Absorpsiyonlu Sogutma Sistemlerinin Duman Buhar Gaz Kullanilarak Ikinci Kanuna Gore Termoekonomik...

8/2/2019 Absorpsiyonlu Sogutma Sistemlerinin Duman Buhar Gaz Kullanilarak Ikinci Kanuna Gore Termoekonomik Analizi The

1/126

ii

NDEKLER

Sayfa

SMGE LSTES .........v

KISALTMA LSTES ...ix

EKL LSTES ......x

ZELGE LSTES ......xii

NSZ........xiii

ZET .......xiv

ABSTRACT..........xv

1 GR ...........1

2 ABSORPSYONLU SOUTMA SSTEMLERNN TEMEL ZELLKLERve UYGULAMA ALANLARI ....2

2.1 Absorpsiyonlu Soutma Makinelerinin Tanm .......22.2 Absorpsiyonlu Soutma Sistemlerinin Uygulama Alanlar .........22.2.1 Kojenerasyon Tesisleri .....3

2.2.2 Kaskat Sistemler ...........42.2.3 Gne Enerjisi Kaynakl Soutma .......42.2.4 Jeotermal Enerji Kaynakl Soutma .....42.2.5 Yakt Kullanarak Soutma .......62.3 Absorpsiyonlu Soutma Sistemlerinde Kurulum, letim ve Bakm lemleri. .......62.4 Piyasadaki Mevcut Absorpsiyonlu Soutma Makineleri .....62.5 Absorpsiyonlu Soutma Sistemleri ile Kompresrl Sistemlerin Mukayesesi .......72.6 Absorpsiyonlu Soutma Sistemlerinin alma lkeleri ......92.7 Akkanlarn zellikleri .....10

3 ABSORPSYONLU SOUTMA MAKNESNN YAPISI veTRLERNE GRE SINIFLANDIRILMASI ..........13

3.1 Su / Lityum Bromrl Sistemler ........133.1.1 Tek Etkili Su / Lityum Bromrl Sistemler .......133.1.1.1 zelti Devresi ...........133.1.1.2 Soutkan Devresi .......153.1.1.3 Kristalizasyon ve Absorber Soutma Gereksinimi ....153.1.1.4 Korozyon ve Malzeme Uygunluu ....163.1.1.5 Vakum Gereksinimi .......173.1.1.6 Bileen Boyutlar ....173.1.1.7 Youmayan Gazlarn Etkisi ......173.1.1.8 Evaporatr Tasarmnda Hidrostatik Ykseklik. ....183.1.1.9 evrim Performans .......18


2/126

iii

3.1.2 ift Etkili Su / Lityum Bromr Teknolojisi .......183.1.2.1 zelti Devresi Tesisat Seenekleri .......203.1.3 leri Dzey Su / Lityum Bromr evrimleri ..........203.2 Amonyak / Sulu Sistemler .....223.2.1 Amonyan zellikleri ve Gvenlik Sorunu ......223.2.1.1 Amonyak Buharndaki Su erii .......23

3.2.1.2 Amonyan Saflatrlmas .....243.2.1.2.1 Deflakmatr ........243.2.1.2.2 Rektifikasyon Kolonu ........253.2.2 Malzeme zellikleri ...........263.2.3 Amonyak / Sulu Sistemlerin Trleri ......263.2.3.1 Tek Basamakl Sistemler. .......263.2.3.2 ki Basamakl Amonyak / Su Sistemleri ....273.2.3.2.1 ift Etkili Amonyak Sulu Sistemler ......273.2.3.2.2 ift Ykseltmeli (Double - Lift) Amonyak / Sulu Sistemler .....293.2.3.2.3 ki - Basamakl Etkili Amonyak / Sulu Sistemler ....303.2.4 Amonyak / Su ve Su / Lityum Bromr Sistemlerinin Kyaslanmas .....31

3.3 Dier Absorpsiyonlu Soutma Trleri .......324. ABSORPSYONLU SOUTMA SSTEMLERNN TERMODNAMK

ANALZ....33

4.1 Basit, Teorik Absorpsiyonlu Soutma evriminin Termodinamik Analizi ......334.2 Absorpsiyonlu Soutma Sistemini Oluturan Bileenlerde Meydana

Gelen Termodinamik Sreler .......364.2.1 Termodinamiin I. Kanununa Gre Analiz .......364.2.1.1 Kondenser ......364.2.1.1.1 Ktle Denklemleri ......364.2.1.1.2 Enerji Denklemleri .........36

4.2.1.1.3 Basn zellikleri .......364.2.1.2 Soutkan Is Deitiricisi .......374.2.1.2.1 Ktle Denklemleri ......374.2.1.2.2 Enerji Denklemleri .....374.2.1.2.3 Basn zellikleri .......414.2.1.3 Soutkan Kslma Valf ......424.2.1.3.1 Ktle Denklemleri ......424.2.1.3.2 Enerji Denklemleri .....434.2.1.3.3 Basn zellikleri .......434.2.1.4 Evaporatr ......434.2.1.4.1 Ktle Denklemleri ......43

4.2.1.4.2 Enerji Denklemleri .....444.2.1.4.3 Basn zellikleri .......444.2.1.5 Absorber .........444.2.1.5.1 Ktle Denklemleri ......444.2.1.5.2 Enerji Denklemleri .....454.2.1.5.3 Basn zellikleri ...........464.2.1.6 Pompa .....464.2.1.6.1 Ktle Denklemleri ......464.2.1.6.2 Enerji Denklemleri .....474.2.1.6.3 Basn zellikleri .......474.2.1.7 zelti Kslma Valf .....48

4.2.1.7.1 Ktle Denklemleri ......48


3/126

iv

4.2.1.7.2 Enerji Denklemleri .....484.2.1.7.3 Basn zellikleri .......484.2.1.8 zelti Is Deitiricisi .......494.2.1.8.1 Ktle Denklemleri ......494.2.1.8.2 Enerji Denklemleri .....504.2.1.8.3 Basn zellikleri ...........51

4.2.1.9 Jeneratr ve Rektifikasyon Kolonu ....524.2.1.9.1 Ktle Denklemleri ......524.2.1.9.2 Enerji Denklemleri .....554.2.1.9.3 Basn zellikleri .......574.2.1.10 Absorpsiyonlu Soutma Sisteminin Btn iin I. Kanun Analizi .......574.2.2 Termodinamiin II. Kanununa Gre Analiz ......594.2.2.1 Kondenser ......624.2.2.2 Soutkan Is Deitiricisi .......634.2.2.3 Soutkan Kslma Valf ......644.2.2.4 Evaporatr ......654.2.2.5 Absorber .....66

4.2.2.6 Pompa .....674.2.2.7 zelti Kslma Valf .....684.2.2.8 zelti Is Deitiricisi .......694.2.2.9 Jeneratr .....704.2.2.10 Rektifikasyon Kolonu ....71

5 KMYASAL REAKSYONA GREN SSTEMLERNTERMODNAMK ANALZ .......72

5.1 Kimyasal Reaksiyona Giren Sistemlerin Birinci Yasa zmlemesi .......725.2 Kimyasal Reaksiyona Giren Srekli Akl Ak Sistemler iin II.

Yasa zmlemesi .........73

5.2.1 Kimyasal Reaksiyona Giren Srekli Akl Ak Sistemler iin Entropi retimi .735.2.2 Kimyasal Reaksiyona Giren Srekli Akl Ak Sistemlerdeki Tersinir

ve Tersinmezliklerin belirlenmesi ......74

6. EKONOMK ANALZ ......76

7. TERMOEKONOMK ANALZ ....78

8. SAYISAL UYGULAMA .......81

9 SONULAR ....107

KAYNAKLAR ...109

ZGEM ........112


4/126

v

SMGE LSTES

A Periyodik aralklarla yatrlan para

A Bir deere getirilme faktr

AQ Is etkileiminden kaynaklanan ekserji geii (kW)

cb Buharn birim ekserji maliyeti ($ / GJ)cbg Baca gaznn birim ekserji maliyeti ($ / GJ)

ce Duman gaznn birim ekserji maliyeti ($ / GJ)

cF Doalgazn yanmas sonucu aa kan birim ekserjinin maliyeti ($ / GJ)

cp,c Souk akkann sabit basntaki zgl ss (kJ / kg K)

cp,h Scak akkann sabit basntaki zgl ss (kJ / kg K)

cPr Soutma etkisi ile ilgili ekserji maliyeti ($ / GJ)

cw Elektrik enerjisi ile ilgili birim ekserji maliyeti ($ / GJ)

Cb Buhar maliyeti ($ / h)

Cbg Baca gaz maiyeti ($ / h)

Cc Souk akkan sl kapasite debisi (kW / K)

Ce Duman gaz maliyeti ($ / h)

CF Yakt maliyeti ($/h)

Ch Scak akkan sl kapasite debisi (kW / K)

Cmax Maksimum sl kapasite debisi (kW / K)

Cmin Minimum sl kapasite debisi (kW / K)

CPr rn retmek iin yaplan tm masraflarn toplam ($/h)

Cw maliyeti ($/h)

f Dolam oran

fk Eksergoekonomik faktr

F n yl sonunda elde edilen parasal deer

g Yerekimi ivmesi

h Entalpi (kJ / kg)

h Verilen haldeki duyulur entalpi (kJ / kmol)

0h Standart referans halindeki duyulur entalpi (kJ / kmol)

o

fh Oluum entalpisi (kJ / kmol)

ieff Geri dn oran

I Tersinmezlik (kW)

m Ktlesel debi (kg / s)

M Ortalama mol ktlesi (kg / kmol)


5/126

vi

n Mol debisi (kmol / s) veya mol miktar (kmol)

n Yl says

nv Yanma sonu rnleri ierisinde bulunan su buhar miktar (kmol)

nysu, gaz Gaz fazndaki yanma sonu rnlerinin toplam mol miktar (kmol)

P Basn (kPa)P Anapara

Pv Yanma sonundaki koullarda suyun doyma basnc (kPa)

Pysu Yanma sonu rnlerinin toplam basnc (kPa)

q Is (kJ / kg)

Q Is (kW)

ri Faiz oran

rn Eskalasyon oran

Ru niversal gaz sabiti 8,31434 (kJ / kmol K)

s Entropi (kJ / kg K)

S Entropi (kW / K)

S Entropi (kJ / kmol K)

0S Standart referans halindeki mutlak entropi (kJ / kmol K)

T Scaklk (K) veya (C)

v zgl hacim (m3 / kg)

V Hz

W (kW)

X Ktlesel kesir (kg / kg)

yni Molar yzde

Z Geometrik ykseklik

Z Bir deere getirilmi parasal deer

Yunan Harfleri

Miktarda sonlu deiim

Etkinlik oran

Verim

Ak ekserjisi (kJ / kg)

ndisler

a Konrol yzeyi (st)


6/126

vii

ab Absorberle ilgili

ass Absorpsiyonlu soutma sistemi ile ilgili

b Kontol yzeyi (alt)

b Buharla ilgili

bg Baca gazyla ilgilic Souk akkanla ilgili

ch Kimyasal reaksiyonla ilgili

k

co Kondenserle ilgili

d zelti s deitiricisiyle ilgili

kv zelti kslma valfyla ilgili

de Jeneratrle ilgili

e Duman gazyla ilgili

ev Evaporatrle ilgili

F Yaktla ilgili

g Giri

ger Gerek

h Scak akkanla ilgili

i Giri hali, giriteki

i. i. bileen

II kinci kanunla ilgili

il letme ile ilgili

kv Kslma valfyla ilgili

l Sv fazda

o evre hali, evreye, l hal

o k

ort Ortalamap Sabit basnta

p Pompayla ilgili

Pr rnle ilgili

R Isl enerji deposuyla ilgili

re Rektifikasyon kolonu ile ilgili

sd Soutkan s deitiricisi ile ilgili

tot Toplam

tr Tersinir


7/126

viii

v Buhar faznda

w le ilgili

yat Yatrmla ilgili

yi Yanma ileminden kanlar

yig Yanma ilemine girenler

sler

I Absorberle ilgili

II Kondenserle ilgili

(st izgi)Molar

o (ember) Standart referans hali


8/126

ix

KISALTMA LSTES

CELF Eskalasyon Dzeltme Faktr

COP Performans Katsays

CRF Sermaye Geri Kazanm Faktr

GAX Jeneratr Absorber Is DeiimiNTU Saysal Isl Birim (Numerical Thermal Unit)


