Akışkan Yatak Kurutma Prosesi İçin Isı Pompalı Ön Isıtmanın Termoekonomik Analizi

Year 2024, Volume: 27 Issue: 4, 1463 - 1471, 25.09.2024

Buğra Şensoy , Mustafa Aktaş , Veysel Durak , Zahide Baran Tanrıkulu , Merve Mergen , Merve Ulular

https://doi.org/10.2339/politeknik.1284198

Abstract

Enerji verimliliği, küresel ısınma ve iklim değişikliği günümüzde üzerinde durulan en önemli konuların başında gelmektedir. Tüketilen enerjinin etkin ve verimli kullanımına ilişkin yeni tasarımlar yaparken de tasarımlarda kullanılacak yenilikçi ve verimli teknolojiler ekonomi ve çevresel olumsuz etkilerin azaltılmasına katkı sağlayacaktır. Bu çalışmada; tamamen gaz yakıcı bir cihazla çalışan döküm sektöründe kullanılan akışkan yataklı bir kum kurutma sistemine ısı pompası entegre edilerek doğalgaz tüketimi azaltılmaya ve bu sayede sistem kullanıcılarına doğrudan ve dolaylı kazanımlar yaratılmaya çalışılmıştır. Sudan suya çalışan ve çevre dostu R32 soğutucu akışkanı kullanılarak 20°C’deki ortam havasını 45°C’ye ön ısıtma yapacak şekilde tasarımı yapılan ısı pompası sisteminin performans katsayısı (COPIP) 3,88 olarak hesaplanmıştır. Isı pompası entegrasyonu sayesinde sistem yıllık 36.839,1 Nm3 doğalgaz tasarrufu gerçekleştirilecektir. Bu entegrasyon ile sistemin yıllık çalışma süresi, elektrik ve doğalgaz birim maliyetleri baz alınarak, işletmecisine 193.501,25 ₺/yıl mali tasarruf sağlayacağı öngörülmektedir. Sisteme entegre edilen ısı pompasının; ekipman ve kurulum fiyatı, güncel kur değeri ile yıllık mali tasarruf miktarı parametreleri dahilinde, sistemin amortisman süresi 1,50 yıl olarak hesaplanmıştır. Ayrıca sistemde kurulacak fotovoltaik paneller ile enerji üretilerek karbon emisyonunun azaltılabileceği ve yine fotovoltaik panellerin marifetiyle işletmeci firmaya ek bir gelir kalemi oluşturulabileceği de öngörülmektedir.

Keywords

Isı Pompası, Ön Isıtma, Enerji Verimliliği, Kum Kurutma.

Thermoeconomic Analysis of Heat Pump Preheating For Fluidized Bed Drying Process

Abstract

Energy generation, global warming and climate change are one of the most critical issues today. While making contemporary designs for the effective and efficient consumption of energy should use innovative and efficient technologies. These technologies will contribute to the reduction of economic and environmental negative effects. In this study, natural gas consumption was tried to be reduced by integrating a heat pump into a fluidized bed sand drying system which operates entirely with a gas-burning device in the foundry industry. In this way, direct and indirect gains were tried to be created for system users. The heat pump was designed from water to water and used to make environmentally friendly R32 refrigerant, it makes preheating which increases ambient air from 20°C to 45°C. The coefficient of performance (COP) of this heat pump system has been calculated as 3,88. Due to heat pump integration, the drying system saved 36.839,1 Nm3 of natural gas annually. Considering the annual operating time of the system, electricity, and natural gas unit costs; this integration predicted that the system would provide 193,501.25 ₺/year financial savings to its owner. Within the parameters, equipment and installation price, current dollar exchange rate and annual financial savings, the heat pump system amortization period was calculated as 1,50 years. Besides, it is possible to reduce carbon emissions by generating energy with photovoltaic panels in the system. At the same time, it is predicted that these photovoltaic panels will create an additional income parameter for the system owner.

Keywords

Heat Pump, Preheating, Energy Efficiency, Sand Drying.

