Farklı soğutucu akışkanlar ve kaynak sıcaklıkları kullanılarak organik rankine çevriminin performansının incelenmesi
Investigation of the performance of the cycle of the organic rankine by using different cooling fluids and welding temperatures
Yazar: MERVE GÖLTAŞ
Danışman: PROF. DR. OSMAN İPEK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Alternatif enerji = Alternative energy ; Alternatif enerji kaynakları = Alternative energy resources ; Ekonomik analiz = Economic analysis ; Soğutucu akışkanlar = Refrigerants ; Yenilenebilir enerji = Renewable energy

Özet:
Bu tez çalışmasında türbin yataklarının soğutulması amacıyla kullanılan ve atık ısı kaynağı durumundaki yağın ısısının geri kazanılması amacıyla farklı organik akışkanlar kullanılarak enerji üretiminin gerçekleştirildiği bir Organik Rankine Çevrim (ORC) sistemi birinci yasa verimi, ikinci yasa verimi açısından teorik ve deneysel olarak incelenmiştir. Öncelikle bir ORC sisteminin termodinamik analizleri ve maliyet analizleri gerçekleştirilmiştir. Analizlerde, farklı evaporatör ve kondenser sıcaklıklarında R134a, R1234yf,  R290, R152a, R1234ze(E) organik akışkanları kullanılmıştır. ORC sisteminin birinci yasa verimi ve ikinci yasa verimindeki değişimi görmek amacıyla 70-90°C arasında değişen atık ısı kaynağı sıcaklığında, evaporatör sıcaklığı 45-59 °C, kondenser sıcaklığı da 10-20 °C aralığında değiştirilerek analizleri yapılmıştır. Termodinamik hesaplamalarda, ORC sisteminin de kullanılan proses ve organik akışkanların termodinamik özellikler için Engineering Equation Solver (EES) paket programından da yararlanılmıştır. Yapılan analizlerden elde edilen sonuçlarına göre, kullanılan R134a, R1234yf, R290, R152a ve R1234ze(E), organik akışkanları içerisinde, R134a organik akışkanın ORC sistemi için en uygun akışkan olduğu gözlemlenmiştir. Bu nedenle, çalışma akışkanı olarak R134a'yı kullanan ORC sisteminin verimliliği deneysel olarak da incelenmiştir. R134a organik akışkanı için teorik analiz sonucundan 59 °C evaporatör sıcaklığı ve 10 °C kondenser sıcaklığında, ORC sisteminde birinci yasa verimi %12,5 ve ikinci yasa verimi %24,30 ile maksimum değerlere ulaşırken, bu şartlarda türbin gücü 2,057 kW, türbin genişleme oranı 3,961 geri ödeme süresi ise 1,306 yıl olarak hesaplanmıştır. R134a organik akışkanlı ORC sistemi deneysel olarak incelendiğinde ise, 59,70 °C evaporatör sıcaklığı ve 10 °C kondenser sıcaklığında, sistemin birinci yasa verimi %12,51 ile ikinci yasa verimi %24,30 maksimum verim değerine ulaşmıştır. Bu şartlarda türbin gücü 2,013 kW, genişleme oranı ise 3,961 geri ödeme süresi ise 1,306 yıl olarak elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, an Organic Rankine Cycle (ORC) system, which is used for cooling the turbine bearings and where energy is produced by using different organic fluids to recover the heat of oil in the form of waste heat source, has been investigated theoretically and experimentally in terms of first law efficiency, second law efficiency. Firstly, thermodynamic analysis and cost analysis of an ORC system were carried out. In the analyzes, organic fluids R134a, R1234yf, R290, R152a, R1234ze (E) were used at different evaporator and condenser temperatures. The waste heat source temperature varying between 70-90 °C, evaporator temperature was changed between 45-59 °C and the condenser temperature between 10-20 °C was changed. Because with these changes the first law efficiency and the change in the second law efficiency of the ORC system were examined. In the thermodynamic calculations, the Engineering Equation Solver (EES) package program was also used for the thermodynamic properties of processes and organic fluids used in the ORC system.  According to the results obtained from the analyzes, R134a, R1234yf, R290, R152a and R1234ze (E) used. It was observed that the organic fluid R134a is the most suitable fluid for the ORC system. For this reason, the efficiency of the ORC system using R134a as its working fluid has also been investigated experimentally. As a result of the theoretical analysis for the organic fluid R134a, the evaporator temperature of 59 ° C and the condenser temperature of 10 ° C reached the maximum values with the first law efficiency of 12,5% and the second law efficiency of 24,30%, while turbine power is 2,057 kW, turbine expansion ratio is 3,961 reimbursement. time was calculated as 1,306 years. When the R134a organic fluid ORC system is examined experimentally, the first law efficiency of the system has reached the maximum efficiency value of 12,51% and the second law efficiency of 24,5% with the evaporator temperature of 59,70 ° C and condenser temperature of 10 ° C. Under these conditions, the turbine power was achieved as 2,013 kW and the expansion rate as 3,961 payback period was 1,306 years.