Ev tipi soğutucu kompresörlerinde termodinamik kayıpların analizi
Analysis of thermodynamical losses in household type refrigeration compressors
Yazar: SERKAN KARA
Danışman: PROF. DR. L. BERRİN ERBAY
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Kompresör = Compressor

Özet:
Ev tipi soğutucular için üretilen kompresörler üzerinde yapılan araştırma-geliştirme faaliyetleri 1990'lı yılların başında oldukça hızlanmıştır. Bu hızlanışı tetikleyen pek çok unsur vardır. Bu unsurlar araştırma-geliştirme faaliyetlerinin yönünü belirlemiştir.Bu unsurların başında şüphesiz küresel ısınma sorunu vardır. Ozon tabakasının incelmesi, deliğin büyümesi ve küresel ısınma; doğayla barışık, çevreci soğutkanların geliştirilmesini ve ardından bu soğutkanlar için kompresör tasarlanması sonuçlarını doğurmuştur.Yine küresel ısınmanın etkisi ile çevreye olan karbon dioksit(CO2) salınımını azaltmak amacıyla enerji verimli sistemlere olan gereksinim artmış ve bu gereksinim, çoğu gelişmiş ülke tarafından zorunluluğa dönüştürülmüştür. Bu durum, soğutma sistemlerinde, enerji tüketimi anlamında en önemli kalem olan kompresörlerde enerji tüketimini azaltmaya yönelik yapılan araştırma-geliştirme faaliyetlerine daha fazla kaynak ayrılmasına ve paralelinde olumlu sonuçlar alınmasına yol açmıştır.Tüketicilerin, 2000' li yılların başından itibaren ev konfor taleplerindeki artışın, ev tipi soğutucular için önemli yansımalarından biri, daha sessiz ürünler ve dolayısı ile daha sessiz kompresörlere artan talep olmuştur. Bu nedenle 2000'li yılların başından itibaren kompresörleri sessizleştirmeye yönelik araştırma- geliştirme faaliyetleri artırılmıştır.1990'lı yıllarda başlayan, 2000'li yıllarda hızlanan ekonomik anlamdaki küreselleşme, hemen hemen her sektörü acımasız bir maliyet rekabetinin içine sürüklemiştir. Bu rekabet, şirketleri; ürünlerini hem verimli hem de sessiz tasarıma ve daha da ucuz hale getirmelerine zorlamıştır. Bu durum araştırma geliştirme faaliyetleri gerçekleştiren mühendisler için gerçekten zor bir denklem (kaliteli, verimli, sessiz ve daha ucuz) haline gelmiştir.Bu çalışmada ev tipi soğutucular için kullanılan pistonlu tip kompresörlerin enerji verimliliğini iyileştirebilmek için çalışılması gerekli 3 ana başlıktan (mekanik verim, termodinamik verim, elektromotor verimi) biri olan termodinamik verim ve bağıntılı olarak termodinamik kayıplar ve kayıp analiz mekanizmaları üzerinde durulmuştur.Termodinamik kayıp ve kayıpların gerçekleşme mekanizmaları üzerinde durulduktan sonra, bazı kayıpların mertebelerini, yerlerini tespit edebilmek amacıyla 3 ayrı çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmaların ilkinde kompresör emme susturucusu içerisinde gerçekleşen akış nedeniyle oluşan basınç kayıp mertebesini tespit etmek için FLUENT ticari yazılımı ile hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi gerçekleştirilmiştir. İkinci çalışmada ise kompresör içi ısı transfer mekanizmasının merkezinde olan en önemli parça "Gövde" için yine FLUENT ticari yazılımı ile daimi hal ısı transferi analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu analizler için farklı yaklaşımlar ve sınır şartları kullanılarak deneysel sonuçlarla uyum içerisinde olan bir tasarım metodolojisi oluşturulmaya çalışılmıştır. Yapılan son çalışmada ise kompresör için ve kompresör içindeki örnek bir kontrol hacmi için ekserji analizleri gerçekleştirilmiş ve ekserji yıkımı tespit edilerek termodinamik kayıp mertebeleri, iyileştirme alanları tespit edilmeye çalışılmıştır.

Abstract:
The research and development activities for household type refrigerator compressors have been very accelerated in the early 1990s. There are many factors that trigger this escalation. These elements set the direction of research and development activities.There is no doubt the global warming problem is the main issue. Ozone layer depletion and global warming have led to the development of environmentally friendly refrigerants, and then the compressor.Energy efficient systems are needed in order to decrese CO2 carbon dioxide production. Therefore energy efficiency for some products is regulated by many governments. As a result of these regulations, research and development activities has become more important for household type refrigerators and its most important part which is compressor.The effect of global warming on the environment with carbon dioxide (CO2) emissions in order to reduce the need for energy-efficient systems, and this requirement has increased, often transformed into a developed country by the necessity. In this case, the most important item in terms of energy consumption in cooling systems to reduce the energy consumption of compressors in the allocation of more resources and research-development activities led to positive results in parallel.From the beginning of the millenium, one of the important reflections of increase in consumer demand for home comforts are demand on quieter household refrigerators and compressors. Therefore, since the early 2000s, increased research and development activities have been carried out for more silent compressors.The economic sense, globalization were accelerated in the 2000s and almost every sector dragged into a brutal cost competition. In this competition, while companies were trying to be both efficient and quiet for their products, they should be even cheaper to make their compelling. This is really difficult equation for the engineers performing research and development activities (quality, efficient, quieter and cheaper)There are three main area in order to increase the energy efficiency of the compressor. They are namely the mechanical efficiency, electromotor efficiency and thermodynamic efficiency. In this study, thermodynamic efficiency, thermodynamic losses and loss analysis methods are specially focused.Three different studies were carried out to understand the thermodynamic losses and their formation. In first study, a commercial CFD code called FLUENT has been used to calculate pressure losses due to fluid flow through suction muffler of compressor. In second study, a commercial CFD code called FLUENT has been used to determine the heat transfer mechanism on compressor crankcase.In this study, different boundary conditions and approaches were tried in order to find a good correlation between numerical and experimental results.In the third and final study, an exergy analysis were performed for compressor and for a control volume in the compressor.