POLİTEKNİK DERGİSİ JOURNAL of POLYTECHNIC ISSN: 1302-0900 (PRINT), ISSN: 2147-9429 (ONLINE) URL: http://www.politekik.gazi.edu.tr/idex.php/plt/idex Sıvıları ve gazları ısıl iletkelik katsayısıı belirleyebilmek içi laboratuvar tipi bir deey cihazıı tasarımı, imalatı ve test edilmesi Desig, maufacture ad experimetal ıvestigatio of a thermal coductivity measuremet apparatus for liquids ad gases Yazar(lar) (Author(s)): Halil İbrahim VARİYENLİ, Cihagir ARSLAN Bu makaleye şu şekilde atıfta buluabilirsiiz: Variyeli H. İ. ve Arsla C., Sıvıları ve gazları ısıl iletkelik katsayısıı belirleyebilmek içi laboratuvar tipi bir deey cihazıı tasarımı, imalatı ve test edilmesi, Politekik Dergisi, 20(3): 599-605, (2017). To cite this article: Variyeli H. İ. ad Arsla C., Sıvıları ve gazları ısıl iletkelik katsayısıı belirleyebilmek içi laboratuvar tipi bir deey cihazıı tasarımı, imalatı ve test edilmesi, Joural of Polytechic, 20(3): 599-605, (2017). Erişim liki (To lik to this article): http://www.politekik.gazi.edu.tr/idex.php/plt/issue/archive DOI: 10.2339/politekik.339375
Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 Joural of Polytechic, 2017; 20 (3) : 599-605 Sıvıları ve Gazları Isıl İletkelik Katsayısıı Belirleyebilmek içi Laboratuvar Tipi Bir Deey Cihazıı Tasarımı, İmalatı ve Test Edilmesi Halil İbrahim VARİYENLİ 1,*, Cihagir ARSLAN 2 1 Gazi Üiversitesi Tekoloji Fakültesi Eerji Sistemleri Mühedisliği Bölümü, 06500, Tekikokullar, Akara, TURKEY 2 DSİ Geel Müdürlüğü (Geliş/Received : 29.06.2016 ; Kabul/Accepted : 26.08.2016) ÖZ Bu çalışmada sıvı ve gazları ısıyı iletme kabiliyetii belirlemek amacıyla kullaıla Isı İletim Katsayısıı belirlemesi içi silidirik metoda göre ölçüm yapa laboratuvar tipi cihaz tasarımı yapılmış, imalatı gerçekleştirilmiş ve deeysel olarak test edilmiştir. Cihazı doğru çalışıp çalışmadığıı kotrolü içi deey malzemesi olarak kullaıla saf su ile deeyler yapılmış ve souçları saf suyu literatür değerleri ile karşılaştırılmıştır. Saf su ile yapıla deeyler soucuda literatür değerie e yakı souçları 30 g/s debide 50 60 70 ve 80 volt değerleride olduğu saptamıştır. Bua göre saf suyla yapıla deeyler soucuda ölçüle deey souçları ile fiziksel özellik tablosuda alıa değerler arasıdaki ortalama bağıl hata % 2,16 olarak bulumuştur. Saf su ile yapıla deey şartlarıda ısı iletkelik katsayısı hakkıda bilgi edimek istediğimiz Alümia ao akışkaıı ısı iletimi hakkıda bilgi elde edilmiştir. Aahtar Kelimeler: Isı iletim katsayısı, ao akışka, tasarım, imalat. Desig, Maufacture Ad Experimetal Ivestigatio Of A Thermal Coductivity Measuremet Apparatus For Liquids Ad Gases ABSTRACT I this study, i order to fid out the thermal coductivity coefficiets which is used for determig the thermal coductivity capabilities of the liquids ad gases, a laboratory type device, makig measuremets based o cylidrical methods was desiged, produced ad experimetally tested. Verifyig the proper operatio of the device, experimets were coducted with the values avaliable i the literature. The closest results obtaied from the experimets coducted with pure water, were foud to be 50-60- 70 ad 80 voltage at 30 g/s flow rate. As a result of the experimets 2,16 % relative error was observed betwee three results obtaied from the experimets coducted with pure water ad tables relatived to physical proporties. With the help of the experimet coducted with pure water, iformatio about the heat coductio of the materials, whose thermal coductivity coefficiet is sought for, such as Alümia aofluids was gatered. Keywords: Heat trasmissio coefficiet, ao-fluid, desig, maufacturig. 