Chiller (su soğutma grubu) nedir?

Chiller (su soğutma grubu), kapalı bir devrede dolaşan suyun ısısını soğutma çevrimiyle alan ve bu ısıyı başka bir ortama atan makinedir. Kompresör, kondenser, genleşme elemanı ve evaporatörden oluşur; hava soğutmalı tiplerde ısı doğrudan ortam havasına verilir. Kapasitesi kcal/h, kW veya TR ile anılır; KPLN serisi 23.000–345.000 kcal/h aralığını kapsar.

Chiller nedir?

Chiller (su soğutma grubu), kapalı bir devrede dolaşan suyun ısısını alan ve bu ısıyı başka bir ortama atan makinedir. Prosesten ılık dönen su cihazın içinden geçer, birkaç derece soğutulur ve ayarlanan sıcaklıkta geri gönderilir. Chiller "soğuk üretmez"; suyu bir ısı taşıyıcı olarak kullanıp ısıyı bulunduğu yerden alıp başka yere taşır.

Bu yönüyle chiller, soğutma kulesinden farklıdır. Kule suyu buharlaşmayla soğutur ve pratikte havanın yaş termometre sıcaklığının (havanın nem yükünü de içeren sıcaklık) altına inemez. Chiller ise mekanik bir soğutma çevrimi çalıştırdığı için ortam sıcaklığından bağımsız olarak 7 °C, gerekirse daha düşük sıcaklıkta su üretebilir. Proses sabit ve düşük su sıcaklığı istiyorsa kule tek başına yetmez.

Sahada aynı makine "su soğutma grubu", "soğutma ünitesi", "kalıp soğutma cihazı" ya da kısaca "chiller" diye anılır. KPLN serisi hava soğutmalı su soğutma gruplarımız 23.000 kcal/h ile 345.000 kcal/h arasındaki 11 modelden oluşur.

Chiller nasıl çalışır? Soğutma çevriminin dört adımı

Bir chiller'ın kalbinde kapalı bir soğutucu akışkan devresi vardır. Akışkan devrede sürekli sıvı ve gaz fazı arasında gidip gelir; ısıyı sıvıdan gaza geçerken alır, gazdan sıvıya dönerken bırakır. Çevrim dört adımda tamamlanır:

1. Buharlaşma (evaporatör): Düşük basınçtaki soğuk akışkan, prosesten dönen suyla ısı alışverişine girer. Suyun ısısını çekerek buharlaşır, su soğur. Faydalı soğutma burada üretilir.
2. Sıkıştırma (kompresör): Kompresör düşük basınçlı gazı emer ve basıncını yükseltir. Basınçla birlikte akışkanın sıcaklığı da yükselir; artık dış havadan daha sıcaktır, böylece ısısını havaya verebilir.
3. Yoğuşma (kondenser): Kızgın gaz, kanatlı bir ısı değiştiricide fanların üflediği havaya ısısını bırakır ve sıvıya döner. Hava soğutmalı bir chiller'da ortama atılan ısı, sudan çekilen ısı ile kompresörün harcadığı işin toplamıdır. Yani makinenin arkasından çıkan sıcak hava, katalogdaki soğutma kapasitesinden daha büyük bir ısı yükü taşır.
4. Genleşme (genleşme elemanı): Sıvı akışkan bir kısılma elemanından geçerek basıncını ve sıcaklığını kaybeder, evaporatöre soğuk olarak girer ve çevrim baştan başlar.

Su tarafında ise ayrı bir devre çalışır: tank, sirkülasyon pompası ve proses hattı. Pompa suyu tanktan alıp prosese basar, ısınan su tanka döner, evaporatör tanktaki suyu istenen sıcaklıkta tutar. Bu iki devre birbirine yalnızca evaporatörde temas eder; su ile soğutucu akışkan karışmaz.

Bir chiller hangi bileşenlerden oluşur?

Hava soğutmalı ve su soğutmalı chiller farkı

Ayrım, kondenserin ısıyı neye attığıyla ilgilidir. Hava soğutmalı bir grupta ısı doğrudan ortam havasına verilir; su soğutmalı grupta ise ısı ikinci bir su devresine aktarılır ve bu devre çoğunlukla bir soğutma kulesiyle soğutulur.

