Evaporatör, deniz suyunu buharlaştirmak amaciyla dizayn edilmiş bir isi degiştiricisinden (Heat exchanger) ibaret olup, ortaya çikan buhar yogunlaştirildigi zaman, gemide bir çok amaç için kullanilan tatli suyu temin ettigi gibi tatli su tanklarinin kapasitesini azaltarak, geminin taşiyacagi yük kapasitesini arttirarak gemi sahiplerine navlundan kazanç saglattirmaktadir.
Tatlı su yapma sistemleri, yani evaporatörler günümüz ticaret gemileri için büyük faydalar sağlamaktadırlar. Bunlar;
I. Gemi, ihtiyacı olan tatlı suyu dışarıdan tedarik etmeksizin kendisi yapmak suretiyle uzun zaman müstakil olarak kalabilir.
II. Gemide üretilen tatlı su, sahilden tedarik edilecek suya oranla, besleme suyu olarak çok daha üstün kalitede olduğundan daha emniyetle kullanılabilir. Bu da gemi tesisinin ömrünün artmasını ve genel verimin artmasını sağlar.
Bahsi geçen faydaları sağlamak ve gemilerde tatlı su ihtiyacını karşılamak amacıyla, geçmişten bugüne kadar değişik tipte ve değişik çalışma koşullarına sahip bir çok evaporatör dizayn edilmiş ve üretilmiştir.
Bunlar;
Borulu Tip Evaporatörler
Alçak Basınçlı (Vakumlu) Evaporatörler
Flaş Evaporatörler
Buhar Sıkıştırmalı Evaporatörler
Ters Geçişme (Reverse Osmos) Evaporatörleri.
Vakumlu tip evaporatörlerinin (alçak basınç evaporatörleri) kullanılmaya başlanması ile birlikte diğer tip evaporatörlerin kullanım oranının azaldığı görülmüştür. Bunun sebebi vakumlu tip evaporatörlerin işletmesinin kolaylığı, işletme masraflarının daha düşük olması ve veriminin yüksek olmasıdır. Günümüzde sayısı yavaş yavaş artan bir diğer sistem de “Ters Geçişme Sistemi”dir. Ancak yeterince yaygın olmayışı ve vakumlu tip evaporatörlerin günümüzde de halen daha çok kullanım oranına sahip olması nedeniyle bu konuya değinilmeyecektir.
2.Alçak Basınçlı (Vakumlu)Sistemin Avantajları
1)Diğer sistemlerin bazılarında olduğu gibi kazandan yüksek basınçlı stim almaya gerek yok.
2)Buharlaşma çok düşük sicaklikta oldugu için deniz suyu içerisinde bulunan yabanci maddelerin çökelmesi neticesinde çok sert bir kişir katmaninin oluşumu engellenmiş olur. Alçak basinçli evaporatörlerde kolaylikla temizlenebilecek kişir oluşumu meydana gelir. Bu kişir oluşumu ise kaynama sicakliginin düşük olmasi nedeniyle kisa sürede ortadan kaldirilir. Bundan dolayi bu evaporatörlerde daha uzun bir zaman verimli isi akişi devam edeceginden, birbirini takip eden overall’ler arasindaki zaman da uzamiş olur.
3)Bakım, tutum ve çalışma maliyeti daha düşüktür. Tek mahsuru gemi kapalı ve suları kirli bir limanda bulunuyorsa, evaporatördeki sıcaklık derecesi mikropları öldürmeye kafi gelmiyeceğinden, elde edilen su da içmeye elverişli olmaz. Bu nedenle bu tür limanlarda bu konuya özen gösterilmesi gerekmektedir.
4)Diesel makinesinde dolaşan ceket sogutma suyunun isisindan tatli su elde etmek için kullanildigindan, ayrica bir yakit masrafina gerek yoktur. Bu sayede makinede kaybolan isidan tekrar yararlanilmiş olmaktadir. Çalişmak için gerekli olan enerji sadece pompalara güç saglamak için kullanilan elektrik enerjisidir.
5)Ana makine ceket soğutma suyu kuleri, herhangi bir nedeniyle hasar gördüğünde, hasar giderilinceye kadar tatlı su kuleri olarak kullanılması mümkündür.
3. Damıtma Prensipleri
Gemilerde kullanılan tatlı su yapma sistemlerine tamamen girmeden önce, bazı buharlaşma ve yoğuşma prensiplerine değinmekte fayda vardır. Damıtma işlemi, yani sıvıların gaz veyahut buhar haline getirilmesi ve sonra yoğuşturulması üç olaydan meydana gelmektedir:
A. Isı alış-verişi
B. Buharlaşma ve Yoguşma
C. Bir sıvının kaynama sıcaklık derecesi üzerine basınç değişiminin tesiri.
3. A- Isı Alış-verişi
Isının sıcak cisimden soğuk cisime doğru akması ve ısı alış-verişinin derecesi şu koşullara tabidir:
a) Isıyı veren ve alan cisimlerin sıcaklık dereceleri arasındaki farka
b) Isının aktığı yüzeyin alanına
c) Isının geçtiği cisimlerin ısı geçirme katsayılarına.
3. B- Buharlaşma ve Yoguşma
Bir sıvı ısıtıldığında sıcaklık derecesi arttırılmış olur. Bu sıcaklık sıvının kaynama noktasına kadar yükseldikten sonra daha fazla ısı ilave edilirse (sıvının buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda) sıcaklık derecesi sabit kalarak, sıvı buharlaşır, bu sırada basınç da sabit kalır. Elde edilen buhar, eğer bir yerde toplanacak ve ısı alınacak olursa (buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda), sıcaklığı sabit olarak yoğunlaşacaktır.
3. C- Kaynama Sıcaklık Derecesi Üzerinde Basınç Değişimlerinin Etkisi
Suyun her basınca karşılık belli bir kaynama sıcaklık derecesi mevcuttur. Üzerindeki basınç arttırılacak olursa, kaynama sıcaklık derecesi yükselir ve basınç düşürülecek olursa, kaynama sıcaklık derecesi düşürülecektir. Örnek olarak suyun atmosfer basıncında (1 atm) kaynama sıcaklığı 100 oC’dir. Basınç bir miktar arttırılacak olursa, mesela 1.36 atm’e kadar kaynama sıcaklığı 105 oC’ye yükselecektir. Eğer suyun üzerindeki basıncı düşürürsek, mesela 500 mmHg’ye (bu vakumdur) kadar indirecek olursak, sıcaklık 72 oC’ye düşecektir. Basinç daha da düşürülecek olursa, kaynama sicakliginin daha da düştügü görülecektir.
4.Tesisin Genel Tanıtımı Ve Çalışma Prensibi
Tatlı su jeneratörü (fresh water generator) olarak da adlandırılan vakumlu tip evaporatör şu ana parçalardan meydana gelmektedir:
I. Isı Değiştirici (Heat exchanger)
II. Seperatör Muhafazası (Seperator shell)
III. Kondenser (Condenser)
IV. Ecekter (Ejector)
V. Ecekter pompası (Ejector pump)
VI. Distile pompası (Distillate pump)
VII. Elektrikli Salinite İndikatörü (Electrical salinity indicator)
VIII. Solenoid Valf (Solenoid valve)
IX. Su Sayacı (Water meter)
X. İlaçlama Ünitesi (Chemical injection unit).
Diesel makinelerinde soğutma amacıyla ceket ve kaverde dolaşan soğutma suyunun makineden çıkış sıcaklığı yaklaşık olarak 60-80 oC civarındadır. Bu sıcaklıktaki soğutma suyunun bir kısmı evaporatördeki ısı değiştiricisinin borularından geçer. Bu sayede borular içerisinden geçen deniz suyuna ısısını verir. Daha sonra ecekter pompasının bastığı basınçlı deniz suyu, ecekterin içinden geçerken, bir devre aracılığıyla evaporatör gövdesine (shell) bağlı olduğundan, evaporatör içerisinde bir vakum meydana getirir ve bu vakum sayesinde de 35-40 oC’lik düşük bir sicaklikta deniz suyu buharlaşmaya başlar.
Isı değiştiricisinde (Heat exchanger) üretilen buhar, bir deflektörden geçerek kondensere gider. Burada kondenser içerisinden geçen deniz suyu vasıtasıyla yoğuşturulur. Kondenser içindeki yoğuşturulamayan gazlar ve hava yine ecekter vasıtasıyla ortamdan uzaklaştırılır. Böylece kondenser içinde vakumu yüksek tutmak mümkün olur.
Ecekter ısı değiştiricisinde buharlaşmayan tuzlu suyu (braynı) seperatör çıkışından alır ve bordaya sabit olarak disçarc eder. Ecekter pompası (ejector pump) santrifüj tipi bir pompadır, kondenser içindeki yoğuşturulamayan gazları, havayı ve shellde biriken braynı evaporatörden uzaklaştırması için deniz suyunu ecektere basar. Distile pompası da aynı şekilde, evaporatör kondenserinden elde edilen tatlı suyu çekip, yeni tatlı su tankına basan bir santrifüj pompadır.
Evaporatörün Operasyonu
1. Evaporatör ünitesinin içinde herhangi bir materyalle kaplanmış yüzeylerde kesinlikle kaynak yapılmasına ya da ateşle yapılacak herhangi bir işleme izin verilmemelidir.
2. Kondenser borularını ve boru aynalarını (plate) korozyon ve erozyondan korumak için aşağıdaki işlemler mutlaka düzenli bir şekilde yapılmalıdır.
A. Evaporatörün devreye alınması ve çalıştırılması sırasında, kondenserin soğutma suyu giriş valfi sonuna kadar açılmalıdır, kondenserden geçecek soğutma suyu miktarı, soğutma suyu çıkış valfi regüle edilerek ve karşı basınç minimum 0.0019 Mpa (0.2 kg/cm2) olacak şekilde ayarlanmalidir.
B. Bunun yanında soğutma suyu çıkış valfi, soğutma suyunun kondensere istenen giriş ve çıkış sıcaklıklarını sağlayacak şekilde de ayarlanmalıdır.
C. Kondenser kaveri üzerindeki anod koruyucuları (anode protecters), her altı ayda bir kontrol edilmelidir.
3. Isıtma borularında kışır oluşumuna izin vermemek için aşağıdaki işlemler uygulanmalıdır:
A. Fid suyu basıncı, basınç geyicinin üzerinde belirtilen yeşil bölge sınırı içinde tutulmalıdır.
B. Evaporatörün kapasitesi, belirtilen sınırda ya da daha düşük tutulmalıdır.
Evaporatörün Çalıştırılması
Çalıştırmadan önce, aşağıda belirtilen valfler kapatılmalıdır:
Isı değiştiricisinin (heat exchanger) ceket soğutma suyu giriş ve çıkış valfleri
Vakum kırıcı valf
Distile pompasının (tatlı su pompası) çıkış valfi
Isı değiştiricisinin fid suyu (besleme suyu) giriş valfi
Dip blöf valfi.
Bu işlemler gerçekleştirildikten sonra;
1) Kondenser soğutma suyunun giriş ve çıkış valfleri açılarak, kondenser borularına deniz suyu girişi ve çıkışı sağlanmalıdır.
2) Ecekter pompası çalıştırılmalı ve pompa çıkış valfi ve bordaya disçarc valfi açılmalıdır.
