Research Article
İKİ BUHARLAŞTIRICILI KARBONDİOKSİT (CO2) - AMONYAK (NH3) KASKAD SOĞUTMA SİSTEMİNİN TERMODİNAMİK ANALİZİ VE OPTİMUM TASARIM PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİ
Abstract
Günümüzde, aşı muhafazası, hızlı dondurma sistemleri, dondurulmuş gıdaların depolanması gibi nedenlerden dolayı düşük sıcaklıkta verimli bir şekilde çalışan soğutma sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Tek kademeli soğutma sistemlerinin kullanılması, enerji verimliliği açısından ekonomik değildir ve bu nedenle iki kademeli veya kaskad sistemler düşük sıcaklık eldesinin istendiği soğutma uygulamalarında tercih edilirler. Ayrıca, iki farklı düşük sıcaklığa sahip iki buharlaştırıcılı soğutma sistemleri de birçok uygulamada tercih edilmektedir. Bu çalışmada, kaskad soğutma sisteminde iki buharlaştırıcı kullanımı durumunda termodinamik analiz yapılmıştır ve optimum tasarım parametreleri, kaskad yoğuşturucudaki yoğuşturucu sıcaklığı (T_MY) ve soğutmadaki performans katsayısı (COP) açısından belirlenmiştir. Kaskad soğutma sisteminde, küresel ısınmaya ve ozon tabakasının incelmesine neden olan yapay soğutucu akışkanların yerine doğal soğutucu akışkanlardan, karbondioksit (CO2) düşük sıcaklık çevriminde ve amonyak (NH3) yüksek sıcaklık çevriminde kullanılacaktır. Soğutma kapasitesi her iki buharlaştırıcı için sabit olarak kabul edilmiştir. Tasarım parametreleri olarak, birinci ve ikinci buharlaştırıcı sıcaklıkları (T_b1,T_b2), yoğuşturucu sıcaklığı (T_y) ve kaskad yoğuşturucudaki sıcaklık farkı (∆T) ele alınmıştır ve sırasıyla -35 °C ile -45 °C, -45 °C ile -55 °C, 35 °C ile 45 °C, 3 °C ile 5 °C değerleri için çalışılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre COP değerinin buharlaştırıcı sıcaklığına büyük oranda bağlı olduğu ve çalışılan aralıklarda COP değerinin 2.566’ya ulaşılabileceği görülmüştür.
References
- Aghazadeh Dokandari, D., Setayesh Hagh, A., & Mahmoudi, S. M. S. (2014). Thermodynamic investigation and optimization of novel ejector-expansion CO2/NH3 cascade refrigeration cycles (novel CO2/NH3 cycle). International Journal of Refrigeration, 46(94), 26–36. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.07.012
- Alberto Dopazo, J., Fernández-Seara, J., Sieres, J., & Uhía, F. J. (2009). Theoretical analysis of a CO2-NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures. Applied Thermal Engineering, 29(8–9), 1577–1583. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.07.006
- Aminyavari, M., Najafi, B., Shirazi, A., & Rinaldi, F. (2014). Exergetic, economic and environmental (3E) analyses, and multi-objective optimization of a CO2/NH3 cascade refrigeration system. Applied Thermal Engineering, 65(1–2), 42–50. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.12.075
- Dopazo, J. A., & Fernández-Seara, J. (2011). Experimental evaluation of a cascade refrigeration system prototype with CO2 and NH3 for freezing process applications. International Journal of Refrigeration, 34(1), 257–267. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2010.07.010
- Klein SA. Engineering Equation Solver Academic Professional, 2020: V10.951. F-Chart Software. (n.d.). Kutlu, Ç., Ünal, S., Tahir Erdinç, M., & Cihan, E. (2017). Energy and exergy analysis of bus refrigeration system using two-phase ejector with natural refrigerant R744. International Journal of Exergy, 22(4), 331–351. https://doi.org/10.1504/IJEX.2017.083946
- Lee, T. S., Liu, C. H., & Chen, T. W. (2006). Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems. International Journal of Refrigeration, 29(7), 1100–1108. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2006.03.003
- Mehmet Tahir ERDİNÇ, M. Nasıf KURU, Çağrı KUTLU, Ş. Ü. (2021). İki Buharlaştırıcılı Transkritik Soğutma Sisteminde İç Isı Değiştiricisi Kullanımının İncelenmesi. ULIBTK’21 Uluslararası Katılımlı 23. Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi.
- Mohammadi, K., & Powell, K. M. (2021). Thermoeconomic evaluation and optimization of using different environmentally friendly refrigerant pairs for a dual-evaporator cascade refrigeration system. Processes, 9(10). https://doi.org/10.3390/pr9101855
- Recep YAMANKARADENİZ, Nurettin YAMANKARADENİZ, Salih ÇOŞKUN, Erhan PULAT, Ö. K. (2018). Mühendisler İçin Termodinamiğin Esasları Cilt 2. Dora Yayıncılık.
- Rezayan, O., & Behbahaninia, A. (2011). Thermoeconomic optimization and exergy analysis of CO2/NH3 cascade refrigeration systems. Energy, 36(2), 888–895. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.12.022 Stoecker, W. F. (1998). Industrial Refrigeration Handbook. In McGraw Hill.
