Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. J. Fac. Eng. Arch. Gazi Univ. Cilt 22, No 3, 399-406, 2007 Vol 22, No 3, 399-406, 2007 BUHARLAŞTIRMALI SOĞUTUCULARDA SERPANTİN İLE SU PÜSKÜRTÜCÜLERİ ARASINDAKİ BÖLGEDE ISI VE KÜTLE TRANSFERİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ Hilmi Cenk BAYRAKÇI, Arif Emre ÖZGÜR ve Mehmet KUNDUZ İklimlendirme-Soğutma Programı, Senirkent MYO, Süleyman Demirel Üniveritei, 32600, Senirkent, Iparta Makine Eğitimi Bölümü, Teknik Eğitim Fakültei, Süleyman Demirel Üniveritei, 32260, Iparta Makine Mühendiliği Bölümü, Müh.-Mim. Fakültei, Süleyman Demirel Üniveritei, 32260, Iparta cenk@du.edu.tr, ozgurae@tef.du.edu.tr, mkunduz@mmf.du.edu.tr (Geliş/Received: 02.03.2006; Kabul/Accepted: 12.03.2007) ÖZET Bu çalışmada, buharlaştırmalı oğutucularda erpantin ile u pükürtücüleri araında kalan bölgedeki ıı ve kütle tranferi mekanizmaları deneyel olarak incelenmiştir. Çalışmamızın konuu olan bölge için, deneyel düzenek hava ile u karşıt akım oluşturacak şekilde taarlanmıştır. Bu çalışmanın amacı, incelenen bölgedeki volümetrik ıı ve kütle tranfer katayılarının deneyel ölçümler ve bir matematikel model yardımıyla elde edilmeidir. Deneyel onuçlar bilgiayar programı tarafından, Runge-Kutta metodu ve iterayon yöntemi kullanılarak, analiz edilmiştir. Elde edilen onuçlar, grafikel ve ampirik ifadeler ile verilmiştir. Bu ifadelerde değişken parametreler hava hızı, u debii ve çalışma bölgei yükekliği olarak alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Buharlaştırmalı oğutucu, ıı ve kütle tranferi, erpantin ve pükürtücüler. EXPERIMENTAL ANALYSIS OF HEAT AND MASS TRANSFER BETWEEN SERPENTINE AND WATER SPRAYS IN EVAPORATIVE COOLERS ABSTRACT In thi tudy, heat and ma tranfer mechanim are experimentally determined in the area which i between erpentine and pray of an evaporative cooler. For the area which i the ubject of our tudy, experimental ytem ha been deigned in a way that air and water make oppoite flow. The aim of thi tudy i to obtain volumetric heat and ma tranfer coefficient being examined in the area, with the upport of experimental meaurement and mathematical model. Experimental reult have been olved via a computer program by uing Runge Kutta and iteration method. The reult obtained from the experiment have been given a graphically and empirical tatement. In thee tatement changing air velocity, water flow rate and height of tudy area were taken variable parameter. Keyword: Evaporative condener, heat and ma tranfer, erpentine and pray. 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) İklimlendirme-oğutma itemlerinde, imalat anayinin proe oğutma kıımlarında, termik antrallerde egzoz buharının yoğuşturulmaında ve ıvı oğutulmaında buharlaştırmalı oğutucular yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Buharlaştırmalı oğutucular gerek işlevleri, gereke yapıları bakımından bazı yönleri ile benzeyip bazı yönleri farklı ola bile, termodinamik olarak heaplanmalarında çok benzerlikler vardır. Bu cihazların hepinde, ıı ve kütle geçişi nemli hava ile u araında olmaktadır. Buharlaştırmalı oğutucular için şimdiye kadar yapılan çalışmaların hemen hepinde, kullanılan veya heaplanan ıı tranferi katayıı değerleri, erpantin ile u girişi araında kalan bölgenin etkii erpantin bölgeine dâhil edilerek heaplanmaktadır. Bu tutum hatalı bir uygulamadır. Serpantin ile u girişi araındaki bölgede oluşan ıı tranferinin ve kütle tranferinin ayrıca belirlenmei gerekmektedir.