3) Besleme suyu valfi açılmalı ve ısı değiştiricisine deniz suyu girişi sağlanmalıdır. Isı değiştiricisine verilecek su miktarı, orifisin önündeki geyçten okunabilir. Bu miktar geyç üzerinde gösterilen yeşil bölgenin sınırları arasında olmalıdır.
4) Evaporatör içerisindeki vakum yaklaşik olarak 70 cmHg (-0.092 Mpa) oldugu zaman, isi degiştiricisine giden ana makine ceket sogutma suyu giriş ve çikiş valfleri açilmalidir. Ceket sogutma suyu çikiş valfi, isi degiştiricisinin aniden aşiri isinmaya maruz kalmamasi için yavaş yavaş açilmalidir.
5) Isı değiştiricisi keysinin üst tarafındaki hava firar musluğu ana makine ceket soğutma suyunun ısı değiştiricisinden her geçişinde açılmalı ve keys içerisindeki hava tamamen disçarc edildikten sonra kapatılmalıdır.
6) Elde edilecek olan tatlı suyun saflık miktarını kontrol edebilmek için salinite alarmı çalıştırılmalıdır.
7) Elde edilen tatlı suyun, distile pompası alıcı devresi üzerinde bulunan tesviye şişesinde yükselmeye başladığı görüldüğünde distile pompası çalıştırılmalı ve pompa kapasitesi pompanın çıkış valfinden ayarlanmalıdır. Eğer distile pompasının disçarc basıncında herhangi bir anormallik yoksa, seviyenin sabitlenmesine gerek yoktur. Normal disçarc basıncı 0.137-0.216 Mpa (1.4-2.2 kg/cm2) arasındadır.
Sabit tatlı su miktarı ayarı yapıldıktan sonra, deniz suyu sıcaklığı düşebilir ve bu nedenle üretilen tatlı su miktarı da artabilir. Doğal olarak distile pompasının giriş tarafında da su seviyesi yükselecektir, üretilen su kondenser içinde birikecektir, bu yüzden de efektif ısıtma yüzey alanı küçülecek ve evaporasyon miktarı düşecek ve normal operasyon koşulları doğal olarak sağlanmış olacaktır.
Kapasite Ayarı
Evaporatörün kapasitesi, ısı değiştiricisine giren ana makine ceket soğutma suyunun miktarının arttırılması ya da azaltılması vasıtasıyla ayarlanmaktadır.
Tesisin kapasitesi evaporatörün distile pompasının çıkışında bulunan su sayacı (water meter) aracılığıyla ölçülmektedir. Ana makine ceket soğutma suyu miktarı, sistem nominal kapasitesine ulaşıncaya kadar tatlı su kuleri, by-pass valfi kullanılarak ayarlanmalıdır.
Ana makine ceket soğutma suyunun sıcaklığı istenilen değerlerin altında ise ısı değiştiriciden geçen ceket soğutma suyu miktarı arttırılmalıdır. Bu sayede fazla sıcaklık farkı önlenmiş olur.
Kondensere sağlanan soğutma suyu sıcaklığı öyle ayar edilmiştir ki, kondenser borularından geçtiği zaman soğutma suyu sıcaklığı bir miktar yükselir.
Evaporasyon sıcaklığı yaklaşık olarak 45 - 60 oC arasındadır. Eğer deniz suyu sıcaklığının düşük olmasından dolayı evaporasyon sıcaklığı düşükse, vakum kırıcı valf, bir miktar açılmalı veya evaporasyon sıcaklığını yükseltmek için kondenser deniz soğutma suyu miktarı (debisi) düşürülmelidir.
Şayet deniz suyu sicakliginin yüksek olmasindan dolayi evaporasyon sicakligi çok yükselmişse, evaporasyon sicakligini düşürmek için kondensere gelen deniz suyu miktari arttirilmalidir.
Çok yüksek evaporasyon (kaynama) sıcaklığı ısı değiştiricisi borularında kışır oluşturma riskini arttırır. Çok alçak evaporasyon sıcaklığı ise, elde edilen distile suyun içerisine tuz moleküllerinin karışmasına sebep olur.
Stop Etme
Gemi limana geldiği zaman evaporatör stop edilmelidir. Çünkü böyle yerlerde deniz suyu içerisinde bulaşıcı bakteri ve mikroplar olabileceğinden, bu zararlı bakteri ve mikropların üretilen tatlı suya karışma tehlikesi mevcuttur.
Bu yüzden limanda bulunulduğu zaman zarfında kullanmak için tatlı su tanklarında yeteri kadar suyun olması amacıyla zamanında önlem alınmalıdır. Yani limana gelmeden önce tanklara limanda kalış süresi boyunca yetecek suyu depo etmek gerekmektedir.
Evaporatör stop edilmeden önce, ana makine soğutma suyu by-pass valfi ilk önce açılmalı, ondan sonra da ısı değiştiricisinin giriş ve çıkış valfleri kapatılmalıdır.
Belirtilen giriş valflerini kapayarak, isi degiştiricisindeki deniz suyunun kaynamasi azalacak ve isi eksikliginden dolayi düşmeye başlayacaktir.
Sistemi stop etme sırası şöyle devam eder:
1) Distile pompası stop edilir ve çıkış valfi kapatılır
2) Salinite alarmı kapatılarak, devre dışı bırakılır
3) Besleme suyu valfi kapatılır
4) Ecekter pompası stop edilir
5) Kondenserin giriş ve çikiş valfleri kapatilir
6) Vakum kırıcı valf açılır
7) Ecekter pompasının alıcı valfi kapatılır ve bordaya disçarc valfi açılır.
Isı değiştiricisini soğutmak için bir miktar besleme suyu ısı değiştiricisine verilmelidir.
Cihazın uzun süre kapatılması durumunda ısı değiştiricisinin dibindeki blöf valfi açılarak, ısı değiştiricisinden deniz suyu dreyn edilir.
Evaporatörün çalışmadığı zamanlarda ceket soğutma suyu ısı değiştiricisinden geçirilmemelidir. Şayet ısı değiştiricisinde besleme suyu yoksa, bu durumda ısı değiştiricisinin borularında kışır meydana gelir.
Aynı şekilde gemi karaya yakın bir yerde veya limandayken kondenserden deniz suyu sirküle ettirilmemelidir. Bu durumda deniz suyu içerisinde bulunan yabancı maddeler kondenser borularını tıkayabilir.
Çalışma Sırasında Dıkkat Edilecek Hususlar
I. Kapasite Ayarı Konusunda Dikkat Edilecek Hususlar
Evaporatörün kapasitesinde yapılacak olan herhangi bir ayar, kapasite ayarı konusunda da belirtildiği gibi ısı değiştiricisine giren ana makine ceket soğutma suyu miktarını ayarlamak suretiyle yapılmalıdır. Örneğin, evaporatörde hava girişini sağlayarak, vakumu düşürmek suretiyle ya da kondenserden geçen deniz soğutma suyunun miktarını değiştirerek, kapasite ayarı yapılmamalıdır.
Isı değiştiricisine giren ana makine ceket soğutma suyunun miktarının ayarı by-pass valfi veya şayet evaporatör tatlı su kulerine paralel olarak bağlı ise tatlı su kulerinden önceki valf yardımıyla sağlanmalıdır.
Evaporatörün boruları temizlendiğinde, üretilen tatlı su miktarının, sistemin belirtilen normal kapasitesinin üstüne çıktığı görülse de tavsiye olunan, kışır oluşumu tehlikesi nedeniyle sistemin belirtilen distile kapasitesinde veya daha düşük kapasitede çalıştırılmasıdır.
II. Kondenserde Dikkat Edilecek Hususlar
Isı değiştiricisinde üretilen tüm buharın yoğuşmasını sağlayabilmek için kondensere mümkün olduğunca çok ve soğuk deniz suyu gönderilmesi gerekmektedir. Bunun yanında kondensere giren deniz suyunun giriş ve çıkış sıcaklığı arasındaki fark kontrol edilmeli ve giriş ve çıkış valfleri aracılığıyla miktarı ayarlanmalıdır.
Deniz suyunun kondensere giriş ve çikiş sicakligi arasindaki fark normal koşullarda 6 oC ile 10 oC arasında olmalıdır. Deniz suyu sıcaklığı yaklaşık 30 oC ve üzerinde olduğunda, kondenser daha fazla deniz suyu girişi sağlanmalıdır. Bu nedenle kondenser, yaklaşık 4 oC ile 5 oC’lik sıcaklık farkında çalıştırılmalıdır. Fakat, bu durumda, çok büyük miktarda deniz suyu sağlanarak, tabii olarak kondenserdeki basınç düşüşü artacağından dikkatli olmak gerekmektedir. Debinin artması durumunda kondenser borularından geçen suyun hızı artacağından, borularda kavitasyondan dolayı aşınmalar olabilir.
Bu sebeplerden dolayı, cihazın düşük kapasitede çalıştırılması tavsiye edilir.
III. Kondenserden Geçen Soğutma
Deniz Suyu Miktarının Hesabı
D : Üretilen tatlı su (distile) kapasitesi (Ton / Gün)
t (1) : Soğutma deniz suyunun kondensere giriş sıcaklığı
t (2) : Soğutma deniz suyunun kondenserden çıkış sıcaklığı
Q : Soğutma deniz suyunun kapasitesi (Ton / saat)
Q = D x 22,4 / (t (2) - t (1) )
Bu formülle ilgili referans olarak seçilen Sasakura Atlas KM 20 evaporatörünün değerlerini kullanırsak;
D : 20 Ton / Gün
t (1) : 32 oC
t (2) : 42 oC
Q : ?
Q = 20 x 22,4 / ( 42 - 32 )
Q = 44,8 Ton / saat
Kondenser borularından bir saatte geçecek soğutma deniz suyu miktarı 44,8 Ton’dur.
EMİCİ SOĞUTMA SİSTEMLERİ
6-1: Giriş
1
Emici soğutma sistemi ilk kez, bir Fransız olan Ferdinand Carre tarafından düşünülmüştür. İlk uygulama yeri ise Amerika Birleşik Devletleridir. (1860) Kuzcy-Güney savaşlarının devam et¬tiği yıllarda, doğal buzun savaş koşullarında temin edilmesi tehlikeye girince; Federal Devlet, Ferdinand Carre'in tasarladığı soğutma sistemine hemen dört elle sarılarak sistemi derhal uy-gulamaya koymuştur. j j *
6-2: Emici Soğutma Sisteminin Temel Elemanları
a- Bu sistemlerde kullanılan soğutan maddeler; Su-Amonyak ve Subuharı-Lityumbromür gibi karışımlardır. Burada su emici rol oynamaktadır. Suyun amonyakla olan ilgisi, bu sistemin ya-ratılmasına neden olmuştur. Bilindiği gibi, su, amonyağı sıcak ve içten bir arzuyla kabul eder. Bu kabullenme soğuk ortamda daha çok, sıcak ortamda ise daha azdır.
b- Emici sistemlerde de, buhar sıkıştırmalı sistemlerde olduğu gibi; yoğuşturucu, bu-harlaştıncı ve genişleme valfı kullanılır. Bu temel çevrim elemanlarının görevleri bu sistemde de değişmemektedir.
c- Sistemin temel elemanların biri de emici ünitedir. Bu ünitede soğutucu maddeler birbirine kavuşur. Örneğin su ve NH3'ün buluşma yeri bu ünitedir.
d- Diğer temel eleman Generatör denen birimdir. Soğutan karışıma, burada ısı verilir. Böylece bu maddeler burada birbirinden koparak yolları ayrılır. Fakat "tilkinin dönüp dolaşacağı yer kürkçü dükkanıdır" örneği, bu maddeler de, neticede yeniden emici ünitede biraraya gelirler.
e- Sistem üzerinde bulunan bir pompa ise, emici ünitedeki soğutan maddeyi alıp Ge-neratörden dolaştırır.
