesiri : Soğutucu maddenin evaparatörde absorbe ettiği ısı miktarı Q e = i 2 -i 1 =135,8-105,6=30,2 kcal/kg b ) Sistemde saniyede dolaşması gereke soğutucu madde miktarı 1 kg s.m. 30,2 kcal X 10000 kcal s kg h kg X / 0919 , 0 3600 331 / 331 2 , 30 10000 = = = = 19 c ) 0,918 x 0,11=0,101 m 3 /s d ) dk m / 01 , 1 60 6 101 , 0 3 = · e ) ( ) Hp N teo 45 75 427 137 6 , 145 918 , 0 = - = f ) 8857 , 0 65 , 1 60 , 7 04 , 0 04 , 0 1 13 , 1 1 = ? ? ? ? ? ? - + = av ? g ) 673 , 0 14 273 13 273 65 , 1 25 , 1 8857 , 0 = - - · · = · · = s e e s av tv T T P P ? ? h ) V teo =0,918 x 0,11=0,101 m 3 /s V hakiki =0,101/0,673=0,15 m 3 /s Dkinci yolla çözüm : 835 , 0 25 , 1 8 04 , 0 04 , 0 1 13 , 1 1 = ? ? ? ? ? ? - + = av ? V teo =0,918 x 0,14=0,128 m 3 /s V hakiki =0,128/0,835=0,153 m 3 /s i ) dk m V hakiki / 5 , 1 60 6 15 , 0 3 = · = j ) Silindir çapı : cm d d d d 5 , 9 850 10 5 , 1 1500 5 , 1 4 3 6 2 = › = › · = · · · ? Strok uzunluğu : H=1,5 x 9,5 =14,25 cm k ) Dzontropik sıkıştırma için : Hp N 45 75 427 3600 100000 6 , 105 8 , 135 137 6 , 145 = · · - - = Hp N hakiki 60 75 , 0 45 = = Politropik sıkıştırma için : Hp N Hp N hakiki 48 75 , 0 36 36 1 25 , 1 8 15 , 0 10 25 , 1 1 13 , 1 13 , 1 6 , 105 8 , 135 1 3600 100000 13 , 1 1 13 , 1 4 = = = ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? - ? ? ? ? ? ? · · - · - · = - · l ) Soğutma tesiri faktörü (ST) 5 , 3 137 6 , 145 6 , 105 8 , 135 = - - = ST m ) Kondenserden dışarı atılan ısı miktarı : Q = (144,4-105,6)0,918=35,6 kcal/s n ) Q = G x ?t ? G = 35,6 / 10 = 3,56 kg/s 20 Problem 9 : Bir buzdolabında soğutucu madde olarak F12 kullanılmaktadır ve saatte 1000 kcal/h değerinde soğutma yükü kullanılmaktadır. Buharlaşma sıcaklığı –16 °C, yoğunlaşma sıcaklığı 27 °C olarak verilmiştir. Kompresör endike verimi ? i = 0,80 ,mekanik verimi 0,70 olduğuna göre, a ) Çevrimi P-i ve T-S diyagramlarında gösteriniz. b ) Soğutma tesiri faktörünü bulunuz. c ) Sistemde devreden soğutucu madde debisini hesaplayınız. d ) Strok hacmini bulunuz. e ) Tesisatın çalışma şemasını çiziniz. f ) Kondenserde 5°C alt soğutma yapılsaydı tesisin soğutma yükü hangi oranda değişirdi. g ) Kondenserin miline verilen güç (motor gücü) ne kadardır. a ) P t D 1 7 27 106,5 2 1,8 -16 106,5 3 1,8 -16 135,2 4 7 34 141 b ) 3 4 2 3 . . i i i i iş net verilen e Kompresörd ısı edilen absorbe de Evaparatör F T S - - = = c ) h kg s kg i i m m s / 92 , 31 3600 097 , 0 / 097 , 0 3600 1000 5 , 106 2 , 135 1 3600 1000 1 2 3 . = · = = · - = · - = 21 d ) kg m V hacmi Strok V hacmi Strok hacmi Silindir hacmi hava emilen en