ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ

Transkript

1 ADIYAMAN ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ MAK 421 MAKİNE LABORATUVARI II ÇOKLU ISI DEĞİŞTİRİCİSİ EĞİTİM SETİ DENEY FÖYÜ 2018

2 İÇİNDEKİLER TEORİK BİLGİLER... 3 Isı Değiştiriciler... 3 Isı Transfer Hızı... 3 Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı Yöntemi... 3 TESİSATIN TANITIMI... 5 DENEYLER ) Fanlı serpantin (fan-coil) tipi ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması ) İç içe borulu ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması ) Yüzey ve boru tipi ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması ) Plakalı ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması TABLOLAR-ŞEKİLLER Şekil 1. Paralel ve karşıt akış... 3 Şekil 2. Paralel akışlı ve karşıt akışlı ısı değiştiricilerinde T 1 ve T 2 ifadeleri... 4 Şekil 3. Çapraz akışlar Şekil 4. Çapraz akışlar için düzeltme faktörü F... 5 Şekil 5. Çoklu ısı değiştiricisi eğitim seti şeması Tablo 1. Fan-Coil deney verileri tablosu... 7 Tablo 2. İç içe borulu ısı değiştirici deney verileri tablosu... 8 Tablo 3. Yüzey ve boru tipi ısı değiştirici deney verileri tablosu... 9 Tablo 3. Plakalı ısı değiştirici deney verileri tablosu Şekil 6. Psikometrik Diyagram... 11

3 TEORİK BİLGİLER Isı Değiştiriciler: Isı değiştiriciler uygulamada yaygın olarak kullanılırlar; bir mühendis kendini çok sık olarak, - kütle debisi bilinen bir akışkan akımında belirli bir sıcaklık değişimini gerçekleştirmek veya belirli bir ısı değiştiricide soğuk veya sıcak akışkan akımlarının çıkış sıcaklıklarını hesaplamak üzere- ısı değiştirici seçmek durumunda bulunur. Isı değiştiriciler genellikle çalışma şartlarında bir değişme olmaksızın uzu süre boyunca çalışırlar. Bu sebeple sürekli akış aygıtları olarak modellenebilirler. Öyle ki her bir akışkanın kütle debisi sabit kalır; girişte veya çıkışta sıcaklık ile hız gibi akışkan özellikleri aynı kalır. Ayrıca akışkan akımlarının hız ve yükseklikleri ya çok az değişir veya hiç değişmez, böylelikle kinetik ve potansiyel enerji değişimleri ihmal edilebilir. Bir akışkanın özgül ısısı genel olarak sıcaklığa bağlı olarak değişir. Fakat belli bir sıcaklık aralığında özgül ısı, az bir duyarlılık kaybı ile ortalama bir sabit değer olarak alınabilir. Boru boyunca eksenel ısı iletimi genellikle önemsizdir ve ihmal edilebilir. Sonuç olarak ısı değiştiricinin dış yüzeyi, çevreye ısı kaybı olmayacak şekilde mükemmel yalıtılmış olarak kabul edilebilir ve ısı transferi sadece iki akışkan arasında gerçekleşir. Isı Transfer Hızı: Yukarıda ifade edilen idealleştirmelere uygulamada çok yaklaşılır ve çözüm basitleştirilmiş olur. Termodinamiğin birinci yasasına göre: Q mc p T.. (1) Ortamların birbirine olan ısı transfer hızlarının eşit olmasından söz edilebilir. Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı Yöntemi: Bir ısı değiştiricide ısı transfer hızı, Q UA T... (2) s log, ort U: Toplam ısı transfer katsayısı As: Isı transferi alanı T log, ort T1 T2.(3) ln( T / T ) 1 2 Şekil 1. de görüldüğü gibi, bir paralel akışlı çift borulu ısı değiştiricisi incelensin. Dikkat edilirse soğuk ve sıcak akışkanlar arasındaki sıcaklık farkı, ısı değiştiricinin girişinde yüksektir ve çıkışa doğru üstel olarak azalır. Beklendiği gibi, ısı değiştirici boyunca sıcak akışkanın sıcaklığı azalır ve soğuk akışkanın sıcaklığı artar; fakat ısı değiştirici ne kadar uzun olursa olsun, soğuk akışkan sıcaklığı hiçbir zaman sıcak akışkan sıcaklığını aşamaz. Şekil 1. Paralel ve karşıt akış

