MÜHENDİSLİK LABORATUARI DERS NOTLARI

Transkript

1 T.C. HARRAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MÜHENDİSLİK LABORATUARI DERS NOTLARI HAZIRLAYANLAR: PROF. DR. CENGİZ DOĞAN PROF. DR. BÜLENT YEŞİLATA PROF. DR. HÜSAMETTİN BULUT DOÇ. DR. MURAT KISA YRD. DOÇ. DR. REFET KARADAĞ YRD. DOÇ. DR. CUMA ÇETİNER YRD. DOÇ. DR. M. AZMİ AKTACİR YRD. DOÇ. DR. İSMAİL HİLALİ ÖĞR. GÖR. OSMAN AVNİ SERVİ OKT. Ş. MÜSLÜM AÇIKER ÖĞR. GÖR. VEHBİ BALAK ÖĞR. GÖR. ERDAL YILDIRIM ARŞ. GÖR. AHMET ERSAVAŞ ARŞ. GÖR. ÖMER YETKİN ARŞ. GÖR. ZEKERİYA ASLAN ARŞ. GÖR. YUSUF IŞIKER ARŞ. GÖR. ALİ İHSAN KAYA 011

2 ĠÇĠNDEKĠLER 1. GüneĢ Enerjisi Laboratuarı. 1. iklimlendirme Laboratuari I Ġklimlendirme Laboratuarı II.4 4. AkıĢkanlar Mekaniği Laboratuarı Mekanik Laboratuarı Pompa Laboratuarı Motor Laboratuarı Isıtma Sistemleri Laboratuarı Ġmalat Yöntemleri ve Konstrüksiyon Laboratuarı Yenilenebilir Enerji Kaynaklari Laboratuari...14

3 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT GÜNEġ ENERJĠSĠ LABARATUAR FÖYÜ AMAÇ : GüneĢ enerjisi ve uygulamalarının tanıtılması incelenecektir. Mühendislik Laboratuvarı kapsamında aģağıdaki güneģ enerjisi uygulamaları 1- Tabi dolaģımlı açık tip bir güneģ enerjili sıcak su ısıtma sistemi - Panel ve kutu tipi güneģ piģiricileri 3- PV sistemi ve güneģ ıģınımının ölçülmesi 4- Düzlem yüzeyli ve vakum tüplü güneģ kolektörleri 5- Havalı tip güneģ kolektörleri 1. GĠRĠġ GüneĢ enerjisi bilinen en eski birincil enerji kaynağıdır.temizdir, yenilenebilir ve dünyamızın her tarafında fazlasıyla mevcuttur.hemen hemen bütün enerji kaynakları doğrudan veya dolaylı olarak güneģ enerjisinden türemiģlerdir. GüneĢ enerjisi kesikli ve değiģkendir.günlük ve mevsimlik değiģimleri vardır.bundan öte radyasyon atmosferik koģullarca belirlenir.bütün bu özelliklerinden ötürü bazı güneģ enerjisi uygulamaları enerji depolanmasını ve yedek enerji sistemlerini gerektirmektedir. Diğer alıģılmıģ enerji kaynaklarıyla karģılaģtırıldığında güneģ enerjisinin yoğunluğu düģüktür. Fakat güneģ enerjisini mekanik ve elektrik enerjilerine uygun bir verimlilikle çevirmek mümkündür.yarı iletkenlerde fotoelektrik ve termoelektrik etkileri kullanarak güneģ enerjisini doğrudan elektrik enerjisine çevrilebilir. GüneĢ enerjisi, ev kullanımı için sıcak su sağlanması, ısıtma ve soğutma uygulamalarında, endüstride iģlem ısısının sağlanmasında, tarımda sulama, kurutma ve piģirmede, elektrik enerjisi üretmede kullanabilen bir enerji kaynağıdır.. GÜNEġ ENERJĠSĠYLE ELEKTRĠK ÜRETME YÖNTEMLERĠ GüneĢ enerjisinden yararlanarak yüksek sıcaklıklarda buhar elde etmek suretiyle bir türbini çalıģtırıp elektrik üretmek mümkündür. GüneĢi takip sistemine sahip bu sistemlerde 1

4 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT genellikte yansıtıcı olarak parabolik aynalar kullanılmaktadır. Bir diğer yöntem fotovoltaik yöntemle (PV sistem) ile elektrik üretilmesidir..1. GüneĢ Enerjisi YoğunlaĢtırıcıları GüneĢ ıģınımından faydalanma yöntemlerinin baģında güneģ ıģınımını üzerine toplayarak, bu enerjiyi kullanan güneģ toplayıcıları gelmektedir. GüneĢ enerjisi toplayıcıları, güneģ ıģınımından kazandıkları enerjiyi bir akıģkana veren bir çeģit ısı değiģtiricisi olarak kabul edilebilir. Düz toplayıcılar toplam güneģ ıģınımını kullanarak çalıģırken, yoğunlaģtırıcı toplayıcılar genellikle direkt güneģ ıģınımını kullanırlar. Fakat daha yüksek sıcaklık elde etmek için düz toplayıcılar yerine ıģınımı belli bir noktada toplamak için değiģik geometrili odaklayıcılar kullanılarak kızgın su, doymuģ buhar ve kızgın buharın elde edilmesi mümkün olmaktadır. GüneĢ enerjisi toplayıcıları genel olarak sabit ve hareketli toplayıcılar olarak sınıflandırılabilir. Sabit toplayıcılar ile sıcaklığı C ye kadar olan uygulamalarda kullanılmaktadır. Hareketli toplayıcılar ise yüksek sıcaklık uygulamalarda tercih edilmektedir. Hareketli toplayıcılardan çizgisel odaklayıcılarla C sıcaklığa kadar, noktasal odaklayıcılarla 1500 C kadar sıcaklıklar elde edilebilmektedir Tek eksende güneģ izleyici sistemleri Parabolik toplayıcılar yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılan ve güneģ enerjisini belirli bir merkeze yoğunlaģtırma yapan ısıl sistemlerdir. YoğunlaĢtırıcı sistemlerle direkt güneģ ıģınımından yararlanarak yüksek sıcaklıkta buhar üretilebilmekte ve elektrik üretiminde veya yüksek sıcaklık ihtiyacı duyulan sistemlerde kullanılabilmektedir. YoğunlaĢtırıcı ısıl sistemlerin en yaygını silindirik parabolik oluk toplayıcılardır. Bu toplayıcılarda 400 ºC sıcaklılara kadar buhar elde edilebilmektedir. Kesiti parabolik olan toplayıcıların iç kısmındaki yansıtıcı yüzeyler, güneģ ıģınlarını odakta yer alan siyah bir yutucu boruya veya borulara odaklanır. Yutucu boruda dolaģtırılan sıvıda toplanan ısı ile elde edilen buhardan elektrik üretilir. Sistem doğu-batı, kuzey-güney ve polar eksende yerleģtirilebilmekle beraber, güneģi doğu-batı veya kuzey-güney yönünde tek eksende takip etmektedir.

5 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT Yansıtıcı Toplayıcı ġekil. Çizgi odaklamalı yoğunlaģtırma.1. Ġki eksende güneģ izleyici sistemleri Diğer bir tür yoğunlaģtırıcı sistem olan parabolik çanak sistemler, iki eksende güneģi takip ederek, güneģ ıģınlarını odaklama bölgesine yoğunlaģtırırlar. ġekil. Nokta odaklamalı yoğunlaģtırma (paraboloid) ġekil den de görüldüğü gibi güneģi iki eksende izleyen parabolid (çanak) yüzeyli aynalardan gelen ıģınlar odaklayıcı bir yutucuya yansıtılmaktadır. Yanma odasında yakıt olarak doğal gazın yanma iģleminden sonra kompresöre ve gerektiğinde ön ısıtma iģleminden sonra Stirling çevrimli türbine verilmektedir. Türbin Ģaftına bağlı olan bir alternatör ile elektrik üretimi sağlanmaktadır. 3

6 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT.1.3 Kule santral sistemi Merkezi alıcı sistemlerde ise; tek tek odaklama yapan ve heliostat adı verilen aynalardan oluģan bir alandan oluģmaktadır. Bu sistemde güneģ ıģınları, bir kule üzerine monte edilmiģ ısı değiģtiricisine yansıtarak yoğunlaģtırma yaparlar. Düz aynalarla yapılan bu yansıtmayla yoğunlaģtırma oranı 1000 e veya daha fazla yapılabilir. Merkezi yutucu-heliostat sistemle 1 MW ile 100 MW arasında değiģebilen elektrik güç santralleri kurulabilmektedir. Merkezi kulenin yüksekliği, Ģekli ve heliostat alanın yoğunluğu kurulan santralin performansını belirler. Toplayıcı Güneş Enerjisi Kule Heliostatlar ġekil. Heliostat aynalarla gelen güneģ ıģınlarının odaklanması 3. GÜNEġ PĠLLERĠ (FOTOVOLTAĠK PĠLLER) GüneĢ pilleri (fotovoltaik piller), yüzeylerine gelen güneģ ıģığını doğrudan elektrik enerjisine dönüģtüren yarıiletken maddelerdir. Yüzeyleri kare, dikdörtgen, daire Ģeklinde biçimlendirilen güneģ pillerinin alanları genellikle 100 cm² civarında, kalınlıkları ise 0,-0,4 mm arasındadır.güneģ pilleri fotovoltaik ilkeye dayalı olarak çalıģırlar, yani üzerlerine ıģık düģtüğü zaman uçlarında elektrik gerilimi oluģur. Pilin verdiği elektrik enerjisinin kaynağı, yüzeyine gelen güneģ enerjisidir. GüneĢ enerjisi, güneģ pilinin yapısına bağlı olarak % 5 ile % 0 arasında bir verimle elektrik enerjisine çevrilebilir.güç çıkıģını artırmak amacıyla çok sayıda güneģ pili birbirine paralel ya da seri bağlanarak bir yüzey üzerine monte edilir, bu yapıya güneģ pili modülü ya da fotovoltaik modül adı verilir. Güç talebine bağlı olarak modüller birbirlerine seri ya da paralel bağlanarak bir kaç W GüneĢ Pillerinden MegaWatt'lara kadar sistem oluģturulur. 4

7 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT ġekil. Bir. güneģ pili modülü, paneli ġekil PV sistemi ile sokak aydınlatması ġekil Fotovoltaik panel ve güneģ ıģınımı ölçmek için kullanılan piranometre 5

8 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT 4. GÜNEġ ENERJĠLĠ SICAK SU SĠSTEMLERĠ GüneĢ kollektörlü sıcak su sistemleri, güneģ enerjisini toplayan düzlemsel kollektörler, ısınan suyun toplandığı depo ve bu iki kısım arasında bağlantıyı sağlayan yalıtımlı borular, pompa ve kontrol edici gibi sistemi tamamlayan elemanlardan oluģmaktadır GüneĢ kollektörlü sistemler tabii dolaģımlı ve pompalı olmak üzere ikiye ayrılırlar. Her iki sistem de ayrıca açık ve kapalı sistem olarak dizayn edilirler Tabii DolaĢımlı Sistemler : Tabii dolaģımlı sistemler ısı transfer akıģkanının kendiliğinden dolaģtığı sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan suyun yoğunluğunun azalması ve yükselmesi özelliğine dayanmaktadır. Bu tür sistemlerde depo kollektörün üst seviyesinden en az 30 cm yukarıda olması gerekmektedir. Deponun alt seviyesinden alınan soğuk (ağır) su kollektörlerde ısınarak hafifler ve deponun üst seviyesine yükselir. Gün boyu devam eden bu olay sonunda depodaki su ısınmıģ olur. Tabii dolaģımlı sistemler daha çok küçük miktarda su ihtiyaçları için uygulanır. Deponun yukarıda bulunması zorunluluğu nedeniyle büyük sistemlerde uygulanamazlar. Pompa ve otomatik kontrol devresi gerektirmediği için pompalı sistemlere göre biraz daha ucuzdur. ġekil. Besleme depolu tabii dolaģımlı ısıtma sistemi 6

9 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT 4.. Pompalı Sistemler: Isı transfer akıģkanının sistemde pompa ile dolaģtırıldığı sistemlerdir. Deposunun yukarıda olma zorunluluğu yoktur. Büyük sistemlerde su hatlarındaki direncin artması sonucu tabii dolaģımın olmaması ve büyük bir deponun yukarıda tutulmasının zorluğu nedeniyle pompa kullanma zorunluluğu doğmuģtur. Pompalı sistemler otomatik kontrol devresi yardımı ile çalıģırlar. Depo tabanına ve kollektör çıkıģına yerleģtirilen diferansiyel termostatın sensörleri; kollektörlerdeki suyun depodaki sudan 10 o C daha sıcak olması durumunda pompayı çalıģtırarak sıcak suyu depoya alır, bu fark 3 o C olduğunda ise pompayı durdurur. Pompa ve otomatik kontrol devresinin zaman zaman arızalanması nedeniyle iģletilmesi tabii dolaģımlı sistemlere göre daha zordur Açık Sistemler: Açık sistemler kullanım suyu ile kollektörlerde dolaģan suyun aynı olduğu sistemlerdir. Kapalı sistemlere göre verimleri yüksek ve maliyeti ucuzdur. Suyu kireçsiz ve donma problemlerinin olmadığı bölgelerde kullanılırlar Kapalı Sistemler: Kullanım suyu ile ısıtma suyunun farklı olduğu sistemlerdir. Kollektörlerde ısınan su bir eģanjör vasıtasıyla ısısını kullanım suyuna aktarır. Donma, kireçlenme ve korozyona karģı çözüm olarak kullanılırlar. Maliyeti açık sistemlere göre daha yüksek verimleri ise eģanjör nedeniyle daha düģüktür. 5. DÜZLEMSEL KOLEKTÖR Düzlemsel güneģ kollektörleri, güneģ enerjisinin toplandığı ve herhangi bir akıģkana aktarıldığı çeģitli tür ve biçimlerdeki aygıtlardır. Düzlemsel güneģ kollektörleri, üstten alta doğru, camdan yapılan üst örtü, cam ile absorban plaka arasında yeterince boģluk, kollektörün en önemli parçası olan absorban plaka, arka ve yan yalıtım ve yukarıdaki bölümleri içine alan bir kasadan oluģmuģtur. 7

10 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT Saydam Örtü Yalıtım Malzemesi Yutucu Yüzey Akışkanın Dolaştığı Borular Kasa. ġekil. Düzlemsel GüneĢ Kolektörü Üst örtü : Toplayıcıların ısı kayıplarını en aza indirgeyen ve güneģ ıģınlarının geçiģini engellemeyen malzemelerden seçilmektedir. Saydam yüzey olarak genellikle cam veya plastik esaslı malzemeler kullanılır. Bu örtüleri kullanmaktaki asıl amaç, ortamdaki rüzgar nedeniyle yutucu yüzey ile ortam arasındaki taģınım katsayısının büyümesini önlemektir. Kullanılan örtü malzemesinde uzun dalga boylu ıģınım geçirme oranlarının düģük olması sebebiyle ısı kaybını önlemektedirler. Cam, güneģ ıģınlarını geçirmesi ve ayrıca yutucu plakadan yayınlanan uzun dalga boylu ıģınları geri yansıtması nedeni ile örtü maddesi olarak son derece uygun bir maddedir. Bilinen pencere camının geçirme katsayısı 0.88 dir. Son zamanlarda özel olarak üretilen düģük demir oksitli camlarda bu değer 0.95 seviyesine ulaģmıģtır. Bu tür cam kullanılması verimi arttırır Yutucu (Absorbant) Yüzey : Toplayıcılarda yutucu plaka toplayıcıların en önemli kısmıdır. GüneĢ ıģınları, yutucu plaka tarafından yutularak ısıya dönüģtürülür ve sistemde dolaģan sıvıya aktarılır. Yutucu (absorbant) plaka düz toplayıcılarda tabanda ve üstte birer manifold ile bunların arasına yerleģtirilmiģ akıģkan boruları ve yutucu plakadan oluģur. Yutucu plakanın ıģınları yutması için koyu bir renge genellikle siyaha boyanır. Kullanılan boyanın yutma katsayısının yüksek, uzun dalga boylu radyasyonu yayma katsayısının düģük olması gerekmektedir. Bu nedenle de bu özelliklere sahip seçici yüzeyler kullanılmaktadır. Ġdeal bir yutucu yüzeyin seçici yüzeyli olarak yapılması verimi artırmaktadır. Mat siyah boyanın yutuculuğu 0.95 gibi yüksek bir rakam iken yayıcılığı da 0.9 gibi istenmeyen bir değerdedir. Yapılan seçici yüzeylerde yayma katsayısı 0.1 in altına inmiģtir. Seçici yüzey kullanılması halinde toplayıcı verimi artar. 8