Hava soğutmalı gruplar kurulum ve işletme kolaylığı nedeniyle sanayi proseslerinde daha yaygındır; ayrı bir su devresi ve kule alanı gerektirmezler. KPLN serisinin tamamı hava soğutmalıdır. İki tipin ayrıntılı karşılaştırması için hava soğutmalı ve su soğutmalı chiller sayfasına bakabilirsiniz.

Chiller kapasitesi nasıl hesaplanır?

Doğru model seçiminin tek gerçek girdisi, prosesin suya verdiği ısı yüküdür. Bu yükü belirlemenin en pratik yolu, devredeki su debisi ile suyun gidiş-dönüş sıcaklık farkını çarpmaktır. Suyun bir kilogramının sıcaklığını 1 derece değiştirmek için gereken ısı sabittir; dolayısıyla debiyi ve sıcaklık farkını biliyorsanız ısı yükünü bulursunuz.

Formül şudur:

Q = m × c × ΔT
Q: ısı yükü (kcal/h) · m: su debisi (kg/h) · c: suyun özgül ısısı (1 kcal/kg·K) · ΔT: gidiş ile dönüş suyu arasındaki sıcaklık farkı (K)

Örnek: Bir kalıp soğutma devresinde 8 m³/h su dolaşıyor. Su prosese 12 °C giriyor, 17 °C dönüyor. Suyun yoğunluğu yaklaşık 1.000 kg/m³ olduğundan m = 8.000 kg/h, ΔT = 5 K olur:

Q = 8.000 × 1 × 5 = 40.000 kcal/h, karşılığı 40.000 × 1,163 = 46.520 W = 46,5 kW

Bu yük, KPLN 40.1'in 35.000 kcal/h kapasitesini aşar. Sıradaki model olan KPLN 55.2 (48.000 kcal/h, 9,6 m³/h) hem ısı yükünü hem de 8 m³/h'lik debiyi karşılar. Seçimi bir üst modele taşırken kapasiteyi gereğinden fazla büyütmemek gerekir: aşırı büyük bir grup kısmi yükte sürekli durup kalkarak kompresörü yorar.

Isı yükünü ölçemiyorsanız ikinci yol, prosesin harcadığı enerjiden gitmektir. Bir enjeksiyon makinesinde, bir lazer kaynağında ya da bir hidrolik ünitede çekilen elektrik gücünün önemli bir kısmı sonunda ısıya döner ve bu ısının bir bölümü soğutma suyuna geçer. Bu yaklaşım tahmin barındırdığı için, ölçüm yapılabiliyorsa ilk yöntem tercih edilmelidir. Adım adım hesap için chiller kapasite hesabı sayfasına bakın.

kcal/h, kW ve TR: birimleri karıştırmayın

Soğutma kapasitesi Türkiye'de çoğunlukla kcal/h ile, ithal katalog ve projelerde kW ile, Amerikan menşeli dokümanlarda ise ton refrigeration (TR, soğutma tonu) ile verilir. Aynı makine üç ayrı sayıyla anlatıldığı için karşılaştırma yaparken birimi sabitlemek şarttır.

Örnek: KPLN 165.2 için 135.000 × 1,163 = 157.005 W, yani 157,0 kW. Aynı değer 135.000 / 3.024 = 44,6 TR eder. Katalogda üç sayıyı da görürsünüz; hepsi tek bir kapasiteyi ifade eder.

KPLN serisi kapasite tablosu

Aşağıdaki değerler nominal koşul içindir: 12/7 °C su rejimi, 35 °C ortam sıcaklığı. Tablodaki su debileri 5 K sıcaklık farkına karşılık gelir; ΔT değiştiğinde gereken debi de değişir.

Gabari ve ağırlık, en küçük modelde 1500×800×1150 mm ve 325 kg iken en büyük modelde 4000×2350×2350 mm ve 2.000 kg'a çıkar. Yerleşim planı yaparken yalnızca cihazın oturduğu alanı değil, kondenser hava girişi ve servis için gereken boşluğu da hesaba katın. İki modeli yan yana görmek için karşılaştırma aracını kullanabilirsiniz.

