Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Akdeniz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Timurcan KARAMAHMUTOĞLU
Danışman: Ahmet Çoşgun
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:
Küresel ısınma ve artan dünya nüfusu ile birlikte su kaynaklarının korunması ve enerji verimliliği, mühendislik çalışmalarının en öncelikli konuları haline gelmiştir. Özellikle gıda endüstrisinde kullanılan dondurma yapıcılar ve pastörizasyon makineleri gibi yüksek ısı yüküne sahip cihazların soğutulmasında şebeke suyunun kullanılması, ciddi boyutlarda su israfına ve kontrolsüz enerji tüketimine neden olmaktadır. Bu yüksek lisans tez çalışması; endüstriyel gıda makinelerinin soğutma ihtiyacını karşılamak, su tüketimini minimize etmek ve enerji verimliliğini artırmak amacıyla kapalı çevrim çalışan hava soğutmalı bir chiller sisteminin tasarımını, sayısal analizini ve deneysel doğrulamasını konu almaktadır. Çalışma kapsamında öncelikle, dondurma ve pastörizasyon süreçlerinin gerektirdiği soğutma yükleri termodinamik yasalar çerçevesinde hesaplanmış ve sistem kapasitesi yaklaşık 14 kW olarak belirlenmiştir. Sistem tasarımında; gıda endüstrisindeki yaygın kullanımı ve termodinamik kararlılığı nedeniyle R404A soğutucu akışkanı tercih edilmiş, buna uygun olarak scroll tipi kompresör, hava soğutmalı kondenser ve daldırma tipi (immersion) bakır borulu evaporatör seçimleri gerçekleştirilmiştir. Tasarımın merkezine enerji verimliliği ve su tasarrufu konularak, sistemin değişken yük koşullarında kararlı bir su sıcaklığı sağlaması hedeflenmiştir. Tezin literatüre en özgün katkılarından biri, su tankı içerisindeki akış karakteristiklerinin ve sıcaklık dağılımının Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) yöntemleriyle incelenmesidir. Daldırma tip evaporatörlü tanklarda oluşabilecek ısıl katmanlaşma (stratification) problemini analiz etmek ve sıcaklık kontrol sensörünün (PT100) en doğru konumunu belirlemek amacıyla ANSYS Fluent yazılımı kullanılarak detaylı simülasyonlar yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda, tank içerisinde belirgin bir sıcaklık gradyanı oluştuğu, suyun üst yüzeyi ile tabanı arasında sıcaklık farklarının bulunduğu ve en homojen karışımın tankın orta kesitlerinde gerçekleştiği tespit edilmiştir. Bu veriler ışığında sensör konumu optimize edilerek sistemin kontrol hassasiyeti artırılmıştır. Teorik hesaplamalar ve sayısal analizlerin ardından sistemin prototipi imal edilerek tüm mekanik ve elektriksel entegrasyonu sağlanmıştır. Geliştirilen prototip, gerçek çalışma koşullarını simüle etmek amacıyla 9 litrelik profesyonel bir dondurma makinesi (Pro 9) ile entegre edilerek performans testlerine tabi tutulmuştur. Test sürecinde, su tankının farklı noktalarına, evaporatör giriş-çıkışlarına ve kondenser hatlarına yerleştirilen hassas sıcaklık sensörleri ile anlık veriler kaydedilmiştir. Deneysel sonuçlar, chiller sisteminin suyu hedeflenen set değeri olan 10°C sıcaklığına başarıyla düşürdüğünü ve proses makinesinin soğutma yükünü tam kapasiteyle karşıladığını göstermiştir. Ayrıca, CFD analizinde gözlemlenen tank içi sıcaklık katmanlaşması olduğu, taban ile üst yüzey arasındaki 3°C fark oluştuğu ve bu verilerin, deneysel bulgularda öngörülen CFD sıcaklık profilleriyle büyük ölçüde örtüştüğü belirlenmiştir. Ayrıca, gözlemlenen tank içi sıcaklık katmanlaşmasına istinaden üstüne delik açılmış evaporatör çerçevesi ile modellenen bir CFD analizi gerçekleştirilmiş olup, geliştirilen evaporatör tasarımı sayesinde, su tankı içerisindeki sıcaklığın gözle görülür seviyede homojenleştiği ve ölçüm noktası ile tank çıkış suyu sıcaklığı arasındaki fark 1°C altına azaltılmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışması; teorik tasarım, sayısal analiz ve deneysel doğrulama süreçlerini bütünleşik bir yaklaşımla ele alarak, gıda endüstrisine yönelik su tasarruflu ve yüksek verimli bir soğutma sistemi çözümü sunmaktadır. Elde edilen bulgular, daldırma tip evaporatörlü sistemlerde CFD destekli tasarımın önemini kanıtlamakta ve gelecekte yapılacak benzer çalışmalara, özellikle sensör konumlandırma ve tank içi akış optimizasyonu konularında önemli bir referans oluşturmaktadır. Mevcut çalışmada kullanılan R404A soğutucu akışkan yerine, çevresel etkileri daha düşük olan doğal soğutucu akışkan olan Gelecek çalışmalar için, sistemin R290 gibi doğal soğutucu akışkanlarla çalışabilecek şekilde optimize edilmesi önerilmiştir.