H.C. Bayrakçı vd. Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle Soğutucudan çıkan hava ve irkülayon uyu ıcaklığının heaplanmaında, bundan dolayı, erpantin ile oğutucuya u giriş bölgei (fıkiyeler) araında kalan hacimdeki ıı ve kütle tranferi katayılarının bilinmei gerekmektedir. Bu çalışma belirlenen bölgedeki ıı ve kütle tranferi katayıları değerlerinin belirlenmei için önem arz etmektedir. Çalışmada dikkate alınan bölgedeki ıı ve kütle tranferini, değerlendiren çalışmalardan biri Webb in yaptığı çalışmadır [1]. Webb, oğutma kulelerinde uyun ve havanın etkileşimde bulunduğu yükekliğin, doğrudan kule dolgu yükekliği olarak alınamayacağını belirtmiştir. Bu yükekliğe uyun bir nozuldan (pükürtücüden) pükürtüldüğü dolgu öncei hacmin yükekliğinin ve dolgudan onra, dolgu bitimi ve u havuzundaki u yüzeyi araında kalan hacmin yükekliğinin de ilave edilmei gerektiği belirtilmektedir. Kunduz, buharlaştırmalı yoğuşturucuların ııl heabı ile ilgili bir çalışma yapmıştır [2]. Bu çalışmada yapılan kabulde, pükürtülen u ile hava araında, u yoğuşturucu erpantin boru demetine ulaşıncaya kadar ve boru demetinden çıktığı andan itibaren u toplayıcıına ulaşıncaya kadar ıı ve kütle tranferi olaylarının olmadığı belirtilmiştir. Peteron vd. tarafından yapılan bir çalışmada u pükürtücüleri ile erpantin araında kalan bölge ve erpantin onraı ile hava giriş açıklığı araında kalan bölgedeki ıı tranferi ve kütle tranferini ihmal etmişlerdir [3]. Peteron ve arkadaşları bu bölgedeki tranfer olaylarının dikkate alınabileceğini ayrıca belirtmişlerdir. Stefanovic vd., bir oğutma kulei içeriinde gerçekleşen ıı ve kütle tranferinin, yalnızca kule dolguu bünyeinde olduğunu kabul etmenin hatalı olduğunu vurgulamışlardır [4]. Soğutma kulei içinde pükürtücü bölgeinin ve hava giriş açıklığı ile dolgu araında kalan bölgenin, ıı tranferinde ve kütle tranferinde etkin rol oynadıkları belirtmişlerdir. Su debiinin yükek olduğu itemlerde, bu iki bölgenin etkiinin daha çok arttığını ve bu iki bölgedeki yağmur hacminin dolgu hacminden daha büyük değerlere ulaşabileceğini belirtmişlerdir. Böyle durumlarda alışılagelmiş heaplama yöntemlerinin yanlış onuçlar verdiğini belirtmişlerdir. Ayrıca Stefanovic vd. kendi çalışmaları da dahil olmak üzere, bu durumları, dikkate alan hiçbir çalışmanın olmadığını belirtmişlerdir. 2. DENEYSEL YÖNTEM (EXPERIMENTAL METHOD) Buharlaştırmalı itemlerden olan mekanik çekişli karşıt akışlı buharlaştırmalı oğutucularda, akışkanın oğutulduğu erpantin ile u girişi olan pükürtücüler (fıkiyeler) araında kalan bölgedeki ıı ve kütle tranfer mekanizmaları bu çalışmanın konuunu oluşturmaktadır. Bu bölgede borulardan gelen u, pükürtücülerden belirli bir hızla ve açıyla erpantin borular üzerine akışkanı oğutmak amacıyla pükürtülmektedir. Deneyel çalışma için, buharlaştırmalı bir oğutucu imal edilerek kullanılmıştır. Deney düzeneği Süleyman Demirel Üniveritei Teknik Eğitim Fakültei laboratuarında imal edilmiş ve deneyler burada yapılmıştır. Deney yapılan yerin rakımı 1050 dir. Bu buharlaştırmalı item, 40 cm x 40 cm keit alanına ve 260 cm yükekliğe ahiptir. Şekil 1 de göterilen deney düzeneğinde, alt kıımda 3 no lu u havuzunda toplanan u, 4 ve 5 no lu pompalar vaıtaıyla, 8 no lu ııtıcı üniteye yani kazana