ATIK ISI GERİ KAZANIMLI BİR REKÜPERATÖRLÜ ORGANİK RANKİNE ÇEVRİMİNİN ENERJİ VE EKSERJİ ANALİZİ

8. ULUSLARARASI THALES FEN, MÜHENDİSLİK, MİMARLIK VE MATEMATİK KONGRESİ, Cairo, Mısır, 18 - 20 Temmuz 2026, ss.395-396, (Özet Bildiri)

Bu çalışmada, atık ısıdan yararlanarak elektrik üretimi gerçekleştiren bir Reküperatörlü Organik

Rankine çevrimi (RORÇ) ele alınmıştır. Güç çevriminin enerji performansını optimize etmek için

Engineering Equation Solver (EES)’de RORÇ için matematiksel model yazıldı. Organik akışkanlar

arasından önce akışkan analizi yapılarak en iyi ısıl verim elde edilen çalışma akışkanları tespit edildi.

Daha sonra bu akışkanların içerisinden de 100 oC atık su giriş, 70 oC atık su çıkış ve 32 oC kondenser

sıcaklık şartları için yüksek ısıl verim ve en yüksek elektrik üretimine sahip akışkan, en ideal organik

akışkan çalışma akışkanı seçildi.

Termodinamik simülasyonlar doğrultusunda incelenen 11 farklı alternatif iş akışkanı arasından sistemin

saf termodinamik ve hidrolik performansı odak noktası alındığında R601 (n-Pentane) akışkanı öne

çıkmaktadır. R601 ile yapılan analizlerde en yüksek termal verim, ikinci yasa (ekserji) verimi ve net güç

üretimi değerlerine ulaşılmasının yanı sıra, çevrimde dolaşan en düşük kütlesel debi gereksinimi de bu

akışkanla elde edilmiştir. Düşük kütlesel debi ihtiyacı, evaporatör ve kondenser gibi ana bileşenlerin

boyutlandırılmasında hacimsel küçülme sağlayarak ilk yatırım ve işletme maliyetlerini azaltma

potansiyeline sahiptir.

Buna karşın, tasarlanan güç çevriminin çevre dostu olması (düşük GWP) ve işletme güvenliği (A1)

kriterleri birlikte ele alındığında, yüksek yanıcılık riski taşıyan R601 (A3) yerine yeni nesil bir HFO

akışkanı olan R1233zd(E) ön plana çıkmaktadır. R1233zd(E) akışkanının sunduğu verim ve güç çıktısı

değerlerinin R601’in teorik performans sınırlarına son derece yakın olduğu tespit edilmiştir. Sonuç

olarak, hem termodinamik performansı yüksek tutan hem de çevre ve güvenlik standartlarını en üst

düzeyde karşılayan R1233zd(E), bu sistem için nihai optimum iş akışkanı olarak belirlenmiştir.

This study examines a Recuperative Organic Rankine Cycle (RORC) system designed to generate

electricity by utilizing waste heat. A mathematical model for the RORC was developed in Engineering

Equation Solver (EES) to optimize the power cycle's energy performance. An initial analysis of various

organic fluids was conducted to identify those yielding the highest thermal efficiency. Subsequently,

among these candidates, the fluid offering the best combination of high thermal efficiency and maximum

electricity generation under operating conditions of 100°C waste water inlet, 70°C waste water outlet,

and a 32°C condenser temperature was selected as the optimal working fluid.

Based on thermodynamic simulations of 11 alternative working fluids, R601 (n-Pentane) stands out

when focusing solely on the system's thermodynamic and hydraulic performance. Analyses using R601

yielded the highest values for thermal efficiency, second-law (exergy) efficiency, and net power output,

while also requiring the lowest mass flow rate within the cycle. This low mass flow requirement offers

the potential to reduce initial investment and operating costs by allowing for smaller component sizes

(e.g., evaporator and condenser).

However, when considering the criteria of environmental friendliness (low GWP) and operational safety

(A1) alongside performance, R1233zd(E) a next generation HFO fluid emerges as the preferred choice

over R601 (A3), which carries a high risk of flammability. It has been determined that the efficiency

and power output values offered by the R1233zd(E) fluid are extremely close to the theoretical

performance limits of R601. Consequently, R1233zd(E) which maintains high thermodynamic

performance while meeting environmental and safety standards at the highest level has been identified

as the ultimate optimum working fluid for this system.