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Termodiamikte bir sistemi koumuu belirlemek içi kullaıla eerji, yokta var edilemez var ike yok edilemez fakat bir formda diğer bir forma geçiş yapabilir. Termodiamik bilimi ısı ve eerjii formları ile ilgileirke, ısı trasferi bilimi ise sistem içide yer ala ısı geçişi ile ilgileir. Isı akışı ile ola eerji trasferi doğruda ölçülmez fakat ölçülebile bir büyüklük ola sıcaklık ile ilişkiledirildiğide alam kazaır. Bir sistemde sıcaklık farkı olduğuda, ısı yüksek sıcaklıkta düşük sıcaklığa doğru akar. Sistem içide bir sıcaklık farkı oluştuğuda bir ısı akışı söz kousu olduğuda, sistemi sıcaklık dağılımıı bilimesi öem kazaır. *Sorumlu Yazar (Correspodig Author) e-posta: halilv@gazi.edu.tr Digital Object Idetifier (DOI) : 10.2339/politekik.339375 Sıcaklık dağılımı bilidiğide, birim zamada birim alaa düşe ısı akısı hesaplaabilir. Isı geçişii üç aa formu vardır; iletim, taşıım ve ışıımdır. Isı iletimi; bir katı malzeme veya durgu akışka içerisideki sıcak bir bölgede daha soğuk bir bölgeye doğru ısıı geçmesidir. Bir katı cisim içide sıcaklık farkları varsa yüksek sıcaklık bölgeside düşük sıcaklık bölgesie ısı, iletim yolu ile geçer. İletimle ısı geçişi deeysel gözlemlere dayaa Fourier kauu ile belirleir. Isı iletim katsayısı büyük ola maddeler ısıyı çabuk iletir, küçük olalar daha geç iletir. Gümüş, bakır, altı ve alümiyum gibi elektrik akımıı iyi ilete maddeler ayı zamada ısıyı da iyi ilettikleride bu metalleri ısı iletim katsayıları büyüktür. Lastik, tahta, cam ve yü gibi maddeler ısıyı iyi iletemedikleri içi ısı iletim katsayıları küçüktür. Ayrıca maddei fiziksel bir özelliği ola ısı iletim katsayısı geel olarak maddei cisie, 599
Halil İbrahim VARİYENLİ, Cihagir ARSLAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 sıcaklığıa, kalılığıa ve basıca bağlıdır. Gazları ısı iletim katsayıları; sıcaklık arttıkça artar, çok yüksek ve düşük basıçlar dışıda pratik olarak basıca bağlı değildir. Sıvıları ısı iletim katsayıları; su ve gliseri dışıda arta sıcaklıkla azalır ve değeri 0,07-0,7 W/mK arasıda değişir. Katıları (işaat ve ısı yalıtım malzemelerii) ısı iletim katsayıları arta sıcaklıkla artar. Geellikle yoğuluğu fazla ola malzemeleri ısı iletim katsayıları büyüktür. Isı iletim katsayısı malzemei yapısıa, gözeekliliğie ve emliliğie de bağlıdır. Nemli bir malzemei ısı iletim katsayısı, kuru malzemei ve suyu ısı iletim katsayılarıda daha büyük olabilir. Isı iletim katsayısı, bir maddei ölçülmesi zor ola özellikleride birisidir. Özellikle, ölçüm esasıda taşıım hareketii oluşturduğu ısı trasferii hesaplaması veya ihmal edilmesii gerekliliğide dolayı sıvıları ısı iletim katsayısıı ölçülmesi daha da zordur. Sıvıları ısı iletim katsayısıı belirlemeside kullaıla metotlar, kararlı ve kararsız rejim veya geçici rejim metotları olarak iki aa grupta sııfladırılabilir. 