DENEY FÖYLERİ DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ. Küçük Sanayi sitesi 12 Ekim Cad. 36.Sok. No6A-B BALIKESİR Tel0266 2461075 Faks0266 2460948 ttp//www.deneysan.com mail deneysan@deneysan.com BALIKESİR-2010
2 A) HT-330 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM EĞİTİM SETİ ŞEMASI Fan ız kontrolü Acil durdurma butonu Hız dönüştürücü Ana şalter PT100 sıcaklık issedici Isıtıcı Isı yük kontrolü Hız göstergesi Çoklu sıcaklık anatarı e göstergesi Sayısal multimetre PT100 sıcaklık issedici Radyal fan B) MALZEME LİSTESİ S.NO MALZEMENİN ADI ADEDİ ÖZELLİĞİ 1 Radyal fan 1 Dündar CS-12.2 315 m 3 / 2 Sıcaklık issedici 3 PT100 3 Haa ız dönüştürücü 1 4-20 ma 4 Düz lea ısıtıcı 1 100x105 mm, A=0,0105 m 2 5 Çubuklu ısıtıcı 1 8x125 mm x17 adet, A=0,05338 m 2, V=0,00105 m 3 6 Çoklu lea tipi ısıtıcı 1 100x125 mm x9 adet, 230 W, A=0,028125 m 2 V=0,001125 m 3 7 Çoklu sıcaklık göstergesi 1 EMKO ESM-3710 8 Sayısal multimetre 1 ENTES EPM-06 9 Haa ız göstergesi 1 EMKO ESM-4400 10 Dimmer 2 Vi-ko 11 Haa kolonu 1 100x135x750 mm, A=0,0135 m 2
3 C) CİHAZIN BÖLÜMLERİ 1. Düz Lea Tipi Isı Değiştirici Düz lea tipi ısı değiştirici XX W gücünde olup kolon yuasına arka taraftan takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu ciaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize bağlanmalıdır. (Şekil-1) Şekil-1 Düz lea tipi ısı değiştirici Şekil-2 Çoklu düz lea tipi ısı değiştirici 2. Çoklu Düz Lea Tipi Isı Değiştirici Çoklu lea tipi ısı değiştirici YY W gücünde olup kolon yuasına arka taraftan takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu ciaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize bağlanmalıdır. (Şekil-2) 3. Çubuklu Tip Isı Değiştirici Çubuklu tip ısı değiştirici ZZ W gücünde olup kolon yuasına arka taraftan takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu ciaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize bağlanmalıdır. (Şekil-3) Şekil-2 Çubuklu lea tipi ısı değiştirici
A) DENEY NO HT-330-01 B) DENEYİN ADI Farklı tip ısı değiştiricilerde doğal e zorlanmış taşınımla enerji dengesinin esaplanması C) DENEYİN AMACI Farklı tip ısıtıcılarda doğal e zorlanmış taşınımla oluşan enerji dengesinin deneysel olarak nasıl esaplandığını karamak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI 1) Düz lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasına yerleştirin e elektrik bağlantı kablosunu yuasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 3) Fan ızını fan ız kontrolü yardımıyla en yüksek ıza ayarlayın. 4) Sistemin kararlı ale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli ale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Ana şalteri kapatıp düz lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasından sökün. 7) Daa sonra çoklu lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasına yerleştirip elektrik bağlantı kablosunu yerine takın. 8) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 9) Fan ızını fan ız kontrolü yardımıyla en yüksek ıza ayarlayın. 10) Sistemin kararlı ale gelmesini bekleyin. 11) Sıcaklıklar dengeli ale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 12) Ana şalteri kapatıp çoklu lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasından sökün. 