Mekanik buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde R134a, R1234yf, R450A, R513A ve R515B kullanımının termodinamik analizi

Yıl 2024, , 161 - 176, 21.08.2023

Kemal Bilen , Bilal Işık , Kayhan Dağıdır , Erol Arcaklıoğlu

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1203826

Öz

Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sistemlerinde (BSSS’lerde) iş akışkanı olarak kullanılan R134a, küresel ısınmaya karşı alınan tedbirler kapsamında kullanımına son verilmesi planlanan soğutucu akışkanlardandır. Bu nedenle araştırmacılar, R134a’nın alternatiflerini geliştirmeye yönelmişlerdir. Bu kapsamda bu çalışmada; deneysel veriler yardımıyla mühendislik denklem çözücü (EES) programında geliştirilen teorik bir model aracılığıyla mekanik bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminde R134a ve alternatifleri R1234yf, R450A, R513A ve R515B soğutucu akışkanlarının kullanımları, Termodinamiğin I. ve II. yasaları bakımından teorik olarak incelenmiştir. Analizler, sabit soğutma yükü için çeşitli buharlaşma ve yoğuşma sıcaklıklarında gerçekleştirilmiştir. Analizler sonucunda; soğutucu akışkan türünün, kompresör gücüne, yoğuşturucudan birim zamandaki ısı geçiş miktarına, soğutma tesir katsayısına (COP’ye), ikinci yasa verimine ve soğutucu akışkanın kütlesel debisine etkisi tespit edilmiştir. Çalışmada, R134a ve alternatiflerine ilişkin aynı şartlarda elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak; kompresör gücünün R134a’ya göre, R1234yf’de %5,62, R450A’da %2,35, R513A’da %3,41, R515B’de ise %2,88 oranında arttığı tespit edilmiştir. Böylece, R134a yerine R1234yf, R450A, R513A ve R515B kullanıldığında, COP’de sırasıyla %5,32, %2,30, %3,30 ve %2,80 oranlarında azalma olduğu görülmüştür. Benzer şekilde, R1234yf, R450A, R513A ve R515B’nin kullanılmasıyla ikinci yasa veriminde R134a’ya kıyasla sırasıyla, %5,32, %2,30, %3,29 ve %2,80 bir azalma tespit edilmiştir. Böylece, hem COP hem de ikinci yasa verimi bakımından R134a’ya en yakın soğutucu akışkanın R450A olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

R134a, küresel ısınma potansiyeli, alternatif soğutucu akışkanlar, soğutma sistemi, termodinamik analiz

Destekleyen Kurum

TÜBİTAK

Proje Numarası

119M074

Teşekkür

Bu çalışmanın hazırlanmasında yazarları, ‘1001 - Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı’ kapsamındaki 119M074 numaralı proje ile destekleyen TÜBİTAK’a teşekkür ederiz.