9/126

x

EKL LSTES

ekil 2.1 Absorpsiyonlu soutma sistemi ............................ ............................. .............. 9

ekil 3.1 Tek basamakl sulu / lityum bromrl sistem13

ekil 3.2 Su / lityum bromr iin basn-scaklk diyagram16

ekil 3.3 ift etkili su / lityum bromrl iller.....19

ekil 3.4 Paralel akl ift-etkili su / lityum bromrl iller....21

ekil 3.5 Seri akl ift-etkili su / lityum bromrl iller(zelti nce yksek scakla) ......21

ekil 3.6 Seri akl ift etkili su / lityum bromrl iller(zelti nce alak jeneratre) .......22

ekil 3.7 Tek-basamakl amonyak / sulu evrim ..24

ekil 3.8 Deflakmatr ...25

ekil 3.9 Rektifikasyon kolonu 26

ekil 3.10 Tek basamakl amonyak / sulu evrim ......27

ekil 3.11 ift-basamakl ift-etkili amonyak / sulu absorpsiyonlu sistem ...28

ekil 3.12 ift ykseltmeli sistemlerin gereklilii .....30

ekil 3.13 ift ykseltmeli konfigrasyon .....30

ekil 3.14 ki-basamakl, -etkili amonyak sulu sistem ...............31

ekil 4.1 Soutkan s deitiricili, amonyakl sistem ......33

ekil 4.2 Basit absorpsiyonlu soutma sistemi ....33

ekil 4.3 Basit, tersinir absorpsiyonlu soutma sisteminin Carnot evrimi .....34

ekil 4.4 Kondenser ......36

ekil 4.5 Soutkan s deitirici ......37

ekil 4.6 Soutkan kslma valf .......42

ekil 4.7 Evaporatr .....43


10/126

xi

ekil 4.8 Absorber ....45

ekil 4.9 Pompa ........46

ekil 4.10 zelti kslma valf ......48

ekil 4.11 zelti s deitirici ..........49

ekil 4.12 Jeneratr ........52

ekil 4.13 Rektifikasyon kolonu ........54

ekil 7.1 Absorpsiyonlu sistemin eksergoekonomik maliyeti ......78

ekil 8.1 Doalgazla iletilen sistem ....91

ekil 8.2 Duman gaz ile iletilen sistem ......96

ekil 8.3 Buhar ile iletilen sistem ...99

ekil 8.4 Doalgazl iletim durumunda ekserji dalm ..105

ekil 8.5 Duman gazl iletim iin ekserji dalm ....106

ekil 8.6 Buharl iletim iin ekserji dalm ....106


11/126

xii

ZELGE LSTES

izelge 2.1 Akkan zellikleri .......................... .............................. ............................. ... 12

izelge 8.1 Entalpi deerleri ....86

izelge 8.2 Yanma ilemine girenlerin entropisi .....89

izelge 8.3 Yanma ileminden kanlarn entropisi .........89

izelge 8.4 letim enerjisi olarak doalgaz kullanlmas durumu.....104

izelge 8.5 letim enerjisi olarak duman gaz kullanlmas durumu ....104

izelge 8.6 letim enerjisi olarak buhar kullanlmas durumu ......105


12/126

xiii

NSZ

Bu almada, absorpsiyonlu soutma makinelerinin birinci ve ikinci kanun analizleriyaplm, duman, buhar, gaz kullanlarak termoekonomik deerlendirmesi gerekletirilmitir.Bu alma srasnda ilgi ve desteini esirgemeyip deerli vaktini ayran tez danmanmSayn Prof. Dr. Galip TEMR Beyefendi ye, bu alma srecindeki gstermi olduklaranlay ve yaptklar katklar iin Sayn Tansel TOKSZ Beyefendiye ve Sayn Ahmet O.BEYHAN Beyefendi ye, aileme ve tm arkadalarma teekkrlerimi sunarm.


13/126

xiv

ZET

Absorpsiyonlu soutma sistemlerinin uygulama alanlar, kullandklar enerji kaynaklarbakmndan snflandrlmas yaplm, temel alma prensipleri, sistemi oluturanelemanlarn grevleri, tasarm ve iletim koullarnda dikkat edilmesi gereken hususlaraklanm, sistemin olumlu ve olumsuz ynleri belirtilmitir. Absorpsiyonlu sistemlerinkullandklar akkan iftlerine ve basamak - etki saylarna gre snflandrlmas yaplarakdetaylar anlatlmtr. Soutkan ve zelti s deitiricili, rektifikasyon kolonlu tekbasamakl amonyak / sulu absorpsiyonlu soutma makinesinin btn ve bileenleri iintermodinamiin I. ve II. Yasasna gre inceleme yaplmtr. Absorpsiyonlu soutmamakinesinde kullanlmas olas doalgazn yanmas durumu iin kimyasal reaksiyona girensistemlerin I ve II. Yasa analizleri gerekletirilmitir. Absorpsiyonlu sistem iin ekonomik vetermoekonomik analiz yaplmtr. Saysal uygulamada absorpsiyonlu soutma sistemininduman, buhar ve gaz kullanmas durumunda retilen soutma etkisinin birim ekserji maliyetibelirlenmitir.

Anahtar kelimeler: Soutma, absorpsiyon, ekserji analizi, termoekonomik analiz


14/126

xv

ABSTRACT

The explanation of the practicing areas of absorption cooling systems and these systemssclassification in terms of the energy sources which they use has been done. Their fundamentalworking principles, the functions of the components which form is system and the matterswhich ought to be paid attention in operation condition has been explained, also the positiveand negative sides of this system has been determined. The details have been explained byclassifying absorption cooling systems according to fluid binaries and stage-effect numberswhich they use. For single stage ammonia / water absorption cooling systems which includerefrigerant and solution heat exchanger with rectification column, the examine is doneaccording to first and second laws of thermodynamic for the whole and components of thismachine. In the position that the natural gas that is possible to be used in absorption coolingmachines burns, the first and second laws analysis have been made real for the systems wherechemical reactions occur. For absorption cooling system, economic and thermoeconomicanalysis has been done. In numerical practicing way, if the absorption cooling system usesgas, exhaust gas and vapour; unit exergetic cost of the produced cooling effect has beendetermined.

Keywords: Cooling, absorption, exergy analysis, thermoeconomic analysis


15/126

1

1. GR

Bir maddenin veya bir ortamn scakln onu evreleyen hacim scaklnn altna indirmek

ve orada muhafaza etmek zere snn alnmas ilemine soutma denilebilir (zkol, 1999).

Bu ilemi gerekletirmek amacyla birok tr olan soutma makineleri kullanlr.

Gnmzde en sk karlalan soutma makinesi mekanik bir kompresr yardm ile

soutucu gazn hareketini salayan buhar sktrmal olandr. Bu tr buhar sktrmal

cihazlar genellikle bir elektrik motoru ile tahrik edilmekte olup dorudan elektrik enerjisi

tketir.

Sanayideki birok proses iin gerekli olan soutma ilemi, elektrik gibi pahal bir enerji

kayna yardm ile gerekletirildiinde maliyetler artmakta ve iletmeler iin fiyat rekabetizorlamaktadr. Mekanik kompresrl soutma sistemlerinin yerleim blgelerinde hava

artlandrmas amal kullanmnda ise ehir elektrik ebekesinin oluan pik ykler sebebi ile

yetersiz kalmas tehlikesi domaktadr. Pik yklerin karlanabilmesi iin ehir ebekelerinin

buna uygun olarak tasarlanmas gerekmektedir. Bu da yaz aylar dnda ebeke potansiyelinin

bir ksmnn atl kalmasna sebebiyet vermekte, lke btesine ilave yk oluturmaktadr.

Doalgaz tesisatlar iin ise benzeri bir durum yaz aylarnda meydana gelmekte, kn

meydana gelecek olan youn tketimi karlamak iin kurulmu olan yksek kapasiteli tesisat,

yazn atl hale gelmektedir.

Sanayi tesislerinde aa kan atk slarn, jeotermal kaynaklarn, gne enerjisinin veya fosil

kaynakl yaktlarn mevcudiyeti halinde s enerjisinin dorudan kullanlmas yolu ile de

soutmann gerekletirilmesi mmkndr. Dorudan s enerjisi kullanm ile soutma

etkisinin elde edilebilecei soutma makinelerinden en yaygnlarndan biri de absorpsiyonlu

soutma sistemleridir. Absorpsiyonlu soutma sistemleri ile gerekletirilecek soutma

ilemlerinde atk sdan tekrar yaralanarak iletim maliyetlerinin drlebilmesi mmknolacak ayrca, absorpsiyonlu soutma sistemlerinin konfor amac ile kullanm halinde ise yaz

aylarnda, yerleim blgelerinde meydana gelen elektrik kullanmndaki pik yk azalacak, atl

hale gelmi olan doalgaz tesisatnn kullanm mmkn olacaktr. Ayrca, absorpsiyonlu

soutma sistemlerinin kulland akkan iftlerinin buhar sktrmal evrimlerde kullanlan

CFC ve HCFC lar gibi ozon tabakasna zarar vermemesi, iletim enerjisi olarak atk snn

veya yenilenebilir kaynaklarn kullanlabilmesi, evrenin daha az kirlenmesinin salamas

bakmndanilave yarar salamaktadr.


16/126

2

2. ABSORPSYONLU SOUTMA SSTEMLERNN TEMEL ZELLKLER ve

UYGULAMA ALANLARI

2.1 Absorpsiyonlu Soutma Makinelerinin Tanm

Is pompas terimi, sy alak scaklktan yksek scakla transfer eden bir grup teknolojiyi

ifade eder. Byle bir transfer i veya s formundaki bir termodinamik giri gerektirir (Herold

vd., 1996).

Enerji giriinin tipi, s veya i olmas s pompas fonksiyonunu yerine getirecek teknolojinin

detaylarna bal olarak deiir (Herold vd., 1996) .

Absorpsiyon teknolojisi s ile iletilir. Dk scaklktan yksek scakla s transferi iletim

enerjisi olarak s salanmas ile mmkndr. Bir absorpsiyon evrimi i girii gereksiniminiortadan kaldrarak teknolojik problemlere geni bir aralkta zm salar (Herold vd., 1996).

Is kayna olarak belli bir scakla sahip herhangi bir sv veya gaz kullanlabilir. Genellikle

buhar, scak su, baca gaz veya dorudan ateleme s kayna olarak kullanlr. Kzgn su,

petrol, kmr, jeotermal, p ss gibi dier tm s kaynaklar da etkin ekilde kullanlabilir.

2.2 Absorpsiyonlu Soutma Sistemlerinin Uygulama Alanlar

Absorpsiyonlu soutma sistemleri, byk miktarda soutma gereksinimi olan endstriyel

uygulamalarda kojenerasyon tesisleri ile birlikte kullanlarak retilen termal enerjinin optimal

kullanmn salar, elektrik tketimini dengeler ve CO2 retimini azaltr. Ayn anda hem s,

hem elektrik hem de soutma retimi anlamna gelen trijenerasyon tesisi olarak da

adlandrlan bu sistemler kullanc ihtiyalarna bal olarak zel olarak tasarlanp ayarlanrlar

[3]. Absorpsiyonlu sistemler ayrca, atk snn youn olarak bulunabilecei yemek

fabrikalarnda, kimyasal madde fabrikalarnda, st fabrikalarnda (pastrizasyon ileminde),

znebilen kahve fabrikalarnda, rafinerilerde, petrokimya tesislerinde kullanlabilir [3].

Bunlar dnda, endstriyel stma proseslerinde s pompas olarak, kojenerasyon

santrallerinde bulunan trbin ve dizel makinelerin emi havasnn soutulmasnda (Dk

giri havas scaklklar kojenerasyon sisteminin verimini artrr.), s geri kazanmnda (heat

transformer), binalar, spermarketler ve ofislerin opsiyon olarak ayn anda stma ve soutma

ihtiyacnn karlanmasnda kullanlabilir [9].


17/126

3

2.2.1 Kojenerasyon Tesisleri

Kojenerasyon sistemi ile birletirilmi absorpsiyonlu sistem kendi bana bir enerji dnm

sistemi olarak grev yapar ve dk deerli termal enerjiyi yksek ekonomik deeri olan

soutmaya dntrr. Bu sayede tm tesisin verimliliini artrr. Absorpsiyonlu sistemler

mevcut sistemlere sonradan esnek bir ekilde tatbik edilebilir [4].

Bir trijenerasyon sisteminde, absorpsiyonlu soutma sistemi, iletim enerjisi olarak

kojenerasyon santralinden gelen sy kullanr. Bu s birok durumda trbin veya motordan

kan egzoz gazlarndan elde edilir. Absorpsiyonlu sistem ile kojenerasyon santrali dorudan

veya dolayl olarak balanabilir [4].

