FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/9782

Gözat

Yazar "10114906" ile FBE- Makine Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Ev Tipi Ürünlere Entegre Isı Pompalı Atmosferik Su Jeneratörü Tasarımı
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016 -12-16) Solmaz, Serkan ; Çadırcı, Sertaç ; 10114906 ; Makina Mühendisliği ; Mechanical Engineering
    Temiz su kaynaklarının kısıtlı olması ve dünya nüfusundaki artışın hızlanması sebebiyle günümüzde çeşitli bölgelerde temiz suya ulaşım ile ilgili sıkıntılar yaşanmaktadır. Yapılan araştırma sonuçlarına göre gelecek 30 yıl içerisinde temiz suya ulaşım ile ilgili sıkıntıların artacağı tahmin edilmektedir. Bu sebeple temiz suya ulaşılabilecek alternatif kaynak arayışları günümüzün popüler konularındandır. Atmosferik su jeneratörleri (Atmospheric Water Generator) hava içerisindeki su buharının fiziksel yöntemler ile yoğuşturulduğu sistemlerdir. Yoğuşturulan su filtrelere işlemi sonrasın içme suyu veya kullanım suyu olarak tüketilebilen bir kaynağın oluşturulmasına olanak sağlamaktadır. Yoğuşma olayına birçok mühendislik probleminde rastlanmaktadır. İklimlendirme sistemlerinde ve endüstriyel kurutucularda ortam havasının şartlandırılması amacıyla kapalı veya açık çevrim uygulamaları görülmektedir. Bunların dışında, ortam havası içerisindeki su buharının içme veya kullanım amacıyla yoğuşturulduğu atmosferik su jeneratörleri mevcuttur. Sıvı veya katı kurutucular ile ısı pompalı sistemler hava içerisindeki su buharının yoğuşturulması işleminde yaygın olarak kullanılan teknolojilerdir. Yoğuşturma metodu ve sistem bileşenlerinin tasarımı performans üzerinde doğrudan etkilidir. Günümüzde ev tipi ürünlerde enerji verimliliğinin arttırılması ve su tüketiminin azaltılması en önemli konular arasında gösterilmektedir. Evlerde tüketilen suyun %20’si ev tipi ürünlerde çeşitli amaçlarda kullanılmaktadır ve geri dönüşümü yapılamamaktadır. Ev tipi ürünlerdeki su tüketiminin azaltıması sayesinde günümüzde var olan ve gelecekte artması beklenen temiz su sıkıntısının engellenmesinde kritik etkenlerden biridir. Bu sebeple yüksek lisans tez çalışmasında gerçekleştirilen deneysel ve sayısal çalışmalar sonucunda ev tipi ürünlere entegre ısı pompalı su jeneratörü tasarımı geliştirilmiştir. Böylece, ev tipi ürünlerdeki su tüketiminin azaltılması veya tamamen engellenmesi sağlanmıştır. Tez çalışması sekiz ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde öncelikle su kaynakları ve dünya nüfusu ile ilgili araştırma sonuçları belirtilmiştir. Su kaynakları ve nüfus artışı ile ilgili yapılan araştırmalara göre günümüzde çeşitli bölgelerde var olan ve ilerideki yıllarda dünya genelinde fiziksel etkenler, ekonomik sebepler ve teknolojik yetersizlikler sebebiyle artacağı ön görülen temiz su kaynaklarına ulaşılmasındaki sıkıntı ile ilgili incelemeler gerçekleştirilmiştir. Devamında ise başlama nedenleri, çalışmaların bitiminde hedeflenen sonuçlar, çalışmalarda izlenilen yöntem ve problemin kısıtları genel hatlarıyla açıklanmıştır. İkinci bölümde, hava içerisindeki su buharının yoğuşturulabildiği sistemlerin incelenmesi gerçekleştirilmiş ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Ev tipi ürünlere entegre tasarlanacak sistem için çeşitli kıstaslar altında su buharının kullanım amacıyla yoğuşturulabileceği uygun metot ısı pompalı sistemler olarak belirlenmiştir. Üçüncü bölümde ısı pompalı atmosferik su jeneratörünün bileşenlerinin incelenmesi ve tasarım parametrelerinin belirlenmesi amacıyla buharlaştırıcı tasarımının temel alındığı kapsamlı bir literatür