Şekil ; 6-1 Emici soğutma sistemi
Şekil: 6-1 Emici soğutma çevriminin temel elemanlarını ve çalışma düzenini göstermektedir.
Emici birimdeki soğutan karışım maddeleri, su ile soğutulup sıcaklığı düşürülüyor. Böylece soğuk ortam etkinliği artırılıp emici ve soğutan maddenin (Örneğin emici olarak H2O ve soğutan olarak NH3) daha yüksek konsantrasyonda bir arada bulunmaları uyarılmış olur. Bir pompa, bu soğutan eriği, Generatör denilen ve dışardan (Q) ısı enerjisi verilen üniteye iletmektedir. Verilen (Q) enerjisi, soğutan eriğin entalpisini yükseltir. Karışımda, örneğin entalpisi yükselen (NH3) sudan kopmak /.orunda kalır. Böylece sıcaklığı ve basıncı yükselen (NH3), yoğuşturucuda sıvı faza dönüştürülerek genişleme valfından alçak basınç bölgesine gönderilip burada hedef alınan soğutmayı gerçekleştirmesi sağlanmış olur. Buharlaştırıcı çıkışında soğutan madde doymuş buhar halindedir.
Generatörde (NH3)'ün H2O'dan ayrılması nedeniyle, geri kalan çözelti amonyakça zayıf bir çözeltidir. Bu zayıf çözeltinin, emici üniteye iletilerek buharlaştırıcıdan gelen NH3 ile karşılaşıp birbirinin içinde eriyen kuvvetli bir karışım meydana gelmesine izin verilir. Generatörden emici üniteye dönen çözelti, su miktarı bakımından oldukça yüksektir.
Şekil: 6-1 de görülen Generatör, izah edildiği gibi soğutan maddeye (Q) ısısının verildiği yer-dir. (Q) ısısının verilmesi çeşitli şekillerde olabilir. Örneğin, kızgın su veya buhar dolaştırılarak (Q) ısısı verilebilir. Sisteme bu yolla enerji verilmesi için kızgın su veya buhar kazanı kullanılır. Baca gazlarının yeterli sıcaklıkta olması halinde, sanayi kuruluşlarında yardımcı bir baca kazanı kullanarak enerji gereksinimi karşılanabilir.
Generatörden soğuk üniteye (emici ünite) geri dönen zayıf çözeltinin olanaklar elverdiğince soğuk olması, bu ünitede eritici ve soğutucu maddalereni kuvvetli bir çözelti oluşturması ba-kımından şarttır. Bu nedenle zayıf çözeltinin aynca soğutuluraka sıcaklığının düşürülmesi gerekir.
Sistem şemasından da anlaşıldığı gibi, çevrim esnasında çeşitli karışık olaylar meydana gelmektedir.
6-3: Su-Amonyak Emici Soğutma Sistemi
Şekil : 6-2
Emici soğutma sisteminde ençok kullanılan H2O - NH3" eritici ve soğutucu çözeltisidir. Bu sis-temde eriten madde su, soğutan madde amonyaktır. Derin soğutma gereksiminin olduğu sanayi kuruluşlarında bu sistem oldukça yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Son zamanlarda "Lit-yumbromür - su" çözeltileri de benzer şekilde çeşitli yerlerde kullanılmaktadır.
Şekil: 6-2 (a) da bir kap içerisinde doymuş "amonyak-su" çözeltisi ile, çözelti üzerinde "amon-yak-su buharı" karışımı görülmektedir. Burada P! basıncı altında ve (T]) sıcaklığındaki çözelti ve buhar, denge halindedir.
CJ
Şekil: 6-2 (b) de görüldüğü gibi sisteme dışardan (Q) ısı enerjisi verilmektedir. Böylece çö-zeltiden, verilen enerji miktarına göre bir kısım NH3 buharlaşarak ayrılır. Doğaldır ki buhar böl-
1 n ı 1 r» ı "1
gesının basıncı, PT den P2 ye yükselmiş olur.
Şekil: 6-2 (c) de ise, çözelti soğutulmaktadır. Oluşturulan soğutmaya paralel olarak, buhar böl-gesindeki NH3'ün, çözelti içinde erimesi artmış oluyor. Piston, sistemi sürekli dengede (basınç olarak) tutmaktadır.
"Amonyak-Su" karışımlarının buhar ve sıvı özelliklerini gösteren diyagramlarda ordinat, sı-caklığı; apsis ise sıvı-buhar konsantrasyonunu gösterir. Bu diyagramların düzenlenip ge¬liştirilmesi hususunu Kohloss, F.H, Jr ve G.L. Scott'a borçluyuz.
Şekil: 6-3'te böyle bir diyagram gösterilmiştir. Bu diyagramda; Apsis (x') Do ymuş sıvıda ağır¬
lıkça (NH3)miktarını, yani (NH3) konsantrasyonunu,
ordinat (t) sıcaklığı °C,
Pd Doyma basıncını (mutlak basınç)
İb Doymuş buhar entalpisini
İs Doymuş sıvı entalpisini
%' Buhar karışımmdaki (NH3) konsantrasyonunu ifade eder.
Şekil : 6-3 NH3- H2O diyagramı
Burada kullanılan notasyonlardaki birimler ise;
J
Pd Kg/cm?
jb Kcal/kg - Buhar
k Kcal/kg-Sıvı
X" KG NH3/Kg buhar
X' KgNH3/kgsıvı dır.
Örnek Problem: 6-1
.
Soğutma gücü 100 ton olan ve (amonyak-su) ile çalışan bir emici sisteminde; emici ünite, Ge-
neratör ve yoğuşturucudaki ısı enerjisi miktarı hesaplanacaktır.
j ^ ' ı
Generatör sıcaklığı (yoğuşma sıcaklığı) 100 °C
Yoğuşturma basıncı 10 Kg/cm2
Buharlaşma basıncı 2 Kg/cm2
n \ 1 1 1 - 1 n ıv-
Buharlaşma sıcaklığı -10 UC
Emici ünite sıcaklığı 30 °C
Hesabın kontrolü için sistemdeki ısı dengesini yazalım.
QGen.+ 100 X 50,5 = Q(Em) + Q(Yoğ)
20155 + 5050- 19130 + 6187 veya 25205-25317 çıkar.
Neticeler birbirine pek yakın çıkmıştır. İhmal edilebilecek bir fark vardır.
6-4: Emici Sistemde Arıtan Ünitesi
Amonyak veya Lityum Bromürün GeneratÖrden sonra, olanaklar elverdiğince sudan te-mizlenmiş olarak devreye sevkedilmesi, sistemin verimini artırması bakımından önemlidir. Aşa-ğıdaki şekil; Generatörde basınç ve sıcaklığı yükseltilmiş olan "critici-soğutan madde" bu-harlarının generatörden sonraki iletim tekniğini ve su buharının, soğutan buharından nasıl yoğuşup ayrıldığını göstermektedir.
Şekil : 6-7 Emici sistemde arıtım işlevi
Generatörden arıtan ünitesine gönderilen soğutan buharları içinde, bir miktar su buharı blu-nabilir. Şekildeki gibi arıtan ünitesine yoğuşturucu levhalardan geçen su buharı, (NH3) bu-harından ayrılıp tekrar Generatörc dönmektedir. Isı değiştiriciden ve bir miktar da yo-ğuşturucudan arıtan ünitesine gönderilen gaz, arı tandaki akışkanı kısmen soğutmuş oluyor. Su ve soğutan maddenin örneğin, NH3'ün kaynama noktaları oldukça farklı olması nedeniyle, su buharı yoğuşarak birikir.
6-5: Emici Sistemde Isı Değiştirici
Sistemin soğutma tesiri (etkinliği), emici ünitedeki kuvvetli eriğin sıcaklığının düşük ve Ge-neratörde ise sıcaklığın yüksek olmasını gerektirir. Emiciye dönen zayıf çözeltinin sıcaklığının düşük olması ise, arzu edilen bir durumdur. Isı değiştirici bu maksatla; emici ünite ile Generatör arasında, Generatörden dönen yüksek sıcaklıktaki zayıf çözeltinin ısısını, emiciden sevkedilen düşük sıcaklıktaki kuvvetli çözeltiye vererek görev yapar.
Şekil: 6-9 de görüldüğü gibi emiciden (tA) sıcaklığında çıkan kuvvetli çözelti, (tc> sı-caklığındaki zayıf çözeltiden ısı alarak (tB) sıcaklığında ısınmış olarak Generatöre girer. Böylece zayıf çözelti ısı kaybederek (tD) sıcaklığına düşer. Zayıf çözeltideki sıcaklık düşmesi;
At= tc - îd ve
kuvvetli çözeltideki sıcaklık artması ise
At= tB - IA olur.
'*
Görüldüğü üzere, ısı değiştiricide ters bir akım hüküm sürmektedir. Bilindiği gibi ters veya zıt akımlar, daha büyük sıcaklık farkı sağlar. Zayıf çözelti, yüksek sıcaklıkta olup, kuvvetli çözeltiye ısı vererek,
At1 = tc - tD sıcaklık farkı oluşturarak çıkar.
Kuvvetli çözelti, ısı değiştiricide ısı alır.
Bu akış esnasında (AK) gibi en küçük bir sıcaklık farkı ile (Ab) gibi en büyük bir sıcaklık farkı var ir.
A — -t- t İ\K ~ İD 'A
Ab = tc - TB yazabiliriz.
Grashof tarafından belirlenen ifadeye göre ısı alışverişinde ortalama sıcaklık farkı;
Al/ -, &l\
Am(0rt)=Ab—^ = Ab.f A dir.
Ln— Ab
AK
Buradan — = f (^) olur. Yani — bölümü — nin bir fonksiyonudur. Her iki çö-
Ab Ab Ab Ab
zel tinin sıcaklık değişimleri pek büyük ve Önemli bir seviyede gerçekleşmiyorsa, (Am) değeri için;
Tp+ÎR İA+tD
Am = ——5 - ——= yazılabilir.
2 2
Şekil: 6-10 CAm) Grafiği
Şekil: 6-10'daki kesik çizgiler (JH) nin yaklaşık değerlerini göstermektedir. (*)
Ab
* Grafik H. Rietschle - W. Raiss, tarafından yazılan, Uğur KÖKTÜRK'ün "Isıtma, Ha¬
valandırma ve İklimlendirme" tercüme kitabından alınmıştır.
F = 0,384 m2 bulunur.
6-6: Emitici sistemde Ön yoğuşturucu
Şekil: 6-12 Ön yoğuşturucu
Şekil: 6-12 de görülen ön yoğuşturucu, arı tandan gelen soğutucu gazı kısmen yoğuşturup tek-rar arıtana iletmektedir. Böylece ana yoğuşturucuya giden gaz bir hayli soğumuş olur. Aynı za-manda bu gazın konsantrasyonu oldukça yükselmiş bir duruma gelir. Ön yoğuşturucu, ayrı bir devreden suyla veya soğurucu bir eriyik yardımıyle soğutulur.
