SOĞUTUCU AKIŞKANLAR

kutman KAPLAN / kutmankaplan@windowslive.com
SOĞUTUCU AKIŞKANLAR

Bir soğutma çevriminde ısının bir ortamdan alınıp başka bir ortama nakledilmesinde ara madde olarak yararlanılan soğutucu akışkanlar ısı alış – verişini genellikle sıvı halden buhar haline (soğutucu – evaporatör devresinde) ve buhar halden sıvı hale (yoğuşturucu – kondenser devresi) dönüşerek sağlarlar. Bu durum bilhassa buhar sıkıştırma çevrimlerinde geçerlidir.
http://212.58.4.19/bayi/uploaded_files/image/Buderus/isi_pompalari/logavent/So%C4%9Futma_%C3%87evrimi(1).jpg            Soğutucu akışkanların, yukarıda tarif edilen görevleri ekonomik ve güvenilir bir şekilde yerine getirebilmesi için bazı kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip olması gerekir. Bu özellikler, uygulama ve çalışma şartlarının durumuna göre değişeceği gibi her zaman bu özelliklerin hepsini yerine getirmek mümkün olmayabilir. Genel kayide olarak bir soğutucu akışkanlığı aranması gereken özelliklerin hepsini birden her şart altında yerine getire bilen üniversal bir refrijeran bir madde (soğutucu akışkan) mevcut değildir. Fakat, yukarıda da belirtildiği gibi, uygulamadaki şartlara göre bunlardan bir kısmı aranmaya bilir.
            Bilhassa emniyet ve güvenilirlik yönünden iyi olan, ayrıca iyi bir ısıl özelliği de sahip olan refrijeran madde için 1920’ lerde yapılan araştırmalar Fluokarbon refrijeranların (florine edilmiş hidro karbonların) bulunmasına sağlamıştır. Halo karbon (halojene edilmiş hidro karbonlar) ailesinden olan fluo karbonlar, metan (CH4) veya etan (C2H6) içerisindeki hidrojen atomlarından bir veya birkaçının yerine sentez yoluyla klor, flor veya brom (halojen) atomları yerleştirmek suretiyle elde edilmektedir. Fluo karbonlardan en sık rastlananlar; metandaki 4 hidrojen atomu yerine 2 klor ile 2 flor ikame edilen Dichloro – difluoro – methane / CCl2F2 (freon – 12 veya R12) ve gene metandaki 4 hidrojen yerine bir klor ile 2 flor atomu yerleştirilen Chlorodifluoromethane (freon – 22 veya R22) soğutucu akışkanlarıdır. En sık rastlanan diğer soğutucu akışkanların tipik özellikleri aşağıda özetlenmektedir;

