MM 424 Makina Mühendisliği Uygulamaları II SOĞUK HAVA DEPOSU TASARIMI PROJE DANIŞMANI Yrd. Doç. Dr. Cevdet AYGÜN 091155081 Ahmet Yağız TUNCEL OCAK.

... konulu sunumlar: "MM 424 Makina Mühendisliği Uygulamaları II SOĞUK HAVA DEPOSU TASARIMI PROJE DANIŞMANI Yrd. Doç. Dr. Cevdet AYGÜN 091155081 Ahmet Yağız TUNCEL OCAK."— Sunum transkripti:

1 MM 424 Makina Mühendisliği Uygulamaları II SOĞUK HAVA DEPOSU TASARIMI PROJE DANIŞMANI Yrd. Doç. Dr. Cevdet AYGÜN Ahmet Yağız TUNCEL OCAK 2014

2 Bu tasarım çalışmasında, soğutmanın tarihçesi incelenmiş geçmişten günümüze soğutma teknolojisinin gelişimi, gerekliliği ve güvenilirliğindeki artış gözlemlenmiştir. Bu çalışma oluştururken; bütün emniyet faktörleri göz ününde bulundurularak, güvenle, en zor şartlar altında çalışacak ve her durumda ihtiyaçları karşılayabilecek bir sistem tasarlamak üzere hesaplamalar ve ekipman seçimleri yapılmıştır.

3 SOĞUTMA NEDİR Bir maddenin veya ortamın sıcaklığını onu çevreleyen hacim sıcaklığının altına indirmek ve orada muhafaza etmek üzere ısının alınması işlemine soğutma denir. Soğutma işlemi yapılırken seçilebilecek bazı soğutma sistemleri vardır ve bunlar şu şekilde sıralanabilir: Buhar Sıkıştırmalı Mekanik Soğutma Sistemi Absorbsiyonlu Soğutma Sistemi Adsorbsiyonlu Soğutma Sistemi Buhar-Jet Soğutma Sistemi Hava Soğutma Sistemi Termoelektrik Soğutma Sistemi Termoakustik Soğutma Sistemi Sterling Soğutma Sistemi

4 Soğutmanın Önemi Bugün yeryüzünde insanlığın en az üçte biri açlığa maruz olup, yeteri derecede beslenememektedir. Ancak ne yazıktır ki, yine bugün besin ihtiyacı için üretilen gıda maddelerinin en az üçte biri insanlığın ihtiyacına arz edilemeden bozulmakta ve çürümektedir. Bugün besin ihtiyacı için üretilen gıda maddelerinin bozulmadan ve çürümeden insanlara arz edilmiş olsa idi, belki de açlığa maruz kalınmayacak ve yeter derecede bile olsa beslenilecekti. Bu sebeplerden dolayı insanlar, besin ihtiyacı için üretilen gıda maddelerinin bozulmadan ve çürümeden pazarlanması, nakli ve gerektiğinde tüketimine kadar muhafazası için öteden beri bazı tedbirlere başvurmuş ve bazı usuller geliştirmiştir.

5 Soğutma Teorisi Soğutma sistemlerinde ortamdan ısı çekmek hedeflenir ve bunun yapılabilmesi için, ısıyı alabilecek sıcaklıkta ve özellikte bir madde gerekmektedir. Isı kazancı veya kayıpları duyulur ve gizli ısı şeklinde olur. İyi bir soğutucu maddenin ısı çekme işlemini gizli ısı şeklinde yapması gerekir. Duyulur Isı: Kendisini sıcaklık artışı olarak gösteren ısı şeklidir. Gizli Isı: Kendisini sıcaklık artışı olarak göstermeyen ısı şeklidir.(Faz değişimi) Soğuk depo tasarımında kullandığımız buhar sıkıştırmalı mekanik soğutma sistemi; yoğuşturucu, buharlaştırcı, kısılma vanası ve kompresör olmak üzere 4 ana elemandan oluşur.

