R12 ve R134a soğutucu akışkanlarının kompresör devrinin otomobil klimasının soğutma devresi performansına etkisinin deneysel analizi
Experimental analysis of the effect of R12 and R134a refrigerants and compressor speed on the performance of the refrigeration cycle of automobile air conditioning systems
Yazar: DİLEK ÖZLEM ESEN
Danışman: Y.DOÇ.DR. MURAT HOŞÖZ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2005
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
R12 ve R134a SOĞUTUCU AKIŞKANLARININ VE KOMPRESÖR DEVRİNİN OTOMOBİL KLİMASININ SOĞUTMA DEVRESİ PERFORMANSINA ETKİSİNİN DENEYSEL ANALİZİ Dilek Özlem ESEN Anahtar Kelimeler: İklimlendirme, Soğutma, Otomobil Kliması, R12, R134a. Özet: Bu çalışmada, R12 ve R134a soğutucu akışkanlarının ve kompresör devrinin otomobil iklimlendirme sistemlerinin performansına etkisi teorik ve deneysel olarak araştırılmıştır. Teorik kısımda, R12 ve R134a soğutucu akışkanları kullanan otomobil klima sistemlerinin performanslarının karşılaştırılmasına yönelik bilgisayar simülasyon programı geliştirilmiştir. Bu bilgisayar simülasyon programına data olarak, buharlaşma sıcaklığı, yoğuşma sıcaklığı, aşırı soğutma, kızgınlık ve kompresör izentropik verim değerlerinin girilmesi gerekmektedir. Bunun sonucunda program, buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminin bütün önemli noktalarındaki soğutucu akışkanın özgül entalpi ve entropileri ile evaporatördeki soğutma yükünü, kondenserden atılan ısıyı, kompresörde akışkana verilen sıkıştırma işini ve Soğutma Tesir Katsayısını (STK) hesaplayabilmektedir. Bu program kullanılarak R12 ve R134a soğutucu akışkanları karşılaştırıldığında, iki akışkanın birbirine çok yakın bir performans gösterdiği, ancak aynı soğutma kapasitesi için R134a'nın R12'den daha düşük STK değerleri verdiği görülmüştür. Deneysel kısımda, R12 ve R134a soğutucu akışkanları kullanan otomobil klima sistemlerinin performanslarının karşılaştırılmasına yönelik bir otomobil klima sistemi kurulmuştur. Otomobil klima sistemi, kompresör, evaporator, kondenser ve termostatik genleşme valfi (TXV) bileşenlerinden oluşmaktadır. Kompresör, bir elektrik motoruna kayış kasnak mekanizması ile bağlanmıştır. Elektrik motorunun hız kontrolü ise, asenkron motor sürücüsü ile sağlanmıştır. Deneysel sisteme, 1500, 1950, 2400 ve 2850 W soğutma yükleri, elektrikli ısıtıcı ile sağlanmıştır. Deneyler, çeşitli yoğuşma sıcaklıklarında, her iki soğutucu akışkan için yapılmıştır. Otomobil klima sistemi, her bir soğutma yükü için 600, 800, 1000, 1200, 1400 d/d devirlerde çalıştırılmıştır. Tespit edilen noktalarda, soğutucu akışkan sıcaklıkları ile kuru ve yaş termometre sıcaklıkları K tipi termokupllar ile ölçülmüştür. Kompresör ve elektrik motorunun hızları, digital takometre ile ölçülmüştür. Soğutucu akışkan basınçları ise, Bourdon tüpü manometre ile ölçülmüştür. Ayrıca, kondenser ile evaporatördeki hava hızları ve kompresör motorunun çektiği elektrik gücü ölçümleri yapılmıştır. Böylece, sistem performansını analiz etmeye yönelik datalar, buharlaşma sıcaklıkları ve kompresör devrine bağlı olarak elde edilmiştir. Bu datalar kullanılarak sisteme enerji analizi uygulanmıştır. Bunların sonucunda, R12 ve R134a soğutucu akışkanlarının birbirine yakın bir performans gösterdiği, ancak aynı soğutma kapasitesi için R134a'nın yaklaşık % 6 -7 daha düşük STK değerleri verdiği görülmüştür. Bir diğer önemli husus da, aynı soğutma yükünde, R134a'nm R12'ye oranla yaklaşık %20- 21 daha düşük bir kütlesel debi ile çalışabilmesidir. Bunun sonucunda, R12 şarjının % 75- 90'ı kadar R134a şarjı yeterli olmaktadır. Elde edilen deneysel ve teorik sonuçlar, grafikler halinde sunulmuştur. il

Abstract:
EXPERIMENTAL ANALYSIS OF THE EFFECT OF R12 AND R134a REFRIGERANTS AND COMPRESSOR SPEED ON THE PERFORMANCE OF THE REFRIGERATION CYCLE OF AUTOMOBILE AJR CONDITIONING SYSTEMS Dilek Özlem ESEN Keywords: Air conditioning, Refrigeration, Automobile Air Conditioning, R12, R134a. Abstract: In this study, the effect of R12 and R134a refrigerants and compressor speed on the performance of automobile air conditioning systems was theoretically and experimentally investigated. In the theoretical part of the study, a computer simulation program was developed to compare the performances of automobile air conditioning systems using R12 and R134a refrigerants. This simulation program requires evaporating temperature, condensing temperature, subcooling, superheat and compressor isentropic efficiency values as input data. Then, the program can compute specific enthalpies and entropies of the refrigerant at the selected points, condenser heat rejection rate, evaporator cooling load, work of compression given to refrigerant in the compressor and Coefficient of Performance (COP) for the vapor compression refrigeration cycle. When the performance of R12 and R134a refrigerants are compared using this program, it is found that the COP for R134a is sligtly lower than that for R12 system for an identical cooling capacity. In the experimental part of the study, an experimental automobile air conditioning system was set up for performance comparison of R12 and R134a. The major components of the automobile air conditioning system are a compressor, an evaporator, a condenser and a thermostatic expansion valve (TXV). The compressor was belt-driven by a three-phase electric motor and compressor speed was controlled by changing the frequency of the supply voltage with an inverter. Cooling loads of 1500, 1950, 2400, 2850 Watts were given to the system by means of electric heaters. Experiments were conducted at several condensing temperatures using both refrigerants. The automobile air conditioning system was run at compressor speeds of 600, 800, 1000, 1200, 1400 rpm for each cooling load. Refrigerant temperatures and air dry and wet bulb temperatures were measured at the selected points on the experimental setup using K-type thermocouples. The compressor and electric motor speeds were measured by a digital tachometer. Refrigerant pressures were measured with Bourdon tube manometers. In addition, air speeds at the condenser and evaporator as well as power input to the electric motor of the compressor were measured. Experimental data was obtained at various evaporating temperatures for each condensing temperature and compressor speed. Using experimental data, an energy analysis was applied to the system. A comparison was made between R12 and R134a refrigerants, which indicates that R12 and R134a refrigerants show quite similar thermal performance. But experimental results indicate that COPs for R134a system are approximately 6-7 % lower than those for R12 system for an identical cooling capacity. Another important result is that R134a yields a lower mass flow rate (approximately 20-21 %) compared with R12 for the same cooling capacity. Therefore, a R134a charge equal to 75-90 % of the R12 charge will be sufficient. Theoretical and experimental results were presented in graphs. m