4 Şekil 2. Paralel akışlı ve karşıt akışlı ısı değiştiricilerinde T 1 ve T 2 ifadeleri. Şekil 3. Çapraz akışlar. Şekil 2. yi dikkatlice inceleyiniz; logaritmik ortalama sıcaklık farkı yönteminde kullanılan T 1 ve T 2 terimlerinin her birinin paralel ve karşıt akışlı ısı değiştiriciler için farklı şekilde hesaplandığını göreceksiniz. Hesaplamalarınızda bu farklılığı göz önüne almalısınız. Tek Geçişli Çapraz Akış Düzeltme Faktörü (F): Yukarıda bahsedilen T log,ort logaritmik ortalama sıcaklık farkı bağıntısı, yalnız paralel akışlı ve karşıt akışlı ısı değiştiricilerle sınırlıdır. Çapraz akışlı ısı değiştiricisi eşdeğer sıcaklık farkı ile karşıt akışlı durumdaki logaritmik ortalama sıcaklık farkının aşağıdaki gibi ilişkilendirilmesi uygundur. Burada F düzeltme faktörü olup ısı değiştiricisinin geometrisine, sıcak ve soğuk akışkan akımlarının giriş ve çıkış sıcaklıklarına bağlıdır. T F T (4) log, ort ( çapraz _ akış ) log, ort (karşıt_akış) Tlog,ort(karşıt_akış) teriminin hesaplanma şekli Şekil 2. de detaylı olarak verilmiştir. F düzeltme faktörü; çapraz akışlı bir ısı değiştiricisi için, karşıt akışlı logaritmik ortalama sıcaklıktan sapmanın ölçüsüdür. t2 t1 P T, T1 T2 R t t t ifadeleri Şekil 4 te düzeltme faktörü F i bulmak için kullanılır.

5 Şekil 4. Çapraz akışlar için düzeltme faktörü F c) İki akışkanı da karışmayan tek geçişli çapraz akış. d) Bir akışkanı karışan diğeri karışmayan tek geçişli çapraz akış. TESİSATIN TANITIMI Şekil 5. Çoklu ısı değiştiricisi eğitim seti şeması. Tesisat; 1 açık ve 1 kapalı su hatlarından, 2 adet debimetreden, vanalardan, 2 kademeli ısıtma tankından, sirkülasyon pompasından, sıcaklık/nem/basınç sensörlerinden, 1 adet genleşme deposundan, 1 adet fan-coil den, 1 adet iç içe borulu ısı değiştiricisinden, 1 adet plakalı ısı değiştiricisinden ve 1 adet yüzey boru tipi ısı değiştiricisinden oluşmaktadır.

6 MALZEMENİN ADI Plakalı ısı değiştirici ÖZELLİĞİ WEKO B3-14A-24 Isı transferi yüzey alanı A=0,014 m2 İç içe borulu ısı değiştirici (koaksiyonel) 5/8-7/8 Boru toplam yüzeyi A=0,01173 m2 Fanlı serpantin ünitesi (fan-coil) Yüzey boru ısı değiştirici (shell and tube) Kapalı genleşme kabı Dolaşım pompası Elektrik ısıtıcı LCD ekran Sigorta Dış ölçüler HSK HAD-0-1 Alın yüzeyi Ay=0,108 m2 Boru toplam yüzeyi A=0,25 m2 Kontherm yağ soğutucu, Boru toplam yüzey alanı A=0,253 m2 Kombi tipi, V=4/3πR3=4/3 π 0,13=0,0042 m3 Calpeda NCS (1 boru bağlantılı), üç kademeli W (Teorik kapasite) DOP-B05S2015 1x10 A+1x6A 0,5x1,0x1,45 m