1. Paralel plaka, eş ekseli silidir, eş ekseli küre metotları ve diferasiyel kalorimetre kullaımı kararlı rejim metotları olarak, 2. Isıtma veya soğutma eğrileri, ısıl iletkelik prob u, sıcak tel, sıcaklık karşılaştırma metodu, dodurarak kurutma, grafiksel ve ümerik metotlar ise kararsız rejim metotları olarak grupladırılmaktadır. Kararlı rejimde, umue içeriside herhagi bir oktaı ölçüle sıcaklığı zamada bağımsız, kararsız rejimde ise belirlemiş zama aralıklarıda ölçüle sıcaklıklara bağlı olarak ısı iletim katsayısı hesaplamaktadır. Literatürde, geellikle gıda edüstriside ham maddeleri işlemesi ve ürüleri depolaması sırasıda gıda maddelerii özelliklerii sıcaklıkla değişimii bilimesi zorululuğu edeiyle ham maddeleri ve ürüleri sıcaklıkla fiziksel özelliklerideki değişim üzerie çalışmalar yapılmıştır [1]. Romero ve ark. portakal suyuu termofiziksel özelliklerie, sıcaklığı ve su miktarıı etkisii icelemişlerdir. Isı iletim katsayısıı ölçümü içi silidirik metoda göre ölçüm yapa deey cihazı tasarlamışlardır. Cihaz, 180 mm uzuluğuda, 20 mm ve 24 mm çapıda eş ekseli iç içe geçmiş bakır iki tüpte oluşmaktadır. Numue iki tüp arasıda kala 2 mm lik radyal boşluğa doldurulmuştur. İçteki tüpü ekseie 15 W gücüde bir ısıtıcı yerleştirilerek, radyal yöde bir ısı akışı sağlaarak ısı iletim katsayısı belirlemiştir. Portakal suyu içerisideki su oraıı artmasıyla ısı iletim katsayısıı ve özgül ısı kapasitesii doğrusal olarak arttığıı, yoğuluğu ise azaldığıı gözlemişlerdir [2]. Özkal ve Tülek, silidirik metoda göre ölçüm yapa P.A Hilto Limited H470 deey setide yapmış oldukları deeysel çalışmada, tam yağlı ve yağsız süt, işlememiş taze süt, ayçiçeği, mısırözü ve zeytiyağı gibi gıda maddelerii ısı iletim katsayısıı belirlemişlerdir. Ölçüle ısı iletim katsayısı değerleri, literatürde verile değerler ile karşılaştırıldığıda, ölçüle değerleri literatür değerleride % 16 dolayıda daha düşük olduğu görülmüştür [3]. Azoubel ve ark. [4] elma suyuu, Shamsudi ve ark. [5] guava suyuu, Tasakul ve Chaisawag [6] hidista cevizi sütüü termofiziksel özelliklerie sıcaklığı ve kosatrasyou etkisi koulu bir çalışma yapmışlardır. Meyve sularıı fiziksel özelliklerii sıcaklık ve kosatrasyola bağlı olduğu gözlemiştir. Bu çalışmaı amacı, silidirik metoda göre sıvıları ve gazları ısı iletim katsayısıı belirleyebilmek amacıyla bir cihaz tasarlamak ve imal etmektir. Ayrıca imal edile cihazı doğruluğuu belirleyebilmek içi literatürde ısı iletim katsayısı bilie saf su ile deeyler yaparak elde edile verileri literatür değerleri ile karşılaştırmaktır. Daha sora sıvıları ısı iletim katsayısıı yükseltmek içi kullaıla alümia ao akışkaıı ısı iletim katsayısıı belirlemektir. 2. TEORİK ANALİZ (THEORETICAL ANALYSIS) Hesaplarda kullaılacak deey düzeeğie ait veriler; ısıtıcı elema direç değeri (R) : 55,5 Ώ, ölçüm hazesi radyal boşluk mesafesi ( r) :0,345 mm ve ölçüm hazesi silidirik yüzey alaı (A) :0,0133 m 2 dir. Deeylerde, sistemi sürekli rejime ulaştığı ada kaydedile sıcaklıklar yardımıyla aşağıda verilmiş ola hesaplama yötemie göre ısı iletim katsayısı hesaplamıştır. Hesaplamalarda umuei doldurulduğu radyal boşluk 0,345 mm gibi çok ice bir tabaka olduğuda dolayı taşıımla ısı trasferi ihmal edilebilecek sıırlar arasıda olduğu kabul edilmiştir. Bua göre, cihaz içeriside sadece iletimle ısı trasferi gerçekleştiği dikkate alıarak Fourier ısı iletim kauu yardımıyla ısı iletim katsayısı her bir deey içi ayrı ayrı hesaplamıştır. Isıtıcıı elektriksel ısı gücü, ısıtıcı devreside ölçüle akım (I) ve gerilim (V) değeride aşağıdaki eşitlik kullaılarak hesaplamıştır. Q e = IV (1) Sisteme ısı girdisi, ısıtıcıı gücüe (Q e ) eşit olup, sistemde meydaa gele ısı trasferie (Q i ) eşit olarak alımıştır. Fourier ısı iletim kauuda ise sistemde meydaa gele ısı trasferi aşağıdaki eşitliklerde hesaplamıştır. = UAΔT = UA(T iç T diş ) (2) Q i R top = UA = Q i = 1 (3) ΔT R top L ( r 2 ) L ( r 3 ) r 1 r + 2 (4) 2πLk s 2πLk b Q i T = 1 (5) R top Yukarıdaki Eşitlik 5 te radyal boşluğa doldurula sıvıı ısı iletim katsayısı, 600
