Kuru Endüstriyel Soğutucular (Kompresörsüz) ve Avantajları

Kuru Soğutucular, plastik, kimya, enerji vb. sektörlerdeki proses su soğutma tesisleri için ideal çözümdürler ve kullanım alanları oldukça yaygındır

Kuru ve Islak - Kuru Soğutucular

Kuru Soğutucular

Su soğutma işleminde kullanılan kanatlı-borulu ısı değiştirgeçli bir diğer yöntem de "Kuru Soğutucu" olarak adlandırılan sistemlerdir. Plastik, kimya, enerji vb. sektörlerdeki proses su soğutma tesisleri için ideal çözümdürler ve kullanım alanları oldukça yaygındır. Temel mantık sistemdeki dönüş suyu yükünün bir fanlı eşanjör sistemi yardımıyla havaya aktarılmasıdır. Fanlar (vantilatörler) ile emilen havanın kanatlar (lameller) arasından geçerken boru içindeki akışkanı soğutması esasına göre çalışır.

Kuru soğutucularda elde edilen su sıcaklığı ortamın kuru termometre sıcaklığına bağlıdır ve bu nedenle de kuru soğutucu olarak anılılar. Kuru soğutucular ile kuru termometre sıcaklığının yaklaşık 5°C üzerine kadar soğutulmuş su elde edilebilir. Daha düşük sıcaklıklarda soğutma suyuna ihtiyaç duyulan durumlarda \\\"Islak-Kuru Soğutucular\\\" kullanılır.

Kuru soğutucular yukarıda açıklaması yapılan entegre doğal soğutma bataryalı sistemler ile aynı mantıkta çalışmaktadır. Tesiste kurulmuş bir su soğutma grubu mevcutsa ve düşük ortam sıcaklıklarında doğal soğutma işleminden faydalanılmak isteniyorsa kuru soğutucu sistemler bu durum için idealdir.

Kuru soğutucular plastik, kimya, enerji, iklimlendirme vb. sektörü içindeki uygulamalarda bir soğutma grubu ile birlikte kullanılabileceği gibi ayrıca soğutma suyu sıcaklıklarına bağlı olarak tek başına da kullanılabilmektedirler.

Kuru Soğutucuların Avantajları:

* Soğutma kulelerine alternatif çözümdürler.
* Sistemin kapalı devre çalışması sayesinde soğutma suyunun azalması problemiyle karşılaşılmaz, sürekli su ekleme gerekmez, kullanım suyu maliyetini düşürür.
* Kapalı devre çalışma sistemi sayesinde soğutma devresinde kirlenme meydana gelmez, düşük bakım-işletme maliyetine sahiptirler.
* Otomatik kontrol ile hassas kontrol imkanına sahiptirler.
* Daha az yerleştirme hacmi gerektirirler. Doğal soğutma ile enerji tasarrufu sağlarlar.
* Sıcaklık Verimlilikleri yüksek, ses seviyeleri düşük fanlar ile enerji tasarrufu sağlar ve gürültü kirliliğini engellerler.
* Legionella bakterisi oluşum riski yoktur.
* Çevre dostudurlar.

Islak/Kuru Soğutucular

Islak-Kuru Soğutucular, temel prensip olarak kuru soğutucular gibi çalışır. Sistemde gerektiğinde ek soğutma sağlayacak bir su spreyleme sistemi bulunmaktadır. Spreylenen su, giriş havası akışında adyabatik soğutma etkisi meydana getirir. Sistemdeki akışkanın dış ortam sıcaklığından daha düşük sıcaklık değerlerine kadar soğutulması gerektiğinde, basınçlı su püskürtme sistemi devreye girerek giriş havasını neme doyurur ve hava sıcaklığını ortam sıcaklığının altına düşürür.

Su püskürtme sistemi yıl boyunca yalnız en sıcak günlerindeki belli saatlerde termostat kontrollü olarak devreye girerek ihtiyaç duyulan ek soğutmayı sağlayarak özel durumlar için ek bir soğutma sistemi ihtiyacını ortadan kaldırır. Diğer zamanlarda kuru çalışma olacağı için sistemde su tüketimi yoktur. Spreyleme sistemi kuru soğutucuların yanı sıra hava soğutmalı su soğutma gruplarının kondenserlerine de uygulanabilir.