11 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT Isı Yalıtım : Kollektörün arkadan olan ısı kayıplarını minumuma indirmek için absorban plaka ile kasa arası uygun bir yalıtım maddesi ile yalıtılmalıdır. Absorban plaka sıcaklığı, kollektörün boģ kalması durumunda 150 C a kadar ısınması nedeniyle kullanılacak olan yalıtım malzemesinin sıcak yalıtım malzemesi olması gerekmektedir. Isı iletim katsayıları düģük ve soğuk yalıtım malzemesi olarak bilinen poliüretan kökenli yalıtım malzemeleri tek baģına kullanılmamalıdır. Bu tür yalıtım malzemeleri, absorban plakaya bakan tarafı sıcak yalıtım malzemesi ile takviye edilerek kullanılmalıdır. Kollektör Kasası : Kasa, yalıtkanın ıslanmasını önleyecek biçimde yapılmalıdır. Özellikle kollektör giriģ ve çıkıģlarında kasanın tam sızdırmazlığı sağlanmalıdır. Kasanın her yanı 100 kg/m (981 Pa=N/m) basınca dayanıklı olmalıdır (TSE-3680). Sıvılı kollektörlerde sızdırmazlığın yüzde yüz sağlanamadığı durumlarda camda yoğunlaģan su buharını dıģarıya atmak amacıyla kasanın iki yan kenarına tam karģılıklı ikiģer adet -3 mm çapında delik açılmalıdır. 6.VAKUM TÜPLÜ GÜNEġ ENERJĠSĠ SĠSTEMĠ Sistemimiz iç içe geçmiģ iki borosilikat cam tüpten oluģmaktadır.ġki tüp arasındaki vakum sayesinde ısı kaybı minimum düzeye indirilmiģtir.ġçteki tüpün dıģı püskürtme yöntemi ile AΙ-N/AΙ kaplanmıģtır.bu seçici yüzey sayesinde tüpe gelen ıģınların % 93 ü mükemmel bir Ģekilde emilip ısıya çevrilmektedir.ġki tüpün arasındaki havanın alınmasından dolayı içteki tüpten oluģan ısı kaybı yok denecek kadar azdır.evdeki termoslarda aynı yöntemle yapılmıģtır.seçici yüzey tarafından absorbe edilen güneģ enerjisi iç tüpteki suya geçmektedir.bu olaya doğal sirkülasyon denir ve her tüpte aynı olay devam etmektedir. Havalı güneģ kollektörleri normal parlak bulutlu havalarda da ısıtma kapasitesine sahiptir.havalı güneģ kollektörleri özellikle orta enlemlerde yer alan ülkelerde daha kısa sürede yaygınlaģmıģtır.isı ve elektrik toplamaya yarar.havalı güneģ kollektörleri ısıtma ya da kurutmada kolaylık sağlar. 9

12 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT ġekil Vakum Tüplü Kollektör ve çalıģma prensibi 7. GÜNEġ ENERJĠSĠ ĠLE PĠġĠRME SĠSTEMLERĠ GüneĢ enerjisinden yararlanarak yemek piģirme ve süt ısıtmak için kullanılan basit sistemler dünyanın bir çok bölgesinde kullanılmaktadır. Genel olarak üç tip güneģ piģiricisi vardır. 1- Panel tip güneģ piģiricileri - Kutu tip güneģ piģiricileri 3- Odaklamalı parabolik tip güneģ piģiricileri ġekil. Panel tip güneģ piģiricisi 10

13 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT ġekil. Kutu tipi güneģ piģiricisi ġekil. Parabolik-odaklamalı güneģ piģiricisi 8. Havalı GüneĢ Kollektörü GüneĢ enerjisinden yararlanmak için ısı değiģtirgeçleri olarak çalıģan güneģ kollektörleri kullanılmaktadır. Isının aktarıldığı ortam olarak güneģ kollektörleri en genel olarak sıvılı ve havalı olmak üzere iki kısma ayrılırlar. Isı transferindeki avantajından ve uygulamadaki konumundan dolayı daha çok sıvılı özellikle sulu güneģ kollektörleri kullanılmaktadır. Fakat havalı kollektörler de çeģitli uygulamalarda yerlerini almaktadırlar. Havalı güneģ kollektörleri, genellikle binaların ısıtılmasında ve tarımsal ürünlerin kurutma iģlemlerinde kullanılmaktadır. GüneĢ enerjili kurutucularda havalı güneģ kollektörü, kurutucu hücre ile birleģik veya ayrı olabilir. Bunun yanında binalarda ortamın havalandırılmasında havanın ön ısıtılmasında havalı güneģ kollektörleri kullanım alanı bulmaktadır. GüneĢli hava ısıtıcıları olarak da adlandırılan havalı güneģ kollektörleri uzun ömürlü, ağırlıkça hafif, hacim ısıtması için uygun, donma ve korozyon gibi problemleri olmayan basit cihazlardır. Havalı 11

14 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT güneģ kollektörleri, ek ısıtıcılarla birlikte bina ısıtılmasında, tarımsal ürünlerin kurutulmasında rahatlıkla kullanılabilir. Ayrıca orta ve düģük sıcaklık uygulamalarında ihtiyaç duyulan sıcak hava, güneģli hava ısıtıcıları ile üretilebilir. Klasik bir güneģ enerjili hava ısıtıcısı, bir yutucu plaka, hava akımının geçiģi için paralel plaka veya plakalardan meydana gelmiģ bir kısım, en üstte bir cam veya plastik örtü ve alt ve yan kısımlarından yatılılmıģ bir kasadan meydana gelir. Hava ısıtıcılarının tasarımı ve bakımı basittir. Korozyon ve sızıntı problemleri sıvılı güneģ kollektörlerine göre daha azdır. Temel eksiklikliği yutucu plaka ile hava akımı arasındaki ısı transfer katsayısının düģük olması ve böylelikle ısıl veriminin düģük olmasıdır. Yutucu plaka ile hava arasındaki ısı taransfer katsayısının iyileģtirmek için birçok tasarım önerilmiģ ve uygulanmıģtır. Bunlar yutucu plakaya kanakçıklar takmak, dalgalı yutucu plakalar, katı dolgu malzemeli, delikli küre veya V Ģekli verilmiģ yutucu plakalı değiģikliklerdir. Tüm bu düzenlemeler ısıl verimi iyileģtirirken, özellikle yüksek hacimsel hava debilerinde basınç kayıplarını önemli bir miktarda artırmaktadırlar. AĢağıdaki Ģekilde düz ve kanatçıklı tip havalı güneģ kollektör tasarımları gösterilmiģtir. Kanatçıklı düzenlemelerin temel amacı yutucu plaka ile hava arasındaki ısı transfer katsayısını artırılması çabasıdır. ġekil Havalı güneş kollektörlerinde farklı yutucu yüzey tasarımları Binaların ısıtılmasında kullanılan çeģitli havalı güneģ kollektör sistemleri mevcuttur. AĢağıdaki Ģekillerde pencere tipi kollektörün güneģ enerjisini absorbe ederek konut ısıtılmasında kullanılıģı ve duvar tipi güneģ enerjili hava ısıtıcısı görülmektedir. Özellikle yurt dıģında binaların ısıtılmasında sıkça kullanılan duvar tipi havalı güneģ kollektörleri çalıģma prensipleri olarak diğer kollektörlerden farklı değillerdir. Kollektörün hava sirkülasyonu damper ile ayarlanabilir, isteğe göre sadece oda içindeki hava veya dıģ hava, kollektörden geçirilerek bina içine doğal veya zorlanmıģ taģınım ile alınabilir. Ayrıca büyük ısıtma yüklerinin gerektiği sistemlerde birden fazla kollektör seri veya paralel olarak bağlanarak çatı tipi havalı güneģ kollektörlü sistemler oluģturulur. Havanın akıģı bir fan ile kanalların içerisinden istenilen ortama ulaģması sağlanır. 1

15 Hazırlayanlar: Dr. Cuma ÇETĠNER & Doç. Dr. Hüsamettin BULUT ġekil. Pencere tipi havalı güneş kollektörü ġekil. Duvar tipi havalı güneş kollektörü ġekil. Ġki farklı hava güneģ kollektörü RAPORUN HAZIRLANMASI 1- GüneĢ enerjili soğutma sistemleri hakkında bilgi verip bu tür bir sistemi Ģematik olarak çiziniz. - Piyasada satılan güneģ enerjili sıcak su üretimi yapan en az iki sistemi ekonomik ve teknik açısından karģılaģtırınız. 3- GüneĢ enerjisinin kurutmada kullanılması ile ilgili bilgi veriniz. 4- Pompalı-kapalı tip bir güneģ enerjili su ısıtma sistemini çiziniz. 13

16 DENEY FÖYLERİ 14

17 K-03 GERİ ISI KAZANIMLI LOKAL HAVALANDIRMA SETİ ŞEMASI plakalı ısı değiģtirici ısıtıcı taze hava giriģi egzoz hava giriģi egzoz hava çıkıģı taze hava çıkıģı ELEKTRİK PRENSİP ŞEMASI R A ampermetre (ölçme) Dimmer (hız kontrol) Voltmetre (ölçme) V V A M M Mp Fan Motorları Isıtıcı Voltmetre (besleme) Ampermetre (besleme) 15

18 CİHAZIN TEKNİK ÖZELLİKLERİ 1 Cihazın dıģ boyutları 75x565x770 mm Fan kapasiteleri 350 m 3 /h,15 W, 600 d/d 3 Fan markası ve modeli Pemsan P-KAGS Isı değiģtirici boyutları 300x300x10 mm 5 Isı değiģtirici lamel aralıkları 7,5 mm 6 Isı değiģtirici sıra sayısı 7 7 Toplam yüzey alanı 5,04 m 8 Malzeme cinsi ve kalınlığı 0,15 mm alüminyum sac 9 Gövde cinsi Aluminyum karkas, plastik takviye kapaklı 10 Isıtıcı kapasitesi 500 W 11 Dimmer markası ve kapasitesi RTM Electronics Panel tip, 600 W ÇALIŞTIRMA VE BAKIM TALİMATNAMESİ 1. Cihazı mutlaka topraklı prize bağlayın.. Cihaz çalıģırken ellerinizi fan çıkıģlarından uzak tutun. 3. Farklı hava koģulları sağlamak için ısıtıcıyı çalıģtırın veya bir klima cihazından ĢartlandırılmıĢ hava emdirin. 16

19 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Sıcaklık değiģimlerinin ölçümü C) DENEYĠN AMACI: Plakalı ısı değiģtiricinin farklı enerji seviyelerinde havadan havaya ısı transferi yaparak geri ısı kazanımı (tasarrufu) sağlamasının deneysel yolla gösterilmesi. D) DENEYDE KULLANILAN ALET VE CĠHAZLAR: Hava hız ölçer (pervaneli anemometre) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1. Cihazın sigortasını 1 konumuna getirin.. Fan düğmesine basarak fanları çalıģtırıp dimmer yardımıyla hızı ayarlayın 3. Isıtıcı rezistansı açın. 4. AĢağıdaki tablo değerlerini kaydedin. 5. Tablo değerlerini Ģema üzerine iģaretleyin. Ölçülen özellik /Ölçüm sayısı Taze hava giriģ sıcaklığı, t1 [ 0 C] Taze hava çıkıģ sıcaklığı, t [ 0 C] Egzoz havası giriģ sıcaklığı, t3 [ 0 C] Egzoz havası çıkıģ sıcaklığı, t4 [ 0 C] 1 3 F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, deney sonuçlarının psikrometrik diyagram üzerinde gösterilmesi t1 =.. 0 C taze hava t3 = 0 C egzoz havası t4= 0 C t =. 0 C 17

20 A) DENEY NO: K 03-0 B) DENEYĠN ADI: Isı değiģtiricinin termal veriminin hesaplanması C) DENEYĠN AMACI: Plakalı ısı değiģtiriciler kullanılan malzeme ve üretim özelliğine göre %40-%80 arası verimliliğe sahiptir. D) DENEYDE KULLANILAN ALET VE CĠHAZLAR: Hava hız ölçer (pervaneli anemometre) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1. Cihazın sigortasını 1 konumuna getirin.. Fan düğmesine basarak fanları çalıģtırıp dimmer yardımıyla hızı ayarlayın 3. Isıtıcı rezistansı açın. 4. AĢağıdaki tablo değerlerini kaydedin. 5. Örnek hesaplamalar yardımıyla cihazın ısıl verimini hesaplayın. 6. Farklı hızlar için deneyi tekrarlayın. Ölçülen özellik /Ölçüm sayısı Taze hava giriģ sıcaklığı, t1 [ 0 C] Taze hava çıkıģ sıcaklığı, t [ 0 C] Egzoz havası giriģ sıcaklığı, t3 [ 0 C] Egzoz havası çıkıģ sıcaklığı, t4 [ 0 C] 1 3 HESAPLAMALAR: t1 =.. 0 C taze hava t3 = 0 C egzoz havası t4= 0 C t =. 0 C t t1 Isıl verim: [%] t t 3 1 ġekil- Termal verim için sıcaklıkların belirlenmesi F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, ısıl verim değerinin hesaplanması. 18

21 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Isı değiģtiricideki ısıtma tesir katsayısının hesaplanması C) DENEYĠN AMACI: Plakalı ısı değiģtiricilerde ısı transfer katsayısı, hava akıģ hızı ve boyutsuz sayıların bilinmesiyle ısı tesir katsayısı hesaplanır. Bununla ilgili gerekli örnek hesaplamalar ve tablolar ekte verilmektedir. D) DENEYDE KULLANILAN ALET VE CĠHAZLAR: Hava hız ölçer (pervaneli anemometre) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1. Cihazın sigortasını 1 konumuna getirin.. Fan düğmesine basarak fanları çalıģtırın. 3. AĢağıdaki tablo değerlerini kaydedin. 4. Örnek hesaplamalar ve diyagram yardımıyla cihazın ısıl verimini hesaplayın. Ölçülen özellik /Ölçüm sayısı Taze hava giriģ sıcaklığı, t1 [ 0 C] Taze hava çıkıģ sıcaklığı, t [ 0 C] Egzoz havası giriģ sıcaklığı, t3 [ 0 C] Egzoz havası çıkıģ sıcaklığı, t4 [ 0 C] 1 3 ISIL TESĠR KATSAYISI HESABI () Örnek 00 m 3 /h hava debisine sahip bir ısı geri kazanımlı (HRV) cihazı ısı değiģtiricisinin verimi Ģu Ģekilde hesaplanabilir: Tasarım KoĢulları: DıĢ ortam sıcaklığı: 5 [ 0 C] (=%50) Ġç ortam sıcaklığı : 5 [ 0 C] (=%40) Isı değiģtirici boyutları: 0.3x0.3x0.1 [m] Isı değiģtirici kanal aralığı: 7,5 [mm] Isı değiģtirici kanal sayısı: 7 adet Malzeme: Alüminyum sac levha Malzeme kalınlığı: 0.15 [mm] Ġstenenler: Alüminyum sac malzemeye göre ısıl verim ve ısı değiģtirici çıkıģ sıcaklıkları. 19