6 Buhar Sıkıştırmalı Mekanik Soğutma Sistemi
Bu sistemde; kompresörde yüksek basınca sıkıştırılan soğutucu akışkan kızgın buhar halinde yoğuşturucuya gönderilir. Burada, çevreye ısı vererek yoğuşan soğutucu akışkan kısılma vanasında alçak basınca düşürülerek, ıslak buhar halinde ve buharlaştırıcının etrafını çeviren ortam sıcaklığından düşük bir sıcaklıkta buharlaştırıcıya girer. Bu sayede ortamın ısısı çekilir ve çektiği ısı ile buhar fazında kompresör tarafından emilir. Böylece çevrim sürekli olarak devam ederken ortamda istenilen sıcaklığa soğutulmuş olur.

7 Teorik Sitem Gerçekte Olan

8 Ana ve Yardımcı Elemanlarıyla Birlikte Buhar Sıkıştırmalı Soğutma Sistemi
1- Oda Termostatı Sıvı Deposu Kompresör 2- Termostatik Kısılma Vanası(TXV) 7- Yoğuşturucu Sıvı Ayırıcı 3- Selenoid Valf Çek Valf Yağ Cebi 4- Gözetleme Camı Yağ Ayırıcı TXV Duyargası 5- Kurutucu Basınç Otomatikleri 15- Buharlaştırıcı

9 Tasarım Hesaplamaları
Soğuk depo tasarımı yapılırken aşağıdaki sıralamaya göre ilerlenmelidir: Ürün cinsi ve miktarı belirlenmeli Tesisin kurulacağı yer belirlenmeli Ürünlerin muhafaza türleri seçilmeli (kısa-uzun) Oda sayısı belirlenmeli Her bir oda boyutlandırılmalı Mimari proje hazırlanmalı(kat planları ve kesit) Her bir odanın soğutma yükü tespit edilmeli Soğutma yüküne göre soğutma grubu elemanları seçilmeli Soğutma tesisatı projesi çizilmeli Soğutma devresi projesi çizilmeli Boru çapı hesabı yapılmalı Maliyet hesabı yapılmalı

10 Hesaplamalar Soğuk depo uygulamalarında oda büyüklüklerinin eşit olarak belirlenmesi, hesaplama yapılırken bir oda(en kötü durumda olan oda) için hesap yapılması kolaylığını sağlamaktadır. Ayrıca bir soğuk depo tesisinin odalardan oluşmasının bazı avantajları vardır: Soğutma grubu elemanlarında arıza olması durumunda sadece küçük oda kullanım dışı kalır. Aynı yerde farklı çeşit maddeler saklanamayacağından işletmeciye çeşit avantajı sunar. Odada az ürün nedeniyle boş kalma durumu daha az olacaktır veya hiç olmayacaktır. Maksimum yükleme miktarından(15ton) fazla ürün gelmesi durumunda kullanılabilir. Bu sunumda yaptığım soğuk hava deposu projesi oda hesaplarına örnek olarak bir oda için yapmış olduğum hesaplamaları anlatacağım.

11 Hesaplamalar Ürün Cinsi ve Miktarları Tesisin Kurulacağı Yer
450 ton portakal 500 ton çilek Tesisin Kurulacağı Yer Portakal ve çileğin yetiştirildiği bölgelere yakınlığı sebebiyle Mersin olarak seçilmiştir. Mersin ili özellikleri Şehir Adı Kuru Termometre Sıcaklığı Yaş Termometre Sıcaklığı Mersin 35°C 29°C

12 Hesaplamalar Ürünlerin Muhafaza Şekilleri
Portakal kısa süreli olarak dolayısıyla donma noktasının üzerinde soğuk muhafaza odalarında saklanacaktır. Çilek uzun süreli olarak dolayısıyla dondurulmuş olarak donmuş muhafaza odalarında saklanacaktır. Ürün Miktarına Göre Oda Sayılarının Belirlenmesi 450 Ton Portakal : 112,5 Ton X 4 oda 500 Ton Çilek : Ton X 5 oda

13 Hesaplamalar Odaların Boyutlandırılması
Örnek hesaplamalarını göstereceğim soğuk muhafaza odası için: 450 ton portakal için boyutlandırma, (kısa süreli soğuk muhafaza) Ürünümüz kısa süreli olduğu için sadece soğuk muhafaza odası yapılması uygundur. Her bir odamız 112,5 ton kapasiteli olacaktır. Mal yoğunlukları tablosundan 1𝑚 3 ’e konan portakal miktarı tespit edilir: 1𝑚 kg portakal X kg portakal X=229,6 𝑚 3 Soğuk muhafaza oda yüksekliği h=9m seçildi (TS4855). Bu yükseklikten 1m evaporatör, 0,5 m hava sirkülasyonu için bırakıldı.