Kompresörd s s HV / 095 , 0 0097 , 0 70 , 0 3 3 3 = · = = = ? Diyagramda 3 noktasından geçen V hacmi s m hacmi Strok / 0013 , 0 70 , 0 095 , 0 097 , 0 3 = · = e ) f ) Kompresörde T °C alt soğutma yapılması halinde soğutma yükü Q = 1000 kcal/h verilir. T °C alt soğutma için i 2 =105,2 ( ) ( ) oranı değeğiş Q Q Q G i i Q 55 , 4 % 6 , 1047 1000 6 , 1047 6 , 1047 6 , 1047 92 , 34 2 , 105 5 , 132 2 3 = - = ' - = · - = › · - = ' g ) Hp i i N teo 056 , 0 75 427 3600 1000 1 2 3 = · · - = Hp N N m i teo hakiki 088 , 0 04 , 0 056 , 0 = = · = ? ? 22 Problem 10 : F 22 kullanılan kompresörlü bir soğutma sisteminde yoğuşma basıncı 16 atm. ve buharlaşma basıncı 1 atm. olarak bilinmektedir. 50 000 kcal/h değerinde bir soğutma sağlamak istenmektedir. Sıkıştırma iki kademeli olarak yapılıyor. Kondenserden çıkan soğuk madde bir expansiyon valfinden geçirilerek evaparatöre gönderilmektedir. a ) Kompresörün teorik güçleri ne kadardır ? b ) Sistemin soğutma tesiri faktörü ne kadardır. c ) Sıkıştırma tek kademeli yapılsaydı ne gibi mahsurlar olurdu. (Sıkıştırma son sıcaklığı ile kompresör gücü hangi miktarda değişirdi .) a ) No P t i V 1 1 -42 145 0,22 2 4,35 30 154 3 4,35 -5 148 0,05 4 16 70 158 5 16 40 113 6 4,35 -5 113 7 4,35 -5 98 8 1 -42 98 23 ata P P P k e a 35 , 4 1 16 35 , 0 35 , 0 = · + = · + = V 1 =0,22 m 3 /kg , V 3 =0,05 m 3 /kg h kg s kg i i G AB / 1044 3600 34 , 0 / 34 , 0 3600 50000 98 145 1 3600 50000 1 8 1 = · = = · - = · - = Kompresörün teorik gücü : ( ) ( ) ( ) ( ) Hp i i G N Hp i i G N YB YB AB AB 5 , 28 7 , 5 148 158 5 , 0 75 427 5 , 16 7 , 5 147 154 34 , 0 75 427 3 4 1 2 = · - · = · - = = · - = · - = b ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 , 2 148 158 1800 145 155 1044 98 145 1044 . 3 4 1 2 8 1 = - + - - = - + - - = i i G i i G i i G T S YB AB AB c ) Sıkıştırma tek kademe yapılsaydı mahsurları Kompresör gücü artar, sıkıştırma esnasında soğutucu madde gazı sıcaklığı artar. ( ) ( ) ( ) ( ) h kg s kg i i i i G G i i G i i G i G i G i G i G AB YB AB YB AB YB AB YB / 1800 3600 5 , 0 / 5 , 0 113 148 98 154 29 , 0 6 3 7 2 7 2 6 3 2 6 7 3 = · = = - - = - - = - = - · + · = · + · Sıkıştırmanın tek kademede yapılması için ara soğutucuya ihtiyaç kalmaz Sıkıştırma sonu sıcaklığı Hp i i i i N 8 , 54 7 , 5 3600 50000 158 145 145 154 7 , 5 3600 50000 4 1 1 2 = · · - - = · · - - = 24 Problem 11 : Amonyakla çalışan iki kademeli soğutma sisteminde evaparatör sıcaklığı –40 °C yoğuşma +32 °C amonyağın alçak ve yüksek basınç kompresörü giriş sıcaklıkları sıra ile –19 °C ve +10 °C’ dur. Amonyağın kondenserden aşırı soğumuş halde çıkış sıcaklığı 24 °C’ dur. Ara soğutucu depo içine yerleştirilmiş olan serpantinde aşırı soğuma 5 °C’ dur. Sistemin soğutma yükü 250 000 kcal/h. VERDLENLER : 1. Sistem aşağıda verilen şemaya uygun olarak çalışmaktadır. 