Şimdi, geliştirilmiş bir emici sistemin temel ve yardımcı elemanlarını yazalım.
A - Generatör
B - Ön yoğuşturucu
j CJ *
C - Ana yoğuşturucu D - Sıvı toplayıcı
•*
E - Genişleme valfı
»
F - Buharlaştırıcı
3
G - Emici ünite
H
- Pnrrma l VJlllL/Cl
İ - Basınç kontrol valfı
1
K - Isı değiştirici
<•
Şekil: 6-13 geliştirilmiş bir emici soğutma sistemini göstermektedir. Burada; temel sisteme arı-tan, ön yoğuşturucu ve ısı değiştirici eklenmiştir. Arıtan ve ön yoğuşturucuda soğutan gazın kon-santrasyonu zenginlcştirilmektedir. Bu iş, karışımdaki su buharının yoğuşturulup ayrılması ile olur. Böylece, ana yoğuşturucuya giden soğutan gazın saflığı, %100'e oldukça yaklaşması sağ-lanmaktadır.
Daha önceki paragrafta da izah edildiği gibi; ısı değiştirici, Generatör ile emici arasında görev yaparak, zayıf çözeltinin ısısını kuvvetli çözeltiye iletiyor. Burada ısı trafiğini yönlendiren ısı de-ğiştirici, işletme verimini artırması ve ayrıca Generatöre giren çözeltinin sıcaklığını yükseltmesi bakımından da ekonomiktir.
Buharlaştmcıda kaynama ve buharlaşmağa terkedilen soğutan maddenin içinde ne kadar az su bulunursa, soğurma etkinliği o kadar büyük olur. Bu nedenle ön yoğuşturucüdan itibaren do-laşımdaki su buharının en düşük bir seviyede olması, arzu edilen ve zorunlu olan bir durumdur.
/\ I Tl 1 l f t
Örnek Problem: 6-3
Bir amonyak- Su emici soğutma sisteminde generatör çıkış sıcaklığı 97,5 °C ve yoğuşturma ba-sıncı 12,5 kg/cm2'dir. Gcneratörle yoğuşturucu arasına konulan ön yoğuşturucu, soğutan bu-harlarını 54 °C'ye kadar düşürmektedir.
Bu verilere göre ön yo ğuş turu cüdan çıkışta, Amonyak konsantrasyonu belirlenecektir.
Çözüm:
Şekil :6-14 Çözüm : 6-3
tGenerotör =tg=97,5°C
P,, - P = 19 ^ krı/rm2
rYoguşma ry '***•> ^y/1-'11
+ .. __ +_ —c. A ÖP
'Onyoğuşrna — 'O.Y.— ~~>^ ^
Amonyak-su karakteristik diyagramından yararlanarak; (A) noktası için;
Py= 12,5 kg/cm2
l _ 97^5 OQ y
6-7: Electrolux Emici Sistem
Şekil: 6-15 Electrolux emici sistem
İsveçli Cari Munters ve Baltzer Von Platen tarafından geliştirilen ve hiçbir mekanik girdisi ol¬mayan bu sistemdeki dolaşım, dışardan verilen Q ısısı tarafından sağlanmaktadır. Şekil: 6-15'te sistemin temel elemanları ile, dolaşım yolları gösterilmiştir. Sistem Su-Alkol eriği ile çalışabildiği gibi Su-Amonyak eriği ile de çalışabilir. Sistemde ayrıca, buharlaştırıcı ve emici ünite arasında dolaşan H2 gazı vardır.
Buharlaştırıcıbasıncı=PNH3+PH2 kg/cm2 değerindedir.
H2 ga/.ı burada, soğutan maddenin emiciye taşıyıcı görevini yapıyor. Sisteme verilen Q ısısı kuvvetli çözeltinin buharlaşmasını sağlamaktadır. Arıtan ünitesinde eritici ve soğutan buharları birbirinden ayrılmıştır. Zayıf çözelti ve soğutan gaz, toplayıcıda biriktikten sonra tekrar Ge-
1" 1 J-
neratore dönmektedir.
Sistemin yüksek basınç bölgesinin toplam basıncı = Soğutan gazın kısmi basıncı + su buharı kısmi basıncı.
Buharlaştırıcıya giden soğutan maddenin kismî basıncının az olması nedeniyle burada soğu¬
ma gerçekleşir, yoğuşturucu kesimde H2 gazı yoktur. Şekilde görülen "\ f/ vani LJ kıvrımları
H2 gazının alçak basınç bölgesinden sızmasını önlemektedir.
Generatörde, sisteme verilen Q ısısı, tüp gaz, hava gazı, odun, kömür gibi yakacak mad-delerinden sağlanabilir. Bu nedenle, elektriğin olmadığı yerlerde bu sistemle soğurma oluş-turulabilir. Özellikle kırsal kesimdeki evlerde, bu uygulamadan yararlanmak mümkündür.
6-8: Lityum Bromür-Su Emici Sistemi
Lityumbromür, suya karşı çekici özelliği fa/la olan bir tuzdur. Bu sistemde Lityum bromür eritici, su ise soğutucu görevini yapar.
Şekil : 6-16
Şekil: 6-16'da bir Lityumbromür-Su emici sistemi gösterilmiştir. Şekilden de anlaşıldığı gibi sis¬tem, Amonyak-Su emici sistemi gibi düzenlenmiştir, burada emici üniteye dönen çözelti, NH3-H20 sisteminin aksine, kuvvetli çözelti kara k ter indedir. Generatörde ısı verilen eriyikten, su bu¬harlaşarak ayrılır. Lityum bromürün ise burada buharlaşması söz konusu değildir. Bu nedenle su buharı konsantrasyonu %100'dür. Generatörde suyun buharlaşması sonucu, Lityum-Bromürce zen¬gin çözelti, emici üniteye döner ve buharlaştırıcıdan dönen su buharını bekler. Emici ünitede Lit-yumbromürün ve suyun iyi bir çözelti oluşturması için, soğutma sağlanarak belli bir QE enerjisi di-
şan atılır. Suyun O °C de donması, buharlaştırıcıda ancak sınırlı bir soğutmaya izin verir. Bu ne-denle bu tür sistemler daha çok havalandırma-İklimlendirmc gibi konfor sistemlerinde kullanılır.
Toprak alkali metallerden olan Lityum, tuz halinde, havadan nem kapar. Yani bu metalin suya karşı ilgisi fazladır. Lityum bromür tuzu, %30 su içerince sıvılaşarak eriyik durumuna geçer. Lityumbromürlü emici sistemlerde atmosfer altı basınç vardır. Dolaşımdaki su buharı; %100terniz olması nedeniyle, yoğuşturucu ve buharlaştırıcı gibi çevrim clemanlarmdaki ısı trans-feri hesaplarında su buharı cetvellerinden yararlanılır.
6-9: Geliştirilmiş LiBr-Su Fmici Sistemi
Seki!; 6-21 Geliştirilmiş Lityum-Bromür Emici Soğutma Sistemi
Modern bir emici sistemde; Generator ile yoğuşturucu, bir ünite içinde bulunur. Aynı şekilde emici ile buharla ş tırıcı da ana üniteyi meydana getirir. Sistemde görülen pompalardan biri Lit-yum Bromür-Su dolaşımını (B), diğeri de çevrimde soğuk kaynak suyunun dolaşımını sağ-lamaktadır. (A). LİBr'ün kaynama noktası suya göre yüksek olduğu için, Generatörde sadece su buharlaşır. Generatörde sıcak kaynak olarak düşük basınçta buhar kullanılabilir. Bu nedenle bir-çok sanayilerde işe yaramaz çürük buhar veya benzer nitelikte baca gazları, bu tip soğutma sis-temlerinde kullanılarak ekonomi sağlayabilir.
Şekil: 6-21 de görülen modern bir LiBr emici soğurma sisteminde farklı olarak, soğutma kulesi ve by-pass konrol valfı yer almıştır.
Şekilde görülen üç yollu by-pass kontrol valfı, dolaşımdaki soğuk kaynak suyunun sisteme giriş sıcaklığının sabit kalmasına yardım ediyor.
Şekil : 6-22 Modern ve Klasik Sistemlerin Mukayesesi
Şekil: 6-22 modern (yeni) ve klasik (eski) emici sistemdeki kapasite yüklenmesi durumuna göre, sisteme verilecek ısı enerjisi karşılığmdaki buhar tüketimini izah etmektedir. Görüldüğü gibi, yeni sistemdeki buhar tüketimi; eşit soğutma gücünde, eskiye oranla daha azdır. Yani yeni sistemler daha ekonomiktir. Grafikten de anlaşıldığı gibi uygulamada sistemin %10 kapasite ile çalışması mümkün değildir. %20 ile çalışması (yüklenmesi) ise, buhar tüketimi açısından bir hayli pahalı görünmektedir. Yeni uygulamada saatte ton başına 8 kg. buhar tüketerek en yüksek soğutma gücünü oluşturmak mümkündür.
Modern emici sistemde kararlı bir şekilde, soğutma gücünün O ile %100 arasında düzenli ve kontrollü olarak denetim altına alınabilir. Bu denetim; soğutma kapasitesi, buhar tüketimi ve bu-harlaştırıcı çıkış sıcaklığı otomatik bir disiplin altında tutularak sağlanır.
6-10: Emici ve Buhar Sıkıştırmalı Sistemlerin Karşılaştırılması
Herşeyden önce emici sisteme dışardan ısı şeklinde enerji verilmektedir. Buna karşılık; buhar sıkıştırmah uygulamada ise, dışardan sisteme mekanik bir iş veriliyor. Deneysel uygulamada, sa-atte ton başına emici sisteme verilen ısı enerjisi, yine saatte ton başına sisteme uygulanan sı-kıştırma işinden büyük görünmektedir.
Ne var ki, işin parasal yönü ele alındığında sadece bu duruma bakarak, buhar sıkıştırmah sis-tem dalıa ekonomiktir denemez. Daha önce de işaret edildiği gibi, bu tip sistemler çoğunlukla sa-nayi iş yerlerinde baca veya eg/ost buharlarından yararlanılarak çalıştırılmaktadır. Bazı buhar türbinli tesislerde, türbin çıkış buharları doğrudan yoğuşturucuya gönderilmesi yerine, bu buhar,
emici sistem için Generatörde bir ısı kaynağı olarak değerlendirilir. Böylece buhar tesisinde, ya yoğuşturucu ortadan kalkar veya boyutları küçük bir yoğuşturucu kullanılır.
Bugün, birçok konfor v.s. gibi maksatlarla gerekli şartlandırılmış hava tesislerinde (İk-Hmlendİrme-Havalandırma) lityum Bromür emici sistemleri kullanılmaktadır, öte yandan O °Cnin altındaki düşük sıcaklıkların üretilmesi gerekli olan yerlerde, örneğin petrol arıtma ve perro-kimya endüstrilerinde, Amonyak-Su emici sistemleri oldukça yaygın olarak uygulanıyor.
Emici sistemlerin önemli avantajlarından biri, sistemde mekanik hareketin pek az olmasıdır. Bu; bakım-onarım işlerinde rahatlık sağladığı gibi, yedek malzeme bulundurma sorununu en az seviyeye indirmesi bakımından da önemlidir. Ama herşeydcn önce, emici sistemlerin ekonomik olması, ucuz ve bol enerji kaynağının bulunmasına bağlıdır. Bu sistemlerde ısı enerjisi girdisi ne kadar kolay ve ucuz olursa, sistem o derece ekonomik olur.
