Nasıl Çalışır? Çalışma Prensipler-1

Buzdolabı ve Soğutucu Sistemler Nasıl Çalışır?

Basitçe anlatmak gerekirse, bir ortamı soğutmak için yapılan yegane şey orada ki ısıyı çekmektir, bu ısı da ısı alışverişi sayesinde gerçekleşir. Nasıl ki bir buzu oda sıcaklığına koyduğunuzda buz ısı kaybeder ve erir, buzdolabı için yapılan şey de buna benzer bir şeydir.

Buzdolabı ve diğer soğutucu sistemlerde sıcaklığı çok düşük olan soğutucu gazlar termodinamik yasalarına bağlı olarak basınç oynamalarıyla sıcaklığı yeteri kadar düşürülür ve buzdolabının içerisinde kılcal borularla gezdirilir. Çok soğuk olan bu borular çevreyle ısı alışverişine girerek ortamı soğuturlar. 

Termodinamiğin en önemli kanunlarından biri olan ideal gaz yasası, 

PV=nRT bize buzdolabının nasıl çalıştığını daha iyi anlatır. 

(Burada P=Basınç, V=Hacim, n=mol sayısı, R=Gaz Sabiti, T=Sıcaklık)

Bu denklemden görüleceği üzere hacmi ve basıncı arttırdığımız zaman(mol sayısı sabit olmak şartıyla) sıcaklığın arttığı, düşürdüğümüzde ise sıcaklığın azaldığı görülür. Buzdolabında da yapılan aslında budur, buzdolabınıza biraz dikkatli bakarsanız özellikle dondurucularda bu daha da belirgindir küçük, kılcal borular görürsünüz. İşte bu boruların içinde R134A, Diklorodiflorometan…vs. gibi soğutucu gazlar vardır.

Demin bahsettiğimiz ideal gaz yasasına göre bu gazlar çok yüksek basınçlardan düşük basınçlara getirildiğinde ısı kaybederler ve sıcaklıkları düşer. Isı alışverişi dediğimiz olayla da ortamda ki maddeleri, yani buzdolabın içini soğuturlar. Buzdolaplarının arkasının sıcak olmasının nedeni de budur. Bir yerden ısıyı çekip diğer taraftan çekilen ısıyı dışarı atmak.

Sistemi de kısaca anlatacak olursak:

Öncelikle gaz kompresör tarafından sıkıştırılır, haliyle gazın sıcaklığı ve basıncı artar. Daha sonra soğutucu gaz kondansere gelir. Kondanser borusundan geçerken dış ortama doğru ısı atılır. (ortamın sıcaklığı daha fazla olmasından ötürü)

Sıcaklığı düşen gazın basıncı hala yüksektir. Bu sebeple gaz sıvı fazına geçer ve kondanserden geçen kılcal boruya ulaşır.

Kılcal borudan geçerken soğutucunun basıncı ve sıcaklığı düşer buna müteakip buzdolabı içinden ısı alışverişi sayesinde ısıyı alır. Soğutucu gaz aldığı ısı sonucunda tekrar gaz fazına geçer ve çevrim tekrardan en başa döner. Yaklaşık olarak tüm soğutucu sistemler bu şekilde çalışırlar, prensip basittir içeriden ısıyı çek ve ortam soğusun.

Bir başka örnek üzerinden açıklayacak olursak; buzdolabı gibi soğutucu sistemler şu şekilde çalışır:

Eğer elinize kolunuza kolonya dökerseniz bir soğuma hissi gelecektir. Peki, bu nasıl gerçekleşir? Kolonya içerisinde bulunan alkol kolay buharlaşan yani buharlaşma sıcaklığı düşük bir maddedir. Kolumuza döktüğümüz kolonya içerisindeki alkol vücudumuzdan ısı alarak buharlaşır. Biz de bu ısı kaybı neticesinde kolonya döktüğümüz yerde serinlik hissederiz. Burada tam olarak yapılan ısı transferidir.

İşte buzdolapları da buna benzer çalışır. Buzdolaplarında soğutucu bir dizi gizlenmiş bobinleri içeresindedir. Dahice bir yöntem kullanarak ısıyı içerden dışarıya yönlendiriyor. Bobinler sayesinde sıcak hava alınır dışarı bırakılır. Bunu fiziğin temel yasalarından biri olan termodinamikten yararlanarak gerçekleştirir.

Bir cismin farklı sıcaklıktaki bölgeleri arasında, birbirleriyle temas halindeki parçacıklardan, yüksek enerji seviyesinde bulunanlardan, düşük enerji seviyesinde bulunanlara doğru geçen enerji, iletimle ısı geçişi olarak ifade edilir. Enerji geçişi katı, sıvı ve gaz ortamında gerçekleşebilir.

Buzdolabın temel parçalarını sıralayacak olursak;

Kompresör: Kompresörler soğutucu sistemin kalbini oluşturmaktadır ve çalışma prensipleri ne olursa olsun buharlaştırıcıdan çıkan gazı yoğuşma basıncına kadar sıkıştırılması işlevini yerine getirmektedir.

Yoğuşturucu (kondenser): Kondenser kompresörden emdiği basıncı yüksek akışkanı (soğutucu gaz) içerisinde dolaştırarak dışarıya ısı vermesini sağlar. Buzdolabının arka dış yüzeyindedir.

