ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMB 405 KİMYA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI - 3

Transkript

1 ONOKUZ MAYIS ÜNİVERSİESİ MÜHENİSLİK FAKÜLESİ KİMYA MÜHENİSLİĞİ BÖLÜMÜ KMB 405 KİMYA MÜHENİSLİĞİ LABORAUVARI - 3 ENEY 5: KABUK ÜP ISI EĞİŞİRİCİ ENEYİ (SHALL AN UBE HEA EXCHANGER) EORİ ISI RANSFERİ Isı, sıcalı farından dolayı areet alinde olan enerjidir. Sıcalı farı olan er ortamda veya ortamlar arasında ısı transferi gerçeleşir. Isı transferi prosesleri üç değişi tipte olur: Kondüsiyon, Konvesiyon, Radyasyon Hareetsiz bir ortamda sıcalı gradyeni mevcutsa ısı transferi prosesi için iletim (ondüsiyon) terimi ullanılır. Ortam aışan veya atı olabilir. 2 > 2 q

2 Farlı sıcalılarda olan bir yüzey ve areetli bir aışan arasında olan ısı transferi prosesi taşınım (onvesiyon) terimi ile tanımlanır. Hareetli aışan q S s > Sonlu sıcalığa saip tüm yüzeyler eletromagneti dalgalar alinde enerji yayarlar. Farlı sıcalılardai ii yüzey arasında net ısı transferi, yüzeyler arasında engelleyici bir ortam olmadığında gerçeleşir. Bu ısı transferi prosesi ışınım (radyasyon) olara tanımlanır. q q 2 2

3 Isı ransferi İletim (Kondüsiyon) Isının iletildiği ortam içinde atom veya moleül gibi mirosopi parçacıların etileşimi yoluyla yapılan ısı transferidir. Zamana bağlı eşitlilerle ısı transfer proseslerini mitar olara ifade etme mümündür. Böylece, birim zamanda transfer edilen enerji mitarı esaplanabilir. İletim için zamana bağlı eşitli Fourier Kanunu olara bilinir. (x) fonsiyonu ile gösterilen bir sıcalı dağılımı olan bir duvardan bir boyutlu ısı transferi için: d q x yazılır. dx (x) 2 q x L x Isı aış veya iletim mitarı, q x (W/m2) transfer yönüne di birim alan için x doğrultusundai ısı transferidir. Bu mitar, bu doğrultudai sıcalı gradyeni d/dx ile orantılıdır. Orantı atsayısı, (W/mK) ısıl iletenli atsayısı olara bilinir. Negatif işaret ısının azalan sıcalı yönünde transfer edileceği gerçeğinin bir sonucudur. Zamanla değişmeyen sıcalı dağılımı lineer olduğunda sıcalı gradyeni: d 2 dx L ve ısı aış mitarı:

4 2 veya L q x q x 2 L L şelinde ifade edilir. Birim zamanda iletilen ısı mitarı için ısı aış mitarı transferin gerçeleştiği alan ile çarpılmalıdır: q x q A [W] x Isı ransferi aşınım (Konvesiyon) aşınımla ısı transferinde ii maenizma etilidir. Rastgele moleüler areetten dolayı olan enerji transferiyle birlite aışanın marosopi areetinden dolayı enerji transferi gerçeleşir. Aış, bir fan, pompa veya rüzgar gibi araçlarla sağlandığı zaman Cebri Konvesiyondan, yoğunlu farları nedeniyle sepiye uvvetleri tarafından sağlandığı zaman oğal Konvesiyondan basedilir. aşınım ile ısı transferi Newton Soğuma Kanunu ile formüle edilir. q S ; S Burada, q (W/m2) taşınım ısı aış mitarı, S : yüzey sıcalığı, : serbest aışan sıcalığı, (W/m2K) taşınım ısı transfer atsayısıdır., ısı transfer atsayısı aışan özellilerine ve aışan ızına bağlıdır. aış yönü y U y ız dağılımı q sıcalı dağılımı s ısıtılmış yüzey U(y) (y)