14 Hesaplamalar Buna göre;
Ürünün maksimum yüksekliği h=9-1.5=7,5 m Ürünün kapladığı alan A= 229,6/7,5 = 30,6 𝑚 2 [3,5m X 8,5m] Buna göre, dikdörtgen olacak şekilde en ve boy belirlenir, Ürünün alanı = en x boy Ürünün alanı = 3,5 x 8,5 = 29,8 𝑚 2 Oda içinde gerek hava sirkülasyonu ve gerekse forklift için 2m koridor, kenarlarında hava sirkülasyonu ve yalıtım malzemeleri için kısa ve uzun kenar başına 0,5 m boşluk bırakılarak en ve boya 3 m ilave edilmelidir. Buna göre; Soğuk Muhafaza Odasının Boyutları: 4 adet 6,5m x 11,5m x 9m

15 Hesaplamalar Mimari Proje
Bütün odalar boyutlandırıldıktan sonra en az kullanım dışı alan bırakacak şekilde tesis yerleşim planı oluşturulur. TS 4855 standartlarına göre şok ve ön soğutma odalarının yükseklikleri 3m veya 4,5 m olabilir. Bina kullanımı açısından 3m olarak seçtiğim yükseklik sayesinde 3 katlı soğutma tesisi oluşmuştur. TS 4855 standartlarına göre koridor genişliği 4m olmalıdır. TS 4855 standartlarına göre rampa yüksekliği ve genişliği seçilmiştir. TS 4855 standartlarına göre depo yükseklikleri 3-4,5-6-9m olabilmektedir. Arazi kullanımı açısından depo yüksekliği 9m olarak belirlenmiştir.

16

17 Hesaplamalar Soğutma Yükü Tespiti
Soğutma yükü tespit edilirken öncelikle ısı yükleri hesaplanmalıdır. Isı yükleri aşağıda gösterildiği üzere dört ana başlık altında toplanabilir. Transmisyon Isısı: Tavan, duvar, döşemeden soğutmak istediğimiz ortama gelen ısıdır. İnflitrasyon Isısı: Soğuk odanın kapısının açılmasıyla birlikte hava değişimi ile gelen ısıdır. Mallardan Gelen Isı: Soğuk odaya muhafaza edilmek üzere konan değişik türden malların meydana getirdiği ısıdır. Bunlar dört başlıkta incelenebilir: Donma noktasına soğutana kadar gelen ısı Donma ısısı Olgunlaşma ısısı Mallarla ilgili yan ısılar Muhtelif Isılar: Depo içerisinde çalışan insanlardan, aydınlatmadan, evaporatör elektrik motorlarından, defrostlardan gelen ısılardır. Soğutma yükünü tespit ederken düzen ve kolaylık açısından Soğutma Yükü Tablosu kullanılmıştır.

18 Hesaplamalar Soğutma yükünün hesabı için öncelikle iç ve dış duvarlar ile döşeme ve tavanın toplam ısı transfer katsayılarının tespit edilmesi gereklidir. İç Duvarlar ℎ 𝑖ç = 7 Ön soğutma ve soğuk muhafaza için yalıtım kalınlığı 10 cm Şoklama ve donmuş muhafaza için yalıtım kalınlığı 20 cm K=0,27 kcal/ 𝑚 2 ℎ ℃ Malzeme Kalınlık (cm) Isı iletim katsayısı (kcal/m h ℃) Sıva 3+3 0.60 İç Tuğla 23 Styropor 10/20 0.034 𝐾= ℎ 𝑥 1 𝑘 𝑥 2 𝑘 2 +…+ 𝑥 𝑛 𝑘 𝑛 ℎ 2