SIVILARIN VE GAZLARIN ISIL İLETKENLİK KATSAYISINI BELİRLEYEBİLMEK İÇİN LA Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 k s = L ( r 2 r 1 ) (6) 2πL [ T L(r 3 r2 ) ] Q i 2πLk b şeklide buluur. Eşitlik 6 ya göre her bir deeyde ölçüle sıcaklık farkıa ve iletimle meydaa gele ısı trasferie bağlı olarak ısı iletim katsayısı hesaplamıştır. 2.1. İstatistiki Aalizler (Statistical Aalysis) Deey souçlarıa göre hesaplaa ısı iletim katsayısıı istatistiki aalizleri Microsoft Excel 2010 programı kullaılarak yapılmıştır. Bağıl hata ve ortalama bağıl hata, RE (%) = 100x ( k literatür k deey ) (7) k deey MRE (%) RE (%) = (8) eşitlikleride hesaplamıştır. Tek değişkeli regresyo aalizi Excel programı yardımıyla yapılırke, iki değişkeli regresyo aalizi ise aşağıda verile eşitlikler yardımıyla yapılmıştır [7,8]. β 0 + β 1 x i,1 + x i,2 β 0 x i,1 2 + β 1 x i,1 = y i (9) e = y deey y regresyo (13) Korelasyo katsayısı (R 2 ) ise, R 2 = 1 SSE SST eşitliğide hesaplaabilir. Eşitlikteki hata karelerii toplamı (SSE) ve kareler toplamı (SST) aşağıda verile Eşitlik 15 ve 16 ya göre hesaplamıştır [7]. SSE = e 1 2 = (y deey 2 y regresyo ) i SST = (y deey ) 2 ( (y 2 deey) ) (15) (16) 3. MATERYAL VE METOD (MATERIAL AND METHOD) 3.1. Deey Seti (Test Set) Şekil 1 de şematik olarak görüle deey seti, sıvıları ısı iletim katsayısıı ölçümü içi tasarlamış olup, sıcaklık ve verile ısıı ölçüm ve kotrol edilmesii sağlaya iç içe geçmiş ekseel iki silidirik tüpte oluşmaktadır. + β 2 x i,1 x i,2 = x i,1 y i (10) β 0 x i,2 + β 1 x i,1 x i,2 + = x i,2 y i 2 β 2 x i,2 (11) Yukarıdaki eşitliklerde β o, β 1, β 2 katsayıları, X 1 ve X 2 değişkeie bağlı olarak hesaplaarak aşağıdaki deklem elde edilir. y = β 0 + β 1 x 1 + β 2 x 2 + e (12) Eşitlik 12 deki e parametresi, deeylerde elde edile değer (y deey ) ile regresyo aalizi soucuda elde edile değer (y regresyo ) arasıdaki farkı, hata değerii göstermektedir. Şekil 1. Tasarımı ve imalatı yapıla deey seti (Experimet set which is desiged ad maufactured) 601
Halil İbrahim VARİYENLİ, Cihagir ARSLAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 İçteki tüpte, isteile çalışma sıcaklıklarıı sağlamak içi, direci ölçülebile ısıtıcı bir elema ve bu tüpü dış yüzeyie yakı olacak şekilde yerleştirilmiş K tipi ısılçift bulumaktadır. Bu tüp ısıl gerilmeleri ve sıcaklık değişimlerii azaltabilmek amacıyla piriç ve alümiyumda imal edilmiştir. Isı iletim katsayısı ölçülecek sıvıı doldurulacağı iki tüp arasıdaki radyal boşluk 0,345 mm olacak şekilde imal edilmiştir. İçteki silidirik tüp radyal boşluğu kapata flaşlar vasıtasıyla su ceketi adı verile, ikici silidirik tüpü ortasıa yerleştirilmiştir. Silidir çapı 49 mm ve 110 mm uzuluğuda piriçte imal edilmiş ve yalarda sıcaklık ve basıca dayaıklı orig cotalarla sızdırmazlık sağlaacak şekilde kapatılmıştır. Su ceketi içeriside iç yüzey sıcaklığıı ölçülebilmesi içi ikici bir K tipi ısılçift yerleştirilmiştir. Isıtıcı elema 55,5 Ω direce sahip olup, maksimum gücü 100 W ve uygulaabilecek maksimum voltaj 80 V dur. Cihazda, isteile ısı eerjisii elde edebilmek amacıyla elektrik akımıı isteile değere ayarlayabile dimmer devresi kullaılmıştır. Devrede geçe akım ve gerilim değerleri bir multimetre yardımıyla ölçülerek ısıtıcıı gücü isteile değerlerde tutulabilmektedir. 