Yazı İçeriği
Soğutucu akışkanlar, soğutma, iklimlendirme ve ısı pompaları sistemlerinin en önemli temel akışkanlarıdır. Genellikle bu akışkanlar, buharlaşma ve yoğuşma faz değişimi işlemleri yardımıyla, bir ortamdan çektikleri ısıyı, diğer bir ortama atarlar. Bu faz değişimleri, mekanik buhar sıkıştırmalı ve absorbsiyonlu soğutma sistemlerinde görülürken, hava gibi bir akışkan kullanan gaz soğutma çevrimlerinde görülmez.
Soğutucu akışkanların bir soğutma sisteminin verimli ve emniyetli çalışabilmesi için bazı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olmaları gerekir. Bu özellikler, uygulama ve çalışma şartlarının durumuna göre değişebileceği gibi bu özelliklerin hepsini yerine getirmeleri her zaman mümkün olmayabilir.
Diğer yandan akışkanların çevresel özellikleri dikkate alındığında bazı kimyasallar, dünyanın koruyucu ozon tabakasına zarar verebilir.
Küresel Isınma Potansiyeli (Gwp-Global Warming Potential) Nedir ?
Soğutucu akışkanlar bir gazın karbondioksit ile karşılaştırıldığında, zamanla atmosferde tutacağı ısı miktarını ölçer. Karbondioksitin başlangıç GWP’si 1’dir, bu nedenle 1< GWP olması o derece potansiyele sahip olduğunu gösterir.
Ozon Delme Potansiyeli (Odp-Ozone Depletion Potential) Nedir ?
Ozon tabakasını delen maddeler, ozon moleküllerini yok etme kapasiteleri bakımından farklılık gösterir. Bu nedenle bilim insanları farklı ODP’nin neden olduğu göreceli tükenmeyi karakterize eden bir yöntem geliştirmiştir. Ozon delme potansiyeli, referans gaz (CFC 11) için hesaplanan tükenmeye göre atmosfere salınan bir gazın, her bir kütle birimi için ozon değişim oranını ifade eder. 1< ODP daha fazla zararlı olduğunu gösterir.
Soğutucu Akışkanların Özellikleri
Genel olarak bir soğutucu akışkanda aranması gereken özellikler şunlardır;
- Az bir enerji (güç) sarfı ile daha çok soğutma elde edilebilmelidir.
- Buharlaşma ısısı yüksek olmalıdır.
- Evaporatörde basınç mümkün olduğu kadar yüksek olmalıdır.
- Yoğuşma basıncı düşük olmalıdır.
- Viskozitesi düşük ve yüzey gerilimi az olmalıdır.
- Emniyetli ve güvenilir olmalıdır, nakli depolanması, sisteme şarjı kolay gerçekleştirilebilmelidir.
- Soğutma devresinde bulunmaması gereken rutubet (su) ile teması halinde bile çok zararlı reaksiyonlar meydana getirmemelidir.
- Sistemden kaçması halinde, civardaki insanlara ve diğer canlılara zarar vermemelidir, bilhassa yiyecek maddeleri üzerinde zararlı etki yapmamalıdır.
- Havaya karıştığında yanıcı veya patlayıcı bir ortam meydana getirmemelidir.
- Elektriksel özellikleri uygun olmalıdır.
- Temini kolay ve fiyatı düşük olmalıdır.
- Kritik noktası ve kaynama sıcaklığı, kullanılacağı soğutma sistemine uygun olmalı, ısıl iletkenliği yüksek, molar ısınma ısısı ise düşük olmalıdır.
SOĞUTUCU AKIŞKANLARIN SINIFLANDIRILMASI
Soğutucu akışkanlar saf ve karışım olmak üzere iki başlık altında incelenebilir.
Saf Soğutucu Akışkanlar
Saf haldeki soğutucu akışkanları, yapılarında bulunan maddelere bağlı olarak iki ana başlıklar altında sınıflandırmak mümkündür.
İnorganik Yapılı Soğutucu Akışkanlar
Karbondioksit (CO2), amonyak(NH2), kükürtdioksit (SO2), su (H2O) bu gruba örnek olarak verilebilir.