19 Hesaplamalar 𝐾= 1 1 ℎ 1 + 𝑥 1 𝑘 1 + 𝑥 2 𝑘 2 +…+ 𝑥 𝑛 𝑘 𝑛 + 1 ℎ 2
Dış Duvarlar ℎ 𝑖ç = 7 ℎ 𝑑ış =20 Ön soğutma ve soğuk muhafaza için yalıtım kalınlığı 15 cm Şoklama ve donmuş muhafaza için yalıtım kalınlığı 20 cm K=0,2 kcal/ 𝑚 2 ℎ ℃ Malzeme Kalınlık (cm) Isı İletim Katsayısı (kcal/m h ℃) İç Sıva 3 0.60 Styropor 15/20 0.034 Dış Tuğla 23 0.75 Dış Sıva 𝐾= ℎ 𝑥 1 𝑘 𝑥 2 𝑘 2 +…+ 𝑥 𝑛 𝑘 𝑛 ℎ 2

20 Hesaplamalar Dış Duvarlar ℎ 𝑖ç = 5 ℎ 𝑑ış =5 Ön soğutma ve soğuk muhafaza için yalıtım kalınlığı 15 cm Şoklama ve donmuş muhafaza için yalıtım kalınlığı 20 cm K=0,202 kcal/ 𝑚 2 ℎ ℃ Malzeme Kalınlık (cm) Isı iletim katsayısı (kcal/m h ℃) İç Sıva 3 0.60 Betonarme Betonu 10 1.30 Styropor 15/20 0.034 𝐾= ,03 0,6 + 0,15 0, ,1 1,

21 Hesaplamalar Döşeme ℎ 𝑖ç = 8 Ön soğutma ve soğuk muhafaza için yalıtım kalınlığı 15 cm Şoklama ve donmuş muhafaza için yalıtım kalınlığı 20 cm K=0,205 kcal/ 𝑚 2 ℎ ℃ Malzeme Kalınlık (cm) Isı iletim katsayısı (kcal/m h ℃) Blokaj 5 0.5 Grebeton 10 0.9 Styropor 15/20 0.034 Harç 3 1.2 Karo Mozaik 1.1 𝐾= ,03 1,1 + 0,03 1,2 + 0,05 0,9 + 0,15 0, ,1 0,9 + 0,05 0,5

22 Isı Yükü Tablosu Dış sıcaklık ve ona göre komşu hacim sıcaklıkları Komşu Hacim ve Döşeme Sıcaklıkları tablosundan belirlenmiştir. İnflitrasyon Isısı Hesabında; odanın net hacmi alınır, havanın oda içerisinde işgal ettiği hacim, iç ve dış hava tutumu katsayıları ve net oda hacmine göre önceden belirlenmiş hava değişim sayısıyla çarpılarak günlük hava değişiminden gelen ısı miktarı hesaplanır. Mallardan gelen ısı, saklanılan ürünlerin belirli fazlarda ürettikleri ısı miktarları ile ağırlıkları ve soğutma süreleri kullanılarak hesaplanır. Bu hesaplara ürünlerle birlikte dış sıcaklıkta gelen kasa, kutu vs. soğutma yükü de eklenir. Muhtelif Isılar hesaplanırken; Kişi ısısı ortam sıcaklığına göre tablolardan Aydınlatma cihaz üzerindeki değerlerden Fan motorları evaporatör kataloğundan Defrost evaporatör kataloğundan Forklift ısısı 2500kcal/h olarak tespit edilir.

23 Evaporatör Seçimi Soğutucu Ekipmanların Seçimi
Soğutucu ekipmanlar FRITERM markasının Ürün Seçim Programı kullanılarak seçilmiştir. Oda Sıcaklığı: 0 ℃ Evaporatör Sıcaklığı: -10℃ Kondenser Sıcaklığı: 40℃ Soğutucu Akışkan:R-22 Gerekli Kapasite: kcal/h Tipi: FRITERM FDDH 50.41 Seçilen Kapasite: 33906kcal/h X 2

24 Kompresör Seçimi Compressor model 4H.2-K Refrigerant R22 Reference temperature Dew point temp. Evaporating SST -10,00 °C Condensing SDT 40,0 °C Liq. subc. (in condenser) 0 K Suction gas temperature 20,00 °C Useful superheat 100% Motor speed 1450 /min Drive Coupling (1:1) Capacity Control Result Compressor 4H.2 Capacity steps Cooling capacity 39,7 kW Cooling capacity * Evaporator capacity Shaft power 12,65 Condenser Capacity 52,4 COP/EER 3,14 COP/EER * Mass flow 828 kg/h Operating mode Compr. speed 1450 /min Necces. driving motor 15 Discharge gas temp. w/o cooling 109,5 °C Soğuk hava deposu kompresörleri BITZER markasının Ürün Seçim Programı kullanılarak seçilmiştir. Gerekli Kapasite: 2 x39331 W Seçilen Kompresör Özellikleri; Katalog Kapasitesi:2 adet W Tipi: BITZER 4H-2 Elektrik Motoru: 2 adet W