Dolayl balant halinde kojenerasyon nitesinin egzoz gazlar standart bir boylerin iersinde

scak su veya buhar retmek iin kullanlr. Absorpsiyonlu sistem bu boylerden gelen scak suveya buhar ile iletilir. Bu sistemin avantaj, sadece absorpsiyonlu soutma sistemini deil,

ilave olarak dier amalar iin de buhar ve scak suyun kullanmna izin vermesidir. retim

srecinde meydana gelen buhar tketimi dalgalanmalarnda absorpsiyonlu sistem bir eit

tampon grevi stlenir ve kojenerasyon sisteminden gelen fazla buhar absorpsiyonlu soutma

sistemince tketilir [4].

Dorudan balant halinde, egzoz gazlar dorudan absorpsiyonlu soutma sistemini iletmek

iin kullanlr. Kojenerasyon santralndan kan egzoz gazlar dorudan absorpsiyonlu

sistemin jeneratrne girer. Basn dmnden kanmak ve egzoz gazlarnn transferi iin

gerekecek boru tesisat masrafndan tasarruf etmek amacyla absorpsiyonlu sistem

kojenerasyon santralnn yaknlarna konumlandrlr. Jeneratr, geleneksel buhar boyleri ile

benzerdir ve tesise zel olarak ayarlanr. Bu sistemin avantaj, boylerden tasarruf edilmesi

sonucu azalan kurulum ve bakm maliyetidir. Ayrca daha kompakt bir yap elde edilir [4].

Soutma gereksiniminde meydana gelen dalgalanmalarn dengelenmesi iin termal depolama

sistemleri kullanlabilir. Buz tamponu bir termal depolama sistemidir. retim prosesi, dzen

olarak fazladan soutma ve buhar gereksinimi eklinde eitlemeler gsteriyorsa

absorpsiyonlu soutma sistemi buz tamponu ile kombine edilebilir. retim fazlas buhar

olutuunda absorpsiyonlu soutma sistemi fazla buhar kullanarak buz tamponunu arj eder.

retim prosesinde buhara ihtiya olduunda ise absorpsiyonlu sistem ksmi veya sfr ykte

almaya balar. Bu durumda soutma gereksinimi daha nce arj edilmi olan buz

tamponundan karlanr. Bu sistem kojenerasyon sisteminin sabit almasn garantiler [4].

Absorpsiyonlu soutma sistemlerinin iletmeye alma, ksmi yk ve kapatma aamasnda zel


18/126

4

bir gereksinimi yoktur. Absorpsiyonlu sistemin kontrol sistemi, kojenerasyon sistemi kontrol

sisteminden bamszdr. Soutma gereksiniminin olmad durumlarda kojenerasyon santrali

almaya devam ederken egzoz gazlar ak otomatik olarak absorpsiyonlu soutma

sisteminin evresinden baypas edilir [4].

2.2.2 Kaskat Sistemler

Absorpsiyonlu soutma sistemleri ile buhar sktrmal soutma sistemlerinin birlikte

kullanm da mmkndr. Absorpsiyonlu sistem temel ykleri karlarken kompresyonlu

sistem pik ykler olutuunda devreye girer. Ayrca, kojenerasyon sisteminin srekli

almad veya atk snn tamamnn endstriyel proseste kullanld anlarda da buhar

sktrmal sistemin kullanlmas gerekir. Absorpsiyonlu sistem ile buhar sktrmal sistemin

kombinasyonunda, absorpsiyonlu sistemin soutkannda absorbent madde kalnts

bulunabileceinden buhar sktrmal sistemin soutkan ile absorpsiyonlu sistem

soutkannn birbirine karmamas gerekir [4].

Absorpsiyonlu soutma sistemleri gerek duyulmas halinde yksek ve alak basnl ksmlara

blnebilir ve belli mesafeler ierisinde kalmak zere farkl yerlere konumlandrlabilir.

Yksek basn blm s kaynana yakn bir yere, alak basn blm ise soutma

talebinin olduu yere kurulabilir [4].

2.2.3 Gne Enerjisi Kaynakl Soutma

Absorpsiyonlu soutma sistemleri yenilenebilir enerji kayna olan Gne nm ss ile de

iletilebilir. Gne enerjisi fosil yaktlardan elde edilen enerjiye gre daha evrecidir ve

genellikle soutma ykleri ile gne nm ss ayn fazda artar [12].

Gne nm ss ile iletilen absorpsiyonlu sistemler yksek verimli vakum tpl gne

kolektrleri ile altrlabilir. Gne enerjisi kaynakl soutma etkisi kk yklerderetilebilir. Gne kolektrleri nemli bir maliyet unsurudur. Bu sistemler olduka pahal

olup, elektrik ebekesinin bulunmad yerlerde, kondenserden atlan snn baka bir amala

tekrar kullanlmas halinde ve elektrik maliyetinin de hesaba katlmas durumunda ekonomik

olarak rekabet edebilir [12].

2.2.4 Jeotermal Enerji Kaynakl Soutma

Absorpsiyonlu sistemlerin jeotermal enerji ile de iletilmesi mmkndr. Jeotermal sv, s


19/126

5

deitirgecinin boru demetinin ierisinden geerken s deitirgecinin tp ierisinde bulunan

absorbent madde - soutucu akkan zeltisine s salar. Boru demetleri genellikle bakr

veya bakr alamlarndan imal edilir. Bu malzemeler, zellikle de H2S, NH3 veya O2 in

mevcut olduu birok jeotermal kaynak ile uyumsuzdur. Standart yapl s deitirgeleri ile

zararl gazlarn znm olduu jeotermal svlarn temas etmesi istenmez. Bu olumsuz

durumdan kanmak iin korozyona dayankl borulardan imal edilmi bileenler veya ayr bir

s deitirgeci ile temiz su devresi kullanlabilir. lk seenek ekonomik olarak en uygun

zmdr. Korozyona dayankl malzeme olarak paslanmaz elik veya titanyum tercih

edilebilir. Titanyumdan mamul boru demeti kullanan jeneratre sahip yaplarda, titanyum

borular, tm makinenin maliyetinin yaklak %10 ile %15 ini oluturur [1]. Ancak, bu maliyet

btn durumlarda, ikinci seenein uygulanmas halinde meydana gelecek s deitirgeci,

sirklasyon pompas, boru tesisat, kontrol ve izolasyon maliyetleri toplamndan dahadktr. lave bir avantaj olarak da s deitiricisinden kaynaklanan kayplar alternatif

jeneratr konstrksiyonu tarafndan nlenmi olur [1].

Jeotermal uygulamalarda kaynak scaklnn yeterli ykseklikte olmas nemlidir. Scaklk

azaldka makine ebatlar bytlerek kapasite dm bertaraf edilebilir. Bu da geleneksel

buhar sktrmal sisteme nazaran ilk yatrm maliyetlerini ykseltir. Den termodinamik

performans daha byk soutma kulelerinin kullanlmasn gerektirir, buda ilk yatrm

maliyetlerini artrr. Dk kaynak scaklklarnda, jeneratre s tayan arac akkann dahayksek debide pompalanmas gerekir dolays ile pompa kurulum ve iletim maliyetleri

ykselir. Pompa kurulum ve iletim maliyetleri jeotermal kaynaktaki suyun derinliine de

baldr. Geometrik basma yksekliinin fazla olmas, pompalama iin gerekli elektrik

tketimini elektrik enerjisi kullanarak soutma etkisi reten yksek verimli buhar sktrmal

sistemlerdeki tketimin yarsna ulatrabilir. Ayrca, jeotermal enerji iin kuyu almas

masraflar da sistem maliyetine ilave edilmelidir [1].

Byk kapasiteli jeotermal kaynakl absorpsiyonlu soutma sistemi uygulamalarnda birimsoutma kapasitesi bana daha dk ilk yatrm maliyetleri grlr. Byk enerji

kapasiteleri gz nne alndnda sonu daha pozitif bir ekonomik grnt verir. Ayrca,

makinenin tam ykte uzun sre almasn gerektirecek soutma ykleri ilk yatrm

maliyetlerinin daha abuk geri kazanlmasn salar [1].

Kk kapasiteler iin jeotermal kaynakl soutma uygulamas ekonomik deildir. Dk

kapasiteli uygulamalarda stma amac ile bir kuyu ve ilgili boru tesisatnn hlihazrda

bulunmas halinde absorpsiyonlu sistemin kompresyonlu sistem ile ekonomik olarak


20/126

6

kyaslanmas mmkn olabilir [1].

2.2.5 Yakt Kullanarak Soutma

Doalgaz kullanan absorpsiyonlu soutma sistemleri doalgaz ve elektrik ebekesinde atl

kapasitenin olumasna mani olur. Kn oluacak pik ykler iin tasarlanm olan doalgaz

tesisat, soutma ihtiyacnn bu yntemle karlanmas halinde yazn da kullanmda tutulmu

olur. Ayn ekilde, artan soutma gereksinimi yznden yazn meydana gelen pik yklere

gre tasarlanm ve kn atl durumda kalan elektrik ebekesinin daha dk pik ykler iin

tasarlanmasn mmkn klar [10].

Absorpsiyonlu sistemler farkl enerji kaynaklarn kullanabilecek ekilde tasarlanabilir. rnek

olarak atk buhar ve atk buharn olmad zamanlarda da doalgaz veya propan yaktlarndanbir tanesi kullanlabilir. Bylelikle atk snn olmad zamanlarda da soutma etkisi

retilebilir. Sistemde ift yaktl brlrler kullanlabilir.

2.3 Absorpsiyonlu Soutma Sistemlerde Kurulum, letim ve Bakm lemleri

Absorpsiyonlu sistemlerin birok paras s deitiricilerinden meydana gelmekte olup

salam cihazlardr ve evresel etkilerden etkilenmezler. Bakm gereksinimi azdr. Sistemin

arzaya ak noktas zelti pompas olup gvenilir pompalar kullanlmas halinde bakmmaliyetleri azaltlabilir. Absorpsiyonlu sistemlerde oynar paralarn says azdr. Sadece

pnmatik valfler ve pompalar hareketli paralar ierirler. Boyutlarna bal olarak tek para

veya modler imal edilebilirler. Tek para olanlar tesise dorudan monte edilirken modler

olanlar, iki ve para halinde tesise getirilip genellikle birbirinin stne gelecek ekilde

monte edilirler [4].

Absorpsiyonlu soutma sistemleri sorunsuz bir iletim salayan PLC temelli otomatik kontrol

sistemleri ile donatlabilirler ve iletim koullar kullanc gereksinimlerine adapte edilebilir.letim srasnda meydana gelen prosesler uzaktan PC zerinde grntlenebilir ayrca

makineye modem zerinden uzaktan kumanda verilebilir. Tek bir operatr basit bir ekilde

sisteme kumanda edebilir. Makinenin kontrol sistemi ile merkezi bilgisayarl kontrol sistemi

entegre edilebilir [4].

2.4 Piyasadaki Mevcut Absorpsiyonlu Soutma Makineleri

Pazardaki en yaygn sistemler Su / lityum bromr ve amonyak / su akkan iftleri ile


21/126

7

alanlardr (Herold vd., 1996).

Su / lityum bromrl sistemler 1950 ylndan beri yaygn olarak kullanlmaktadr. Soutucu

akkan su olup bu yzden de soutma scakl 0 Cnin zerindedir. Byk binalarn hava

artlandrmas gereksinimini karlamak zere iller gibi tasarlanmlardr. 35 kW dan 5000

kW a kadar kapasitelerde mevcuttur (Herold vd., 1996).

Bu makinelerin performans katsays evrimin yapsna bal olarak 0,7 ile 1,2 arasnda

deiir. Buhar sktrmal sistemler ile arasndaki teknolojik rekabet, gl ekilde ekonomik

faktrlere baldr (Herold vd., 1996).

Amonyak / sulu illerler 1800l yllarn sonundan, buhar sktrmal sisteme geene dek buz

retimi amac ile kullanlmtr. Burada, soutkan amonyaktr. Suyun rol, amonyak / sulu ve

su / lityum bromrl sistemlerde farkldr. Amonyakl sistemin avantajlarndan biri, soutkan

olarak amonyan olduka dk soutma scaklklarn mmkn klmasdr. Bununla birlikte,

zehirli olmas kullanmn kstlar, iyi havalandrlan yerlerde kurulmasn gerektirir. Bu

sistemlerin performans katsaylar 0,5 dolaylarndadr (Herold vd., 1996).