13) 1-5 basamaklar arasındaki işlemleri çubuklu lea tipi ısıtıcı için gerçekleştirin. 14) Her üç tip ısıtıcı için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısıl kapasitelerini esaplayın. E) RAPORDA İSTENENLER Deney no, deneyin adı e amacı, plakalı ısı değiştiricinin ısıl kapasitesi, K ısı geçirgenlik değeri. Ölçüm sayısı Düz lea Çoklu düz lea Çubuklu lea Kolon aa giriş sıcaklığı, t1 [ 0 C] Isıtıcı yüzey sıcaklığı, t2 [ 0 C] Kolon aa çıkış sıcaklığı, t3 [ 0 C] Kolon aa ızı, u [m/s] Isıtıcı akımı (L2) I2 [A] Isıtıcı oltajı (L2) U2 [Volt] Fan akımı (L1) I1 [A] Fan oltajı (L1) U1 [Volt] HESAPLAMALAR Haaya aktarılan ısıl güç m Haa debisi [kg/s] Q m C ( t ) 3 t1 p [kw] m V A u 0 0,85u A
5 C p Haanın ısınma ısısı [kj/kgk] (Ortalama aa sıcaklığı için Tablo EK-1 den alınacaktır) ( t ) 1 3 t Haanın çıkış-giriş sıcaklık farkı [ºC] A Kolon kesiti (0.0135 m 2 ) Elektriksel giriş gücü U 2 I 2 Isıtıcı oltajı [Volt] Isıtıcı akımı [Amper] P U 2 I 2 [W] Termodinamiğin 1. kanununa göre ısı değişimi iş değişimine eşittir Q W Bu durumda enerji (güç) dengesi için aşağıdaki bağıntı yazılabilir P Q rad Q 0
6 A) DENEY NO HT-330-02 B) DENEYİN ADI Farklı tip ısı değiştiricilerde ıza bağlı olarak toplam ısı geçirgenlik katsayılarının değişimi C) DENEYİN AMACI Farklı tip ısıtıcılarda ıza bağlı olarak ısı transfer katsayısının nasıl değiştiğini esaplamak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI 1) Düz lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasına yerleştirin e elektrik bağlantı kablosunu yuasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 3) Fan ızını fan ız kontrolü yardımıyla 1.5 m/s değerine ayarlayın. 4) Sistemin kararlı ale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli ale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Fan ızını 2 m/s değerine ayarlayın. 7) Sıcaklıklar dengeli ale gelince aşağıdaki tabloya kaydedin. 8) Haa ızını sırasıyla 3, 4.5 m/s değerlerine ayarlayıp kararlılık sağlandığında ölçüm değerlerini tabloya kaydedin. 9) 1-8 basamaklar arasındaki işlemleri çoklu düz lea e çubuklu lea tipi ısıtıcılar için gerçekleştirin. 10) Her üç tip ısıtıcı için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısı transfer katsayılarını esaplayın. E) RAPORDA İSTENENLER Deney no, deneyin adı e amacı, farklı tip ısı değiştiricinin K ısı geçirgenlik değerleri. Ölçüm sayısı Düz lea Çoklu düz lea Çubuklu lea Kolon aa giriş sıcaklığı,t1 [ 0 C] Isıtıcı yüzey sıcaklığı, t2 [ 0 C] Kolon aa çıkış sıcaklığı, t3 [ 0 C] Kolon aa ızı, u [m/s] 1.5 3.0 4.5 1.5 3.0 4.5 1.5 3.0 4.5 Isıtıcı akımı (L2) I2 [A] Isıtıcı oltajı (L2) U2 [Volt] Fan akımı (L1) I1 [A] Fan oltajı (L1) U1 [Volt] HESAPLAMALAR Haaya aktarılan ısıl güç m Haa debisi [kg/s] Q m C ( t ) 3 t1 p [kw] (1) m V A u 0 0,85u A C p Haanın ısınma ısısı [kj/kgk] (Ortalama aa sıcaklığı için Tablo EK-1 den alınacaktır) ( t ) 3 t1 Haanın çıkış-giriş sıcaklık farkı [ºC]
7 A Kolon kesiti (0.0135 m 2 ) Elektriksel giriş gücü U 2 I 2 Isıtıcı oltajı [Volt] Isıtıcı akımı [Amper] P U 2 I 2 [W] Toplam ısı geçişi şu bağıntı ile esaplanır Q K A T ln (2) A Isıtıcı yüzeyi [m 2 ] T ln T g T Tg ln T ç ç T g T ç t 2 t 1 t 2 t 3 (1) e (2) bağıntıları birleştirilirse toplam ısı geçirgenlik katsayısı K A Q T ln [W/m 2 K] bulunur.