22 7,5 7,5 7,5 ġekil-3 Isı kanalları Çözüm: Psikrometrik diyagram ve tablolardan; +5 0 C için k=6,01x10 3 W/m K, =13,75x10 6 m /s, =1,695 kg/m 3, Cp=1,00575 kj/kg, =0,79 m 3 /kg +5 0 C için k=4,475x10 3 W/m K, =15,55x10 6 m /s, =1,1843 kg/m 3, Cp=1,006 kj/kg, =0,855 m 3 /kg alüminyum için k=0 W/mK V t 00 Taze havanın kütlesel debisi mt 0, 07 [kg/s] vt 0,79x3600 V e 00 Egzoz havasının kütlesel debisi me 0, 065 [kg/s] v 0,855x3600 P P t A t e A e 0,615 [m] (çevre) 0,06075 [m ] (net kesit alanı) L L 0.3 [m] (havanın yolu] t u V A t e 00 0,9145 [m/s] 0,06075x A 4x1,8 x10 D h 0,0117 [m] P 0,615 e Re Re t e u D t h u D e h x0,9145x0,0117 0, (taze hava) 1, x 0,9145x0,0117 0, (egzoz havası) 1,8411 h t kt 0,036 D h Re 0,8 t Pr 0,33 t D L h h 0,055 0

23 h t 6,01x10 0,036 0,0117 ke h e 0,036 Re D h 0,8 e 3 0, Pr 0,33 e D L h e 0,8 0,055 0,717 0,33 0,0117 0,3 0, [W/m K] 3 4,475x10 0,8 0,33 0,0117 h e 0,036 0, , ,0117 [W/m K] 0, L 1 1 8x1.5x10 1 = = 0, 0810 h A k h A 138x0, x0,06075 K u t al K 35,57 [ W/m K] u NTU K u C min e 35,57 0,54 0,065x C 1009,1 x0,065 min 0, 99 0,07x1008,6 C maks Verim değeri NTU ve Cmin/Cmax değerlerine bağlı olarak ġekil-4 teki çapraz akımlı ısı değiģtirici eğrilerinden = 0.34 bulunur. ÇıkıĢ sıcaklıkları verim eģitlikleri yardımıyla hesaplanabilir: Teg Teç 5Teç Teç 18, [ 0 C] T 5 5 max 0,055 Ttç Ttg Ttç 5 0,34 Ttç 11,31 [ C 0 C] bulunur. min 0,99x0 Tmax C max ġekil-4 Plakalı ısı değiģtiriciler için verim eğrileri 1

24 t = 5 C t3 = 5 C taze hava t4=18, C t1 =11.34 C ġekil-5 Alüminyum ısı değiģtiricide sıcaklık hesaplanan değiģimi ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, örnek hesaplamalar. 4 3 t dört yollu vana evaporatör fanı kondenser fanı 1 V-otomat sigorta 0 VAC Cos

25 3

26 S-801 TEMEL SOĞUTMA EĞİTİM SETİ DENEY FÖYLERİ

27 S-801 SOĞUTMA DEVRE ġemasi LP HP saydam evaporatör OGV TGV kılcal 1 ısı değiģtirici 3 Filtre-kurutucu fanlı-lamelli evaporatör kondenser kompresör TEKNİK ÖZELLİKLER 1 Kompresör tipi Aspera NE6187Z Kompresör kapasitesi ¼ BG, 65 Kcal/h 3 Kondenser tipi ve kapasitesi Günay soğutma,1/3 BG, 1.7 m 4 Kondenser fan tipi ve kapasitesi FENGDA ELEC, FD1550AHB, Model 150x50x50 5 Isı değiģtirici tipi Danfoss HE-0,5 tipi 6 Termostatik genleģme vanası tipi ve kapasitesi Alco-01 7 Otomatik genleģme vanası tipi Parker 8 Kılcal boru çapı ve boyu D=0,8 mmx800 mm 9 Termometre EVCO, FX150, dört uçlu 5

28 A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI: Soğutma çevriminin gözlenmesi ve basınç-sıcaklık iliģkisi. C) DENEYĠN AMACI: DoymuĢ sıvı, doymuģ buhar, kızgın buhar kavramlarının öğrenilmesi. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - R 134a basınç-entalpi diyagramı E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) AkıĢ kontrolü olarak termostatik genleģme valfini seçin ve üniteyi çalıģtırın. ) ġartlarda kararlılık sağlanıncaya kadar bekleyin. 3) Evaporatörün alt kısmında Ģiddetle kaynayan sıvı soğutucu akıģkana dikkat edin. Bu doymuģ sıvıdır. Kabarcıklar doymuģ buharı gösterir. Bu kısımda sıcaklık değiģmez, fakat toplam ısı (entalpi) değiģir. 4) Buhar, ısı absorbe etmeye devam ederek aģırı ısıtılmıģ (kızgın buhar) hale gelir. 5) TamamlanmıĢ tabloda aģağıdaki durumları gözleyin: -BuharlaĢtırıcı basıncında bir yükselme, doyma sıcaklığını yükseltir. -Evaporatör basıncında bir düģme doyma sıcaklığını düģürür. 6) Doyma sıcaklığını, buharlaģtırıcı çıkıģındaki sıcaklıktan çıkararak ''kızgınlık değeri'' ni buluruz. 7) Doyma sıcaklıklarını ve kızgınlık değerlerini P-h diyagramı üzerinde iģaretleyerek gösteriniz. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, deney değerleri üzerinde yorum yapılması. COP değerinin bulunması, Değerlerin P-h diyagramında gösterilmesi 6

29 A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI: Soğutma çevriminin gözlenmesi C) DENEYĠN AMACI: Soğutma sisteminin temel çevrimini anlamak D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Dijital termometre E) DENEYĠN YAPILIġI : 1) Bu deney için akıģ kontrolü olarak termostatik genleģme valfini (TGV) seçiniz. ) Üniteyi çalıģtırıp kararlı hale gelmesi için bir müddet bekleyiniz. 3) Ekteki çizime bakın, soğutma periyodunu el ile takip edin. 4) ÇalıĢma tablosundaki değerleri ölçerek kaydedin. NOT: Evaporatör içinden geçişte 0.3 bar'lık bir basınç düşmesi olur. Gerçek sıcaklığın bulunabilmesi için bu değer manometre kayıplarına eklenmelidir. F) RAPORDA ĠSTENENLER :Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri üzerinde yorum yapılması. COP değerinin bulunması, Değerlerin P-h diyagramında gösterilmesi Ölçüm sayısı 1 örnek Çevre sıcaklığı, t ç [ 0 C] Basma hattı basıncı, P [bar] YoğunlaĢma sıcaklığı, t y [ 0 C] Kondenser giriģ sıcaklığı, t [ 0 C] Yoğ. sıc. ile çevre sıc. arasındaki fark [ 0 C] TXV giriģ sıcaklığı, t 3 [ 0 C] Emme hattı basıncı, P e [bar] BuharlaĢma sıcaklığı, t e [ 0 C] Evap. çıkıģ sıcaklığı, t eç [ 0 C] Kızgınlık değeri, t eç -t e [ 0 C] 7

30 A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI: AkıĢ kontrolü olarak kılcal borunun kullanılması C) DENEYĠN AMACI: Kılcal borunun evaporatöre sıvı akıģının kontrolünde kullanılması; özelliklerinin, avantaj ve dezavantajlarının bilinmesi D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Dijital termometre E) DENEYĠN YAPILIġI 1) AkıĢ kontrolü olarak kılcal boruyu seçin ve üniteyi çalıģtırın. ) Sistem kararlı hale geçince tablo değerlerini kaydedin. 3) Değerleri kaydettikten sonra saatin kaç olduğunu kaydedin ve üniteyi durdurun. 4) ġu olayları gözleyin: - DüĢen basma hattı değerleri ile yükselen emme hattı değerleri - BuharlaĢtırıcı içine akan sıvı - Basınçların sonuçta eģitlenmesi 5) Tabloyu tamamlayın. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, kılcal borunun avantaj ve dezavantajları COP değerinin bulunması, Değerlerin P-h diyagramında gösterilmesi Ölçüm sayısı 1 Örnek Çevre sıcaklığı, t ç [C] Basma hattı basıncı, P [bar] Evap. buharlaģma sıcaklığı, t e [C] Evap. çıkıģ sıcaklığı, t eç [C] Kızgınlık değeri, t eç -t e [C] Cihazı kapatma saati Göstergelerin eģitlendiği saat EĢitlenme süresi [dk] 8

31 A) DENEY NO: B) DENEYĠN ADI: Otomatik genleģme valfinin kullanılması C) DENEYĠN AMACI: Otomatik genleģme valfinin tanıtılması ve fonksiyonlarının incelenmesi D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Dijital termometre E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) OGV 'yi akıģ kontrolu olarak seçip üniteyi çalıģtırın. ) OGV 'yi 0.7 bar evaporatör basıncında çalıģması için ayarlayın. 3) Kararlılık sağladıktan sonra ölçümleri tabloya kaydedin. 4) Deneyi, OGV 'yi 1 bar ve 1.3 bar 'da tekrarlayın. 5) Her safhada gözlemlerinizi kaydedip sonuçları mukayese edin. 6) OGV'nin iģlemesini açıklayın ve evaporatörde sabit basıncı nasıl sağlandığını gösterin (Ekteki çizimden faydalanın.) F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, otomatik genleģme valfinin çalıģma prensibi ve ölçüm sonuçları. COP değerinin bulunması, Değerlerin P-h diyagramında gösterilmesi Ölçüm sayısı 1 Basma hattı basıncı, P [bar] Emme hattı basıncı, P 1 [bar] Evap. buharlaģma sıcaklığı,t e [ 0 C] Evap. çıkıģ sıcaklığı, t eç [ 0 C] Kızgınlık değeri (t eç -t e ) [ 0 C] Üniteyi kapatma saati Göstergelerin eģitlenme basıncı [bar] EĢitleme? 9

32 P 1 P Diyafram P 3 P 4 Otomatik genleģme valfinin çalıģma prensibi Diyafram üzerine uygulanan basınçlar: 1. Atmosfer basıncı. Ayarlanabilen yay basıncı Diyaframın altından uygulanan basınçlar: 3. Evaporatör basıncı 4. Sabitleştirilmiş karşı yay basıncı Eğer evaporatör yetersiz miktarda sıvı ile beslenirse evaporatör basıncı düşer.bu düşme üstteki kuvvetlerin (1+) toplamının alttaki (3+4) kuvvetlerin toplamından daha fazla olmasını dolayısıyla diyaframın aşağı doğru sapmasını sağlar Bu; denge tekrar sağlanıncaya kadar sıvı akışının artmasına neden olur. Eğer evaporatör çok fazla sıvı ile beslenirse basıncı yükselir.bunun sonuç olarak (3+4), (1+)' den daha büyük olur. Diyafram yukarı doğru sapar, sıvı akışı azalır ve denge yeniden kurulur. 30

33 A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI: Termostatik genleģme valfinin kullanılması C) DENEYĠN AMACI: TGV'nin yapısının öğrenilmesi ve diğer genleģme cihazları ile mukayesesi D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Dijital termometre E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) AkıĢ kontrolü olarak TGV' yi seçin ve üniteyi çalıģtırın. ) AĢağıdaki durumları gözleyin. - Evaporatör çıkıģında, TGV kuyruğun ötesinde, doymuģ sıvının baģlangıcında sel gibi akıģı. - Kuyruk soğutuldukça sıvı akıģı azalır. - Kuyruk dokunulmak suretiyle ısıtıldıkça evaporatörden sıvı akıģı artar. 3) ÇalıĢma ilerledikçe hem sıvı akıģına hem de bileģik ölçek değerlerindeki değiģimleri not ediniz. 4) Soğutucu akıģkanın miktarı ve hızı artıkça evaporatörden yağı yukarıya nasıl süpürdüğünü ve kompresör karterine geri döndüğünü izleyin. 5) Ünite kararlı hale gelinceye dek çalıģtırınız ve aģağıdakileri not alın: - Evaporatörün bütün kısmını kaynayan sıvı kaplar. Bu sebeple evaporatör en yüksek verimle çalıģır. - TGV, sabite yakın bir kızgınlığı muhafaza eder 6) Kızgınlık ayarı: BileĢik ölçekteki basınca mukabil gelen sıcaklığı ve TGV kuyruğu civarına yerleģtireceğiniz termometre sıcaklığını ölçmek suretiyle kızgınlık değerini bulun. Üç ayrı deney yapın : 1. Kızgınlığı 6 0 C' ye ayarlayın.. Kızgınlığı 4 0 C' ye ayarlayın. 3. Kızgınlığı 9 0 C' ye ayarlayın. Ölçümleri ekteki tabloya kaydedin. (Bu üç deney TGV'nin doğru ve yanlıģ ayarı arasında ki farkı gösterecektir.) F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, TGV'nin çalıģma prensibinin ve kızgınlık ayarının soğutma sistemleri üzerindeki öneminin açıklanması. COP değerinin bulunması, Değerlerin P-h diyagramında gösterilmesi Ölçüm sayısı 1 Örnek Basma hattı sıcaklığı, t [C] Çevre sıcaklığı, t ç [C] Basma hattı ile çevre sıc. arasındaki fark [C] Evap. buh. sıcaklığı, t e [C] Evap. çıkıģ sıcaklığı, t eç [C] Kızgınlık (t eç -t e ) [C] 31

34 A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI: Isı değiģtiricinin fonksiyonu C) DENEYĠN AMACI: Isı değiģtiricinin sıvı hattında aģırı (alt) soğutmaya, buhar hattında da kızgınlığın artmasına nasıl sebep olduğunun anlaģılması D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Dijital termometre E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) AkıĢ kontrolü olarak TGV'yi seçin ve kızgınlık değerini 4 K ye ayarlayın. ) Cihazın kararlı hale gelmesi için 15-0 dakika çalıģtırın. Isı değiģtiricinin etkisi Ģu Ģekilde gözlenir: - Isı değiģtirici yakınına kadar emme hattı boyunca karlanmanın geri gelmesi - Isı değiģtiriciden sonra sıcak ve kuru bir emme hattı. 3) Çevre sıcaklığı yüksek olduğunda ve bileģik ölçek. bar 'dan daha yüksek ölçüm verdiği koģullarda, evaporatör ve emme hattında buharlaģma olmaz. Buna rağmen soğuk yüzeyler üzerinde atmosferdeki nem yoğunlaģtıkça her ikisi de gözle görülür bir Ģekilde ıslanacaktır. 4) Sıvı hattı ısı değiģtiricisi üzerindeki helezon üzerine lehimlenmiģtir. Bu esnada sıvı ısıyı emme hattındaki buhara verir. 5) Isı değiģtirici etkisini gözlemek için dört ayrı termometre kullanılabilir: - Isı değiģtirici emme hattı giriģ ve çıkıģı - Isı değiģtirici sıvı hattı giriģ ve çıkıģı 6) Emme hattı sıcaklığında artma, sıvı hattı sıcaklığında azalma görülür. 7) Deney sonunda kızgınlık ayarların tekrar 6 0 C ' ye ayarlayın. 8) Bu deney aynı zamanda ısı değiģtiricinin buharlaģtırıcı verimini nasıl arttırdığını gösterir. F) RAPORDA ĠSTENENLER:Deney no, deneyin adı ve amacı, ısı değiģtiricide ölçülen sıcaklıklar ve yorum yapılması. Ölçüm sayısı 1 Örnek Isı değiģtirici giriģ sıcaklığı (emme hattı), t 5 [ 0 C] Isı değiģtirici çıkıģ sıcaklığı (emme hattı),t 6 [ 0 C] Isı değiģtirici giriģ sıcaklığı (sıvı hattı), t 7 [ 0 C] Isı değiģtirici çıkıģ sıcaklığı (sıvı hattı), t 8 [ 0 C] 3

