Taşıtların atık ısılarından faydalanma

1. İÇTEN YANMALI MOTORLAR
Kullandığı yakıtın kimyasal enerjisini içinde gerçekleşen bir yanma olayı sonucu
mekanik enerjiye dönüştüren makinelere içten yanmalı motorlar denir İçten yanmalı terimi
yakıt enerjisinin açığa çıkarıldığı yanma olayının motorun içinde gerçekleşmesi nedeniyle
verilmektedir. Yakıtın kimyasal enerjisi, motorun içindeki akışkan gazlar olan yakıt-hava
karışımı ve yanına ürünü gazlar vasıtasıyla motorun dönel elemanlarına mekanik enerji olarak
aktarılır. Kimyasal enerjinin mekanik enerjiye dönüşümü, yanma olayı sonunda ortama
salınan ısı enerjisinin yanma odası içindeki akışkanın basıncını arttırması ve bu basıncın
pistona karşı iş yapması yoluyla olur. Şekil 1 de 4 zamanlı buji ateşlemeli bir motorun yanma
odası içindeki gaz basıncının yanma odası hacmi ile değişimini veren P-V diyagramı
görülmektedir. şekildeki (+) ve (-) işaretli alanların farkı, yanma odası içindeki gazların piston
üzerine yaptıkları net işi göstermektedir.
Şekil 1. Buji ateşlemeli bir motora ait P-V diyagramı
İçten yanmalı motorlar çoğunlukla 4 zamanlı motor çevrimine göre çalışırlar. “4
zamanlı motor çevrimi” terimi, bir çevrim esnasında her bir silindirin pistonunun AÖN ile
ÜÖN arasında 4 kez tam öteleme hareketi yapması nedeniyle verilmektedir.
Emme zamanı: Piston ÜÖN’ da iken başlar AÖN’ da iken sona erer. Bu zaman
süresinde dizel motorlarda taze hava, buji ateşlemeli motorlarda ise yakıt-hava karışımı
yanma odası içine açık olan emme valfinden emilir. Emilen miktarı artırmak için emme valfi
emme zamanının başlamasından biraz önce açılır ve bitmesinden bir az sonra da kapanır.
Sıkıştırma zamanı: Her iki valf kapalı iken, pistonunun ÜÖN’ ya doğru öteleme
hareketi yapmasıyla yanma odası içindeki karışım sıkıştırılır ve basıncı artar. Sıkıştırma
zamanının sonuna doğru yanma olayı başlatılır ve yanma odası içindeki basınç daha da
arttırılır.
1
Genişleme Zamanı: Piston UÖN’ da iken başlar ve AÖN’ da iken sona erer. Bu zaman
süresince yüksek basınç ve sıcaklıktaki gazlar pistonu aşağı iter ve krank milini dönmeye
zorlar. Sıkıştırma zamanında gazları sıkıştırmak için pistonun gazlara karşı yaptığı işin
yaklaşık olarak 5 katı kadar iş genişleme zamanında gazlar tarafında pistona karşı yapılır.
Piston AÖN’ ya yaklaştığında eksoz zamanı başlar ve yanma odası basıncı eksoz kanalı
basıncından yüksek olduğu için, bu basınç farkından dolayı gazların büyük bir kısmı eksoz
valfinden geçerek dışarı akar ve yanma odası basıncı eksoz kanalındaki basınç mertebesine
kadar düşer.
Eksoz zamanı: Eksoz valfinin açılmasıyla eksoz kanalından dışarı atılan yanma ürünü
gazlardan sonra yanma odası içinde kalan gazlarda pistonun AÖN’ dan ÜÖN’ ya doğru
hareketiyle eksoz valfinden geçmeye zorlanarak eksoz kanalından dışarı atılır. Piston ÜÖN’
ya yaklaşırken emme valfi açılır. ÜÖN’ dan hemen sonra eksoz valfi kapanır ve çevrim tekrar
başlar.
1.1. Motorlarda Isı Transferi
İçten yanmalı bir motorun yanma odası içindeki yanma ürünlerinin sıcaklıklar 2500oK
kadar ulaşabilmektedir. Yanma odası cidarlarını oluşturan metallerin çıkabileceği sıcaklıklar
bu değerlerin çok altındadır. Dolayısıyla, silindir kafası, silindir ve pistonun soğutulması
gereklidir. Isı, yanma ürünü gazlardan taşınım ve radyasyon yolu ile metal yüzeylere geçer.
