Aşırı Soğutma Ekipmanları & Sistem Analizi

Aşırı Soğutma Ekipmanları

& Sistem Analizi

Gökhan SIR – 12522204 Öykü GÜRES – 13522013

Necati Bora GÜREL – 13522012

İÇERİK

Aşırı Soğutma Ekipmanları Kriyojenik Sistemler için 1.Yasa Analizi Kriyojenik Sistemler için 2.Yasa Analizi

Kriyojenik Sistemler – Linde Hampson

Sistemde Kullanılan Ekipmanlar

Isı Değiştirici Kompresör J-T Genleşme Valfi Sıvı Soğutucu Akışkan Muhafaza Tankları

Isı Değiştiriciler – ( Heat Exchangers)

• Düşük basınç düşümü ile maksimum effektiflik• Kompakt ve büyük ısı transferi yüzey alanı • Minimum bakım ile yüksek güvenilirlik sağlamak

• Sistemde Isı değiştiricilerinden istenilen özellikler,

Kompresör

• Genellikle reciprocating, rotary ve screw tipi kompresörler kullanılır.

• Reciprocating kompresörler, yüksek basınç uygulamalarında (Düşük soğutkan debisi) kullanılır.

• Rotary tip kompresörler ise orta basınç uygulamalarında ( yüksek soğutkan debisi) kullanılır.

Joule Thomson Genleşme Valfi

Kısılma valfinin amacı Soğutkanın akışını kısarak, basıncını değiştirmektedir. Yoğuşturucudan gelen yüksek basınç ve sıcaklıktaki aşırı soğutulmuş sıvı soğutkanın, basıncını ve sıcaklığını düşürerek buharlaşma basıncına getirmek için kullanılmaktadır. Soğutkanın bir kısmı buharlaştırıcıya girmeden, kısılma vanası içinde buharlaşmaya başlamaktadır. Bir diğer işlevi ise, kompresör durduğu zaman, soğutma devresindeki basınç farklılığını dengelemektir.

Sıvı Soğutucu Akışkanı Muhafaza Tankları

• Kriyojenik tanklar, içlerinde sıvı fazda bulunan gazları - Sıvılaştırılmış Doğalgaz(LNG), sıvılaştırılmış azot(LIN), sıvılaştırılmış argon(LAR), sıvılaştırılmış oksijen(LOX) - taşımak ve depolamak amacı ile üretilmektedir. Tanklar, içinde bulunan gazin -196 ºC ve daha düşük sıcaklıkları muhafaza etmeye yönelik tasarlanmaktadırlar.

• Her bir tank, iç içe geçirilmiş iki adet tanktan oluşmaktadır. İç tanklarda 304L paslanmaz çelik malzeme kullanılmaktadır. Dış tank için(Zarf) S355J2G3 malzeme kullanılmaktadır. Tanklar perlit agregası ve vakum tekniği ile izole edilmektedir..

• Üretimi tamamlanan tanklar sıvı azot ile yıkanarak bir taraftan oksijenden bağımsız hale getirilmekte ve bir taraftan da termik gerilmeleri bertaraf edebilmek için ön soğutma işlemine tabi tutulmaktadırlar.

Kriyojenik Sistemler için 1. Yasa Analizi

Kriyojenik Sistemler;1. Basit Linde-Hampson Sistemi2. Ön Soğutmalı Linde-Hampson Sistemi3. Çift Basınçlı Linde-Hampson Sistemi4. Claude Sistem

İkinci sistem sınırı için 1. yasa uygulandığında;

Basit Linde-Hampson için 1. Yasa Analizi

• Akışkanın potansiyel enerji değişimi çok küçüktür ve ihmal edilebilir. (Δpe

• Akışkan hızı çok düşük olduğu için kinetik enerjideki değişim ihmal edilebilir. (Δke

Sürekli akış için kompresördeki 1. yasa;

Kompresör için 1. yasa;

• Basınç düşümü sırasında iş yapmaz.(W )• Isı geçişi için alanın küçük, zamanın kısa

olması sebebiyle akış adyabatik kabul edilebilir.(q )



Sürekli akışlı açık sistemde JT valfi için 1. yasa;

JT valfi için 1. yasa;

Ön soğutmalı Linde-Hampson için 1. Yasa Analizi

Sistem sınırı için 1. yasa uygulandığında;

Ana kompresör(izotermal) için 1. yasa;




Yardımcı kompresör(izantropik) için 1. yasa;