Model adı nasıl okunur?

KPLN adlandırmasında noktadan önceki sayı yaklaşık nominal kW kapasitesini, noktadan sonraki sayı ise kompresör adedini gösterir. KPLN 165.2, 157,0 kW kapasiteli ve iki kompresörlü bir gruptur; KPLN 330.4 ise 331,5 kW kapasiteli ve dört kompresörlüdür. Kompresör adedi kısmi yük davranışını doğrudan belirler: tek kompresörlü modeller tam yük ile duruş arasında çalışır, iki kompresörlü modeller yaklaşık yarım yükte bir kademe tutabilir, dört kompresörlü modeller yükü daha ince kademelere böler.

Chiller seçerken bakılması gereken kriterler

Proses su sıcaklığı ve sıcaklık farkı

Kapasite değerleri belirli bir su rejimine bağlıdır. Prosesiniz 7 °C değil de 15 °C su ile çalışabiliyorsa cihaz aynı donanımla daha yüksek kapasite verir; 7 °C'nin altına inmeniz gerekiyorsa kapasite düşer. Bu yüzden seçim yaparken yalnızca kcal/h rakamına değil, o rakamın hangi rejimde verildiğine bakın. Farklı rejimlerde çalışacak bir tesiste doğru yaklaşım, kapasiteyi o rejim için yeniden değerlendirmektir.

Ortam sıcaklığı ve yerleşim

Hava soğutmalı bir grup ısıyı ortam havasına attığı için ortam ısındıkça kapasitesi azalır. Kataloğun 35 °C referansının üzerine çıkan sıcak bir çatı, iki cihazın birbirinin sıcak havasını emmesi ya da duvara sıkışmış bir kondenser, cihazın kâğıt üzerindeki kapasitesini sahada bulamamanızın en sık sebebidir. Fan tarafında serbest hava akışı, seçilen kapasiteyle aynı derecede önemlidir.

Tank hacmi ve termal atalet

Tank, ani yük değişimlerinde su sıcaklığının zıplamasını engeller ve kompresörün gereğinden sık devreye girmesini önler. KPLN serisinde tank hacmi kapasiteyle birlikte büyür ve kW başına yaklaşık 2–5 litre aralığına düşer. KPLN 200.2 ve üzeri modellerde tank opsiyoneldir; bu ölçekte depo ve pompa grubu genellikle tesisin hidrolik projesine göre ayrı boyutlandırılır.

Su kalitesi ve donma riski

Evaporatör, chiller'ın donmaya en açık parçasıdır. Su rejimi sıfırın yakınına inecekse ya da cihaz kışın ısıtılmayan bir alanda kalacaksa antifriz (etilen veya propilen glikol) karışımı gerekir. Glikol donmayı engeller ama ısı transferini bir miktar zayıflatır ve pompa direncini artırır; bu yüzden karışım oranı gerekli olanın üzerine çıkarılmamalıdır. Sert sularda evaporatör ve boru içi kireçlenmesi de zamanla kapasiteyi düşürür.

Kısmi yük davranışı

Tesislerin çoğu yılın büyük bölümünde tam yükte çalışmaz. Vardiya değişimi, kalıp değişimi ve mevsim geçişleri yükü aşağı çeker. Çok kompresörlü bir grup bu durumda kademeleri kapatarak çalışmayı sürdürür; tek kompresörlü bir grup dur-kalk yapar. Yük profili gün içinde çok değişen tesislerde kompresör adedi, nominal kapasite kadar belirleyicidir.

Tek büyük grup mu, iki küçük grup mu?

Yüksek kapasitelerde sık karşılaşılan bir karar noktasıdır. Somut örnek üzerinden bakalım: iki adet KPLN 200.2 toplamda 344.000 kcal/h eder ve tek bir KPLN 400.4'ün 345.000 kcal/h kapasitesiyle pratikte aynı yeri doldurur. Kompresör sayısı da her iki çözümde dörttür. Fark kapasitede değil, işletme davranışındadır.

