Klima ve Soğutma Devresi

Konu Anlatımı

Klima ve Soğutma Devresi

Klima ve soğutma devresi, araç içi sıcaklığı düşüren kapalı bir akışkan çevrimidir. Devre; kompresör, kondenser, genleşme valfi ve evaporatör olmak üzere dört temel elemandan oluşur, akışkan bu elemanlardan sürekli geçerek döngüyü tamamlar.

Devre Akışı ve Basınç Tarafları

Kompresör akışkanı emiş basıncından alır, sıkıştırır ve yüksek basınçla kondensere gönderir. Kondenserde akışkan ısıyı ortama vererek yoğuşur ve sıvı hâle geçer. Genleşme valfinden geçerken basınç ve sıcaklık belirgin biçimde düşer. Evaporatörde düşük basınçta buharlaşan akışkan kabin havasından ısı alır; hava soğur ve nemi yoğunlaşarak drenaj hattıyla uzaklaştırılır.

Isı Yükü ve Soğutma Kapasitesi

Kabindeki havanın soğutulması için gereken enerji ısı yükü olarak adlandırılır ve hava debisi, özgül ısı ile sıcaklık farkının çarpımıyla bulunur. Soğutma kapasitesi ise akışkanın kütle debisi ile evaporatör giriş-çıkış entalpi farkının çarpımıdır. Kondensere verilen ısı, soğutma yükü ile kompresörün elektrikten aldığı gücün toplamıdır; enerjinin korunumu devrenin herhangi bir noktasında doğrulanabilir.

Performans Katsayısı

Sistemin verimi, performans katsayısı ile ölçülür. Bu değer soğutma kapasitesinin harcanan elektrik gücüne oranıdır. Aynı kapasite için daha düşük elektrik tüketimi daha yüksek performans katsayısı demektir. Isı yükü arttıkça ve kondenserin soğutma koşulları iyileştikçe katsayı yükselir.

Genleşme Elemanı Seçimi

• Termostatik genleşme valfi akışı üst taraftaki sıcaklık farkına göre sürekli ayarlar.
• Elektronik genleşme valfi akış miktarını kompresörün çalışma koşullarına göre denetler.
• Boru tipi genleştirici aktif denetim yapmaz, akışkanın kendi basınç farkına bağlı çalışır.
• Genleşme noktasında oluşan aşırı soğuma, nemin kristalleşmesine ve donmaya yol açabilir.

Basınç ve Sıcaklık Değerlendirmesi

Arıza tespitinde alçak ve yüksek basınç değerleri sıcaklık ölçümleriyle birlikte yorumlanır. Alçak basıncın yüksek, yüksek basıncın normal seyretmesi genleşme noktasında bir akış kısıtlamasına işaret eder. Yüksek basıncın sürekli sınıra yakın seyretmesi ise kondenserde ısı atımının yetersiz kaldığını gösterir. Şarj miktarı, kondenser temizliği, fan çalışması ve genleşme valfi bu sırayla incelenir.

Soğutucu Akışkan ve Şarj

Soğutucu akışkanın tipi, kompresör yağının ve hortum malzemesinin uyumunu belirler; yanlış akışkan kullanımı yağlanmama ve aşırı basınç sorunlarına yol açabilir. Şarj miktarı çok azsa evaporatör yeterli ısı alamaz, çok fazlaysa kompresör aşırı yüklenir. Genel ilke, sistemin belirtilen akışkanla ve belirtilen miktar doldurulmasıdır.

Ne Öğreneceğiz

Otomotiv klima devresinin elemanlarını, yüksek ve alçak basınç taraflarını; ısı yükü, soğutma kapasitesi ve performans katsayısı hesaplarıyla birlikte işleyen konu. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• Klima devresinin temel elemanlarını ve görevlerini açıklar.
• Yüksek basınç ve alçak basınç taraflarını ayırt eder.
• Isı yükü ve soğutma kapasitesi hesaplarını yapar.
• Performans katsayısını hesaplar ve yorumlar.
• Genleşme elemanı türlerini karşılaştırır.
• Basınç ve sıcaklık değerlerinden arıza nedenini çıkarır.

Ön Bilgi

Bu konuya başlamadan önce temel kavram ve ön koşulları kavramanız yardımcı olacaktır. Konunun çerçevesinde şu kavramlar dikkat ister:

• Kompresör akışkanı emiş basıncından alıp yüksek basınçla kondensere bastırır.
• Kondenserde yoğuşan akışkan, ısıyı ortama bıraktığı için alçak basınca yaklaşır.
• Genleşme noktasından sonra basınç ve sıcaklık belirgin biçimde düşer.
• Evaporatörde alınan ısı, soğutma kapasitesini belirler.
• Performans katsayısı yükseldikçe aynı kapasite için daha az elektrik harcanır.
• Alçak basınç yüksek, yüksek basınç normal ise genleşme noktası tıkanmış olabilir.
• Yüksek basınç sınıra yakın seyrediyorsa kondenserde ısı atımı yetersizdir.
• Şarj miktarı hem kompresör yükünü hem de soğutma kapasitesini doğrudan etkiler.