araştırması gerçekleştirilmiştir. Dördüncü bölümde ısı pompalı atmosferik su jeneratörünün daha detaylı incelenmesi amacıyla piyasada bulunan bir ürün ile kıyaslama çalışması (benchmarking) gerçekleştirilmiştir. Kıyaslama çalışması sayesinde sistemin çalışma bölgesi, bileşenlerin yapısı ve sistem üzerindeki etkin parametrelerin detaylı olarak incelenmesi sağlanmıştır. Kıyaslama ürünü üzerinde çeşitli deneysel çalışmalar gerçekleştirilerek sistem verimini hakkında incelemelerde bulunulmuştur. Kıyaslama ürünü ile yapılan deneysel çalışmalar Avrupa Birliği EN 61121 numaralı standarttaki çalışma koşulları, şebeke gerilimi 230 V, şebeke gerilim frekansı 50 Hz, ortam sıcaklığı 23oC ve ortam nemi %55 temel alınarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda belirtilen ortam şartlarında sistemin kararlı rejime ulaştığı çalışma bölgesinde 450 ml/h’lik bir su üretimi gerçekleşmektedir. Beşinci bölümde deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen verilerin yapılacak diğer çalışmalar ile karşılaştırılabilmesi için verim tanımlamaları oluşturulmuştur. Tasarım çalışması öncesinde ön yaklaşım oluşturması amacıyla deneysel çalışmalarda kullanılan bileşenlerden yola çıkılarak sayısal bir çözüm ağı içerisinde kıyaslama ürünü modeli oluşturulmuştur. Buharlaştırıcının sayısal olarak modellenmesi amacıyla çözüm ağı içerisinde çeşitli korelasyonlar ve çözüm modelleri kullanılmıştır. Buharlaştırıcının sayısal çözümlenme çalışması CoilDesigner 4.0 ile yapılmıştır. Sayısal çözümleme çalışması ile deneysel çalışmalar arasında karşılaştırmalar gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalar, sayısal çözümleme modeli ve verim tanımlamalarından yola çıkılarak sistem veriminin belirlenmesi ve verim artışının sağlanabileceği yöntemlerin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Böylece, ev tipi ürünlere entegre ısı pompalı su jeneratörü tasarımı için tasarım ögelerinin irdelenmesi sağlanmıştır. Deneysel çalışmalar ile sayısal çözüm modeli arasında yapılan karşılaştırmalar sonucunda YSO(yoğuşturulan su miktarının soğutma kapasitesine oranı) için %4,63 ve YAO(yoğuşturulan su miktarının toplam buharlaştırıcı alanına oranı) için %4,13’lük bir fark olduğu belirlenmiştir. Böylece, sayısal çözüm ağının tasarımda kullanılabilecek bir araç olduğu saptanmıştır. Altıncı bölümde tasarım kıstasları temel alınarak istenen miktarda su üretiminin sağlanabileceği buharlaştırıcı modelinin belirlenmesi amacıyla ön tasarımlar oluşturulmuştur. Sayısal çözümleme modeli sayesinde ön tasarımların detaylı olarak incelenmesi ve tasarım kıstaslarının sağlandığı tasarımın oluşturulması gerçekleştirilmiştir. Tasarımın üretimi yapılmış ve deneysel olarak incelemeler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, buharlaştırıcı tasarımından yola çıkılarak ısı pompasındaki diğer bileşenler irdelenmiştir. Deneysel ve sayısal tasarım çalışmaları arasında yapılan karşılaştırma sonucunda YSO için %11,8 ve YAO için %0,5’lik bir fark olduğu belirlenmiştir. Böylece, oluşturulan sayısal çözüm ağının tasarım çalışmalarında kullanılabilir bir araç olduğu belirlenmiştir. Yedinci bölümde sistemin çalışması için gerekli enerjinin yenilenebilir kaynaklardan sağlanması amacıyla çeşitli tasarım kıstasları altında güneş enerjisinde elektrik üretiminin yapılabileceği bir sistemin tasarımı ve kurulumu gerçekleştirilmiştir. Bu sayede, şebekeden bağımsız elektrik ve su üretebilen ev tipi ürünlere entegre atmosferik su jeneratörü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Sekizinci ve son bölümde sonuçlar ve değerlendirmeler yer almaktadır.