2. Toplam hacimsal verimle mekanik verim aşağıdaki değerlerdedir. DSTENENLER : 1. Çevrimin log P-i koordinatlarında gösterin, karakteristik noktaların sıcaklık ve entalpilerini bir tablo halinde veriniz. 2. Alçak ve yüksek basınç kompresörlerinin strok hacimlerini bulunuz. 3. Her iki kompresörün gücünü bulunuz. No t D 1 -19 403 2 150 487 3 10 404 4 60 426 6 24 128 7 10 128 8 19 121 9 -40 121 10 -40 387 25 s m V G V s kg Q i i G V AB AB AB / 75 , 0 62 , 0 78 , 1 261 , 0 / 261 , 0 3600 250000 121 387 1 3600 1 3 1 9 10 = · = · = = · - = · - = ? ( ) s kg G G G / 0863 , 0 121 261 , 0 404 261 , 0 128 261 , 0 128 487 261 , 0 = · + + · + · + · s m V s kg G YB YB / 105 , 0 73 , 0 22 , 0 347 , 0 / 347 , 0 0863 , 0 261 , 0 3 = · = = + = Kompresör güçleri ise ( ) Hp N AB 167 75 , 0 1 75 427 403 487 261 , 0 = · - = * l ( ) Hp N YB 3 , 54 80 , 0 1 75 427 404 426 347 , 0 = · - = * l l = Kompresörden geçen miktarlar * = 0,75 ve 0,80 soruda veriliyor (? mek ) 26 Problem 12 : 40 000 kcal/h kapasiteli iki kademeli ve ara soğutuculu bir soğuk depo tesisatında evaparatör sıcaklığı –35 °C, kondenser basıncı 12 ata ‘dır. Evaparatör çıkışı termo statik bir genişleme valfi ile kontrol edilerek soğutucu maddenin çıkışta 6 °C kızgın olması temin edilmektedir. Evaparatörden A.B.K. giden boruda soğutucu madde buharı 7 °C ara soğutucudan çıkan buhar Y.B.K. giden boruda 5 °C ısınmakta ve sıvı soğutucu madde kondenseri 5 °C aşırı soğutulmuş halde terk etmektedir. Soğutucu madde amonyaktır. a ) Sistemi ln P-i diyagramı üzerinde işaretleyin ve belirtilen noktaların sıcaklık, entalpi değerlerini bulunuz. b ) A.B. ve Y.B. kompresörlerinin teorik güçlerini hesapla. c ) Alçak ve yüksek basınç kompresörlerinin sağlaması gereken hacmi bulun. d ) Sistemin hakiki ve carnot soğutma tesiri katsayılarını bulun. e ) Evaparatör ile A.B.K. ve ara soğutucu ile Y.B.K. arasındaki boruda soğutucu maddenin aldığı ısı ne kadardır. f ) Kondenserde soğutma suyu 5 °C ısındığına göre gerekli su debisini bulun. a ) ata P P P e k a 71 , 3 35 , 0 95 , 0 12 35 , 0 = + · = + · = No t i V 1 -22 395 1,32 2 65 441 3 -5 400 4 0 403 0,35 5 85 443 6 25 127,5 7 -5 127,5 8 -5 95 9 -35 95 10 -29 393 27 b ) ( ) s kg Q i i G AB / 0374 , 0 95 393 3600 40000 3600 1 9 10 = - = · - = ( ) ( ) Ps i i G N AB AB 8 , 9 395 441 0374 , 0 7 , 5 7 , 5 1 2 = - · = - · = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) s kg G G G G YB YB / 0474 , 0 5 , 272 0374 , 0 95 0374 , 0 441 5 , 127 400 0374 , 0 95 0374 , 0 441 0374 , 0 95 400 5 , 127 0374 , 0 441 = · - · = - = · - · · + · = · + · ( ) ( ) Ps i i B G N YB 8 , 10 403 443 7 , 5 0474 , 0 7 , 5 4 5 = - · = - · · = c ) V 1 ve V 4 diyagramdan okunur. V AB =G AB .V 1 =0,0374.1,32=0,0494 m 3 /s V TB =G YB .V 4 =0,0474.0,35=0,0166 m 3 /s d ) ( ) ( ) ( ) 05 , 3 4 5 1 1 2 9 10 = - + - - = i i G i i G i i G ST YB AB hakiki ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 66 , 3 35 273 30 273 35 273 273 273 2 2 = - + - + - + = - + + = ? ? ? ? ? ? ? ? T T T ST Kondenser içindeki Evaparatör carnot e ) Q = (i 1 -i 10 )G 1 =0,0374(395-393)=0,0748 kcal/s Ara soğutucu ile Y.B.K. arasındaki boruda soğutucu maddenin aldığı ısı ; Q = (i 4 -i 3 )G 2 =0,0474(403-400) =0,1422 kcal/s f ) ( ) ( ) ( ) sn kg t i i G G t G i i G s / 3 5 5 , 127 443 0474 , 0 6 5 2 5 6 5 2 = - = ? - = › ? · = - · 28 Problem 13 : Bir soğuk depo tesisatında farklı sıcaklık ve yükte 4 adet evaparatör mevcuttur. Evaparatörle- rin sıcaklık ve kapasiteleri verildiğine ve kondenser sıcaklığı + 40 °C olduğuna göre sistemde F 12 soğutucu maddesi sistemin 1 adet kompresör 1 adet kondenser kullanılacak soğutucu maddenin evaparatörü doymuş halde terk ettiği ve sıkıştırmanın izontropik olduğu kabul edilecektir. a ) ? m =0,80 olduğunda gerekli kompresör gücü nedir ? b ) Aşağıda verilenlere göre silindir çapını ve strokunu bulun ? q 1 = 134,8-109,5 = 25,3 kcal/s q 2 = 135,5-109,5 = 26 kcal/s q 4 = 137-109,5 = 28,5 kcal/s q 3 = 135,9-109,5 = 26,4 kcal/s h kg q Q G h kg q Q G / 2269 4 , 26 60000 / 3158 3 , 25 80000 3 3 3 1 1 1 = = = = = = h kg q Q G h kg q Q G / 1754 5 , 28 50000 / 2692 26 70000 4 4 4 2 2 2 = = = = = = h kg G G G G G / 9873 4 3 2 1 = + + + = ? kg kcal G i G i G i G i G i x / 134 5 4 4 3 3 2 2 1 = ? · + · + · + · = Kompresör ısısı : ?l = 144-134 =10 kcal/kg Ps G l N m e 264 632 80 , 0 9873 10 632 = · · = · · ? = ? G.V = (?D 2 /4)5.n.z.? m .60 9873.0,16 = 3,14.1,5.D 3 .750.4.0,80.15 D 3 = 0,0099 mm 3 D = 99 mm.dir H 2 = 1,5.0,99 = 149 mm.dir 29 Problem 14 : Amonyakla çalışan kompresörlü bir soğutma tesisinde – 10 ve – 40 °C buhar sıcaklıklarında 2 adet evaparatör mevcuttur kondenserdeki yoğuşma sıcaklığı 26 °C dur. Tesisat şeması aşağıda verilmiş olup – 40 °C daki evaparatör yükü 10 000 kcal/h – 10 °C daki evaparatörden gelen buharla karışmadan önce dışarıdan aldığı ısı neticesinde sıcaklık 3 °C artmaktadır. Y.B.K. giren soğutucu