Buharlaştırıcı (evaporatör): Buharlaştırıcı, kısılma vanasından gelen düşük sıcaklık ve düşük basınçtaki sıvının, kabin ısısını alarak buharlaştığı bölümdür. Bu nedenle demir, çelik, pirinç, bakır ve alüminyum gibi malzemelerden imal edilir.

Genişleme valfi: Genleşme vanası ya da kısılma vanası, soğutucu akışkan basıncını istenilen buharlaştırıcı basıncına düşürmeye yarayan sistem elemanıdır. Kompresörde sıkıştırılan soğutucu akışkan yoğuşturucuda ısı vererek sıvı hale geldikten sonra genleşme vanasına gelir ve basıncı buharlaştırıcı basıncına düşer.

Soğutucu Gaz: Buzdolabının içindeki ısıyı dışarı taşımak için kullanılan özel akışkan maddelerdir. Bu madde kompresör sayesinde sistem içinde sürekli döndürülür. Akışkan madde buzdolabı içerisinde dolaşırken ortam basınç ve sıcaklığa göre kimi zaman sıvı kimi zaman gaz haline geçen kimyasal bir maddedir.

Şimdi buzdolabındaki soğutma döngüsüne bakalım.

1) Kompresör soğutucu maddeyi sıkıştırır ve yüksek basınç, yüksek sıcaklık ile buzdolabının kondenserine doğru iter.

2) Soğutucu gaz kondenser borusundan geçerken sıcaklığı ortam sıcaklığının yüksek olduğundan, kondanserden dış ortama doğru ısı atılır. Bu nedenle buzdolaplarını duvara tamamen dayamayınız. Arka taraftaki borular sıcaklıklarını ne kadar çok atarsa bızdolabının içini o kadar rahat soğutacaktır. Isı transferi sonucu soğutucu gazın sıcaklığı düşer. Ama basıncı halen yüksektir ve soğutucu sıvı faza geçer.

3) Daha sonra akışkan genleşme vanasından akar. Genleşme vanasından yüksek basınçlı alandan düşük basınçlı alana akan sıvı soğutucu genleşir ve buharlaşır.

4) Basıncı ve buharlaşma sıcaklığı düşmüş olan soğutucu, buharlaşma işlemini evaporatör’de sağlar. Buzdolabı içindeki havadan ve hava aracılığı ile yiyeceklerden daha düşük olduğu ısıyı alır. Soğutucu aldığı ısı sonucunda tekrar gaz fazına geçer.

5) Dönüş borusu ile kompresöre gelir ve sıkıştırılır. Ve böylece döngü tamamlanır ve aynı döngü tekrar başlatılır.

Isı düzeyini sağlayan termostat buzdolabının sıcaklığını ayarlamamıza sağlar. Buzdolabı yeterince soğuduğunda elektrik bağlantısı kesilir ve kompresörün sağladığı dolaşım durdurulur.

Buzdolabını açmaya çalıştığımızda bir dirençle karşılaşırız. Bunun nedeni soğuk nedeniyle buzdolabı içindeki hava basıncının mutfağımızdaki havadan daha düşük olmasıdır. Mutfaktaki yüksek basınç buzdolabındaki alçak basınca bir kuvvet uygular. Kapağı açabilmek için bundan daha büyük bir kuvvet uygulamalıyız. Buzdolabı kapaklarının kenarında bulunan plastikler ısı yalıtımını sağlar. Bunları içerisinde kapakların kapanmasını kolaylaştıran mıknatıslar vardır.

Klimalar' da ki mantık da aynıdır;

Bu çalışma prensibi termodinamiğin 2.yasası olan ”ısı daima sıcak cisimden soğuk cisme doğru akar” ilkesine göre gerçekleşir. Sıvı halde bulunan bu kimyasal madde fan yardımıyla dışarıdan çekilen hava ile buharlaştırıcı bobinlerin üzerinden akarak ısınır ve böylece özel kimyasal madde faz değişimi sonucu gaza dönüşür. Soğutmayı verimli bir şekilde tutmak için klimanın soğutucu gazı tekrar bir sıvıya dönüştürmesi gerekir. Bunun için kompresör gazı sıkıştırarak basıncını yükseltir ve gaz halinde bulunan madde tekrar sıvı hale dönüşmüş olur. Bu işlem istenmeyen şekilde ısı açığa çıkartır, bu ısı bir fan yardımıyla dışarıya atılır. Bu sıvı daha sonra soğutulması istenen ortamdan ısı çeker ve basıncını düşürerek tekrar gaz haline dönüşür. Ortamdan bu şekilde ısı çekmesi sayesinde sıcaklığın düşmesini sağlar ve bu süreç klima çalışmasını durdurana kadar tekrar eder.

Kaynaklar

https://www.ceyrekmuhendis.com/klimalar-nasil-calisir/

http://pekinasilcalisir.blogspot.com/2016/07/buzdolab-nasl-calsr.html

https://elektrikmen.com/buzdolabi-nasil-calisir/

https://www.tesisat.org/buzdolabi-yapisi-calisma-prensibi.html

https://www.bilgiustam.com/buzdolabi-ve-sogutucu-sistemler-nasil-alisir/#:~:text=Buzdolab%C4%B1%20ve%20di%C4%9Fer%20so%C4%9Futucu%20sistemlerde,%C4%B1s%C4%B1%20al%C4%B1%C5%9Fveri%C5%9Fine%20girerek%20ortam%C4%B1%20so%C4%9Futurlar.