baılmaktadır. Pompaların debiinin fazla veya az olmaı durumunda 6 no lu u debii ayarlama (by-pa) vanaı kullanılarak, debi ayarı yapılmaktadır. Su debii miktarı 9 no lu debimetreden gözlenmektedir. Ayrıca kazandan çıkan u ıcaklığının itenilenden yükek olmaı durumunda, 7 no lu u ıcaklık ayar vanaı kullanılarak, pompalardan çıkan u, kazan uyu ile karıştırılarak itenilen ıcaklık ağlanmaktadır. İtenilen ıcaklık dereceine ulaşan u, 1 no lu pükürtücüden pükürtülerek, 2 no lu boru demetlerinin üzerinden akarak, alt kıımda u toplama havuzunda birikmekte ve çevrim bu şekilde ürmektedir. Hava ie 15 no lu radyal fan vaıtaıyla iteme girmektedir. Çekilen hava deney düzeneğinin bulunduğu ortamdan dış ortama verilmekte, böylece itemden çıkan özellikleri değişmiş havanın tekrar iteme girmei engellenmektedir. Siteme giren havanın hızı, bir radyal fan ve fan devrini kontrol eden frekan konvertörü yardımıyla dört farklı değer olarak ağlanmıştır. Frekan konvertörü ile frekan değiştirilerek fanın devri kontrol edilmekte ve devrin değişmei ile hava hızı 2 ila 3,5 m/ araında (2 2,5 3 ve 3,5 m/) değişmektedir. Özetle motor devri frekan konvertörü tarafından değiştirilerek farklı hava hızı değerleri elde edilmiştir. Deneyel çalışma için itemdeki u akıı da dört farklı değerde ağlanmıştır. Bu değerler 3,5, 3, 2,5 ve 2 kg/m 2 dir. Deneyel çalışmada, ıraıyla 0,5 0,4 0,3 ve 0,2 m pükürtme bölgei yükekliklerinde çalışılmıştır. Her yükeklikte farklı u akıları ve hava hızı değerleri ile çalışılarak, u ve havanın giriş ve çıkış ıcaklıkları ile havanın giriş ve çıkış özgül nem değerleri ölçülmüştür. 3. ÇÖZÜM METODU (SOLUTION METHOD) Literatürdeki çalışmalar ışığında, u damlaları ve hava araındaki ıı ve kütle tranferini matematikel olarak 400 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007
Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle H.C. Bayrakçı vd. Şekil 1. Şematik olarak deney düzeneğinin göterimi, 1. Su pükürtücüü, 2. Boru demetleri, 3. Su toplayıcıı, 4 ve 5. Su beleme pompaları, 6. Su debii ayarlama vanaı, 7. Su ıcaklık ayarı (by-pa) vanaı 8. Iıtıcı ünite (Kazan), 9. Debimetre, 10. Veri okuyucu ve kaydedici cihaz, 11. Sıcaklık ve nem ölçüm probları, 12. Anemometre, 13. Damla tutucu, 14. Radyal fan (hava nemi ölçümü için), 15. Radyal fan (beleme havaı için), 16. Frekan konvertörü (Projection of chematic experimental ytem, 1) Spray 2) Serpentine 3) Storage tank 4 and 5) Pump 6) By-pa valve 7) Water temperature adjutment valve 8) Heater 9) Flowmeter 10) Data Logger 11) Temperature and air humidity probe 12) Anemometer 13) Drift eliminator 14) Radial fan (for air humidity meaurement) 15) Radial fan (for feeding air) 16) Frequency converter) modellemek için bazı kabuller yapılmıştır. Bunlar şu şekilde ıralanabilir. İncelenen bölge boyunca ıı tranferi ve kütle tranferi katayıları ortalama katayılar olarak alınmıştır. Sitem ürekli rejimdedir, buharlaştırmalı oğutucu duvarlarından atmofere olan ıı tranferi ihmal edilebilir bir büyüklüktür. Iı tranferi ve kütle tranferi yalnızca akışlara dik doğrultuda gerçekleşmektedir, çalışma bölgeinin her eviyeinde üniform ıcaklık dağılımı vardır. Suyun özgül ııı ve havanın özgül ııının ıcaklıkla değişimi diferaniyel denklemlerin türetilmeinde ihmal edilmiş, bu