35 A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI: Basınç anahtarlarının ayarlanması C) DENEYĠN AMACI: Basınç anahtarlarının kullanılması ve ayarlanması D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Tornavida - Kurbağacık anahtarı - Servis anahtarı E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Normal çalıģma için alçak basınç anahtarı, devreyi yaklaģık olarak 1.8 bar 'da kesmesi için ayarlanmalıdır. Ayarlanan bu değerin altında basınç anahtarının devreyi neden kesmesi gerektiği şu şekilde açıklanır: Eğer alçak basınç anahtarı devreyi 0 bar'ın altında keserse, ünite çalışmaya devam edeceği için sistem içerisine kaçak yerlerinden atmosfer havası sızabilir.soğutma sisteminin iki büyük düşmanı oksijen ve nem olduğu için sistemin bu halde çalışması sakıncalıdır. )Yüksek basınç Ģalteri devreyi 14 bar'da kesmesi ve 10.5 bar'da devreye girmesi için ayarlanmalıdır. Yüksek basınç anahtarı basma hattındaki çeşitli ihtimallerle meydana gelebilecek aşırı yüklenmeye karşı sistemi korur. Bu ihtimaller; - Fan kayışının kopması veya gevşemesi. - Fan motorunun bozulması. - Kondenserin kirlenmesi. - Sistemde (kondenserin üst kısmında ) hava bulunması. - Aşırı miktarda soğutucu gaz şarjı yapılması. 3) Basınç Anahtarlarının Ayarlaması a) Alçak basınç anahtarlarının ayarlanması : - Akış kontrol cihazları girişindeki vanaların üçünü de kapatın. - Emme basınçının düşmesini gözleyin ve kesme basıncını not edin - TXV önündeki vanayı az açarak basınçta yavaş bir yükselme sağlayın ve devreye girme basınçınıı not edin. - Basınç anahtarının üstündeki topuzu ve emniyet plakasını çıkarın. - İlk olarak sağ taraftaki mili kontrol ederek devreye girme (cut-in ) ayarını yapın. - Devreye girme basınçını düşürmek için soldan sağa, yükseltmek için sağdan sola çevirin. - Şimdi sol taraftaki difransiyel (fark )milini, arzu edilen kesme basıncına göre ayarlayın. Alçak basınç anahtarında: DEVREYİ KESME =DEVREYE GİRME -DİFERANSİYEL (devreye girme : sbt) 33

36 b) Yüksek Basınç Anahtarının Ayarlanması - Basma hattı servis valfini hafifçe kapatıp kesme basıncını not alın. - Valfi az açarak devreye girme basıncını not alın. - Sağ tarafta ayar milini arzu edilen kesme değerine ayarlayın. - Sol taraftaki diferansiyel milini, istenen devreye girme (cut-in) değerine göre ayarlayın.yüksek basınç anahtarında: DEVREYE GİRME =DEVREYİ KESME -DİFERANSİYEL (Devreyi kesme : sabit) - Basınç anahtarı kendi üzerindeki ölçülerle değil her zaman sistem gösterge değerleri ile ayarlanmalıdır. Piyasadaki soğutma sistemlerinde alçak basınç anahtarının ayarı genellikle kompresör servis valfi kullanılarak kontrol edilir. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, alçak ve yüksek basınç anahtarlarını ayarlama teknikleri. Alçak basınç anahtarı Yüksek basınç anahtarı Devreye girme (Cut-in) Devreyi kesme (Cut-out) Diferansiyel 34

37 A) DENEY NO:S B) DENEYĠN ADI: Basma hattı basıncının artması C) DENEYĠN AMACI: ÇeĢitli sebeplerden kaynaklanan fazla basma hattı basıncının sebeplerini ve zararlarını kavratmak, sistemdeki havanın teģhisi ve sistemden atılma tekniğini öğretmek D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - Karton levha C) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Bu deneyde akıģ kontrolu olarak TGV' yi kullanın. ) Üniteyi çalıģtırın ve kararlı hale gelmesini sağlayın. 3) TGV'nin doğru olarak 6 0 C kızgınlık değerine ayarlanmıģ olmasını sağlayın. 4) Kondenser, yoğunlaģma sıcaklığı ile çevre sıcaklığı arasındaki 1 0 C'lik farka uygun olarak çalıģmalıdır. Kondenserin ön yüzeyini sert bir kağıt levha ile kapatın. 5) Gittikçe artan basma hattı basıncını gözleyin. 6) YoğunlaĢma sıcaklığı yaklaģık 48 0 C'ye yükseldiğinde yoğunlaģma ile ortam arasındaki sıcaklık farkı 0 0 C olur. 7) Bu durumda yine yoğunlaģma elde edilir ve ayrıca evaporatör verimi çok az değiģir (Bu değiģme sıvı deposu bulunmayan küçük ünitelerde daha barizdir.) 8) Burada görülen etki, sanki çok kirli kondenserin oluģturduğu etki gibidir. Yüksek basma hattı basıncının diğer nedenleri: - Kırılmış veya gevşemiş fan kanatları - Aşırı miktarda soğutucu şarjı - Sistemdeki hava ve diğer yoğuşmayan gazlar (azot,vb.) 9) Bazen basma hattı basıncı aģırı Ģekilde yükseldiğinde yüksek basınç anahtarı kompresörü durdurabilir. Ünitenin devamlı olarak yüksek basma hattı basıncylaı çalışması sisteme ciddi zararlar verebilir. Bunlar; 1. Yüksek basma hattı basıncı kompresör yataklarındaki aşınmayı hızlandırır.. Kompresörün daha yüksek basınçta çalışması elektrik tüketimini artırır. 3. Yüksek sıcaklık kompresör yağını sulandırıp aşınmayı artırır. 4 Yüksek basınç, kompresör supap yatakları etrafında karbon birikimi oluşturur ve bunun sonucunda bu elemanlar görevlerini yapamazlar. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı,deney değerleri ve yüksek basma basıncının sebep ve etkileri. Ölçüm sayısı 1 3 Örnek Çevre sıcaklığı, t ç [ 0 C] 8 Basma hattı basıncı, P [bar] 8.6 YoğunlaĢma sıcaklığı, t c [ 0 C] 40 Yoğ. sıcaklığı ile çevre sıcaklığı 1 arasındaki fark [ 0 C] 35

38 36

39 DENEY FÖYLERĠ

40 1. SOĞUTMA DEVRE ŞEMASI 38

41 . CİHAZIN ELEKTRİK DEVRESİ 0 VAC ANA ġalter 0 VAC 75 W ISITICI 3. KULLANIM TALİMATI 1. Cihazı mutlaka topraklı priz ile kullanın.. Cihazı yatırmayın. ġayet herhangi bir nedenle taģırken yan yatırılırsa bir gün dik konumda beklettikten sonra çalıģtırın. 3. Yüzeyden yapılan sıcaklık ölçümlerinde -3 0 C hatalar olabileceğini unutmayın. 4. Cihaz verimsiz soğutma yapmaya baģladığında ters çevirip tekrar düz hale getirip bir gün bekletip sonra çalıģtırın. 4. ABSORBSİYONLU SOĞUTMA SİSTEMLERİNİN ÇALIŞMA PRENSİBİ Elektrolüks tipi soğutucular daimi absorbsiyon sistemi için kullanılır. Bu sistemde genellikle çevrim ısı etkisiyle sağlanır. Isı kaynağı olarak elektrik enerjisi kullanılır. Bu ünitenin dört ana parçası vardır: Boyler (jeneratör), absorber, kondenser ve evaporatör. Ünitenin çalıģması elektrikle sağlandığında, ısıtıcı eleman A borusu içine yerleģtirilir. Boyler su ve amonyak karıģımı içerir. Bu karıģım ısıtıldığında amonyak buharı ve hafifleģen karıģım borusuna doğru yükselir. Hafif karıģım D borusu içinden geçerken amonyak buharı diğer E borusu içinde hareket eder. Buhar F noktasından hareket eder. Burada kabarcıklar ile zenginleģen sıvı borusuna (G) yükselir. 39

42 Buradan seperatör (ayırıcı) içine akar, bir miktar mevcut su buharı yoğunlaģır ve G borusundan geri dönerek absorbere girer. Amonyak borusu H borusu içinden kondensere akar, burada soğutulur ve yoğunlaģarak sıvı haline dönüģür. Sıvı amonyak evaporatör içine akar. Evaporatör ve absorber kısmı hidrojen gazı içerir. Basınç sistem boyunda 00 psig civarındadır. Dalton prensibine göre bir gaz karıģımındaki her gaz kendi buhar basıncına sahiptir. Böylece ortamdaki bu soğutucu amonyak hidrojenle kuģatılmıģ olup düģük basınç ve sıcaklıkta buharlaģacaktır. Hidrojen ortamın büyük bir gaz kısmını oluģturduğu sürece amonyağın kaynama ve buharlaģması kendi düģük basıncında olur ve ısı absorbe eder. BuharlaĢan amonyak ve hidrojen karıģımı hidrojenden daha ağırdır. Ağırlık ile buhar I borusuna, absorbere doğru akar. Absorberde su bağıl olarak soğuktur. Su amonyak buharını absorbe eder. Sonra soğuk su ve amonyak karıģımı jeneratöre geri döner. Hidrojen çok hafif olduğundan, amonyak ile birlikte absorbe edilmez, evaporatör etrafından geri döner. Bu çevrim boyler ısıtıldığı sürece devam eder. Bir termostat ile ortamdaki sıcaklık kontrol edilebilir. Soğutucu akıģkan olarak amonyak kullanıldığından dolayı oldukça düģük sıcaklıklar elde edilebilir. Termostatik kontroller ve bazı tiplerde kullanılan fanlar istisna kabul edilebilecek olursa bu cihazların hareketli parçaları yoktur. Bu soğutma cihazları geniģ olarak ev ve otel odası tipi (mini bar) (karavan) ve iklimlendirme cihazlarında kullanılır. soğutucularda, dinlenme vasıtalarında Servisi genelde oldukça basittir. Ocak temiz tutulmalıdır. Soğutucu çalıģmadan önce oldukça dikkatli seviye ayarı yapılarak yerleģtirilmelidir. 40

43 5. DENEYLER A) DENEY NO: S B) DENEYĠN ADI I: Absorbsiyonlu soğutma çevriminin gözlenmesi ve çevrim sıcaklıklarının ölçümü C) DENEYĠN AMACI: Elektrolüks tipi daimi absorbsiyonlu soğutma çevrimlerini tanıtmak. D) DENEYDE KULLANILACAK ALET VE CĠHAZLAR: E) DENEYĠN YAPILIġI: 1. Cihazı topraklı prize takın. Sigortayı açık konuma getirip ana Ģalteri açın.. Cihazın kararlı hale gelmesi için yarım saat bekleyin. 3. Cihazın jeneratör ve kondenser kısmının ısındığı ve evaporatörün soğumaya baģladığı görülecektir. 4. Cihazın çevrim köģe noktalarının sıcaklıklarını termometre anahtarları (1-4) yardımıyla ölçün ve aģağıdaki tabloya kaydedin. 5. Cihazın çektiği akımı ve gerilimi göstergelerden okuyarak tabloya kaydedin. 6. Tablodaki akım ve gerilimi çarparak cihazın o andaki giriģ gücünü hesaplayın. 7. Gözlem ve ölçümler tamamlandığında cihazı kapatıp priz bağlantısını sökün. F) TABLO VE DĠYAGRAMLAR Ölçülen değiģken / Ölçüm sayısı Jeneratör sıcaklığı, t 1 [ 0 C] Kondenser sıcaklığı, t [ 0 C] Evaporatör sıcaklığı, t 3 [ 0 C] Absorber tank sıcaklığı, t 4 [ 0 C] GiriĢ gücü 80 W G) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, ölçülen ve hesaplanan tablo değerleri, COP değerinin bulunması. Absorpsiyonlu soğutma ile ilgili bilgi toplanması 41

44 Harran Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Su Kaynaklı Isı Pompası Deneyi Deney Sorumlusu Dr. Mehmet Azmi AKTACĠR ġanlıurfa-007 4

45 K-15 SOĞUTMA DEVRE ŞEMASI Basınç göstergeleri HP HP LP LP Basınç anahtarları evaporatör Soğutucu debimetresi Filtre-kurutucu Su debimetresi fan Kontrol vanası Su giriģi kompresör su çıkıģı Sulu kondenser K-15 ELEKTRİK KUMANDA ŞEMASI 0 VAC V-otomat sigorta V t Cos 1 A M kompresör M kondenser fanı 43

46 TEKNİK ÖZELLİKLER S.no MALZEMENĠN ADI ÖZELLĠĞĠ 1 Hermetik kompresör Aspera NE6187Z Su soğutmalı kondenser Koaksiyonel tip, (0.115 m ) 3 Kondenser fanı FD1550AHB (150x150x50 mm) 4 Evaporatör Günay soğutma, 1/4 BG, 1.7 m 5 Evaporatör fanı FD1550 AHB (150x150x50 mm) 6 Alçak basınç (vakum) göstergesi LR (-1/+15 bar) 7 Yüksek basınç göstergesi LR (0/+5 bar) 8 Filtre kurutucu Castel 4303 / 9 GenleĢme valfi Alco MW55 dıģtan dengelemeli, iğne no:1 10 Gözetleme camı Castel 1/ noktadan sıcaklık ölçen dijital termometre Dixi (DX10) 1 Kosinüs--metre Entes ECR-3 13 Ampermetre OEC OVAK 7x7 mm (0-50 A) 14 Voltmetre OEC OVAK 7x7 mm (0-500 V) CİHAZ KULLANIM KLAVUZU 1. Cihazı mutlaka topraklı prize bağlayarak kullanın.. Kompresörü yük altında tekrar çalıģtırmayın. Belli bir süre sistemin dengelenmesi için bekleyin. 3. Cihazı aģırı ısı yükü oluģturmaması için doğrudan güneģ ıģınlarına maruz kalmayacak Ģekilde yerleģtirin. 4. Belli aralıklarla cihaz tabla ve desteklerini ıslak bezle silin. 5. Kompresörü fanlarla birlikte çalıģtırın. 44

47 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Performans katsayısının hesaplanması (COP) C) DENEYĠN AMACI: Mekanik ısı pompalarından beklenilen gaye ısı elde etmektir. Bunun için harcanan bedel elektrik enerjisidir. Isı pompasının verimi bu iki değerin oranıyla hesaplanır ve ekonomik olup olmadığı anlaģılır. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR - Termometre (oda sıcaklığı için) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kondenser soğutma suyunu 80 L/h değerine ayarladıktan sonra sistemi çalıģtırın ve kararlı hale gelmesini bekleyin. ) Tablodaki ölçüm değerlerini kaydedin. 3) Gerekli formülleri kullanarak verim katsayısını hesaplayın. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, verim katsayısının hesabı ve yorumu. Ölçüm sayısı 1 3 Örnek Oda sıcaklığı, t a [ 0 C] 0.0 Hat gerilimi, U [Volt] 0 Kompresör akımı, I c [Amper].1 Kompresör güç katsayısı, Cos 0.55 Kond. su giriģ sıcaklığı, t 5 [ 0 C] 19.5 Kond. su çıkıģ sıcaklığı, t 6 [ 0 C] 7.8 Kondenser su debisi, m su [L/h] 80 HESAPLAMALAR: Güç girişi: P U. I c Cos P=0x.1x0.55=54 W Suya verilen ısı: Q w = m su C psu (t 6 -t 5 ) = 80/3600 x4.187 x ( )=0.77 kw=77 W COP= suya verilen ısı / güç girişi =77 / 54 = 3.04 bulunur. 45