4. DENEYLER (EXPERIMENTS) Deey cihazıı tasarlamada ve deeylere başlamada öce bilgi ve tecrübe kazaabilmek amacıyla ZKÜ Mühedislik Fakültesi ısı laboratuvarıda PH Hilto firmasıı eğitim amaçlı tasarlamış olduğu sıvıları ve gazları ısı iletim katsayısı ölçüm deey cihazı icelemiştir. Daha sora bu deey düzeeği örek alıarak Gazi Üiversitesi Tekoloji Fakültesi Eerji Sistemleri Mühedisliği Bölümüde Bilimsel Araştırmalar Projeler Birimi imkâları ile bir deey cihazı tasarlamış ve imal edilerek deeylere başlamıştır. Deey cihazıda, ısı iletim katsayısı ölçülecek sıvı ejektör yardımıyla soğutma suyu ceketi ile ısıtıcı arasıdaki küçük radyal boşluğa ejekte edilmiştir. Radyal boşluğu tamame sıvı ile dolduğuu alaşılabilmesi içi akışka çıkış ağzıda sıvıı çıkması gözlemlemiştir. Radyal boşluk içeriside oluşa hava boşlukları deey soucuu etkileyeceğide dolayı boşluğu tamame sıvı ile dolduğuda emi olumuştur. Daha sora soğutma suyu bağlatıları yapılarak, soğutma suyu açılmıştır. Deeylere başlayabilmek içi deey cihazıdaki ısıtıcı elema devreye sokulmuş ve ısıtıcıda isteile ısı gücüü ayarlayabilmek içi ısıtıcıya seri olarak bağlaa dimmer devresi kullaılmıştır. Dimmer cihazı devrei akımıı değiştirerek ısıtıcı gücüü isteile değerlere ayarlaabilmesii sağlamaktadır. Dimmeri bağlı olduğu devrede geçe akım ve gerilim değerleri multimetre yardımıyla ölçülerek, ısıtıcı gücü ayarlamıştır. Sıvıları ve gazları ısı iletim katsayısı ölçüm cihazıda geellikle gazları ısı iletim katsayısıı ölçümüde ısıtıcıı gücüü 40 W civarıda, sıvılarda ise 65 W civarıda ayarlamak gerekir. Acak burada sıcaklığı ısı iletim katsayısıa etkisii belirlemek amacıyla deeylerde ısıtıcı gerilim değeri 40 V, 50 V, 60 V, 70 V ve 80 V değerlerie ayarlaarak deeyler yapılmıştır. Cihaz içeriside iki farklı oktada sıcaklık ölçülmektedir. Birici termokupl (T 1) ısıtıcı elemaı heme dışıda, ikici termokupl (T 2) soğutucu cebii iç kısmıa sabitlemiştir. Deeylerde sıcaklık ölçümü içi demirkostata (K tipi) termokupl ile ölçüm yapa, hassasiyeti 0,1 C ola sıcaklık ölçüm cihazı kullaılmıştır. Deeylere başlamada öce buzlu suda sıcaklık ölçüm cihazıı kalibrasyou yapılmıştır. Soğutma suyu açılıp, ısıtıcı devreye sokuldukta sora sistemi rejime gelmesi beklemiştir. Sistem, cihaz içerisie sabitlemiş ola termokupllarda ölçüle sıcaklıkları zamala değişmediği, sabit kalmaya başladığı ada rejime gelmiş demektir. Sistem rejime geldiği adaki sıcaklıklar kaydedilerek deey bitirilmiştir. Isı iletim katsayısı ölçüm cihazıda sıcaklık geellikle 15 20 dakikada rejime gelmektedir. Acak burada deey süresii ısı iletim katsayısıa etkisii olmaması içi 60 dakikada bir deeyler tekrarlamıştır. Saf su ile yapıla deey souçları Çizelge 1 de ve Alümia ao akışkaı ile yapıla deey souçları ise Çizelge 3 te verilmiştir. 5. BULGULAR VE TARTIŞMA (RESULTS AND DISCUSSION) Saf su ile 40 V, 50 V, 60 V, 70 V ve 80 V ısıtıcı gerilim değeride ve akışka debisi ise 20 25 30 g/s olarak deeyler yapılmıştır. Deey souçlarıa göre hesaplaa ısı iletim katsayısı ile literatür tablo değerlerii karşılaştırılması soucuda, hesaplaa ısı iletim katsayısıı literatür tablo değerleride daha düşük olduğu bulumuştur. İki değer arasıda bağıl hata hesaplamış, saf su ile yapıla deeyleri bağıl hatası % 4,27 ile % 0,08 arasıda değişmektedir. Bulua bağıl hata değerleri bilimsel olarak kabul edilebilir sıırlar içide olmaktadır. Bua göre tasarlaa ısı iletim katsayısı Ölçüm cihazıı bu amaç içi kullaılabilmesi mümkü gözükmektedir. Şekil 2. Saf su ile 20g/s de elde edile ısıtıcı gerilim değeri ısı iletim katsayısı grafiği (The heatig voltage value obtaied with pure water at 20 g/sec - heat trasfer coefficiet graph) 602
