PROF. DR. İSMAİL TEKE

Soğutma sistemlerinde sistem bileşenlerinin termodinamiksel toplam performansa etkilerinin incelenmesi

Enerji kaynaklarının hızla azalması ve buna paralel olarak enerji maliyetlerinin artması, birçok gelişmiş ülkenin ve önde gelen global şirketlerin enerji ile ilgili stratejilerini güncellemesine ve bu bağlamda yeni atılımlar ve çalışmalar yapılmasına neden olmuştur. Bu durum, bilim dünyası tarafından da yakın geçmiş içerisinde yapılan araştırmalarla ortaya konmaktadır. Özellikle Avrupa Birliği içerisinde toplumları bilinçlendirmek adına enerji verimliliğinin arttırılması ve dolayısıyla enerji tüketiminin azaltılması hedeflenerek gerek hükümetler kanalıyla gerekse bağımsız sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla yeni birçok düzenleme ve yönerge yayımlanmaktadır. Bu gelişmeler, enerji verimliliğinin söz konusu olduğu sistemlerde yenilikçi fikirlerin, uygulamaların ve optimizasyonların geliştirilmesi gerekliliğini de beraberinde getirmiştir. Bu yüksek lisans tez çalışmasında buhar sıkıştımalı bir soğutma sisteminde soğutma sistemini oluşturan temel bileşenlerin performans değerlerinin değişimi ile farklılaşan çalışma koşullarının sistem performansına etkileri tespit edilmiştir. Tez çalışması sekiz ana bölümden oluşmaktadır. Birinci bölümde çalışmaya başlama nedenleri ve çalışma sonucunda hedeflenen sonuçlar genel olarak açıklanmıştır. İkinci bölümde, konu ile ilgili olarak gerçekleştirilen literatür araştırmasını kapsamaktadır. Literatür araştırması çerçevesinde konu ile ilgili olarak herhangi bir çalışmaya rastlanmamıştır. Bu sebeple tez çalışmasında yer alan literatür araştırması soğutma sistemlerinin genel çalışma prensiplerini ortaya koymak üzere seçilen çalışmalardır. Üçüncü bölümde ise, buzdolaplarının çalışma prensipleri ve buzdolabını oluşturan komponentlerin kuramsal incelemeleri yer almaktadır. Dördüncü bölümde, tez çalışmasında kullanılan deney tesisatı ve devreleri detaylı olarak açıklanmıştır. Daha sonra deneylerin hazırlanma evreleri ve belirsizliklerin tespiti yapılmıştır. Beşinci bölümde, deneysel çalışmalarda sistem çalışma koşullarının değiştirilmesi amacıyla kullanılan buzdolabı komponentlerinin öngörülen toleransları ve bu toleransların komponentler üzerinde meydana getirdiği etkilerin tespitinde gerçekleştirilen teorik ve deneysel çalışmalar yer almaktadır. Altıncı bölümde sistem performansını irdelemek üzere kullanılan temel kavramlar yer almaktadır. Yedinci bölümde, deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen buharlaşma ve yoğuşma basıncının, aşırı soğuma ve aşırı kızma miktarlarının ve kompresör performansının soğutma sistemi üzerine olan etkisi Buckingham teoremi kullanılarak incelenmiştir. Buckingham teoremi kullanılarak boyutsuzlaştırılan değişkenler ile sistem performansı arasındaki ilişkinin genelleştirilebilmesi amacıyla, doğrusal en küçük kareler regresyon algoritması kullanılarak bir ampirik korelasyon modeli oluşturulmuştur. Sekizinci ve son bölümde sonuçlar değerlendirilerek öneriler sunulmuştur.

Buzdolabı kabin dibinde enerji tüketimini azaltmaya yönelik alternatif yoğuşturucu çalışmaları Alternative condenser studies in a refrigerator machine room to reduce the energy consumption