Islak-kuru soğutucular temel mantık aynı olmak üzere beş farklı biçimde uygulanabilirler;

1. Doğrudan Su Spreyleme Sistemli Islak-Kuru Soğutucular
Aralıklı olarak yerleştirilmiş nozüllerden giriş havasına püskürtülen su zerrecikleri giriş havasım neme doyurmakta ve ortam yaş termometre sıcaklığına yaklaştırmaktadır. Spreyleme sisteminde kullanılan suyun sertliği alınmış ve filtrelenmiş olması gerekir; aksi halde eşanjör kanatları üzerinde biriken kireç ve tortu, zamanla eşanjörün kapasitesini düşürecek ve ömrünün kısalmasına neden olacaktır. Bu etkiyi önlemek için bir ağ sistemi üzerine su spreyleme yapılan Ağ Üzeri Su Spreyleme Sistemli Islak-Kuru soğutucular geliştirilmiştir. Islak-Kuru Soğutucularda aşındırıcı etkiye karşı ek önlem olarak epoksi kaplı lamel kullanılmalıdır. Epoksi kaplama, ortamdaki tuz ve aside karşı oldukça yüksek dayanıma sahiptir. Ünitenin epoksi toz boyalı galvaniz sac yada ileri korozif ortamlarda paslanmaz çelik olması tercih edilir. Su kulesine kıyasla suyun zararlı etkilerine çok daha az maruz kalmasına karşın, Islak-Kuru Soğutucuların uzun ömürlü olması için bu önlemlerin alınması önemlidir.

Giriş havasının neme doyurulabilmesi amacıyla harcanacak su miktarı kullanılan püskürtücüye ve püskürtme basıncına göre değişiklik gösterir. Seçim, ortam havasının bağıl nemine bağlıdır; bağıl nemi % 100\\\'e mümkün olduğunca yaklaştırmak için yeterli miktarda ve kalitede su püskürtüldüğünden emin olunmalıdır. Bu nedenle tamamen buharlaşacak miktardan bir miktar daha fazla su püskürtülür ve artan su ortamda sıvı olarak kalır. Bu önlem, püskürtme sisteminin performansında zamanla oluşabilecek kayıplara karşı da emniyet sağlar.

2. Sisleme (Fogging) Sistemli Islak-Kuru Soğutucular
Doğrudan su spreyleme sistemlerine benzer bu uygulamada yüksek basınçta (70 bar) nozüllerden tına 35 mikronunun altında püskürtülen su zerrecikleri giriş havasını neme doyurmakta ve ortam ak yaş termometre sıcaklığına yaklaştırmaktadır. Bu sistemde de spreyleme sisteminde olduğu gibi kullanılan suyun sertliği alınmış ve filtrelenmiş olması gerekir.

3. Ağ Üzeri Su Spreyleme Sistemli Islak-Kuru Soğutucular
Ağ üzeri su spreyleme sistemi, kuru soğutucuların ön kısmına yerleştirilmiş geniş sık gözlü ağ yapılı malzemenin üzerine belirli mesafelerde bulunan nozullardan aralıklı olarak sistemin ihtiyacı kadar su spreyleme ve spreylenen suyun adyabatik olarak buharlaşması sonucu ısı değiştirgeci yüzeyine temas eden giriş havası sıcaklığının düşürülerek, soğutmada verimin arttırılmasını sağlama mantığı ile çalışan sistemdir.

Daha önce de açıklandığı üzere su spreyleme, giriş havası akışında adyabatik soğutma etkisi meydana getirir. Belirlenmiş set değerlerinin aşılması ile kontrol sistemi ısı değiştirgecine giren hava sıcaklığını düşürmek için su spreyleme sistemini başlatır. Çok kuru iklim şartlarında su spreyleme sistemi giriş havası için 15 0 C ile 20 0C arası değerlere varan adyabatik soğutma sağlayabilir.

Su spreyleme sisteminin çalışma süresi ve frekans ayarı, sistem performansının optimizasyonu ar ve su tüketiminin en aza indirilmesi amacı ile sürekli olarak kontrol cihazı tarafından sağlanır, in Su, ısı değiştirgeci yüzeyine doğrudan püskürtülmediği, ağ yüzeyine püskürtüldüğü için lamellerin üzerinde kireç tabakası oluşmaz. Böylelikle ısıl transfer verimliliğinin düşmesi engellenir. Bu sistemde su yumuşatma işlemine ayrıca gerek de kalmamaktadır.

