R12, R22, R502 soğutucu akışkanları ve alternatif karışımlarının soğutma sistemlerindeki termodinamik analizi
Thermodynamic analysis of refrigerants R12, R22, R502 and their substitutes in refrigeration systems
Yazar: EROL ARCAKLIOĞLU
Danışman: PROF. DR. ALİ ERİŞEN
Kırıkkale Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2002
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Durum denklemleri = State equations ; Ekserji analizi = Exergy analysis ; Soğutma sistemleri = Cooling systems ; Soğutucu akışkanlar = Refrigerants

Özet:
Bu tez çalışmasında, klasik ve emme/sıvı hattı ısı değiştiricili buhar sıkıştırmalı iki farklı soğutma sistemi için, farklı soğutucu akışkanlar ve karışımları kullanılarak, Termodinamiğin 1. ve 2. Yasası'na dayalı olarak performans analizi gerçekleştirilmiştir. Şu anda mevcut sistemlerde yaygın olarak kullanılan CFC grubundan R12, R22 ve R502 soğutucu akışkanları, HFC grubundan R134a, R152a, R125, R143a ve R32 soğutucu akışkanları, HC grubundan R290 ve R600a soğutucu akışkanları ve bunların ikili, üçlü ve dörtlü olarak farklı oranlarda karışımları çalışma akışkanı olarak kullanılmıştır. Global kirlenmeyi azaltmak amacıyla uluslararası düzeyde R12, R22 ve R502 yerine HFC ve HC grubu soğutucu akışkan karışımlarının kullanılması düşünülmektedir. 1987'de gerçekleştirilen Montreal Protokolündeki hedeflerle uyum sağlamak üzere, çalışmanın kapsamında yeni karışımların CFC akışkanlarıyla performans açısından karşılaştırılması da yer almıştır. Performans değerlerini karşılaştırma amacıyla, sabit sıcaklığa dayalı ve sabit soğutma yüküne dayalı iki farklı yöntem kullanılmıştır. Performans değerlerini hesaplamada kullanılan soğutucu akışkanlara ait termodinamik özelikler, Helmholtz enerji hal denklemine dayalı olarak hazırlanan ve deneysel katsayıların kullanıldığı REFPROP 6.01 yazılımından alınmıştır. Bu amaçla, bu yazılımın alt programlan kullanılarak FORTRAN dilinde yeni yazılımlar hazırlanmış ve ilgili tüm performans hesaplamaları, bu yazılım aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Yapılan hesaplamalarla mevcut sistemlerdeki R12 yerine %0.4'lük performans (soğutma tesir katsayısı ve oransal verim) artışıyla R290/R600a (56/44) karışımının, R22 yerine %0.8'lik performans artışıyla R32/R134a (35.2/64.8) karışımının ve R502 yerine %2'lik performans artışıyla R32/R134a (46/54) karışımının kullanılmasının mümkün olduğu sonucuna varılmıştır. Performans analizine ait tüm sonuçlar, kapsamlı bir kaynakça olma niteliğinde, çizelge ve grafik olarak sunulmuştur.Anahtar Kelimeler: Soğutma sistemleri, soğutucu akışkan karışımları, ekseni analizi, hal denklemleri, REFPROP.

Abstract:
In this study, performance analysis of two different vapor-compression refrigeration systems, one classical and the other with suction/liquid line heat exchanger has been realized based on first and second laws of thermodynamics using different refrigerant mixtures. Refrigerants R12, R22, and R502 of CFCs, R134a, R152a, R125, R143a, and R32 of HFCs, R600a, and R290 of HCs, and their binary, ternary, and mixtures of different mass ratios have been used as working fluids. In order to decrease global pollution due to CFCs, it is considered to use the refrigerant mixtures of HFCs, and HCs instead of CFCs (R12, R22, and R502) as an international consensus. To get an agreement with the aims defined by Montreal Protocol in 1987, the performance comparison of the new mixtures with CFC refrigerants has been done in the frame of this study. To compare the performance in values, two methods based on constant temperature and constant cooling capacity have been used. Thermodynamic properties of refrigerants that were used in the performance calculations have been taken from REFPROP 6.01 which was prepared based on Helmholtz energy equation of state, and in that experimental coefficients were used in the equation. For this aim, new software has written in FORTRAN programing language using sub-programs of REFPROP, and all related calculations of performance have been achieved by this software. Calculations performed through the analysis have been shown that, instead of refrigerants R12, R22, and R502 which are still being used in existing refrigeration systems, the mixtures R290/R600a (56/44), R32/R134a (35.2/64.8), and R32/R134a (46/54) are recommended with the performance (coefficient of performance and rational efficiency) increments of %0.4, %0.8, and %2, respectively. All results of the performance analysis, as a reference quality, have been presented as tables and graphics.Key Words: Refrigeration systems, refrigerant mixtures, exergy analysis, equations of state, REFPROP. IV