2.5 Absorpsiyonlu Soutma Sistemleri ile Kompresrl Sistemlerin Mukayesesi

Absorpsiyonlu soutma sistemleri 100 yldan uzun bir sredir kullanlmaktadr. Gnmzde

kullanlan absorpsiyonlu sistemler modern teknolojilerle tasarlanmakta olup gvenilirlikleri

hatr saylr derecede artrlmtr. Modern tasarm yntemleri bileenleri ve kontrol

stratejilerini de gelitirdiinden cihaz ekonomiklii de artmtr (Herold vd., 1996).

Kompresrl bir soutma makinesinde soutkan dk basn ve scaklkta buharlar. Buhar

evaporatrden ekilerek yksek basnl hale getirilir ve kondenserde svlatrlr. Mekanik

kompresr, soutkan buharn dk buharlama basncndan yksek youma basncna

ykseltir. Kondenserde retilen youma ss eitli yntemlerle evreye atlr. Sktrma

prosesi, absorpsiyonlu soutma sisteminde zeltinin dolam aracl ile gerekletirilir.

Soutucu akkan souracak bir sv (absorbent) tarafndan sourulan soutkan buhar daha

sonra bir pompa vastas ile jeneratre pompalanr. Jeneratrde meydana gelen stma ilemi

sonucunda soutkan buharlaarak zeltiden (soutkan / absorbent zeltisi) ayrlr. Aa

kan soutkan buhar kondensere giderek svlar. Faz deiimi srasnda aa kan s

evreye atlarak uzaklatrlr. Burada, evaporatrden gelen alak basnl buhar emen

absorber ile yksek basnl buhar reten jeneratr, kompresr ile yer deitirmitir.

Mekanik sktrmal sistem ile absorpsiyonlu sistem arasndaki temel farkllk, ilkinin


22/126

8

mekanik enerji, ikincisinin ise termal enerji ile zelti pompasnn tahriki iin az miktarda

elektrik enerjisi (iletim enerjisinin yaklak %2si) [3] gerektirmesidir. Bunun nedeni,

kompresrl sistemde sktrlan gaz fazndaki akkandan farkl olarak absorpsiyonlu

sistemde pompalanan akkann sv faznda olmas ve svlarn zgl hacimlerinin de gazlara

nazaran ok az olmas sebebi ile daha az i gerektirmesidir (Threlkeld, 1970). Kompresyonlu

sistemlerden farkl olarak absorpsiyonlu sistemler deiken scaklk ve sl yklere kar

esnektirler. Sfr kapasite ile tam kapasite arasnda herhangi bir aralkta altrlabilirler [4].

Soutma suyu ve scakl ve sl yklerde meydana gelen deiiklikler jeneratr scaklna

mdahale etmek sureti ile bertaraf edilebilir. Bu tr bir esneklik kompresyonlu sistemlerde

mmkn deildir [4].

Absorpsiyonlu sistemlerde iletim enerjisinin atk s olmas halinde altrma maliyetleri ok

dk olur [4]. Absorpsiyonlu sistemler ksmi yklerde iyi performans gsterirler.

Kompresyonlu sistemlerin ilk yatrm maliyeti absorpsiyonlu sistemlere kyasla daha

dktr. Absorpsiyonlu sistemde kullanlacak olan iletim enerjisinin atk s olmas halinde

absorpsiyonlu sistemlerin iletim maliyeti elektrik enerjisi kullanan kompresyonlu sistemlere

kyasla daha dktr. Kompresyonlu sistemlerde farkl ve daha gvenli soutkanlar

kullanlabilirken sfrn altndaki scaklklarda soutma etkisi retmesi istenen absorpsiyonlu

sistemler iin uygun soutkan amonyak olduundan uygulama alanna bal olarak gvenlik

nlemlerinin alnmas gerekebilir (Herold vd., 1996).

Absorpsiyonlu sistemlerdeki hareketli paralarn az olmas sebebi ile buhar sktrmal

sisteme gre daha dk grlt ve sarsntda alr [4].

Absorpsiyonlu soutma sistemleri stma amac ile kullanldnda (s pompas) mekanik

sktrmal sistemlere gre ak ekilde stndr. Absorpsiyonlu sistemde iletim enerjisi s

olarak sisteme girer ve sisteme giren enerjinin nemli bir blmn oluturur. Sistemi terk

eden toplam enerji, iletim enerjisi ve evreden alnan enerjinin toplamdr. Absorpsiyonlu bir

sistem, buhar sktrmal sisteme gre ayn soutma kapasitesinde ok daha fazla s

retecektir. Bu sonuca gre sadece stma amal kullanlan bir buhar sktrmal sistem

termodinamik performans olarak absorpsiyonlu sistem ile rekabet edemez [2].

Kompresrl soutma sistemlerin absorpsiyonlu sistemlere kyasla daha az yere ve boru

tesisatna ihtiyac vardr. Absorpsiyonlu sistemlerin atk s ile iletilmesi uygulamalarnda

soutma gereksiniminin ve atk s retiminin e zamanl olmas nemli bir faktrdr [15].

Ayrca, kompresrl sistemlerde evaporatrden tanan sv nemli hasarlara neden


23/126

9

olabilirken absorpsiyonlu sistemlerde hasar meydana gelmez [15].

2.6 Absorpsiyonlu Soutma Sistemlerinin alma lkeleri

Absorpsiyonlu sistemin ileyii yledir: Bir absorpsiyonlu sistem dk ve yksek basnl

iki blmden meydana gelir. Soutucu akkan (zelti ierisinde znm haldeki) dk

basnl blmden yksek basnl blme transfer etmek iin bir zelti devresi kullanlr.

zelti devresinin temel bileenleri absorber, jeneratr, pompa ve kslma valfdr. Dk

basn ksmnda evaporatr ve absorber, yksek basn ksmnda jeneratr ve kondenser yer

alr (Herold vd., 1996) (ekil 2.1).

ekil 2.1 Absorpsiyonlu soutma sistemi (Herold vd., 1996)

Absorpsiyonlu soutma evrimi, soutkann absorbent bir madde tarafndan sourulmas

ilkesini kullanr. Buradaki nemli nokta, souk absorbentin scak absorbente gre daha fazla

soutkan sourabilmesidir (Herold vd., 1996).

Soutkan, dk scaklk ve basnta evaporatrden buharlar ve iersinde fakir sv

(soutkan miktar az absorbent) zeltinin bulunduu absorbere gider. zelti, soutkan

sourduktan sonra zengin zelti haline dnr (soutkan miktar fazla) ve jeneratre,

youma basncna (yksek basn) pompalanr. Jeneratrde stlan zelti kaynamaya

balayarak soutkan buhar halinde bnyesinden dar salar. Buradan kondensere giden

soutkan svlar. Bu arada soutkanca fakir hale dnen sv zeltisi kslma valfndan

geerek evaporatr basncna der ve jeneratrden absorbere geri dner. Absorber ile


24/126

10

jeneratrdeki zelti konsantrasyonlar doyma scakl ile ilikilidir. Belli bir evaporatr

scaklna ulamak iin belli bir asgari dzeyin zerinde jeneratr, belli bir azami dzeyin

altnda absorber ve kondenser scakl gereklidir (Herold vd., 1996). Kondenserde meydana

gelen gaz fazndan sv fazna gei prosesinde ve absorberde meydana gelen sourulma

srecinde s aa kar. Arzu edilen kondenser ve absorber scaklklarn muhafaza etmek

iin bu snn uygun ekilde uzaklatrlmas gerekir. Is, soutma suyu, soutma suyunun

mevcut olmad hallerde soutma kulesi veya evaporatif kondenser kullanarak sistemden

atlr. Bunun dnda hava da soutma amac ile kullanlabilir ancak kondenser ve absorber

scaklklar greceli olarak yksek olacandan makine verimi olumsuz ynde etkilenir.

Dk absorber ve kondenser scaklklar makinenin termodinamik verimini ykseltir (Herold

vd., 1996).

Makine veriminin artrlmas iin verim artrc s deitiriciler sisteme ilave edilebilir. En

nemli olan jeneratr ile absorber arasna konumlandrlm olan zelti s deitiricisidir

(Herold vd., 1996). Jeneratrden absorbere dnen dk soutkan konsantrasyonuna sahip

zelti hala scak olduundan aradaki s deitiricisi yardm ile absorberden jeneratre

pompalanan yksek soutkan konsantrasyonuna sahip zeltinin n stmas salanm olur.

n stma, jeneratre verilmesi gereken s miktarn dolays ile makinenin enerji tketimini

azaltr. Ayrca, evaporatr ile kondenser arasnda da soutkan s deitiricisi kullanlabilir. Is

ve ktle transferi miktarn artrmak amacyla sprey etkisi ile akkanlarn temas yzeyiniartran pompalar da sisteme dhil edilebilir (Herold vd., 1996).

Makine ebatlarn ufaltmak ve komutlara verilen tepki sresini ksaltmak iin plakal s

deitiricileri kullanlabilir [10].

2.7 Akkanlarn zellikleri:

Gerek s pompasnn performans ideal s pompasndan nemli lde azdr. Bunun en

nemli nedenlerinden biri de uygun soutucu akkanlarn yokluudur. Uygulamada,

verimlilik byk lde akkanlarn zeliklerine baldr (Herold vd., 1996).

Uygun bir soutucu akkann sahip olmas gereken zellikler unlardr: Soutkan dolamn

asgari dzeyde tutmak iin yksek gizli sl, kompresr kayplarn azaltmak ve makine

boyutlarn kltmek iin dk zgl hacimli olmaldr. Ayrca, kullanm scaklklarnda

ideal basn zelliklerine sahip, iletim scaklklarnda makine zerinde korozif etki

gstermeyen, yanmayan ve patlamayan zellikte, evreye zararsz, zehirsiz ve ucuz olmaldr


25/126

11

(Herold vd., 1996; zkol, 1999).

Absorpsiyonlu sistemler iin saylanlara ilave olarak istenen zellikler unlardr: Absorber

iletim scaklnda absorbent madde ierisinde yksek, jeneratr iletim scaklnda dk

znrlk oranna sahip olmaldr. Ayrca, absorbent ile soutkan madde iletim

koullarnda tersinmez ekilde tepkimeye girmemelidir (Herold vd., 1996).

Grevi soutkan buharn sourmak olan absorbentin sahip olmas istenen zellikleri

unlardr: Soutucu maddeye gre daha dk buhar basncna sahip olmaldr. Ayrca, sl

kapasitesinin kk olmas da absorbent iin istenen bir niteliktir (Herold vd., 1996).

Absorbent ile soutkan ikilisinin kabul edilebilir olmas iin aralarndaki molekler ekimin

kuvvetli olmas istenir. Bu gler, svlarn ideal sv zelliklerinden sapmasna neden olur.

Bu nedenle tanm ve termodinamik zellikler deneysel olarak saptanmaldr.

Kullanlmakta olanlardan daha iyi zelliklere sahip akkan iftlerini bulmak zordur. Dier

akkan iftlerinden bazlar su / sodyum hidroksit, su / slfrik asit, amonyak / sodyum

trisiyonattr. Bunlar dnda ok sayda baka akkan ifti de mevcuttur. Bununla birlikte,

uygulama aamasnda an az olumsuzluk yaratanlar su / lityum bromr ve amonyak / su

akkan ikilileridir. Bu sebepten absorpsiyonlu soutma sistemlerinde kullanlan en yaygn

soutkan / absorbent ikilisi amonyak / su ve su / lityum bromrdr. Bu iki farkl akkan

iftinin de kendine has olumlu ve olumsuz ynleri vardr ve hangisinin tercih edilecei

kullanm koullarna ve kullanc tercihlerine baldr (izelge 2.1).

Amonyak basnc uygun olmayacak derecede yksek iken su basnc uygun olmayacak

derecede dktr.

Absorbent olarak lityum bromr avantajldr nk evrim tasarmnda rektifiyer

kullanlmasna gerek kalmaz. Su / lityum bromr ve dier soutkan olarak su kullanan

sistemlerde suyun donma noktas, 0 C nin altnda soutma etkisi retimine mani olur (Heroldvd., 1996).

Absorbent olarak su kullanlan amonyak / sulu sistemlerde absorbentin kristalize olmas riski

yoktur (Herold vd., 1996).

Gerekliliklerin kstlayc doasndan tr geleneksel akkan iftleri dndaki akkanlarn

baars ok dktr (Herold vd., 1996).