denklemlerin çözüm aşamaında ie değişim dikkate alınmıştır. Iı tranferi ve kütle tranferi aynı ara yüzey alanında gerçekleşmektedir. Çalışılan bölgede pükürtücülerden çıkan u damlaları çok küçük olduğundan u ile hava araındaki ara yüzey ıcaklığı, u ıcaklığına eşit olarak alınmıştır. Suyun incelenen bölgede homojen olarak dağıldığı kabul edilmektedir. Çalışma bölgeindeki ıı ve kütle tranfer mekanizmaları, Şekil 2 de göterilen kontrol hacmi ile açıklanabilir. Şekil 2 de göterilen kontrol hacmine göre kütle denge denklemi yazılıra; m& h dx =σ( x x)df (3) ifadei elde edilir. Burada x, havanın T d yani u yüzeyi ıcaklığındaki doyma özgül nem değeridir ve denklem (4) ve (5) yardımıyla heaplanabilir (Kunduz, 1992). Bu ifadelerde u yüzey ıcaklığı, u ıcaklığına eşit kabul edildiğinden, indii aynı zamanda doyma durumunu d imgelemektedir ve x =x d alınabilir. xd olur. P 0,622 d Patm Pd = (4) 7,5T S + 2,7859 237,5+ TS = d 10 P (5) Bu ifade, uyun T ıcaklığındaki buhar baıncıdır ve dm& = m& h dx (1) denklemi bulunur. Buharlaşmadan dolayı df yüzeyli oğutma uyu yüzeyinden hava hacmine giren u buharı kütlei için, dm& = σ( x x)df (2) yazılabilir. (1) ve (2) ifadelerinden, Şekil 2. Su ile hava araındaki ıı ve kütle tranferi kontrol hacimleri (Heat and ma tanfer control volume between water and air) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007 401
H.C. Bayrakçı vd. Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle Teten ilişkii olarak adlandırılır. Su ve hava araında ıı ve kütle tranferinin gerçekleştiği birim ara yüzey alanı df ile göterilir. Bu alan (2) no lu denklemde kullanılmış ve Şekil 2 deki kontrol hacminde göterilmiştir. Bu alan şöyle tanımlanabilir; F = A La (6) Burada, L (m), çalışılan bölge yükekliği, yani pükürtücü ile erpantin araındaki meafe, A (m 2 ) buharlaştırmalı oğutucu enine keit alanı ve a (m 2 /m 3 ) ie u damlalarından oluşan 1 m 3 lük hacimdeki ıı tranfer yüzeyi olarak ifade edilebilir. Eğer A = 1 m 2 olarak eçilire df ifadeini şöyle yazabilmek mümkündür: df = a dl (7) Şekil 2 deki u-hava kontrol hacminde, enerji denge denklemi yazılacak olura; & m h ( m& h ) m& h = m& h ( hh + dhh ) m& hhh + d (8) bulunur. Bu ifade düzenlenerek, & + & = & (9) m dh dm h mh dhh ifadei elde edilir. Şekil 2 de görülen u kontrol hacmi için enerji denge denklemi yazılacak olunura; m& dh = [ α( T Th ) + σ( x x)( hfg + h )]df (10) elde edilir. Burada h fg uyun T ıcaklığındaki buharlaşma gizli ıııdır. (10) ifadeindeki h terimi yani uyun T ıcaklığındaki entalpii literatürde çoğunlukla ihmal edilmektedir. (10) ve (3) ifadeleri birlikte düzenlenir ve gerekli adeleştirmeler yapılıra; dhh dx ( T Th ) + h, b ( x x) α = (11) σ ifadei elde edilir. Burada h,b = h f,g + h dir. h h terimi nemli havanın entalpiini ifade etmektedir. Nemli havanın abit baınçtaki özgül ııı cp = cp,h + cb x (12) olur. İfadeleri tekrar düzenlenip, gerekli adeleştirmeler yapılıra, dth ( T Th ) [ α + σ( x x) c ] = & (13) mh cp b eşitliği bulunur. Sitemdeki, yani buharlaştırmalı oğutucudaki, u ile hava araında gerçekleşen eş zamanlı ıı ve kütle tranferi problemlerinin çözümünde, Lewi faktörü olarak bilinen boyutuz bir ayı kullanılır. Lewi faktörü Bonjakovic (1965) tarafından; σc p Le = (14) α şeklinde tanımlanmıştır. Bu ayı tanımı