SIVILARIN VE GAZLARIN ISIL İLETKENLİK KATSAYISINI BELİRLEYEBİLMEK İÇİN LA Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 Şekil 3. Saf su ile 25g/s de elde edile ısıtıcı gerilim değeri ısı iletim katsayısı grafiği (The heatig voltage value obtaied with pure water at 25 g/sec - heat trasfer coefficiet graph) Şekil 4. Saf su ile 30g/s de elde edile ısıtıcı gerilim değeri ısı iletim katsayısı grafiği (The heatig voltage value obtaied with pure water at 30 g/sec - heat trasfer coefficiet graph) Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4 te de alaşıldığı üzere debi 20 25 30 g/s alımış ve voltaj değerleri artırılarak sıcaklık ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Cihazda meydaa gele kaçak ısı da hesaba katılarak bir q değeri hesaplamış ve bua göre 39,9, 50, 60, 70 ve 80 Volt içi saf suyu ısı iletim katsayıları belirlemiştir. Çizelge 1 de saf suyu literatürde yer ala ısı iletim katsayılarıa göre hata oralarıa bakarsak; Çizelge 1. 30 g/s debideki saf su deey souçları ve bağıl hata değerleri (30 g/sec pure water test results ad relative error values) Deey No ΔT ( C) k (W/mK) Hesaplaa k (W/mK) Kayak [7] RE (%) 1 0,9 0,5810 0,5957 2,53 2 1,4 0,5906 0,5966 1,02 3 2 0,5977 0,5972-0,08 4 2,8 0,5805 0,5982 3,04 5 3,7 0,5738 0,5983 4,27 ΣRE 10,78 MRE=ΣRE/7 2,156 Yapıla hesaplamalar çerçeveside bağıl hata % 10,78 ve ortalama bağıl hata % 2,156 olarak tespit edilmiştir. Cihazı doğru çalışıp çalışmadığıı kotrolü içi deey malzemesi olarak öcelikle saf su kullaılmış olup, saf su ile deeyler yapılmış ve souçları literatür değerleri ile karşılaştırılmıştır. Saf su ile yapıla deeyler soucuda literatür değerie e yakı souçları 30 g/s debide 60 70 volt değerleride olduğu saptamıştır. Bua göre saf suyla yapıla deeyler soucuda ölçüle deey souçları ile fiziksel özellik tablosuda alıa değerler arasıdaki ortalama bağıl hata % 2 olarak bulumuştur. Saf su ile yapıla deey şartlarıda ısı iletim katsayısı (k) hakkıda bilgi edimek istediğimiz Alümia ao akışkaıı ısı iletimi hakkıda bilgiler elde edilmiş ve ısı iletkelik katsayıları belirlemiştir. Yapıla iceleme soucuda 30 g/s debideki soğutucu akışka içi literatürdeki k değerie e yakı souçları elde edildiği gözlemlemiştir. Farklı debilerde yapıla deeylerde debii e az 30 g/s olması gerektiği bulumuştur. Saf su ile üç farklı debide yapıla deey souçları Çizelge 1 de gösterilmiştir. Yapıla hesaplamalarda 30 g/s de daha düşük debilerde ısı iletim katsayısıı gerçek değeride daha küçük çıktığı görülmüştür. Nao tekolojideki so gelişmeler ile aometre boyutlarda parçacıkları üretimi geçmişe ispete kolaylıkla elde edilebilir duruma gelmiştir. Milimetre veya mikrometre boyuttaki katı partikülleri süspasiyo şeklide iş akışkaıa eklemesiyle uygulaa pasif ısı trasferi iyileştirme yötemii sahip olduğu çökelme, tortulaşma, aşıma gibi dezavatajlar soucuda yapıla çalışmalarda, partikülleri daha homoje yapıda ve daha küçük boyutlarda üretilmeleri mümkü hale gelmiştir. Buu bir soucu olarak, ısı iletkeliğii artırmak içi bir taba sıvısı içide ısı iletkelikleri yüksek ola bakır, alümiyum, altı, gümüş vb. ao taecikleri süspasiyou fikri öerilmiştir. 