Su soğutma grubu nasıl seçilir?

Su soğutma grubu seçimi beş veriyle yapılır: prosesten çekilecek ısı yükü (kW), hedef gidiş suyu sıcaklığı, devredeki debi ve sıcaklık farkı, makinenin çalışacağı ortam sıcaklığı ve sistemdeki toplam su hacmi. KPLN gamı 26,7 kW ile 401,2 kW arasında, 12/7 °C su ve 35 °C ortam koşulunda tanımlanır; kısmi yük davranışını ise kompresör adedi belirler.

Önce ısı yükü: prosesten kaç kW çekilecek?

Seçimin ilk ve en belirleyici adımı, prosesten birim zamanda ne kadar ısı çekileceğini bilmektir. Bu değere üç yoldan ulaşılır: soğutulacak makinenin üreticisinin verdiği ısı atım değeri, mevcut bir su devresinde yapılan debi ve sıcaklık farkı ölçümü, ya da prosesin kendi enerji hesabı. Üçü de yoksa seçim tahmine döner; tahminle alınan makine ya yazın yetişmez ya da yılın büyük bölümünü gereğinden büyük kapasiteyle, sürekli durup kalkarak geçirir.

Bir su devresinden çekilen ısı, dolaşan su miktarı ile devreye giren ve çıkan su arasındaki sıcaklık farkının çarpımına eşittir. Hesaba suyun özgül ısısı (bir kilogram suyu bir derece ısıtmak için gereken enerji, yaklaşık 4,186 kJ/kg·K) girer:

Q = ṁ × c × ΔT — Q soğutma yükü (kW), ṁ su debisi (kg/s), c suyun özgül ısısı (kJ/kg·K), ΔT ise giriş ile çıkış suyu arasındaki sıcaklık farkıdır (K).

Debiyi sahada kullandığınız birimle, yani m³/h ile yazmak isterseniz aynı denklem şu hâle gelir:

Q (kW) = 1,163 × V (m³/h) × ΔT (K)

Örnek: Bir proses devresinde 12 m³/h su dolaşıyor; dönüş suyu 18 °C, gidiş suyu 12 °C ölçülüyor. Sıcaklık farkı 6 K olduğuna göre yük şudur:

Q = 1,163 × 12 × 6 = 83,7 kW

Bu ham yüktür. Kondenser kirlenmesi, ileride eklenecek makineler ve saha koşullarının katalog koşullarından sapması için genellikle %10–15 aralığında bir pay bırakılır. 83,7 kW üzerine %15 eklendiğinde 96 kW çıkar; bu durumda 75,6 kW kapasiteli KPLN 75.2 yetersiz kalır, seçim 100,0 kW kapasiteli KPLN 100.2 olur. Payı yüzde elliye çıkarmanın ise kimseye faydası yoktur: makine kısa çevrimlerle çalışır, kompresör yorulur, su sıcaklığı salınır. Yük hesabının ayrıntısı için kapasite hesabı sayfasına bakabilirsiniz.

kcal/h, kW ve TR arasında geçiş

Türkiye'de kapasiteler çoğunlukla kcal/h ile konuşulur, katalog değerleri kW ile verilir, ithal ekipmanda karşınıza TR (ton refrigeration, soğutma tonu) çıkar. Üçü de aynı büyüklüğü anlatır:

KPLN serisinin katalogdaki kW ve TR değerleri bu katsayılarla kcal/h kapasitesinden hesaplanmıştır.

Hedef su sıcaklığı: kapasite tek başına anlam taşımaz

Bir su soğutma grubunun kapasitesi, hangi su rejiminde ve hangi ortam sıcaklığında ölçüldüğü söylenmeden eksik bir bilgidir. KPLN serisinin katalog değerleri 12/7 °C su rejimi ve 35 °C ortam sıcaklığı için geçerlidir: makine 12 °C dönen suyu 7 °C'ye düşürürken, dışarısı 35 °C iken bu kapasiteyi verir.

Hedef su sıcaklığı düşürüldüğünde buharlaşma sıcaklığı da düşer ve aynı makine daha az kapasite üretir. Kayıp doğrusal değildir, ama ihmal edilecek düzeyde de değildir. Bu yüzden 7 °C altında su isteyen bir proseste seçimi katalog satırına bakarak yapmayın; hedef rejimi bildirin, kapasiteyi o rejim için birlikte kontrol edelim.

Ters yön de en az onun kadar önemlidir. Gereğinden düşük su sıcaklığı istemek pahalıya mal olur: kalıp veya boru yüzeyi ortamın çiy noktasının altına indiğinde yüzey terler, parçada yüzey hatası, metal aksamda korozyon başlar. Birçok proses 12–18 °C aralığındaki suyla sorunsuz çalışırken 7 °C su istemek hem enerji hem yoğuşma açısından gereksiz bir yüktür. Kalıp soğutmasının belirleyici olduğu plastik enjeksiyon uygulamalarında bu ayrım doğrudan parça kalitesine yansır.