References

• [1] Hu S., Man, C., Gao X., Zhang J., Xu X., Che, D., “Energy analysis of low rank coal pre-drying power generation systems”, Drying Technology, 31(11): 1194–1205, (2013).
• [2] Yahya M., Fahmi H., Hadi S., Edison E., “Performance analyses on fluidized bed dryer integrated biomass furnace with and without air preheater for paddy drying”, International Journal of Power Electronics and Drive System, 10(3): 1555-1563, (2019).
• [3] Patel K., Kar A., “Heat pump assisted drying of agricultural produce an overview”, Journal of Food Science and Technology, 49(2): 42-160, (2012).
• [4] Lytle J., Choi N., Prisbrey K., “Influence of preheating on grindability of coal”, International Journal of Mineral Processing, 36(1-2): 107-112, (1992).
• [5] Kaya M., “Isı pompası ve kombi ısıtma sistemleri maliyet analizlerinin karşılaştırılması”, Makine Teknolojileri Elektronik Dergisi, 6(2): 39-47, (2009).
• [6] Wei W., Ni L., Zhou C., Wang W., Xu L., Yang Y., Yao Y., “Technical, economic and environmental investigation on heating performance of quasi-two stage compression air source heat pump in severe cold region”, Energy and Buildings, 223(2): 1-13, (2020).
• [7] Şensoy B., “Güneş enerjisi destekli ısı pompası sistemlerinin performans analizi”, Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, (2019).
• [8] Özen A. C., “Farklı iklim koşullarında hava kaynaklı ısı pompası ile yoğuşmalı kombinin termo-ekonomik analizi”, Yüksek lisans tezi, Kütahya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, (2019).
• [9] Lea K. X., Huanga M. J., Shaha N. N., Wilsona C., Artainb P. M., Byrneb R., Hewitta N. J., “Techno economic assessment of cascade air-to-water heat pump retrofitted into residential buildings using experimentally validated simulations”, Applied Energy, 250: 633–652, (2019).
• [10] Ameen A., Bari S., “Investigation into the effectiveness of heat pump assisted clothes dryer for humid tropics”, Energy Convers Manage, 45(9-10): 1397–405, (2004).
• [11] Strømmen I., Eikevik T. M., Alves-Filho O., Syverud K., Jonassen O., “Low temperature drying with heat pumps new generations of high quality dried products”, In 13th International Drying Symposium, Beijing-China, 27–30, (2002).
• [12] Yajima R., Kita K., Taira S., Domyo N., “R32 as a solution for energy conservation and low emission”, Eighth International Refrigeration and Air Conditioning Conference, USA, 407-414, (2000).
• [13] Selbaş R., Yılmaz F., “Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde R410a ve R32 soğutucu akışkanlarının termodinamik analizi”, SDU International Technologic Science, 6(2): 50-60, (2014).
• [14] Taira S., Yamakawa T., Nakai A., Yajima R., “Examination regarding air-conditioner sand heat pumps, using the next generation refrigerants”, 10th IEA Heat Pump Conference, Japan, 22-29, (2011).
• [15] Koyama S., Takada N., Matsuo Y., Yoshitake D., Fukuda S., “Possibility to introduce HFO-1234ze(E) and its mixture with HFC-32 as low GWP alternatives for heatpump/refrigerat systems”, International Refrigerationand Air Conditioning Conference, USA, 1-10., (2010).
• [16] Xu X., Hwang Y., Radermacher R., “Performance comparison of R410A and R32 in vapor injection cycles”, International Journal of Refrigeration, 36(3): 892–903, (2013).
• [17] Kurşun İ., İpekoğlu, B. “Türkiye kuvars kumu potansiyeline genel bir bakış”, Endüstriyel Hammaddeler Sempozyumu, İzmir, Türkiye, (1995).
• [18] Hacıfazlıoğlu H., Terzi M., Kara T. D., Kurşun, İ., “Silis kumun liç yöntemi ile saflaştırılmasında organik ve inorganik asitlerin verimliliğinin araştırılması”, Adıyaman Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 3(4): 11-18, (2016).
• [19]https://kutuphane.tarimorman.gov.tr/vufind/Record/11139, Devlet Planlama Teşkilatı, Ankara, (1996).
• [20] Okudan O. M., Onat A., “Analysis of R410A and alternative refrigerants used in roof type air conditioners”, International Journal of Advances in Engineering and Pure Sciences, 32(4): 507-520, (2020).
• [21] Yakut A., “Yeni nesil soğutucu akışkan R32 hakkındaki son gelişmeler ve Kigali anlaşmasının getirdikleri”, Yeşil Bina Dergisi, 8 (45): 44-46, (2017).
• [22] Chen J., Jianlin Y., “Energy and exergy analysis of a new direct expansion solar assisted vapor injection heat pump cycle with sub cooler for water heater”, Solar Energy, 171: 613-620, (2018).
• [23] https://www.epdk.gov.tr/Detay/Icerik/31327/elektrik-faturalarina-esas-tarife-tablolari, T.C. Enerji Piyasası Denetleme Kurumu, (2023).
• [24] https://www.baskentdogalgaz.com.tr/TR/Satis-Tarifeleri-ve-Fiyatlari/236, Başkent Doğalgaz Dağıtım A.Ş., (2023).