1 - R12 Soğutma gazı :
 Bugüne kadar soğutma maksadı ile en çok kullanılan soğutucu akışkanlardandı.Ancak ozon tabakasına olumsuz etkilerinden dolayı şuan kullanımı yasaklanmış olan bir soğutucu akışkandır.Bunun yanında zehirli, patlayıcı ve yanıcı olmaması sebebiyle tamamen emniyetli bir maddedir. Bunlara ilaveten, en ekstrem çalışma şartlarında dahi stabil ve bozulmayan, özelliklerini kaybetmeyen bir maddedir. Ancak, açık bir aleve veya aşırı sıcaklığa haiz bir ısıtıcı ile temas ettirilirse çözüşür ve zehirli bileşkelere ayrışır. Kondenserde, ısı transferi ve yoğuşma sıcaklıkları bakımından oldukça iyi bir durum gösterir. Yağlama yağı ile tüm çalışma şartlarında karışabilir ve yağın kompresöre dönüşü basit önlemlerle sağlanabilir. Yağı çözücü (Solvent) özelliği, kondenser ve evaporatör ısı geçiş yüzeylerinde yağın toplanıp ısı geçişini azaltmasını önler. Buharlaşma ısısının düşük olması sebebiyle sistemde dolaşması gereken akışkan debisi fazladır. Fakat bu önemli bir mahzur olmadığı gibi küçük sistemlerde, akış kontrolünün daha iyi yapılması yönünden tercih edilir. Büyük sistemlerde ise buhar yoğunluğunun fazlalığı ile, birim soğutma için gerekli silindir hacmi R – 22, R – 500 ve R – 717 (Amonyak) dan çok farklı değildir. Birim soğutma için harcanan beygir gücü de takriben aynı seviyededir.
2-  R134A Soğutma Gazı:
R134a (CF2CH2F), termodinamik ve fiziksel özellikleri ile R12’ye en yakın soğutucudur. Halen ozon tüketme katsayısı 0 olan ve diğer özellikleri açısından en uygun soğutucu maddedir. Araç soğutucuları ve ev tipi soğutucular için en uygun olan alternatiftir. Ticari olarak da temini olanaklıdır. Yüksek ve orta buharlaşma sıcaklıklarında ve / veya düşük basınç farklarında kompresör verimi ve sistemin COP (cofficient of performance) değeri R12 ile yaklaşık aynı olmaktadır. Düşük sıcaklık için çift kademeli sıkıştırma gerekmektedir. R134a, mineral yağlarla uyumlu olmadığından poliolester veya poliolalkalinglikol bazlı yağlarla kullanılmalıdır.
3- R134A Soğutma Gazı :        R134a (CF2CH2F), termodinamik ve fiziksel özellikleri ile R12’ye en yakın soğutucudur. Halen ozon tüketme katsayısı 0 olan ve diğer özellikleri açısından en uygun soğutucu maddedir. Araç soğutucuları ve ev tipi soğutucular için en uygun olan alternatiftir. Ticari olarak da temini olanaklıdır. Yüksek ve orta buharlaşma sıcaklıklarında ve / veya düşük basınç farklarında kompresör verimi ve sistemin COP (cofficient of performance) değeri R12 ile yaklaşık aynı olmaktadır. Düşük sıcaklık için çift kademeli sıkıştırma gerekmektedir. R134a, mineral yağlarla uyumlu olmadığından poliolester veya poliolalkalinglikol bazlı yağlarla kullanılmalıdır.
 Soğutucu Akışkanlarda Aranılan Özellikler
ü          Pozitif buharlaşma basıncı olmalıdır. Hava sızmasını dolayısıyla havanın grtirdiği su buharının soğuk kısımlarda katılaşarak işletme aksaklıklarına meyden vermesini önlemek için buharlaşma basıncının çevre basıncından bir miktar üzerinde olması gerekir.
ü      Düşük yoğuşma basıncı olmalıdır. Yüksek basınca dayanıklı kompresör, kondenser, boru hattı gibi tesisat olmalıdır.
ü      Buharlaşma gizli ısısı yüksek olmalıdır. Buharlaşma gizli ısısı ne kadar yüksek olursa sistemde o oranda gaz akışkan kullanılacaktır.
ü      Kimyasal olarak aktif olmamalıdır, tesisat malzemesini etkilememesi, korozif olmaması, yağlama yağının özelliğini değiştirmemesi gerekir.
ü      Yanıcı patlayıcı ve zehirli olmamalıdır.
ü      Kaçakların kolay tespitine imkan veren özellikte olmalıdır.(Koku, renk)
ü      Ucuz olmalıdır.
ü      Isı geçirgenliği yüksek olmalıdır.
ü      Dielektrik olmalıdır.
ü      Düşük donma derecesi sıcaklığı olmalıdır.
ü      Yüksek kritik sıcaklığı olmalıdır.
ü      Özgül hacmi küçük olmalıdır.
ü      Viskozitesi düşük olmalıdır
ALTERNATİF SOĞUTUCU AKIŞKANLAR

 Montreal Protokolü ile başlayan süreçte 1995 yılında “gelişmiş ülkeler” kloroflorokarbon (CFC) üretimini yasakladı, ardından projektörler soğutma endüstrisinin ana sorunu olan diklorflormetan (R22) gibi ikinci dereceden ozon delen kimyasallara ve onların terk ediş kanunlarına yöneldi.