Sıcaklık farkını, yani ΔT değerini de bilinçli seçmek gerekir. Katalogdaki debiler 5 K fark içindir: KPLN 100.2 için 17,0 m³/h, KPLN 165.2 için 27,0 m³/h. Daha büyük bir ΔT ile çalışmak debiyi, dolayısıyla boru çapını ve pompa yükünü küçültür; buna karşılık proses tarafındaki sıcaklık salınımını büyütür. Sıcaklığa duyarlı işlerde küçük ΔT ve yüksek debi tercih edilir.

Su sıcaklığı +5 °C altına inecekse, evaporatörde (suyun soğutulduğu ısı değiştirici) donma riski nedeniyle glikol karışımı gerekir. Glikol, suyun donma noktasını düşürürken viskoziteyi artırır ve ısı transferini bir miktar zayıflatır; bu durumda hem kapasite hem debi karışım oranına göre yeniden hesaplanmalıdır. Devre suyunun kendisiyle ilgili ayrıntıları su kalitesi sayfasında ele alıyoruz.

Ortam sıcaklığı ve kondenser tarafı

Hava soğutmalı bir grupta, sudan çekilen ısı ile kompresörün harcadığı enerji, kondenser (ısının havaya atıldığı serpantin) üzerinden dış havaya verilir. Ortam havası ısındıkça yoğuşma basıncı yükselir ve kapasite düşer. Katalog değeri 35 °C içindir; makinenin yaz öğle saatlerinde güneş alan bir çatıda ya da başka ekipmanın sıcak havasını soluyan bir avluda çalışacağını biliyorsanız, seçimi 35 °C değerine göre değil o gerçek koşula göre yapmak gerekir. Makinenin çalışabileceği azami ortam sıcaklığını proje aşamasında birlikte teyit edelim.

Kanatları toz, hav veya granül tozuyla dolan bir kondenserde sonuç aynıdır: hava debisi düşer, yoğuşma basıncı tırmanır, makine önce kapasite kaybeder sonra yüksek basınçtan durur. Sahada "yetmiyor" diye şikâyet edilen makinelerin bir bölümünde sorun kapasite değil, kirli petek ve tıkanmış hava yoludur.

Tank gerekli mi, ne kadar?

Su tankı (denge veya buffer tankı) devredeki su hacmini büyütür ve tek bir işe yarar: termal atalet. Yeterli su hacmi olmayan bir devrede kompresör hedef sıcaklığa saniyeler içinde ulaşır, durur, su hemen ısınır, yeniden kalkar. Kısa çevrim (short cycling) adı verilen bu davranış, kompresör ömrünü kısaltan en yaygın kurulum hatalarındandır.

Sektörde yaygın kullanılan kaba ölçüt, proses soğutmasında kilovat başına birkaç litre sistem suyu bulundurmaktır; yük ne kadar sert dalgalanıyorsa bu hacim o kadar büyür. Belirleyici olan yalnız tank değil, boru hattı ve proses ekipmanı içindeki suyun toplamıdır. Kısa borulu, az su tutan bir devrede tank hayati önemdedir; uzun hatlı ve büyük hacimli bir tesiste daha küçük tank yeter.

KPLN gamında 26.1 modelinden 165.2 modeline kadar tank makinenin üzerindedir. KPLN 200.2 ve üzeri modellerde tank opsiyoneldir; bu kapasitelerde tesisler genellikle ayrı bir denge tankı ve pompa grubuyla kurulduğu için hacim orada çözülür.

Kaç kompresörlü makine almalı?

KPLN model adı bu soruyu doğrudan yanıtlar: noktadan önceki sayı yaklaşık nominal kW kapasitesini, noktadan sonraki sayı kompresör adedini gösterir. KPLN 40.1 tek kompresörlü 40,7 kW; KPLN 250.4 dört kompresörlü 250,0 kW demektir.

Kompresör adedi tam yükteki kapasiteyi değil, kısmi yükteki davranışı belirler. Hiçbir tesis günün tamamını tam yükte geçirmez: makinelerin bir bölümü durur, vardiya değişir, gece havası serinler. Eşit kapasiteli kompresörlerde iki kademeli bir grup yükü kabaca yarım ve tam olarak, dört kompresörlü bir grup ise dörtte birlik adımlarla karşılar. Adım küçüldükçe su sıcaklığı daha sabit kalır, kompresör daha az kalkıp durur.

İkinci fayda yedekliliktir. Çok kompresörlü bir grupta kompresörlerden biri devre dışı kaldığında üretim tamamen durmak yerine düşük kapasiteyle sürdürülebilir; tek kompresörlü bir makinede böyle bir seçenek yoktur. Duruşun maliyeti yüksek olan hatlarda bu, iki küçük makine yerine çok kompresörlü tek makine seçmenin başlı başına gerekçesidir.