5 aşınım (onvesiyon) Boru içi aış ısı transfer atsayısı aış oşullarının laminar veya türbülanslı olmasına göre farlılı gösterir. Boru içindei aış oşullarını tanımlama üzere aşağıdai boyutsuz sayılar tanımlanır: Reynolds Sayısı Re u m Burada r aışanın yoğunluğu, um boru esit alanında ortalama aışan ızı, boru çapı ve m aışanın visozitesidir. Reynolds sayısı atalet ve visoz uvvetlerin oranı olara tanımlanır. Re < 2300 laminar aış ve Re > 0000 türbülanslı aış için gösterge abul edilir. Bu limitler arasında geçiş bölgesi tanımlanmıştır. Prandtl Sayısı c p Pr Burada cp sabit basınçta özgül ısı ve ısı iletim atsayısıdır. Prandtl sayısı momentum ve ısıl dağılımların oranı olara tanımlanır. Nusselt Sayısı Nu Burada ısı transfer atsayısıdır. Nusselt sayısı yüzeydei boyutsuz sıcalı gradyenini gösterir. Laminar aışta Nu sayısı sabittir, anca türbülanslı aışta Reynolds sayısı ve Prandtl sayısının bir fosiyonu şelinde ifade edilir.

6 Bağıntı Nu 3.66 Nu 4.36 Koşullar Laminar, sabit q, Pr>0.6 Laminar, sabit yüzey sıcalığı, Pr>0.6 Nu 0.023Re 4/5 Pr n ürbülanslı, 0.6<Pr<60, Re>0000, L/>0, ısıtma için n=0.4, soğutma için n=0.3 airesel olmayan borulardai aış probleminde arateristi uzunlu olara efetif çap tanımlanmalıdır. Hidroli çap değeri: 4A c P olara tarif edilir. Burada, Ac aış esit alanı ve P ısla çevre uzunluğudur. ürbülanslı aış için dairesel esitli borulara ait bağıntı ullanılabilir. Laminar aış için Nu değerleri tablo alinde verilir. Eşmerezli borulara ısı transfer uygulamalarında ço rastlanılır. Borunun iç ve dış yüzeylerine ait Nu sayıları tanımlanır.

7 q i q o s,i s,o m i o q, q i i s, i m o o s, o m Karşılı gelen Nu sayıları: i Nu i, Nu o o Hidroli çap değeri: / 4 o o i i o i ürbülanslı aış için Nu sayısı, idroli çap ullanılara dairesel esitli boru için bağıntılardan tesbit edilebilir. Laminar aış için tablo değerleri ounur. i / o Nu i Nu o i / o Nu i Nu o

8 üm ısı transferi, U (İletim + aşınım) Pratite iletim ve taşınım vasıtasıyla ısı transferi birço alde birlite olur. İi farlı sıcalıtai aışanı ayıran bir duvar alini düşünelim. A aışanından duvara yapılan ısı transfer aışı duvardan iletilen ve duvardan B aışanına yapılan ısı transferi aışına eşittir. Böylece: B B A A x q 2 2 yazılabilir. Bu denlemler sıcalılar cinsinden yazılıp yeniden düzenlendiğinde: B A B A x q üm ısı transfer atsayısı, U tarif edilere: B A B A U q x U ; 2 q A B x A aışanı B aışanı