Mevcut Montral Protokolünde gelişmiş ülkelerde HCFC üretimi 2020 yılında yasaklanacağı açık olarak belirlenmiş olsa da bu tarihin öne alınması için yoğun baskılar vardır ve özellikle Avrupa Topluluğu (EU) gibi bazı otoriteler kendi üretim terk ediş takvimlerini 2010 yılına çektikleri gibi kullanım sınırlamalarını bu tarihten çok öncesine çekmişlerdir.

CFC ve HCFC alternatifleri olarak tek bileşikler veya azeotrop karışımlar araştırılmış ancak gerçekte R12 yenine geliştirilen R134a ve R420A dışında bu başarılamamıştır.

Karışımı oluşturan elemanların bireysel eksikleri olmaksızın bazı istenen özellikleri elde etmek amacıyla çalışmalar karışım bileşikler üzerine odaklandı. İlk karışım olarak CFC-12 yerine ve CFC içeren azeotropik karışım R502 üretildi. Bu karışımlar başlangıçta madeni ve alkil benzen yağlarla uyumlu HCFC’ler kullanılarak yapıldı. Daha sonra R12, R502 ve R22 yerine ODP değeri sıfır olan, poliol ester yağ gibi sentetik yağlarla uyumlu hidrojenli florokarbonlar (HFC) ile yapıldı. Hidrokarbonlar ve amonyağın kullanımı da dikkate alınmalıdır.

R22 dönüşümünde  hidrokarbonların ve amonyağın önemli bir rol oynadığı konusunda şüphe yoktur, fakat muhtemelen mevcut ekipman ve uygulamaların büyük bir kısmında zehirsiz ve yanıcı olmayan R22 yerine sıfır ozon delme potansiyeline (ODP) sahip, yanıcı ve zehirli olmayan bir alternatif aranmaktadır. Mevcut durumda ASHRAE adlandırmaları ile üç karışım potansiyel alternatif olarak önerilmektedir; R407C (R32-R125-R134a karışımı), R410A (R32-R134a karışımı) ve R417A (R125-R134a ve R600). Bu karışımların hepsi yanıcılık ve zehirlilik yönünden en kötü kaçak durum senaryolarına göre tanımlanan ASHRAE standartlarına göre en düşük risk olan A1/A1 sınıfı kriterlerini sağlamaktadır.

R407C fiziksel özellikler olarak R22’ye benzer ve böylelikle benzer tasarımlı ekipmanda kullanılabilir. Fakat R407C kullanılması halinde poliol ester yağ (POE) gibi tamamen sentetik yağ doldurulmalıdır. R407C ayrıca pratikte zorluklara yol açan etkili bir sıcaklık kayması gösterir. Özellikle su soğutma gruplarında R22’nin nominal evaporatör sıcaklığı 1ºC civarında iken R407C’de çiğ noktası şartları evaporatör boyunca -4ºC ila 1ºC arasında oluşarak buzlanma tehlikesi doğurur.

R410A da tamamen sentetik yağlayıcılar gerektirir ve fiziksel özellikleri R22’den oldukça farklıdır. Örnek olarak R410A’nın 40ºC’deki doyma basınçları R22’den %60 daha yüksektir ve böylece özel tasarımlı ekipman kullanımı gerekir. R410A’nın bazı avantajları beklenmedik seviyede yüksek ısı transfer katsayısına sahip olması ve daha küçük kompresör ve borular gerektirmesidir. Buna rağmen karışımın kritik sıcaklığı oldukça düşük olup (72ºC) aşırı yüksek ortam şartlarında ve 60ºC ve üzerindeki yoğunlaşma sıcaklıklarına sahip ısı pompası uygulamalarında sorunlar çıkarmaktadır.

R417A (ISCEON® 59) R407C gibi R22 ile benzer fiziksel özelliklere sahiptir, ancak yapısı geleneksel madeni yağlar ve alkali benzen yağlar ile kullanıma uygundur. Bu özellik R417A’yı (ISCEON® 59) yeni ve pahalı neme duyarlı (higroskopik) poliol ester yağlar ile değişim olmadan mevcut ekipman ile kullanımda ideal bir akışkan soğutucu yapar.
 
Pazartesi, Aralık 20, 2010 - http://www.bilgileniyosun.com