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.
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.