Silindir cidarlarından iletilen ısı da taşınım yoluyla soğutma suyuna geçer ve radyatörden
taşınım ve radyasyon yolu ile atmosfere atılır. Yanma odası içinde bir çevrimde üretilen ısı
enerjisinin %20-30’u yanma odası cidarlarına geçer. Isı geçişi, emme zamanında yanma odası
cidarlarından yanma odası içindeki karışıma doğru olurken, diğer zamanlarda yanma odası
içindeki gazlardan yanma odası cidarlarına doğrudur. Isı transferi motorun performansını,
verimini ve eksoz gazı emisyonlarını etkilet Yanma odası içindeki belirli bir yakıt miktarı
için, yanma odası duvarlarına olan ısı transferinin artması, ortalama gaz sıcaklıklarını ve
basıncı düşürecektir. Bu da pistona bir çevrimde olan iş transferini azaltır. Şekil 1.1’de silindir
cidarından olan ısı geçişi ve sıcaklık gradyenleri gösterilmiştir.
Bir içten yanmalı motorun enerji dengesi, Şekil 1.2’deki bir şema yardımıyla
açıklanabilir. Net indike güç, mil gücü ve sürtünme gücünün toplamına eşittir. Sürtünme
gücünün önemli bir kısmı (yaklaşık yarısı) piston, segmanlar ve silindir cidarı arasındaki
sürtünmeden kaynaklanmakta ve soğutma suyuna ısı olarak verilmektedir. Sürtünme gücünün
kalan miktarı ise yataklar, valfler ve diğer dönen elemanlardan kaynaklanmakta ve yağa veya
çevreye ısı enerjisi olarak kaybedilmektedir (Qçev). Eksoz gazları tarafından taşınan entalpi
(enerji) şu bileşenlerden oluşur. Hissedilir enthalpi (%60), eksoz gazları kinetik enerjisi (%7)
eksik yanına (%20) ve eksoz sistemini oluşturan elemanlara verilen ısı (%12). Eksoz
sistemindeki elemanlara olan ısı kaybının bir kısmı çevreye radyasyon yolu ile dağılmakta
kalan ise soğutma suyuna gitmektedir. Dolayısıyla soğutma suyu tarafından taşınan ısı yanma
odası içindeki gazlardan yanma odası cidarlarına geçen ısıyı, eksoz zamanında eksoz valfi ve
kanalına geçen ısıyı ve sürtünme işinin önemli bir kısmını kapsamaktadır.
2
Şekil 1.1 Silindir cidarından olan ısı geçişi ve sıcaklık gradyenleri
Şekil 1.2 İçten yanmalı bir motor için enerji akış diyagramı my:yakıt
debisi,QA=Yakıtın alt ısıl değeri,Q:Yanma odası cidarlarına olan ısı transferi,H eksoz:Eksoz
gazlarının entalpisi, Pn.i:Net indike geç. Pm=mil gücü. Ps:sürtünme gücü. Pps:Piston sürtünme
gücü. Qs:Soğutma suyuna verilen ısı. Qs.eksoz:Eksoz sisteminde soğutma suyuna verilen ısı.
Heksoz.atm:Atmosfer atılan eksoz entalpisi. Heksoz.eks.yan.:Eksik yanmadan dolayı entalpi
kaybı,Qeksoz,rad.:eksoz sisteminden radyasyonla olan ısı kaybı, Eeksoz,kin.:Eksoz gazlarının
kinetik enerjisi, Qçeş:çeşitli enerji ve ısı kayıplarının toplamı
3
Şekil 1.3 Buji ateşlemeli bir motor için, enerji dengesinin motor hızı ile değişimsini
göstermektedir. Görüldüğü gibi, düşük hızlarda soğutma suyuna giden ısı enerjisi mil
gücünün 2.3 katına ulaşmaktadır.
DİZEL MOTORLARDA GÜÇ YAKIT TÜKETİMİ İLİŞKİSİ
350
0,54
300
0,52
ÜRETLİEN GÜÇ (kW)
250
200
0,48
150
0,46
100
VERÝM
GÜÇ
0,5
KULLANILAN YAKITIN
GÜCÜ (kW)
GÜÇ/YAKIT
0,44
50
0
0,42
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600
DEVÝR SAYISI
Şekil 1.4 Bir dizel motorun kullandığı yakıtın ne kadarını mil gücüne çevirdiği
görülmektedir.