26/126

12

izelge 2.1 Akkan zellikleri (Herold vd., 1996)

zellik Amonyak / Su Su / Lityum BromrSoutucu

Yksek gizli Is yi MkemmelBuhar basnc ok yksek ok dk

Dk doyma scakl Mkemmel Snrl uygulamaDk viskozite yi yi

Absorbent

Dk buhar basnc Zayf MkemmelDk viskozite yi yi

Karm

Kat faz yok Mkemmel Snrl uygulamaDk zehirlilik Zayf yiSoutucu ile absorberarasnda yksek ekicilik yi yi


27/126

13

3. ABSORPSYONLU SOUTMA MAKNESNN YAPISI ve TRLERNE GRE

SINIFLANDIRILMASI

3.1 Su / Lityum Bromrl Sistemler

Sulu lityum bromr yzlerce akkan arasnda en iyi seeneklerden biridir. Bir ok

uygulamada tercih edilmesine ramen tercihe bal olarak anlalmas gereken bir ok

snrlamas vardr (Herold vd., 1996).

ekil 3.1 Tek basamakl sulu / lityum bromrl sistem

ekil 3.1 de makine bileenlerinin konumlar basn scaklk diyagramndaki bal scaklk,

basn ve ktle kesri konumlarna uygun olarak gsterilmitir. Makine, evreyle s

alveriinde bulunan drt bileenden ve iki ak kstlaycs ve pompadan olumaktadr.

Buna ilave olarak balant borular da tasarm iin nemlidir (Herold vd., 1996).

3.1.1 Tek Etkili Su / Lityum Bromrl Sistemler

3.1.1.1 zelti Devresi

zelti dolam jeneratr ile absorber arasndadr. Bu sv zelti dngs absorberdeki

dk basntan jeneratrdeki yksek basnca zeltinin pompalanmasyla gerekleir. lk

yaklam olarak makine iinde iki basn dzeyi olduu dnlebilir. Aslnda, gerek

iletimde, bileenler arasndaki akta meydana gelen basn kayplar ve ykseklik fark


28/126

14

nedeni ile basn farkllklar olacak, cihazn her bileeni farkl bir basn deeri alacaktr.

Basn kayplar tasarmda minimum dzeyde tutulmaldr. En basit ekilde, bir absorpsiyonlu

makine iki basnl bir cihaz olup, basn deiimleri ak kstlayclar ile pompada meydana

gelir (Herold vd., 1996).

Sv zelti, brlr veya yeteri kadar yksek scakla sahip harici bir s kayna tarafndan

s salanan jeneratre pompalanr. Gereksinim duyulan scaklk, kullanlan akkanlarn

zellikleri ve makine iersindeki dier bileenlerin almasna baldr. Tipik bir tek etkili

sulu lityum bromrl makine iin salanan s yaklak olarak 90C nin zerinde olmaldr

(Herold vd., 1996). Sv zeltisine s uygulandnda uucu bileen (soutkan) buharlaarak

zeltiden ayrlr. Sulu lityum bromr uygulamasnda su soutkandr.

Karmlarla ilgilenirken bileenlerin bal uuculuu temel ilginin bir parasdr. Sulu lityumbromr tuzu aslnda uucu deildir ve bal uuculuu efektif olarak sonsuzdur (Herold vd.,

1996). Molekler bak asndan baz tuz molekllerinin sv yzeyinden kaabilecei ve

buharda var olabilecei beklenebilir. Bununla beraber kar karya kalnan koullarda ka

eilimi ok azdr.

Sulu lityum bromr kullanan bir absorpsiyonlu soutma makinesinde sv zeltinin

zerindeki buhar saf su buhardr. Bu durum kat lityum bromrn normal kaynama

noktasnn 1282C olmas sayesinde geekleir (Herold vd., 1996). Bu yzden tipik birabsorpsiyonlu makinede tuzun buhar basnc son derece dktr. Termodinamik bak

asndan buhar iersinde tuz bulunmadn varsayacaz (Herold vd., 1996).

Yksek buhar hzlarnda tuz, makine boyunca tanabilir. Eser miktardaki tuz korozyon

asndan nemlidir. Eser miktardaki tuzun varl buhar boluu boyunca korozyonun

hzlanmasna neden olur (Herold vd., 1996).

Jeneratrdeki zeltiye s uygulandnda buhar retilir ve retilen buhar kondensere gider.

Kalan sv zelti jeneratrden kar ve absorbere geri akar. Jeneratrdeki sre ksmi

buharlamadr. Jeneratr terk eden buhar tuzdan arnmtr, sv zelti ksmi buharlama

srasnda konsantre hale dnr. Bu yzden absorbere geri akan sv zelti greli olarak

konsantre edilmi tuz zeltisidir (Herold vd., 1996).

Jeneratr terk eden konsantre edilmi sv tuz zeltisi zelti s deitirgecinden geerken

absorberi terk eden zelti ile s alveriinde bulunur. Bu s deiimi sreci iki sv ak

arasnda meydana gelir ve sadece hissedilir sy ierir (Herold vd., 1996). Normal koullar

altnda bu bileende faz deiimi meydana gelmez. Bu dahili s deiimi aracnn amac,


29/126

15

harici s girii gereksinimini azaltmak, dier halde atlacak olan makine iersindeki mevcut

enerjiyi kullanlabilir hale getirmektir. Bu yzden zelti s deitirgeci anahtar bileen olup,

bu bileenin performans bir absorpsiyonlu makinenin tasarmnda byk etkiye sahiptir

(Herold vd., 1996).

Jeneratr terk eden sv zelti, zelti s deitirgecine enerji vererek ar soutulmu

halde ak kstlaycsna varr. Sv zelti, kstlaycda kslrken genellikle az bir miktar

buhar aa kar. ki fazl ak absorbere girer. Absorberde, konsantre edilmi sv tuz

zeltisi evaporatr tarafndan salanan buharla temas ettirilir. Absorber, harici bir s kuyusu

tarafndan soutulursa sourulma sreci meydana gelir. Buhar sourulduunda, zeltinin

ktlesel kesri (lityum bromr konsantrasyonu) jeneratr giri dzeyine kadar azalr. Buhar,

sv zelti tarafndan sourulduundan, absorberi terk eden zeltinin ktlesel ak oran

absorbere giren sv zelti oranndan daha byktr (Herold vd., 1996).

Tersi, jeneratr iin dorudur.

3.1.1.2 Soutkan Devresi

Absorpsiyonlu makinede soutkan devresi, buhar sktrmal makinedeki buna tekabl eden

bileenlerle zdetir. Soutkan devresi, buhar jeneratrden alr, ssn kuyuya vererek

youaca kondensere gnderir. Tipik bir kurulumda absorber ile kondenser ayn skuyusuna ssn atar. Ar soutulmu sv, kondenseri terk ederek kstlaycda dk

basnca kslr. Bu kslma prosesinde tipik olarak biraz buhar aa kar, soutkan iki fazl

halde evaporatre girer. Absorber tarafndan yaratlan dk basn ve evaporatrn

evresinden transfer ettii s etkisiyle buharlama meydana gelir. Buharlama

tamamlandktan sonra tm soutkan buhar faznda absorbere gider (Herold vd., 1996).

3.1.1.3 Kristalizasyon ve Absorber Soutma GereksinimiSulu lityum bromrde de olduu gibi tuz zeltisinin doas gerei, tuzun ktlesel kesri

znrlk snrn atnda tuz bileeni kelir. znrlk snr ktlesel kesir ve scakln

gl, basncn zayf bir fonksiyonudur (Herold vd., 1996).

Kat kelti boru balantlarn tkama eilimindedir ve koullar elverdiinde ak sistemini

tamamen tkar ve ak durdurur (Herold vd., 1996).

Ak durduunda, borularn soumasyla ierlerindeki slak kat daha da fazla katlar.

Kristalizasyon yznden kapanmadan nce tipik olarak yzen katlar grlr. Eer sistemde


30/126

16

filtre kullanlyorsa, yzen katlarn gzlenmesi, yaknda gerekleecek bir kapanmann

gstergesidir (Herold vd., 1996).

Akn durmas, scakln greceli olarak dk ve ktlesel kesrin (absorbent madde olan

lityum bromrn ktlesel kesri) yksek olduu zelti s deitirgeci knda meydana

gelme eilimindedir. Bunu nlemenin en basit yolu absorber scakln yeteri kadar dk

tutmaktr. Bylelikle daha dk zelti konsantrasyonlar elde edilerek kristalizasyon

snrndan uzak durulmu olur (Herold vd., 1996) (ekil 3.2).

ekil 3.2 Su / lityum bromr iin basn scaklk diyagram (Herold vd., 1996)

zeltinin kristalizasyon karakteristii, hava soutmal lityum bromrl cihazlarn retilmesi

iin temel engeldir. Hava soutmal absorberler daha yksek scaklklarda altklarndan

zellikle scak iklimlerde zor tasarm problemleri doururlar (Herold vd., 1996).

Su soutmal sistemler genellikle, kristalizasyon problemi olmadan yl boyu alabilirler.

reticiler muhtemel bir kristalizasyon sorununu nlemek iin muhtelif tedbirler alrlar

(Herold vd., 1996).

3.1.1.4 Korozyon ve Malzeme Uygunluu

znmemi oksijen ve sulu lityum bromr varl, karbon eliini ve bakr da ieren birok

metal tr iin yksek derecede saldrgandr. Bununla birlikte absorpsiyonlu makinenin

iindeki hermetik evrede ok az oksijen vardr ve korozyon oran ok azdr. Tipik bir tek

etkili uygulamadaki scaklk aralnda karbon elii ve bakr tercih edilen malzemelerdir

(Herold vd., 1996).


31/126

17

ift etkili makinelerdeki yksek scaklk uygulamalarnda uzun mrn salanmas iin zel

malzemeler gerekir. Bakr - nikel alamlar yksek scaklklarda korozyona kar bakrdan

daha iyi dayanm gsterir (Herold vd., 1996).

Korozyonu nlemek iin alnacak birincil nlemler pH kontrol ve korozyon nleyici katk

maddeleridir (Herold vd., 1996).

3.1.1.5 Vakum gereksinimi

Tipik bir lityum bromrl absorpsiyonlu makinenin iindeki basn atmosfer basncnn

altndadr. Basnlar, kullanlan svlarn buhar basnc karakteristikleri tarafndan belirlenir.

Kondenser ve evaporatrde sadece saf su bulunduundan bu bileenlerin iletim scakl

basnc belirler. 5C lik bir evaporatr scaklna karlk gelen su buhar basnc 0,872 kPaveya yaklak 0,009 atm dir (Herold vd., 1996). Bu ar dk basnlarn getirdii sorunlar:

Buharn zgl hacminden tr byk makine bileenleri, hermetik koullarn salanmas

iin makinenin dnn mhrlenmesidir. Ayrca, makine dahilinde retilen eser miktardaki

gaza kar hassasiyet ve evaporatr tasarmndaki hidrostatik ykseklik etkisi sorunlarnn

zmlenmesini gerektirir (Herold vd., 1996).

3.1.1.6 Bileen Boyutlar

Bir absorpsiyon makinesinde en dk basn evaporatr ve absorberdedir. Bu dk

basnlardaki doymu buharn zgl hacmi byktr. Bu yzden yksek ak hzlar meydana

gelir. Yksek ak hzlar basn kayplarna sebebiyet verdiinden ve basn kayb da

buharlama basncnn ykselmesine ve dolays ile de buharlama scaklnn ykselmesine

sebebiyet verdiinden bunu nlemeye ynelik byk ebatl makine bileenleri kullanlr

(Herold vd., 1996).

3.1.1.7 Youmayan Gazlarn Etkisi

Absorpsiyonlu soutma makinesine szacak hava, kabul edilemez korozyon sorunlarna yol

aacandan gerekli nlemler mutlaka alnmaldr. Hava dndaki sourulmayan gazlar

makine performansn drr. Makinede reyen eylemsiz gazlar birincil olarak kondenser ve

absorberin performansn drr. Burada en kritik bileen absorberdir ve eylemsiz gazlar

absorbent ile soutucu akkan buhar arasnda perde oluturarak sourulma orann nemli

lde azaltr (Herold vd., 1996).


32/126

18

Vakum pompas veya ejektr ile bu gazlar sistemden tahliye edilmelidir (Herold vd., 1996).

3.1.1.8 Evaporatr Tasarmnda Hidrostatik Ykseklik

Evaporatrdeki dk iletim basnc yznden lityum bromrl sistemde hidrostatik etkiler

evaporatr tasarmnda olduka mhimdir. Evaporatr scakl hidrostatik ykseklie kar

hassas olduundan havuz kaynamas yerine spreyli tasarm uygulanmaldr (Herold vd.,

1996).