8 A) DENEY NO HT-330-03 B) DENEYİN ADI Çoklu plakalı ısı değiştirici için farklı ızlarda yüzeysel ısı iletkenlik değerinin esaplanması C) DENEYİN AMACI Çoklu plakalı ısı değiştirici için farklı ızlarda yüzeysel ısı iletkenlik değerlerinin nasıl esaplandığını karamak. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI 1) Çoklu düz lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasına yerleştirin e elektrik bağlantı kablosunu yuasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı dereye almayın. 3) Fan ızını fan ız kontrolü yardımıyla 1.5 m/s değerine ayarlayın. 4) Sistemin kararlı ale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli ale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Fan ızını 2 m/s değerine ayarlayın. 7) Sıcaklıklar dengeli ale gelince aşağıdaki tabloya kaydedin. 8) Haa ızını sırasıyla 3, 4.4 m/s değerlerine ayarlayıp kararlılık sağlandığında ölçüm değerlerini tabloya kaydedin. 10) Tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısı transfer katsayılarını esaplayın. E) RAPORDA İSTENENLER Deney no, deneyin adı e amacı, çoklu plakalı ısı değiştiricinin ısıl kapasitesi, K ısı geçirgenlik değeri. Ölçüm sayısı Düz lea Çoklu düz lea Çubuklu lea Kolon aa giriş sıcaklığı,t1 [ 0 C] Isıtıcı yüzey sıcaklığı, t2 [ 0 C] Kolon aa çıkış sıcaklığı, t3 [ 0 C] Kolon aa ızı, u [m/s] 1.5 3.0 4.4 1.5 3.0 4.4 1.5 3.0 4.4 Isıtıcı akımı (L2) I2 [A] Isıtıcı oltajı (L2) U2 [Volt] Fan akımı (L1) I1 [A] Fan oltajı (L1) U1 [Volt] HESAPLAMALAR Yüzeysel ısı iletkenlik değeri katmanlı (laminar) akışlarda doğrudan Nusselt sayısına bağlı olarak esaplanır. Ancak akış tedirgin (türbülanslı) akış formunda olduğunda Nusselt e Prandtl sayılarının bir fonksiyonu olarak esaplanır. Öncelikle akışın angi formda olduğunu anlamak için Reynolds sayısı (Re) esaplanmalıdır. Re<2300 olduğunda akış katmanlı (laminar) 2300<Re<4000 arası geçiş bölgesi Re>4000 tedirgin akış Reynolds sayısı u0 D 0.85 u 4A 3. 4 u A Re P P
9 Haanın yoğunluğu [kg/m 3 ] u Ölçülen aa ızı [m/s] A Kolon kesiti (0.0135 m 2 ) Haanın dinamik iskozitesi P Kolon çeresi (0,47 m) Nusselt Sayısı Nusselt sayısı yüzeydeki boyutsuz sıcaklık gradyenini gösterir. Aşağıdaki bağıntı ile ifade edilir. Nu D D k Yüzeysel ısı transfer katsayısı [W/m 2 K] D Dairesel olmayan borulardaki akış probleminde karakteristik uzunluk olarak efektif çap tanımlanmalıdır. Hidrolik çap değeri 4A D c P olarak tarif edilir. Burada, Ac akış kesit alanı e P ıslak çere uzunluğudur. Türbülanslı akış için dairesel kesitli borulara ait bağıntı kullanılabilir. Laminar akışta Nu sayısı sabittir, ancak türbülanslı akışta Reynolds sayısı e Prandtl sayısının bir fonksiyonu şeklinde ifade edilir. Bağıntı Nu 3.66 D Nu 4.36 D Nu D 0.023 Re 4/5 D Pr n Koşullar Laminar, sabit q, Pr>0.6 Laminar, sabit yüzey sıcaklığı, Pr>0.6 Türbülanslı, 0.6<Pr<160, ReD>10000, L/D>10, ısıtma için n=0.4, soğutma için n=0.3 Laminar akış için NuD değerleri tablo alinde erilir.