ile (2), (3), (10) ve (13) ifadelerinde Le ayıı gerekli yerlere konarak diferaniyellerin dl terimine göre değişimleri aşağıdaki gibi elde edilir. dm& dl dx dl α a Le = (x x) cp (15) α a Le = ( x x) (16) cp mh dt 1 α a = α a ( T Th ) + Le( x x)( h,b h ) (17) dl m c cp ( T T ) dt h αa Le = h 1 c + b ( x x) (18) dl cp mh Le cp Bu denklemler, Şekil 2 de göterilen diferaniyel kontrol hacminde dl meafei boyunca, ıraıyla buharlaşan u kütlei ebebi ile u debiindeki değişimi, erbet hava akımının özgül nem değerinin değişimini, u ıcaklığının değişimini ve hava ıcaklığının değişimini ifade etmektedir. Yukarıdaki modelde anlatılan ve çözümde kullanılan (15), (16), (17) ve (18) denklemleri lineer denklemler değildirler. Dolayııyla çözüm için doğrudan integralleri alınamaz. Bu nedenle bu denklemlerin çözümü için başka metotlar kullanılmak zorundadır. Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, bu tür denklemlerin çözümünde Merkel tarafından unulan Entalpi Potaniyeli olarak da bilinen adım adım integrayon metodu veya Runge Kutta Metodu nun daha çok kullanıldığı görülmüştür. Adım adım integrayon metodu daha az haa bir yöntemdir. Bu yöntemde, buharlaştırmalı oğutucu veya oğutma kulei vb. itemde, u ve hava araında ıı ve kütle tranferinin gerçekleştiği yükeklik (L), belirli ayıda kademeye ayrılır. Her kademeden uyun çıkış ıcaklığı bir onraki kademenin giriş şartlarını belirler. Havanın yaş termometre ıcaklığı havanın giriş entalpiini belirler. Bu nedenle bu yöntemin uygulanabilmei için iteme giren ve itemden çıkan u ıcaklığı ile iteme giren havanın yaş termometre ıcaklığının bilinmei gerekir [5]. 402 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007
Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle H.C. Bayrakçı vd. Şekil 3. 3,5 m/ hava hızında αa katayıının, u akıları ve yükeklik ile değişimi (Variation of αa coefficient by water flux and height at 3,5 m/ air velocity) Şekil 4. 3 m/ hava hızında α a katayıının, u akıları ve yükeklik ile değişimi (Variation of αa coefficient by water flux and height at 3 m/ air velocity) burada heaplanan u debiindeki değişim, havanın nemi, hava ıcaklığı ve u ıcaklığı değerleri bu adımdan onraki adımda kullanılır. Bu işlemler tekrarlanarak itemden çıkan u ve iteme giren havaya ait değerler elde edilir. Bu çalışmalar enaında Runge-Kutta metodu için kabul edilen adım, dl = 0,05 m olarak alınmıştır. Heaplama onucunda bulunan, u ve havaya ait değerler ile deneyel çalışmalardan elde edilen ölçümler kıyalanır. Bu değerler araındaki fark kabul edilebilir bir eviyeye gelene kadar veya fark olmayana kadar, heaplama işlemi tekrarlanır. Bu farklar itenen değerlerde değile, yani aradaki fark bir türlü kapanmıyora, ıı ve kütle tranferi katayıı değerleri yanlış tahmin edilmiş demektir. Bu durumda, bu değerler değiştirilerek işlemler yeniden başlatılır. Bu katayılar ( α a ve σ a ) için heaplamalar onucunda bölgeden çıkan u ıcaklığı, hava ıcaklığı ve çıkış havaı özgül nemi değerlerine göre yeni tahmini katayılar verilir. Heaplanan değerler ile deneyel onuçlar araındaki fark itenen eviyelere geldiğinde işleme on verilir. Çalışmalar enaında yapılabilecek hata oranını azaltmak amacıyla u debiindeki değişim literatürdeki gibi ihmal edilmemiştir ve heaplamalarda kullanılmıştır. 