5.1. Alümiyum Oksit (Al 2O 3) (Alümia) Mikro boyutuda ve ao boyutuda alümia parçacıkları karşılaştırıldığıda ao alümiaı birçok avatajı söz kousudur. Daha küçük boyutlu parçacıklar moleküler çarpışmalar içi daha büyük bir yüzey alaı sağlar bu edele de reaksiyo oraı artar, daha iyi bir katalizör ve reaktat yapılır. İce aşıdırıcı taeleri ice parlatmaya olaak sağlayacak ve bu da ao işleme ve aoprobler gibi yei uygulama alalarıı ortaya çıkmasıı sağlayacaktır. Kaplamalar açısıda ao ölçekli alümia parçacıklarıı kullaılması öemli ölçüde bu kaplamaları kalitesii ve tekrarlaa bilirliğii arttıracaktır. Nao alümia setezlemek içi çeşitli yötemler söz kousudur; bu yötemler fiziksel ve kimyasal yötemler olarak kategorize edilmektedir. Fiziksel yötemler mekaik freze, lazer ablasyou, alev spreyleme ve plazma termal ayrışma olarak sııfladırılabilir. Kimyasal yötemler arasıda solgel işlem, çözelti, yama ayrışması ve buhar birikimi bulumaktadır. Kimyasal yötemleri çoğu so derece düşük verim oraları ile souçlamıştır ve bu edele kitle üretime adapte edilememektedir. Mekaik öğütme gibi fiziksel 603
Halil İbrahim VARİYENLİ, Cihagir ARSLAN / POLİTEKNİK DERGİSİ, Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 yötemler, aopartikülleri büyüklüğüü kolaylıkla kotrol edemediği içi etkili değildir ve bu metotlar belirli malzemeler ile sıırlıdır. Lazer ablasyou, buar biriktirme ve solgel gibi diğer yötemler vakum sistemleri, yüksek güçlü lazerler, pahalı öcü kimyasallar gibi özel doaım gerektirdiğide dolayı çok pahalıdır. Souç olarak birçok sistem belirli malzeme aralıkları içi uygudur. Şekil 5. Alümia ile 20g/s de elde edile ısıtıcı gerilim değeri ısı iletim katsayısı grafiği (The heatig voltage value obtaied at 20 g/sec with alumia - heat trasfer coefficiet graph) 6. SONUÇ VE ÖNERİLER (CONCLUSION) Bu çalışmada; sıvıları ısı iletim katsayısıı ölçmek amacıyla PH Hilto firmasıı eğitim amaçlı üretmiş olduğu sıvıları ve gazları ısı iletim katsayısı ölçüm deey setide faydalaılarak silidirik metoda dayaa bir cihaz tasarlamış, Gazi Üiversitesi Tekoloji Fakültesi Eerji Sistemleri Mühedisliği Bölümü imkâları ve Gazi Üiversitesi Bilimsel Araştırmalar Projeler Birimi desteği ile imal edilmiş ve deeysel olarak icelemiştir. Deeylerde, saf su ve alümia akışkaları kullaılarak cihazı sürekli rejime ulaştığı ada ölçüle sıcaklıklara göre ısı iletim katsayısı Fourier ısı iletim deklemi kullaılarak hesaplamıştır. Ayrıca saf suyu deey souçlarıa göre hesaplaa ısı iletim katsayısı değerlerii hata aalizi yapılarak deey düzeeğii hatası oraıda bir tahmi yapılmıştır. Saf su ile yapıla deey soucua göre hesaplaa ısı iletim katsayısı ile fiziksel özellik tablo değeri arasıdaki ortalama bağıl hata % 2,156 olarak bulumuştur. Bu değerleri literatürde yapıla çalışmalarla kıyasladığıda kabul edilebilir değerler olduğu gösterilmiştir. Tasarlaa cihazda ısı iletim katsayısı ölçülecek sıvıı doldurulduğu radyal boşluktaki sıvı tabakasıı et kalılığı taşıımla ısı trasferii ihmal edilebilecek seviyeye idirecek kalılıkta ve soğutma suyu debisi uygu bir şekilde ayarlaabildiği takdirde, tasarlamış ola cihazda fiziksel özelik tablo değerleri ile daha uyumlu souçlar alıabilecektir. Ayrıca cihazda kullaıla soğutma suyuu debisi de doğru souçlar elde edebilmemiz içi öemli bir etkedir. Şekil 6. Alümia ile 25g/s de elde edile ısıtıcı gerilim değeri ısı iletim katsayısı grafiği (The heatig voltage value obtaied at 25 g/sec with alumia - heat trasfer coefficiet graph) Şekil 8. Çalışıla akışkalara ait