TEMEL SOĞUTMA

1. TEMEL SOĞUTMA EĞİTİMİ M.Tahsin USLU Teknik Öğretmen Ege Soğutmacılık Klima Soğuk Hava Tesisleri İhracat – İthalat San. Ve Tic A.Ş Ulukent Sanayi Bölgesi / İZMİR

2. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar SOĞUTMA:Bir madde veya ortamdan ısı çekilmesi işlemine soğutma adı verilir. SOĞUTMATEKNİĞİNDE YARARLANILAN TEMEL FİZİK PRENSİPLERİ: a- Enerji yok olmaz, biçim değiştirerek bir başka enerjiye dönüşür b- Isı her zaman yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru akar c- Bir madde buharlaşırken ortamdan ısı alır d- Yüksek basınç altında gazlar, ortama ısı vererek yoğunlaşır e- Gazların basıncı sıcaklığıyla doğru orantılıdır f- Sıvıların kaynama sıcaklığı basınçlarıyla doğru orantılıdır

3. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ İklimlendirme Sistemleri Ortamı Nasıl Soğutur? Temel Kavramlar İnsanoğlu, binlerce yıldır, aşırı sıcağın bunaltıcı etkisinden kurtulabilmek için sayısız yöntem kullanmıştır. Bu yöntemlerin hiç biri doğal esintinin verdiği ferahlıktan daha iyi olmamıştır. Doğal serinlemenin kendisini, soğutmanın ilk ilkesi olarak değerlendirebiliriz.

4. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ İklimlendirme Sistemleri Ortamı Nasıl Soğutur? Temel Kavramlar Örneğin, aşı olmadan önce, kolumuzu sterilize etmek amacıyla sürülen alkolün veya kolonyanın verdiği serinliği hepimiz biliriz. Günlük yaşantımızda buna benzer bir çok örnekle karşılaşırız. Sıcak ülkelerde yaşayan insanlar, deneyimleri sonucunda, toprak testilerde saklanan suyun dış ortam sıcaklığından daha soğuk olduğunu öğrenmişlerdir. Bir örnekteki alkolün verdiği serinliğin sırrı ile ikinci, örnekteki suyun soğuk olmasının nedeni aynıdır. Alkol buharlaşırken kolumuzdan, su ise testinin dış yüzeyinde buharlaşırken testinin içindeki sudan ısı çeker. Herhangi bir maddenin ( yukarıdaki örneklerde alkol, kolonya ve su ), ısı çekme ilkesinin ustaca değerlendirilmesi sanatı, soğutma olarak adlandırılır.

5. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Termodinamik: Enerjinin etüdünü, şekil değişimlerini ve bu değişimlerin maddenin konumunu nasıl etkilediğini inceleyen bilim dalıdır. Temel Kavramlar 1.Kanun: Nükleer ve kimyasal bazı reaksiyonlar hariç tutulursa: Sisteme ilave edilen net enerji=Sistemde toplanan net enerji artışı + iş Enerji yok olmaz, sadece dönüşüme uğrar. 2.Kanun: Kendiliğinden oluşan termodinamik işlemlerin hiçbirisi geri dönüşümlü (tersinir) gerçekleşmez. Isı hiçbir zaman kendiliğinden sıcaklığı daha yüksek olan bir ortama geçemez Entalpi:Sıvı ve gazların sahip olduğu enerji miktarıdır.Sıcaklık ve basınç değerleriyle belirlenir.

6. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Enerji Enerji iş yapabilme yeteneğidir. İş Bir kütlenin bir yerden bir başka yere taşınmasıdır. Güç Birim zamanda yapılan iş veya birim zamanda gerçekleşen ısı transferidir. Enerji Biçimleri Elektrik Enerjisi, Mekanik Enerji, Isı Enerjisi, Kimyasal Enerji, Işık Enerjisi ve Ses Enerjisi.

7. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Mekanik Enerji Buhar makinası Enerji Dönüşümü TNT Isı Enerjisi Motor Kömür Kimyasal Enerji Isıtıcı Bitki Akü Termopil Dinamo Pil Ses Enerjisi Elektrik Enerjisi Hoparlör Mikrofon Mum Fotosel Isık Enerjisi Ampül

8. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar İş: x F W = F. x İş için kullanılan birim Joule’dür. 1Jul 1N kuvvet uygulayarak bir cimin sürtünmeye karşı 1m ötelenmesi için gerekli olan enerji miktarıdır.

9. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ W= Newton x metre = 1 joule, ise Güç = joule/ san (watt)W= Kgf x metre = 1Kgf , ise Güç = Kgm / san (75 kgm/s = 1 beygir gücü HP)1000 Watt= 1 KW ve 1 HP = 0,736 Watt veya 1KW = 1,36 HP dir.1 KW = 862 Kcal dir. Temel Kavramlar Isı : Bir tür enerjidir, cisimlerin atomsal hareketlerini etkiler. Cismin sıcaklık artışı ile atomların hareketi hızlanır, sıcaklık düşmesi durumunda ise hareket azalır. Isı birimi Joule dür. 4,187 joule = 1 Kalori 1 joule = 0,2388 kalori (yaklaşık 0,24)

10. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Kalori : Temel Kavramlar Isı bir madde değil Kcal (kilokalori) Cinsinden miktardır.1 Kcal 14,5 ºC deki 1kg saf suyun sıcaklığını 1 ºC arttırmak için Gerekli olan ısı miktarıdır. Kullanılan diğer bir ısı birimide BTU dur. (ingiliz ısı birimi) Bu ise 66 ºF sıcaklıktaki 1 pound (453 gr) saf suyun sıcaklığını 1ºF Arttırmak için gerekli olan ısı miktarıdır. 1 BTU = 0,252 Kcal 1 Kcal = 3,97 BTU

11. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Özgül ısı:ısı miktarınıbelirlerken dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta özgül ısıdır.Özgül ısı herhangi bir maddenin sıcaklığını 1ºC arttırmakiçin gerekli ısı miktarıdır.Ve özgül ısı Kcal/ Kg.ºC birimi ile gösterilir. Temel Kavramlar Özgül ısısı düşük olan maddelerin sıcaklığını arttırmak için daha az enerji Yeterli gelir. Bunun için bu maddeler daha erken soğurlar. Örneğin bakırın Sıcaklığı 0.09 Kcal ısı ile 1ºC arttırılabilir. Bu nedenle bakır lehimleme işlerinde özellikle tercih edilir.

12. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar

13. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Sıcaklık:Bircismin ısıl seviyesini gösteren sayısal büyüklüktür.Nekadar sıcak yada soğuk sorusunun cevabını içerir.Isının akış yönünü gösteren bir değerdir. Sıcaklık iş yapma yeteneği değildir. Temel Kavramlar - - - - - - -

14. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Santigrat:1 atmbasınç altında suyun donma ve kaynama noktalarını100eşit parçaya bölen sıcaklık ölçüm sistemine santigrat denir.Fahrenayt:1 atm basınçtaki suyun donma ve kaynama noktalarını 212 eşit parçaya bölen sıcaklık ölçüm sistemine fahrenayt denir.ºC= 0,556 X(F-32) , F= ºC X 1,8 + 32 Temel Kavramlar

15. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Mutlak Sıfır: Mutlak sıfır moleküler hareketlerin tamamen durduğu sıcaklıktır. Bu mümkün olan en düşük sıcaklıktır ve -273°C’a den gelmektedir. Kelvin (K): Genellikle bilimsel amaçlar için kullanılır. Mutlak sıcaklık ölçeği olarak ta bilinir. İrlanda doğumlu, İskoçyalı fizikçi ve matematikçi olan W.T. Kelvin tarafından geliştirilmiştir. Bu ölçeklendirme genellikle fizik bilimleri ve dinamik meteorolojide kullanılır. K= ºC + 273

16. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Sıcaklık Ölçüm Araçları :

17. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Isı transferi Isı transferi için sıcaklık farkı gereklidir.Doğal ısı transferi sıcak ortamdan soğuk ortma doğru eçeklesir. Eneji alan ortamın sıcaklığı artarken enerji veren ortamın sıcaklığı azalır.

