Jeotermal Buhar Enjektörlü Soğutma Sistemi Tersinmezliklerinin

Tesisat Mühendisliği Dergisi
Sayı: 88, s. 31-34,2005
Jeotermal Buhar Enjektörlü Soğutma Sistemi
Tersinmezliklerinin İncelenmesi
Ibrahim UÇGUL*
Mustafa ACAR**
Tansel KOYUN***
Özet
Bu çalışmada önce jeotermal enerji ve kullanım alanları, ardından buhar jelli soğutma sistemleri tanıtılmış ve siste­
min çalışması termodinamik olarak açıklanmıştır. Termodinamiğin I. yasasından yararlanarak sistem performansı, II.
yasasından yararlanarak ta sistem ekserjetik performansı incelenmiştir. Bu sistemde Denizli-Kızıldere jeotermal bu­
harı (P=4,5 bar ) kullanılmıştır. Hesaplamalarda jeneratör sıcaklığının 70,100 ve 130 °C değerleri alınarak ve yoğuşturucu sıcaklığı (tc =35°C ) sabit alınarak, buharlaştırıcı sıcaklığının değişik değerleri için (te =10-15°C ) sistem
performansı (COP) ve sistem ekser jetik performansı (COPEX) ortaya konmuştur.
1. GİRİŞ
Jeotermal enerji, yerkabuğunun işletilebilir derinlik­
lerinde, olağandışı bir şekilde birikmiş bulunan ısı­
nın oluşturduğu bir enerji türüdür. Bu enerji yeryü­
züne doğal olarak veya sondajlarla sıcak su veya bu­
har şeklinde ulaşabilmektedir. Böylece doğrudan
doğruya ısıl enerji olarak kullamlabilindiği gibi
elektrik ve diğer enerji türlerine dönüştürülerek te
değerlendirilebilmektedir [Şamilgil,1992]. Yerküre­
nin sıcak su, ıslak buhar veya kuru buhar halinde bi­
ze sunduğu jeotermal akışkanın taşıdığı enerjinin
ısıtma, soğutma, kurutma, elektrik üretimi v.b. alan­
larda kullanılmasına jeotermal enerji uygulamaları
denir. Jeotermal kaynakların sınıflandırılması je­
otermal akışkanın kuyubaşı sıcaklığına göre yapıl­
makta, sıcaklığı 90 °C'ye kadar olanlara "düşük en-
talpili kaynaklar", 90-150 °C arasında olanlara "or­
ta entalpıli kaynaklar" ve 150 °C'dan yüksek olan­
lara da "yüksek entalpıli kaynaklar" adı verilmekte­
dir.
Türkiye'de bilinen 170 jeotermal sahanın %95'i dü­
şük veya orta entalpilidir[Yeşin,2003]. Düşük ve or­
ta entalpili kaynaklar genel olarak ısıtma, soğutma
yüksek entalpili kaynaklar ise elektrik üretimi ama­
cıyla kullanılmaktadır[Külünk,1983].
Jeotermal akışkanda mevcut bulunan ısıl enerji yar­
dımıyla, soğutma uygulamalan teorik olarak pek
çok şekilde yapılabilse de, uygulamada genel ola-,
rak, absorbsiyonlu, adsorbsiyonlu ve ejektörlü so­
ğutma sistemleri günümüzde ön plana çıkmıştır.
Şekil 2. Jeotermal buhar ejektör soğutma sistemi
(kapalı sistem) [Selbas, 2003]
Şekil 1. Jeotermal buhar jetli ejektör soğutma sistemi
(açık sistem) [Acar,1989]
Özellikle Mimlendirme sistemlerine uygun olan
ejektörlü soğutma sistemi, suyu soğutkan olarak
kullanan sıkıştırman bir soğutma makinesidir. Su
buharı, buharlaşma gizli ısısının büyük, sıvı özgül
ısısının küçük olması nedeniyle iyi bir soğutucu
akışkandır. Ancak düşük buharlaşma sıcaklıklarında
su buharının özgül hacmi çok büyüktür. Bu nendenle, soğutma devresinde sıkıştırma işi için buhar
ejektörü kullanılır. Buhar ejektörlü soğutma sistemi,
buharlaştırıcıdan vakumla çekilen soğuk buharı bir
buhar jeti (tahrik buharı) ile ejektörde sıkıştırılarak
bir kondensere gönderilip yoğuşturulması ilkesine
göre çalışır. Bu tip buharlaştırma sistemlerinde bu­
harlaşma sıcaklığı 0°C'nin üzerinde bulunmakta­
dır^]. Jeotermal enerjili, buhar ejektörlü soğutma
sistemi iki şekilde gerçekleştirilebilir. Bunlardan il­
ki Şekil l'de gösterilen "yüksek entalpili kaynaklar­
dan" elde edilen buharın direkt ejektöre gönderildi­
ği açık sistemler ve diğeri ise Şekil 2'de gösterilen
"orta ve düşük entalpili kaynaktan" elde edilen bu­
harın, atmosferaltı basınçta çalışan ikincil bir buharejektör sisteminin jeneratör ısısını karşılamakta kul­
lanılması yöntemidir. Bu çalışmada ikinci yöntem
irdelenmiştir.