4. BULGULAR (RESULTS) Şekil 5. 2,5 m/ hava hızı değerinde α a katayıının, u akıları ve yükeklik ile değişimi (Variation of αa coefficient by water flux and height at 2,5 m/ air velocity) Ölçüm onucu elde edilen tüm deneyel veriler, hazırlanan bilgiayar programında değerlendirilmiştir. Bu değerlendirmeler neticeinde αa ve σa katayılarının, değişen çalışma bölgei yükekliği ve u debilerine göre değişimleri, değişik hava hızlarında elde edilmiştir. Şekil 3, Şekil 4, Şekil 5 ve Şekil 6 da α a katayıının değişimi görülmektedir. Şekil 3 incelendiğinde 3,5 m/ hava hızı için αa katayıı 3,5 kg/m 2 u akıı değeri için en yükek değerindedir. Daha onra azalan u akıı değeri ile α a katayıları da azalmaktadır. Şekil 6. 2 m/ hava hızında α a katayıının, u akıları ve yükeklik ile değişimi (Variation of αa coefficient by water flux and height at 2 m/ air velocity) Çalışma bölgeinde gerçekleşen ıı ve kütle tranferi için, tahmini ıı ve kütle tranferi katayıları kabul edilir. Bu kabul edilen değerler ile heaplama işlemlerine başlanır. Bu aşamada ilenme kontrolü yapılır ve ilenme durumunda kullanılacak denklem takımı eçilir. Daha onra Runge-Kutta metoduyla çalışma bölgei boyunca dm& dl dx dt,, dl dl dth ve dl değerleri, bilgiayar programı yardımıyla aynı anda heaplanır. Burada elde edilen değerler bir onraki adım için kullanılacaktır. Yani başka bir ifade ile Şekil 5 ve 6 da heaplanan katayılarının değişimi görülmektedir. Burada da Şekil 3 te olduğu gibi, küçülen debi değeri ile katayıları da düşmektedir. Şekil 7 de ie σa katayıının u akıı ve yükeklik ile değişimi görülmektedir. Bu grafikte de deneyel çalışmada kullanılan değişik u akılarına göre kütle tranfer katayılarının değişimi verilmiştir. Şekil 8, 9 ve 10 da kütle tranfer katayılarının genel değişimine bakılacak olura azalan u akıı değeri ile kütle tranfer katayılarının düştüğü görülmüştür. Iı ve kütle tranfer katayılarının u debii ile düzgün bir değişim göterdiği görülmektedir. Bu katayıların değişiminde u debii değişiminin etkin olduğu görülmüş olup, literatürde de bu şekilde yorumlar yapılmıştır [6]. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007 403
H.C. Bayrakçı vd. Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle Şekil 7. 3,5 m/ hava hızında σa katayıının, u akıı ve yükeklik ile değişimi (Variation of σa coefficient by water flux and height at 3,5 m/ air velocity) analizi yapılmıştır. Iı ve kütle tranfer katayıları ampirik bağıntılar halinde verilmiştir. Regreyon değeri, deneyel olarak elde edilen değerlerle, itatitikel analiz onucunda bulunan ampirik formülün onuçlarının birbirine uygunluğunu ifade etmektedir. Regreyon değeri için olabilecek en iyi değer 1 dir. Ancak deneyel hatalar, yapılan bazı kabuller veya ihmaller neticeinde bu değerin 1 çıkmaı beklenemez. İlk olarak tüm deneyel değişkenlere bağlı olarak, düşük ve yükek hava ıcaklığı değerleri için genel bir ıı tranfer katayıı ifadei verilmiştir. Bu ifade; αa = 2208 (u) 0,630 ( m& ) 0,309 (L) 0,556 Şekil 8. 