Kaynakça

• 1. Global Environmental Change Report GCRP. A Brief Analysis Kyoto Protocol, IX,. 24, 1997.
• 2. Directive 2006/40/EC of the European Parliament and of the Council of 17 May 2006 relating to emissions from air-conditioning systems in motor vehicles and amending. Council Directive 70/156/EEC. Official Journal of the European Union, 2006.
• 3. Regulation (EU) No: 517/2014 of the European Parliament and the Council of 16 April 2014 on fluorinated greenhouse gases and repealing Regulation (EC) No: 842/2006. Official Journal of the European Union, 2014.
• 4. World Meteorological Organization, Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2014.
• 5. Bolaji B.O., Huan Z., Performance investigation of some hydro-fluorocarbon refrigerants with low global warming as substitutes to R134a in refrigeration systems, Journal of Engineering Thermophysics, 23, 148-157, 2014.
• 6. Li H., Tang K., A comprehensive study of drop-in alternative mixtures for R134a in a mobile air-conditioning system, Applied Thermal Engineering, 203, 117914, 2022.
• 7. Kutlu Ç., Ünal Ş., Erdinç M.T., Thermodynamic analysis of a refrigeration system with double evaporators and ejector, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (4), 1039-1047, 2016.
• 8. Makhnatch P., Mota-Babiloni A., Knodabandeh R., Experimental study of R450A drop-in performance in an R134a small capacity refrigeration unit, International Journal of Refrigeration, 84, 26-35, 2017.
• 9. Sun J., Li W., Cui B., Energy and exergy analyses of R513a as a R134a drop-in replacement in a vapor compression refrigeration system, International Journal of Refrigeration, 112, 348-356, 2020.
• 10. Yang M., Zhamg H., Meng Z., Qin Y., Experimental study on R1234yf/R134A mixture (R513A) as R134a replacement in a domestic refrigerator, Applied Thermal Engineering, 146, 540-547, 2019.
• 11. Sieres J., Santos J. M., Experimental analysis of R1234yf as a drop-in replacement for R134a in a small power refrigeration system, International Journal of Refrigeration, 91, 230-238, 2018.
• 12. Devecioğlu, A. G., Oruç V., Characteristics of some new generation refrigerants with low GWP, The 7th International Conference on Applied Energy, Energy Procedia, 75, 1452-1457, 2015.
• 13. Mateu-Royo C., Mota-Babiloni A., Navarro-Esbri J., Barragan-Cervera A., Comparative analysis of HFO-1234ze(E) and R-515B as low GWP alternatives to HFC-134a in moderately high temperature heat pumps, International Journal of Refrigeration, 124, 197-206, 2021.
• 14. Yıldırım R., Evaluation of the use R450A as an alternative to R134A in low and medium temperature heat pump systems: 4-E (Energy, Exergy, Environmental and Enviro-Economic) analysis, Çanakkale Onsekiz Mart University Journal of Advanced Research in Natural and Applied Sciences, 7 (4), 556-569, 2021.
• 15. Makhnatch P., Mota-Babiloni A., Lopez-Belchi A., Khodabandeh R., R450A and R513A as lower GWP mixtures for high ambient temperature countries: Experimental comparison with R134a, Energy, 166, 223-235, 2019.
• 16. Işık B., Bilen K., Dağıdır K., Arcaklıoğlu E., Buhar sıkıştırmalı soğutma çevriminde R134a ve alternatifi soğutucu akışkanların kullanımının termodinamik analizi, Uluslararası Katılımlı 23. Isı Bilimi ve Tekniği Kongresi, v1, 865-871, Eylül 2021, Gaziantep.
• 17. Honeywell Refrigerants. Technical Datasheets. https://www.honeywell-refrigerants.com/. Yayın tarihi Eylül 1, 2007. Erişim tarihi Aralık 10, 2022.
• 18. North American Sustainable Refrigeration Council. reducing greenhouse gas emissions. https://nasrc.org. Yayın tarihi Eylül 1, 2021. Erişim tarihi Aralık 15, 2022.
• 19. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 5th Assessment Report (AR5) Chapter 8. https://www.ipcc.ch. Yayın tarihi Şubat 1, 2022. Erişim tarihi Ocak 25, 2023.
• 20. Dinçer İ., Kanoğlu M., Refrigeration Systems and Applications, (2nd ed.), John Wiley & Sons Ltd., United Kingdom, 2010.
• 21. Çengel Y. A., Boles, M. A., Thermodynamics: An Engineering Approach, (8th ed.), McGraw-Hill Higher Education, New York, 2015.
• 22. Seyitoğlu S. S., Kılıçarslan A., Second law analysis of different refrigerants in a two stage vapor compression cycle, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 35 (2), 89-87, 2015.
• 23. Aized T., Hamza, A., Thermodynamic analysis of various refrigerants for automotive air conditioning system, Arabian Journal for Science and Engineering, 44, 1697-1707, 2019.
• 24. Yang Z., Feng B., Ma H., Zhang L., Duan C., Liu B., Zhang Y., Chen S., Yang Z., Analysis of lower GWP and flammable alternative refrigerants, International Journal of Refrigeration, 126, 12-22, 2021.