Bir otomobil fabrikasının enerji dağılımının birinci ve ikinci kanun analizleri ve optimizasyonu

Abstract

Bu çalışmanın amacı bir otomobil fabrikasında otomobil gövdesinin boya süreçlerini belirlemek ve bu süreçlere termodinamiğin birinci ve ikinci kanununu uygulayarak süreçlerdeki iyileştirmeleri tespit etmektir. Bu çalışmada, önce termodinamiğin ikinci kanunu, tersinmezlik, kullanılabilir enerji ve ikinci kanun verimi açıklanmış ve bir açık sistem örneğine uygulanmıştır. Daha sonra da örnek otomobil fabrikasının otomobil gövde boyama süreçleri hakkında detaylı bilgiler verilerek bu süreçlerdeki enerji ve kullanılabilir enerji çözümlemeleri yapılmıştır. Otomobil gövdesinin tesiste izlediği yola göre boyama süreçleri : fosfat kaplama, kataforez kaplama, astar boya ve sonkat boya olarak ele alınmıştır. Bu çalışmada geliştirilen bilgisayar programı ile otomobil fabrikalarında otomobil gövde boyama süreçlerinin enerji ve kullanılabilir enerji çözümlemeleri gerçekleştirilmektedir. Örnek otomobil fabrikası, programda beş ana kontrol hacmine ayrılarak inceleme yapılmıştır. Kontrol hacimleri, enerji ve kullanılabilir enerji çözümlemeleri birbirlerinden bağımsız olduğu için istenilen kontrol hacmi hesaplamalar dışında tutulabilir. Bu da yeni kurulacak fabrikaların projelendirilmesinde ve kurulu fabrikalarda istenilen iyileştirmelerin yapılabilmesine imkan tanır. Yapılan enerji ve kullanılabilir enerji çözümlemeleri sonucunda otomobil gövde boyama süreçlerinde çevreye ısı geçişleri, egzost havaları, hatların giriş ve çıkış ağızlarındaki hava sirkülasyonları, sıcak gövde çıkışları ve boya kabinleri su sirkülasyonları nedeni ile enerji kayıplarının olduğu saptanmıştır. Fosfat kaplama sürecinde egzost havaları Kataforez Kaplama Hattı hava basma üniteleri emişine verilmelidir. Kataforez kaplama, astar ve sonkat boya süreçlerindeki fırın egzost havaları yüksek sıcaklıkları nedeni ile kurulacak ısı eşanjör ile fırın emiş havaları ısıtılmalıdır. Kısa bir sürede kendilerini amorti edecekleri görülen bu ısı eşanjörleri ile yakıt sarfiyatı azalacaktır. Ayrıca astar ve sonkat boya süreçlerinde ara bölge egzost havaları kabin hava basma üniteleri emişlerine verilir ise yakıt tüketimi azaltılır. Yapılan enerji ve kullanılabilir enerji çözümlemelerinden, herhangi bir sürecin tersinmezliklerin ve enerjinin kalitesinin dikkate almaması nedeni ile termodinamiğin birinci kanunu ile incelenmesinin yeterli olmadığı görülmüştür. Bunun sonucu olarak herhangi bir sistemin değerlendirilmesinde yanıltıcı sonuçlar elde etmemek için enerji çözümlemesi yanında kullanılabilir enerji çözümlemesi de yapılmalıdır.

The aim of this study is to determine the improvement of the painting process in an automobile factory by examining the painting stages of an automobile body and by applying the first and second law of thermodynamics. In this study, firstly the second law of thermodynamics, irreversibility, availability and second law efficiency are explained and they are applied to an steady state flow process. Then, energy and available energy analysis are performed by considering detailed data about automobile body painting processes of a sample automobile factory. Painting process are considered as phosphate coating, cataforesis coating, primer coating and top coating according to travel of automobile body in the plant. In this thesis, a computer program is developed to perform energy and available energy analysis of the automobile body painting processes in automobile factories. In this program, sample automobile factory is divided into five main control volume. Since control volumes, energy and available energy analysis are independent of each other, desired control volume can be separated taken out from calculations. In this way, the computer program can be used for both improving existing systems and for new automobile factory projects. As a result of performed energy and available energy analysis, energy losses are observed due to ambient heat transfer during automobile body painting, exhaust air, air circulation in inlet and exit parts of the lines and exit of hot bodies. In the phosphate coating process, exhaust air is directed to suction side of cataforesis coating air line. Oven exhaust air in the processes of cataforesis coating, primer coating and top coating should be used in a new heat exchanger to heat oven suction air due to their high temperatures. The fuel consumption can be decreased by using the heat exchangers which can pay off in a short period. In addition, fuel consumption is also reduced if the exhaust air between the primer and top coating processes is directed to the suction side of heating fan units. From the studied energy and available energy analysis, it is seen that the first law analysis of any process can not be applied satisfactorily to any processes if irreversibilities and quality of energy are not considered. So, in the analysis of any system, available energy analysis can also be performed in addition to first law analysis in order to not obtain misleading results.