3.1.1.9 evrim Performans

Bir absorpsiyon makinesi alrken giri deerlerinden herhangi birinin deimesi buna bal

dier btn deikenlerin deimesine neden olur. Bir giri deeri deitiinde makine, yeniiletim koullar iin denge haline gelmek amac ile tepki gsterir. Bu dengelenme srecinin

dinamik doas iletim bilgileri deerlendirilirken hesaba alnmaldr (Herold vd., 1996).

3.1.2 ift Etkili Su / Lityum Bromr Teknolojisi

Tek etkili absorpsiyon evrimlerinin snrlamalarndan bir tanesi de yksek scaklktaki s

kaynaklarnn ekserji avantajndan daha yksek COP lere ulamak iin yararlanamamasdr.

Tersinir evrimin COP si s giri scaklna olduka hassas olmasna ramen gerekabsorpsiyonlu makinenin COP si s transferiyle ilgili tersinmezlik etkileri yznden aslnda

sabittir (Herold vd., 1996). Bu yzden su / lityum makinesinin COP si 0,7 dolaylarnda,

aslnda s giri scaklndan bamszdr (Herold vd., 1996). Yksek evrim performansna

ulamak iin yksek scaklkta s giriiyle ilgili yksek ekserji avantajn kullanabilen evrim

dizayn arttr. ift etkili teknoloji byle bir evrim varyasyonunu gstermektedir (Herold vd.,

1996).

Tek etkili teknolojinin greceli olarak dk COP si yznden dk scaklkl atk suygulamasndaki giri enerjisinin bedava olmas hali dnda buhar sktrmal sistem ile

ekonomik olarak rekabet etmesi zordur (Herold vd., 1996). ift etkili teknoloji 1,0 1,2

aralndaki COP si ile ok daha fazla rekabetidir. Gaz yakmal ift etkili su / lityum bromr

teknolojisi olgun bir teknoloji olup gaz soutmal pazar ksmnda rekabet eder (Herold vd.,

1996) (ekil 3.3).

Is, evrimdeki tm yksek jeneratr ve evaporatrden ieriye, dk absorber ve

kondenserden ise darya transfer edilir. ift etkili sistemler, tek etkili sistemdeki rol ile


33/126

19

ekil 3.3 ift etkili su / lityum bromrl iller

ayn olan iki adet zelti s deitiricisi ierir. ift etkilinin yeni bir zellii yksek

kondenser ile dk jeneratr arasndaki dahili s alveriidir. Bu dahili s alverii pratikte

bu iki bileenin bir araya getirilmesiyle baarlr. Deitiricinin bir ksm yksek kondenser vedier ksm dk jeneratrdr. Bu bir araya getirilmi bileen ekil 3.3 de noktal snr

tarafndan gsterilmektedir (Herold vd., 1996).

ift etkilinin dk jeneratr ve kondenseri tek etkili makinenin jeneratr ve kondenseri ile

yaklak olarak ayn koullarda alr. ift etkilide s girii tek etkiliden ok daha yksek

scaklklarda meydana gelir. ift etili teknolojinin COP si tek etkiliden daha byktr nk

yksek scaklktaki s giriinin ekserjisinden yararlanabilir (Herold vd., 1996).

Tek etkili makineye kyasla ift etkili makine sy daha yksek scaklkta alr fakat ayn

scaklkta atar ve ayn scaklkta soutma salar. Bu yzden ift etkili, scaklkl makine

olarak grlebilir. Bununla birlikte, makine boyunca enerji kaskatyla birlikte tersinmezlikler

de elik ettiinden gerek COP, tersinir deerden daha dk kalr (Herold vd., 1996).

Temel tasarm snrlamalar tek etkili ile zdetir. Makinedeki basn dn minimize

etmek zorunludur. Basn dlerinin etkisini snmlemek amacyla daha dk absorber

basnlarnda cihaz altrmak kristalizasyon sorununu da ieren tasarm problemlerinin


34/126

20

zorlamasna sebebiyet verir (Herold vd., 1996).

Yksek kondenser ve yksek jeneratr yksek basnta, dk kondenser ve dk jeneratr

orta basnta ve evaporatr ile absorber en dk basnta alr (Herold vd., 1996).

ift etkili terimi yksek scaklkta giren snn, evrimde soutkan buhar retmek iin ikidefa kullanldn belirtir. Buhar, s giriiyle yksek jeneratrde retilir. Bu buhar daha sonra

ssn atarak faz deitirecei kondensere akar. Bu s dk jeneratrde buhar retecek

yeterli scaklktadr. Bylelikle s iki defa kullanlm ve ift etkili terimi bunu yanstm olur

(Herold vd., 1996).

ekil 3.3 de gsterilen ift etkili evrimin incelenmesiyle iki adet tek etkili makinenin

birbirinin zerine istif edilmi olduu grlebilir. Bu yzden ekil 3.3 ayrca iki basamakl

sistem olarak tanmlanabilir. Bu iki terim farkl anlamlara sahip olduundan birbiriyle

deitirilebilir olmad not edilmelidir. Bu yzden basamak terimi evrimin fiziksel

konfigrasyonunu, etki terimi ise evrimin performans dzeyini tanmlar. Etki says COP

artnn tahminidir. Gerekte, tipik bir ift etkili makinede sistemdeki enerji kaskatna bal

s transfer kayplar yznden COP art iki kattan daha az olur (Herold vd., 1996).

3.1.2.1 zelti Devresi Tesisat Seenekleri

ift etkili teknolojideki temel tasarm seeneklerinden bir tanesi zelti devrelerinin nasl

balanacadr. Temel balant seenekleri paralel ve seri aktr. ekil 3.4 paralel aka bir

rnektir. Her jeneratr geiinde zelti ktlesel kesir deiiminin zde olduu farz

edilmitir (Herold vd., 1996).

Gerek tesisat konfigrasyonunun uygulanmasndaki tercih reticiye baldr. Paralel ak seri

aka gre termodinamik bakmdan daha yaral iken bu greceli olarak kk fayda daha

karmak kontrol gereksinimlerini de beraberinde getirir (Herold vd., 1996).

ekil 3.4, 3.5 ve 3.6 da devre rnekleri gsterilmektedir (Herold vd., 1996).

3.1.3 leri Dzey Su / Lityum Bromr evrimleri

leri dzey evrimler baz zel termal ynetim almalarna zm olarak gelitirilmektedir.

Bu evrimlerin kapsam yarm etkili, etkili, resorpsiyon evrimi ve absorpsiyon g

evrimlerini iermektedir.

Her bir teknolojinin arzu edilmesini salayan zel bir konumu vardr. Bununla birlikte bu


35/126

21

ekil 3.4 Paralel akl ift-etkili su / lityum bromrl iller

ekil 3.5 Seri akl ift-etkili su / lityum bromrl iller (zelti nce yksek scakla)


36/126

22

ekil 3.6 Seri akl ift etkili su / lityum bromrl iller (zelti nce alak jeneratre)

teknolojilerin gelitirilmesi ve kullanlmas aamasnda eitlemeler gsteren snrlayc

engeller mevcuttur (Herold vd., 1996).

3.2 Amonyak / Sulu Sistemler

lk bakta, su / lityum bromrl sistemine ok benzerdir. Ancak yine de nemli lde farkl

baz mhim ayrntlar vardr. Bunlar tmyle akkan zelliklerinin sonulardr (Herold vd.,

1996).

3.2.1 Amonyan zellikleri ve Gvenlik Sorunu

Amonyak, oda scaklnda renksiz, dk younluklu ve keskin kokulu bir gazdr. Su

ierisinde yksek znrle sahiptir ve zndne NH4+ ve OH iyonlarn retir.

Mukus zarlaryla ok abuk reaksiyona girer ancak deri tarafndan sourulmaz. ok kk

konsantrasyonlarda insanlar tarafndan kokusu alnabilir. 50 ppm civarnda koku hemen

hemen dayanlmazdr. Uzun dnemli maruz kalma snr, i sal bak asna gre 25 ppm

dir (Herold vd., 1996).

Amonyan hacim olarak %16 ile %25 aralndaki hava ierisindeki konsantrasyonlar yanc


37/126

23

ve patlaycdr (Herold vd., 1996). Amonyan kuvvetli kokusu deerli bir nitelik olarak

grlebilir. Kendi kendine ikaz edici zellikte olup, bundan tr ok kk szntlar bile

kolaylkla fark edilebilir.

3.2.1.1 Amonyak Buharndaki Su erii

Amonyak / su zeltisi ile su / lityum bromr arasndaki ilk nemli farkllk zeltilerin buhar

basncdr. Burada soutkan amonyaktr. Normal kaynama scakl 33,35C dir ve bu

yzden normal hava artlandrmas uygulamalarnda basn greceli olarak yksektir. Basn,

R22 kullanan buhar sktrmal sistemlerle kyaslanabilirdir (Herold vd., 1996).

Su / lityum bromr kullanan sistemlere kyasla amonyak / sulu sistemlerin yksek buhar

basnc greceli olarak daha kk apl borular ve s deitiricilerinin kullanlmasnmmkn klar (Herold vd., 1996).

kinci en nemli farkllk absorbenttir. Absorbentin (su) buhar basnc amonyaa kyasla

ihmal edilebilir deildir. Sonu olarak jeneratrde retilen buhar belli miktarda su ierir.

Ktle kesri, jeneratrdeki sv zeltinin ktle kesrine ve jeneratr tasarmna baldr (Herold

vd., 1996).

Jeneratr buharndaki su ierii sistem performansna zararl etkide bulunur. Su, evaporatrde

birikmeye meyilli olup herhangi bir nem alnmad durumda evaporatr scakl, suyu

buharlatrmak amacyla nemli lde artar. Suyun birikimi evaporatr basncnn dmesine

dolaysyla da absorber koullarna etki eder. Su, evaporatrde biriktiinde uygulamadaki

evaporatr scakln sabit tutmak iin basn der (Herold vd., 1996). Bunun iin absorber

ya daha dk scakla indirilmeli ya da zeltinin ktlesel kesri daha dk amonyak

ierecek ekilde deitirilmelidir. Jeneratr scaklnn sabit tutulduu farz edildiinde,

zeltideki amonyak konsantrasyonunu azaltmak iin kondenser scakl drlmelidir.

Kondenser soutma suyu scaklklar genellikle sabit olduundan bu mmkn olmaz. Sonuolarak jeneratr scakl ve dolays ile kondenser scaklnn artrlmas yoluna gidilmesi

gerekir. Suyun evaporatrde birikmeye devam etmesi halinde tm sistemin koullar tasarm

koullarnn msaade etmedii noktaya srklenir ve alma durur (ekil 3.7).

Suyun evaporatrde ar birikmesini nlemenin bir yolu periyodik olarak absorbere tahliye

etmektir. Ancak bu metot etkinliin iki ekilde kaybolmas demektir. lki, suyun jeneratrde

buharlamas iin harcanan sdr. Bu harcanan s sonucunda soutma etkisine bir katk

olumaz. kinci olarak, tahliye edilen suyun beraberinde tad nemli ldeki amonyaktan


38/126

24

soutma etkisi retmek amacyla yararlanlamam olur.

ekil 3.7 Tek-basamakl amonyak /sulu evrim

Buhardaki su ieriini azaltmann bir yolu rektifikasyon kolonu veya deflakmatr

kullanmaktr (Herold vd., 1996).

3.2.1.2 Amonyan Saflatrlmas

Amonyak / Su buhar karmndan su buharn ayrmann iki yolu vardr. lki ksmi youma

yani deflakmatr ve ikincisi kar akl rektifikasyon kolonu kullanmaktr (Herold vd., 1996).

3.2.1.2.1 Deflakmatr

Deflakmatrde buhar, kk bir miktar younlaacak ekilde soutulur. Oluan youma

svs, kondensere gitmekte olan yksek konsantrasyonlu amonyak buharyla ilgili nemi

miktardaki suyu bnyesinde tutar (Herold vd., 1996) (ekil 3.8).

Saflatrma iin buhar, i noktasnn altnda bir scakla soutulmu yzey ile temasa

getirilir. Temas sonucu buharn bir ksm youur. Bu ksm su bakmndan zengindir ve

deflakmatrden jeneratre dner (Herold vd., 1996).