48 A) DENEY NO: K-15-0 B) DENEYĠN ADI: Farklı kaynak ve sıcaklıkları kullanarak ısı pompası verim eğrilerinin hazırlanması. C) DENEYĠN AMACI: Isı pompalarının verimi birçok Ģartla birlikte kondensere giren suyun ve ortam havasının sıcaklıklarına da bağlıdır. Farklı ortam ve su giriģ sıcaklıkları kullanılarak farklı verim değerleri elde edilebilir. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR - Termometre (oda sıcaklığı için) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kondenser su debisini en büyük değere (50 L/h) ayarlayınız. Sonra sistemi çalıģtırınız ve ısı pompasının kararlı hale gelmesini sağlayın. ) Tabloda verilen ölçümleri yapınız. 3) Hava sıcaklığını sabit tutarak kondenser su akıģ hızını her defasında 50 L/h azaltınız. 4) ArtıĢları t 6 = 55 C oluncaya kadar tekrarlamaya devam edin. 5) Bu ölçümler hava sıcaklığı klima yardımıyla 5, 10 C artırılarak tekrarlanabilir. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo, hesap ve grafikler. Ölçüm sayısı Oda sıcaklığı, t a [ 0 C] Hat gerilimi, U [Volt] Kompresör akımı, I c [Amper] Kompresör güç katsayısı, Cos Kond. su giriģ sıcaklığı, t 5 [ 0 C] Kond. su çıkıģ sıcaklığı, t 6 [ 0 C] Kondenser su debisi, m s [L/h] HESAPLAMALAR: Güç girişi: P U. I Cos (W) c Suya verilen ısı: Q s = m su C psu (t 6 - t 5 ) (W) Verim katsayısı (ITK) =verilen ısı / güç girişi 46

49 Kondenserde atılan ısı (W) Güç girişi (W) COP Su debisi (L/h) Grafik-1 Kondenser su debisi-cop değiģimi Su debisi (L/h) Grafik- Kondenser su debisi-kompresör güç giriģi değiģimi Su debisi (L/h) Grafik-3 Kondenser su debisi-atılan ısı değiģimi 47

50 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Ġdeal ve pratik çevrimlerin p-h diyagramı üzerinde karģılaģtırılması ve kondenser-kompresör için enerji dengelerinin tespit edilmesi C) DENEYĠN AMACI: Ġdeal ve pratik ısı pompası çevrimleri arasındaki temel farklar ve bunları oluģturan sebeplerin araģtırılması, kondenser- kompresör enerji dengelerinin diyagram üzerinde gösterilmesi. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR - R134a için p-h diyagramı E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kondenser soğutma suyunun akıģ hızı bir ara değere ayarlanmalı ve sistem çalıģtırılarak kararlılık sağlanmalıdır. ) Tabloda verilen ölçümler kaydedilmelidir. Sonuçlar: 1) Kondenser içindeki basınç düģmesi önemsizdir. Böylece P =P 3 alınabilir. ) GenleĢme prosesi (3-4 arası) adyabatik (ısı alıģ veriģi olmayan) bir iģlem olduğundan h 3 =h 4 olur. Önemli Noktaların Bulunması: (1): p 1 =355 kpa ve t 1 =1. C değerlerinden 1 noktası bulunur. (): p =1100 kpa ve t =8 C değerlerinden 1 noktası bulunur. ( s ): 1 noktasından (S s =S 1 ) sabit entropili sıkıģtırma olduğu kabul edilerek p doğrusu kesiģtirilerek ( s ) noktası bulunur. (3): p 3 =1100 kpa ve t 3 =0 C kesiģmesi ile 3 noktası bulunur. (4): t 4 =4.7 C ve h 3 =h 4 =54 kj/kg kesiģmesi ile 4 noktası bulunur. Bulunan noktalardan istenilen termodinamik özellikler belirlenir. F) RAPORDA ĠSTENENLER: deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri ve diyagramın çizilmesi. Ölçüm sayısı 1 3 Emme hattı basıncı, p 1 [kpa] Emme hattı sıcaklığı, t 1 [ 0 C] Basma hattı basıncı, p [kpa] Basma hattı sıcaklığı, t [ 0 C] Kondenser çıkıģ sıcaklığı, t 3 [0 C] TGV çıkıģındaki sıcaklık, t 4 [0 C] 48

51 R134a soğutucu akıģkanı için p-h diyagramı 49

52 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: ÇeĢitli yoğunlaģma sıcaklıklarında R-134a özelliklerine dayalı "ısı pompası verim eğrileri"nin çizilmesi C) DENEYĠN AMACI: Öğrencilerin farklı buharlaģma ve yoğunlaģma sıcaklıklarındaki temel ölçümleri tabloya aktarabilmesi, tablodan da grafiğe taģıyabilmesini sağlama. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR - R134a için p-h diyagramı - Termometre (oda sıcaklığı için) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kondenser suyunu yüksek akıģ hızına ayarlayarak sistemi çalıģtırın. ) Kararlılık sağlandıktan sonra kondenser basıncı (p ) ve buhar sıcaklığı (t 4 )'ü not edin ve sonra ilk deney tablosundaki gözlemleri uygulayın. 3) Kondenser su debisini azaltarak, kondenser basıncını takriben 100 kpa arttırın. Eğer gerekirse hava giriģ sıcaklığını bir klima yardımıyla soğutarak (t 4 ) değerini sabit kalmasını sağlayın. Kararlılık sağlanınca gözlemleri tekrarlayın. 4) Basınç hemen hemen 100 kpa seviyesine gelinceye kadar p değerinde ortalama 100 kpa'lık artıģlarla deneyi tekrarlayın. 5) Test Ģimdi t 4 sıcaklığı farklı bir değerde olacak Ģekilde de tekrarlanabilir. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo ve grafikler. Ölçüm sayısı Oda sıcaklığı, t a [ 0 C] Hat gerilimi, U [Volt] Kompresör akımı, I c [Amper] Kompresör güç katsayısı, Cos Emme hattı basıncı, p 1 [kpa] Basma hattı basıncı, p [Pa] Komp. giriģ sıcaklığı, t 1 [ 0 C] Basma hattı sıcaklığı, t [ 0 C] Sıvı hattı sıcaklığı, t 3 [ 0 C] TGV çıkıģ sıcaklığı, t [0 4 C] Soğutucu akıģkan debisi, m r [L/d] HESAPLAR: p 1 =355 kpa, p =1100 kpa (Bu basıçlar mutlak basınç kabul edilecek) p-h tablosundan h 1, h, h= h 4 ve h s okunur. Buharlaşma sıcaklığı, t 4 =4.7 C Yoğunlaşma sıcaklığı, t doy =(1100 kpa için)=45 C Evaporatördeki ısı transferi, Q e = m r (h 1 -h 4 ) 50

53 Güç girişi (W) COP Kondenserdeki ısı transferi, Q c =m r (h 3 -h ) Güç girişi: P U. I c Cos (W) Isı pompası COP=Kondenserdeki ısı geçişi/kompresör güç girişi Kondenser yoğuģma sıcaklığı (C) Grafik-4 Kondenser yoğuģma sıcaklığı-itk değiģimi Kondenser yoğunlaşma sıcaklığı (C) Grafik-5 Kondenser yoğuģma sıcaklığı-güç giriģi değiģimi 51

54 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Kompresör sıkıģtırma oranının hacimsel (volümetrik) verim üzerine etkisinin incelenmesi C) DENEYĠN AMACI: Kompresör sıkıģtırma oranı kavramının tanımlanması ve bu oranın soğutma sistemlerinin ve ısı pompalarının hacimsel verimi üzerine etkisinin kavranması. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR - R134a için p-h diyagramı E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kondenser suyunu en büyük değere ayarlayıp sistemi çalıģtırınız. ) Evaporatör hava akıģını, buharlaģma sıcaklığı (t 4 ) 0 0 C'ye gelinceye kadar azaltın. Durumun kararlı hale gelmesini sağladıktan sonra tablodaki gözlemleri uygulayın. 3) t 4 'ü aynı durumda tutup, kondenser su debisini azaltarak kondenser basıncının (P ) 100 kpa'lık bir artıģ göstermesini sağlayın. Bu iģlemden sonra gözlemleri tekrarlayın. 4) Basınç 1400 kpa oluncaya kadar kondenser basıncında aģağı yukarı 100 kpa'lık artıģlar yaparak tekrarlayınız. F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri, grafik ve ölçümler. Ölçüm sayısı 1 3 Örnek R-134a'nın kütlesel debisi, m r [L/d] 0,318 Komp. emme hattı basıncı, p 1 [kpa] 355 Komp. emme hattı sıcaklığı, t 1 [ 0 C] 1. Komp. basma hattı basıncı, p (kpa) 1100 Komp. basma hattı sıcaklığı, t [ 0 C] 50 HESAPLAMALAR: Kompresör sıkıştırma oranı, r p = p /p 1 = 1100/355 =3.1 p-h diyagramı üzerinde 1 noktası bulunur ve buradaki logaritmik özgül hacim değerinin log v 1 = -1.3 olduğu görülür. Buradan fonksiyonlu hesap makinesi ile ters işlem yapılarak; v 1 = m 3 /kg hesaplanır. Kompresör emme hattındaki hacimsel debi; V 1 =m r.v 1 =5.3x10-3 x =.66x10-4 m 3 /s bulunur. Kompresör silindir hacmine göre teorik olarak saniyedeki hacimsel debisi (800 d/dk ile çalıştığı kabul edilerek); (800/60) x 8.855x10-6 (m 3 /s)= 4.13x10-4 (m 3 /s) bulunur. (8.855x10-6 değeri kompresörün silindir hacmidir) 5

55 sıkıştırma oranı (p/p1) Hacimsel (volümetrik) verim: Gerçek hacimsel debi / teorik hacimsel debi olarak tanımlandığına göre; HVK =.66x10-4 / 4.13x10-4 = Bu değerler grafikte gösterilmiştir. (%64.3) bulunur. YORUMLAR: Kompresör hacimsel verimi aşağıdaki faktörlere bağlıdır: 1. Sıkıştırma oranı. Ölü hacim oranı 3. Genişleme prosesi indeksi 4. Giriş sistemindeki direnç nedeniyle basınç düşmesi 5. Giriş sistemindeki sıcaklık yükselmesi 6. Vana ve piston segmanlarından gelen sızıntı Sadece 1, ve 3 göz önünde tutularak volümetrik verim; HVK = (1-V c /V s ) (P /P 1 ) 1/n-1 formülü ile hesaplanabilir. V c : ölü hacim, V s : silindir hacmi, n= 1.05 alınabilir ,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 hacimsel verim katsayısı Grafik-6 Hacimsel verim-sıkıģtırma oranı değiģim 53

56 SADSAD Harran Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Hava Kaynaklı Isı Pompası Deneyi Laboratuar Sorumlu Öğretim Elemanı Dr. Mehmet Azmi AKTACĠR ġanlıurfa-007

57 K-16 SOĞUTMA DEVRE ġemasi HP ko nd en ser ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan HP ko nd en ser ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C t 40 0 C dört yollu vana 35 0 C 5 0 C evaporatör fanı kondenser fanı C 100 kompresör C 5 0 C C 100 kompresör 4 ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C V-otomat sigorta 3 t dört yollu vana evaporatör fanı ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C TEKNĠK ÖZELLĠKLER S.no MALZEMENĠN ADI ÖZELLĠĞĠ 1 Hermetik kompresör Aspera NE6187Z Hava soğutmalı kondenser Günay soğutma, 1/4 BG, 1.7 m 3 Kondenser fanı FD1550AHB (150x150x50 mm) 4 Evaporatör Ticari buzluk evaporatörü, 40x40 cm 5 Evaporatör fanı Ebmpapst radyal 6 Alçak basınç (vakum) göstergesi Refco 7 Yüksek basınç göstergesi Refco 8 Filtre kurutucu Castel 4303 / 9 Kılcal boru 1,x800 mm 10 Gözetleme camı Castel 1/ noktadan sıcaklık ölçen dijital termometre EVCO (FK 150) 1 Kosinüs--metre Entes ECR-3 13 Ampermetre OEC OVAK 7x7 mm (0-50 A) 14 Voltmetre OEC OVAK 7x7 mm (0-500 V) 55

58 K-16 ELEKTRĠK KUMANDA ġemasi ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör 4 3 t dört yollu vana evaporatör fanı kondenser fanı 1 V-otomat sigorta ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] YoğunlaĢma ÇıkıĢ damperi Kondenserde 400 sıcaklığı [ atılan 0 C] ısı ÇıkıĢ [W] YoğunlaĢma damperi Kondenserde sıcaklığı 55 0 C 400 atılan [ 0 C] ÇıkıĢ 50 damperi ısı C 00 [W] Kondenserde YoğunlaĢma C atılan 300 ısı [W] sıcaklığı 0 C 55 0 C [ 0 C] YoğunlaĢma ÇıkıĢ C damperi 0 C sıcaklığı Kondenserde C [ 0 45 C] C atılan ÇıkıĢ damperi ısı Kondenserde 0 C [W] 0 C YoğunlaĢma 35 atılan 00 ısı 0 C 0 C kompresör [W] sıcaklığı 300 [ 0 C] YoğunlaĢma ÇıkıĢ 5 0 C damperi 0 C sıcaklığı Kondenserde 30 0 C 0 C [ C] 500 atılan 4 0 C ısı C [W] 0 C YoğunlaĢma kompresör 3 0 C C sıcaklığı C [ 0 C 0 C] ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma ÇıkıĢ damperi Kondenserde sıcaklığı [ 0 C] atılan ısı 600 [W] YoğunlaĢma ÇıkıĢ 500 damperi Kondenserde sıcaklığı 400 [ 0 C] atılan ısı [W] ÇıkıĢ YoğunlaĢma damperi Kondenserde sıcaklığı C atılan [ ÇıkıĢ damperi 0 C] ısı [W] C Kondenserde atılan ÇıkıĢ YoğunlaĢma damperi C kompresör ısı [W] Kondenserde sıcaklığı [ C 0 C] atılan ÇıkıĢ YoğunlaĢma damperi ısı [W] 00 0 C 4 Kondenserde sıcaklığı [ C] YoğunlaĢma C atılan ısı 600 sıcaklığı [W] 55 0 [ C 500 C] YoğunlaĢma 0 C C sıcaklığı [ 0 C kompresör C 0 C] C C 0 C C t C 0 C kompresör dört C yollu vana C C evaporatör fanı kompresör C C kondenser fanı t kompresör 0 0 C 4 40 dört 5 yollu C vana kompresör 0 0 C 3 t evaporatör V-otomat 0 C fanı sigorta 30 kompresör 0 C dört yollu vana kondenser 3 0 fanı VAC kompresör t evaporatör 4 fanı 3 dört Cos yollu 1 vana ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C ÇıkıĢ damperi 45 0 C Kondenserde atılan 40 0 C ısı [W] 35 0 C YoğunlaĢma 5 0 C sıcaklığı [ 0 C] kompresör 400 ÇıkıĢ 00 damperi Kondenserde atılan ısı 55 [W] 3 0 C YoğunlaĢma 50 0 C sıcaklığı 45 0 C [ 0 C] ÇıkıĢ damperi Kondenserde 0 C atılan ısı 0 C [W] YoğunlaĢma 0 C dört yollu vana sıcaklığı C [ 0 C] ÇıkıĢ damperi evaporatör kompresör Kondenserde 0 C fanı atılan ısı 0 C kondenser [W] YoğunlaĢma 4 0 C fanı sıcaklığı 0 C [ 0 C] C V-otomat sigorta 0 C C C 100 t 0 ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] CĠHAZ KULLANIM KLAVUZU 6. Cihazı mutlaka topraklı prize bağlayarak kullanın. 7. Kompresörü yük altında tekrar çalıģtırmayın. Belli bir süre sistemin dengelenmesi için bekleyin. 8. Cihazı aģırı ısı yükü oluģturmaması için doğrudan güneģ ıģınlarına maruz kalmayacak Ģekilde yerleģtirin. 9. Belli aralıklarla cihaz tabla ve desteklerini ıslak bezle silin. 10. Kompresörü fanlarla birlikte çalıģtırın. 56

