BORU ÇAPI HESABI Doç. Dr. Selahattin ÇELİK Makine Mühendisliği Bölümü 24.10.2017
Sıcak Sulu Isıtma Sistemlerinde Boru Çaplarının Belirlenmesi Ve Pompa Seçiminin Yapılması Tesisatta kullanılan boru çaplarının belirlenmesi ve pompa seçimi yapabilmek için boru çapı hesap çizelgesinin doldurulması gerekir.
Pompa seçiminde kazanda yatayda en uzak ve düşeyde en yukarıda olan radyatöre giden boru hattı esas alınır. Bu hatta kritik devre denilir. Dolaşım pompası basınç kaybı hesabı yapabilmek için; Boru çapı hesabı çizelgesi doldurularak pompanın toplam basınç değeri hesaplanır. Pompalı ısıtma sistemlerinde toplam basınç aşağıdaki gibidir. H= Σ(LR)+ ΣZ (mm SS) Yukarıdaki denklemde geçen değişkenler şunlardır: L: Boru parçalarının uzunlukları (m), R: Metre boru başına basınç kaybı (mmss/m) Z: Özel direnç kayıpları,
Yukarıdaki denklemde Z nin çizelge ile belirlenmesinde kullanılan sirkülasyon hızı ve boru çapı bilinmemektedir. Ayrıca H basıncıda bilinmemektedir. Sadece tesisat hakkında bilgi vardır. Tesisatı oluşturan kazan, kollektör, boru, vana, radyatör, genleşme deposu ile diğer donanımların düşey görüntülü ve iki boyutlu olarak gösterilen proje çizimine kolon şeması denir. Kolon şemalarında düşey ölçüler kat planı ölçeğinde fakat yatay ölçüler ölçeksizdir. Yatay ölçüleri farklı olan radyatörler değişik yükseklikte çizilir. Tesisat şemasında boruların üzerinde taşıdığı ısı miktarı yazılır. Bu halde tesisatın çalışması bakımından birbirine eşdeğer olan farklı çap değerlerinin kabul edilmesi mümkündür. Ekonomik açıdan çap değerleri küçük seçilirse maliyet düşecektir. Küçük çap seçmekle sirkülâsyon hızları da artar. Fakat bu durum basınç düşümünü artıracağından pompanın tükettiği enerji miktarını da artırır. Aksi durumda düşük hızlar boru şebekesinin pahalıya mal olmasına fakat işletme giderlerinin düşmesine neden olur. Kazan çıkışında hız, maksimum 0,80 m/sn olmalı ve radyatör devresine doğru düzgün bir şekilde düşmelidir. Radyatör devrelerinde ise hız maksimum 0,30 m/sn olmalıdır. Kritik devre radyatöründe maksimum hız 0,20 m/sn olmalıdır. Ayrıca sistemde 3 yollu vana, fan coil v.b. çok özel dirençler varsa bunları gerçek direnç değerleri kritik devre hesabına eklenmelidir. R Basınç düşümünü seçmek yaygın olarak kullanılır. Sıcaklık düşüşü ΔT= 90 70= 20 ºC için yaklaşık olarak şu R değerleri alınabilir. o o H= Σ(LR)+ ΣZ (mm SS) a) Sistemin pompa durduğu durumda da çalışması bekleniyorsa, R= 2,5 3 mmss/ m b) Pompa devre dışı kaldığında tabii sirkülâsyonla çalışması beklenmiyorsa, Küçük tesisler için; R= 5-8 mmss/ m Büyük tesisler için; R= 10 15 mmss/ m değerleri alınabilir.
Şekil 5.1 Örnek Kolon Şeması
Vidalı Yarı Ağır Boruların Çap Belirleme, Basınç Kaybı ve Hız Çizelgesi
Hesap Yöntemi
ξ DEĞERLERİNİ HESAPLAMA Tesisatın özel dirençlerinin hesaplanabilmesi sirkülâsyon hızı değerinin belirlenmesinden sonra mümkün olabilir. Σ ζ (Toplam kizi) değerleri ζ, (kizi) değerleri hesabının yapıldığı ζ değerlerini hesaplama çizelgesinin hazırlamasından sonra bulunur.