Şekil 1.4 de 150KW gücünde bir Mercedes marka dizel motorun devir sayısına bağlı
olarak yakıt ve güç değişimi görülmektedir. Ayrıca yukarıdaki grafikte üretilen gücün yakıt
tüketimine bölünmesiyle de verim bulunmuş olur. Yukarıdaki diyagram ve aşağıdaki yüzde
değerleri incelendiğinde soğutama suyundaki ısı kaybı yanma sonucu oluşan toplam ısı
kaybının %27 ’ sidir. O halde soğutma suyunun ortalama ısı yükü maksimum torkun oluştuğu
devirde (1500 d/dak). 50 kW ‘tır.
4
Yanma sonunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmının soğutma ve yağlama
sistemiyle, yanmış eksoz gazları tarafından motordan uzaklaştırıldığını biliyoruz. Silindirde
yanan yakıtın oluşturduğu ısı miktarını 100 kabul edersek,bunların dağılımı aşağıdaki gibidir.
Fren beygir gücü (faydalı güç)..................................47
Soğutma suyu kaybı..................................................27
Eksoz gazları kaybı...................................................18
Sürtünmelere kaybolan...............................................8
2. SOĞUTMA ÇEVRİMLERİNİN TANIMLANMASI
Soğutma çevrimlerinden uygulamada en çok rastlananlar şunlardır.
1. Buhar Sıkıştırma Soğutma Çevrimi
2. Enjektör Soğutma Çevrimi
3. Hava Soğutma Çevrimi
4. Absorbsiyonlu Soğutma Çevrimi
5. Isı Pompası
Bunlardan buhar sıkıştırmalı ve absorbsiyonlu soğutma çevrimleri aşağıda anlatılacaktır.
2.1. Buhar Sıkıştırma Soğutma Çevrimi
En sık uygulanmakta olan ve rastlanan bu tip soğutma çevriminde; sıvı halden buhar
hale geçmekte olan soğutucu akışkanı içinde bulunduran bir Evaporatör (Buharlaştırıcı),
evaporatörde buharlaşan soğutucu akışkanı alçak basınç tarafından emerek yüksek basınç
tarafındaki kondensere basan bir Kompresör, soğutucu akışkandaki ısıyı alıp onu sıvılaştıran
bir Kondenser (Sıvılaştırıcı) ile sıvılaşan soğutucu akışkanın toplanabileceği bir Sıvı Deposu
(Receiver) ve soğutucu akışkanın evaporatöre yani alçak basınç tarafına ölçülü ve gereken
miktarlarda verilmesini sağlayabilen bir Ekspansiyon valfi (Genişleme Valfi) bulunmaktadır.
Aşağıdaki Şekil 2-l’de ise, Buhar sıkıştırma çevriminde sıkıştırma işlemini yapan
Kompresörün en sık rastlanan türü olan pistonlu kompresörlü basit bir soğutma sisteminin ana
elemanları gösterilmiştir.
Şekil 2.1 Buhar sıkıştırma çevriminin ana kısımları
5
2.2. Absorbsiyonlu Soğutma Çevrimleri
İlk defa Michael Faraday tarafından bir asırdan fazla bir zaman önce, Amonyağı (NH3)
yoğuşturma denemeleri sırasında keşfedilen Absorbsiyon prensibi, daha sonra bir soğutma
çevrimi olarak uygulanıp bundan yararlanılmaya başlanmıştır. Faradayın aşağıda gösterilen
deney aygıtı, Absorbsiyon soğutma çevriminin kavranması bakımından ilginçtir. Deneyin
birinci kısmında (1) Amonyağa karşı aşırı bir emiciliği olan, amonyakla doyurulmuş gümüş
klorür ısıtılırken deney tüpünün karşı ucu soğutma suyuna daldırılmış vaziyette tutulur. Kısa
süre sonra, deney tüpünün soğutulan ucunda amonyağın yoğuşarak birikmeye başladığı
görülür. Isıtılan uçtan amonyak tamamıyla soğutulan uca geçip sıvı halde toplandıktan sonra
deneyin ikinci kısmına geçilir. Isıtma işlemi durdurulup soğutma suyu alınır. Çok kısa bir süre
içerisinde, deney tüpünün soğutulan ucunda yoğuşup toplanmış olan sıvı amonyağın
kaynamaya başladığı ve tüpün bu kısmının aşırı derecede soğuduğu görülür. Bu olay, sıvı
amonyak tamamen buharlaşıp gümüş klorür tarafına taşınıncaya kadar sürer. Deney
tekrarlandığında aynı olayların tekrar oluştuğu görülür. Burada, Gümüş Klorür absorban
madde , Amonyak da soğutucu akışkan (soğutkan) madde rolünü oynamaktadır. Absorbsiyon
soğutma çevriminde de daima iki akışkan mevcuttur: (1) Soğutkan madde, (2) Absorban
madde. Yukarıdaki Faraday deney aygıtında, soğutma işleminin sürekli olmadığı hemen fark
edilecektir ve pratik uygulama için bunun giderilmesi gerekmiştir. Bugünkü absorbsiyon
soğutma çevrimlerinde soğutma işleminin sürekliliği mutlaka sağlanmıştır. Ayrıca, gümüş
klorür absorban madde, yerini daha bol bulunan ve ekonomik olan maddelere bırakmıştır.