Tatlı su yapma sistemleri, yani evaporatörler günümüz ticaret gemileri için büyük faydalar sağlamaktadırlar. Bunlar;
I. Gemi, ihtiyacı olan tatlı suyu dışarıdan tedarik etmeksizin kendisi yapmak suretiyle uzun zaman müstakil olarak kalabilir.
II. Gemide üretilen tatlı su, sahilden tedarik edilecek suya oranla, besleme suyu olarak çok daha üstün kalitede olduğundan daha emniyetle kullanılabilir. Bu da gemi tesisinin ömrünün artmasını ve genel verimin artmasını sağlar.
Bahsi geçen faydaları sağlamak ve gemilerde tatlı su ihtiyacını karşılamak amacıyla, geçmişten bugüne kadar değişik tipte ve değişik çalışma koşullarına sahip bir çok evaporatör dizayn edilmiş ve üretilmiştir.
Bunlar;
Borulu Tip Evaporatörler
Alçak Basınçlı (Vakumlu) Evaporatörler
Flaş Evaporatörler
Buhar Sıkıştırmalı Evaporatörler
Ters Geçişme (Reverse Osmos) Evaporatörleri.
Vakumlu tip evaporatörlerinin (alçak basınç evaporatörleri) kullanılmaya başlanması ile birlikte diğer tip evaporatörlerin kullanım oranının azaldığı görülmüştür. Bunun sebebi vakumlu tip evaporatörlerin işletmesinin kolaylığı, işletme masraflarının daha düşük olması ve veriminin yüksek olmasıdır. Günümüzde sayısı yavaş yavaş artan bir diğer sistem de “Ters Geçişme Sistemi”dir. Ancak yeterince yaygın olmayışı ve vakumlu tip evaporatörlerin günümüzde de halen daha çok kullanım oranına sahip olması nedeniyle bu konuya değinilmeyecektir.
2.Alçak Basınçlı (Vakumlu)Sistemin Avantajları
1)Diğer sistemlerin bazılarında olduğu gibi kazandan yüksek basınçlı stim almaya gerek yok.
2)Buharlaşma çok düşük sicaklikta oldugu için deniz suyu içerisinde bulunan yabanci maddelerin çökelmesi neticesinde çok sert bir kişir katmaninin oluşumu engellenmiş olur. Alçak basinçli evaporatörlerde kolaylikla temizlenebilecek kişir oluşumu meydana gelir. Bu kişir oluşumu ise kaynama sicakliginin düşük olmasi nedeniyle kisa sürede ortadan kaldirilir. Bundan dolayi bu evaporatörlerde daha uzun bir zaman verimli isi akişi devam edeceginden, birbirini takip eden overall’ler arasindaki zaman da uzamiş olur.
3)Bakım, tutum ve çalışma maliyeti daha düşüktür. Tek mahsuru gemi kapalı ve suları kirli bir limanda bulunuyorsa, evaporatördeki sıcaklık derecesi mikropları öldürmeye kafi gelmiyeceğinden, elde edilen su da içmeye elverişli olmaz. Bu nedenle bu tür limanlarda bu konuya özen gösterilmesi gerekmektedir.
4)Diesel makinesinde dolaşan ceket sogutma suyunun isisindan tatli su elde etmek için kullanildigindan, ayrica bir yakit masrafina gerek yoktur. Bu sayede makinede kaybolan isidan tekrar yararlanilmiş olmaktadir. Çalişmak için gerekli olan enerji sadece pompalara güç saglamak için kullanilan elektrik enerjisidir.
5)Ana makine ceket soğutma suyu kuleri, herhangi bir nedeniyle hasar gördüğünde, hasar giderilinceye kadar tatlı su kuleri olarak kullanılması mümkündür.
3. Damıtma Prensipleri
Gemilerde kullanılan tatlı su yapma sistemlerine tamamen girmeden önce, bazı buharlaşma ve yoğuşma prensiplerine değinmekte fayda vardır. Damıtma işlemi, yani sıvıların gaz veyahut buhar haline getirilmesi ve sonra yoğuşturulması üç olaydan meydana gelmektedir:
A. Isı alış-verişi
B. Buharlaşma ve Yoguşma
C. Bir sıvının kaynama sıcaklık derecesi üzerine basınç değişiminin tesiri.
3. A- Isı Alış-verişi
Isının sıcak cisimden soğuk cisime doğru akması ve ısı alış-verişinin derecesi şu koşullara tabidir:
a) Isıyı veren ve alan cisimlerin sıcaklık dereceleri arasındaki farka
b) Isının aktığı yüzeyin alanına
c) Isının geçtiği cisimlerin ısı geçirme katsayılarına.
3. B- Buharlaşma ve Yoguşma
Bir sıvı ısıtıldığında sıcaklık derecesi arttırılmış olur. Bu sıcaklık sıvının kaynama noktasına kadar yükseldikten sonra daha fazla ısı ilave edilirse (sıvının buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda) sıcaklık derecesi sabit kalarak, sıvı buharlaşır, bu sırada basınç da sabit kalır. Elde edilen buhar, eğer bir yerde toplanacak ve ısı alınacak olursa (buharlaşma gizli ısısına eşit miktarda), sıcaklığı sabit olarak yoğunlaşacaktır.
3. C- Kaynama Sıcaklık Derecesi Üzerinde Basınç Değişimlerinin Etkisi
Suyun her basınca karşılık belli bir kaynama sıcaklık derecesi mevcuttur. Üzerindeki basınç arttırılacak olursa, kaynama sıcaklık derecesi yükselir ve basınç düşürülecek olursa, kaynama sıcaklık derecesi düşürülecektir. Örnek olarak suyun atmosfer basıncında (1 atm) kaynama sıcaklığı 100 oC’dir. Basınç bir miktar arttırılacak olursa, mesela 1.36 atm’e kadar kaynama sıcaklığı 105 oC’ye yükselecektir. Eğer suyun üzerindeki basıncı düşürürsek, mesela 500 mmHg’ye (bu vakumdur) kadar indirecek olursak, sıcaklık 72 oC’ye düşecektir. Basinç daha da düşürülecek olursa, kaynama sicakliginin daha da düştügü görülecektir.
4.Tesisin Genel Tanıtımı Ve Çalışma Prensibi
Tatlı su jeneratörü (fresh water generator) olarak da adlandırılan vakumlu tip evaporatör şu ana parçalardan meydana gelmektedir:
I. Isı Değiştirici (Heat exchanger)
II. Seperatör Muhafazası (Seperator shell)
III. Kondenser (Condenser)
IV. Ecekter (Ejector)
V. Ecekter pompası (Ejector pump)
VI. Distile pompası (Distillate pump)
VII. Elektrikli Salinite İndikatörü (Electrical salinity indicator)
VIII. Solenoid Valf (Solenoid valve)
IX. Su Sayacı (Water meter)
X. İlaçlama Ünitesi (Chemical injection unit).
Diesel makinelerinde soğutma amacıyla ceket ve kaverde dolaşan soğutma suyunun makineden çıkış sıcaklığı yaklaşık olarak 60-80 oC civarındadır. Bu sıcaklıktaki soğutma suyunun bir kısmı evaporatördeki ısı değiştiricisinin borularından geçer. Bu sayede borular içerisinden geçen deniz suyuna ısısını verir. Daha sonra ecekter pompasının bastığı basınçlı deniz suyu, ecekterin içinden geçerken, bir devre aracılığıyla evaporatör gövdesine (shell) bağlı olduğundan, evaporatör içerisinde bir vakum meydana getirir ve bu vakum sayesinde de 35-40 oC’lik düşük bir sicaklikta deniz suyu buharlaşmaya başlar.
Isı değiştiricisinde (Heat exchanger) üretilen buhar, bir deflektörden geçerek kondensere gider. Burada kondenser içerisinden geçen deniz suyu vasıtasıyla yoğuşturulur. Kondenser içindeki yoğuşturulamayan gazlar ve hava yine ecekter vasıtasıyla ortamdan uzaklaştırılır. Böylece kondenser içinde vakumu yüksek tutmak mümkün olur.
Ecekter ısı değiştiricisinde buharlaşmayan tuzlu suyu (braynı) seperatör çıkışından alır ve bordaya sabit olarak disçarc eder. Ecekter pompası (ejector pump) santrifüj tipi bir pompadır, kondenser içindeki yoğuşturulamayan gazları, havayı ve shellde biriken braynı evaporatörden uzaklaştırması için deniz suyunu ecektere basar. Distile pompası da aynı şekilde, evaporatör kondenserinden elde edilen tatlı suyu çekip, yeni tatlı su tankına basan bir santrifüj pompadır.
Evaporatörün Operasyonu
1. Evaporatör ünitesinin içinde herhangi bir materyalle kaplanmış yüzeylerde kesinlikle kaynak yapılmasına ya da ateşle yapılacak herhangi bir işleme izin verilmemelidir.
2. Kondenser borularını ve boru aynalarını (plate) korozyon ve erozyondan korumak için aşağıdaki işlemler mutlaka düzenli bir şekilde yapılmalıdır.
A. Evaporatörün devreye alınması ve çalıştırılması sırasında, kondenserin soğutma suyu giriş valfi sonuna kadar açılmalıdır, kondenserden geçecek soğutma suyu miktarı, soğutma suyu çıkış valfi regüle edilerek ve karşı basınç minimum 0.0019 Mpa (0.2 kg/cm2) olacak şekilde ayarlanmalidir.
B. Bunun yanında soğutma suyu çıkış valfi, soğutma suyunun kondensere istenen giriş ve çıkış sıcaklıklarını sağlayacak şekilde de ayarlanmalıdır.
C. Kondenser kaveri üzerindeki anod koruyucuları (anode protecters), her altı ayda bir kontrol edilmelidir.
3. Isıtma borularında kışır oluşumuna izin vermemek için aşağıdaki işlemler uygulanmalıdır:
A. Fid suyu basıncı, basınç geyicinin üzerinde belirtilen yeşil bölge sınırı içinde tutulmalıdır.
B. Evaporatörün kapasitesi, belirtilen sınırda ya da daha düşük tutulmalıdır.
Evaporatörün Çalıştırılması
Çalıştırmadan önce, aşağıda belirtilen valfler kapatılmalıdır:
Isı değiştiricisinin (heat exchanger) ceket soğutma suyu giriş ve çıkış valfleri
Vakum kırıcı valf
Distile pompasının (tatlı su pompası) çıkış valfi
Isı değiştiricisinin fid suyu (besleme suyu) giriş valfi
Dip blöf valfi.
Bu işlemler gerçekleştirildikten sonra;
1) Kondenser soğutma suyunun giriş ve çıkış valfleri açılarak, kondenser borularına deniz suyu girişi ve çıkışı sağlanmalıdır.
2) Ecekter pompası çalıştırılmalı ve pompa çıkış valfi ve bordaya disçarc valfi açılmalıdır.
3) Besleme suyu valfi açılmalı ve ısı değiştiricisine deniz suyu girişi sağlanmalıdır. Isı değiştiricisine verilecek su miktarı, orifisin önündeki geyçten okunabilir. Bu miktar geyç üzerinde gösterilen yeşil bölgenin sınırları arasında olmalıdır.