9

10 ENEY ÜZENEĞİ: ANA ÜNİE ISI EĞİŞİRİCİ

11 Isı eğiştirici Ünitesinde Bulunan Elemanların Kodları Ve anımları KOLAR S - 6 S - S - 2 S - 3 S - 4 S - 5 S - 6 S - 7 SC - SC - 2 AVR - AVR - 2 AN - AR - AB - AP - AP - 2 AV - 2/ AV - 3/AV - 4/AV - 5 AV - 4/AV - 5/AV - /AV - 6/AV - 7/AV - 8 AVS - AVS - 2 ANIMLAR Su anı Sıcalı Sensörü Isı eğiştirici İçindei Sıca Su Sıcalı Sensörü Isı eğiştirici ışındai Sıca Su Sıcalı Sensörü Isı eğiştirici İçindei/ışındai Soğu Su Sıcalı Sensörü Isı eğiştiricide. Bölümdei Soğu Su Sıcalı Sensörü Isı eğiştiricide 2. Bölümdei Soğu Su Sıcalı Sensörü Isı eğiştiricide 3. Bölümdei Soğu Su Sıcalı Sensörü Isı eğiştirici İçindei/ışındai Soğu Su Sıcalı Sensörü Sıca Su Aış Sensörü Soğu Su Aış Sensörü Sıca Su Aışı üzenleme Vanası Soğu Su Aışını üzenleme Vanası Su anı Seviyesi Göstergesi Eletri Rezistansı Sıca Su Aış Pompası Soğu Su Boşaltma Vanası Sıca Su Boşaltma Vanası Paralel Ve ers Aış İçin Soğu Su Vanaları renaj Vanaları Güvenli Vanası Güvenli Vanası İKKA! - Isıtıcı tanla temastan saınınız çünü sıcalı 70 C nin üstüne çımış olabilir. 2- an doluyen boşaltma vanasını açmayınız 3- Uygulama devam ederen dış tüpün üstünde bulunan drenaj vanalarını açmayınız. 4- Su tanını seviye çizgisinin altına adar doldurunuz. 5- Uygulama yaparen tanın üstünü açmayınız. 6- Uygulamaya başlamadan önce vanaların doğru onumda olup olmadılarını ontrol ediniz. 7- üm sensörlerin arayüze (bilgisayara) bağlı olup olmadığını ontrol ediniz. 8- SCAA programını başlatınız.

12 ENEYİN AMACI: Isı değiştiricide sıca suyun aışının ısı transferine etisini inceleme ve Reynold sayısını esaplama ve bu yolla ızı belirleme GEREKLİ MALZEMELER: - Kabu üp Isı eğiştirici ENEYİN YAPILIŞI: - Vanaların ters aım düzenine göre açıldığını ontrol ediniz. 2- Isıtıcı tanın gösterge seviyesine adar suyla tamamen doldurulduğunu ontrol ediniz. 3- Pompayı ve rezistörü (ısıtıcıyı) açınız. 4- an sıcalığını 60 C ye ayarlayınız (S6) 5- Sıca su aışını yalaş olara 3 L/d olara ayarlayınız. 6- Elde edilen aış ve sıcalı verilerini tabloya aydediniz. 7- Sıca suyun aışını yalaşı 2.5 L/d ya azaltınız soğu suyun aışını sabit tutunuz. 8- Sistem stabil oldutan sonra elde edilen sıcalı ve aış ölçüm değerlerini tabloya aydediniz ve 8. Adımları sıca su aışını 2 L/d ve.5 L/d olara terarlayınız. 0- Sıca aışan tarafından transfer edilen ısı mitarını, soğu aışan tarafından azanılan ısı mitarını, aybedilen ısı mitarını esaplayınız. Ayrıca logaritmi sıcalığı, tüm ısı transfer atsayısını ve Reynold sayısını esaplayınız. ENEYSEL VERİLER VE HESAPLAMALAR SU ANKININ SICAKLIĞI Sıcalı est est 2 est 3 est 4 S S S2 S3 S4 S5 S6 S7 SC- (L/min) SC-2 ( L/min)

13 Yuarıdai verileri ullanara aşağıda verilen termodinami değerleri esaplayınız. - Sıca su tarafından transfer edilen ısı mitarı (q ) 2- Soğu su tarafından absorplanan ısı mitarı (q C ) 3- Isı ayıpları (q ) 4- Logaritmi sıcalı (Δ lm ) 5- üm ısı transfer atsayısı (U) 6- Aışanın ısı değiştiricidei ızı (µ, µ c ) 7- Sıca ve soğu su için Reynold Sayısı (Re, Re C ) SU ANKININ SICAKLIĞI est est 2 est 3 est 4 q (W) (q C ) (W) (q ) (W) Δ lm () U (W/m 2 * K) µ (m/s) µ c (m/s) Re Re c SORULAR: - Isı ransfer metodları aça ayrılır? Nelerdir? 2- Kondüsiyon nedir? Fourier Kanunu neyi açılar? 3- Konvesiyon nedir? 4- Radyasyon ile ısı transferinin oluşabilmesi için gereli ortam sıcalığı aç o C dir? 5- Endüstride ullanılan ısı değiştirici çeşitleri nelerdir? 6- Paralel ve ers Aımlı ısı eğiştiricilerini arşılaştırınız. 7- Kabu üp Isı eğiştiricide görülen ısı transfer metodlarını yazınız. Not: eoride föye bağlı almayınız. Araş. Gör. Gediz UĞUZ