59 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Ġdeal ve pratik çevrimlerin p-h diyagramı üzerinde karģılaģtırılması ve kondenserkompresör için enerji dengelerinin tespit edilmesi C) DENEYĠN AMACI: Ġdeal ve pratik ısı pompası çevrimleri arasındaki temel farklar ve bunları oluģturan sebeplerin araģtırılması, kondenser- kompresör enerji dengelerinin diyagram üzerinde gösterilmesi. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: - R134a için p-h diyagramı - Psikrometrik diyagram E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Sistem çalıģtırılarak kararlılık sağlanmalıdır. ) Tabloda verilen ölçümler kaydedilmelidir. Sonuçlar: Kondenser içindeki basınç düģmesi önemsizdir. Böylece p =p 3 alınabilir. GenleĢme prosesi (3-4 arası) adyabatik (ısı alıģ veriģi olmayan) bir iģlem olduğundan h 3 =h 4 olur. Ölçüm sayısı 1 3 Emme hattı basıncı, p 1 [kpa] Basma hattı basıncı, p [kpa] Emme hattı sıcaklığı, t 1 [ 0 C] Basma hattı sıcaklığı, t [ 0 C] Kondenser çıkıģ sıcaklığı, t 3 [0 C] Kılcal çıkıģındaki sıcaklık, t 4 [0 C] Soğutucu akıģkan debisi [L/d] Kompresör gerilimi, U [Volt] Kompresörün çektiği akım, I [Amper] Kosinüs- F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri ve diyagramın çizilmesi (her deney için ph diyağramı çizilecek). Ayrıca, Ġdeal ve pratik çevrimlerin p-h diyagramı üzerinde karģılaģtırılması yapılarak farklılıklar ve benzerlikler açıklanacaktır. 57

60 58

61 A) DENEY NO: K-16-0 B) DENEYĠN ADI: Isıtma için COP in hesaplanması C) DENEYĠN AMACI: Isıtma amaçlı kullanılan mekanik ısı pompalarında sistemin ısıtma etkinlik (performans) katsayısı (COPISITMA); ısı pompasının ısıtılacak ortama attığı ısı enerjisinin kompresörde harcanan güç değerine oranlanmasıyla hesaplanır ve ekonomik olup olmadığı anlaģılır. D) Bir önceki deneyde alınan değerler kullanılacaktır. E) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri ve hesaplama sonuçları HESAPLAMALAR: Q COPISITMA P c g Kondenser ısıl kapasitesi: Q m h h ) [kw] c r ( 3 h: kondenser giriģindeki soğutucu akıģkanın entalpisi (p ve t yardımıyla p-h diyagramdan) h3: Kondenser çıkıģındaki soğutucu akıģkanın entalpisi (p3 ve t3 yardımıyla p-h bulunacak) Kompresör giriģ gücü: P g U.I.cos [W] U: Gerilim [Volt] I: Akım [Amper] 59

62 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Soğutma için COP hesaplanması C) DENEYĠN AMACI: Soğutma amaçlı kullanılan mekanik ısı pompalarında sistemin soğutma etkinlk katsayısı (COPSOĞUTMA); ısı pompsının ısıtılacak ortama attığı ısı enerjisinin kompresörde harcanan güç değerine oranlanmasıyla hesaplanır ve ekonomik olup olmadığı anlaģılır. D) Bir önceki deneyde alınan değerler kulanılacaktır. E) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri ve hesaplama sonuçları HESAPLAMALAR: Evaporatör ısıl kapasitesi: Q m h 1 h ) [kw] e r ( 4 h1: Kompresör giriģindeki soğutucu akıģkanın entalpisi ( p1 ve t1 yardımıyla p-h diyagramından bulunacak) h4: Evaporatör giriģindeki soğutucu akıģkanın entalpisi (p4 ve t4 yardımıyla p-h diyagramından bulunacak) Kompresör giriģ gücü: P g U.I.cos [W] U: Gerilim [Volt] I: Akım [Amper] Q COPSOGUTMA P e g 60

63 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Farklı yoğuģma sıcaklıklarında ITK değerlerinin değiģimi C) DENEYĠN AMACI: YoğunlaĢma sıcaklığı arttıkça kondenserden ayrılan hava sıcaklığı da artacaktır. Ancak kompresörde harcanan iģ de artacağından COP değiģimi negatif yönde gerçekleģecektir. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: Mukavva veya karton plaka (kondenser alın ölçülerinde) E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kompresörü, kondenser ve evaporatör fanlarını çalıģtırın. ) Sistemin kararlı hale gelmesi için belli bir süre bekleyin. 3) Tablo değerlerini kaydedin. 4) Mukavva plakayı kondenserin %50 sini kapatacak Ģekilde yerleģtirip 5 dakika bekleyin. 5) Tablo değerlerini kaydedin. 6) Mukavva plakayı kondenserin %75 ini kapatacak Ģekilde yerleģtirip 5 dakika bekleyin. 7) Tablo değerlerini tekrar kaydedin. 8) Hesaplamaları yapıp grafiğe aktarın. Ölçüm sayısı Kompresör basma hattı sıcaklığı t [ 0 C] Sıvı hattı sıcaklığı t3 [ 0 C] Soğutucu akıģkan debisi [L/d] Kompresör gerilimi, U [Volt] Kompresörün çektiği akım, I [Amper] Emme hattı basıncı, p 1 [kpa] Basma hattı basıncı, p [kpa] Kosinüs- F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri ve grafiğin yorumu. G) HESAPLAMALAR Kondenser ısıl kapasitesi: Q m h h ) [kw] c r ( 3 h: kondenser giriģindeki soğutucu akıģkanın entalpisi (p ve t yardımıyla p-h diyagramdan) h3: Kondenser çıkıģındaki soğutucu akıģkanın entalpisi (p3 ve t3 yardımıyla p-h bulunacak) YoğunlaĢma sıcaklığı diyağram üzerinden okunur. 61

64 ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] t ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör 4 3 dört yollu vana evaporatör fanı kondenser fanı ÇıkıĢ damperi 1 Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] 0 VAC V-otomat sigorta Cos A V ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] sıcaklığı [ 0 C] ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] t t t ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] ÇıkıĢ 600 damperi Kondenserde 500 atılan ısı 400 [W] YoğunlaĢma 00 sıcaklığı 300 [ ÇıkıĢ damperi 0 C] Kondenserde 0 C atılan ısı [W] 0 C YoğunlaĢma 0 C sıcaklığı 0 C [ ÇıkıĢ damperi 0 C] C Kondenserde 55 5 atılan C ısı [W] C YoğunlaĢma C sıcaklığı kompresör 40 [ 0 C] ÇıkıĢ C damperi Kondenserde 55 0 C atılan ısı 50 0 C [W] YoğunlaĢma 45 0 C sıcaklığı kompresör C [ 0 C] ÇıkıĢ damperi 0 C 0 Kondenserde C atılan ısı [W] 0 C 0 YoğunlaĢma dört 0 C sıcaklığı kompresör yollu vana 0 [ 0 C] C evaporatör C fanı C kondenser kompresör C fanı dört yollu vana C C evaporatör fanı C V-otomat sigorta kondenser 3 0 C fanı dört kompresör yollu 40 0 C vana 0 VAC C 6

65 A) DENEY NO: K B) DENEYĠN ADI: Kondenser ısı geçirgenlik değerinin hesaplanması C) DENEYĠN AMACI: Kondenserde atılan ısı iç ve dıģ ortam sıcaklık farkına, hava ve soğutucu akıģkan hızına, viskosite ve yüzeysel ısı iletkenlik değerine bağlı olarak değiģir. Isı geçirgenlik değerinin (K) ölçülebilir olması onun kirlilik seviyesi hakkında da bilgi verir. D) GEREKLĠ ALET VE CĠHAZLAR: Termometre (hava giriģ-çıkıģ sıcaklığını ölçmek için) Psikrometrik diyagram E) DENEYĠN YAPILIġI: 1) Kompresörü, kondenser ve evaporatör fanlarını çalıģtırın. ) Sistemin kararlı hale gelmesi için belli bir süre bekleyin. 3) Tablo değerlerini kaydedin. 4) Tablo değerlerini kullanarak aģağıdaki hesaplamaları yapın: Ölçüm sayısı 1 3 Örnek Kompresör emme hattı sıcaklığı t1 [ 0 C] Kompresör basma hattı sıcaklığı t [ 0 C] Sıvı hattı sıcaklığı t3 [ 0 C] GenleĢme hattı (evaporatör) sıcaklığı t4 [ 0 C] Soğutucu akıģkan debisi [L/d] Kompresör gerilimi, U [Volt] Kompresörün çektiği akım, I [Amper] Kosinüs- Kondensere giriģteki havanın sıcaklığı thg [ 0 C] Kondenserden çıkıģtaki havanın sıcaklığı thç [ 0 C] F) RAPORDA ĠSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, tablo değerleri ve K hesabı. HESAPLAMALAR: Kondenser ısıl kapasitesi: Q m h h ) [kw] c r ( 3 h: kondenser giriģindeki soğutucu akıģkanın entalpisi (p ve t yardımıyla p-h diyagramdan) h3: Kondenser çıkıģındaki soğutucu akıģkanın entalpisi (p3 ve t3 yardımıyla p-h bulunacak) Qc Isı geçirgenlik değeri: K bu eģitlikteki logaritmik sıcaklık farkı: A. T m T m t g tç t g ln t tg=ty-thg (giriģteki sıcaklık farkı), tç=ty-thç (çıkıģtaki sıcaklık farkı), ty: yoğunlaģma sıcaklığı [ 0 C] A: Kondenser yüzey alanı ç 63

66 64

67 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ ĠKLĠMLENDĠRME SĠSTEMLERĠ DENEY FÖYÜ AMAÇ: Ġklimlendirme sistemlerinin ve elemanlarının tanıtılması, havanın ısıtılması, nemlendirilmesi ve soğutulması iģlemlerinin gösterilmesi, soğutma kulesinde su soğutma iģleminin analiz edilmesi ve psikrometrik diyagramın kullanılması. GĠRĠġ Ġklimlendirme bir mahalin veya ortamın hava sıcaklığının, neminin, hava hızının ve temizliğinin yıl içerisinde istenen değerlerde tutulması iģlemidir. Ortam için bu değerler; 1.Sıcaklık: Mahal sıcaklığı kıģ durumunda (18-4 C ), yaz durumunda (-7 C ) olmak üzere dıģ ortama göre ve iklimlendirilecek mahalin kullanım amacına göre değiģmektedir..nem: Mahal içerisindeki bağıl nem konfor iklimlendirilmesinde olarak %30-%60 arasında olmalıdır. Endüstriyel tesislerde iģlemlere göre bu değerler değiģebilir. 3.Hava Hızı: Ġnsanları rahatsız etmeyecek Ģekilde hava hızı kıģ ve yaz durumlarına göre; kıģ Ģartlarında 0,1 m/s, yaz Ģartlarında ise 0,-0,3 m/s arasında değiģmektedir. 4.Hava Temizliği: Yıl boyunca iklimlendirilecek mahalin iç ve dıģ kirleticilerden arındırılması ve havanın taze tutulması gerekmektedir. Ġklimlendirme konfor ve endüstriyel iklimlendirmesi olmak üzere ikiye ayrılır. Konfor iklimlendirmesi iklimlendirmenin Ģartı olan sıcaklık, nem, hava hızı ve hava temizliğinin insanların rahat edebileceği ortamı sağlayacak Ģekilde ayarlanmasını amaçlar. Konfor iklimlendirmesi Ģahsi mekanlar olan ev, otel, iģyeri, büro, vb mekanlarda insanların isteklerine göre yapılır. Endüstriyel iklimlendirme sistemleri ise tekstil, ilaç, gıda, vb. üretimin yapıldığı mekanlarda kullanılır. 65

68 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ PSĠKROMETRĠK DĠYAGRAMIN TANIMI VE KULLANIMI Atmosferik havanın (nemli havanın) termodinamik özelliklerini gösteren diyagrama psikrometrik diyagram denir. Üzerinde iklimlendirme iģlemleri (ısıtma, soğutma, nemlendirme, nem alma ) gösterilir. Bu diyagramda, verilen bir basınçta atmosferik havanın hali, iki bağımsız yeğin özellik tarafından kesin olarak belirlenebilir. Psikrometrik diyagram iklimlendirme sistemlerinin tasarımında ve hesaplamalarında büyük kolaylık sağlar. Farklı haller için tekrarlanan hesaplamalardan kurtulmamızı sağlar. Psikrometrik diyagram için bazı temel kavramlar; Atmosferik Hava: Ġçerisinde bir miktar su buharı (nem) bulunan atmosfer havasıdır. Kuru Hava: Ġçerisinde su buharı bulunmayan havadır. Kuru Termometre Sıcaklığı (KT): Atmosferik havanın normal termometre sıcaklığıdır. YaĢ Termometre Sıcaklığı (YT): Belirli Ģartlarda bulunan ıslak havanın ısısını değiģtirmeden doyma durumuna getirerek ölçülen sıcaklığa denir. Direkt olarak ölçülemez. Bunun için termometre haznesine suya doymuģ bir pamuk fitil sarmak ve üzerinden hava akıģı sağlamak gerekir. Özgül (Mutlak) Nem (w): Birim ağırlıktaki nemli havanın ihtiva ettiği su buharının kuru hava ağırlığına oranına denir. Bağıl (Ġzafi) Nem (υ): Havadaki mevcut su buharı basıncının aynı kuru termometre sıcaklığının doymuģ havanın buharı basıncına denir. Veya havadaki su buharı miktarının, aynı sıcaklıktaki havada bulunabilecek en çok su buharı miktarına oranıdır. Çiğ Noktası Sıcaklığı: Nem ihtiva eden bir havayı soğutursak, bir sıcaklıkta soğuyan hava içindeki nem yoğuģur. Bu sıcaklıktaki havanın sıcaklığına çiğ noktası sıcaklığı denir. Veya sabit basınçta soğutulduğu zaman yoğuģmanın baģladığı zamandır. Adyabatik Doyma Sıcaklığı: DoymamıĢ hava sürekli bir akıģla yarı seviyesine kadar su bulunan kanaldan geçirilir. Kanal içerisindeki suyun üzerinden geçirilen havaya, kanalda bir miktar buharlaģan su karıģır. Böylece havanın nem oranı artar, sıcaklığı ise suyun buharlaģma gizli ısısının bir bölümü havadan sağlandığı için düģer. Bu Ģekilde havanın yeterince uzun olan kanaldan doymuģ buhar olarak ve adyabatik doyma sıcaklığında çıkması sağlanmıģ olur. Adyabatik nemlendirme de denir. Gizli Isı: Faz değiģimi ile ilgili ısıdır. Duyulur Isı: Sıcaklık artıģı ile ilgili ısıdır. 66

69 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ A 1 => Duyulur Isıtma A => Duyulur Soğutma A 3 => Adyabatik Nemlendirme A 4 => Sabit Sıcaklıkta Nemlendirme A 5 => Sabit sıcaklıkta Nem Alma A 6 => Buharla Nemlendirme A 7 => Nem Alma (havayı çiğ noktası altında bir sıcaklığa düģürerek bir miktar neminin yoğuģturulması ve bu arada KT nin düģürülmesi) A 8 => Nem Alma (silika jel, moleküler elek malzemesi, tüf taģı gibi nem alıcı maddelerle nem alma iģlemi) Psikrometrik diyagramda havanın geçirdiği iģlemler. MERKEZĠ ĠKLĠMLENDĠRME SĠSTEMLERĠ Merkezi iklimlendirme sistemlerini kullanılan aracı akıģkana göre ikiye ayırabiliriz. 1)Tümden Sulu Sistemler Tümden sulu sistemler iki ve dört borulu fancoil sistemleri olmak üzere ikiye ayrılır. a)ġki borulu fancoil sistemler Yaz Ģartlarında su soğutma gurubundan alınan soğuk su devreye gönderilerek, kıģ Ģartlarında ise kazandan alınan sıcak su devreye gönderilerek iklimlendirme yapılır. Ayrıca fancoilde yoğuģan suyu tahliye etmek için drenaj borusu vardır. ġekil 1: Ġki borulu fancoil sistem 67