4) Evaporatör içerisindeki vakum yaklaşik olarak 70 cmHg (-0.092 Mpa) oldugu zaman, isi degiştiricisine giden ana makine ceket sogutma suyu giriş ve çikiş valfleri açilmalidir. Ceket sogutma suyu çikiş valfi, isi degiştiricisinin aniden aşiri isinmaya maruz kalmamasi için yavaş yavaş açilmalidir.
5) Isı değiştiricisi keysinin üst tarafındaki hava firar musluğu ana makine ceket soğutma suyunun ısı değiştiricisinden her geçişinde açılmalı ve keys içerisindeki hava tamamen disçarc edildikten sonra kapatılmalıdır.
6) Elde edilecek olan tatlı suyun saflık miktarını kontrol edebilmek için salinite alarmı çalıştırılmalıdır.
7) Elde edilen tatlı suyun, distile pompası alıcı devresi üzerinde bulunan tesviye şişesinde yükselmeye başladığı görüldüğünde distile pompası çalıştırılmalı ve pompa kapasitesi pompanın çıkış valfinden ayarlanmalıdır. Eğer distile pompasının disçarc basıncında herhangi bir anormallik yoksa, seviyenin sabitlenmesine gerek yoktur. Normal disçarc basıncı 0.137-0.216 Mpa (1.4-2.2 kg/cm2) arasındadır.
Sabit tatlı su miktarı ayarı yapıldıktan sonra, deniz suyu sıcaklığı düşebilir ve bu nedenle üretilen tatlı su miktarı da artabilir. Doğal olarak distile pompasının giriş tarafında da su seviyesi yükselecektir, üretilen su kondenser içinde birikecektir, bu yüzden de efektif ısıtma yüzey alanı küçülecek ve evaporasyon miktarı düşecek ve normal operasyon koşulları doğal olarak sağlanmış olacaktır.
Kapasite Ayarı
Evaporatörün kapasitesi, ısı değiştiricisine giren ana makine ceket soğutma suyunun miktarının arttırılması ya da azaltılması vasıtasıyla ayarlanmaktadır.
Tesisin kapasitesi evaporatörün distile pompasının çıkışında bulunan su sayacı (water meter) aracılığıyla ölçülmektedir. Ana makine ceket soğutma suyu miktarı, sistem nominal kapasitesine ulaşıncaya kadar tatlı su kuleri, by-pass valfi kullanılarak ayarlanmalıdır.
Ana makine ceket soğutma suyunun sıcaklığı istenilen değerlerin altında ise ısı değiştiriciden geçen ceket soğutma suyu miktarı arttırılmalıdır. Bu sayede fazla sıcaklık farkı önlenmiş olur.
Kondensere sağlanan soğutma suyu sıcaklığı öyle ayar edilmiştir ki, kondenser borularından geçtiği zaman soğutma suyu sıcaklığı bir miktar yükselir.
Evaporasyon sıcaklığı yaklaşık olarak 45 - 60 oC arasındadır. Eğer deniz suyu sıcaklığının düşük olmasından dolayı evaporasyon sıcaklığı düşükse, vakum kırıcı valf, bir miktar açılmalı veya evaporasyon sıcaklığını yükseltmek için kondenser deniz soğutma suyu miktarı (debisi) düşürülmelidir.
Şayet deniz suyu sicakliginin yüksek olmasindan dolayi evaporasyon sicakligi çok yükselmişse, evaporasyon sicakligini düşürmek için kondensere gelen deniz suyu miktari arttirilmalidir.
Çok yüksek evaporasyon (kaynama) sıcaklığı ısı değiştiricisi borularında kışır oluşturma riskini arttırır. Çok alçak evaporasyon sıcaklığı ise, elde edilen distile suyun içerisine tuz moleküllerinin karışmasına sebep olur.
Stop Etme
Gemi limana geldiği zaman evaporatör stop edilmelidir. Çünkü böyle yerlerde deniz suyu içerisinde bulaşıcı bakteri ve mikroplar olabileceğinden, bu zararlı bakteri ve mikropların üretilen tatlı suya karışma tehlikesi mevcuttur.
Bu yüzden limanda bulunulduğu zaman zarfında kullanmak için tatlı su tanklarında yeteri kadar suyun olması amacıyla zamanında önlem alınmalıdır. Yani limana gelmeden önce tanklara limanda kalış süresi boyunca yetecek suyu depo etmek gerekmektedir.
Evaporatör stop edilmeden önce, ana makine soğutma suyu by-pass valfi ilk önce açılmalı, ondan sonra da ısı değiştiricisinin giriş ve çıkış valfleri kapatılmalıdır.
Belirtilen giriş valflerini kapayarak, isi degiştiricisindeki deniz suyunun kaynamasi azalacak ve isi eksikliginden dolayi düşmeye başlayacaktir.
Sistemi stop etme sırası şöyle devam eder:
1) Distile pompası stop edilir ve çıkış valfi kapatılır
2) Salinite alarmı kapatılarak, devre dışı bırakılır
3) Besleme suyu valfi kapatılır
4) Ecekter pompası stop edilir
5) Kondenserin giriş ve çikiş valfleri kapatilir
6) Vakum kırıcı valf açılır
7) Ecekter pompasının alıcı valfi kapatılır ve bordaya disçarc valfi açılır.
Isı değiştiricisini soğutmak için bir miktar besleme suyu ısı değiştiricisine verilmelidir.
Cihazın uzun süre kapatılması durumunda ısı değiştiricisinin dibindeki blöf valfi açılarak, ısı değiştiricisinden deniz suyu dreyn edilir.
Evaporatörün çalışmadığı zamanlarda ceket soğutma suyu ısı değiştiricisinden geçirilmemelidir. Şayet ısı değiştiricisinde besleme suyu yoksa, bu durumda ısı değiştiricisinin borularında kışır meydana gelir.
Aynı şekilde gemi karaya yakın bir yerde veya limandayken kondenserden deniz suyu sirküle ettirilmemelidir. Bu durumda deniz suyu içerisinde bulunan yabancı maddeler kondenser borularını tıkayabilir.
Çalışma Sırasında Dıkkat Edilecek Hususlar
I. Kapasite Ayarı Konusunda Dikkat Edilecek Hususlar
Evaporatörün kapasitesinde yapılacak olan herhangi bir ayar, kapasite ayarı konusunda da belirtildiği gibi ısı değiştiricisine giren ana makine ceket soğutma suyu miktarını ayarlamak suretiyle yapılmalıdır. Örneğin, evaporatörde hava girişini sağlayarak, vakumu düşürmek suretiyle ya da kondenserden geçen deniz soğutma suyunun miktarını değiştirerek, kapasite ayarı yapılmamalıdır.
Isı değiştiricisine giren ana makine ceket soğutma suyunun miktarının ayarı by-pass valfi veya şayet evaporatör tatlı su kulerine paralel olarak bağlı ise tatlı su kulerinden önceki valf yardımıyla sağlanmalıdır.
Evaporatörün boruları temizlendiğinde, üretilen tatlı su miktarının, sistemin belirtilen normal kapasitesinin üstüne çıktığı görülse de tavsiye olunan, kışır oluşumu tehlikesi nedeniyle sistemin belirtilen distile kapasitesinde veya daha düşük kapasitede çalıştırılmasıdır.
II. Kondenserde Dikkat Edilecek Hususlar
Isı değiştiricisinde üretilen tüm buharın yoğuşmasını sağlayabilmek için kondensere mümkün olduğunca çok ve soğuk deniz suyu gönderilmesi gerekmektedir. Bunun yanında kondensere giren deniz suyunun giriş ve çıkış sıcaklığı arasındaki fark kontrol edilmeli ve giriş ve çıkış valfleri aracılığıyla miktarı ayarlanmalıdır.
Deniz suyunun kondensere giriş ve çikiş sicakligi arasindaki fark normal koşullarda 6 oC ile 10 oC arasında olmalıdır. Deniz suyu sıcaklığı yaklaşık 30 oC ve üzerinde olduğunda, kondenser daha fazla deniz suyu girişi sağlanmalıdır. Bu nedenle kondenser, yaklaşık 4 oC ile 5 oC’lik sıcaklık farkında çalıştırılmalıdır. Fakat, bu durumda, çok büyük miktarda deniz suyu sağlanarak, tabii olarak kondenserdeki basınç düşüşü artacağından dikkatli olmak gerekmektedir. Debinin artması durumunda kondenser borularından geçen suyun hızı artacağından, borularda kavitasyondan dolayı aşınmalar olabilir.
Bu sebeplerden dolayı, cihazın düşük kapasitede çalıştırılması tavsiye edilir.
III. Kondenserden Geçen Soğutma
Deniz Suyu Miktarının Hesabı
D : Üretilen tatlı su (distile) kapasitesi (Ton / Gün)
t (1) : Soğutma deniz suyunun kondensere giriş sıcaklığı
t (2) : Soğutma deniz suyunun kondenserden çıkış sıcaklığı
Q : Soğutma deniz suyunun kapasitesi (Ton / saat)
Q = D x 22,4 / (t (2) - t (1) )
Bu formülle ilgili referans olarak seçilen Sasakura Atlas KM 20 evaporatörünün değerlerini kullanırsak;
D : 20 Ton / Gün
t (1) : 32 oC
t (2) : 42 oC
Q : ?
Q = 20 x 22,4 / ( 42 - 32 )
Q = 44,8 Ton / saat
Kondenser borularından bir saatte geçecek soğutma deniz suyu miktarı 44,8 Ton’dur.
EMİCİ SOĞUTMA SİSTEMLERİ
6-1: Giriş
1
Emici soğutma sistemi ilk kez, bir Fransız olan Ferdinand Carre tarafından düşünülmüştür. İlk uygulama yeri ise Amerika Birleşik Devletleridir. (1860) Kuzcy-Güney savaşlarının devam et¬tiği yıllarda, doğal buzun savaş koşullarında temin edilmesi tehlikeye girince; Federal Devlet, Ferdinand Carre'in tasarladığı soğutma sistemine hemen dört elle sarılarak sistemi derhal uy-gulamaya koymuştur. j j *
6-2: Emici Soğutma Sisteminin Temel Elemanları
a- Bu sistemlerde kullanılan soğutan maddeler; Su-Amonyak ve Subuharı-Lityumbromür gibi karışımlardır. Burada su emici rol oynamaktadır. Suyun amonyakla olan ilgisi, bu sistemin ya-ratılmasına neden olmuştur. Bilindiği gibi, su, amonyağı sıcak ve içten bir arzuyla kabul eder. Bu kabullenme soğuk ortamda daha çok, sıcak ortamda ise daha azdır.
b- Emici sistemlerde de, buhar sıkıştırmalı sistemlerde olduğu gibi; yoğuşturucu, bu-harlaştıncı ve genişleme valfı kullanılır. Bu temel çevrim elemanlarının görevleri bu sistemde de değişmemektedir.
c- Sistemin temel elemanların biri de emici ünitedir. Bu ünitede soğutucu maddeler birbirine kavuşur. Örneğin su ve NH3'ün buluşma yeri bu ünitedir.
d- Diğer temel eleman Generatör denen birimdir. Soğutan karışıma, burada ısı verilir. Böylece bu maddeler burada birbirinden koparak yolları ayrılır. Fakat "tilkinin dönüp dolaşacağı yer kürkçü dükkanıdır" örneği, bu maddeler de, neticede yeniden emici ünitede biraraya gelirler.
e- Sistem üzerinde bulunan bir pompa ise, emici ünitedeki soğutan maddeyi alıp Ge-neratörden dolaştırır.