ξ DEĞERLERİNİ HESAPLAMA Boru çapı hesaplanırken hesaba esas olarak bir R değeri seçilir. Bu arada çap seçilirken su hızına da bakılmalıdır. Branşmanlarda en küçük değerinde olan su hızı, boru çapları büyüdükçe düzgün şekilde artırılmalı ve kazan girişinde en büyük hıza ulaşılmalıdır. Küçük çaplı borularda sessiz çalışma için su hızı 0,8 m/sn den büyük olmamalıdır. Daha hassas bir çalışma için ana boruda su hızı W< 0,5 m/s ve kolonlarda W< 0,3 m/s alınmalıdır. Bu kriter dikkate alınarak: 1- Kolon projesi çizilir. 2- Her boru bölümünün ısı miktarı bu bölümlerin üzerine yazılır. 3- Kritik devre bulunur. Kritik devredeki kritik radyatör seçilir. Kritik radyatör, yatay doğrultusunda en uzak ve bu devre üzerinde dikeyde en üstteki radyatördür. Bu radyatörden hesaplanmaya başlanır. 4- Önce bu radyatörlerden başlanarak devre üzerindeki bütün kısımlar numaralandırılır. Numaralandırma işine radyatörün dönüş borusundan başlanabilir. Her iki T parçası arasındaki kısma ayrı bir numara verilir. 5- Gidiş ve dönüş boru çiftleri birleştirilerek, boru çapı hesabı çizelgesinin a sütununa boru parçası numarası, b sütununa ısı miktarı ve d sütununa boru parçalarının uzunluğu yazılır. 6- Bundan sonra, pompalı sıcak su ile ısıtmada borulardaki basınç kaybı çizelgesinden boru çapı değerleri araştırılır.
ξ DEĞERLERİNİ HESAPLAMA 7- Pompalı sıcak sulu ısıtmada borulardaki basınç kaybı çizelgesi (20 ºC lık sıcaklık farkı için) çizelgesinden R değeri bulunur. Bu R değerinden yatay olarak gidilir ve borudan geçen ısı miktarına en yakın ısının büyük olanının yazılı olduğu sütun bulunur. Bu sütunun başında olan çap değeri aranan boru çapını verir. 8- Pompalı sıcak sulu ısıtmada borulardaki basınç kaybı çizelgesinden tayin edilen boru çapının bulunduğu sütundan aşağı inilir ve bu borudaki ısı miktarına karşılık gelen en yakın ısı miktarı bulunur. Buradan yatay olarak giderek bu borudaki gerçek R değeri tespit edilir. Boru çapı hesabı çizelgesinin g sütununa yazılır.
ξ DEĞERLERİNİ HESAPLAMA 9- Pompalı sıcak sulu ısıtmada borulardaki basınç kaybı çizelgesinde ısı değerinin altında m/sn olarak su hızı da yazdırılır. Bu hız alınarak boru çapı hesabı çizelgesinin f sütununa yazılır. 10- Gerçek R basınç düşümü ile buna ait boru boyu çarpılarak bu kısımdaki toplam basınç düşümü bulunur ve boru çapı hesabı çizelgesinin h sütununa yazılır. 11- ζ değerleri hesaplama çizelgesi yardımıyla özel direnç sayıları toplamı Σ ζ değeri bulunarak boru çapı hesabı çizelgesinin ı sütununa kaydedilir. ζ değerini hesaplama çizelgesi aşağıdaki adımlarla doldurulur. a) 1 sütununa parça numarası yazılır b) 2 sütununa boru çapı hesabı çizelgesinden boru çapı yazılır c) 2 den 21 sütununa kadar boru çapı hesabı çizelgesindeki değerler bulunarak yazılır. d) 22. sütuna ise özel dirençlere ait kayıpların toplamı yazılır 12) Hız ve Σ ζ yardımıyla sıcak sulu sistem için boruların Z özel dirençleri tespit edilerek boru çapı hesabı çizelgesinin k sütununa yazılır. 13) Sürtünme (LR) ve özel dirençler (Z) bir boru için boru hesabı çizelgesinin h ve k sütunlarına tek tek yazılır. h ve k sütunlarının toplamı, ΣLR ve Σ Z yi verir. ΣLR ve Σ Z nin toplamı H= ΣLR + Σ Z denklemine yerine konularak H toplam basıncı bulunur. Pompa basıncı H basıncını yenebilecek güçte olmalıdır.
Hesap Yöntemi
değerlerinin hesabı Değerlerini Hesaplama Çizelgesi