Yıkayıcı kurutucu kondenser modellerinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi

Abstract

Bu tez kapsamında günümüzde hızla kullanılmaya başlayan ve yüksek enerji tüketimi olan yıkayıcı kurutucu makinelerdeki enerji verimliliğine iyileştirmeye yönelik bir çalışma hedeflenmiştir. Bu amaçla mevcut ürün ve kurutma makineleri üzerindeki literatür incelendikten sonra makine üzerindeki nemli havanın nemini almak için tasarlanan kondenser bölümü üzerinde bir çalışma kararı verilmiştir. Kondenserdeki nem alma veriminin artırılması amacı ile başlanan bu çalışmada kondenserdeki ısı ve kütle geçişi artırılmasıyla yoğuşma performansının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Bu doğrultuda ısı geçişini artırıcı yönde etkisi olan kanatçık yapıları eklenerek kondenser bölgesi yeniden tasarlanmıştır. Temel hedef çamaşırdan suyu daha hızlı buharlaştırmak için havanın nemini kondenser bölgesinde daha hızlı bir şekilde bırakmasıdır. Çamaşırdan daha hızlı atılan su buharı makineyi sürekli ısıtan ısıtıcının daha az çalışması anlamına gelmektedir. Kondenserdeki farklı kanat yapılarının ısı ve kütle geçişi üzerindeki etkisini incelemek üzere öncelikle hava akış simülasyonları gerçekleştirilerek üretim ve testlere uygun modeller belirlenmiştir. Akış analizlerinde yüzey alanını artırmanın basınç kaybı oluşturduğu ve akışı genel olarak olumsuz etkilediği de görülmektedir. Fakat akışın daha karmaşık bir hal alarak anlık türbülans bölgeleri oluşturması ve bu noktalarda ısı geçişinin artması, sistemdeki yoğuşmanın hızlanması ve enerji verimliliğin sağlanması hedeflenmiştir. Bu kapsamda yapılan tasarımlardan 4 adedi prototip kondenser olarak üretilmiş ve deneylere alınmıştır. Ayrıca orijinal modelin de testleri yapılarak verimli bir karşılaştırma hedeflenmiştir. Testler sırasında mevcut teorik hesaplamaların yapılması için kondenserdeki nem ve sıcaklık değerinin bilinmesi gerekmektedir. Ayrıca kondenser sistemi havanın geçtiği içi boş bir kanal sisteminde iken bu bölme sürekli sisteme alınan soğutma suyu ile soğutulmaktadır. Sürekli su verilen bu bölgeye elektronik sensörün uygun konumda bağlanması da veri sağlığı açısından büyük öneme sahiptir. Havanın sıcaklık ve nem verisi nem sensörü üzerinden okunurken, ayrıca nem sensörü üzerine takılan ısıl çift ile de sıcaklık çift kontrollü şekilde ilerlemektedir. Ayrıca mevcut kondenserin hava ile temas eden 5 yüzeyi üzerine de bağlanan ısıl çiftler ile yüzey sıcaklıkları zamana bağlı sürekli alınmaktadır. Bu noktada nem sensörü ve havanın debisinin rüzgar tünelinde ölçülerek bilinmesiyle kondenserdeki havanın enerji değişimi biliniyor olup bu ısının nasıl dağıldığını hesaplamak için makinenin altına koyulan bütün tahliye suyunu tutan kovanın içerisine su sıcaklığını ölçmek için de bir adet ısıl çift koyulmaktaydı. Ayrıca buradaki kovanın anlık olarak terazi üzerinde okunarak veri sistemine aktarılmasıyla sensörün sağladığı bilgiler ile kütle korunumu teyit edilmekteydi. Enerji denklemleri çözülerek sisteme giren enerjinin kondenserde ve tamburdaki dağılımı çıkarılırken sistemin yoğuşma verimi spesifik yoğuşturma oranı ile açıklanmıştır. Buradaki enerji değerinin toplam enerji tüketiminden ziyade kondenserdeki enerji değişimi olduğunun vurgulanması büyük öneme sahiptir. Çünkü burada sistem bir döngü halinde çalışmaktadır ve kondenserde emilmeyen enerji çamaşırdaki su buharını almak için kullanılır. Bu amaçla kondenserdeki ısı geçişinden ziyade ısı geçiş miktarına bağlı kütle değişimi enerji verimliliği üzerinde daha büyük bir rol oynamaktadır. Bu sebeple enerji denklemleri üzerinden hesaplanan ısı geçişi, kütle geçişi ve taşınım katsayılarının büyüklüğü enerji verimliliğine tek başına yetecek bir parametre olmamaktadır. Taşınım katsayısı ifadesi ise sıcaklığa bağlı bir parametre iken testler boyunca yüzeylerin sabit bir noktasından sıcaklık verisi alınırken değişen hava akışı düşünüldüğünde bu ifade farklı yüzeylerdeki farklı akış yoğunluğuna bağlı olarak yanıltıcı bir sonuç doğurabilmektedir. Çünkü sıcaklık farkını artırmak amaç olsa da ısı geçişinin sabit kalması taşınım katsayı değerini düşürmektedir. Fin5 örneğinde sıcaklık farkı en fazlayken ısı geçiş değeri daha düşük kalmaktadır. Fakat bu ısı geçiş değerlerinde daha yüksek yoğuşturma performansı da sağladığı gözlemlenmiştir. Düşük ısı geçişi ve yüksek sıcaklık farkı sebebiyle ısı transfer katsayısı düşük çıkabilmektedir. Fakat buradaki ısı geçiş miktarının düşük olması akışın sıcaklığının düşük kalmasıyla ilgili olup düşük sıcaklıklarda ısıtıcıdan gelen enerji ile çamaşıra aktardığı enerji sayesinde suyu buharlaştırabilirken bu suyu kondenserde daha fazla yoğuşturabildiği için düşük sıcaklıklarda yüksek ısı ve kütle geçiş performansı gerçekleştirmiştir. Bu durumun sebebinin gelen enerjinin görünür ısıdan ziyade gizli ısı şeklinde olduğu kısaca yorumlanmaktadır. Tez kapsamında ayrıca test verilerinden gelen sıcaklık ve nem bilgilerine göre ANSYS Fluent yazılımındaki modeller beslenerek, kullanılan bir ısı geçiş modeli ile test ve analiz sonuçlarının karşılaştırılması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak 1 adet orijinal (kanatçıksız), 4 adet farklı kanatçıklara sahip kondenser modeli incelenmiş en verimli model fin5 yapısı olurken en verimsiz model fin6 yapısı olmuş, fin2 ve fin4 yapılarının finsiz yapı ile benzer sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca fin2 yapısının prototipleme kaynaklı hatası sebebiyle testlerin beklenen etkiyi yapmadığı görülmüştür. Makinedeki içerisindeki enerji döngüsü içerisindeki kondenserin enerji verimliliğine etkisi ısı geçiş ve boyutsuz ifadeler ile anlatılmakla beraber makinenin toplam enerji verimliliğinden bahsederken sadece ısı geçiş miktarlarının belirleyici olmadığı ayrıca iç kısımdaki çamaşır ile hava arasındaki ısı geçiş modelinin de kritik bir öneme sahip olduğu değerlendirilmiştir.