Endüstri devriminden itibaren teknolojinin hızla gelişmesi, gereksinimleri sağlama adına yüksek enerji ihtiyacını beraberinde getirmiştir. Enerji ihtiyacı karşılama adına birincil olarak karbon emisyonu yüksek değerdeki doğal kaynakların kullanılması takibinde elektrik enerjisine ulaşılmaktadır. Son yüz yılda iletişim ağı gelişiminin de etkisiyle tüketici talepleri farklı kategorilerde yayılmış ve tüketimin artmasıyla enerji gereksinimi de artmıştır. Tüketicinin temel gereksinim kategorilerinden, beyaz eşya sektöründen buzdolaplarında ise çevreci ve düşük enerji ile çalışan buzdolabı üretim yarışı günümüzde büyük kâr marjı olan bir alanda yer almaktadır. Beyaz eşya grupları üzerine çalışılan teknoloji, ısıtma-soğutma ve otomotiv gruplarıyla benzerlik göstermekte ve birinin ürün grubunun gelişimi ile diğer bir ürün grubunda yapılacak gelişimin önü açılmaktadır. Tez çalışma konusu dahilinde buzdolabının birim soğutma sağlamak için harcadığı enerji miktarını düşürme amaçlanmıştır. Bu amaçla buzdolabı kabin dibinde yer alan elemanlar üzerinde tasarımsal ve yapısal değişiklikler yapılmıştır. Bu amaçla ilk olarak sadece kabin dibi kapağı değiştirilerek ve hava yönlendirmeleri kullanılarak 11 farklı durum incelenmiştir. İkinci olarak ise minikanal yoğuşturucular farklı kabin dibi kapakları ve hava yönlendirmeleri ile beraber kullanılmıştır. Üç farklı minikanal yoğuşturucu kullanımı ile çeşitli kabin dibi kanatları ve hava yönlendirmeleri ile oluşturulan 6 farklı durum için sonuçlar elde edilmiştir. Minikanal yoğuşturucu kullanımı ile %5 dolaylarında enerji tasarrufunun yanında kabin dibinde orijinal kondenserin kapadığı hacmin %80 oranında düşürülmesi, malzeme tasarrufu ve toplam basınç düşüşü %50 dolaylarında azaltılmıştır. Minikanal yoğuşturucular için deneysel basınç düşüşü verileri ile literatür taramasında tespit edilen basınç düşüşü korelasyonları ve CoilDesigner programı hesapları karşılaştırılmıştır. Son olarak, tasarlanacak minikanallarda minikanal bükümü üç nokta eğme testlerinde farklı çaplarda denenmiş ve deformasyon başlangıç değeri tespit edilmiştir.

Plastik ekstrüderlerinde ısıtma-soğutma proseslerinin incelenmesi

Günümüzde enerjinin ve enerji kaynaklarının önemi her geçen gün artmaktadır. Bu kaynakların en doğru ve en verimli şekilde kullanılması, daha az enerji ile daha çok iş yapılması ve aynı zamanda da üretim kalitesinin arttırılması gerekmektedir. Ekstrüderler, plastik işleme endüstrisinde en yaygın olarak kullanılan makinelerin başında gelmektedir. Ekstrüderlerde, polimer malzemenin ekstrüzyonu için gerekli olan enerjinin yaklaşık % 70-80 kadarı motorun ürettiği mekanik enerjiden karşılanırken, geriye kalan % 20-30’luk kısım ise ekstrüderin ısıtma sistemi tarafından karşılanmaktadır. Isıtma sistemi üzerinde yapılacak iyileştirmelerin sonunda sağlanabilecek verim ve performans arttırıcı unsurlar, toplam proses veriminin de artmasını sağlayacaktır. Bu çalışma kapsamında; plastik işleme yöntemleri, plastik ekstrüzyonu ve ekstrüderler hakkında genel bilgiler verilmiştir. Ekstrüderlerin kovan ısıtma-soğutma sistemleri ise detaylı olarak incelenmiş ve değerlendirilmiştir. Ekstrüderlerin kovan ısıtmasında en yaygın olarak kullanılan bant tipi rezistanslı ısıtıcılarla, bu alanda yeni bir teknoloji olan radyant ısıtıcıların karşılaştırılması için bir deney düzeneği kurulmuştur. Isıtıcılar, deneysel bulgulara bağlı olarak verimlilik, performans ve maliyet açısından karşılaştırılmıştır. Radyant ısıtıcıların performansının ısıtılan kovan yüzeyinin yayma oranına bağlı olduğu ve 0,55 yayma oranı için, bant tipi rezistanslı ısıtıcıların radyant tipi ısıtıcılardan daha iyi performans gösterdiği belirlenmiştir.

Soğutucuların dondurucu bölmesinde çalışma oranına etki eden parametrelerin incelenmesi Investigation of the parameters affecting on the runtime of the refrigerator freezer