3 m/ hava hızında σa katayıının, u akıı ve yükeklik ile değişimi (Variation of σa coefficient by water flux and height at 3 m/ air velocity) olarak elde edilmiştir. Bu ifadenin regreyon değeri R2 = 0,922 olarak bulunmuştur. Bu uygunluk Şekil 11 de görülmektedir. Yine tüm değişkenler için, düşük ve yükek hava ıcaklığı değerlerinde genel bir kütle tranfer katayıı ifadei elde edilmiştir. Bu ifade ie; σa = 1,31 (u) 0,693 ( m& ) 0,408 (L) 0,518 şeklindedir. Burada da regreyon değeri R2 = 0,914 olarak bulunmuştur. Bu ifadenin deneyel veriler ile uyumu Şekil 12 de görülmektedir. Şekil 9. 2,5 m/ hava hızında σa katayıının, u akıı ve yükeklik ile değişimi (Variation of σa coefficient by water flux and height at 2,5 m/ air velocity) Genel denklemlerle birlikte, her yükeklikte, tüm hava hızı ve hava ıcaklığı değerleri için ayrı ayrı, Şekil 10. 2 m/ hava hızında σa katayıının, u akıı ve yükeklik ile değişimi (Variation of σa coefficient by water flux and height at 2 m/ air velocity) 5. SONUÇLAR VE TARTIŞMA (Concluion) Şekil 11. (19) no lu genel ıı tranfer katayıı denkleminin deneyel onuçlar ile uyumu (Accordance of general heat tranfer coefficient equation Nr 19 with experimental reult) Buharlaştırmalı oğutucularda erpantin ile u pükürtücüü araındaki bölgede, damlalar bir pükürtücüden belli bir hızla çıkmaktadır. Bu damlalar belli bir meafeyi kat ederek, alttaki erpantin borularını ılatmaktadır. Bu enada ie ter yönde gelen hava akımı ile karşılaşmaktadır. Dolayııyla u akışı açıından bu bölge u akışının başlangıç bölgeidir. Deneyel verilerden ağlanan bulgular ışığında elde edilen katayılar, bir itatitikel analiz paket programı (SPSS) ile değerlendirilerek, regreyon Şekil 12. (20) no lu genel kütle tranfer katayıı denkleminin deneyel onuçlar ile uyumu (. Accordance of general ma tranfer coefficient equation Nr 20 with experimental reult) 404 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007
Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle H.C. Bayrakçı vd. hacimel ıı tranferi ve kütle tranferi katayıları da aynı yöntemle bulunmuştur. Iı tranfer katayıları için verilen denklemler ve numaraları Tablo 1 de verilmiştir [7]. Aynı yaklaşımla, kütle tranfer katayıları ie Tablo 2 de verilmektedir. Tablo 1. Çalışma yükekliklerinde hava hızı ve u akıına bağlı ıı tranfer katayıı denklemleri (Table 1. Heat tranfer equation depend on air velocity and water flux at operation height) Yükeklik (m) İlişki ve Denklem Numaraı 0,5 αa = 1581,25.(u) 0,586.( m& ) 0,291 R 2 = 0,936 (21) 0,4 αa = 1330,45.(u) 0,600.( m& ) 0,291 R 2 = 0,912 (22) 0,3 αa = 1101,54.(u) 0,636.( m& ) 0,316 R 2 = 0,915 (23) 0,2 αa = 879.(u) 0,699.( m& ) 0,339 R 2 = 0,932 (24) Tablo 2. Çalışma yükekliklerinde hava hız ve u akıına bağlı kütle tranfer katayıı denklemleri (Table 2. Ma tranfer equation depend on air velocity and water flux at operation height) Yükeklik (m) İlişki ve Denklem Numaraı 0,5 σa = 1,09.(u) 0,456.( m& ) 0,314 R 2 = 0,901 (25) 0,4 σa = 0,796.(u) 0,671.( m& ) 0,379 R 2 = 0,932 (26) 0,3 σa = 1,56.(u) 0,742.( m& ) 0,383 R 2 = 0,95 (27) 0,2 σa = 1,88.(u) 0,557.