• Akışkanın potansiyel enerji değişimi çok küçüktür ve ihmal edilebilir. (Δpe• Akışkan hızı çok düşük olduğu için kinetik enerjideki değişim ihmal edilebilir. (Δke• Isı kondenserden atılır. (Sistem sınırında Q= )


Çift Basınçlı Linde-Hampson için 1. Yasa Analizi;


Alçak Basınç Kompresörü için 1. yasa;



Sürekli akış için alçak basınç kompresöründeki 1. yasa;

Yüksek Basınç Kompresörü için 1. yasa;



Sürekli akış için yüksek basınç kompresördeki 1. yasa;

Claude Sistemi için 1. Yasa Analizi


Kompresör için 1. yasa;



Sürekli akış için alçak basınç kompresöründeki 1. yasa;

Türbin için 1. yasa;

• İyi yalıtım yapıldığı için ısı geçişi ihmal edilir.(Q )


• Akışkan hızı oldukça yüksektir ve kinetik enerjisinde büyük değişiklikler olabilir. Ancak entalpi değişimiyle karşılaştırıldığında bu değişimler çok küçüktür. (Δke

Sürekli akışlı açık sistemde türbin için 1. yasa;

Kriyojenik Sistemler için 2. Yasa Analizi

1. İkinci Yasa Analizi Hakkında Genel Bilgi2. Ön Soğutmalı Linde-Hampson Sistemi İçin 2. Yasa Analizi3. Çift Basınçlı Linde-Hampson Sistemiİçin 2. Yasa Analizi4. Claude Sistem İçin 2. Yasa Analizi5. Basit Linde-Hampson Sistemi Ekserji Analizi Uygulaması

KULLANILABİLİRLİK

Kullanılabilirlik belirli bir halde ve belirli bir miktarda enerjiden elde edilebilecek maksimum işi veren bir özelliktir. Kullanılabilirlik çözümlemesinde ilk hal belirlidir, bu nedenle değişken değildir. İki hal arasında sistem tarafından yapılan en çok iş, hal değişiminin tersinir olması durumunda gerçekleşir. Bu nedenle sistemden elde edilecek en çok işi belirlerken tersinmezlikler göz önüne alınmaz. Sistemden en çok işi elde edebilmek için, hal değişimi sonunda sistemin ölü halde olması gerekmektedir.

Bir sistemin ölü halde olması, çevresiyle termodinamik dengede olması anlamına gelir. Ölü haldeyken sistem, çevre sıcaklığında ve basıncındadır. Sistemin çevresine göre kinetik ve potansiyel enerjileri sıfırdır. Ayrıca ölü haldeyken sistem, çevreyle kimyasal reaksiyona giremez ve çevreyle arasında dengelenmeyen manyetik, elektrik veya yüzey erilme etkileri yoktur.

Yukarıda öne sürülen düşünceler ışığında şu sonuca varılabilir: Bir sistemden elde edilebilecek en çok iş, sistem belirli bir başlangıç halinden, tersinir bir hal değişimiyle çevrenin bulunduğu hale(ölü hale) gelirse elde edilir. Bu değer, sistemin verilen başlangıç halinde, yararlı iş potansiyelini veya iş yapma olanağını göstermektedir ve kullanılabilirlik diye adlandırılmaktadır.

KULLANILABİLİRLİK

TERSİNİR İŞ VE TERSİNMEZLİKLER

Yukarıda açıklanan kullanılabilirlik çözümlemesi, verilen bir halde bir sitemden elde edilebilecek en çok işi belirlemek açısından yararlıdır. Enerjinin niteliğini belirlemek için araç olabileceği gibi, değişik enerji kaynaklarının iş potansiyellerini karşılaştırmaya olanak sağlar. Fakat kullanılabilirlik çözümlemesi, belirli iki hal arasında çalışan mühendislik sistemlerini incelemek için tek başına yeterli değildir. Çünkü kullanılabilirlik çözümlemesinde son hal her zaman ölü haldir, geçek mühendislik sistemlerinde ise çoğunlukla böyle değildir.

Tersinir iş, belirli iki hal arasındaki hal değişimi sırasında bir sistemden elde edilebilecek en çok yararlı iş olarak tanımlanır. Bu iş, ilk ve son haller arasındaki hal değişimi tümden tersinir olarak gerçekleştiği zaman elde edilir. Son hal ölü hal olduğu zaman tersinir iş kullanılabilirliğe eşittir.

Tersinir iş ile ile yararlı iş arasındaki fark, hal değişimi sırasındaki tersinmezliklerden kaynaklanır ve I ile gösterilir.