Hava soğutmalı mı, su soğutmalı mı?

Fark, ısının nereye atıldığındadır. Hava soğutmalı grup ısıyı doğrudan ortam havasına verir. Su soğutmalı grup ısıyı ikinci bir su devresine aktarır; o su da genellikle bir soğutma kulesinde havayla temas ettirilerek soğutulur. KPLN serisinin tamamı hava soğutmalıdır.

Karar pratikte şuraya iner: su altyapınız, kule için yeriniz ve suyu düzenli takip edecek bakım disipliniz yoksa hava soğutmalı grup daha az sorunla çalışır. Kurulum tek kalemdir, mevsimlik su hazırlığı yoktur, donma riski dışarıdaki tek devreyle sınırlı kalır. Buna karşılık kondenserin temiz ve hava akışının serbest olması, su soğutmalı bir sistemde kulenin bakımı kadar ciddiye alınmalıdır.

Yerleşim ve hava akışı: seçimin sahada bozulduğu yer

Doğru seçilmiş bir makine yanlış yerleştirildiğinde katalog kapasitesini vermez. Hava soğutmalı bir grubun en büyük düşmanı, fandan çıkan sıcak havanın dönüp yeniden kondenser emişine girmesidir. Üç duvar arasına sıkıştırılmış, üzeri kapatılmış ya da birbirine çok yakın dizilmiş makinelerde bu kısa devir kaçınılmazdır: makine kendi attığı ısıyı tekrar solur, yoğuşma basıncı tırmanır, kapasite erir.

• Kondenser emiş yüzeylerinin önü ve fan çıkışının üstü açık kalmalı; duvar, saçak, kanal ya da istiflenmiş malzeme hava yolunu kesmemeli.
• Birden fazla makine yan yana konulacaksa dizilim, birinin sıcak çıkışını diğerinin emişine verecek şekilde kurulmamalı.
• Servis için makinenin çevresinde çalışılabilir boşluk bırakılmalı; kondenser temizliği ve kompresör erişimi buna bağlıdır.
• Makine iç mekâna konulup hava kanalla dışarı atılacaksa, kanalın getireceği ek basınç kaybı baştan konuşulmalı.
• Zemin ve taşıyıcı kontrol edilmeli: KPLN 400.4 su dolmadan önce 2.000 kg ağırlığında ve 4.000 × 2.350 mm taban ölçüsündedir, KPLN 200.2 sınıfı ise 3.000 × 2.350 mm alan ister. Çatı ve platform yerleşiminde statik kontrol şarttır.
• Küçük modellerde alan sorunu daha kolay çözülür: KPLN 26.1 1.500 × 800 mm taban ölçüsü ve 325 kg ağırlıkla dar alanlara sığar, ama hava akışı kuralı orada da aynen geçerlidir.
• Dış ortamda kalan boru ve devre için kışın donma önlemi planlanmalı.

KPLN gamı: hangi kapasiteye hangi model

Aşağıdaki tablo 11 modelin nominal koşuldaki (12/7 °C su, 35 °C ortam) değerlerini bir arada verir; debiler 5 K sıcaklık farkı içindir.

Modelleri yan yana görmek için karşılaştırma sayfasını, gamın tamamı için ürünler sayfasını kullanabilirsiniz.

Seçim öncesi kontrol listesi

1. Isı yükü kaç kW ve hangi yöntemle bulundu: makine verisi, saha ölçümü, yoksa proses hesabı mı?
2. Hedef gidiş suyu sıcaklığı kaç derece, kabul edilebilir salınım aralığı ne?
3. Devredeki debi ve tasarım sıcaklık farkı ne olacak?
4. Makine nereye konulacak, yazın o noktadaki gerçek hava sıcaklığı ne?
5. Boru ve proses dahil devredeki toplam su hacmi ne kadar, tank yeterli mi?
6. Yük gün içinde ne kadar dalgalanıyor, kaç kademeye ihtiyaç var?
7. Duruşun maliyeti yedeklilik gerektiriyor mu?
8. Su +5 °C altına inecek mi, glikol gerekecek mi?
9. Yerleşim noktası taban ölçüsünü, ağırlığı ve serbest hava akışını kaldırıyor mu?

Bu dokuz başlığı elinizdeki verilerle doldurduğunuzda seçim büyük ölçüde kendiliğinden çıkar; kalan belirsizlikleri birlikte kapatırız. Teklif formundan yükünüzü, hedef su sıcaklığınızı ve yerleşim koşullarınızı iletin, emin olmadığınız kalemleri boş bırakın; seçimi kataloğa göre değil sizin rejiminize göre yapıp gerekçesiyle yazalım.

Sıkça sorulanlar