4. Evaporatif Ön soğutuculu Kuru Soğutucular
Evaporatif ön soğutuculu kuru soğutucuların çalışmasındaki temel mantık da ortam sıcaklığını yaş termometre sıcaklığına yaklaştırmaktır. Isı Değiştirgeçlerinin ön kısmına yerleştirilen evaporatif peteklerin üzerinden şebeke basıncındaki suyun akıtılarak peteklerin ıslatılması vasıtası ile havanın geçerken evaporatif ön soğutması sağlanır. Ön soğutucuların tasarımları imalatçı firmalara göre farklılık göstermekle birlikte kasetleme malzemesi genellikle paslanmaz çeliktir. Petekler farklı kalınlıklarda imal edilebilirler. Su, ünitenin yukarısında yer alan dağıtım borusundan püskürtülür ve ünitenin altında toplanarak sirküle ettirilir. İlave su ise, taze su kullanılarak sağlanır.

Ön soğutma performansı hava şartlarına ve ünite verimliğine doğrudan bağlı olmasına karşın, BSRIA hesapları bize Londra gibi bir yerde enerji tasarrufunun %10-12 olabileceğini göstermiştir [l]. Evaporatif soğutucu peteklerin uygulanacakları ünitenin giriş havası basınç kaybını yükselteceği ve buna uygun fan ve motor seçimi yapmak gerekliliği unutulmamalıdır. Evaporatif ön soğutucu sistemin en büyük dezavantajı, havadan gelen toz ve kirin peteklerde toplanmasıdır. İyi bir temizlik ve bakım işlemi yapılmadığı sürece lejyonel vb. bakterilerin su haznesinde oluşması engellenemez. Dolayısıyla mutlaka sık periyotlarda bakım gerektirmektedir. Evoparatif soğutuculu sistemlerin işletme maliyetleri son derece düşüktür.

Kış aylarında adyabatik ön soğutma gerekmediğinden, petekler kolayca sökülüp depolanabilir.

5. Hibrid Kuru Soğutucular
Spreyleme sistemli bir diğer ıslak-kuru soğutucu tip "Hibrid Kuru Soğutucu” olarak adlandırılan sistemdir. Temel olarak diğer adyabatik soğutucular ile aynı mantıkta çalışırlar. Bir su haznesinden sağlanan su doğrudan lameller üzerine verilmekte ve bu şekilde sirküle ettirilmektedir . Bu sistemlerde suyun sertliği alınmış olması veya belirli zamanlarda hızla blöf edilmesi gerekir.

Kuru ve Islak Kuru Soğutucuların Tasarım ve Performans Kriterleri

1. Temel Tasarım Verileri

Bir kuru soğutucunun ihtiyaç duyulan performansı gösterebilmesi için dikkat edilmesi gereken noktalarda tasarım kriterleri vardır. Diğer bir bakış açısından ele alınırsa, bazı noktalar belirlenmeden verilen soğutma kapasitesi bilgisi anlamlı değildir.

Doğal soğutma sistemlerinde kullanılan kuru soğutucuların tasarım ve seçimi için gerekli veriler ünitenin boyutları, ortam giriş havası kuru ve yaş termometre sıcaklıkları, proses su giriş ve çıkış sıcaklıkları, su debisi, su tarafı basınç kaybı istenen değeri, glikol oranı ve istenen soğutma kapasitesi değerleridir.

Üretici firmalar, yukarıda belirtilen tasarım verileri ve istenen ek özelliklerin bilinmesi sureti ile kendi üretim tekniklerine uygun olarak kuru soğutucu tasarımı ve imalatı yapabilir. Üretici firmanın performans onaylı tasarım yazılımının olması ve bataryaların bu yazılım/program yardımı ile tasarım edilmesi sonradan ortaya çıkabilecek telafisi zor olumsuz durumları önlemede çok önemlidir.

2. Akışkan Özellikleri

Sistemin soğutma suyu ihtiyacında %100 su kullanılabileceği gibi, eksi dış ortam sıcaklığı altında çalışan sistemlerde donmayı önlemek için glikol-su karışımlı (salamuralı) suyun kullanılması gerekmektedir. Örneğin, hacmen %20 etilen-glikollü bir karışım yaklaşık -8°C %30 etilen-glikollü bir karışım ise yaklaşık  -16°C kadar koruma sağlar.

