Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde kılcal boru parametrelerinin ve çoklu kılcal boru kullanımının enerji tüketimine etkisi
The effect of capillary tube parameters and use of multi capillary on energy consumption in vapor compression cycle
Yazar: HÜSEYİN CURA
Danışman: PROF. DR. DERYA BURCU ÖZKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı Proses Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Dünyada artan nüfus ve sınırlı enerji kaynakları nedeniyle mevcut enerji kaynaklarının verimli kullanılmasının önemi her geçen gün artmaktadır. Pandeminin etkisiyle ev aletleri kullanımı artmış ve ev tipi buzdolaplarındaki enerji verimliliği daha da ön plana çıkmıştır. Ev tipi buzdolapları buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin en çok kullanıldığı alanlardan birisi olup, küresel elektrik tüketiminin %6'sına tekabül etmektedir. Bu çalışmada, ev tipi buzdolaplarında kısılma elemanı olarak kullanılan kılcal boruya odaklanılarak, çoklu kısılma elemanı kullanımıyla değişen ortam sıcaklıklarında farklı kılcal boru çap ve uzunlukları için çevrim noktaları ve enerji tüketim değerleri incelenmiştir. 
Kılcal boru tasarımı için 3 farklı ortam sıcaklığında ve 3 farklı şarj miktarında test edilmek üzere 6 farklı kılcal boruya sahip (2 çap ile 3 farklı boy değeri) bir buzdolabı prototipi hazırlanmıştır. Bu prototip ile, farklı ortam ve şarj miktarları için enerji tüketim değerleri ölçülmüştür. Tüm deneyler tamamlandıktan sonra, farklı çalışma koşulları için en iyi enerji tüketimi değerini sağlayan kılcal boru tasarımları elde edilmiştir. Optimum kılcal boru çap ve uzunluk değeri elde edilerek istatistiksel modelleme çalışmasına veri oluşturulmuştur.
32 °C ortam sıcaklığında en düşük enerji tüketim değerleri, tüm şarj miktarları için buharlaşma sıcaklığının ve gücün en düşük olduğu 0.80 mm çap, maksimum uzunluk değerlerinde sağlanıyor iken, 25 °C ortam sıcaklığında benzer buharlaşma sıcaklıkları için çalışma oranının en düşük olduğu noktalarda en iyi enerji tüketimleri sağlanabilmektedir. Bu değer minimum ve maksimum soğutucu akışkan miktarında 0.80 mm çapa karşılık, maksimum uzunlukta sağlanıyor iken, 47 gram soğutucu akışkan miktarında ise 0.80 mm çap ile minimum uzunlukta elde edilmiştir. Toplam enerji tüketimi değerini belirli bir akışkan şarj miktarında en iyi değerde elde etmek için düşük ortam sıcaklığı ile yüksek ortam sıcaklığında iki farklı kılcal boru uzunluğu kullanmak gerektiği tespit edilmiştir. Tek bir buharlaştırıcı ünitesine sahip üründe, iki farklı kılcal boru tasarımı ile yapılacak tasarım ile buharlaşma sıcaklıkları farklılaştırılarak, enerji tüketimi optimizasyonuna imkan sağlanmaktadır.

Abstract:
Due to the increasing population and limited energy resources in the world, the importance of efficient use of existing energy resources is increasing. With the effect of the pandemic, the use of household appliances has increased and the energy efficiency in household refrigerators has come to the fore even more. Household refrigerators account for 6% of global electricity consumption and are one of the areas where the vapour compression refrigeration cycle is used the most. In this study, the cooling cycle points and energy consumption values for different capillary tube diameters and lengths at varying ambient temperatures with multiple throttling elements (capillary tubes) were investigated, focusing on the capillary tube used as a throttling element in domestic refrigerators.
For the capillary tube design, a refrigerator prototype with 6 different capillary tubes (2 diameters and 3 different length values) was prepared to be tested at 3 different ambient temperatures and 3 different charge amounts. With this prototype, energy and power consumption values were measured. After all experiments were completed, capillary tube designs were obtained that provide the best energy value for different operating conditions. By obtaining the optimum capillary tube diameter and length value, data was created for the statistical modelling study.
The lowest energy consumption values at 32 °C temperature is provided at 0.80 mm diameter and maximum length values, where the evaporation temperature and power are the lowest for all charge amounts. In addition to this, best energy consumption values at 25 °C can be achieved at the maximum length corresponding to 0.80 mm diameter in the minimum and maximum amount of refrigerant.
It has been determined that two different capillary tube lengths should be used at low and high ambient temperatures to obtain the best total energy consumption value at a certain fluid charge amount.