( m& ) 0,903 R 2 = 0,93 (28) Deneylerden elde edilen onuçlar neticeinde, erpantin ile pükürtücü araındaki meafenin fazla olmaı ve bu çalışmada dikkate alınan bölgedeki ıı ve kütle tranferinin dikkate alınmadan yapılan oğutma kulei heaplamalarının hatalı olacağı öylenebilir. Buharlaştırmalı oğutuculardaki ıı tranferi ve kütle tranferi katayıları için literatürde verilen ifadeler ile (19) ve (20) no lu ifadeler birbirleri ile karşılaştırılıra, (19) ve (20) nolu ifadeler ile elde edilen katayıların oldukça düşük olduğu görülür. Bunun ebebi çalışma bölgeinde u ve havanın tema üreinin çok az olmaıdır. Ayrıca literatürdeki ıı tranfer ve kütle tranfer katayılarının değişimine bakıldığında artan u akıı ile artış göterdiği görülmektedir. Bu çalışma ile elde edilen katayıların değişiminde de u debii değişiminin etkin olduğu görülmüştür. Sonuç olarak, bu bilgiler doğrultuunda buharlaştırmalı oğutucularda, pükürtücüler ile erpantin giriş açıklığı araında, ıı ve kütle tranferi için hacimel ıı tranfer ve kütle tranfer katayıları ampirik olarak elde edilmiştir. Literatürde bir buharlaştırmalı oğutma iteminin tamamı için heaplamalar yapılmaktadır. Fakat bu yöntemler üç aşamada değerlendirilebilir. Bunlar erpantin alt bölgei, erpantin bölgei erpantinin üt bölgei için ayrı ayrı yapılacak heaplamalardır. Bu yolla daha haa onuçlar elde edilir. SEMBOLLER (LIST OF SYMBOLS) A : Buharlaştırmalı oğutucu enine keit alanı (m 2 ) A : 1 m 3 lük u hacmindeki ıı tranfer yüzeyi (m 2 /m 3 ) c b : Doymuş buharın abit baınçtaki özgül ııı (kj/kg K) c p : Nemli havanın abit baınçtaki özgül ııı (kj/kg K) F : Su ve hava araında ıı ve kütle tranferinin olduğu birim ara yüzey alanı (m 2 ) h h : Nemli havanın entalpii (kj/kg) h fg : Buharlaşma gizli ııı (kj/kg) h fg,0 : 0 o C da uyun buharlaşma gizli ııı (kj/kg) h : Suyun entalpii (kj/kg) L : Su damlalarının düşme yükekliği (m) Le : Lewi faktörü ( Le = σc p / α ) m& : Kütleel akı (kg/m 2 ) P atm : Atmofer baıncı (Pa) P d : Su buharı doyma baıncı (Pa) T : Sıcaklık ( o C) U : Hız (m/) x : Havanın özgül nemi (kg H 2 O/kg hava) αa : Su ile hava araındaki hacimel ıı tranfer katayıı (W/m 3 K) σa : Su ile hava araındaki hacimel kütle tranfer katayıı (kg/m 3 Δx) Alt indiler (Subcript) B : Buhar ç : Çıkış d : Doymuş g : Giriş h : Hava : Su KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Webb, R.L., A Unified Theoratical Treatment for Thermal Analyi of Cooling Tower, Evaporative Condener and Fluid Cooler, ASHRAE Tranaction, No 90 (Part 2B), 398-415, 1984. 2. Kunduz, M., Buharlaştırmalı Kondanör Heabı, Doktora Tezi. Selçuk Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü, 1986. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007 405
H.C. Bayrakçı vd. Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle 3. Peteron, D., Glaer, D., William, D. ve Ramden, R., Predicting the Performance of an Evaporative Condener,Tranaction of ASME. No 110, 748-753, 1988. 4. Stefanovic, V., Lakovic, S., Radojkovic, N. ve Ilic, G., Experimental Study on Heat and Ma Tranfer in Cooling Tower, Facta Univeritati Mechanical Eng. Serie, No 1 (7), 849-861, 2000. 5. Stoecker, W.F., İklimlendirme Eaları, İtanbul Teknik Üniveritei Yayınları, İtanbul, Türkiye, 1992. 6. Ettouney, H.E., El-Deouky, H.T., Bouhamra, W. ve Al-Azmi, B., Performance of Evaporative Condener, Heat Tranfer Engineering, No: 22, 41-55, 2001. 7. Bayrakçı, H.C., Buharlaştırmalı Soğutucularda Serpantin ile Su Pükürtücüleri Araındaki Bölgede Iı ve Kütle Tranferinin Deneyel Olarak İncelenmei, Doktora Tezi, Süleyman Demirel Üniveritei Fen Bilimleri Entitüü, 2006. 406 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 22, No 3, 2007