25 Kondenser Seçimi Soğutucu ekipmanlar FRITERM markasının Ürün Seçim Programı kullanılarak seçilmiştir. Oda Sıcaklığı: 0 ℃ Evaporatör Sıcaklığı: -10℃ Kondenser Sıcaklığı: 40℃ Soğutucu Akışkan:R-22 Gerekli Kapasite: = 52350W Tipi: FRITERM FUH-DK A2-2,1L Seçilen Kapasite: 58204W X 2

26 Hesaplamalar Boru Çapı Hesabı
Bir soğutma devresinde, soğutucu akışkanın fiziksel özelliklerinin birbirinden belirgin şekilde farklı olduğu üç ayrı bölüm vardır. Emiş(Dönüş) Hattı: En kritik ve en çok dikkat gerektiren boru hattıdır. Bir yandan boru çapının gereksiz büyük tutulması hem yağın sürüklenmemesine hem de boru maliyetinin artmasına neden olurken diğer yandan küçük seçilmesi aşırı basınç/sıcaklık kaybına ve yüksek akış hızlarına, dolayısıyla gürültüye sebep olacaktır. Basma(Gidiş) Hattı: Burada da emiş hattındaki genel hususlar göz önünde tutulmalıdır ancak basınç kaybı yönünden durum emiş kadar kritik değildir. Sıvı Hattı: Sıvı hattında önemli konu köpürmenin önlenmesidir. Köpürmenin nedeni, basınç kaybı sonucu sıcaklık-basınç dengesinin, doymuş sıvı konumuna doğru bozulmasıdır. Önlenmesi için 2℃-7℃ arası aşırı soğutma yapılabilir. Boru güzergah seçiminde en önemli husus, boru tesisatının birbirine bağladığı soğutma elemanları arasında mümkün olduğu kadar kısa, doğrusal ve az fitngsli olarak tertiplenmesidir. Bu sayede hem boru israfı önlenecek hem de basınç kayıpları düşük seviyede tutulacak.

27 Hesaplamalar 𝑚 𝑠𝑜ğ =𝐺= 35921/(401,6-249,8) = 0,236 kg/s = 851,8 kg /h
Soğuk Muhafaza Odası için boru çapı hesaplaması: 𝑇 𝑏𝑢ℎ =−10℃ için su buharının doyma basıncı 𝑃 𝑑 =354,3 𝑘𝑃𝑎 𝑇 𝑦𝑜ğ =40℃ için su buharının doyma basıncı 𝑃 𝑑 =1533,3 𝑘𝑃𝑎 𝑇 1 =−10℃ 𝑃 2 =1533,3 kPa 𝑇 3 =40℃ ℎ 1 = 401,6 kJ/kg 𝑇 2 =109℃ ℎ 3 = ℎ 4 = 249,8 kJ/kg K 𝑠 1 =1,7670 kJ/kg K ℎ 2 =438,3 kJ/kg 𝑥 3 =0,0 𝑥 1 =1, 𝜌 3 = 1131,2 kg/ 𝑚 3 𝜌 1 = 15,29 kg/ 𝑚 3 𝑚 𝑠𝑜ğ =𝐺= 35921/(401,6-249,8) = 0,236 kg/s = 851,8 kg /h

28 Boru Çapı Tablosu Bu tarz işlemler için bakır boru en çok kullanılan boru tipidir. Bunun sebebi; bakır borular bilhassa 4” değerine kadar(amonyak hariç) korozyona dayanıklı olması, montaj kolaylığı ve hafifliğidir. Boru çapı tablosu hazırlanırken; Boru tipi ve kullanılacağı yer belirlenir. Botu hattı için sınırlamalar yazılır. Akışkan debisi ile birlikte çapa bağlı akışkan hız denklemi türetilir. Boru hattında kullanılan elemanların kayıpları ve sayıları belirlenir. Eşdeğer boru boyu bulunur ve eşdeğer boru boyuna göre 100m de basınç veya buna karşılık gelen sıcaklık gradyeni hesaplanır: (0,059X100m)/29,7m=0,1987