Organik Yapılı Soğutucu Akışkanlar
Bromoflorokarbonlar (Halonlar)
Karbon, flor, brom veya klordan oluşan bileşiklerdir, örnek olarak Halon1301 (R13B1) verilebilir. Halonlar ozon tahribatına katkıları en fazla olan maddelerdir.
Kloroflorokarbonlar(Cfc)
Klor, flor ve karbondan oluşan bileşiklerdir. Ozon tahribatına katkıları, halonlardan sonra en fazla olan soğutucu maddelerdir. Zehirleyici olmamaları, yanıcı olmamaları gibi avantajları vardır, örnek olarak R11 ve R12 verilebilir.
Hidrokloroflorokarbonlar(Hcfc)
Klor, flor, hidrojen ve karbon içeren bileşiklerdir. Ozon tahribatları düşük olmakla birlikte, oldukça yüksek sera etkisine sahiptirler. Bu grupta yer alan maddelere örnek olarak R22 verilebilir.
Hidroflorokarbonlar(Hfc)
Hidrojen, flor ve karbon içeren bileşiklerdir. Ozon üzerinde tahrip edici etkileri yoktur, örnek olarak R134a, R152a, R32 verilebilir.
Karışım Soğutucu Akışkanlar
Saf haldeki soğutucu akışkanların, birbirlerine karıştırılmaları sonucu meydana gelen soğutucu akışkanların kullanılmasının sistem performansı üzerine olumlu etkileri olmuştur.
Azeotropik soğutkan karışımları doymuş sıvı ve doymuş buhar fazlarının bileşimleri termodinamik denge halinde birbirinin aynıdır. Sabit basınç altında gerçekleşen buharlaşma ve yoğuşma prosesleri, tıpkı saf soğutucu akışkan gibi sabit sıcaklık şartlarında gerçekleşir. Azeotropik karışımlar, karışımı oluşturan her bir bileşenden daha düşük buharlaşma sıcaklığına sahip oldukları için, bu karışımlarla daha düşük sıcaklıklarda ve tek kademede çalışabilmek mümkündür. Yani bu karışımlar tıpkı saf soğutucular gibi tek kaynama sıcaklığına sahiptirler. Bu nedenle değişen sıcaklıkta ısıtma ve soğutmaya uygun değillerdir. Örnek olarak R500 (R12, R152a ; %73.8, %26.2 ) verilebilir.
Alternatif Soğutucu Akışkanlar
Bir soğutma sistemini tasarlarken kullanılabilecek birçok aracı akışkan vardır. Bunlar arasında Freonlar veya kloroflorokarbonlar (CFC), amonyak, propan, etan, etilen gibi hidrokarbonlar, karbon dioksit sayılabilir. Endüstriyel ve ticari kesimlerde, zehirleyici olmasına karsın, amonyak yaygın halde kullanılmıştır. CFC ve HCFC alternatifleri olarak tek bileşikler veya azeotrop karışımlar araştırılmış ancak gerçekte R12 yenine geliştirilen R134a ve R420A dışında bu başarılamamıştır.
R410A
Son yıllarda kullanılan R410A soğutucular basınç altında sıvılaştırılmış uçucu ya da çok uçucu florinlihidro-karbonlardır. Tutuşmaz ve amacına uygun biçimde kullanıldığında sağlığa zararlı değildir. R410A soğutucu kolaylıkla suyu emer, membran veya yağı okside eder. Basıncı R22’den yaklaşık 1,6 kez daha yüksektir. R410A tamamen sentetik yağlayıcılar gerektirir ve fiziksel özellikleri R22’den oldukça farklıdır.
Örnek olarak 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.
R32
Son gelişmeler R-32 soğutucu akışkanının R410A soğutucu akışkanına göre hem yüksek enerji verimliliği hem de düşük küresel ısınma potansiyeliyle (GWP: 675) çevreye daha az zarar vermesinden dolayı ev tipi ve ticari tip klimalar için en uygun alternatif akışkan olduğunu göstermiştir.
R-32’nin kimyasal ismi “diflorometan”dır. Karışım halinde olan R-410A(%50 R-32, %50 R-125) soğutucu akışkanının bir bileşeni olarak uzun yıllar kullanılmıştır. R-32 tek bileşenli bir HFC’dir ve ozon tabakasına zarar vermez (ODP=0). Ayrıca R32’nin GWP değeri R410A’nın sahip olduğu GWP değerinin üçte birine eşittir.