Soğutma Çevrimleri
Soğutma döngüsü
SOĞUTMA DÖNGÜLERİ
1-1 Ters Carnot Çevrimi
Carnot çevrimi, belirli bir sıcaklık aralığında en yüksek termal verimliliğe sahip çevrimdir. Diğer güç çevrimleri için referans noktasıdır.
Kayıplar ihmal edildiğinden ve tersinir olduğundan, durum değişiklikleri de tersinir yönde gerçekleşir.n optimum değerlere uyulmalıdır.
1-2 durum değişimi sırasında, TL sıcaklığındaki soğuk ortamdan soğutucu akışkana sabit QL sıcaklığında ısı transferi gerçekleşir. Akışkan daha sonra izentropik hal değişimi ile 3. hale sıkıştırılır ve hal değişiminin sonunda sıcaklığı TH olur. 3-4 hal değişimi sırasında soğutucu akışkandan TH sıcaklığındaki ortama sabit sıcaklıkta ısı transferi olur. Daha sonra akışkan izentropik olarak 1. duruma genişleyerek döngüyü tamamlar. 4-1 (izentropik genişleme) hal değişiminin sonunda akışkan TL sıcaklığındadır. 3-4'te soğutucu akışkan yoğuşturucuda doymuş buhardan doymuş sıvıya dönüşür.
Carnot çevrimi uygulanamaz. Isı transferi izotermaldir. Doygunluk bölgesinde basıncın sabit kalması ve sıcaklığın doygunluk sıcaklığında olması sağlanabilir. 1-2 ve 3-4 durumlarına yaklaşılabilir. 2-3 hal değişiminde sıvı buhar karışımının sıkıştırılmasını, yani iki fazlı bir akışkanla çalışan bir kompresör gerektirir. 4-1 yüksek sıvı oranına sahip karışık bir genleşmedir.
Doygunluk bölgesinin dışında, sabit sıcaklık koşulunu yerine getirmek zordur. Bu nedenle uygulanabilir değildir.
1-2 İdeal Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi
Ters Carnot Döngüsünün uygulanmasındaki zorluklar, buharı sıkıştırmadan önce tamamen buharlaştırarak ve 4-1 durum değişimindeki genişlemeyi bir kısma valfi ile gerçekleştirerek aşılabilir. Kısma, artan kılcal borular veya bir kısma valfi vasıtasıyla gerçekleştirilir.
1 doymuş buhar, kondenser basıncına kadar entropik olarak sıkıştırılır. Sıkıştırma işlemi sırasında soğutucu akışkan sıcaklığı ortam sıcaklığının üzerine çıkar. Soğutucu akışkan daha sonra 2. durumda aşırı ısıtılmış buhar olarak kondensere geri döner. Durum 3'te doymuş bir sıvı olarak ayrılır. Kondenserde ortama ısı transferi olur. 3 durumunda ortam sıcaklığının üzerindedir. Doymuş sıvı haldeki akışkan daha sonra genleşme vanası veya kılcal borulardan geçirilerek evaporatör basıncına düşürülür. Bu hal değişimi sırasında soğutucu akışkanın sıcaklığı soğutulan ortamın sıcaklığının altına düşer. Soğutucu akışkan evaporatöre düşük kuruluk derecesine sahip doymuş sıvı buhar karışımı olarak girer ve soğutulan ortamdan ısı alarak tamamen buharlaşır. Buharlaştırıcıdan tekrar kompresöre girer ve çevrimi tamamlar.
1-3 Gerçek Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Çevrimi
Gerçek buhar sıkıştırma çevriminin idealden farklı olmasının nedeni, gerçek çevrimi oluşturan unsurlardaki kayıplardan kaynaklanmaktadır. Basıncın düşmesine neden olan, akış sürtünmesi ve ortamla olan ısı alışverişidir.
İdeal çevrimde evaporatörden çıkan soğutucu akışkan kompresöre doymuş buhar olarak girer. Bu durum pratikte gerçekleştirilemez çünkü sistem içindeki soğutucu akışkanı kontrol etmek imkansızdır. Bunun yerine sistem, soğutucu akışkan kompresör girişinde aşırı ısıtılmış buhar olacak şekilde tasarlanır. Buradaki amaç, soğutucu akışkanın tamamının kompresöre buhar olarak girmesini ve kompresörde mekanik hasara yol açmamasını sağlamaktır
Akışkan, kompresör çıkışı ile kısma valfi girişi arasında tamamen sıvı olmalıdır. Tamamen doymuş sıvı olmasını sağlamak zor olduğundan, genellikle kondenser çıkışında doymuş sıvıdır. Soğutucu akışkan, doyma sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa soğutulur. Bu nedenle evaporatöre daha düşük bir sıcaklıkta girer. Ortamdan daha fazla ısı çekilir. Kısma vanası ve evaporatör sistemde birbirine çok yakındır. Aralarındaki basınç düşümü küçüktür.