70 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ b)dört borulu fancoil sistemler Fancoil sistemi içinde iki adet serpantin vardır. Bunlardan bir tanesi kıģ Ģartlarında ısıtma için, diğeri ise yaz Ģartlarında soğutma için kullanılmaktadır. Bunların kıģ ve yaz geliģ gidiģ boruları farklıdır. Bu iģletme durumunda, soğutma grubu veya kazan devrededir. ġekil : Dört borulu fancoil sistem )Tümden havalı sistemler Merkezi bir iklimlendirme santralinde Ģartlandırılan hava kanallar vasıtasıyla iklimlendirilecek mahale gönderilir. Ġklimlendirilen mahalin ısı kayıp ve kazancını karģılayan tamamen Ģartlandırılan havadır. Merkezi klima santrali üzerinde karıģım odası, filtre, ön ısıtıcı, nemlendirici, damla tutucu, soğutucu, son ısıtıcı, fan, susturucu bulunur. ġekil 3: Bir iklimlendirme santrali Bir iklimlendirme santrali, havanın harekete geçirilmesi, temizlenmesi, ısıtılması, soğutulması, nemlendirilmesi veya neminin alınması için gerekli elemanları bir araya toplar. Ġklimlendirme sisteminin temel elemanlarının görevleri kısaca aģağıdaki gibidir. 68

71 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ Hava karıģım odaları: DıĢ hava ve iklimlendirilen mahalden gelen dönüģ havasını karıģtırmak için karıģım odaları kullanılır. Hijyenik ortamlarda ve dönüģ havası çok kötü olan mahal dıģında enerji tasarruf amaçlı kullanılır. GiriĢ ve dönüģ hava miktarları karıģım odasındaki klapelerle sağlanır. Filtre: Klima uygulamalarında hava temizliği, insan sağlığı yönünden olduğu kadar endüstriyel iģlemlerin gereği olarak da önemlidir. Genellikle havadaki toz, gaz veya buhar miktarı belirli bir sınırda tutulması gerekir. Filtreler istenmeyen bu maddelerin iklimlendirilen mahale gönderilmesini engeller. Filtreler kullanım amacına göre ve tuttukları toz partikülü büyüklüğüne göre değiģik tipte olabilir. Ön ısıtıcı: Hava belli sıcaklıklarda nem alabilir. Havanın daha fazla nem alması için havayı ısıtmak gerekir. Bu amaçla iklimlendirme santraline nemlendiriciden önce konulan ısıtıcılardır. ġayet sisteme giren hava yeterince nemli ise, yada sıcaklığı yeterince yüksek ise ön ısıtıcı devre dıģı bırakılabilir. Nemlendirici: Konfor Ģartlarında mahale verilen havanın bağıl neminin alt sınırlarının %30- %40 olması istenmektedir. Bu nedenle; mahale verilen sistem havasının neminin bu sınırların altında olması durumunda nemlendirilmesi ve üstünde olması durumunda da neminin alınması gerekmektedir. Nemlendirme odaları, konfor tesisatlarında mahale verilen havanın neminin konfor Ģartlarına getirilmesi amacı ile kullanılmaları yanında tekstil, tütün ve deri sanayi gibi endüstriyel alanlarda ihtiyaç duyulan nemli havayı sağladıklarından oldukça önem taģımaktadırlar. Damla tutucu: Nemlendiriciden sonra hava akıģı içerisindeki fazla suyun iklimlendirilen mahale gitmemesi için damla tutucu kullanılır. Soğutucu: Yaz Ģartlarında kullanılır. Genellikle içerisinde soğutma makinesinden elde edilen soğuk su bulunan batarya üzerinden hava geçirilir ve bu havanın sıcaklığı düģer. Son ısıtıcılar: Son ısıtıcı sistem havasının esas ısıtıcısıdır. Sistemde nemlendiriciden sonra gelir ve mahale verilen havanın ısı ihtiyacını karģılamak amacı ile kullanılır. Fan: Ġstenilen hızdaki hava hareketini sağlayıp mahale gitmesini sağlar. Çoğunlukla radyal fanlar kullanılmaktadır. Susturucu: Ġklimlendirilen mahale ses ve gürültü gitmesini en aza indirmek amacı ile kullanılırlar. 69

72 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ DENEY CĠHAZLARIININ TANITIMI Mühendislik laboratuarı kapsamında Temel Ġklimlendirme Deney Seti, Isı Geri Kazanımlı Klima Santral Deney Seti, ve Soğutma Kulesi Deney Seti düzenekleri tanıtılıp farklı deneyler yapılacaktır. 1)Temel Ġklimlendirme Deney Seti Amaç: Temel iklimlendirme deney setinde; iklimlendirme ünitesinde ısıtma, soğutma, nemlendirme gibi temel iģlemlerin gösterilmesi ve bu iģlemleri psikrometrik diyagram üzerinde gösterebilmek. t 9 t 10 t t 5 t 6 7 t 8 t 3 t 4 t 1 t Soğutucu ÇıkıĢ damperi Kondenserde atılan ısı [W] YoğunlaĢma sıcaklığı [ 0 C] C 50 0 C 45 0 C 40 0 C 35 0 C 5 0 C 30 0 C 100 kompresör 4 3 t dört yollu vana evaporatör fanı kondenser fanı 1 V-otomat sigorta 0 VAC Cos A V Son ısıtıcı Nemlendirici Ön ısıtıcı Radyal fan Filtre-kurutucu kompresör kondenser ġekil 4: Temel iklimlendirme deney seti ve Ģematik resmi 70

73 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ Deneyde yapılacaklar 1-Havanın duyulur ısıtma iģlemi -Havanın duyulur soğutma iģlemi 3-Nemlendirmeli ısıtma iģlemi Ölçüm sayısı 1.Durum.Durum 3.Durum t 1 [ 0 C] t [ 0 C] t 3 [ 0 C] t 4 [ 0 C] t 5 [ 0 C] t 6 [ 0 C] t 7 [ 0 C] t 8 [ 0 C] t 9 [ 0 C] t 10 [ 0 C] Yük hesabı: Havanın hacimsel debisi V h... ( m 3 /s) (Pervaneli hızölçer ile ölçülecek) Havanın kütlesel debisi V m h v h g v GiriĢteki havanın özgül hacmi (m 3 /kg) g Ön ısıtma yükü m (h h ) Q 1 h 1 Soğutma yükü m (h h ) Q h 3 Nemlendirme yükü m (x x ) W h 4 3 Son ısıtma yükü Q 3 m h (h5 - h 4) Ġstenenler a-ġģlemlerin psikrometrik diyagramda gösterilmesi. b-isıtıcı ve soğutucu kapasitelerinin hesaplanması. ) Isı Geri Kazanımlı Klima Santral Deney Seti Amaç: Isı geri kazanımlı klima santral deney setinde; iklimlendirme ünitesinde karıģım havalı iklimlendirme sistemlerinin anlatılması ve deney setinde değiģik uygulamaların yapılması. 71

74 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ ġekil 5: Isı geri kazanımlı klima santral deney seti ve Ģematik resmi Deneyde yapılacaklar 1-Havanın duyulur ısıtma iģlemi -Havanın duyulur soğutma iģlemi 3-Nemlendirmeli ısıtma iģlemi 4- Nemlendirmeli soğutma iģlemi Ġstenenler 1-ĠĢlemlerin psikrometrik diyagramda gösterilmesi. 7

75 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ -Isıtıcı ve soğutucu kapasitelerinin hesaplanması. Ölçüm sayısı 1. Durum.Durum 3.Durum 4.Durum GiriĢ kuru termometre, t 1 [ 0 C] GiriĢ yaģ termometre, t [ 0 C] Isı değiģtirici çıkıģı kuru t., t 3 [ 0 C] Isı değiģtirici çıkıģı yaģ t., t 4 [ 0 C] Ön ısıtma sonu kuru term., t 5 [ 0 C] Ön ısıtma sonu yaģ term., t 6 [ 0 C] Soğutma sonu kuru term., t 7 [ 0 C] Soğutma sonu yaģ term., t 8 [ 0 C] Nemlendirme sonu kuru t., t 9 [ 0 C] Nemlendirme sonu yaģ t., t 10 [ 0 C] Son ısıtma sonu kuru term., t 11 [ 0 C] Son ısıtma sonu yaģ term., t 1 [ 0 C] Isı değiģtirici çıkıģı kuru t., t 13 [ 0 C] Isı değiģtirici çıkıģı yaģ t., t 14 [ 0 C] Hava hızı, u [m/s] Giren havanın özgül hacmi, v[m 3 /kg] Ön ısıtıcı akımı, I 1 [A] Son ısıtıcı akımı, I [A] 3) Soğutma Kulesi Deney Seti Amaç: Soğutma kulesinin temel fonksiyonunun anlatılması ve uygulamalı olarak gösterilmesi, soğutma kulesinde değiģik Ģekillerde ve Ģartlarda ölçümlerin alınıp verim hesabının yapılması, iģlemlerin psikrometrik diyagramda çizilmesi. Ġstenenler 1-Soğutma kulesinin veriminin hesaplanması. ġekil 8: Soğutma kulesi deney seti 73

76 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ -Havadaki ve sudaki ısı değiģiminin hesaplanması. 3-Yapılan deneylerin psikrometrik diyagramda gösterilmesi. Ölçüm sayısı 1 3 Örnek Dolgu sıklığı [m /m 3 ] Hava giriģ (kuru h) sıcaklığı, t 1 [ 0 C] 17.9 A Hava giriģ (yaģ h) sıcaklığı, t [ 0 C] 13.3 B Hava çıkıģ (kuru h) sıcaklığı, t 3 [ 0 C] 16.4 Hava çıkıģ (yaģ h) sıcaklığı, t 4 [ 0 C] 16 Su giriģ sıcaklığı, t 5 [ 0 C] Su çıkıģ sıcaklığı, t 6 [ 0 C] 17.5 Soğutma yükü, Q s [W] 900 Su debisi, m su [L/h] 00 Hava hızı, u [m/s] 1.38 Ölçüm sayısı Dolgu sıklığı [m /m 3 ] Hava giriģ (kuru h) sıcaklığı, t 1 [ 0 C] A Hava giriģ (yaģ h) sıcaklığı, t [ 0 C] B Hava çıkıģ (kuru h) sıcaklığı, t 3 [ 0 C] Hava çıkıģ (yaģ h) sıcaklığı, t 4 [ 0 C] Su giriģ sıcaklığı, t 5 [ 0 C] Su çıkıģ sıcaklığı, t 6 [ 0 C] Soğutma yükü, Q s [kw] ,8,7 Su debisi, m su [L/h] Hava hızı, u [m/s] , 1. YaĢ hazne yaklaģımı [K] 74

77 Hazırlayanlar:Doç.Dr.Hüsamettin BULUT&ArĢ.Gör.Asım Fatih DURMAZ Ek:1- Psikrometrik Diyagram 75

78 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları DENEY 1: REYNOLDS DENEYİ 1883 de ilk defa Osborne Reynolds tarafından yapılan deneyde, cam bir boru içi su dolu bir depoya bağlanmış olup, boru içindeki suyun akma hızı arzu edilen değere ayarlanabilmektedir. Borunun giriş ucuna bir nozul (emzik) konularak boru içerisinde renklendirilmiş su verilebilmektedir. Bu deneye ait düzenek aşağıda verilen şekilde görülmektedir. Reynolds bu deneyi borunun değişik noktalarındaki kesitlere uygulamış ve bu kısımlarda renkli suya ait akım iplikçiğinin bozulmadığını akışkanın birbirine paralel ve düz doğrular boyunca aktığını görmüştür. Akışkanın akım hızı arttırıldığında, hızın belirli bir değerinden sonra renkli suya ait akım iplikçiğinin ortadan kalktığı ve bütün su kütlesinin renklendiği görülmüştür. Diğer bir ifadeyle yüksek akış hızlarında, suyu meydana getiren parçacıklar borunun uzun ekseni boyunca birbirine paralel hareket etmeyip, borunun kısa ekseni boyunca da hareket etmeye başlar ve böylece tam bir karışma (yani türbülans ) meydana gelir. Akımın bu şekilde bir tipten diğerine değiştiği andaki sıvı akım hızı kritik hız olarak adlandırılır. Reynolds daha sonra yaptığı deneylerde bu iki tip akış şeklini meydana geliş şartlarını incelemiş ve kritik hızın ; boru çapına, akışkanın akışkan hızına yoğunluğuna ve viskozitesine bağlı olduğunu bulmuş ve bu 4 faktörün sadece bir şekilde gruplandırılabileceğini göstermiştir. Reynolds sayısı hidrodinamik incelemelerde büyük bir önem taşır ve makina mühendisliğinde yaygın şekilde kullanılır. Reynolds sayısının 300 den büyük olduğu değerlere karşılık gelen akış hızlarında türbülans ile karşılaşılır DENEY CİHAZININ TANITIMI Hidrolik Tezgah Deneyde, genel olarak; rezervuarda bulunan su, sürekli rejimde, bir pompa vasıtasıyla metal boru içerisinden geçirilmekte ve tekrar rezervuara boşaltılmaktadır. Metal tüp boyunca, akan suyun, iki noktadaki statik basınç değerleri manometreler vasıtasıyla ölçülmektedir. 1

79 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları Ayrıca, Bernoulli deneyinde olduğu gibi debi, belirli bir süre içerisinde biriken su miktarını ölçerek bulunmaktadır. 1. Sıvı seviye göstergesi (litre cinsinden).. Akış kontrol vanası (giriş vanası). 3. Bernoulli deney düzeneğinin yerleştirileceği yer. 4. Hacimsel debi ölçüm tankı. 5. Şamandra. 6. Kontrol panosu. Şekil 1.1 Hidrolik Tezgah Reynold Deney Cihazı Suyun siteme pompalanması için şekil 1.1 de gösterildiği gibi bir hidrolik tezgah bulunmaktadır. Reynold ölçüm deney düzeneği şekil. de gözükmektedir. Deney cihazı hidrolik tezgahın üzerine yerleştirilerek deney başlatılır Mürekkep kabı. Mürekkep vanası 3. Mürekkep akış borusu 4. Su girişi düzenleyici 5. Test borusu 6. Su rezevuarı 7. Taşma borusu 8. Su kaynağına bağlantı borusu 9. Boşaltma borusu 9 Şekil 1. Reynold deney düzeneği 1.. DENEYDEN BEKLENTİLER VE HESAPLAMALAR:

80 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları 1) Elde edilen bilgiler kapsamında akış karakterlerini belirleyiniz. ) Deneyin aynı şartlarda farklı sıcaklıklarda tekrar edildiğinde hesaplamaları tekrarlayarak yorumlayınz? 3) Akış örneklerinin birbirlerinden nasıl farklılıklar gösterdiğini açıklayınız. Hesaplanan Re sayısı ile belirlenen akış rejimleri deneyde gözlemlenen akış rejimleriyle aynı mıdır? 4) Laminar ve türbülanslı akışta hız profilini açıklayınız. Ne gibi farklılıklar vardır? 5) Hız-Re sayısı grafiğini farklı sıcaklıklar için aynı grafik üzerinde çiziniz ve yorumlayınız. (sıcaklıklık değeri olarak C seçiniz) DENEY : CEBRİ AKIŞLI BORU SİSTEMİNDE YÜK KAYIPLARI Bir boru hattı boyunca akan bir akışkan boru cidarlarındaki sürtünme direnci veya bağlantı noktalarında akışta meydana gelen karışmalar nedeniyle basınç kaybına uğrar. Bu kayıplar iki ana başlık altında toplanabilir. 1. Sürekli Kayıplar ( Sürtünme Kayıpları ). Yerel Kayıplar ( Lokal Kayıplar ).1. SÜREKLİ KAYIPLAR Gerçek sıvıların boru içindeki hareketinde oluşan ( H) yük kaybı, akıma ters yöndeki sürtünme kuvvetlerinin neden olduğu enerji kaybının birim kütleye düşen değeridir. Borulardaki akıma Bernoulli denklemini uygulayabilmek için h ın belirlenmesi gerekir. h yatay bir boru için Bernoulli denkleminden bulunabilir. p g Şekil.1 1 p + v 1 g + z = g + v 1 g + z + h 1 olduğundan, h = 1 p v 1 = v, z 1 = z p 1 g veya h 1 = h 1 - h (1) bulunur. Buradan, h ın basınç kaybı ile orantılı olduğu görülür. Demek ki Şekil 1 deki gibi (1) ve () kesitlerine yerleştirilmiş piyezometre boruları arasındaki yükseklik farkı, doğrudan bu 3