Günümüzde artan dünya nüfusuyla birlikte enerji tüketiminin artması buna karşılık doğal kaynakların sınırlı olması sebebiyle birçok sektörde olduğu gibi beyaz eşya sektöründe de soğutucuların enerji verimliliğinin önemi artmaktadır. Bu sebeple soğutucuların kapasiteleri ve soğutma performansları düşürülmeden enerji verimliliği daha yüksek ürünlere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu amaçla araştırmacılar soğutucu sistemlerin farklı parametrelerini inceleyerek enerji tüketimi konusunda birçok eniyileme çalışmaları yürütmektedirler. Bu çalışmada bir soğutucunun dondurucu kabininde sistem parametrelerinden olan hava debisi ve buharlaştırıcı sıcaklığı incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalar ile bu parametrelerin soğutma çevrimi çalışma oranına etkileri tespit edilmiştir. Daha sonra soğutucu çalışma oranı enerji tüketimi ile ilişkilendirilmiştir. Böylece incelenen soğutucunun dondurucu kabininde buharlaştırıcı sıcaklığı ve hava debisine bağlı olarak enerji tüketiminin en düşük olduğu sistem koşulları tespit edilmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde soğutucuların genel çalışma yönteminden ve literatürde soğutucular için sıcaklık dağılımı, hava hızı ve enerji tüketimi konularında yapılmış çalışmalar sunulmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde dondurucu kabin içerisinde hava debisi ve buharlaştırıcı sıcaklığının değiştirilebildiği böylece farklı koşullar altında çalışma oranı değişimlerinin incelenebildiği deney düzeneği anlatılmaktadır. Deney şartlarının kontrol edilmesi için kullanılan deney düzeneği ekipmanları ve teknik özellikleri detaylı olarak sunulmuştur. Ayrıca deney düzeneği elemanları için yapılan belirsizlik analizi bu bölümde paylaşılmaktadır. Çalışmanın üçüncü bölümünde deneylerde kararlı durum şartlarının sağlanması için kontrol edilen ekipmanlar ve kontrol yöntemleri anlatılmaktadır. Ayrıca bu bölümde deney sonuçları değerlendirilerek buharlaştırıcı sıcaklığı ve hava debisinin dondurucu kabin çalışma oranına ve enerji tüketimine olan etkileri sunulmaktadır. Çalışmanın dördüncü bölümünde soğutucu çalışma oranı modelinin oluşturulması ile ilgili bilgiler paylaşılmaktadır. Ayrıca bu bölümde dondurucu kabinde buharlaştırıcı sıcaklığı ve hava debisine bağlı olarak ölçülmüş çalışma oranı deney sonuçları oluşturulan model sonuçları ile karşılaştırılmaktadır. Çalışmanın beşinci bölümünde gerçekleştirilmiş deneysel çalışmaların sonuçları sunulmuştur.

Ev tipi fırınlarda pişirme kalitesini iyileştirecek, pişirme sürelerini kısaltacak hibrit fırın çalışmaları Ev tipi firinlarda pişirme kalitesini iyileştirecek, pişirme sürelerini kisaltacak hibrit firin çalişmalari

Günümüzdeki teknolojik gelişmeler paralelinde, özellikle zaman çok önemli bir kavram haline gelmiştir. Dolayısı ile beyaz eşya sektöründe de hızlı soğutma, hızlı ısıtma, hızlı pişirme gibi süre kısaltıcı özellikler önem kazanmıştır. Bu tabloya ev tipi pişirici cihazlar açısından bakıldığında hızlı pişirmeye yönelik birçok çalışmanın olması dikkat çekmektedir. Bu çalışmaların odak noktasında genellikle farklı pişirme tekniklerinin belli algoritmalar eşliğinde birleştirildiği hibrit fırın çalışmalarının bulunduğu görülmektedir. Pişirme teknolojisinde yeni bir çalışma konusu olan kızıl ötesi, mikrodalga, konvansiyonel (statik, turbo) ve buhar ile pişirme yöntemlerinden bir veya birkaçının birlikte kullanılmasına genel olarak hibrit pişirme yöntemleri adı verilmektedir. Bu tezin amacı kısa dalga kızıl ötesi halojen lambaların belli gıda tipleri için pişirme karakteristiklerinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi ve bu yöntemin konvansiyonel ısıtıcılar ile hibrit bir yöntem şeklinde uygulanabilirliğinin ortaya çıkarılmasıdır. Bu amaçla kısa dalga kızıl ötesi lambalar ile ilgili piyasa ve literatür araştırmaları yapılmış ve fırınlara uygulanabilir tipleri belirlenmiştir. Ayrıca ısıtıcı olarak kullanılacak lambaların fırına uygulanması konusunda gerekli olacak reflektör tasarım çalışmaları ve koruma camı olarak kullanılacak kısa daga ışınım geçirgenliği yüksek koruma camı belirleme vb. gerekli komponentlerin ortaya çıkarılması çalışmaları yapılmıştır. Gerçekleştirilen çalışmalar sonucu kavramsal fırın prototipi oluşturulmuş ve belirlenen gıda tipleri için hızlı pişirme algoritmaları oluşturulmuştur.