10 Eşmerkezli borulara ısı transfer uygulamalarında çok rastlanılır. Borunun iç e dış yüzeylerine ait Nu sayıları tanımlanır. Örnek u=1.5 m/s için e t3=27 ºC için 3.4uA 3.4x1.177 x1.5x0.0135 Re 9284.7 5 P 1.857 x10 x0.47 bu durumda akış tedirgin akıştır. Nusselt sayısı Nu D 0.023 Re 4 / 5 D Pr 0.4 =0.023 x 9284.7 0.8 x 0.713 0.4 = 30 bulunur. Buradan Nu k D Nu k P A 30 x0.02623 x0.47 0.028125 13.14 [W/m 2 K]
11 A) DENEY NO HT-330-04 B) DENEYİN ADI Farklı tip ısıtıcıların doğal e zorlanmış taşınım allerinde ısıl erimlerinin esaplanması C) DENEYİN AMACI Farklı tip ısıtıcılarda doğal e zorlanmış taşınım alleri için ısıl erimlerin esaplanması. D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR E) DENEYİN YAPILIŞI 1) Çoklu düz lea tipi ısıtıcıyı kolondaki yuasına yerleştirin e elektrik bağlantı kablosunu yuasına takın. 2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın. 3) Fan ızını fan ız kontrolü yardımıyla en yüksek ıza ayarlayın. 4) Sistemin kararlı ale gelmesini bekleyin. 5) Sıcaklıklar dengeli ale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin. 6) Fanı durdurun. 7) Kararlılık sağlanınca değerleri tabloya kaydedin. E) RAPORDA İSTENENLER Deney no, deneyin adı e amacı, çoklu lea tipi ısı değiştiricilerde doğal e zorlanmış durumda ısıl erim değerleri. Ölçüm sayısı Kolon aa giriş sıcaklığı, t1 [ 0 C] Isıtıcı yüzey sıcaklığı, t2 [ 0 C] Kolon aa çıkış sıcaklığı, t3 [ 0 C] Kolon aa ızı, u [m/s] Isıtıcı akımı (L2) I2 [A] Isıtıcı oltajı (L2) U2 [Volt] Doğal akış Çoklu düz lea Zorlanmış akış HESAPLAMALAR Haaya aktarılan ısıl güç m Haa debisi [kg/s] Q m C ( t ) 3 t1 p [kw] m V A u 0 0,85u A C p Haanın ısınma ısısı [kj/kgk] (Ortalama aa sıcaklığı için Tablo EK-1 den alınacaktır) ( t ) 1 3 t Haanın çıkış-giriş sıcaklık farkı [ºC] A Kolon kesiti (0.0135 m 2 ) Elektriksel giriş gücü P U I [W] 2 2 U 2 I 2 Isıtıcı oltajı [Volt] Isıtıcı akımı [Amper]
12 Zorlanmış akış alinde ısıl erim Q P P f Burada P f 1 1 U I Cos Doğal akış alinde ısıl erim Q P olarak erilir.
EK-1 Haanın atmosferik basınçtaki fiziksel özellikleri (Patm=101.325 kpa) 13