Temel Batarya Bilgileri ve Seçim Esasları

Transkript

1 TEKNİK BÜLTEN Temel Batarya Bilgileri ve Seçim Esasları Murat ÖZER Sayı 15 Eylül 2020

2 Batarya Notasyonu 32x28 1/2 CS 20T 6R 1000A 2,8P 15NC (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) Batarya Geometrisi (b) Boru Çapı 3/8 = 9,53 mm 1/2 = 12,7 mm 5/8 = 15,88 mm

3 (c) Lamel Formu & Boru Tipi Geometri adlandırmalarında kullanılan CS, TES, CG, FS, FG, LS ve LG harfsel terimlerinin anlamları aşağıda verilmiştir. CS C: Kaburgalı lamel formu S: Düz (yivsiz) borulu CG C: Kaburgalı lamel formu G: Yivli borulu FS F: Düz lamel formu S: Düz (yivsiz) borulu FG F: Düz lamel formu G: Yivli borulu LS L: Patlatmalı lamel formu S: Düz (yivsiz) borulu LG L: Patlatmalı lamel formu G: Yivli borulu TES TES: Kabarcıklı lamel formu S: Düz (yivsiz) borulu (d) Bir Sıradaki Boru Sayısı (e) Sıra Sayısı (f) Lamel Uzunluğu, mm (g) Hatve (Lameller Arası Mesafe), mm (h) Devre Sayısı Değişkenlerin Batarya Seçimindeki Rolleri ve Etkileri Aşağıdaki değerlendirmelerde söz konusu değişkenin diğer tüm değişkenlerin sabit tutulması durumunda sitem çıktılarına olan etkileri yorumlanmıştır. 1. Hacimsel Hava Debisi Yükselmesiyle birlikte; hava hızı yükseldiği için, hava tarafı basınç kaybı artar. Hava çıkış sıcaklığı; ısıtma bataryası için düşer, soğutma bataryası için yükselir. Her ne kadar hava tarafı T düşse de kapasite, kütlenin artmasından dolayı artar. Kapasite artışına paralel olarak akışkan tarafı kütlesel debi ve akışkan tarafı basınç kaybı da artacaktır. 2. Yoğunluk Burada bahsedilen giriş havası yoğunluğudur. Giriş havasının yoğunluğu şu sebeplerden dolayı artabilir. Rakımın düşmesi yani atmosfer basıncının artmasıyla ve sıcaklığın yükselmesiyle olabilir. Standart atmosfer basıncında havanın yoğunluğu 1,2 kg/m3 tür. Yoğunluğun düşmesi, kütleyi düşüreceğinden dolayı kapasiteyi düşürür. Bu sebeple de akışkan miktarı ve basınç kaybı azalır. Hacimsel debi değişmediği için hava hızı ve hava tarafı basınç kaybı değişmez.