39/126

25

ekil 3.8 Deflakmatr (Herold vd., 1996)

3.2.1.2.2 Rektifikasyon Kolonu

Deflakmatr istenen saflkta buhar salamadnda veya darya atlan s jeneratr ssna

kyasla artmaya baladnda en iyi seenek rektifikasyon kolonu kullanmaktr. ekil 3.9 da

jeneratr ile kombine edilmi rektifikasyon kolonu gsterilmektedir. 1 noktas, jeneratregiren soutkanca zengin sv amonyak / su zeltisini gstermektedir. Burada, buhar retmek

iin s ilave edilir. Kalan soutkanca fakir zelti 2 noktasndan jeneratr terk eder. Oluan

buhar, kolonun tepesinden aa doru akmakta olan sv zeltiye kar akl olarak kolonun

yukarsna doru ykselir. Bu srada buhar ile sv ak arasnda s ve ktle alverii

salanm olur. Buhar, sv akna kart ynde ilerler. Sv oluumu deflakmatrde olduu

gibidir ve kolonun tepesinde gerekleir. Burada buhar, az bir miktarda soutulur ve kk bir

ksm younlaarak jeneratre dner. Bu youkan, buhara kyasla daha yksek

konsantrasyonda suya sahiptir. Bununla birlikte amonyak ierii 1 noktasndaki sv

zeltiden ok daha fazladr (Herold vd., 1996).

Is ve ktle transferi prosesini gelitirmek iin dolgu maddesi veya levha grubu kullanr ki

buhar ile sv arasndaki temas sresi ve karm oran artsn. Bylelikle, buhar ykselirken

scakl ve su miktar azalm olur. Buharn su ieren ksm o srada kolonun tepesinden

jeneratre doru akmakta olan youkana transfer olurken youum ss aa karr. Bu s,

youkann belli bir miktarnn buharlamasnda kullanlr ki aslnda buharlaan saf

amonyaktr. Sv aknn (youkan) scakl kolonun aasna doru indike artar (Herold


40/126

26

vd., 1996).

ekil 3.9 Rektifikasyon kolonu (Herold vd., 1996)

3.2.2 Malzeme zelikleri

Amonyak, bakr iin ok iyi bir zcdr. Bu yzden bakr veya bakr ieren malzeme

kullanm imkanszdr. Amonyak / sulu sistemlerin yapm iin en genel malzeme elik veya

paslanmaz eliktir. elik malzeme tercih edildiinde tm uygulamalar iin korozyon

nleyiciler gereklidir (Herold vd., 1996).

3.2.3 Amonyak / Sulu Sistemlerin Trleri

3.2.3.1 Tek Basamakl Sistemler

Temelde, tek basamakl su / lityum bromrl sistemlerle ayndrlar. Bir nemli farkll

vardr, rektifikasyon kolonu ilave edilmitir (Herold vd., 1996) (ekil 3.10).

Performans artrc nlem olarak, soutkan s deitiricisi vastas ile absorbere gitmekte olan

buhar n stlarak ve kondenseri terk eden soutkann ar soutulmas salanabilir. Bu


41/126

27

ekil 3.10 Tek basamakl amonyak / sulu evrim (Herold vd., 1996)

sayede evaporatr giriindeki entalpi der. Evaporatr kndaki entalpi deimediinden

birim miktardaki soutkann soutma kapasitesi atm olur. Bu arzulanan bir etki olup,

muhtemel dezavantajlar, absorbere girmekte olan buharn ar stlm olmas sebebi ile

absorber ssnn artmas ve bu yzden de absorber boyutlarnn artmasdr. Buna ilaveten

soutkan s deitiricisinin ilave basn dne neden olmas, evaporatr basncnn

artmasna neden olacandan bu durumu karlamak iin daha dk absorber veya daha

yksek jeneratr scaklklar gerektirmesidir. Bununla birlikte bu s deitirici, amonyak / su

sistemlerinde genellikle olduka yararldr (Herold vd., 1996).

3.2.3.2 ki Basamakl Amonyak / Su Sistemleri

ift etkili terimi belli miktardaki snn soutkan buhar retmek iin iki defa kullanld

konfigrasyonu belirtir. Bu, iki basamakl sistemin zel bir durumudur. Genelde, iki

basamakl sistemin, iki tane tek basamakl absorpsiyonlu sistemin bir araya gelmesiyle

olutuu dnlebilir. Basamaklama verimliliin artmasna veya yksek sdaki iletimlere

msaade eder (Herold vd., 1996).

3.2.3.2.1 ift Etkili Amonyak / Sulu Sistemler

ekil 3.11ift basamakl ift etkili amonyak / sulu sistemler iin bir rnektir. eklin sol ksm

geleneksel tek basamakl sistemi gstermektedir. Buradaki zel durum jeneratr1 in s

kaynadr. Jeneratr1, ssn absorber2 den alr. Absorber2 ye buhar, evaporatrden ve

zayf zelti jeneratr2 den salanr. Aslnda absorber2 ve jeneratr2 baka zelti devresine

sahiptirler. Jeneratr2 nin s gereksinimi d kaynakla karlanr.


42/126

28

ekil 3.11 ift basamakl ift etkili amonyak / sulu absorpsiyonlu sistem

Jeneratr2 nin rettii soutkan buhar da kondenserde youur ve youan soutkan

evaporatrde buharlar. Bu yzden kondenser ve evaporatrn iki misli grevi olur.

Evaporatr imdi iki misli soutucu akkan buhar salamaktadr (Herold vd., 1996).

Jeneratr2 ye salanan birim miktardaki s, soutkan buhar reterek evaporatrde bellimiktarda soutma etkisinin olumasn salar. Bu buhar absorber2 de sourulduunda aa

kan absorpsiyon ss bu kez bir defa daha jeneratr1 de buhar retmek iin kullanlr bu da

youturulup buharlatrlacandan ilave soutma kapasitesi retir. Bu yolla jeneratr2 ye

salanan s miktar soutucu buhar oluturmak iin iki defa kullanlm olur (Herold vd.,

1996).

ift etkili su / lityum bromrl sisteme kyasla ekil 3.11 nemli lde farkl grnme

sahiptir. Su / lityum bromrl sistem farkl basn dzeyine sahipken burada gsterilen

amonyak / sulu sistemde basn dzeyi sadece ikidir. Tabi ki amonyak sulu sistem lityum

bromrl sistem ile ayn ekilde tasarlanabilir fakat bununla birlikte en yksek basn dzeyi

ok fazla olacaktr. Bu yksek basn dzeyi hatr saylr tasarm mcadelesi gerektirir. kinci

basaman iki basn dzeyi salayacak ekilde eklenmesi ok daha basittir. Su / lityum

bromrl sisteme kart olarak amonyak / sulu sistemde zelti blgesi bu uygulama iin

gerekli alan salar. laveten, absorberde ve jeneratrde meydana gelen proseslerin ss,

youma ve buharlama ssndan daha yksektir (karma ss etkisi nedeniyle). ekil 3.11


43/126

29

deki amonyak / sulu sistemde absorber ss jeneratr altrmak iin kullanlr. Bu,

kondenser ssnn kullanld lityum bromrl sisteme kyasla daha fazla soutkan buhar

retir. O yzden amonyak / sulu sistemler iin basmaklandrlarak performansnn artrlmas

potansiyeli byktr. Bununla birlikte ilave rektifikasyon gereksinimi gibi dier etkiler bu

kazanm dengeleyebileceinden yorum dikkatli ekilde yaplmaldr (Herold vd., 1996).

3.2.3.2.2 ift Ykseltmeli (Double Lift) Amonyak / Sulu Sistemler

zellikle dk scaklk uygulamalarnda gereksinim duyulan scaklk iin yeterli zelti

alan tek basamakl amonyak / sulu sistemler iin ok azdr (ekil 3.12). Tek basamakl

sistemin hatlar zelti alan tarafndan kapsanabilir. Tm temel bileenler jeneratr, absorber,

kondenser ve evaporatr saf amonyak ve su basn hatlar tarafndan snrlandrlan blgeye

uyar (Herold vd., 1996). Bu yaklam yaklak 40 C lik minimum absorber scakl iin -50

C lik evaporatr scaklklarna kadar iler (Herold vd., 1996). Bununla birlikte, evaporatrn,

absorber 40 C de sabitlenmiken daha dk scaklklarda almas gerekli olduunda

(rnein -70 C), dk basn dzeyi azalr ve absorber iletim koullar mmkn olan

zelti blgesinin dna kar (Herold vd., 1996). Bu yzden farkl bir zm bulunmaldr.

Bir seenek, iki basamakl dzenleniin tekrardan fakat ekil 3.11 ile kyaslanabilecei zere

farkl bir ayarlama ile kullanlmasdr (Herold vd., 1996).

Yeni evrim ekil 3.13 de gsterilmektedir. Evaporatr ve kondenser geleneksel olarak tek

basamakl sistem ile ayndr. Bununla birlikte kondenser ss imdi jeneratr1 e atlmaktadr.

Bu gereklidir nk ok dk evaporatr scaklklarnda kondenser basncnn dk olmas

yani youmann greli olarak dk basnlarda gereklemesi gerekir. Bununla birlikte

jeneratr1, tek basamakl sistemdeki evaporatr gibi davranr, sy dk scaklk dzeyinde

kabul ederek evreye atlabilecei yksek scaklk dzeyine pompalar. Bu durumda s iki

absorber tarafndan atlr. Jeneratr2 nin fonksiyonu deimez. Aslnda burada ekil 3.11 ile

ekil 3.13 arasnda sadece iki deiiklik vardr. lk farkllk jeneratr1 ile absorber1

arasndaki ak ynn ters evrilmi olmasdr. Bu iki bileen ile pompa ve genleme valfnn

fonksiyonlar da tersine dnmtr. kinci farkllk dahili s alveriinin konumunun

modifiye edilmi olmasdr. ekil 3.13 deki dahili s alverii ekil 3.11 deki gibi absorber

ile jeneratr arasnda olacana, kondenser ile jeneratr arasnda gereklemektedir.


44/126

30

ekil 3.12 ift ykseltmeli sistemlerin gereklilii (Herold vd., 1996)

ekil 3.13 ift ykseltmeli konfigrasyon

3.2.3.2.3 kiBasamakl Etkili Amonyak / Sulu Sistemler

ki basamakl ve etkili sistem ekil 3.14 de gsterilmektedir. Bu eklin iinde temelde iki

tane tek basamakl absorpsiyonlu evrimin bynn iinde k olacak ekilde

bulunduu grlebilir. Kk olan geleneksel tek basamakl evrimdir. Bununla birlikte


45/126

31

iletim enerjisi ikinci, yani byk olan tek basamakl evrimden salanr. kinci evrim ilk

evrimdeki evaporatr ile ayn evaporatr scaklna sahiptir. Bununla birlikte absorber ilk

evrimin jeneratrn altracak yksek scaklkta iletilir. Ayrca, ikinci evrimin

jeneratr, kondenser tarafndan darya atlan snn dahili olarak birinci evrimin

jeneratrn altracak yeterlilikte olaca yksek basn ve scaklk noktalarnda altrlr.

Bylelikle ilk evrim, ikinci evrimin absorber ile kondenseri tarafndan darya atlan s ile

altrlr. Sonu olarak yksek scaklkta salanan bir birim termal enerji evaporatrde

soutma etkisi retecek belli miktarda soutkan retir. Bu soutkann youma ve sourulma

ss, ek soutma kapasitesi iin ilave soutkan salar. Bu yzden bir birim enerji girii,

soutma kapasitesi retimi iin defa kullanlm olur ki -etkili sistemin kriteri budur

(Herold vd, 1996).

ekil 3.14 ki basamakl etkili amonyak sulu sistem (Herold vd., 1996)

3.2.4 Amonyak / Su ve Su / Lityum Bromr Sistemlerinin Kyaslanmas

Tek basamakl amonyak / sulu sistemlerin performansyla, su / lityum bromrl sistemlerin

performans kyaslandnda ayn uygulama iin su / lityum bromrl sistemin daha verimli

olduu grlr. Sebebi akkan zelliklerinde gizlidir (Herold vd, 1996).

Amonyak / sulu sistemler genellikle su / tuz sisteminde gerekmeyen rektifikasyon gerektirir.


46/126

32

Dahas amonyak / su zeltisinin zgl ss su / tuz sisteminin yaklak iki katdr. Bu yzden

herhangi bir zelti s deitiricisi verimsizlii amonyak / sulu sistemde byk

olumsuzluklara sebep olur. Ayrca jeneratrde de dezavantaj oluturur. Kalan svnn sadece

ssnn ykselmesi iin gereken s miktar amonyak / sulu sistemde daha byktr. Son

olarak amonyan gizli ss, suyun gizli ssnn yarsdr. Ayn soutma kapasitesi iin

amonyak / sulu sistem su / tuzlu sistemden daha yksek zelti ak oran gerektirir (Herold

vd, 1996).