Bugün en sık rastlanan Soğutkan (R) - Absorban (A) madde çiftleri şunlardır:
1) Amonyak (R) - Su (A) (Ayrıca hidrojen
Basınçlandırma için - Dalton kanunu)
2) Su (R) - Lityum Bromür (A)
3) Su (R) - Lityum Klorür (A)
4) Metilen Klorür (R) - Di metil Eteri (Tetra Etilen
Glikol in) (A)
Absorbsiyon soğutma çevrimiyle Buhar sıkıştırma çevrimi karşılaştırıldığında birçok
benzerlik hemen göze çarpmaktadır. Evaporatör (Buharlaştırıcı) ile Kondenser bu sistemde de
aynen mevcuttur. Kompresörün yerini bir jeneratör ile bir absorber almaktadır. Evaporatörden
gelen soğutucu akışkan buharları, içinde absorban madde bulunan bir hücreye girerek
absorban madde tarafından mas edilir. Soğutucu madde ile zenginleşen karışım jeneratör
bölümüne sevk edilerek burada ısıtılır ve soğutucu madde daha yüksek basınca buharlaştırılır.
Absorban madde, zayıf solüsyon durumunda tekrar absorbe edilme hücresine dönerek
soğutucu maddeyi mas etme görevini tekrarlar.
6
2.2.1. Uygulamadaki Absorbsiyonlu Soğutma Çevrimi
Absorbsiyonlu soğutma çevrimleri, birinci ve ikinci olarak adlandırılan, iki farklı
akışkanla ve ısı enerjisi ile çalışan sistemlerdir. Buharlaştırıcıda buharlaşan gaz birinci
akışkan olup, soğutucu görevi yapmaktadır, bu akışkanın çevrimi gerçekleşebilmesi için
ikinci bir akışkan tarafından yutulması (absorbe edilmesi) gerekir.
Tek kademeli absorbsiyonlu soğutma çevrimlerinde, alçak basınçtaki soğutucu akışkan
buharları, yine alçak basınçta sıvı fazına (eriyiğe) dönüştürülür. Bu dönüşüm, yutucu
(absorban) adı verilen ikinci bir akışkan tarafından gerçekleştirilebilir. Absorbsiyon işlemi,
karışabilen maddelerin birbirleriyle karışabilme özeliği ve genel olarak soğutucu akışkan ile
yutucu madde molekülleri arasındaki birleşme eğilimi nedeni ile meydana gelir. Absorbsiyon
işlemi esnasında açığa çıkan ısı enerjisi, bir kaynak tarafından alınmalıdır. İşlem esnasında
çıkan bu enerji de yoğuşma, duyulur ve seyreltilme ısılarından meydana gelir.
Soğutucu akışkan-yutucu eriyiğinin basıncı, bir eriyik pompası yardımı ile artırılır ve bir
ısı değiştiriciden geçirilerek, jeneratöre gönderilir. Damıtma (distilasyon) işlemi ile
rejenerasyonun Yapıldığı bu jeneratörde, soğutucu akışkan ile yutucu birbirinden ayrılır. Sulityum bromid sisteminde olduğu gibi, saf yutucu maddenin buharlaşmayan bir madde olması
hali, basit bir damıtma işlemindeki ayrılma için yeterlidir. Buna karşılık, amonyak-su
sisteminde olduğu gibi, saf yutucu maddenin buharlaşabilen bir madde olması halinde, parçalı
bir damıtma cihazına gerek vardır. Buharlaştırıcı içindeki soğutucu akışkan, yutucu maddeden
tam olarak ayrılmış halde değildir. Rejenerasyon yapılmış yutucu madde, normal olarak bir
miktar soğutucu akışkan içerir. Su-lityum bromid sisteminde olduğu gibi, yutucu madde
katılaşmaya meyleder ise, her zaman çözünür halde saf yutucu maddeyi tuta bilmek için,
yeterli soğutucu akışkan mevcut olmalıdır.