Kuru Soğutucularda Donma

Kış aylarında kuru soğutucularda donma riskine karşı önlem alınmalıdır. Aksi takdirde, iç akışkanın donması sonucu borularda oluşacak tahribatın onarılması neredeyse imkansızdır (Onarım yapılabilse bile, getireceği ek maliyetin yanında, kuru soğutucunun performansının düşmesi de söz konusudur). Ülkemizde, donma sonucu kullanılamaz hale gelmiş kuru soğutucuların tamamen yenilenmek zorunda kalındığı örneklere sıklıkla rastlanmaktadır. Şekil 27. de donma sonucu bir kuru soğutucunun borularında meydana gelmiş tipik hasar gösterilmektedir.

Donma riskine karşı genel olarak uygulanan önlem, sistemin kullanım dışı bırakıldığı soğuk havalarda kuru soğutucu içindeki suyun boşaltılmasıdır. Bununla birlikte, borulama yapısından dolayı kuru soğutucu içindeki suyun tam olarak boşaltılması mümkün olmadığından, soğutma suyuna yeterli oranda antifriz (etilenglikol) katılması gereklidir. Bu işlem ülkemizde sıklıkla meydana gelen plansız elektrik kesintilerinden dolayı yaşanabilecek donma olaylarını önlemek için de gerekli bir durumdur.

Tablo 3’te antifriz oranına göre karışımların donma noktası verilmiştir. Burada dikkat edilmesi gereken nokta glikol oranının %60’ın üstüne çıkması durumunda donma sıcaklıklarının yükselmeye başlamasıdır.

Kuru soğutucu tasarımında ve seçiminde soğutma suyuna eklenecek glikol oranının da hesaba katılması gerekir. Aksi takdirde, suya eklenecek glikolun soğutma kapasitesinde yol açacağı düşüş, kuru soğutucudan beklenen performansın alınamamasına yol açacaktır. Dolayısıyla, kuru soğutucunun soğutma kapasitesinin değeri, tasarım şartları ve glikol oranı bilgisi verilmezse bir anlam taşımaz.

%100 Sulu Kuru Soğutucular
(Düşük sıcaklıklarda Glikol-Antifriz kullanmaksızın %100 su ile Doğal soğutma yapılması)

Glikol-su karışımlı sistemin kullanımı durumunda, soğutucu bataryada donmayı önlemek için kullanılan glikol-su karışımının kapasitesinin % 100 su kullanılan sistemlere göre çok daha fazla düşük olduğu ve bu nedenle de daha büyük ısı transfer alanına, dolayısıyla daha büyük (maliyeti daha yüksek) bir soğutucu chillere gereksinim olduğudur. İkinci nokta ise kalıplarda glikol-su karışımının kullanılmasının sakıncalı olmasıdır ki bu durumda glikol-su sistemine göre dizayn edilmiş soğuk sulu ünite ile soğuk su devresi arasına ek bir plakalı ısı değiştirgecine ve ek sirkülasyon pompasına gereksinim duyulur. Bu durum tasarımcı ve kullanıcılar için genellikle tercih edilmez ve % 100 su kullanan sistemler edilir. Tasarım öncesi uygulama yeri ve sıcaklıklarına göre bu durumlar muhakkak dikkate alınmalıdır.

Glikol kullanılmayan kuru soğutuculu sistemlerde donmanın olmaması yukarıda açıklanan nedenler ile önemlidir. Bu sistemlerde, suyun sirküle etmediği durumlarda kendiliğinden drenaj edileceği sistemler geliştirilmiştir. "Kendiliğinden drenaj sistemli kuru soğutucular’’ olarak da adlandırılan bu üniteler kullanımda avantajlar sağlamaktadır.

3. Kuru Soğutucularda Standart Kapasite ve Enerji Sınıflandırması

Kuru soğutucularda standart kapasiteler TS EN 1048 (Isı Değiştiriciler-Hava Soğutmalı Sıvı Soğutucular "Kuru Soğutucular” - Performansın Belirlenmesi İçin Deney Metotları) standardına göre hacmen %34 etilen glikol oranı için tanımlanmaktadır.