3.3 Dier Absorpsiyonlu Soutma Trleri

GAX ve difzyon evrimleri ticari uygulama sahas bulan dier evrimler olup bu almada

ayrntlarna yer verilmemitir.


47/126

33

4. ABSORPSYONLU SOUTMA SSTEMLERNN TERMODNAMK ANALZ

ekil 4.1 de grlen, amonyak / su akkan ifti ile altrlmak zere tasarlanm olan bir

sistemin ematik izimidir. almada, bu sistemin her bir bileeni ve btn iin

termodinamik analiz yaplacaktr.

ekil 4.1 Soutkan s deitiricili, amonyakl sistem

Bu sistemin incelenmesine balamadan nce tersinir absorpsiyonlu soutma makinesinde

meydana gelen temel termodinamik olaylar inceleyeceiz. Bunun iin tm yardmc s

deitiricilerini kaldrarak ekli tekrar izelim (ekil 4.2).

ekil 4.2 Basit absorpsiyonlu soutma sistemi

4.1 Basit, Teorik Absorpsiyonlu Soutma evriminin Termodinamik Analizi

deal bir absorpsiyonlu sistem tamamen tersinir olmaldr. Carnot evrimi, maksimum teorik


48/126

34

performans katsaysn mekanik buhar sktrmal sistem iin verir. Bir absorpsiyonlu

soutma makinesinin Carnot evrimleri yardm ile tanmlanmas iin i reten evrim ve

soutma evrimi iin yazlm Carnot evrimlerinin bir araya getirilmesi gerekir. ekil 4.3 de

bu durum gsterilmektedir.

ekil 4.3 Basit, tersinir absorpsiyonlu soutma sisteminin Carnot evrimi

Soutma evrimi tarafndan gereksinim duyulan i miktar ile i reten evrim tarafndan

retilen i miktarnn zde olduu kabul edilmitir. ekil 4.3 de gsterilen Qde, Tde

scaklnda jeneratre verilen sy, Qev, Tev scaklndaki evaporatr tarafndan ortamdan

ekilerek sisteme ilave edilen sy, Q0I ve Q0

II ise absorber ile kondenser tarafndan T0

scaklndaki ortama atlan sy gstermektedir.

Atk slar bir araya getirildiinde,

Q0 = Q0I+ Q0

II (4.1)

yazlabilir.

Termodinamiin I. ilkesine gre,

Q0 = Qde + Qev (4.2)

yazlabilir.

Termodinamiin II. ilkesine gre,

S = Sde + Sev + So 0 (4.3)


49/126

35

olmak durumundadr.

Ayrca,

00

0+=

T

Q

T

Q

T

Q

S ev

ev

de

de

(4.4)

yazlabilir.

Denklem (4.2 ve 4.4) den

ev

ev

ev

de

de

deT

TTQ

T

TTQ 00 (4.5)

yazlabilir.

Soutma evrimi iin termodinamik performans kat says,

de

ev

Q

QCOP = (4.6)

olduundan, denklem (4.5) dzenlenecek olursa,

( )

( )evde

deev

de

ev

TTT

TTT

Q

QCOP

=

0

0 (4.7)

denklemi elde edilir.

Tamamen tersinir bir sistem iin,

( )

( )ev

ev

de

de

TT

T

T

TTCOP

=

0

0 (4.8)

denklemi yazlabilir (Threlkeld, 1970; Turna, 1992; Herold vd., 1996)

Denklem (4.8) daha nce belirtildii gibi Tev ve T0 scaklklar arasnda alan Carnot

soutma evrimi verimi ile Tde ve T0 scaklklar arsnda alan Carnot motoru veriminin

arpmna eittir. Denklem (4.8) jeneratr scakl ve evaporatr scaklnn art ile birlikte

COP nin de arttn gsterir.


50/126

36

4.2 Absorpsiyonlu Soutma Sistemini Oluturan Bileenlerde Meydana Gelen

Termodinamik Sreler

4.2.1 Termodinamiin I. Kanununa Gre Analiz

4.2.1.1 Kondenser

4.2.1.1.1 Ktle Denklemleri

ekil 4.4 Kondenser

m1 = m2 (kg / s) (4.9)

olup,

m1: Kondenser giriindeki soutkann ktlesel debisi

m2: Kondenser kndaki soutkann ktlesel debisidir.

4.2.1.1.2 Enerji Denklemleri

Qco = m1 (h1 h2) (kW) (4.10)

olup,

h1: Kondenser giriindeki soutkann entalpisi (kJ / kg)

h2: Kondenser kndaki soutkann entalpisidir. (kJ / kg)

4.2.1.1.3 Basn zellikleri

P1 = P2 (kPa) (4.11)


51/126

37

olup, kondenser giri ve kndaki basn zelikleri ayndr.

4.2.1.2 Soutkan Is Deitiricisi


ekil 4.5 Soutkan s deitirici

m2 = m3 = m5 = m6 (kg / s) (4.12)

olup,

m3: Soutkan s deitiricisinden karak kslma valfna girmekte olan soutkann ktlesel

debisi

m5: Evaporatrden karak soutkan s deitiricisine girmekte olan soutkann ktlesel

debisi

m6: Soutkan s deitiricisinden karak absorbere girmekte olan soutkann ktlesel

debisidir.

4.2.1.2.2 Enerji Denklemleri

Enerji dengesi

m2 h2 + m5 h5 = m6 h6 + m3 h3 (4.13)

eklinde olup, burada;

h3: Soutkan s deitiricisinden karak kslma valfna girmekte olan soutkann entalpisi


52/126

38

(kJ / kg)

h5: Evaporatrden karak soutkan s deitiricisine girmekte olan soutkann entalpisi

(kJ /kg)

h6: Soutkan s deitiricisinden karak absorbere girmekte olan soutkann entalpisidir.

(kJ / kg)

Denklem (4.12) ye gre denklem (4.13) tekrar dzenlenecek olursa

h2 + h5 = h6 + h3 (kJ / kg) (4.14)


Is deitiricisi Etkenlik-NTU yntemine gre incelenecek olursa,

Souk akkan iin sl kapasite debisi,

Cc = mc cp,c (kW / K) (4.15)

eklinde yazlabilir (Incropera ve DeWitt, 2001). Burada,

mc: Souk akkann ktlesel debisi (kg / s)

cp,c: Souk akkann sabit basntaki zgl ssdr. ( kJ / kg . K)

Scak akkan iin sl kapasite debisi,

Ch = mh cp,h (kW / K) (4.16)


mh: Scak akkann ktlesel debisi (kg / s)

cp,h: Scak akkann sabit basntaki zgl ssdr. ( kJ / kg . K)

Akkanlardan sl kapasite debisi yksek olan Cmax ve kk olan Cmin olarak adlandrlacak

olursa,

Cc = Cmin (4.17)

durumu sz konusu ise s deitiricisinde olabilecek en byk s transferi iin


53/126

39

Q max = Cc ( Th,i Tc,i ) (kW) (4.18)


Th,i: Is deitiricisine girmekte olan scak akkann scakl (K)

Tc,i: Is deitiricisine girmekte olan souk akkann scakldr. (K)

Ch = Cmin (4.19)

durumu sz konusu ise s deitiricisinde olabilecek en byk s transferi iin

Q max = Ch ( Th,i Tc,i ) (kW) (4.20)

Genel olarak da,

Q max = Cmin ( Th,i Tc,i ) (kW) (4.21)

eklinde yazlabilir (Incropera ve DeWitt, 2001).

Is deiricisinde gerek s geiinin, olabilecek en yksek s geiine oran etkinlik oran

olarak tanmlanrsa,

maxQ

Qger= (4.22)

olarak yazlabilir (Incropera ve DeWitt, 2001).

Scak akkan tarafnda meydana gelen s geii iin

Q = mh ( hh,i hh,o ) (kW) (4.23)

denklemi yazlabilir (Incropera ve DeWitt, 2001). Burada,

hh,i: Is deitiricisine girmekte olan scak akkann entalpisi (kJ / kg)

hh,o: Is deitiricisinden kmakta olan scak akkann entalpisidir. (kJ / kg)

Souk akkan tarafnda meydana gelen s geii iin

Q = mc ( hc,o hc,i ) (kW) (4.24)


54/126

40

hc,i: Is deitiricisine girmekte olan souk akkann entalpisi (kJ / kg)

hc,o: Is deitiricisinden kmakta olan souk akkann entalpisidir. (kJ / kg)

Denklem (4.23) scak akkann souk akkana, denklem (4.24) ise souk akkann scak

akkandan transfer ettii s miktarn gsterir ve enerji korunumu ilkesine gre birbirineeittir. Buna gre,

cp,h mh ( Th,i Th,o ) = cp,c mc ( Tc,o Tc,i ) (4.25)

denklemi yazlabilir.

Denklem (4.21), (4.22) ve (4.25) yardmyla

)( )icih

ohihh

TTC

TTC

,,min

,,

= (4.26)

veya

)( )icih

icocc

TTC

TTC

.,min

,,

= (4.27)

denklemleri elde edilebilir (Incropera ve DeWitt, 2001).

Bu denklemler sayesinde scak ve souk akkanlarn giri scaklklar ile etkinlik

biliniyorsa meydana gelen s transferi,

Q = Cmin (Th,i Tc,i ) (kW) (4.28)

denklemi yardm ile belirlenebilir (Incropera ve DeWitt, 2001).

Soutkan s deitiricisinde scak ve souk akkann ktlesel debisi ayndr. Kondenserden

gelen ve s deitiricisine girmekte olan scak soutucu akkan sv faznda, evaporatrden

karak s deitiricisine girmekte olan souk soutucu akkan gaz fazndadr. Gazlarn

zgl slar, svlara gre daha kk olduu iin minimum sl debili akkan souk olandr.

Buna gre,

Cc = Cmin

olur ve denklem (4.27) soutkan s deitiricisi iin uyarlanacak olursa,


55/126

41

icih

icoc

TT

TT

,,

,,

= (4.29)


Scaklk deerleri yerine yazlrsa,

52

56

TT

TT

= (4.30)

denklemi elde edilir. Burada,

T6: Evaporatrden gelen ve soutkan s deitiricisini ar stlm olarak terk eden soutkan

buharnn scakl (K)

T5: Evaporatrden gelen soutkan buharnn soutkan s deitiricisi giriindeki scakl (K)

T2: Kondenserden gelen soutkan svsnn soutkan s deitiricisi giriindeki scakldr.

(K)

Denklem (4.28) soutkan s deitiricisi iin uyarlanacak olursa,

Qsd =sd m5 cp,5 (T2 T5 ) (kW) (4.31)

denklemi yazlabilir. Burada,

Qsd: Scak ve souk akkanlar arasnda meydana gelen s alverii

m5: Soutkan ktlesel debisi (kg / s)

sd: Soutkan s deitiricisi etkinlik kat says

cp,5: Evaporatrden gelen soutkan buharnn zgl snma ssdr. (kJ / kg K)

4.2.1.2.3 Basn zellikleri

P2 = P3 (kPa) (4.32)

P5 = P6 (kPa) (4.33)

olup, burada,


56/126

42

P3: Kondenserden gelen soutkan svsnn soutkan s deitiricisi kndaki basnc

P5: Evaporatrden gelen soutkan buharnn soutkan s deitiricisi giriindeki basnc

P6: Evaporatrden gelen soutkan buharnn soutkan s deitiricisi kndaki basncdr.

Analizi gerekletirilen absorpsiyonlu soutma sistemini oluturan elemanlarda ve elemanlar

birbirine balayan balant elemanlarnda basn kaybnn olmad kabul edilmitir.

Evaporatr ile absorber arasnda kalan ksm alak basn blm ve jeneratr ile kondenser

arasnda kalan ksm yksek basn blm olduundan,

P2 = P3 > P5 = P6 (4.34)

eitsizlii yazlabilir.

4.2.1.3 Soutkan Kslma Valf


ekil 4.6 Soutkan kslma valf

m3 = m4 (kg / s) (4.35)

olup, kslma valf giri ve kndaki soutkann ktlesel debisi deimemektedir. Burada,

m3: Kslma valf giriindeki ktlesel debi

m4: Kslma valf kndaki ktlesel debidir.


5

Absorpsiyonlu Sogutma Sistemlerinin Duman Buhar Gaz Kullanilarak Ikinci Kanuna Gore Termoekonomik...

Documents

Transcript of Absorpsiyonlu Sogutma Sistemlerinin Duman Buhar Gaz Kullanilarak Ikinci Kanuna Gore Termoekonomik...