Kılcal reometrenin otomatik kontrol sisteminin tasarlanması ve hesaplama programının yazılması

Plastiklerin endüstriyel üretim koşulları altındaki akış davranışlarının tespitinde reoloji önemlidir. Plastiklerin reolojik özelliklerinin tespitinde döner ve kılcal olmak üzere genel olarak iki gruba ayrılan reometreler kullanılır. Genellikle döner reometreler plastiklerin düşük kayma oranlarındaki akış ve elastiklik özelliklerini belirlemek için, kılcal reometreler ise plastiklerin döner reometrelerin ölçtüğü kayma oranlarından daha yüksek kayma oranlarındaki akış davranışını belirlemek için kullanılırlar. Bu çalışmada, plastiklerin akış özelliklerini tespit edebilmek için Dizayn Grup firmasının desteği ile tasarlanıp, imal edilmiş olan kayma oranı kontrollü kılcal reometrenin otomatik kontrol sistemi tasarlanmış, görünen kayma hızı, kayma miktarı, ortalama kayma gerilmesi, görünen kayma viskozitesi, düzeltilmiş kayma hızı, düzeltilmiş kayma viskozitesi ve üst kuralı çarpanının hesaplanması için simulink ile bir hesaplama programı yazılmıştır. Daha sonra bu program verilerin bilgisayar tarafından otomatik olarak toplanabilmesine olanak tanımadığı için bir başka program daha yazılmıştır. Bu son program simulink ile yazılan veri toplama yazılımından ve verilerin işlenip gerekli hesaplamaların yapılmasını sağlayan matlab kodlarından olmak üzere iki parçadan oluşmaktadır. Sistem bir silindir, piston, ısıtma ve sıcaklık kontrol aygıtları, basınç sensörü, hız sensörü ve kalıptan(die) oluşmaktadır. Bu reometrede ihtiyaç duyulan sabit piston hızı bir basma-çekme test cihazından sağlanmış, test cihazı başka testlerde de kullanıldığı için üzerinde bir değişiklik yapılması istenmemiş ve bu nedenle silindir boyunca oluşan basınç ve basma hızı değerleri reometreye yerleştirilen sensörle yazılan program tarafından otomatik olarak bilgisayara aktarılmıştır. Benzer işlemler kalıp boyları değiştirilerek tekrarlanmış ve elde edilen bütün bu veriler hesaplama programı kullanılarak gerekli hesaplamalar yapılmış ve elde edilen sonuçlar rakamlarla ve grafiklerle ekranda gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar Sabancı ve Orta Doğu Teknik Üniversitesi laboratuarlarında Malvern ve Dynisco firmalarının reometre sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve üç reometreden elde edilen sonuçların birbirinden maksimum %1 saptığı gözlenmiştir. Verilerin yakın olması yurt dışından çok yüksek fiyatlarla ithal edilen reometrelerden yaklaşık onbeş kat daha ucuz olarak ülkemizde üretilebileceği sonucuna varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Kılcal reometre, veri toplama, MATLAB, programlama, LabView.

Döndürülen silindirik kaplardaki sıvıların soğumasına devir sayısının etkisi

Gerçekleştirilecek tez çalışması için silindirik kaplarda bulunan sıvıların soğumasına etki eden parametreler araştırılmıştır. Yapılan araştırma neticesinde, dış ortam sıcaklığının, kap etrafındaki akış hızının, kap içerisindeki sıvının fiziksel özelliklerinin soğumaya etki ettiği belirlenmiştir. Araştırmalar sonucunda, bu etkenlere ilave olarak, kap içerisindeki sıvıya hareket kazandırılmasının da bir etken olabileceği görülmüştür. Tezde, içerisinde sıvı bulunan silindirik kaba, dönerek hareket kazandırılması neticesinde, kabın dış ve iç yüzeylerinde oluşan ısı taşınım katsayısının, dönüş hızına bağlı olarak değişimi incelenmiştir. Dış yüzey ısı taşınım katsayını incelemek için 66mm çapında ve 124mm boyunda alüminyum çubuk; iç yüzey ısı taşınım katsayısını incelemek için ise içerisinde 330ml saf su bulunan silindirik bir kap kullanılmıştır. Dönme hızının etkisini görebilmek için 4 farklı dönüş hızı belirlenmiştir.(62, 88, 112 ve 133 d/dk) Ayrıca, deneylerde silindir etrafında dış akışın olduğu ve olmadığı 2 ortam şartının etkileri de karşılaştırılmıştır. Gerçekleştirilen bu tez çalışması dört ana bölümden oluşmaktadır. İlk bölümdeki giriş kısmında genel bir bilgilendirme yapılmıştır. İkinci bölümde, konu ile ilgili olarak gerçekleştirilen literatür ve patent araştırmaları hakkında bilgi verilmiştir. Üçüncü bölümde, tez çalışmasında kullanılan deney tesisatı ve kontrol sistemi detaylı olarak açıklanmış; tez konusu kapsamında silindir etrafında dış akışın olduğu ve olmadığı ortam şartlarında, farklı dönme hızlarında gerçekleştirilen deneysel çalışmalar hakkında bilgi verilmiştir. Dördüncü bölümde de gerçekleştirilen çalışmaların sonuçları değerlendirilmiştir