madde buharı yolda 7 °C kızmaktadır. a ) Tesisatın çalışma çevrimini log p-i diyagramında gösterin karakteristik noktaların sıcaklık ve entalpilerini bir tablo halinde veriniz. b ) A.B.K. gücünü hesaplayınız. c ) Y.B.K. gücünü hesaplayınız. d ) Her 2 kompresör için hacımsal verim % 80 olduğuna göre her bir kompresörün strok hacmini bulunuz. e ) Sistemin soğutma tesiri katsayısını hesaplayınız. No t i V 1 -40 388 1,55 2 50 433 3 -7 401 3’ -8 400 4 -1 404 0,45 5 93 450 6 26 129 7 -10 129 8 -40 129 9 -10 398 10 -10 398 30 A.B. evaparatöründe yani – 40 °C daki evaparatörde buharlaşan miktar : s kg G AB / 0107 , 0 3600 10000 129 388 1 = · - = A.B.K. gücü (N AB ) ( ) Hp N AB 65 , 2 75 427 388 433 0107 , 0 = - = s kg G YB / 0155 , 0 3600 15000 129 398 1 = · - = G = 0,0016 kg/s 0,0107 +0,0016 =0,0123 kg/s 3 ’ noktasının tayini ( Bu nokta 3 °C ile 10 °C un karışım noktasıdır.) 0,0123 + 0,0155 = 0,0278 kg/s 0,155.398 +0,0123.401 = 0,0278.i 3’ i 3’ = i x = 400 kcal Y.B.K. gücü ( )( ) Hp N YB 28 , 7 75 427 404 450 0155 , 0 0016 , 0 0107 , 0 = - + + = strok hacmi : V 1 = 1,55 (1 noktasındaki hacim) V 4 = 0,45 (4 noktasındaki hacim) kg m V AB / 0207 , 0 80 , 0 55 , 1 0107 , 0 3 = · = kg m V YB / 0156 , 0 80 , 0 45 , 0 0278 , 0 3 = · = e ) ( ) ( ) 95 , 3 404 450 0278 , 0 388 433 0107 , 0 15000 10000 = - + - + = ST 31 Problem 15 : 100 000 kcal/h soğutma kapasiteli amonyaklı bir soğutma tesisinde buharlaşma basıncı 1,4 ata, yoğuşma basıncı ise 12 ata. dır. Kondenserden çıkan sıvı akışkan evaparatörden çıkan buhar ile bir eşanjör de aşırı soğutulmaktadır. Evaparatörü terk eden buhar eşanjörde 10 °C, kompresör emme borularında ise 5°C kızmaktadır. Sistemde 2 kademeli sıkıştırma yapılmakta olup, serbest genişlemeli ara soğutucu kullanılmaktadır. a ) Tesisat şemasını çiziniz. Çevrimi log P-i diyagramında gösterin. b ) Karakteristik noktaların sıcaklık ve entalpilerini bir tablo halinde veriniz. c ) Kompresörün teorik güçlerini bulunuz. a ) No t i 1 -12 402 2 70 442 3 0 402 4 70 435 5 30 134 6 27 130 7 0 130 8 0 100 9 -27 100 10 -27 393 11 -17 398 32 ata P a 45 , 4 35 , 4 , 1 12 = + · = s kg G AB / 095 , 0 3600 100000 100 393 1 = · - = ( ) Ps N AB 6 , 21 75 427 402 442 095 , 0 = - = Eşanjör denklemi : G YB . 134+0,095.393 = G YB .i 7 +0,095.398 Ara soğutucu denklemi : D 7 .G YB +0,095.442 = 402.G YB +100.0,095 Bu 2 denklemden : G YB = 0,12 kg/s D 7 = 130 kcal/kg bulunur. ( ) Hp N YB 4 , 22 75 427 402 435 12 , 0 = - = Soğutma tesiri sorulsaydı ( ) ( ) 6 , 3 402 435 12 , 0 402 442 095 , 0 3600 100000 = - + - = ST bulunurdu.