- T. Yabusita, T. K. (2005). CO2/NH3 Cascade Refrigeration System (Technical Report). Toyo Engineering Works, LTD.
- Ünal, S., Erdinç, M. T., & Kutlu, Ç. (2016). Çift Buharlastiricili Ve Ejektörlü Bir Sogutma Sisteminin Termodinamik Analizi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31(4), 1039–1047. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.278459
- Yataganbaba, A., Kilicarslan, A., & Kurtbaş, I. (2015). Exergy analysis of R1234yf and R1234ze as R134a replacements in a two evaporator vapour compression refrigeration system. International Journal of Refrigeration, 60, 26–37. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.08.010
- Yilmaz, F., & Selbaş, R. (2019). Comparative thermodynamic performance analysis of a cascade system for cooling and heating applications. International Journal of Green Energy, 16(9), 674–686. https://doi.org/10.1080/15435075.2019.1618308
Year 2022,
Volume: 25 Issue: 4, 655 - 669, 03.12.2022
Abstract
References
- Aghazadeh Dokandari, D., Setayesh Hagh, A., & Mahmoudi, S. M. S. (2014). Thermodynamic investigation and optimization of novel ejector-expansion CO2/NH3 cascade refrigeration cycles (novel CO2/NH3 cycle). International Journal of Refrigeration, 46(94), 26–36. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.07.012
- Alberto Dopazo, J., Fernández-Seara, J., Sieres, J., & Uhía, F. J. (2009). Theoretical analysis of a CO2-NH3 cascade refrigeration system for cooling applications at low temperatures. Applied Thermal Engineering, 29(8–9), 1577–1583. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2008.07.006
- Aminyavari, M., Najafi, B., Shirazi, A., & Rinaldi, F. (2014). Exergetic, economic and environmental (3E) analyses, and multi-objective optimization of a CO2/NH3 cascade refrigeration system. Applied Thermal Engineering, 65(1–2), 42–50. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.12.075
- Dopazo, J. A., & Fernández-Seara, J. (2011). Experimental evaluation of a cascade refrigeration system prototype with CO2 and NH3 for freezing process applications. International Journal of Refrigeration, 34(1), 257–267. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2010.07.010
- Klein SA. Engineering Equation Solver Academic Professional, 2020: V10.951. F-Chart Software. (n.d.). Kutlu, Ç., Ünal, S., Tahir Erdinç, M., & Cihan, E. (2017). Energy and exergy analysis of bus refrigeration system using two-phase ejector with natural refrigerant R744. International Journal of Exergy, 22(4), 331–351. https://doi.org/10.1504/IJEX.2017.083946
- Lee, T. S., Liu, C. H., & Chen, T. W. (2006). Thermodynamic analysis of optimal condensing temperature of cascade-condenser in CO2/NH3 cascade refrigeration systems. International Journal of Refrigeration, 29(7), 1100–1108. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2006.03.003
- Mehmet Tahir ERDİNÇ, M. Nasıf KURU, Çağrı KUTLU, Ş. Ü. (2021). İki Buharlaştırıcılı Transkritik Soğutma Sisteminde İç Isı Değiştiricisi Kullanımının İncelenmesi. ULIBTK’21 Uluslararası Katılımlı 23. Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi.
- Mohammadi, K., & Powell, K. M. (2021). Thermoeconomic evaluation and optimization of using different environmentally friendly refrigerant pairs for a dual-evaporator cascade refrigeration system. Processes, 9(10). https://doi.org/10.3390/pr9101855
- Recep YAMANKARADENİZ, Nurettin YAMANKARADENİZ, Salih ÇOŞKUN, Erhan PULAT, Ö. K. (2018). Mühendisler İçin Termodinamiğin Esasları Cilt 2. Dora Yayıncılık.
- Rezayan, O., & Behbahaninia, A. (2011). Thermoeconomic optimization and exergy analysis of CO2/NH3 cascade refrigeration systems. Energy, 36(2), 888–895. https://doi.org/10.1016/j.energy.2010.12.022 Stoecker, W. F. (1998). Industrial Refrigeration Handbook. In McGraw Hill.
- T. Yabusita, T. K. (2005). CO2/NH3 Cascade Refrigeration System (Technical Report). Toyo Engineering Works, LTD.
- Ünal, S., Erdinç, M. T., & Kutlu, Ç. (2016). Çift Buharlastiricili Ve Ejektörlü Bir Sogutma Sisteminin Termodinamik Analizi. Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31(4), 1039–1047. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.278459
- Yataganbaba, A., Kilicarslan, A., & Kurtbaş, I. (2015). Exergy analysis of R1234yf and R1234ze as R134a replacements in a two evaporator vapour compression refrigeration system. International Journal of Refrigeration, 60, 26–37. https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.08.010
- Yilmaz, F., & Selbaş, R. (2019). Comparative thermodynamic performance analysis of a cascade system for cooling and heating applications. International Journal of Green Energy, 16(9), 674–686. https://doi.org/10.1080/15435075.2019.1618308
There are 14 citations in total.
Details
| Primary Language | Turkish |
|---|---|
| Subjects | Mechanical Engineering |
| Journal Section | Mechanical Engineering |
| Authors | |
| Publication Date | December 3, 2022 |
| Submission Date | July 29, 2022 |
| Published in Issue | Year 2022Volume: 25 Issue: 4 |
