Siz hiç soğutma prosesinin nasıl çalıştığını merak ettiniz mi?.... Merakınızı gidermek için yapacağınız yalnızca 15 dakikanızı ayırıp yazımızı okumak olacaktır. Umarız faydalı olur.

Bu bölüm size soğutma efektini sağlayan temel prensipleri açıklayabilmek için hazırlanmıştır. Termodinamik dünyasına ciddi bir giriş aşamasından daha çok, meraklı araştırmacıları bu büyülü efekt hakkında aydınlatmak anlamını taşımaktadır. Grafikler ve animasyonlar bu karışık genel kavramı anlaşılması çok kolay bir hale getirmek için kullanılmıştır. Bu site merakı gidermek belki de merak etmeyi öğretmek içindir, ama kuşkusuz ki böylesine zor bir konuyu açıklayabilecek bir kavram kitabı değildir. Bunun yerine açık yürekli bir yaklaşım tercih edilmiş ve proses herkesin anlayabileceği bir şekilde anlatılmıştır. Sonuç olarak bilginin büyülü dünyasında iyi eğlenceler diliyor ve sitemize hoş geldiniz diyoruz.....

Öncelikle, soğuk gibi bir şey olmadığını biliyor muydunuz? Bir şeyi soğuk olarak tarif edebilirsiniz ve herkes ne demek istediğinizi anlar, ama aslında soğuk sadece ve sadece bir şeyden daha az ısı içeren başka bir şey anlamına gelir. Asıl olay daha az ve daha çok ısı miktarıdır. Soğutmanın tanımı ise ısının taşınması ve başka bir yere yerleştirilmesidir.

Bir malzeme soğutulacaksa, aslında ondan ısı alınacaktır. Eğer ılık bir içeceğiniz varsa ve diyelim 25°C ise ama siz bu içeceği 4°C olarak içmeyi tercih ediyorsanız; onu bir süre bir buzdolabına koyarsınız, ısı ondan bir şekilde alınır ve siz daha az sıcak bir içecek sahibi olursunuz. (Ah pardon, yani daha soğuk bir içeceğiniz olur.) Ama bir de şu durumu düşünün; dolaba koyduğunuzda 4°C olan içecek çıkardığınızda 3°C olmuş. İkisi de soğuk ama biri diğerinden daha az ısı içeriyor. Yani soğuk maddeler bile ısı içerirler ve daha az ısı içerme durumuna geçebilirler. Bu durumun limiti o malzemeden tüm ısının alınmasıdır. Bu sınır mutlak sıfır noktasıdır ve teorik olarak –273°C ile tarif edilir. Bu sıcaklığa ancak laboratuar ortamında elektriksel süper iletkenler vasıtası ile çok yaklaşılmıştır

Maddeler nasıl daha soğuk olur?

Bunun için 3 ana yol vardır;  

¨       Radyasyon

¨       Kondüksiyon

¨       Konveksiyon

Yukarıdaki son iki yol kapsamlı olarak soğutma ekipmanlarının tasarımlarında kullanılır. Eğer iki maddeyi birbirlerine değecek şekilde bırakırsanız ve biri sıcak diğeri soğuksa, ısı sıcak maddeden soğuk maddeye doğru akar. Buna kondüksiyon denir. Bu eğimli bir yüzeyde aşağı doğru yuvarlanmaya çalışan top örneğinde olduğu gibi yerçekimi kuvvetine benzer, kolay anlaşılabilecek bir durumdur. Eğer bir tabak yemeğe hava üflerseniz bir şekilde soğur. Yemekteki ısının bir bölümü hava molekülleri vasıtası ile taşınır. Buna konveksiyon denir. Eğer bir şenlik ateşindeki parlayan bir kor parçasını tekme ile uzaklaştırırsanız kor parçasının yavaş yavaş ışığını kaybettiğini be söndüğünü gözlemlersiniz. Aslında kor parçası radyasyon vasıtası ile ısısını yayar veya diğer bir deyişle kaybeder. Radyasyon ile ısı yayma için maddenin parlaması gerekmez, her şey çevresi ile dengeye gelebilmek için bu metotların kombinasyonlarını kullanır. Görülebileceği üzere, bir maddeyi soğutmak yerine bu maddeyi kendinden daha soğuk bir malzeme ile başbaşa bırakmak ve gerisini doğadan beklemek yeterli olacaktır. Soğutma sisteminin asıl mekanik özelliklerine oldukça yaklaşmamıza rağmen öncelikle açıklanması gereken bazı özellikler daha var. Şimdi onları görelim.