2.2.2. Amonyak-Su Çevrimi
Tek kademeli amonyak-su çevrimine ait absorbsiyonlu çevrim şeması Şek.2.2’de
verilmiştir. Bu çevrim prensip olarak lityum bromid-su absorbsiyonlu soğutma sistemine
benzemektedir. Sadece büyük kapasiteli amonyaklı sistemlerde amonyak ve suyun kolayca
buharlaşabilmesi için paket, kabarcıklı veya elekli tepsi ilave edilmiş kademeli distilasyon
kulesi fark etmektedir. Kulenin üst kısmına yerleştirilmiş bir geri kazanma serpantini yardımı
ile soğutucu akışkan içindeki suyun mümkün olduğu kadar az olması sağlanır. Bir ısı değiştiricide ısınan amonyak-su çözeltisi kulenin alt kısımlarından kuleye verilir.
Küçük kapasiteli sistemlerde, kulenin üstünden alınan amonyak buharlarının saflığı,
genel olarak aşağıda verilen örnekteki değerden daha kötüdür. Sonuç olarak, kule ve
yoğuşturucu basıncı daha azdır, fakat soğutucu akışkanın içerdiği su buharlaştırıcıdaki bir
taşma devresi ile sürekli olarak absorbere gönderilmelidir. Büyük sistemlerde amonyağın
saflığı fazla olduğundan, buharlaştırıcıdan absorbere olan taşmanın sürekli olmasına gerek
yoktur, işlem belirli aralıklarla yapılabilir. Buharlaştırıcı ile absorber arasındaki küçük basınç
farkı nedeniyle, soğutucu akışkan devresi üzerinde bir kısılma valfi vardır. Buharlaştırıcıdaki
amonyağın yeteri derecede saf hale gelene kadar bu valf otomatik olarak açık kalır. Bu valfe,
buharlaştırıcıdaki basınç ile buharlaştırıcıdaki sıvı sıcaklığı arasındaki ilişkiye göre otomatik
olarak kumanda edilir.
7
Büyük kapasiteli sistemlerde, buharlaştırıcı altındaki düşey sıvı kolonu izafi olarak aktif
olmayan bir alan ve su bakımından zengin amonyak sıvısının toplanmasını sağlar. Taşma hattı
bu sıvı kolonundan alınır. Kulenin üst kısmından saf amonyağın alınabilmesi için,
yoğuşturucu da uygun soğutma sıcaklığının sağlanabilmesi açısından, kuledeki, jeneratördeki
ve yoğuşturucudaki basınç ile sıcaklığın izafi olarak yüksek olması gerekir.
Lityum bromid-su absorbsiyonlu sistemlerinde, soğutma kulesinden alınan su önce
absorbere sonra da yoğuşturucu ya girer. Amonyak-su absorbsiyonlu sistemlerinde ise
soğutma kulesinden gelen su önce yoğuşturucu ya daha sonra absorbere girer. Her iki
sistemde de etkenliği artırmak için akış paralel akımlı yapılabilir, fakat bu durumda izafi
olarak büyük soğutma kulelerine ve soğutma suyu debisine gerek duyulur.
Amonyak-su absorbsiyonlu çevriminde, soğutucu akışkan debisi denkler ile bulunurken,
birim akışkan kütlesi başına eriyik miktarı
WFSA(X) -WFSG(1-X) =1
bağıntısından bulunabilir. Bu bağıntıda
WFSA = Absorberden çıkan eriyikteki amonyağın kütlesel oranı
WFSG = Jeneratörden çıkan eriyikteki amonyağın kütlesel oranı
X= Absorberden çıkan eriyik kütlesinin birim soğutucu akışkan kütlesine oranı
X-1 = Jeneratörden çıkan eriyik kütlesinin birim soğutucu akışkan kütlesine oranı
anlamlarındadır.