4 3. Giriş Havası Kuru Termometre Sıcaklığı Giriş havası KT sıcaklığının artması ısıtıcı ve soğutucularda farklı sonuçlara sebep olabilir. Isıtıcılarda akışkan sıcaklığı yüksek, soğutucularda ise düşüktür. Dolayısıyla hava tarafı giriş KT artarsa ortalama logaritmik sıcaklık farkı; ısıtıcı için düşerken, soğutucularda yükselecektir. Bu sebeple ısıtma kapasitesi düşerken, soğutucu kapasitesi artacaktır. Isıtıcı için çıkış havası sıcaklığı yükselecektir diyebiliriz fakat soğutucu için bu yorumu yaparken daha fazla bilgiye sahip olmamız gerekir. Çünkü giriş havası nem seviyesi ana kriter olarak durmaktadır. Gizli ısı ve duyulur ısı değişim oranlarını görmek gerekecektir. Yine de kabaca, kuru hava için artacağını, nemli hava için düşeceğini söyleyebiliriz. Soğutucularda nemli giriş havası şartı varken, giriş Ktnin artmasıyla gizli ısı kapasitesi düşer, duyulur kapasite artar. Toplam kapasite ise artmış olacaktır. Kuru hava şartlarında ise giriş Ktnin artması gizli kapasiteyi değiştirmezken duyulur kapasiteyi ve toplam kapasiteyi arttırır. 4. Giriş Bağıl Nemi Giriş bağıl neminin ısıtıcı bataryalarda herhangi bir etkisi olmaz. Soğutucu bataryalarda ise, giriş bağıl neminin yükselmesi gizli ısı kapasitesinin artmasına neden olurken tersine duyulur kapasiteyi düşürür. Ancak toplam kapasite artmış olur. Duyulur kapasite düştüğü için çıkış KT sıcaklığı yükselecektir. 5. Giriş Akışkan Sıcaklığı Bataryalar için, akışkan giriş sıcaklığının düşmesi, akışkan debisinin artmasına sebep olur. Be sebeple ortalama logaritmik sıcaklık farkı düşse de çok az miktarda düşen kapasite neredeyse aynı kalır. Akışkan debisi arttığı için akışkan tarafı basınç kaybı ciddi oranda yükselecektir. Tekrar bu basıncı düşürmek için devrelemenin düzenlenmesi gerekir. Gereken düzenlemeler yapılınca (devre sayısının artması veya kollektör çaplarının büyütülmesi) kapasitenin düştüğü görülecektir. 6. Akışkan Tipi Sulu bataryalarda kullanılan akışkana alternatif olarak etilen glikol, propilen glikol, antifrogen, etanol gibi karışımların eklenmesi akışkanın ısı iletim kat sayısını düşüreceği için, kapasiteyi düşürür. Buna bağlı olarak akışkan tarafı basınç kaybı da bir miktar düşecektir. 7. Lamel Uzunluğu (Genişlik) Lamel uzunluğu havanın bataryadan geçtiği alanın yatay uzunluğunu ifade eder. Bu ölçünün büyümesi direk olarak kesit büyüdüğü için hava hızının düşmesine neden olur. Hava hızının düşmesiyle hava tarafı basınç kaybı da düşer. Batarya uzunluğu arttığı için ısı transfer yüzey alanı da artar ve bunla birlikte kapasite de artacaktır. Akışkan tarafında da debi ve basınç artacaktır. 8. Bir Sıradaki Boru Sayısı (Yükseklik) Bir sıradaki boru sayısının artmasıyla beraber bataryanın yüksekliği artar. Bu da lamel uzunluğunun artması gibi hava hızını düşürür, hava tarafı basıncı düşürür, yüzey alanını arttırır ve kapasiteyi de arttırır. Akışkan tarafında da debi ve basınç artacaktır. 9. Sıra Sayısı Sıra sayısının artması batarya kapasitelerini yükseltir. Temel sebebi serpantin yüzey alanının artmasına bağlıdır. Hava tarafında daha fazla sürtünme yüzeyi oluşacağından dolayı, basınç kaybı artar. Akışkan tarafında da debi ve basınç artacaktır.

5 10. Hatve (Lameller arası mesafe) Lameller birbirine ne kadar yakın olursa, batarya yüzey alanı o kadar artmış olur. Yani hatve düşerse, kapasite artar. Hava daha fazla dirence maruz kalır, hava tarafı basınç kaybı artar. Kapasite artışıyla beraber akışkan tarafı basınç da artar. 11. Devre Sayısı Devre sayısının artmasıyla beraber akışkan debisi düşer ve akışkan tarafı basınç kaybı azalır. Kapasitenin düşmesine neden olurken, hava tarafı basınçlarda herhangi bir etkiye neden olmaz. 12. Kollektör Çapı Kollektör çapı sadece akışkan tarafı basıncı etkiler. Çap büyüdükçe basınç düşecektir. Kapasiteler ve hava tarafı basınçlar üzerinde herhangi bir etkisi yoktur. 13. Lamel Malzemesi Standart olarak alüminyum kullanılır. Yüzey kaplama ve bakır kullanımı opsiyonlar arasındadır. Kapasiteye olan etkileri açısından değerlendirecek olursak; en düşük kapasiteye sahip olandan başlayarak şu şekilde yazılabilir; epoksi kaplı alüminyum < hidrofolik kaplı alüminyum < almüminyum < bakır. Hava tarafı basınç kaybı genel olarak alüminyumda daha düşük çıkar. Hangi Durumda Ne Yapmalıyız Aşağıdaki şartlar belirli bir hava giriş şartları ve belirli bir kesit için, batarya tarafında yapılabilecek değişiklikleri kapsar. Kapasiteyi Arttırmak İçin Akışkan Tarafı Basıncı Düşürmek İçin Hava Tarafı Basıncı Düşürmek İçin Hatveyi düşür Devre sayısını düşür Sıra sayısını arttır Kollektörü büyüt Devreyi sayısını arttır Hatveyi büyüt Sıra sayısını düşür Hatveyi büyüt Sıra sayısını düşür Geçiş (Pass) Sayısı n = (Sıra sayısı x Bir sıradaki Boru Sayısı) / Devre Sayısı = Toplam Boru Sayısı / Devre Sayısı Boru Boyu L = Isı transfer Alanı / (π x boru iç çapı x toplam boru sayısı) Bir ısı değiştiricisinin kapasitesi; Q = K A t m Burada; K = toplam ısı transfer katsayısı [W/m 2 o C], A = toplam ısı transfer yüzey alanı [m 2 ], Δtm = ortalama logaritmik sıcaklık farkıdır. [K] Ortalama logaritmik sıcaklık farkı ise, ters akımlı ısı değiştiricileri için;