81 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları mesafedeki yük kaybını vermektedir. Piyezometrik düşü hattı nın eğimi genellikle hidrolik gradyent olarak tanımlanır ve i sembolüyle gösterilir. (1) ve () kesitleri arasında i = h 1 - h / L olarak yazılabilir. Şimdi hidrolik gradyenti teorik olarak bulmaya çalışalım. Üstteki eşitlikten, h 1 - h = i.l olduğu görülür. Bunu piyezometrik basınç cinsinden ifade edersek, p 1 - p =.g.i.l bulunur. Borunun L uzunluğu boyunca P 1 ve P basınçlarından dolayı akış yönünde net bir kuvvet meydana gelir. (p 1 - p )A Boru cidarlarında ise bu kuvvete eşit fakat ters yönde kayma gerilmesinin sebep olduğu bir kuvvet oluşur. Sonuçta,.P.L (p 1 - p )A =.P.L yazılabilir. Burada A borunun kesit alanı, P ise çevresidir. A = D /4, P = D, p 1 -p =.g.i.l yerine yazılırsa, = ( D 4 ). g. i () bulunur. Şekil 1.. de laminar ve türbülanslı akış için boru kesiti boyunca hız profilleri görülmektedir. Deneysel çalışmalar göstermiştir ki laminar akış durumunda hız profilleri paraboliktir. Şekil.. Laminar ve türbülanslı akışlarda hız dağılımları Merkez hattı hızı U, ortalama hız V ile gösterilirse laminar akış durumunda, U/V = 4

82 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları dir. Cidardaki hız gradyenti, yazılabilir. Buradan kayma gerilmesi, du dr R bulunur. (3) denklemi () de yerine yazılırsa, = - 4U D = 8 V D = - 8V D (3) i = 3 V gd (4) elde edilir. Böylece, yatay bir borudan V ortalama hızıyla akan akışkan için, laminar akış durumunda hidrolik gradyent teorik olarak bulunabilir. Türbülanslı akış durumunda hız profilinin Reynolds sayısı arttıkça gittikçe düzlemsel hale geldiği görülmektedir. Yani Re sayısı arttıkça U/V oranı da az da olsa değişmektedir. Türbülanslı akışın tabiatı gereği cidardaki kayma gerilmesi için basit bir ifade bulmak mümkün değildir. Ancak deneysel sonuçlar göz önüne alınarak nun ortalama akışkan basıncı (1/) V ile orantılı olduğu söylenebilir. Buradaki orantı sabiti boyutsuz bir sayı olan sürtünme faktörü ( f ) olarak tanımlanır. Bu formül () denkleminde yerine yazılırsa, = f. (1/)..V (5) i = 4f D V g (6) bulunur. i = h / L yerine yazılırsa, h = 4f L D Darcy eşitliği bulunmuş olur. Dolayısıyla f değeri bilindiği taktirde (6) denkleminden hidrolik gradyent veya (7) den yük kaybı bulunabilir. (4) ile (6) denklemi birbirine eşitlenirse, V g laminar akış için f = 16 / Re (8) bulunur. Yani f = 16/Re alınırsa (6) denklemi laminar akış için de kullanılabilir. Türbülanslı akış durumunda, boru pürüzlülüğü de f in bulunmasında önemli bir faktördür. Prandtl a göre Re sayısının 10 4 ile 10 7 değerleri arasında verilen (7) 1 f = 4.log Re f (9) 5

83 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları denklemi pürüzsüz borularla yapılan deneylerle oldukça iyi uyuşmaktadır. Buradan f i bulmak biraz güçtür. Dolayısıyla % lik bir hata payıyla 10 4 ile 10 5 Reynolds sayıları arasında pürüzsüz borular için Blasius denklemini kullanmak daha uygun olur. 0 f Re.5 (10) Pürüzlü borularda ise pürüzlülük oranına bağlı olarak f in bulunması için birtakım formüller verilmişse de en uygun yol Moody diyagramını kullanmaktır. Şekil.3. Moody diyagramı Deneysel çalışmalar f nin Re sayısı ile pürüzlülüğün ( /D) bir fonksiyonu olduğunu göstermiştir. Türbülanslı bir akışta akışın laminar olduğu bölgede (laminar alt tabaka) f yalnız Re a, geçiş bölgesinde Re ve /D ye, tam türbülanslı bölgede ise yalnız /D ye bağlıdır... YEREL KAYIPLAR 1. Ani genişleme kaybı. Ani daralma kaybı 3. Depoya giriş, depodan çıkış kaybı 4. Dirsek kayıpları 5. Çeşitli tesisat elemanlarının oluşturduğu kayıplar 6. Arka arkaya bağlanan elemanların kayıpları Borularda sürtünmeden ileri gelen sürekli yük kayıpları yanında, akım yönünün ve kesit değişmesinin neden olduğu yerel yük kayıpları da vardır. Yerel yük kayıpları boru boyuna bağlı değildir ve çok kısa aralıkta enerji çizgisinin düşmesine neden olurlar. 6

84 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları..1 Ani Genişleme Kaybı Şekil.4. Şekilde görüldüğü gibi A 1 kesitli borudan akmakta olan akışkan ani olarak daha büyük kesitli (A ) borudan akmak durumunda kalırsa şekilde görüldüğü gibi 0 kesitinde ölü bir akışkan bölgesi meydana gelir. Bu bölgede bir p 0 basıncı oluşur. (1) ve () kesitleri arasında meydana gelen momentum değişimi, p 0, p 1 ve p basınçlarının sebep olduğu kuvvetlerin toplamına eşit olmalıdır. Momentumde ğişimi m. V. Q.( V V ) F p1a1 p A p 0 ( A A1) deneyler göstermiştir ki p 0 = p 1 dir ve F m. V den. Q g ( V V ) 1 1 Q = A 1.V 1 = A.V den, A ( p p ). Q ( V V ) g p p V. V V p p ( V. V V ) (1) ve () noktaları arasında Bernoulli denklemi yazılırsa, g 1 1. g (*) p 1 V1 p V g g h 1, h 1, = 1- kesitleri arasında ani genişlemeden dolayı meydana gelen enerji kaybı, (*) ı yerine yazarsak sonuçta h 1, V 1 g V p p 1 h 1, ( V V ) 1 olur. Süreklilikten (A 1 V 1 = A.V ) V = (A 1 /A ).V 1 değerini yerine yazarsak, g 7

85 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları A1 V1 A1 h1, ( 1 ) olur. Burada k A g 1 ( 1 ) A bulunur.... Ani Daralma Kaybı h 1, 1 1 k V g dersek, Şekil.5. Şekilde görüldüğü gibi A 1 kesitli borudan akmakta olan akışkan ani olarak daha küçük kesitli (A ) borudan akmak durumunda kalırsa akım ani daralma nedeniyle önce en küçük kesit teşekkül ettirecek şekilde daralır, sonra dar boruyu tüm dolduracak şekilde genişler. Burada (1) ve (3) kesitleri arasındaki enerji kaybı ihmal edilebilecek kadar küçüktür. Enerji kaybının büyük kısmı (3) ve () kesitleri arasında meydana gelir. Bu kesitler arasındaki kayıp, akım A c kesitinden A kesitine aniden genişliyormuş gibi düşünülerek bulunabilir. Ani daralma kaybı böylece (3) ve () kesitleri arasındaki ani genişleme kaybına eşit olacaktır. Ani daralma kaybı, h 1, ( V V ) olur. Süreklilikten (A c. V c = A.V ) V c = (A /A c ).V değerini yerine yazarsak, A h1, ( 1) A c c g V g olacaktır. Burada = A c /A daralma katsayısı olarak tanımlanır. k 1 1 (direnç katsayısı) değeri de yerine yazılırsa, h k V 1, g bulunur. Kesitler oranına bağlı olarak değerleri 8

86 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları A /A Depoya Giriş, Depodan Çıkış Kaybı Şekil.6. a) Depoya giriş kaybı, ani genişlemenin özel bir şeklidir. k=1, v 0 alınır. Sonuçta yük kaybı h 1, V1 g den bulunur. b) Depodan çıkış kaybı, ani daralmanın özel bir halidir alınır. k ( 1) (bazen 0.5) ve sonuçta A A 1 0,daralma katsayısı den yük kaybı bulunur...4. Dirsek Kayıpları a) Eğrisel dirsekler h 1,. V g b) Köşeli Dirsekler 9

87 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları c) Çatallar..5. Çeşitli Tesisat Elemanlarındaki Kayıplar..6. Arka Arkaya Bağlanan Elemanlar.3. DENEY CİHAZININ TANITIMI.3.1. Borulardaki Enerji Kayıpları Suyun siteme pompalanması için şekil 1.1 de gösterildiği gibi bir hidrolik tezgah bulunmaktadır. Enerji kayıpları ölçüm deney düzeneği şekil.7 de gözükmektedir. Deney cihazı hidrolik tezgahın üzerine yerleştirilerek deney başlatılır. 10

88 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları 1. Su Manometresi. Bourdon Manometresi 3. Su Manometresi için valf 1 3 Şekil.7. Borularda Enerji Kayıpları Deney Düzeneği.3.. Yerel Kayıplar Deneyi Suyun siteme pompalanması için şekil 1.1 de gösterildiği gibi bir hidrolik tezgah bu sistemde kullanılmaktadır. Yerel kayıpları ölçüm deney düzeneği şekil.8 de gözükmektedir. Deney cihazı hidrolik tezgahın üzerine yerleştirilerek deney başlatılır. 1. Su kaynağına (hidrolik tezgahtaki) hortum bağlantısı.. 8 ölçüm noktalı manometre. 3. Boru Sistemleri 4. Akış Kontrol vanası Şekil.8. Yerel kayıpları ölçüm deney düzeneği.4. DENEYDEN BEKLENTİLER VE HESAPLAMALAR: 11

89 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları Borulardaki Enerji Kayıpları a) Her alınan veri için hacimsel debiyi hesaplayın. b) Her alınan veri için akışın hızını hesaplayın. c) Her alınan veri için sürtünme katsayısını ( f ) hesaplayın. d) Her alınan veri için Reynolds sayısını hesaplayın. e) Laminar ve türbülans akış rejimleri için Re aralığı ile kritik Re sayısını bulun. Yorumlayın. f) Deneyin amacı ve deneyin yapılışna ilişkin şematik şekil ve bilgiler Yerel Kayıplar Deneyi a) Her alınan veri için hacimsel debiyi hesaplayın. b) Her alınan veri için akışın hızını hesaplayın. c) Her alınan veri için yük kayıp katsayısı (K) hesaplayın. d) Deneyin amacı ve deneyin yapılışına ilişkin şematik şekil ve bilgiler DENEY 3: BERNOULLİ DENEYİ 3.1. BERNOULLİ DENKLEMİ Bernoulli denklemi (BD) matematiksel olarak basit bir denklem olmasına karşın, pratik uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılabilmektedir. Denklemin çok sayıda akış için aynı akım çizgisi üzerindeki iki nokta arasında uygulanması sonucu akışa ait hız ve debi değerleri bulunabilmektedir. Bernoulli denklemi aşağıdaki gibidir. p 1 1 V 1 z 1 p 1 V z BD nin en önemli uygulamalarından biri; Şekil 3.1 de gösterilen değişken kesitli akış geometrileri (orifis, venturi ya da lüle) kullanılarak, akış debisinin belirlenmesidir. (1) ve () noktaları arasında kot farkı olmadığından (z1 = z); p 1 1 V 1 V p [1 1 ( p 1 V ( V 1 p / V ) ) ]. Süreklilik denklemi uygulandığında; Q AV 1 1 AV Q A ( p [1 1 ( A p ) / A ) 1 ] denklemi elde edilir. Bu son denklemde (1) ve () kesitleri bilinen değerler olup, bu iki nokta arasındaki basınç farkı ölçülerek debi değeri elde edilir. 1

90 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları Şekil 3.1. Orifis ve venturimetre gibi değişken kesitli geometrilerde akış 3.. VENTURİMETRE ÖLÇÜMLERİ P V z sabit g Yukardaki denklemin ilk terim statik basınç yükünü, ikinci terim dinamik basınç yükünü, üçüncü terim yüksekliği ifade etmektedir. Bu üç basınç yükünün toplamına, h toplam, toplam basınç yükü denmektedir ve bu denklem; sürekli rejimde, sürtünmesiz ve sıkıştırılamaz akış için, bir akım çizgisi boyunca sabittir; h h h h sabit toplam statik dinamik geometri Venturi tüpü yatayda olduğundan dolayı yükseklik hepsinde aynı olmaktadır. h h h sabit toplam statik dinamik Statik basınç ölçümü için, suyun durgun olduğu bir noktada ölçüm yapmak gerekir. Bu yüzden, statik basınç ölçümü tüp duvarında açılan küçük bir delik vasıtasıyla yapılır. Şekil 3. te de görüldüğü gibi, su partikülleri bu noktada küçük sapmalar yapsalar da durgun haldedirler. Toplam basınç yükünün ölçümü ise venturi tüpün içinde bulunan Pitot tüpü sayesinde gerçekleştirilir. Pitot tüpü, Şekil 3. te görüldüğü gibi, akış özelliklerine etkisi asgari olacak biçimde ince metal bir tüptür ve kanalın içine akış yönüne paralel şekilde yerleştirilmiştir. Diğer ucu ise bir manometreye bağlanmıştır. Tüp, akmakta olan suyu da içine aldığından hem statik hem dinamik yani toplam basınç yükü ölçülebilecek ve değeri, tüpe bağlı olan manometredeki yüksekliğe eşit olacaktır; h h h dinamik toplam h pitot h toplam statik V h dinamik g Akış sürekli rejimde ve sıkıştırılamaz olduğundan, sistemin her kesitinde hacimsel debi aynı olacaktır. Q AV A 1 1 V 13

91 Hazırlayanlar: Bülent Yeşilata ve Yusuf Işıker Kaynaklar: 1) Eren, F.Ü. Akışkanlar Mekaniği Laboratuar Föyü 3) 4) 5)Bülent Yeşilata, Akışkanlar Mekaniği Ders Notları Şekil 3.. Venturimetre ölçüm noktaları Debiyi ölçmenin bir başka yoluysa, sistemden atılan suyun belirli bir süre içerisindeki hacmini ölçmek ve bu değeri süreye bölmek olacaktır; Q buradan; t V hesaplanan A t hesaplanır Bernoulli Deney Cihazı Suyun siteme pompalanması için şekil 1.1 de gösterildiği gibi bir hidrolik tezgah bulunmaktadır. Bernoulli deneyi düzeneği şekil 3.3 de gözükmektedir. Deney cihazı hidrolik tezgahın üzerine yerleştirilerek deney başlatılır Su kaynağına (hidrolik tezgahtaki) hortum bağlantısı.. 8 ölçüm noktalı venturi tüp adet, venturi tüp boyunca statik basıncı ölçmek için, 1 tane, toplam basıncı ölçmek için boru tipi manometre. 4. Boşaltma vanası. 5. Sıkıştırma salmastrası. 6. Toplam basıncı ölçme mili (yatay hareket edebilir). 7. Hava alma vidası Şekil 3.3. Bernoulli deneyi düzeneği Orifis Deney Cihazı 14