2. EJEKTÖR SİSTEMİNDE TERMODİNAMİK
SÜREÇ VE HESAPLAR
Şekil 2'de gösterilen jeotermal buhar ejektör siste­
mi, jeotermal kaynaktan jeneratörde buhar üretim
alt sistemi ve buna bağlı olarak ejektörlü soğutma
alt sisteminden oluşmaktadır. Soğutma sistemi at­
mosferik basınç altında çalışan buhar jeneratörü, so­
ğutma yükünü karşılayan bir evaporator ve konden­
serden oluşmaktadır. Jeotermal kaynaktan gelen ısı,
32
buhar jeneratöründe Tg ve Pg şartlarında doymuş bu­
har, buhar üretimini gerçekleştirir. Jeneratörde üreti­
len buhar, ejektör içerisinden yüksek hızla geçirildi­
ğinde buna bağlı bulunan evaporator içerisinde va­
kum oluşmakta ve alçak basınçta (Pe) buharlaşma
meydana gelerek evaporator içerisindeki suyun sı­
caklığının Tc değerine düşmesine neden olmaktadır.
Evaporatörde oluşan Pe basmcmdaki buhar ile jene­
ratörden gelen buhar, ejektörde karışarak Tc ve Pc
şartlarındaki kondersere girmektedir. Kondenserde
yoğuşma için atılması gereken ısı, ortam havası kul­
lanılarak sistemden dışarı atılmakta ve kondenserde
yoğuşan su ise çevrimi tamamlamak amacıyla eva­
porator ve jeneratöre yeniden gönderilerek çevrim,
tamamlanmaktadır[5]. Mimlendirme uygulamaları
için ejektör sisteminde su kullanılabilmektedir. An­
cak çok düşük sıcaklıklı soğutma uygulamaları için
ejektörlü sistemde değişik soğutucu akışkanlar ra­
hatlıkla kullanılabilir.
Şekil 2'de verilen, buhar ejektör soğutma sisteminin
termodinamik modelin noktaları görülmektedir. Ka­
rarlı halde sistem bileşenlerinin temel denklemleri
aşağıdaki gibidir.
Jeneratöre verilmesi gereken ısı (Qg):
Burada sırasıyla g, e, ve c; jeneratör, evaporator ve
kondenseri göstermektedir.
Evaporatörden çekilen ısı
Kondenserden çevreye atılan ısı
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ, Sayı 88, 2005
Enerji dengesi:
Kütle dengesi:
Buhar oranı (G)
olmak üzere ;
sistemin soğutma performans katsayısı (COP):
dir.
Termomekanik ekserji
olmak üzere;
Sistemin ekserjetik performans katsayısı (COPEX)
den hesaplanır.
Mimlendirme sistemi için örnek bir uygulama:
Jeotermal buhar kullanan bir buhar ejektör jet soğut­
ma sistemi aşağıda özellikleri verilen Mimlendirme
sistemine uygulanmıştır.
Soğutma yükü = Qe = 500 kW
Evaporator sıcakhklar = T e = 10-15 °C
Kondensasyon sıcaklığı = Tc = 35 °C
Ejektör sistemi jeneratör sıcaklıkları Tg=70,100,130 °C
Jeotermal buhar basıncı 4,5 bar (T = 147,87°€).
Bu değerler için sistem kütle oranlan G Şekil 3'te,
sistem soğutma (COP) ve ekserjetik performansı
(COPEX) değerleri Şekil 4 ve 5'te diyagram halin­
de görülmektedir.
3. SONUÇ
Mimlendirme için kullanılan jeotermal ısı kaynaklı
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ, Sayı 88, 2005
buhar ejektörlü soğutma sistemi verilen şartlarda,
Şekil 3 ve 4'te görüldüğü gibi kütle oranı G ve sis­
tem performans katsayısı COP, artan Tg ve Te sıcakhklanyla artış göstermektedir. Ekserjetik perfor­
mans katsayısı ise artan jeneratör sıcaklığıyla(Tg)
artış göstermekte, artan Te ile azalma göstermekte­
dir. Bu durum termodinamiğin II. yasasının doğal
bir sonucu olarak ortaya çıkmaktadır önerilen sis­
tem ülkemizdeki düşük ve yüksek sıcakhklı jeoter­
mal kaynaklar için uygun çözümler getirmektedir.Ayrıca, kapalı çevrim içinde farklı soğutucu
akışkanlar kullanılarak düşük sıcakhklı soğutma uy-
33
gulamalari için de sistem uygundur.
4. KAYNAKLAR
- Acar, M., Mart 1989,Jeotermal Buhar Ejektörlü
Soğutma Sistemlerinin Uygulanabilirliği, Isı Bili­
mi ve Tekniği Dergisi, Cilt 12, Sayı 1, Sayfa 3135.
- Külünk, H, Eyice, S., 1983 Yeni Enerji Kaynakla­
rı, İstanbul.
- Selbaş, R., Üçgül, t., Şencan, A., Kızılkan, Ö., 2021 Haziran 2003 , Güneş Enerjisi Destekli BuharJet Soğutma Sisteminin İklimlendirmede Uygula­
34
nabilirliğinin Araştırılması, Güneş, Enerjisi Sis­
temleri Sempozyumu ve Sergisi, Mersin.
- Şamilgil, E., Jeotermal Enerji, 1992, Yıldız Teknik
Üniversitesi, Kocaeli Mühendislik Fakültesi, Sayı:262, İstanbul.
• Yesin, O., Türkiye'de Jeotermal Enerji Uygulama­
ları, Ulıbtk'03, 14. Ulusal Isı Bilimi ve Tekniği
Kongresi, 3-5 Eylül 2003 Süleyman Demirel Üniversitesi-Türk Isı Bilimi ve Tekniği Derneği, İs­
parta.
TESİSAT MÜHENDİSLİĞİ DERGİSİ, Sayı 88, 2005