Maddenin Halleri

Maddenin herkesin bildiği üzer 3 hali vardır; katı, sıvı ve gaz. Burada bizim için önemli nokta bir maddeyi katı halden sıvıya ve sonra gaz fazına geçirmek için o maddeye ısı vermek gerekliliğidir. Aynı mantıkla, maddeyi gaz fazından sıvıya ve sonra katı faza getirmek için de o maddeden ısı alınması gerekir.

Isı miktarının ölçümünün yapılabilmesi için bir yol bulunması gerekliliği çok önceleri bulunmuştu. “Daha az ısı” ya da “daha çok ısı” ya da “külliyetli miktarda ısı” deyimlerinden daha kesin değerlere istenmişti. Bu başarmak için oldukça kolay bir görevdi.  1 LB (0,454kg) suyu aldılar ve bu suyu 1°F (0,556°C) ısıttılar. Bu işlemi yapmak için gerekli ısı miktarına da 1 BTU (British Thermal Unit) dediler. Soğutma endüstrisi o günden bu güne boyu açıklamayı kullanmaktadır. Örneğin 6000 BTU lık bir klima alabilirsiniz. Bu birim saatte 6000 BTU ısının yer değiştirmesini sağlayabilen bir ürünü açıklar. 12.000 BTU luk bir diğer ürün aynı zamanda 1 Ton olarak da adlandırılır. 1 Ton’da  12.000 BTU vardır.

1 LB suyun ısısını  40° F ‘dan 41°F ‘a artırmak için 1 BTU gerekir. Yine 1 LB suyun ısısını      177°F ‘dan 178°F ‘a artırmak için de 1 BTU gerekir. Ancak 1 LB suyun ısısını 212°F ‘dan 213°F ‘a artırmak için 1 BTU kullanmayı denerseniz bunda başarısız olduğunuzu görürsünüz. Su 212°F ‘da kaynar ve daha fazla ısı almaktansa gaz fazına geçer. Maddenin kaynama noktasında çok çok önemli bir olay olur.  Küçük bir deney yapar ve 1 LB suya her defasında 1 BTU ısı eklerseniz , su sıcaklığının yine her defasında 1 derece arttığını görürsünüz. Bu 212 dereceye varıncaya dek sürer.  Sonra bir şeyler değişir. BTU ‘ları eklemeye devam edersiniz ancak su hiçbir zaman daha sıcak olmaz. Su gaz fazına geçer ve 1 LB su buharlaşma için 970 BTU alır. Buna buharlaşmanın Gizli Isısı denir ve 1 LB su için 970 BTU’dur.

Ee daha ne, soğutma efektinin nasıl çalıştığını ne zaman söyleyeceksiniz diyebilirsiniz. Orada durun. Daha prosesi anlayabilmeniz için gerekenin ¾ ünü öğrendiniz. Bu suyun oda sıcaklığında kaynamasını engelleyen şey nedir diye sorsam ne dersiniz? Eğer yeteri kadar sıcak değil derseniz, üzgünüm ama yanlış. Suyun kaynamasını engelleyen tek şey suyun yüzeyine baskı yapan hava moleküllerinin basıncıdır. Suyu 212 dereceye kadar ısıtır ve ısı vermeye devam ederseniz, yaptığınız hava basıncını yenmek ve sıvı halinden kaçmasına izin vermek için su moleküllerine yeterli enerjiyi vermekten başka bir şey değildir. Eğer suyu hava basıncı olmayan uzaya çıkarırsanız direk olarak buhar olur. Eğer aynı suyu daha az hava basıncı olan Everest tepesine çıkarırsanız, orada yaptığınız deneyde kaynama için daha az ısıya ihtiyaç olduğunu görürsünüz. (212 °F dan daha az ısıda kaynayacaktır.) Yani, su normal atmosfer basıncında 212 derecede kaynar. Basıncı azaltınca kaynama noktasını da azaltırsınız. Denemek için laboratuar ortamında suyu koyduğunuz kapalı kabın içindeki basıncı bir pompa ile emerseniz, oda sıcaklığında buharlaşmanın başlayacağını görürsünüz.