29

30 Hesaplamalar Maliyet Hesabı
Malzeme İsmi ve Açıklaması Birim Miktarı Birim Fiyatı Para birimi Toplam fiyatı FRITERM FDDH 50.40 Adet 2 5145 EURO 10290 FRITERM FDDH 40.31 2496 4992 FRITERM FSL 80.43T 3 24673 74019 FRITERM FDDH 80.41L 1 FUH-DK A2-2.1L 9080 18160 FUH-DK A4-2.1S 8204 FUH-DK C1-2.1S 17436 BITZER 4H-2 4969 9938 BITZER 6F-2 6891 BITZER OSN8571-K 20362 61086 7/8” Bakır Boru m 22,5 2,94 66,15 1 1/8” Bakır Boru 9,5 3,12 29,64 1 5/8” Bakır Boru 1,5 3,97 5,955 2 1/8” Bakır Boru 14,5 4,2 60,9 3 1/8” Bakır Boru 16 4,9 78,4 Soğutucu Akışkan (R22) Tüp 8 72 576 Styropor m3 418 40 16720 Rapitz Teli m2 3195 0,3 958,5 Yer Karosu 1222 1,66 2028,52 Buhar Kesici İşçilik Giderleri kişi 15 600 9000 Beklenmeyen Giderler 10000 TOPLAM 285811 Maliyet Hesabı Soğuk depo tasarımında, tesis kurulumunda, ana ve yardımcı elemanların seçimindeki giderler işletme sahibine önceden bildirilmelidir. Tasarımın, belirtilen boyutlarda, halihazırda inşa edilmiş bulunan yapının içerisine kurulduğu düşünülerek maliyet hesaplamaları buna göre yapılmıştır. Bu maliyete arsa, inşaat vb maliyetler dahil değildir. Toplam tesis maliyeti: EURO olarak öngörülmüştür

31 SONUÇ Bu projede, şimdiye kadar edindiğim bilgileri, pratiğe dökerek ihtiyaç bulunan bir sektörde tasarım yaptım. Bunun için sektörde bu tür tasarımların yapımında kullanılan tablolar ve kabulleri kullanarak, gerekli kapasite için yeterli bileşenleri seçerek yine boru çapı için hazırlanmış tabloları kullanarak bağlantılarını da gerekli hesaplamaları yaparak oluşturdum. Teorik ve pratik bilgileri bir arada kullanarak yaptığım bu çalışma, tecrübe edinmemi sağladı. Tasarımı yapılan bu soğuk hava deposu her ne kadar çilek ve portakal ürünleri için hazırlanmış olarak görünse de, muhafaza odalarına her türlü gıda maddesi rahatlıkla konulup istenilen süre kadar saklanabilir.

32 Beni Dinlediğiniz İçin Teşekkür Ederim

33 Kaynakça R. J. Dossat(1981), Principles of Refrideration, 2. Edition S. Savaş(1987), Soğuk Depoculuk ve Soğutma Sistemlerine Giriş, Cilt 1 A. Ersoydan(1983), Soğutma Makinaları ve Tesisleri ASHRAE Temel El Kitabı (1998),Soğutma Sistemleri, Soğutucu Akışkanlar Alarko Teknik Bülten, 2005 FRITERM Ürün Seçme Katalogları BITZER Ürün Seçme Katalogları Dora Yayıncılık, Soğutma Tekniği ve Isı Pompaları Uygulamaları Kitabı, 2013 ASHRAE Temel El Kitabu, Bölüm 30(1998) Besinlerin Isıl Özellikleri, Soğuk Depoculukta Soğutma Tesisatı Proje Esasları H. İlhami, Soğutma Sistemleri Ders Notları N.Özkol(1999), Uygulamalı Soğutma Tekniği, MMO yayın no:115 Dr. Yunus A. Çengel Mühendislik Yaklaşımı İle Termodinamik, Literatür Yayıncılık