1,5 kw gücünde organik rankine çevriminin parametrik, tasarımı, termodinamik analizi, prototip imalatı ve testi
Parametric design, thermodynamic analysis and prototype production and testing of 1,5 kw organic rankine cycle
Yazar: İBRAHİM GÜNAYDIN
Danışman: PROF. DR. YAHYA DOĞU
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu tez çalışmasında, reküparatörlü bir ORC (Organic Rankine Cycle –
Organik Rankine Çevrimi) sisteminin tasarımı, termodinamik analizleri prototip
sistem imalatı ve testleri gerçekleştirildi. Bu amaçla; türbindeki net güç çıkışı 1,5 kW
olan bir ORC sistemi; farklı kaynak sıcaklıkları için (sıcak kaynak: 90°C, 100°C ve
110°C ve soğuk kuyu: 15°C) tasarlandı. Termodinamik çevrim analizleri Cycle-
Tempo v. 5.1 ve Refprop v. 9.0 programları kullanılarak farklı organik akışkanlar
(R236ea, R245ca, R245fa ve R365mfc) ve farklı türbin izentropik verimleri (%60,
%70, %80) için yapıldı. Ayrıca aşırı kızdırma sıcaklığının (5°C, 10°C ve 15°C) etkisi
de incelendi. Analizler sonucunda en yüksek ORC verimi R365mfc akışkanında elde
edildi. Türbin izentropik veriminin artması ORC verimini arttırırken, aşırı kızdırma
sıcaklığı ORC verimini azalttı. Isı kaynağı sıcaklığı arttıkça, ORC veriminin arttığı
görüldü. Tüm analizlerden elde edilen en yüksek ORC verimi (110°C ısı kaynağı
sıcaklığı, %80 izentropik verim, 5°C aşırı kızdırma sıcaklığı ve R365mfc akışkanı
için) %10,4 olarak hesaplandı. En düşük ORC verimi ise (90°C ısı kaynağı sıcaklığı,
%60 izentropik verim, 15°C aşırı kızdırma sıcaklığı ve R236ea akışkanı için) %4,7
olarak hesaplandı.
Ardından, prototip test sistemi kuruldu ve testler yapıldı. Test sisteminde
kolay temin edilebilirliği nedeniyle çevrim akışkanı olarak R245fa kullanıldı. Tüm
test sisteminin tasarımı ve analizleri; piyasadan hazır raf ürünleri (ısı eşanjörü,
pompa, türbin, vb.) kullanılarak prototip sistemin kurulması dikkate alınarak yapıldı.
Testler yapıldı ve analiz ve test sonuçlarının uyumluluğu karşılaştırıldı.

Abstract:
In this thesis, a recuperated ORC (Organic Rankine Cycle) system was
designed, its thermodynamics and thermal-flow analysis was performed, and
furthermore, a complete prototype system was manufactured and tested. For this
purpose; an ORC system at a net turbine power output of 1.5 kW was designed for
different source temperature (hot source at 90°C, 100°C and 110°C, and cold sink at
15°C). Thermodynamic cycle analysis was performed for various organic fluids
(R236ea, R245ca, R245fa, and R365mfc) and various turbine isentropic efficiencies
(60%, 70%, and 80%) by using Cycle-Tempo v. 5.1 and Refprop v. 9.0 software. In
addition, effects of various superheating temperatures (5°C, 10°C and 15°C) were
also investigated. Analyses results show that R365mfc fluid yields the highest ORC
efficiency. ORC efficiency increases with turbine isentropic efficiency while
decreases with superheating temperature. The increasing heat source temperature
also yields higher ORC efficiency. From all analyses, the highest ORC efficiency is
calculated as 10.4% (for 110°C heat source temperature, 80% isentropic efficiency,
5°C superheating temperature and R365mfc fluid). The lowest ORC efficiency is
4.7% (90°C heat source temperature, 60% isentropic efficiency, 15°C superheating
temperature and R236ea fluid).
Then the prototype test system was set up and tests were performed. R245fa
was used as the cycle fluid in the prototype test system due ease of availability. All
design and analysis steps were performed by considering a prototype system to be
manufactured by using ready shelf products in the market (heat exchangers, pumps,
turbines, etc.). The prototype system was installed and tested. Then, compatibility of
analysis and test results was compared.