7 DENEYLER Aşağıda verilmiş olan deneyleri yaparak veri tablolarını doldurunuz. Veri tablolarından ve verilmiş olan formüllerden yararlanarak işlemleri yapınız. Gerek duyacağınız bazı genel veriler verilmemişse mantıklı bir değer kabullenmesi yaparak işlemlerinizi yapınız. Logaritma işleminde Sayı/0 durumu oluşursa deney verilerinde bu durumu aşacak kadar (çok küçük) bir değişiklik yaparak işlemlerinize devam edin. 1) Fanlı serpantin (fan-coil) tipi ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması. I. Sigortaları açın, ana şalteri açın. II. LCD ekran üzerinden kontrol menüsüne girin. III. Pompayı devreye alın. IV. Debiyi 400 L/h konumuna getirin. V. LCD ekran üzerinden ısıtıcıları açın. VI. Fan hızını %100 olarak ayarlayıp fanı çalıştırın. Damperler tam açık konumda olsun. VII. Sistem kararlı hale gelince aşağıdaki tabloyu doldurun. Ölçülen Özellik Ölçüm Değeri Ölçümün LCD Panel Tanımı Sıcak su giriş sıcaklığı T 1 [ o C] Sıcak su dönüş sıcaklığı T 2 [ o C] Fanlı serpantin giriş kuru termometre sıcaklığı T 5 [ o C] Fanlı serpantin çıkış kuru termometre sıcaklığı T 6 [ o C] Fanlı serpantin giriş bağıl nem değeri H 5 [%] Fanlı serpantin çıkış bağıl nem değeri H 6 [%] Isıtıcı toplam gücü [W] Debi 400 [L/h] Hava hızı [m/s] Tablo 1. Fan-Coil deney verileri tablosu -Eğer havanın hızını biliyorsanız; Havaya aktarılan ısı transfer hızını bulmak için Qhava mhava hçıkan hgiren formülünü kullanınız. Burada h giren ve h çıkan, giren ve çıkan entalpi değerlerini ifade etmektedir. Sıcaklık ve bağıl nem kullanılarak deney föyünün sonunda verilmiş olan (Şekil 6.) psikometrik diyagram yardımı ile bu entalpi değerleri bulunur. Havanın kütlesel debisi ve havanın yoğunluğu kullanılır. m hava bulunurken; havanın ölçümlenen hızı, serpantin alın yüzey alanı -Eğer havanın hızını bilmiyorsanız; Isıtma suyuna gelen soğutma yükünü bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. -Toplam ısı transfer katsayısı U : (2) numaralı formülden yararlanılarak bulunur. Bu formülde kullanılacak olan yüzey alanı Fan-Coil boru toplam yüzey alanıdır. Logaritmik sıcaklık değerini bulurken ısı değiştiricisinin tipine göre işlem yapmakta dikkatli olunuz. (bkz Şekil 2,3,4)

8 2) İç içe borulu ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması I. Sigortaları açın, ana şalteri açın. II. İç içe borulu ısı değiştirici soğuk su bağlantılarını sıcak su ile paralel/karşıt olarak akacak şekilde bağlayın. III. LCD ekran üzerinden kontrol menüsüne girin. IV. Pompayı devreye alın. V. Hem kapalı sistem hem de açık sistem için debi 400 L/h olacak şekilde akışı ayarlayın. VI. LCD ekran üzerinden ısıtıcıları açın. VII. Sistem kararlı hale gelince aşağıdaki tabloyu doldurun. Ölçülen Özellik Ölçüm Değeri Ölçümün LCD Panel Tanımı Paralel Karşıt Sıcak su giriş sıcaklığı T 1 [ o C] Sıcak su dönüş sıcaklığı T 2 [ o C] Soğuk su giriş sıcaklığı T 3 [ o C] Soğuk su dönüş sıcaklığı T 4 [ o C] Isıtıcı toplam gücü [W] Sıcak su debisi (kapalı sistem) 400 [L/h] Soğuk su debisi (açık sistem) 400 [L/h] Tablo 2. İç içe borulu ısı değiştirici deney verileri tablosu -Isıtma suyundaki ısı kaybı hızını bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. -Soğutma suyundaki ısı kazanç hızını bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. *Hem soğutma suyundaki ısı kazanç hızını hem de ısıtma suyundaki ısı kaybı hızını bulduktan sonra karşılaştırıp, karşılaştırma sonucunu yorumlayınız (fark var mı? varsa % kaç ve sebebi ne olabilir?). -Toplam ısı transfer katsayısı U : (2) numaralı formülden yararlanılarak bulunur. Bu formülde kullanılacak olan yüzey alanı İç içe borulu ısı değiştirici boru toplam yüzey alanıdır. Logaritmik sıcaklık değerini bulurken ısı değiştiricisinin tipine ve akışın yönüne göre işlem yapmakta dikkatli olunuz. (bkz Şekil 2,3,4) Toplam ısı transfer katsayısını hem paralel akış için hem de karşıt akış için ayrı ayrı bulunuz. Isı transfer hızı için ısıtma suyundaki ısı kaybı hızını dikkate alın.