6 t t t = 1 2 m t1 ln( ) t t = (t t ) 2 1 1ç 2g, t = (t t ) 2 1g 2ç Burada; t1ç ve t1g havanın çıkış ve giriş sıcaklıklarını gösterirken, t2ç ve t2g akışkanın çıkış ve giriş sıcaklıklarını göstermektedir. Şekil - Nem alıcılı soğutma uygulamasının psikometrik diyagramda gösterimi Duyulur Isı Oranı = Td; bataryanın efektif yüzey sıcaklığı, apparatus dew point dir. İdeal şartlarda bataryadan çıkan havanın kuru termometre sıcaklığı bu sıcaklığa eşittir. Ancak bu batarya verimsizliklerinden dolayı hiçbir zaman mümkün olmaz. By-pass faktör kavramı bunu ifade eder. By-Pass Faktör = Gizli Soğutma Kapasitesi Duyulur Soğutma Kapasitesi Toplam Soğutma (Nem Alıcılı Soğutma) Toplam Soğutma (Akışkan

7 Kapasite Hesapları - Isıtıcı Batarya Örneği Batarya sabiti üzerinden; Q = K A t m Q = 53,0 [W/m 2 K] x 40,8 m 2 x 59,7 K = 129 kw Hava Tarafından; Hava Giriş Entalpisi (psikometriden) = 8,5 kj/kg Hava Çıkış Entalpisi (psikometriden) = 47,3 kj/kg Q = m x h = [m 3 /h] x 1,2 [kg/m 3 ] x (47,3 8,5)[kj/kg] / 3600s = 129 kw Veya (sadece duyulur kapasite hesabında); Q = m x C x t = 1,2 [kg/m 3 ] x [m 3 /h] x 0,24 [kcal/kg 0 C] x (38,4-0)[ 0 C] / (3600 / 4,18) = 129 kw Akışkan Tarafından; Q = m x h = [kg/h] x ( )[j/kg] / (1000 x 3600s) = 127,3 kw

8

9 Giriş havası entalpisi Giriş havası özgül nemi Doymuş su buharının entalpisi hfg 71,5 kj/kg 13,5 g/kg 2500 kj/kg (35 0 C giriş havası için tablolardan okunur) Çıkış havası entalpisi 38,4 kj/kg Çıkış havası özgül nemi 9 g/kg 12 C de doymuş su için hf 46 kj/kg Batarya sabiti üzerinden; Q = K A t m Q = 55,0 [W/m 2 K] x 58,1 m 2 x 13,22 K = 42,25 kw Hava Tarafından; Q = m x (( h) ( w x hf))= [m 3 /h] x 1,2 [kg/m 3 ] x ((71,5 38,4)-(13,5-9) x 46/1000)) [kj/kg] / 3600s = 42,75 kw Qduyulur = m x C x t = 1,2 [kg/m 3 ] x [m 3 /h] x 0,24 [kcal/kg 0 C] x (35-14,6)[ 0 C] / (3600 / 4,18) = 27,3 kw Qgizli = m x W x hfg = [m 3 /h] x 1,2 [kg/m 3 ] x (13,5-9)[g/kg] x 2500 [kj/kg] / (1000x3600) = 15 kw Akışkan Tarafından; Q = m x h = [kg/h] x ( )[j/kg] / (1000 x 3600s) = 42,4 kw İlave Notlar Yüksek hava hızı; Batarya bypass faktörünü artırır. Yani bataryadan, ısı transferine uğramadan geçen hava miktarı artar. Hava tarafı basınç kaybını artırır, bu da fan motor gücünün artmasına neden olur. Bataryanın yüzeyindeki su damlacıklarının taşınmasına neden olur. Ayrıca ses seviyesini de artırır. Bataryada sıra sayısının artması; Batarya hava tarafı basınç kaybını artırmakla beraber batarya verimsizliğini de hissedilir oranda artırmaktadır. Batarya sıra sayısını optimumda tutabilmek için aşağıdaki hususlar göz önünde bulundurulmalıdır: Bataryaya gönderilecek su sıcaklığı, batarya ortalama yüzey sıcaklığından yaklaşık 3 C düşük olmalıdır. Bataryadan çıkan havanın şartları batarya ortalama yüzey sıcaklığına çok yakın olmamalıdır. By-pass faktörü %8-15 alınmalıdır. Isıtıcı-Soğutucu Batarya Büyüklüklerindeki Farkın Sebebi Isıtıcı bataryalarda kullanılan akışkan sıcaklığının, bataryaya giren hava sıcaklığına göre oldukça yüksektir. Bu nedenle, batarya sıra sayısı, yüzey alanı ve hava tarafı basınç kaybı soğutucu bataryaya göre oldukça düşük çıkmaktadır.