TERSİNİR İŞ VE TERSİNMEZLİKLER

İKİNCİ YASA VERİMİ

Isı makineleri, soğutma makineleri, ısı pompaları gibi makinelerin çalışma etkinliklerinin bir ölçüsü olarak ısıl verim ve etkinlik katsayısı tanımlanmıştır. Bu tanımlar sadece birinci yasa göz önüne alınarak yapılmıştır, bu nedenle birinci yasa verimi olarak da bilinirler.

İkinci yasa verimi ise, gerçek ısıl verimin, aynı koşullarda olabilecek maksimum(tersinir) ısıl verime oranıdır.

İKİNCİ YASA VERİMİ

SÜREKLİ AKIŞLI AÇIK SİSTEMLERİN İKİNCİ YASA ÇÖZÜMLEMESİ

Birinci yasa; İkinci yasa; Bu iki denklemi kullanarak ısı geçişi terimi yok edilirse,

Bulunur. Bu denklemle verilen , açık sistemlerde yapılan gerçek iştir, bu aynı zamanda yararlı işe eşittir, çünkü sürekli açık sistemlerin sınırları sabit olup çevre işi söz konusu değildir.

Tersinir iş, yukarıdaki denklemde toplam entropi üretimi terimi sıfıra eşitlenerek bulunur:

SASA sistemin bir giriş ve bir çıkışı varsa;


Bir akışın kullanılabilirliği, akış kullanılabilirliği diye adlandırılır ve ile gösterilir. Çıkış hali ölü hal olmak üzere;

SASA sistemle sıcaklığındaki bir ısıl enerji deposu arasında miktarında ısı geçişi oluyorsa, tersinir iş bağıntısı açık sistem için birince ve ikinci yasa denklemlerini yazıp, çevreyle ısı geçişini gösteren terimi yok ederek bulunur:


Ön Soğutmalı Linde-Hampson Sistemi İçin 2. Yasa Analizi

Kompresör (1-2)

Isı Değiştirici – 1 (2-3 , 8-9 , d-e)


Isı Değiştirici – 2 (3-4 , 7-8)

Boru Parçaları (4-5 , g-7 , 9-1)


J-T Valfi

Boiler


Çift Basınçlı Linde-Hampson Sistemi İçin 2. Yasa Analizi


Kompresör-1 (1-2)

Kompresör-2 (3-4)

ID


Boru Parçaları


J-T – 1

J-T – 2

Boiler-1

Boiler-2


Claude Sistemi İçin 2. Yasa Analizi

Kompresör (1-2)




Isı Değiştirici – 3 (4-5 , 6a-7)

Türbin


Boru Parçaları


J-T

Boiler


KABULLER Her bir boru parçasındaki basınç kaybı 10 kPa ve ısı kazancı 10

kJ/kg’dır. Isı değiştiricisindeki basınç kaybı 10 kPa’ dır.

Tç=22 C ve Pç=1 bar Çevrim aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi gerçekleşmektedir.

UYGULAMA

UYGULAMA

UYGULAMA

No Sıcaklık (°C) Basınç (bar) Entalpi (kJ/kg) Entropi (kJ/kgK)

1 22 1 510 3,882 22 50 500 2,693 -141 49 240 1,284 -144 48 250 1,395 -194 1,3 250 1,98

SIVI -190 1,3 110 0,2

GAZ -190 1,3 280 2,4

6 -187 1,2 290 2,517 19 1,1 500 3,8

,

Komp. Enerji Denklemi

ID Enerji Denklemi:

UYGULAMA

Kompresör (1-2)

kj/kg Isı Değiştirgeci (2-3 , 6-7)

kj/kg

UYGULAMA

Boru Parçaları (3-4 , g-6 , 7-1) (3-4)

kj/kg (g-6)

kj/kg

UYGULAMA

(7-1)

kj/kg

J-T Valfi (4-5)

kj/kg

UYGULAMA

UYGULAMA

Komponent Isı Kaybı/Kazancı (kW)

İş Kaybı/Kazancı (kW)

Basıç Kaybı/Kazancı (kPa)

Ekserji Kaybı (kj/kg)

Kompresör -160 120 4900 -311,22

Isı Değiştirgeci 221 0 10 14,58

3-4 Boru Parçası 40 0 10 22,46

g-6 Boru Parçası 40 0 10 11,46

7-1 Boru Parçası 40 0 10 17,612

J-T Valfi 0 0 -4670 174,13

TEŞEKKÜRLER....

Aşırı Soğutma Ekipmanları & Sistem Analizi

Documents

Transcript of Aşırı Soğutma Ekipmanları & Sistem Analizi