Şekil ; 6-1 Emici soğutma sistemi
Şekil: 6-1 Emici soğutma çevriminin temel elemanlarını ve çalışma düzenini göstermektedir.
Emici birimdeki soğutan karışım maddeleri, su ile soğutulup sıcaklığı düşürülüyor. Böylece soğuk ortam etkinliği artırılıp emici ve soğutan maddenin (Örneğin emici olarak H2O ve soğutan olarak NH3) daha yüksek konsantrasyonda bir arada bulunmaları uyarılmış olur. Bir pompa, bu soğutan eriği, Generatör denilen ve dışardan (Q) ısı enerjisi verilen üniteye iletmektedir. Verilen (Q) enerjisi, soğutan eriğin entalpisini yükseltir. Karışımda, örneğin entalpisi yükselen (NH3) sudan kopmak /.orunda kalır. Böylece sıcaklığı ve basıncı yükselen (NH3), yoğuşturucuda sıvı faza dönüştürülerek genişleme valfından alçak basınç bölgesine gönderilip burada hedef alınan soğutmayı gerçekleştirmesi sağlanmış olur. Buharlaştırıcı çıkışında soğutan madde doymuş buhar halindedir.
Generatörde (NH3)'ün H2O'dan ayrılması nedeniyle, geri kalan çözelti amonyakça zayıf bir çözeltidir. Bu zayıf çözeltinin, emici üniteye iletilerek buharlaştırıcıdan gelen NH3 ile karşılaşıp birbirinin içinde eriyen kuvvetli bir karışım meydana gelmesine izin verilir. Generatörden emici üniteye dönen çözelti, su miktarı bakımından oldukça yüksektir.
Şekil: 6-1 de görülen Generatör, izah edildiği gibi soğutan maddeye (Q) ısısının verildiği yer-dir. (Q) ısısının verilmesi çeşitli şekillerde olabilir. Örneğin, kızgın su veya buhar dolaştırılarak (Q) ısısı verilebilir. Sisteme bu yolla enerji verilmesi için kızgın su veya buhar kazanı kullanılır. Baca gazlarının yeterli sıcaklıkta olması halinde, sanayi kuruluşlarında yardımcı bir baca kazanı kullanarak enerji gereksinimi karşılanabilir.
Generatörden soğuk üniteye (emici ünite) geri dönen zayıf çözeltinin olanaklar elverdiğince soğuk olması, bu ünitede eritici ve soğutucu maddalereni kuvvetli bir çözelti oluşturması ba-kımından şarttır. Bu nedenle zayıf çözeltinin aynca soğutuluraka sıcaklığının düşürülmesi gerekir.
Sistem şemasından da anlaşıldığı gibi, çevrim esnasında çeşitli karışık olaylar meydana gelmektedir.
6-3: Su-Amonyak Emici Soğutma Sistemi
Şekil : 6-2
Emici soğutma sisteminde ençok kullanılan H2O - NH3" eritici ve soğutucu çözeltisidir. Bu sis-temde eriten madde su, soğutan madde amonyaktır. Derin soğutma gereksiminin olduğu sanayi kuruluşlarında bu sistem oldukça yaygın bir şekilde kullanılmıştır. Son zamanlarda "Lit-yumbromür - su" çözeltileri de benzer şekilde çeşitli yerlerde kullanılmaktadır.
Şekil: 6-2 (a) da bir kap içerisinde doymuş "amonyak-su" çözeltisi ile, çözelti üzerinde "amon-yak-su buharı" karışımı görülmektedir. Burada P! basıncı altında ve (T]) sıcaklığındaki çözelti ve buhar, denge halindedir.
CJ
Şekil: 6-2 (b) de görüldüğü gibi sisteme dışardan (Q) ısı enerjisi verilmektedir. Böylece çö-zeltiden, verilen enerji miktarına göre bir kısım NH3 buharlaşarak ayrılır. Doğaldır ki buhar böl-
1 n ı 1 r» ı "1
gesının basıncı, PT den P2 ye yükselmiş olur.
Şekil: 6-2 (c) de ise, çözelti soğutulmaktadır. Oluşturulan soğutmaya paralel olarak, buhar böl-gesindeki NH3'ün, çözelti içinde erimesi artmış oluyor. Piston, sistemi sürekli dengede (basınç olarak) tutmaktadır.
"Amonyak-Su" karışımlarının buhar ve sıvı özelliklerini gösteren diyagramlarda ordinat, sı-caklığı; apsis ise sıvı-buhar konsantrasyonunu gösterir. Bu diyagramların düzenlenip ge¬liştirilmesi hususunu Kohloss, F.H, Jr ve G.L. Scott'a borçluyuz.
Şekil: 6-3'te böyle bir diyagram gösterilmiştir. Bu diyagramda; Apsis (x') Do ymuş sıvıda ağır¬
lıkça (NH3)miktarını, yani (NH3) konsantrasyonunu,
ordinat (t) sıcaklığı °C,
Pd Doyma basıncını (mutlak basınç)
İb Doymuş buhar entalpisini
İs Doymuş sıvı entalpisini
%' Buhar karışımmdaki (NH3) konsantrasyonunu ifade eder.
Şekil : 6-3 NH3- H2O diyagramı
Burada kullanılan notasyonlardaki birimler ise;
J
Pd Kg/cm?
jb Kcal/kg - Buhar
k Kcal/kg-Sıvı
X" KG NH3/Kg buhar
X' KgNH3/kgsıvı dır.
Örnek Problem: 6-1
.
Soğutma gücü 100 ton olan ve (amonyak-su) ile çalışan bir emici sisteminde; emici ünite, Ge-
neratör ve yoğuşturucudaki ısı enerjisi miktarı hesaplanacaktır.
j ^ ' ı
Generatör sıcaklığı (yoğuşma sıcaklığı) 100 °C
Yoğuşturma basıncı 10 Kg/cm2
Buharlaşma basıncı 2 Kg/cm2
n \ 1 1 1 - 1 n ıv-
Buharlaşma sıcaklığı -10 UC
Emici ünite sıcaklığı 30 °C
Hesabın kontrolü için sistemdeki ısı dengesini yazalım.
QGen.+ 100 X 50,5 = Q(Em) + Q(Yoğ)
20155 + 5050- 19130 + 6187 veya 25205-25317 çıkar.
Neticeler birbirine pek yakın çıkmıştır. İhmal edilebilecek bir fark vardır.
6-4: Emici Sistemde Arıtan Ünitesi
Amonyak veya Lityum Bromürün GeneratÖrden sonra, olanaklar elverdiğince sudan te-mizlenmiş olarak devreye sevkedilmesi, sistemin verimini artırması bakımından önemlidir. Aşa-ğıdaki şekil; Generatörde basınç ve sıcaklığı yükseltilmiş olan "critici-soğutan madde" bu-harlarının generatörden sonraki iletim tekniğini ve su buharının, soğutan buharından nasıl yoğuşup ayrıldığını göstermektedir.
Şekil : 6-7 Emici sistemde arıtım işlevi
Generatörden arıtan ünitesine gönderilen soğutan buharları içinde, bir miktar su buharı blu-nabilir. Şekildeki gibi arıtan ünitesine yoğuşturucu levhalardan geçen su buharı, (NH3) bu-harından ayrılıp tekrar Generatörc dönmektedir. Isı değiştiriciden ve bir miktar da yo-ğuşturucudan arıtan ünitesine gönderilen gaz, arı tandaki akışkanı kısmen soğutmuş oluyor. Su ve soğutan maddenin örneğin, NH3'ün kaynama noktaları oldukça farklı olması nedeniyle, su buharı yoğuşarak birikir.
6-5: Emici Sistemde Isı Değiştirici
Sistemin soğutma tesiri (etkinliği), emici ünitedeki kuvvetli eriğin sıcaklığının düşük ve Ge-neratörde ise sıcaklığın yüksek olmasını gerektirir. Emiciye dönen zayıf çözeltinin sıcaklığının düşük olması ise, arzu edilen bir durumdur. Isı değiştirici bu maksatla; emici ünite ile Generatör arasında, Generatörden dönen yüksek sıcaklıktaki zayıf çözeltinin ısısını, emiciden sevkedilen düşük sıcaklıktaki kuvvetli çözeltiye vererek görev yapar.
Şekil: 6-9 de görüldüğü gibi emiciden (tA) sıcaklığında çıkan kuvvetli çözelti, (tc> sı-caklığındaki zayıf çözeltiden ısı alarak (tB) sıcaklığında ısınmış olarak Generatöre girer. Böylece zayıf çözelti ısı kaybederek (tD) sıcaklığına düşer. Zayıf çözeltideki sıcaklık düşmesi;
At= tc - îd ve
kuvvetli çözeltideki sıcaklık artması ise
At= tB - IA olur.
'*
Görüldüğü üzere, ısı değiştiricide ters bir akım hüküm sürmektedir. Bilindiği gibi ters veya zıt akımlar, daha büyük sıcaklık farkı sağlar. Zayıf çözelti, yüksek sıcaklıkta olup, kuvvetli çözeltiye ısı vererek,
At1 = tc - tD sıcaklık farkı oluşturarak çıkar.
Kuvvetli çözelti, ısı değiştiricide ısı alır.
Bu akış esnasında (AK) gibi en küçük bir sıcaklık farkı ile (Ab) gibi en büyük bir sıcaklık farkı var ir.
A — -t- t İ\K ~ İD 'A
Ab = tc - TB yazabiliriz.
Grashof tarafından belirlenen ifadeye göre ısı alışverişinde ortalama sıcaklık farkı;
Al/ -, &l\
Am(0rt)=Ab—^ = Ab.f A dir.
Ln— Ab
AK
Buradan — = f (^) olur. Yani — bölümü — nin bir fonksiyonudur. Her iki çö-
Ab Ab Ab Ab
zel tinin sıcaklık değişimleri pek büyük ve Önemli bir seviyede gerçekleşmiyorsa, (Am) değeri için;
Tp+ÎR İA+tD
Am = ——5 - ——= yazılabilir.
2 2
Şekil: 6-10 CAm) Grafiği
Şekil: 6-10'daki kesik çizgiler (JH) nin yaklaşık değerlerini göstermektedir. (*)
Ab
* Grafik H. Rietschle - W. Raiss, tarafından yazılan, Uğur KÖKTÜRK'ün "Isıtma, Ha¬
valandırma ve İklimlendirme" tercüme kitabından alınmıştır.
F = 0,384 m2 bulunur.
6-6: Emitici sistemde Ön yoğuşturucu
Şekil: 6-12 Ön yoğuşturucu
Şekil: 6-12 de görülen ön yoğuşturucu, arı tandan gelen soğutucu gazı kısmen yoğuşturup tek-rar arıtana iletmektedir. Böylece ana yoğuşturucuya giden gaz bir hayli soğumuş olur. Aynı za-manda bu gazın konsantrasyonu oldukça yükselmiş bir duruma gelir. Ön yoğuşturucu, ayrı bir devreden suyla veya soğurucu bir eriyik yardımıyle soğutulur.
Şimdi, geliştirilmiş bir emici sistemin temel ve yardımcı elemanlarını yazalım.