Yüzeyindeki hava basıncını yenmek ve gaz fazına geçiş için sıvılara ısı vermek gereklidir. Sıvının üzerindeki basınç azaltılırsa buharlaşmanın da daha kolay olacağını öğrendik. Şimdi aynı olaya farklı bir açıdan bakalım. Aynı mantıkla, buharlaşan sıvının ortamdan ısı emdiğini söyleyebiliriz. Güneşe konulan karpuzun soğuması aynı prensiple oluşur. Böylece, sudan daha düşük bir kaynama noktasında buharlaşan bir akışkan bulmak mekanik soğutmanın gelişmesinde aranan ilk adımı oluşturur.

Kimya mühendisleri bu işte kullanılmak üzere aranan doğru kimyasalları bulmak için yıllarca çalıştılar. Çok düşük kaynama noktasındaki hidroflorakarbon soğutucu akışkan ailesini geliştirdiler.  Bu kimyasallar normal atmosfer basıncında 0°F ‘ın altında kaynamaktadır. Ve sonunda, mekanik soğutma prosesini açıklamaya başlıyoruz.

SOĞUTMA

Kompresör; piston ve benzeri metotlarla soğutucu gazı sıkıştıran ve kondansere gönderen buhar sıkıştırma pompasıdır. Kondanser, sıkıştırılmış sıcak gazdan aldığı ısıyı dışarı veren ve bu yol ile sıvı hale yoğuşmasına sebep olan ısı eşanjörüdür. Sıvı haldeki soğutucu akışkan daha sonra sınırlayıcı bölüme gelir. Bu aygıt, akışkanın küçük bir delikten geçmesini sağlayarak akışı sınırlar ve basınç düşümüne sebep olur. Bir akışkanın basıncı düştüğünde ne olur? Eğer kaynama noktası düşer ve buharlaşması daha kolay olur diyorsanız, doğrusunuz. Ve akışkan buharlaştığında ne olur? Çevresinden ısı aldığı konusunda mutabık değil miydik? İşte bu ciddi bir durumdur ve şimdi soğutmanın nasıl olduğunu öğrendiniz. Bu olayın yani buharlaşmanın olduğu yerin adı da evaporatördür. Buradaki akışkan döngünün tamamlanabilmesi için tekrar kompresöre gider. Soğutucu akışkan ısıyı emmek ve başka bir yere transfer etmek üzere tekrar tekrar kullanılır. Soğutmanın tarifini anımsadınız mı? (Isının taşınması ve başka yere yerleştirilmesi)

Isı Transfer Oranları

Soğutma çevriminde optimize edilmek istenen bir nokta da ısı transfer oranıdır. Soğutma sistemlerinde çok iyi ısı iletkenliğine sahip olan bakır ve alüminyum gibi materyaller kullanılır. Diğer bir deyişle ısı bu malzemeler içinden kolayca akar. Isı transfer yüzeyini artırmak ısı transferini artırmak için başka bir yoldur. Küçük motorlardaki pistonların etrafında soğutma kanatçıklarına dikkat ettiniz mi? Bu ısı transfer yüzeyini artırarak ısı transfer oranını artırmaya bir örnektir. Sıcak motor, istenmeyen sıcaklığı geçen hava işe temas halindeki kanatçıklar vasıtası işe çok kolayca atabilir. Hava soğutmalı kondanserler ve evaporatörler gibi soğutma sistemi ısı transfer elemanları çoğunlukla bakır boru ve alüminyum kanatçıklar işe yapılır. Daha sonra fanlar yardımı işe havanın kanatçıkların içinden daha fazla miktarda geçmesi sağlanır.

Sınırlayıcı Aygıt:

Evaporatör:

Kılcal borudan geçen düşük basınçlı toz halindeki damlacıklar evaporatörün içine geldiler. Evaporatör hava zorlamalı ya da bir çok bakır borudan oluşan ve çok iyi ısı ileten tipte olabilir. Daha iyi ısı transferi için alüminyum kanatçıklar da bulunabilir. Bu kanatçıklar hava ile temas eden yüzeyi çok miktarda artırır. Bu tip evaporatörde havayı emip kanatçıkların içine veren fanlar da olabilir. Eğer bu evaporatör soğuk oda tertibatında yer alıyorsa, bu hava oda içine basılır ve odadaki malzemenin ısısını azaltır. Bu oda yumurta ile dolu olduğunu varsayalım. Isı akışı şu şekilde olacaktır: Yumurtanın gövdesi-yumurtanın kabuğu-dolaşan hava-alüminyum kanatçıklar-bakır evaporatör boruları-sıvı soğutucu akışkan damlacıkları. Bu damlacıklar gaz fazına geçme halinde bulundukları için yüksek ısı emme kapasitesine sahiptirler. Bu damlacıkların basıncını düşürdük, yüzey alanını artırdık ve şimdi de üzerine ısı yüklüyoruz. Tıpkı suda olduğu gibi bu soğutucu akışkanların da gizli buharlaşma ısılarında 1 LB ‘ye düşen BTU oranları vardır. Isı hava akışından alındığında, aynı hava soğutulur ve oda içine tekrar basılır. Bu sayede yumurtalara teması tekrarlanır ve ısı yüklenir. Bu tekrarlar neticesinde yumurtalar istenilen sıcaklığa (ya da soğukluğa) ulaştığında sistem kapanır ve bekler. Bu arada damlacıklarımız da yüklendiği ısı sebebi ile buharlaşmış ve gaz fazına geçmiştir. Görevini tamamlayan damlacıklar evaporatörün emiş (çıkış) borusuna doğru, yolculuklarının yeni aşamalarına doğru ilerler.

Kompresör :

Kompresörün 2 görevi vardır. Gazı sıkıştırır (yumurtaların ısısını üzerinde taşıyan gazı) ve soğutucu akışkanı döngü içinde hareketlendirir. Böylece proses istenildiği sürece tekrarlanır. Gazı sıkıştırmamızın sebebi tekrar sıvı fazına geçişi sağlayabilmektir. Bu sıkıştırma gaza biraz daha fazla ısı yükler. Şekilde görevini yapan bir kompresör görülmektedir. Yukarı ve aşağı hareketli pistonu ya da pistonları vardır. Pistonun aşağı yönlü hareketinde akışkan buharı (gazı) silindir içine alınır. Yukarı yönlü harekette bu gaz sıkıştırılır. Bu arada çekvalf gibi çalışan çok ince valfler vardır ki bunlar gazın sıkıştırılması esnasında geldiği yere dönmesini engeller. Bu pistonlar açılıp kapanarak akışkan basıncını istenen düzeye getirirler. Sıkıştırılmış sıcak gaz tahmin edebileceğiniz gibi boşaltma kanalına gelir. Akışkan son temel komponente doğru yolculuğuna devam eder.

Kondanser :

Aksesuarlar :

Soğutma sisteminde ana komponentler olarak aslında 4 eleman olmasına karşın,  birkaç aksesuar da eklenmiştir. Burada bir kaçından bahsedeceğiz. Şekilde bir filtre ve bir görüş camı gösterilmiştir. Filtre sistemdeki istenmeyen parçaları yakalar. Bunlar kaynak cürufları, talaş kaldırma esnasında oluşan çapaklar veya katı yağ benzeri kalıntılar olabilir. Bu kalıntılar sistemi tıkayarak çalışmaz hale getirebilirler. Aynı zamanda sistemde istenmeyen su eserlerini de tutarlar. Görüş camı ise operatörlerin akış tünellerinde yeterli soğutucu akışkan olup olmadığını gözlemlemesini sağlar.

Yazımızın başında ısı transfer oranlarının ve büyük yüzey alanlarının faydalarından bahsetmiştik. Kondanser ve evaporatöre kanatçıklar koyarsak ve bu kanatçıklara hava fanı yardımı ile hava basarsak, kapasiteyi artırırız. Bu fanlara kondanser fanı ve evaporatör fanı denir.

Bu sayfalarda genel anlamda mekanik soğutma prosesinin nasıl çalıştığını en kolay şekilde anlatmaya çalıştık. Daha derin bilgi arayanlar için soğutma konusunda yazılmış yüzlerce kitabı hedef gösterebiliriz. Umarım konu hakkında bilgi sahibi olmanıza yardımcı olabilmişizdir.

Ana Sayfa | Hakkımızda | Ürünlerimiz | Kalite | Teknik | Çevre | İletişim | Haberler 

 Endel Şirketler Grubu | İnsan Kaynakları | English