Büyük kapasiteli sistemlerde buharlaştırıcı ile absorber arasındaki basınç düşümü
yaklaşık 10 kPa mertebesinde alınabilir.
Isı Girişi
Isı Çıkışı
Jeneratör
Kondenser
Isı Değiştirgeci
Isı Değiştirgeci
Isı Çıkışı
Isı Girişi
Absorber
Evaporatör
Şekil 2.2 Amonyak - Su çifti ile çalışan absorbsiyonlu soğutma çevriminin Şeması
8
Tablo 2.1: Şekil 2.2 ‘de Verilen Sistemin Özellikleri
AKIŞ SICAKLIK
HATTI
(oC)
1
85
2
40
3
30
4
0
5
0
6
38
7
30
8
30
9
70
10
85
11
60
12
30
BASINÇ ENTALPİ DEBİ
(kPa)
(Kj/kg) (kg/s)
1554.33
1600
0.0033
1554.33
371.7
0.0033
1554.33
369
0.0033
429.44
365
0.0033
429.44
1443.5 0.0033
429.44
1542
0.0033
429.44
125
0.02805
1554.33
127
0.02805
1554.33
378
0.02805
1554.33
340
0.02475
1554,33
252
0.02475
429,44
125
0.02475
FAZ
Gaz
Sıvı
Sıvı
Gaz
Gaz
Gaz
Sıvı
Sıvı
Sıvı
Sıvı
Sıvı
Sıvı
KONSANTRASYON
(X)
1
1
1
1
1
1
9.5
9.5
9.5
8.5
8.5
8.5
Tablo 2.1: Şekil 2.2 ‘de Verilen elemanları aşağıda yapılan hesaplamalar sonucu çıkan güçleri
GÜÇ
KONDENSER EVAPORATÖR
4.05 kW
3.5 kW
ABSORBER JENERATÖR
4.68 kW
3.09 kW
Yukarıda özellikleri verilen sistem daha sonra hesaplamalarda kullanılacak olup çıkan
sonuçlar Absorbsiyonlu soğutma çevrimi ile buhar sıkıştırmalı çevrimin kıyaslanmasında
kullanılacaktır.
3. SOĞUK MUHAFAZALI NAKLİYE ARAÇLARI
Uzak mesafelerdeki pazarlama noktalarına ürünlerin bozulmadan tazeliğini koruyarak
ulaştırılması, sıcaklık ve relatif nem seviyelerinin. ürünün gereksinimlerini sağlayacak ortam
şartlarında tutulmaya devam edilmesi suretiyle mümkün olabilmektedir. Bu ulaştırma işlemi.
Kara Deniz Hava ve Demiryolu araçlarıyla veya bunların birden fazlasından yararlanılmak
suretiyle yapılabilmektedir. Böylece frigorifik. Tertibatlı Karayolu. Demiryolu. Denizyolu ve
Havayolu tasıma araçları geliştirilmiş olup bunlardan gittikçe daha geniş ölçüde
yararlanılmaktadır.
Soğuk muhafazalı nakliyede hedef taşınan malda hasar ve zararları (kayıpları) asgari
seviyede tutmak ve malın birim miktarının taşıma masraflarını da asgariye indirerek ürünün
pazarlanmasında rekabet unsurunu arttırmaktadır. iyi bir soğuk muhafazalı nakliye aracı
1. Taşınan malın sıcaklığını gereken seviyelerde ve tüm hacimde homojen şekilde tutmalı,
2. Malın su kaybını (fire ’yi) asgariye indirmek üzere iç hacmin su buharı kısmi basıncını
ürününkiyle yakın seviyede tutmalı.
3. İç hacim hava şartlarını sağlarken verimi yüksek olmalı.
4. İç hacimden mümkün olduğunca fazla yararlanılabilmeli. yani daha fazla mal
yüklenebilmelidir.
9
3.1. Soğuk Muhafazalı Frigorifik Kara yolu Araçları
Karayolu ile soğuk muhafazalı nakliyeden ilk defa Romalıların yararlandıkları
görülmektedir. Dağlardaki Karları. samanla tecrit edilme hacimler içerisinde Roma’ya
getirerek soğutma ihtiyaçları için kullanmışlardır. Böylece, soğuk muhafazalı nakliye aracının
üç ana fonksiyonunu (Soğutucu madde, Isı Tecrit ile Taşıt Aracı) birlikte kullanarak ilk
uygulamasını yaptıkları anlaşılmaktadır.