18. T=35°C T=27°C ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Isının akış yönü: Isı kazancı Temel Kavramlar

19. T=5°C T=22°C ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Isının akış yönü: Isı kaybı Temel Kavramlar

20. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Isı transferi Temel Kavramlar Isı transferi üç şekilde geçekleşir. İletim (Kondüksiyon) Katı cisimlerdeki ısı transferi mekanizmasıdır. Taşınım (Konveksiyon) Sıvı ve gazlardaki ısı transferi mekanizmasıdır. Işınım (Radyasyon) Isının, ışığa benzer şekilde, dalga formunda transfer olduğu mekanizmadır. Herhangi bir ortama gerek duyulmadan ısı bir cisimden diğerine aktarılır.

21. F=1kgf F=10N P=10/100 = 0.1N/cm2 P=10/0.01= 1000Pa 1kg su A=100cm2 =0.01m2 ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Basınç: Basınç birim alana uygulanan kuvvettir. 1 Pascal, 1Newton kuvvetin 1m² alanda yarattığı basınç miktarıdır.

22. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar MKS birim sisteminde, bir santimetrekare alana etki eden kg kuvvetin yoğunluğunu verir ve kgf/cm²olarak gösterilir. LBSbirim sisteminde ise, bir inçkarelik alana etki eden pound (lbs) kuvvetin yoğunluğunu verir ve Ib/in²olarak gösterilir.(psi)

23. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Basınç ölçüm birimlerinin karşılaştırılması: Temel Kavramlar

24. Patm Patm=1bar Pgauge=26bar Psu Ptoplam=27bar Ptoplam = Psu + Patm ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Mutlak Basınç ve Relatif (Gauge) Basınç: Mutlak basınç, basınçlı bir kabın toplam veya gerçek basınç değeridir.Mutlak vakumdan başlar. Relatif (etkin) basınç ise basınç göstergesinde okunan değerdir. Bu değer,basınçlı kabın toplam basıncı ve atmosfer basıncı arasındaki farktır.Başlangıç noktası atmosfer basıncıdır.

25. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar

26. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar BASINÇ ATMOSFER BASINCI 0 VAKUM

27. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Vakum: Bazı basınç ölçme cihazlarında, 0 kgf/cm2 veya aşağısı kırmızı renkle işaretlenmiştir. Bu, gaz basıncın bulunduğu hacimde atmosferik basınçtan daha düşük değere sahip olduğunu gösterir. Uygulamada bu hacimdeki basınca “VAKUM” herhangi bir gaz basıncının olmadığı duruma da “TAM VAKUM” adı verilir. Mükemmel vakum, tamamen boşalmak. Kısmi vakum, kısmen boşaltmak. P=1atm P < 1atm P=0atm

28. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Atmosferik basınç: Temel Kavramlar Bizler, 80 km. yükseklğinde bir hava tabakasının yarattığı basınç altında yaşıyoruz. Yüksek bir dağın zirvesine çıktığımızda basıncın azalması çok doğaldır. Öyleyse deniz seviyesindeki basınç ne kadardır? Yanıt 1 atmosfer basıncıdır. Bu durumda 1 atmosfer basıncını nasıl ölçebiliriz? İki yöntem vardır. Birinci yöntemde, Hg ile gösterilen civanın atmosferik basıncın etkisiyle vakumlu bir tüp içerisinde ulaştığı sütun yüksekliği “mm” veya “cm” cinsinden değeri ölçülür.

29. Vakum Atmosfer basıncı 1.03325kgf/cm2 1.03325kgf 1cm2 ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Bir atmosferik basınç 760 mm Hg ( cıva ) yüksekliğine eşittir. Diğer yöntem ise SS ile gösterilen suyun, tüp içerisindeki sütun yüksekliğinin mm veya cm cinsinden değeri ölçülür. Bu ölçümde bir atmosferik basınç 10,33 mSS’ na eşittir. Bu da 1,033 kgf/cm² = 1 kg f/cm²’ ye karşılık gelir. Cıva sütunu yöntemi çoğunlukla vakum bölgesiyle ilgili olarak kullanılır. Su sütunu yöntemi, mmSS, ise genelde fanların statik basıncını ifade etmekte kullanır.

30. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Kaynama sıcaklığı ve basınç: Temel Kavramlar Yukarıda suyun kaynama sıcaklığının 100C olduğu belirtilmişti, bu durum dış hava basıncının 1 atmosfer olduğu zaman geçerlidir. Kaynama sıcaklığı ile basınç arasında yakın bir ilişki vardır. Everest dağının tepesinde basınç 0,32 atmosferdir ve su 71C’ de kaynar. Buradan su sonucu çıkarabiliriz.Sıvıların kaynama sıcaklığı basınç azaldıkça düşer. Basınç yükseldikçe kaynama sıcaklığı artar.

31. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Maddenin halleri:Madde atomlardan meydana gelmiş bir kütledir.Atomların hareketlilik durumuna göre katı – sıvı – gaz olarak bulunabilir. Temel Kavramlar Sıvı Yoğuşma (kondenzasyon) Donma Ergime Katı Gaz Buharlaşma (evaporasyon) Sublimasyon

32. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Suyun faz değişimi: Temel Kavramlar Su + Buhar Buhar 100ºC- 50ºC- 0ºC- -50ºC- Su Buz + Su Buz

33. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar

34. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Duyulurısı:Birmaddenin sıcaklığının değiştirmek için gereken ısı miktarıdır. Buharlaşma Isısı:Sıvı halden gaz hale geçmek için için gereken ısımiktarıdır. (Yoğunlaşma Isısı):(gaz halden sıvı hale)geçmek için gereken ısı miktarıdır. Gizli Isı:Bir madenin fiziksel halini değiştirmek sıvı halden gaz haline geçmek için gereken ısıdır. Ergime Isısı:Katı halden sıvı hale Geçmek için gereken ısı miktarıdır Katılaşma Isısı:Sıvıhalden katı hale geçmek için gerekli ısıdır Süblimleşme (Uçunum) Isısı: Katı halden doğrudan doğruya gaz halegeçmek için gereken ısı miktarıdır.

35. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Ergimekte olan buzun konumuna bakıldığında, ne kadar ısı verilirse verilsin sıcaklığın artmadığı görülmektedir. 1 kg buzu eritmek için 79,6 kcal ısı gereklidir. Bu ısı ergime gizli ısısı olarak adlandırılır ve termometre ile ölçülemez. 79,6 kcal ısı verildiğinde buz tamamen 0C’ de su haline gelir. Eğer bu su ısıtılmaya devam edilirse 100C’ de kaynamaya başladığı görülür. Buraya kadar olan ısı değişikliği termometre ile ölçülebilir veya dokunarak algılanabilir. Sıcaklıkta değişiklik yapabilen bu tür ısıya “duyulur ısı” denir. Eğer ısıtma işlemine devam edilirse, su buharlaşmaya başlar ve miktarında azalma olur. Sonunda su tamamıyla buhar haline dönüşür. Sıvı haldeki bi maddenin buhar haline geçmesi için gerekli olan ısıya buharlaşma gizli ısısı denir. 1 kg suyu buharlaştırmak için gereken ısı miktarı 539 kcal’ dir. Maddelerin fiziksel halleri katı-sıvı-gaz olarak değişirken ısı aldıkları veya verdikleri görülmektedir. Soğutma sistemleri, sistem içindeki soğutucu akışkanı sürekli bir çevrimle sıvı halden gaz hale, gaz halden sıvı hale dönüştürürler. Soğutma sistemlerinde kullanılan ve hal değişikliğine uğrayan maddelere genel olarak “soğutucu akışkan ( soğutkan ) “ denir.

36. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Duyulur ısıtma: Temel Kavramlar Enerji alan maddenin sıcaklığında bir artış gözlenir. Maddenin halinde bir değişiklik olmaz.

37. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Gizli ısıtma: Enerji alan maddenin sıcaklığında bir değişiklik gözlenmez.Maddenin halinde değişiklik olur.

38. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Duyulur soğutma: Enerji veren maddenin sıcaklığında bir düşüş gözlenir. Maddenin halinde bir değişiklik olmaz.

39. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Gizli soğutma: Enerji veren maddenin sıcaklığında bir değişiklik gözlenmez.Maddenin halinde değişiklik olur.

40. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Aşırı ısıtma : Aşırı soğuk su T < 100ºC (sıvı) İki fazlı akışkan T = 100ºC (sıvı+gaz) Aşırı kızgın buhar T > 100ºC (gaz) Isıtma G G Yoğuşma Noktası Buharlaşma Noktası P = 1 atm 08/2005

41. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Aşırı soğutma: Aşırı soğuk su T < 100ºC (sıvı) İki fazlı akışkan T = 100ºC (sıvı+gaz) Aşırı kızgın buhar T > 100ºC (gaz) Soğutma G G Yoğuşma Noktası Buharlaşma Noktası P = 1 atm 08/2005

42. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Sıcaklık TSH Tb TSC TSC : Aşırı soğutma TSH : Aşırı ısıtma Enerji G G Yoğuşma Noktası Buharlaşma Noktası 08/2005

43. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Örnek: Akışkan : Su P = 1atm Tb = 100ºC P = 1atm T=110ºC Aşırı Isıtma = 110-100 = 10ºC P = 1atm T=80ºC Aşırı Soğutma = 100-80 = 20ºC

44. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Soğutma çevrimi : Kritik nokta Temel Kavramlar Sıvı+buhar

45. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Soğutma çevrimi: Çevrim Niçin Gereklidir? Hepimiz serinlemek için yüzümüze kolonya sürüldüğünde bir serinlik hissederiz. Bunu şu şekilde açıklayabiliriz. Alkol buharlaşması için gerekli olan ısıyı vücudun ısını emerek sağlar. Herhangi bir mekan, benzeri şekilde soğutulabilir. Ama bu işlem için sonsuz miktarda alkol gereklidir. Böylesi bir soğutma işlemi kaçınılmaz olarak atmosferi kirleteceği gibi ekonomik değildir.

46. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Bu sorunu çözmek için, içinde soğutucu bir akışkanın dolaştığı kapalı soğutma sistemi geliştirilmiştir. Bu sürekli çevrim, soğutma çevrimi olarak adlandırılır. Soğutma çevriminde kullanılacak soğutkan kimyasal olarak kararlı bir akışkan olmalıdır. Alkolün kararlılığı olmadığı için seçilmez. R-134a, R-22, R-404a sembolleri ile gösterilen maddeler soğutkandır. Bu maddelerin özellikleri ilerideki bölümlerde incelenecektir.

47. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Buharlaşmış akışkanın yeniden sıvı hale getirilmesi: Temel Kavramlar Bu sorunun yanıtı maddenin özelliklerinden yararlanmaktır. Madde sıvı halden gaz haline geçmişse, basıncı yükselterek buharlaşma ısısından daha yüksek bir sıcaklıkta dahi sıvı hale dönüştürebiliriz. Şekilde gösterilen sistemde, pistonun yukarı hareketiyle birlikte silindire alınan gaz halindeki soğutucu akışkan, sıkıştırılarak yüksek sıcaklıkta, yüksek basınçta gaz haline gelir ve basma vanalarının açılmasıyla dışarı atılır. Bu gaz halindeki soğutucu akışkan bir serpantin kullanılarak soğutulacak olursa, ısı gider ve yoğunlaşarak sıvı hale geçer. Yaygın olarak kullanılan iklimlendirme sistemlerinde yukarıdaki işlem sürekli tekrarlanır.

48. ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Bir iklimlendirme sistemi çalıştığında, odaya soğuk hava yayılırken dışarıya sıcak hava atılır. Bu durum, iklimlendirme sisteminin iç mekandan ısı çektiğini ve çektiği ısıyı taşıyarak dışarı attığını gösterir. Diğer bir deyişle, düşük sıcaklıktaki iç mekanın ısısı çekilerek, yüksek sıcaklıktaki dış mekana aktarılır. Bu işlem, düşük seviyedeki suyun yüksek bir seviyeye çıkarılması için yapılan pompalama işlemine benzediğinden, soğutma sistemleri ısı pompası olarak da adlandırılır.

49. İç Ortam (27°C) Dış Ortam (35°C) ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Soğutma çevrimi: P Enerji

50. İç Ortam (27°C) Dış Ortam (35°C) Fan 16°C 27°C ETÜD&EĞİTİM MERKEZİ Temel Kavramlar Soğutma çevrimi: P Enerji