Düşük sıcaklık uygulamaları yaygın olarak gıdaların muhafaza edilmesi için tercih edilmektedir. En önemli düşük sıcaklık uygulamalarından biri olan dondurucuların enerji tüketimini incelemek üzere laboratuvar ölçekli bir soğutma sistemi faz değiştiren malzemesiz (FDM’siz) ve FDM’lerle test edilmiştir. Soğutma sistemi dondurucular için tavsiye edilen sıcaklık değeri olan -18 ºC’nin üzerinde -5 ºC ile -13 ºC sıcaklığı aralığında ortalama -9 ºC’de çalışan bir dondurucuyu simüle etmek üzere çalıştırılmıştır. FDM olarak sisteme farklı konsantrasyonda amonyum klorür (NH4Cl) çözeltileri entegre edilmiştir. NH4Cl çözeltilerinden ağırlıkça (ağ.)%16,0 konsantrasyonunda ha- zırlanan çözelti ile çalışma süresinin (%56,3) minimize edilirken enerji tasarrufunun (%20.90) art- tırıldığı edildiği tespit edilmiştir. NH4Cl çözeltilerine nükleasyon (boraks dekahidrat) ve jelleştirici (karboksimetil selüloz, CMC) ajanlar ilave edilerek enerji tasarrufunun arttırılması hedeflenmiş- tir. Hazırlanan çözeltilerden optimum FDM formülasyonun belirlenmesi için elde edilen sonuçlar Box-Behnken tasarımına dayanan yanıt yüzey metodu ile değerlendirilmiştir. FDM karışımının hazırlanmasında kullanılan bileşenlerin (NH4Cl, boraks dekahidrat, CMC) konsantrasyonu ile çalışma süresi (%) değeri arasındaki ilişkiyi ortaya koyan model denklemi geliştirilmiştir. Mo- del denkleminin istatiksel olarak önemi varyans analizi (analysis of variance, ANOVA) yapılarak belirlenmiştir. Ayrıca, çalışma süresinin (%44,4) minimize edilmesi için optimum FDM fromülas- yonun ağ.%16,6 NH4Cl-ağ.%1,1 boraks dekahidrat-ağ.%0,4 CMC çözeltisi olduğu belirlenmiştir. Tüm deneysel çalışmalarda sistemde elektrik kesintisi durumu da simüle edilmiş ve kabin iç hava sıcaklığının ortam sıcaklığına (18 oC) ulaşma süresi de tespit edilmiştir. Kabin iç hava sıcaklığının ortam sıcaklığına ulaşma süresinin FDM’siz durumda 163 dakika iken ağ.%16,0 NH4Cl-ağ.%1,0 boraks dekahidrat-ağ.%0,5 CMC çözeltisi ile bu sürenin yaklaşık 2,5 kat uzadığı tespit edilmiştir. Önerilen FDM formülasyonu ile sistemin enerji tüketiminin minimum olması sağlanırken, elektrik kesintisi esnasında ürünlerin bozunmadan muhafaza edilmesi de sağlanabilecektir.
Low-temperature applications are widely preferred for food preservation. A laboratory-scale cooling system was tested to investigate the energy consumption of freezers, which are among the most critical low-temperature applications, with and without phase change materials (PCMs). The cooling system was operated to simulate a freezer working at an average tem- perature of -9 ºC within the range of -5 ºC to -13 ºC, which is above the recommended freezer temperature of -18 ºC. Ammonium chloride (NH4Cl) solutions at varying concentrations were integrated into the system as PCMs. It was found that the running time was minimized (56.3%) with a solution prepared at 16.0 wt.% NH4Cl, while energy savings were increased by 20.90%. Nucleation agents (borax decahydrate) and gelling agents (carboxymethyl cellulose, CMC) were added to the NH4Cl solutions to further enhance energy savings. The results obtained from these formulations were evaluated using the Response Surface Methodology (RSM) based on the Box-Behnken Design to determine the optimal PCM formulation. A model equation was de- veloped to describe the relationship between the concentrations of the components used in PCM preparation (NH4Cl, borax decahydrate, and CMC) and the compressor running time (%). The statistical significance of the model equation was confirmed through analysis of variance (ANO- VA). Additionally, the optimal PCM formulation for minimizing the compressor operating time (44.4%) was identified as a solution containing 16.6 wt.% NH4Cl, 1.1 wt.% borax decahydrate, and 0.4 wt.% CMC. In all experimental studies, the system was also tested under simulated pow- er failure condition, and the time required for the internal air temperature (18 oC) of the cabinet to reach ambient temperature was recorded. It was observed that without PCMs, this time was 163 minutes, whereas with a solution containing 16.0 wt.% NH4Cl, 1.0 wt.% borax decahydrate, and 0.5 wt.% CMC, the time was extended by approximately 2.5 times. The proposed PCM for - mulation not only minimizes energy consumption but also ensures the preservation of products during power failures by significantly delaying temperature rise within the cabinet.