Ürünlerde enerji verimliliği EUROVENT Rating Standard (For Forced Convection Air Cooled Liquid Coolers - Dry Coolers) 7/0003-2007 standardına göre hesaplanabilir.

4. Kuru ve Islak Kuru Soğutucuların Malzeme ve Konstrüktif Özellikleri

Soğutma ünitesinin ekonomik ömrü, kullanım şartlarına uygun malzeme seçimine bağlıdır ve özellikle ünite içerisindeki soğutucu batarya endüstriyel şartlara uygun olarak üretilmiş olmalıdır.

a. Soğutucu Batarya Özellikleri
Soğutucu bataryalar, 97/23/EC PED (Basınçlı Ekipmanlar Direktifi) altında tanımlanan SEP (Sound Engineering Practice) kapsamına uygun üretilmelidir. EUROVENT (Eurovent 7/000597 Rating Standard for forced circulation air cooling and air heating coils) veya muadili bağımsız kuruluşların ölçüm standartlarının şartlarını sağlamalı; kapasite, hava tarafı basınç kaybı ve akışkan tarafı basınç kaybı değerleri açıkça tarif edilmiş test sonuçlarına dayanmalıdır. Aksi taktirde soğutucu ünitenin enerji verimliliği düşük olacak ve bu tüm sistem verimine olumsuz olarak yansıyacaktır.

b. Borular
Soğutucu bataryalar için performans ve ekonomiklik göz önüne alındığında en uygun boru malzemesi bakırdır. Borularda kullanılan bakırın kalitesi, kuru soğutucunun ömrünü belirleyen en önemli özelliklerden biridir. Zayıf malzeme kullanılması durumunda özellikle büküm ve lehim yerlerinde sorunla karşılaşılır. Bu nedenle kullanılan bakır bomlar uluslararası standartlarda üretilmiş olmalıdır. Ürün üzerinden ölçümü mümkün olmadığı için, kuru soğutucu seçilirken mutlaka üreticiden boru et kalınlığı bilgisi alınmalıdır. Boruların ayna saclarına teması engellenmeli ve borularda kaçaksız uzun çalışma ömrü garanti edilmelidir.

c. Lameller (Kanatlar)
Kuru soğurucularda yaygın olarak kullanılan lamel malzemesi alüminyumdur. Genel uygulamalarda, Kuru soğutucunun ekonomik ömrünün uzun olması için epoksi kaplı alüminyum tercih edilir. Epoksi kaplama, ortamın aşındırıcı etkisine karşı lamel dayanımını önemli ölçüde artırır. Özellikle deniz yakınlarında ve enerji tesislerinde epoksi kaplı lamel uygulaması gereklidir. Epoksi kaplamanın yetersiz kalabileceği çok korozif ortamlarda, epoksi ve poliüretan kaplama uygulaması tavsiye edilir.

d. Lamel Geometrisi
Kuru soğutucu tasarımında boru çapı ve borular arasındaki mesafeleri tanımlayan lamel geometrisi, kapasite ve basınç kayıpları üzerinde etkilidir. Lamel geometrisi, tasarım şartlarında ihtiyaç duyulan soğutma kapasitesinin uygun basınç kayıpları dahilinde sağlanacağı şekilde üretici tarafından kendi standartları arasından seçilir. Yoğun borulu geometrilerin daha avantajlı kapasite/fiyat değeri verdikleri söylenebilir; fakat bu durumda basınç kayıpları da artacağı için optimizasyona gidilmesi gerekmektedir.

Pratik olarak, aynı ısı transfer yüzeyine sahip fakat farklı lamel geometrisi kullanılmış kuru soğutucuların, aynı şartlarda farklı soğutma kapasitesi ve farklı basınç kayıpları vereceğine dikkat edilmesi önemlidir.

e. Kasetleme
Kuru soğutucular kendini taşıyıcı bir konstrüksiyona sahip olmalı ve monte edileceği zemine ilave bir konstrüksiyona ihtiyaç duymadan yerleştirilebilmelidir.

Kuru soğutucularda kaset malzemesi, ortam şartlarına göre seçilir. Genel uygulamalarda kasetleme malzemesi olarak elektrostatik toz boya kaplı galvanizli çelik kullanılır. Daha dayanıklı malzemenin gerektiği yerlerde, paslanmaz çelik kasetleme tercih edilebilir ancak bu durum oldukça maliyeti olacaktır.