9 3) Yüzey ve boru tipi ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması I. Sigortaları açın, ana şalteri açın. II. Yüzey ve boru tipi ısı değiştirici soğuk su bağlantılarını sıcak su ile paralel/karşıt olarak akacak şekilde bağlayın. III. LCD ekran üzerinden kontrol menüsüne girin. IV. Pompayı devreye alın. V. Hem kapalı sistem hem de açık sistem için debi 400 L/h olacak şekilde akışı ayarlayın. VI. LCD ekran üzerinden ısıtıcıları açın. VII. Sistem kararlı hale gelince aşağıdaki tabloyu doldurun. Ölçülen Özellik Ölçüm Değeri Ölçümün LCD Panel Tanımı Paralel Karşıt Sıcak su giriş sıcaklığı T 1 [ o C] Sıcak su dönüş sıcaklığı T 2 [ o C] Soğuk su giriş sıcaklığı T 3 [ o C] Soğuk su dönüş sıcaklığı T 4 [ o C] Isıtıcı toplam gücü [W] Sıcak su debisi (kapalı sistem) 400 [L/h] Soğuk su debisi (açık sistem) 400 [L/h] Tablo 3. Yüzey ve boru tipi ısı değiştirici deney verileri tablosu -Isıtma suyundaki ısı kaybı hızını bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. -Soğutma suyundaki ısı kazanç hızını bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. *Hem soğutma suyundaki ısı kazanç hızını hem de ısıtma suyundaki ısı kaybı hızını bulduktan sonra karşılaştırıp, karşılaştırma sonucunu yorumlayınız (fark var mı? varsa % kaç ve sebebi ne olabilir?). -Toplam ısı transfer katsayısı U : (2) numaralı formülden yararlanılarak bulunur. Bu formülde kullanılacak olan yüzey alanı Yüzey ve boru tipi ısı değiştirici boru toplam yüzey alanıdır. Logaritmik sıcaklık değerini bulurken ısı değiştiricisinin tipine ve akışın yönüne göre işlem yapmakta dikkatli olunuz. (bkz Şekil 2,3,4) Toplam ısı transfer katsayısını hem paralel akış için hem de karşıt akış için ayrı ayrı bulunuz. Isı transfer hızı için ısıtma suyundaki ısı kaybı hızını dikkate alın.

10 4) Plakalı ısı değiştiricide toplam ısı transfer katsayısının hesaplanması I. Sigortaları açın, ana şalteri açın. II. Plakalı ısı değiştirici soğuk su bağlantılarını sıcak su ile paralel/karşıt olarak akacak şekilde bağlayın. III. LCD ekran üzerinden kontrol menüsüne girin. IV. Pompayı devreye alın. V. Hem kapalı sistem hem de açık sistem için debi 400 L/h olacak şekilde akışı ayarlayın. VI. LCD ekran üzerinden ısıtıcıları açın. VII. Sistem kararlı hale gelince aşağıdaki tabloyu doldurun. Ölçülen Özellik Ölçüm Değeri Ölçümün LCD Panel Tanımı Paralel Karşıt Sıcak su giriş sıcaklığı T 1 [ o C] Sıcak su dönüş sıcaklığı T 2 [ o C] Soğuk su giriş sıcaklığı T 3 [ o C] Soğuk su dönüş sıcaklığı T 4 [ o C] Isıtıcı toplam gücü [W] Sıcak su debisi (kapalı sistem) 400 [L/h] Soğuk su debisi (açık sistem) 400 [L/h] Tablo 4. Plakalı ısı değiştirici deney verileri tablosu -Isıtma suyundaki ısı kaybı hızını bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. -Soğutma suyundaki ısı kazanç hızını bulmak için daha önce verilmiş olan (1) numaralı formülden yararlanabilirsiniz. *Hem soğutma suyundaki ısı kazanç hızını hem de ısıtma suyundaki ısı kaybı hızını bulduktan sonra karşılaştırıp, karşılaştırma sonucunu yorumlayınız (fark var mı? varsa % kaç ve sebebi ne olabilir?). -Toplam ısı transfer katsayısı U : (2) numaralı formülden yararlanılarak bulunur. Bu formülde kullanılacak olan yüzey alanı Plakalı ısı değiştirici ısı transferi yüzey alanıdır. Logaritmik sıcaklık değerini bulurken ısı değiştiricisinin tipine ve akışın yönüne göre işlem yapmakta dikkatli olunuz. (bkz Şekil 2,3,4) Toplam ısı transfer katsayısını hem paralel akış için hem de karşıt akış için ayrı ayrı bulunuz. Isı transfer hızı için ısıtma suyundaki ısı kaybı hızını dikkate alın.

11 Şekil 6. Psikometrik Diyagram