İki ayrı grupta cihazlardan biri arızalandığında ya da bakıma alındığında üretim yarım kapasiteyle sürer; tek grupta durur. Buna karşılık iki cihaz daha fazla yer kaplar: iki KPLN 200.2 yaklaşık 14,1 m², tek KPLN 400.4 ise 9,4 m² taban alanı ister. İki cihaz ayrıca iki elektrik beslemesi, iki su bağlantısı ve iki bakım noktası demektir. Duruşun maliyeti yüksek olan tesislerde bölünmüş kapasite, alanın kısıtlı olduğu tesislerde tek grup öne çıkar.

Chiller nerelerde kullanılır?

Proses suyunun belirli bir sıcaklıkta tutulması gereken her yerde chiller devreye girer. En yaygın kullanım alanları:

• Plastik işleme: Enjeksiyon ve ekstrüzyon hatlarında kalıp ve silindir soğutması. Kalıp sıcaklığındaki dalgalanma doğrudan çevrim süresine ve parça ölçüsüne yansır. Ayrıntı için plastik enjeksiyonda chiller kullanımı sayfasına bakın.
• Metal işleme: CNC tezgâh mili ve hidrolik yağ soğutması, lazer kesim kaynağı ve optik soğutması, kaynak makineleri.
• Gıda ve içecek: Karıştırıcı ceketleri, fermantasyon tankları, soğutma tünelleri, süt ve içecek hatları.
• Yüzey işlem: Galvaniz ve kaplama banyolarında banyo sıcaklığının sabit tutulması.
• Baskı ve ambalaj: Silindir soğutma, mürekkep ve kurutma ünitelerinin soğutulması.
• Laboratuvar ve tıbbi cihaz: Analiz cihazları, görüntüleme sistemleri ve test düzenekleri.

Kardeş markamız Kaplan Plastik plastik işleme makineleri ürettiği için, plastik hatlarında soğutmanın proses üzerindeki etkisini üretim tarafından da biliyoruz; KPLN serisi bu tecrübeyle şekillendi.

Yerleşim ve devreye almada sık yapılan hatalar

• Hava kısa devresi: Kondenserden çıkan sıcak havanın dönüp yeniden emilmesi. Cihazın çevresinde serbest hava koridoru bırakılmalıdır.
• Debinin hesaba katılmaması: Kapasitesi doğru seçilmiş bir grup bile, hat basınç kaybı yüzünden gereken debiyi basamıyorsa proses sıcaklığını tutamaz.
• Boru çapının küçük seçilmesi: Uzun hatlarda dar boru pompa basıncını yutar ve debiyi düşürür.
• Yalıtımsız soğuk hat: Yalıtımsız borularda hem ısı kazancı hem de yoğuşma suyu oluşur.
• Ayar farkının çok dar seçilmesi: Termostat histerezisi gereğinden dar ayarlanırsa kompresör saatte çok sayıda devreye girer, ömrü kısalır.
• Tüm yükün tek cihaza bindirilmesi: Kesintisiz üretim yapan tesislerde kapasitenin iki cihaza bölünmesi, arıza durumunda üretimi tamamen durdurmaz.

Bakımda ne yapılır?

Bir chiller'ın verimini yıllar boyunca koruması büyük ölçüde ısı transfer yüzeylerinin temiz kalmasına bağlıdır. Tipik bir bakım düzeni şöyledir:

Periyotlar tozlu ortamda ve sürekli çalışan tesislerde kısalır. Her kalemin gerekçesi ve saha kontrol listesi için periyodik bakım rehberine bakın.

Kirli bir kondenser yoğuşma basıncını yükseltir; bu hem kapasiteyi düşürür hem de kompresörün enerji tüketimini artırır. Arıza belirtileri ve müdahale sırası için chiller bakımı ve sık görülen arızalar sayfasına bakabilirsiniz.

Doğru modeli birlikte belirleyelim

Seçim için gereken üç bilgi vardır: prosesin ısı yükü (ya da debi ve sıcaklık farkı), istenen su sıcaklığı ve cihazın çalışacağı ortam. Bu üç veriyi paylaşırsanız KPLN serisinden uygun modeli, tank ve pompa gereksinimiyle birlikte değerlendirip dönüş yaparız. Tüm modelleri görmek için ürün gamına, doğrudan fiyat ve teslim bilgisi için teklif formuna geçebilirsiniz.

Sıkça sorulanlar