Frigorifik kamyon türleri daha ziyade kısa mesafeli direkt pazar noktalarına taşıma için
uygun olmaktadır. Taşınacak malın türüne göre gerek frigorifik hacim ve ekipmanı, gerekse
yükleme-boşaltma ekipmanı (Konveyör; lift, vs) ile kapıları farklılıklar göstermekte olup bazı
araçlarda soğuk muhafaza hacmi bir kaç bölmeye ayrılarak farklı sıcaklık seviyeleri
oluşturulabilmekte ve ayrıca koku geçişi olabilecek durumlarda bu önlenebilmektedir. Aracın
soğuk muhafaza hacminin dış zarfı (duvar-döşeme-tavan) iç sıcaklık seviyesiyle uyumlu
şekilde bir ısı tecrit ile kaplanmalıdır. Kullanılacak tecrit maddesinin hafif fakat dayanaklı
olması, ısıl geçirgenliği ile nem geçirgenliğinin ve nem tutmasının düşük seviyeli olması,
fiyatının makul seviyeli ve teminiyle kullanımının kolay olması. sıcaklık değişimlerine ve
yangına dayanıklı olması, zamanla özelliğini kaybetmemesi. çatlayıp ufalanmaması, titreşim
ve darbelere dayanıklı olması gibi hususları yerine getirmesi beklenecektir. Aracın dış
ölçüleri. karayolları nizamnamelerine uymak durumunda olup tecrit kalınlığının gereksiz yere
fazla olması (ısı geçirgenliği fazla olan malzeme kullanılmasından dolayı) faydalı iç hacmin
küçülmesine yol açacaktır. Diğer yandan. soğutulmuş hacim kapı ve ek yerlerinin aşırı hava
sızdırması durumunda beklenmeyen ek bir ısı yükü oluşarak soğutma ekipmanının
kapasitesinin yetersiz kalmasına ve iç sıcaklıkların istenilen seviye!erde tutulamamasına ve
sonuçta muhafaza edilen ürünün dayanma sürecinin kısalmasına yol açacaktır.
Ortam şartlarının ayrıca tüm hacimde homojen dağılımında aynı derecede önem
taşımaktadır. Bunun sağlanması ise iyi bir hava sirkülasyonu (dağılımı) ile mümkündür ve bu
nedenle soğutma sisteminin hava dağılımı, ister tabii (gravity) ister cebri (forced) olsun malın
tümünde etkili olacak tarzda tertiplenmelidir. Daha etkili olacağı açıkça belli olan cebri hava
sirkülasyonlu sistemlerde hava dağıtımı. mal istiflerinin üst kısmına üfleme şeklinde
yapılabildiği gibi, hava taşıyıcı kanallarla tüm hacme ve bilhassa arka kısımlara ulaştırılacak
tarzda tertiplenmelidir. Diğer yandan hava hızlarının çok aşırı olması relatif nemin de düşük
olması durumlarında yüksek nem isteyen ürünlerde buruşma. renk solması, parlaklığın
kaybolması gibi ticari değeri yitirici etkiler yapmaktadır ve bundan kaçınılmalıdır. En uygun
hava dağıtım/akış şekli, hacmin yan cidarlarından döşemenin altına doğru olanıdır ki bunlardan da döşeme seviyesinde (direkt alt yanlardan) yapılanı, üst yanlardan üflemeye nazaran
daha iyi bir hava dağılımı sağlamaktadır.
10
Frigorifik aracın ısı yükü, sabit bir soğuk muhafaza odasından pek farklı değildir.
Ancak, araç değişik mevsimlerde ve günün değişik saatlerinde seyir halinde olabileceğinden.
gerek güneş ışınlarından gelen solar radyasyon ısısı ve gerekse aşırı yüksek veya çok düşük
dış sıcaklıklardan etkilenecektir ve bunların da frigorifik aracın tertibinde dikkate alınması
gerekir. Çok soğuk havalarda mal taşınması sırasında iç hacimdeki ürünün donarak veya
donmadan (muz gibi) bozulması söz konusudur Bunun önlenmesi, yani iç hacimlerde
sıcaklığın düşmemesi için, bir ısıtma işlemi önlemi gerekecektir ve bu amaçla birçok
frigorifik araçta, elektrikle, direkt yakıt yakarak (sıvı,gaz,katı) veya soğutma sisteminin
kondenser ısısından (sıcak gaz) yararlanılarak çalışan ısıtma sistemleri bulunmaktadır.