Basit Örnek ve Günlük Yaşam

Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:

Soru: Bir kabinden 0,45 kg/s hava geçmekte, sıcaklık farkı 12 °C ve havanın özgül ısısı 1,005 kJ/kg·K olarak verilmiştir.

1. Sıcaklık farkı belirlenir.
2. Hava debisi ile özgül ısı çarpılır.
3. Sonuç sıcaklık farkıyla çarpılarak yük bulunur.

Sonuç/cevap: Soğutma yükü 5,43 kW olarak hesaplanır; bu değer klima kapasitesi seçiminde temel ölçüttür.

İleri Örnek

Daha ileri bir uygulama:

Soru: Bir kabin duvarında ısı transfer katsayısı 3,5 W/(m²·K), alan 12 m² ve sıcaklık farkı 10 K olarak verilmiştir.

1. Katsayı ile alan çarpılır.
2. Sonuç sıcaklık farkıyla çarpılarak kayıp bulunur.
3. Değer kilovata çevrilir.

Sonuç/cevap: Duvar kaybı 420 W yani 0,42 kW olarak hesaplanır.

Adım Adım Çözülmüş Örnek

Kabin ısı yükü hesabı konusunun adımları:

1. Sıcaklık farkı belirlenir.
2. Hava debisi ile özgül ısı çarpılır.
3. Sonuç sıcaklık farkıyla çarpılarak yük bulunur.

Karşılaştırma Tablosu

Sık Yapılan Hatalar

Basınç taraflarını karıştırmak: Yoğuşma işlemi yüksek basınç tarafında, buharlaşma ise alçak basınç tarafında gerçekleşir; bu ayrım karıştırıldığında yanlış eleman aranır.

Genleşme valfini soğutucu olarak düşünmek: Genleşme valfi soğutma yapmaz, basıncı düşürerek akışkanın evaporatörde daha düşük sıcaklıkta buharlaşmasını sağlar.

Soğutma kapasitesi ile elektrik tüketimini karıştırmak: Kondenserde atılan ısı, soğutulan yükten ve kompresörün elektrikten aldığı güçten oluşur; ikisi aynı değildir.

Yanlış akışkanla şarj yapmak: Akışkan tipi yağ ve hortum malzemesiyle uyum gerektirir, uyumsuz akışkan sistemde kalıcı hasar bırakabilir.

Şarjı yalnızca basınçla değerlendirmek: Basınç değerleri ortam sıcaklığı ve yük durumuna göre yorumlanmalı, şarj miktarı ayrıca denetlenmelidir.

Boru tipi genleştiriciyi akış ölçer sanmak: Boru tipi genleştirici aktif denetim yapmaz, çalışması tamamen basınç farkına bağlıdır.

Özet

Klima devresinde kompresör akışkanı emiş basıncından alıp sıkıştırarak yüksek basınç tarafına gönderir; kondenserde yoğuşma ve ısı atımı, genleşme valfinde basınç ve sıcaklığın düşürülmesi, evaporatörde ise buharlaşma ve ısı alımı gerçekleşir. Isı yükü hava debisi, özgül ısı ve sıcaklık farkının çarpımıyla; soğutma kapasitesi kütle debisi ile entalpi farkının çarpımıyla bulunur. Kondenserin ortama vermesi gereken ısı, soğutma yükü ile kompresörün elektrik gücünün toplamıdır. Performans katsayısı soğutma kapasitesinin harcanan elektrik gücüne bölümüdür. Alçak basıncın yüksek, yüksek basıncın normal seyretmesi genleşme noktasındaki kısıtlamaya; yüksek basıncın sınıra yakın seyretmesi kondenserde ısı atımının yetersizliğine işaret eder. Şarj miktarı ne çok az ne çok fazla olmalıdır; sistemin belirtilen akışkanla belirtilen miktar doldurulması esastır.

Kendini Dene

Soru: Bir aracın klima sisteminde soğutma kapasitesi anma değerinin altında kalmıştır. Basınç ve sıcaklık ölçümlerinden yararlanarak olası dört arıza nedenini sıralayınız ve teşhis için önerdiğiniz ölçüm planını yazınız.

Örnek cevap: Puanlama anahtarı: En az dört olası nedenin (eksik şarj, kondenser kirliliği, fan arızası, genleşme valfi kısıtlaması) sayılması 4 puan; nedenlerin basınç ve sıcaklık ile ilişkilendirilmesi 4 puan; ölçüm sırasının kurulması 4 puan; sonuçların raporlanması 3 puan. Örnek cevap: Önce iki basınç değeriyle iki taraf sıcaklığı ölçülür, ardından kondenser temizliği ve fan çalışması kontrol edilir, son olarak şarj miktarı ve genleşme valfi değerlendirilir.