A - Generatör
B - Ön yoğuşturucu
j CJ *
C - Ana yoğuşturucu D - Sıvı toplayıcı
•*
E - Genişleme valfı
»
F - Buharlaştırıcı
3
G - Emici ünite
H
- Pnrrma l VJlllL/Cl
İ - Basınç kontrol valfı
1
K - Isı değiştirici
<•
Şekil: 6-13 geliştirilmiş bir emici soğutma sistemini göstermektedir. Burada; temel sisteme arı-tan, ön yoğuşturucu ve ısı değiştirici eklenmiştir. Arıtan ve ön yoğuşturucuda soğutan gazın kon-santrasyonu zenginlcştirilmektedir. Bu iş, karışımdaki su buharının yoğuşturulup ayrılması ile olur. Böylece, ana yoğuşturucuya giden soğutan gazın saflığı, %100'e oldukça yaklaşması sağ-lanmaktadır.
Daha önceki paragrafta da izah edildiği gibi; ısı değiştirici, Generatör ile emici arasında görev yaparak, zayıf çözeltinin ısısını kuvvetli çözeltiye iletiyor. Burada ısı trafiğini yönlendiren ısı de-ğiştirici, işletme verimini artırması ve ayrıca Generatöre giren çözeltinin sıcaklığını yükseltmesi bakımından da ekonomiktir.
Buharlaştmcıda kaynama ve buharlaşmağa terkedilen soğutan maddenin içinde ne kadar az su bulunursa, soğurma etkinliği o kadar büyük olur. Bu nedenle ön yoğuşturucüdan itibaren do-laşımdaki su buharının en düşük bir seviyede olması, arzu edilen ve zorunlu olan bir durumdur.
/\ I Tl 1 l f t
Örnek Problem: 6-3
Bir amonyak- Su emici soğutma sisteminde generatör çıkış sıcaklığı 97,5 °C ve yoğuşturma ba-sıncı 12,5 kg/cm2'dir. Gcneratörle yoğuşturucu arasına konulan ön yoğuşturucu, soğutan bu-harlarını 54 °C'ye kadar düşürmektedir.
Bu verilere göre ön yo ğuş turu cüdan çıkışta, Amonyak konsantrasyonu belirlenecektir.
Çözüm:
Şekil :6-14 Çözüm : 6-3
tGenerotör =tg=97,5°C
P,, - P = 19 ^ krı/rm2
rYoguşma ry '***•> ^y/1-'11
+ .. __ +_ —c. A ÖP
'Onyoğuşrna — 'O.Y.— ~~>^ ^
Amonyak-su karakteristik diyagramından yararlanarak; (A) noktası için;
Py= 12,5 kg/cm2
l _ 97^5 OQ y
6-7: Electrolux Emici Sistem
Şekil: 6-15 Electrolux emici sistem
İsveçli Cari Munters ve Baltzer Von Platen tarafından geliştirilen ve hiçbir mekanik girdisi ol¬mayan bu sistemdeki dolaşım, dışardan verilen Q ısısı tarafından sağlanmaktadır. Şekil: 6-15'te sistemin temel elemanları ile, dolaşım yolları gösterilmiştir. Sistem Su-Alkol eriği ile çalışabildiği gibi Su-Amonyak eriği ile de çalışabilir. Sistemde ayrıca, buharlaştırıcı ve emici ünite arasında dolaşan H2 gazı vardır.
Buharlaştırıcıbasıncı=PNH3+PH2 kg/cm2 değerindedir.
H2 ga/.ı burada, soğutan maddenin emiciye taşıyıcı görevini yapıyor. Sisteme verilen Q ısısı kuvvetli çözeltinin buharlaşmasını sağlamaktadır. Arıtan ünitesinde eritici ve soğutan buharları birbirinden ayrılmıştır. Zayıf çözelti ve soğutan gaz, toplayıcıda biriktikten sonra tekrar Ge-
1" 1 J-
neratore dönmektedir.
Sistemin yüksek basınç bölgesinin toplam basıncı = Soğutan gazın kısmi basıncı + su buharı kısmi basıncı.
Buharlaştırıcıya giden soğutan maddenin kismî basıncının az olması nedeniyle burada soğu¬
ma gerçekleşir, yoğuşturucu kesimde H2 gazı yoktur. Şekilde görülen "\ f/ vani LJ kıvrımları
H2 gazının alçak basınç bölgesinden sızmasını önlemektedir.
Generatörde, sisteme verilen Q ısısı, tüp gaz, hava gazı, odun, kömür gibi yakacak mad-delerinden sağlanabilir. Bu nedenle, elektriğin olmadığı yerlerde bu sistemle soğurma oluş-turulabilir. Özellikle kırsal kesimdeki evlerde, bu uygulamadan yararlanmak mümkündür.
6-8: Lityum Bromür-Su Emici Sistemi
Lityumbromür, suya karşı çekici özelliği fa/la olan bir tuzdur. Bu sistemde Lityum bromür eritici, su ise soğutucu görevini yapar.
Şekil : 6-16
Şekil: 6-16'da bir Lityumbromür-Su emici sistemi gösterilmiştir. Şekilden de anlaşıldığı gibi sis¬tem, Amonyak-Su emici sistemi gibi düzenlenmiştir, burada emici üniteye dönen çözelti, NH3-H20 sisteminin aksine, kuvvetli çözelti kara k ter indedir. Generatörde ısı verilen eriyikten, su bu¬harlaşarak ayrılır. Lityum bromürün ise burada buharlaşması söz konusu değildir. Bu nedenle su buharı konsantrasyonu %100'dür. Generatörde suyun buharlaşması sonucu, Lityum-Bromürce zen¬gin çözelti, emici üniteye döner ve buharlaştırıcıdan dönen su buharını bekler. Emici ünitede Lit-yumbromürün ve suyun iyi bir çözelti oluşturması için, soğutma sağlanarak belli bir QE enerjisi di-
şan atılır. Suyun O °C de donması, buharlaştırıcıda ancak sınırlı bir soğutmaya izin verir. Bu ne-denle bu tür sistemler daha çok havalandırma-İklimlendirmc gibi konfor sistemlerinde kullanılır.
Toprak alkali metallerden olan Lityum, tuz halinde, havadan nem kapar. Yani bu metalin suya karşı ilgisi fazladır. Lityum bromür tuzu, %30 su içerince sıvılaşarak eriyik durumuna geçer. Lityumbromürlü emici sistemlerde atmosfer altı basınç vardır. Dolaşımdaki su buharı; %100terniz olması nedeniyle, yoğuşturucu ve buharlaştırıcı gibi çevrim clemanlarmdaki ısı trans-feri hesaplarında su buharı cetvellerinden yararlanılır.
6-9: Geliştirilmiş LiBr-Su Fmici Sistemi
Seki!; 6-21 Geliştirilmiş Lityum-Bromür Emici Soğutma Sistemi
Modern bir emici sistemde; Generator ile yoğuşturucu, bir ünite içinde bulunur. Aynı şekilde emici ile buharla ş tırıcı da ana üniteyi meydana getirir. Sistemde görülen pompalardan biri Lit-yum Bromür-Su dolaşımını (B), diğeri de çevrimde soğuk kaynak suyunun dolaşımını sağ-lamaktadır. (A). LİBr'ün kaynama noktası suya göre yüksek olduğu için, Generatörde sadece su buharlaşır. Generatörde sıcak kaynak olarak düşük basınçta buhar kullanılabilir. Bu nedenle bir-çok sanayilerde işe yaramaz çürük buhar veya benzer nitelikte baca gazları, bu tip soğutma sis-temlerinde kullanılarak ekonomi sağlayabilir.
Şekil: 6-21 de görülen modern bir LiBr emici soğurma sisteminde farklı olarak, soğutma kulesi ve by-pass konrol valfı yer almıştır.
Şekilde görülen üç yollu by-pass kontrol valfı, dolaşımdaki soğuk kaynak suyunun sisteme giriş sıcaklığının sabit kalmasına yardım ediyor.
Şekil : 6-22 Modern ve Klasik Sistemlerin Mukayesesi
Şekil: 6-22 modern (yeni) ve klasik (eski) emici sistemdeki kapasite yüklenmesi durumuna göre, sisteme verilecek ısı enerjisi karşılığmdaki buhar tüketimini izah etmektedir. Görüldüğü gibi, yeni sistemdeki buhar tüketimi; eşit soğutma gücünde, eskiye oranla daha azdır. Yani yeni sistemler daha ekonomiktir. Grafikten de anlaşıldığı gibi uygulamada sistemin %10 kapasite ile çalışması mümkün değildir. %20 ile çalışması (yüklenmesi) ise, buhar tüketimi açısından bir hayli pahalı görünmektedir. Yeni uygulamada saatte ton başına 8 kg. buhar tüketerek en yüksek soğutma gücünü oluşturmak mümkündür.
Modern emici sistemde kararlı bir şekilde, soğutma gücünün O ile %100 arasında düzenli ve kontrollü olarak denetim altına alınabilir. Bu denetim; soğutma kapasitesi, buhar tüketimi ve bu-harlaştırıcı çıkış sıcaklığı otomatik bir disiplin altında tutularak sağlanır.
6-10: Emici ve Buhar Sıkıştırmalı Sistemlerin Karşılaştırılması
Herşeyden önce emici sisteme dışardan ısı şeklinde enerji verilmektedir. Buna karşılık; buhar sıkıştırmah uygulamada ise, dışardan sisteme mekanik bir iş veriliyor. Deneysel uygulamada, sa-atte ton başına emici sisteme verilen ısı enerjisi, yine saatte ton başına sisteme uygulanan sı-kıştırma işinden büyük görünmektedir.
Ne var ki, işin parasal yönü ele alındığında sadece bu duruma bakarak, buhar sıkıştırmah sis-tem dalıa ekonomiktir denemez. Daha önce de işaret edildiği gibi, bu tip sistemler çoğunlukla sa-nayi iş yerlerinde baca veya eg/ost buharlarından yararlanılarak çalıştırılmaktadır. Bazı buhar türbinli tesislerde, türbin çıkış buharları doğrudan yoğuşturucuya gönderilmesi yerine, bu buhar,
emici sistem için Generatörde bir ısı kaynağı olarak değerlendirilir. Böylece buhar tesisinde, ya yoğuşturucu ortadan kalkar veya boyutları küçük bir yoğuşturucu kullanılır.
Bugün, birçok konfor v.s. gibi maksatlarla gerekli şartlandırılmış hava tesislerinde (İk-Hmlendİrme-Havalandırma) lityum Bromür emici sistemleri kullanılmaktadır, öte yandan O °Cnin altındaki düşük sıcaklıkların üretilmesi gerekli olan yerlerde, örneğin petrol arıtma ve perro-kimya endüstrilerinde, Amonyak-Su emici sistemleri oldukça yaygın olarak uygulanıyor.
Emici sistemlerin önemli avantajlarından biri, sistemde mekanik hareketin pek az olmasıdır. Bu; bakım-onarım işlerinde rahatlık sağladığı gibi, yedek malzeme bulundurma sorununu en az seviyeye indirmesi bakımından da önemlidir. Ama herşeydcn önce, emici sistemlerin ekonomik olması, ucuz ve bol enerji kaynağının bulunmasına bağlıdır. Bu sistemlerde ısı enerjisi girdisi ne kadar kolay ve ucuz olursa, sistem o derece ekonomik olur.