Soğutma gurubunun seçimine esas olmak üzere yapılacak soğutma yükü hesabı da gene
bilinen usulle yapılır ve bu Transmisyon ısısı, Mal ısısı, ürünün iç olgunlaşma ısısı ile
soğutulan hacim zarfının ve hacminin içindeki araç ve gereçlerin kütlesel ısılarından meydana
gelmektedir. Taşınan ürünün gerektirdiği sıcaklık seviyelerine göre frigorifik araçlar 4 guruba
ayrılmaktadır ve bunlar:
1- “DF” (Deep Freeze):290C iç sıcaklık
2- “F” (Frozen): -180 C iç sıcaklık,
3- “C35” (Chilled): +20C iç sıcaklık ve
4- “C65” (Chilled): + 180C iç sıcaklık. şeklindedir
(C35 ve C65 ibareleri; 35 ve 650F yani 2 ve 180C iç sıcaklıkları ifade etmektedir).
Soru: 20m3 hacmindeki frigorifik araç kasasının 3000 kcal/h olan ısı kazancının
karşılanmasında absorbsiyonlu soğutma çevrimi kullanılırsa kompresör gücünü ve jeneratörün
ısı ihtiyacını bulunuz. Buhar sıkıştırmalı çevrimle karşılaştırınız. ( Soğutucu akışkan R12 )
Cevap: Absorberden çıkışta, eriyikte aşırı olmaması kabulü altında, amonyak-su
diyagramından 429 kPa basınç ve 38oC sıcaklık için zengin eriyiğin kütlesel amonyak
derişikliği %49 bulunur. Jeneratör ile absorberdeki kütlesel oran farkının %6 olması uygun bir
akış ve ısınma sağlar.
%6 kütlesel oran farkı halinde
0.49X-0.43(X-1)=1
0.06X+0.43=1
X=9.5 , X-1=8.5
11
Tablo 2.1. deki değerler kullanıldığında ;
1. Evaporatör de enerji dengesi yazılırsa;
Qe+m4h4=m5h5 ,Qe=3000  m5=m4= 0.0033 kg/sn  m7 =(X-1) m4  m7=0.02805 kg/sn
2. Kondenser de enerji dengesi yazılırsa;
Qk+m2h2 = m1h1  Qk = 4.05 kW
3. Absorber de enerji dengesi yazılırsa;
Qa+m7h7 =m12h12+m5h5 Qa=4.68 kW
4. Jeneratörde enerji dengesi yazılırsa ;
Qj +msh9 = m1h1 + m10h10  Qj =3.09 kW
Pompa gücü bulunursa ;
Pompadan önceki 7 noktasında amonyak gazı su içinde tamamen çözüldüğü için bu
noktada akışkanın özgül hacmi 7 noktasındaki suyun özgül hacmi olarak alınabilir.
V7su =0.00100455 m3/kg  Ppompa = m7 (P8-P7) V7su  Ppompa =0.0317 kW
Aynı şartlarda çalışan buhar sıkıştırmalı çevrimin debisi m = 0.0306 kg/sn bulunur .
Pkompresör = m ( 209 – 188.56 ) = 0.6254 kW bulunur.
Bu hesaplamalara göre güç kazancı:
Pkompresör - Ppompa = 0.5937 kW bulunur.
Yukarıda hesaplamaları yapılan absorbsiyonlu soğutma çevriminin çalışması için
gerekli olan jeneratör ısısı motor tarafından karşılanabilmektedir. Bu şartlarda çalışan
absorbsiyonlu çevrimin pompa gücü buhar sıkıştırmalı çevrimin kompresör gücünden 0.5937
kW daha azdır. Buda frigorifik taşıtların yakıt tüketimini azaltıcı bir faktördür. Bu yüzden
absorbsiyonlu çevrim buhar sıkıştırmalı çevrime göre çok daha ekonomiktir. Fakat
absorbsiyonlu çevrimin yatırım maliyeti buhar sıkıştırmalı çevrimin yatırım maliyetinden
daha fazla olduğu için bununu ayrıca işletme,yatırım ve toplam maliyetler cinsinden iyi analiz
edilmesi gerekir.
12