Plc ile denetlenen bir soğutma sisteminin tasarımı, imalatı ve deneysel olarak incelenmesi
Design, manufacture and experimental investigation of a plc-controlled refrigeration system
Yazar: ŞAFAK ATAŞ
Danışman: PROF. DR. HİKMET DOĞAN ; DOÇ. DR. MUSTAFA AKTAŞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Buhar sıkıştırmalı soğutma sistemleri, en fazla (maksimum) yükü karşılayacak şekilde tasarlanmış olmalarına rağmen, ömürlerinin çoğunu kısmi yükte çalışarak geçirirler. Bu sistemler, termostatik kontrol yöntemi ile 50 Hz sabit frekansta çalışan bir kompresörü aç/kapa döngüsü şeklinde çalıştırdıklarından, işlem daha fazla enerji tüketimine yol açmaktadır. Bu çalışmada, farklı soğutma yüklerine sahip üç buharlaştırıcılı buhar sıkıştırmalı soğutma sistemi tasarımı yapılmış, imal edilmiş ve deneysel olarak test edilmiştir. Sistemde bulunan kompresör bir invertör ile sürülerek değişken hızlı hale getirilmiştir. Soğutulan odaların sıcaklık değerleri elektronik genleşme vanaları kullanılarak daha hassas kontrol edilmiştir. Sabit ve değişken hızlı çalışan sistemin çalışma verileri karşılaştırılarak enerji analizi yapılmıştır. R407C alternatif soğutkanın kullanıldığı üç buharlaştırıcılı buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde çalışma sıcaklık, basınç ve ısıl karakteristiklerine göre bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Sistemin kontrolü için Programlanabilir Mantık Kontrolü (PLC) ve soğuk oda kontrolörleri kullanılmıştır. PLC cihazı emiş hattındaki basınç değişimlerine göre kompresör çalışma frekansının olması gereken değerini belirleyerek sistemin değişken hızlı olarak çalışmasını sağlamıştır. Bu program kullanılarak PLC ekranında istenilen değerler ayarlanmış ve farklı şartlarda çoklu buharlaştırıcılı soğutma sistemi test edilmiştir. Yapılan deneylerde 0oC, +5oC ve -5oC sıcaklıklarındaki soğuk odalarda istenilen şartlar sağlanmıştır. Deney sonuçlarına göre yapılan hesaplamalarda sistemin soğutma performans katsayısı (STK) sabit hızda 1,86, değişken hızda 2,22 olarak bulunmuştur. Ayrıca sistemin değişken hızlı çalıştığında sabit hızda çalışan sisteme göre yaklaşık % 20 daha az elektrik enerjisi tükettiği deneysel olarak belirlenmiştir. Emiş hattı basıncındaki değişimlerin soğutma yükü değişimlerini hızlı bir şekilde yansıttığı ve bu değişimlere göre kompresörün değişken hızlı olarak çalıştırılabileceği, bunun sonucunda da enerji tasarrufunun sağlanabileceği, yapılan çalışmada deneysel veriler ile ortaya konulmuştur.

Abstract:
Although the vapor compression cooling systems are designed to meet the maximum cooling load, they operate at partial loads for most of their lifespan.  Since these systems operate with thermostatic control method, their compressors operate at a constant 50 Hz frequency as on/off cycles which increases energy consumption. In this study, a vapor compression cooling system with three evaporators and electronic expansion valves was designed, manufactured and tested experimentally. Compressor of this system was converted to be inverted driven which enabled it to run at variable speeds. Temperature values of cold rooms were controlled more sensitive by using electronic expansion valves. Energy analysis was made by comparing the operating parameters of the system with constant and variable speeds. R407C was used in the system and a computer program was developed according to the operating temperature, pressure and thermal characteristics. Programmable Logical Control (PLC) and cold room controls were used to control the system. The PLC device provided the variable operation of the system by determining the required operation frequency of the compressor according to the changes at the suction line. Using this program, the desired values are set on the PLC screen and the multi-evaporator cooling system was tested at various conditions. The desired conditions are achieved by the system at 0oC, +5oC and -5oC temperatures. Calculations on the experimental results revealed that the cooling coefficient of performance (COP) is 1,86 for the constant frequency operation and 2,22 for the variable frequency operation. Besides, it was determined experimentally that the system running on variable frequency consumed 20% less electrical energy than the constant frequency system. It was suggested using the experimental results that the variations at the suction line pressure readily reflects the changes in the cooling load, and the compressor can be operated as variable speed which saves energy.