ısıtıcı gerilim değeri-ısı iletim katsayısı grafiği (Graph of heater voltage-heat trasfer coefficiet for workig fluids) Şekil 7. Alümia ile 30g/s de elde edile ısıtıcı gerilim değeri ısı iletim katsayısı grafiği (The heatig voltage value obtaied at 30 g/sec with alumia - heat trasfer coefficiet graph) Alümia ao akışkaı ile yapıla deeyler soucuda elde edile verilerde oluşturula grafikler Şekil 5, Şekil 6 ve şekil 7 de görülmektedir. Söz kousu grafikler icelediğide 20 ve 25 g/s de 39,9, 50, 60,70 ve 80 Volt değerleri içi saf suyu ısıl iletkelik katsayısıı alümia akışkaıda daha iyi olduğu fakat 30 g/s debide ise 39,9, 50, 60, 70 ve 80 Volt değerleri içi ısı iletkelik katsayısıı saf suya orala daha yüksek ısıl iletkelik katsayısıa sahip olduğu görülmektedir. Saf su ve Alümia ile yapıla deeyler soucuda elde edile e iyi souç iki akışkada da 30 g/s soğutucu akışka debiside elde edilmiştir. Deeyleri yapıla akışkalara ait ısıtıcı gerilim değeri ile ısı iletim katsayısı grafiği Şekil 8 de görülmektedir. Söz kousu grafik icelediğide Yapıla iki akışka içi ısı iletkelik katsayısıı karşılaştırdığımızda alümia ao akışkaıı yüksek çıktığı tespit edilmiştir. Bu deey cihazı içi ölçüm yapılmada öce kalibrasyou yapılması, ısı kaçak miktarıı belirlemesi ve soğutucu akışkaı debisii isteile miktara getirilmesi şiddetle öerilmektedir. Aksi halde bahsedile bu parametreler deey souçlarıı öemli ölçüde etkilemektedir. 604
SIVILARIN VE GAZLARIN ISIL İLETKENLİK KATSAYISINI BELİRLEYEBİLMEK İÇİN LA Politekik Dergisi, 2017; 20 (3) : 599-605 Ayrıca bu çalışmada tasarlaa cihazı maliyeti, bazı fakülteleri ve meslek yüksekokullarıı laboratuvarlarıa eğitim amaçlı ithal etmiş oldukları cihazları maliyeti ile karşılaştırıldığıda öemsemeyecek kadar küçüktür. Dolayısıyla yapıla bu çalışma, çok yüksek maliyetle alıa deey setlerii kedi imkâlarımızla çok daha düşük maliyetle imal edebileceğimiz gerçeğii ortaya koymuştur. SEMBOLLER (NOMENCLATURE) A : e : I : k : kb : ks : Isı geçiş yüzey alaı (m) Hata miktarı Akım (A) Isı iletim katsayısı (W/mK) Bakırı ısı iletim katsayısı (W/mK) Sıvıı ısı iletim katsayısı (W/mK) k literatür : Isı iletim katsayısıı fiziksel özellik k deey : L : : Q e: : Q i r : R top : s : T : U : V : tablo değeri (W/mK) Deey souçlarıa göre hesaplamış ısı iletim katsayısı (W/mK) Bakır boru uzuluğu (m) Deey sayısı Isıtıcıı elektriksel gücü (W) İletim ile meydaa gele ısı trasferi (W) Yarıçap (m) Toplam ısıl direç (K/W) Sıvı Sıcaklık ( C) Toplam ısı trasfer katsayısı (W/m2K) Gerilim (V) KAYNAKLAR (REREFENCES) 1. Kayfeci, M., Kurt, H., Sıvılar İçi Isı İletim Katsayısı Ölçüm Cihazı Tasarımı ve Deeysel Olarak İcelemesi, Yüksek Lisas tezi, Z. Karaelmas Üiversitesi. Fe Bilimleri Estitüsü, 22: 907-915, (2007). 2. Romero, J.T., Telis, V.R.N., Gabas, A.L. ve Yamashita, F., Thermophysical Properties of Brazilia Orage uice as Affected by Temperature ad Water Cotet, Joural of Food Egieerig, 38: 27-40, (1998). 3. Özkal, S.G. ve Tülek, Y., Değişik Süt ve Bitkisel Yağ Öreklerii Isıl İletkelik Değerlerii Deeysel Olarak Belirlemesi, Turkish J. Egieerig Evirometal Sciece, 25: 51-60, (2001). 4. Azoubel, P.M., Cipriai, D.C., El-Aouar, A.A., Atoio, G.C. ad Murr, F.E.X., Effect of Cocetratio o the Physical Properties of Cashew Juice, Joural of Food Egieerig, 66: 413 417, (2005). 5. Shamsudi, R., Mohamed, I.O. ve Yama N.K.M., Thermophysical Properties of Thai Seedless Guava Juice as Affected by Temperature ad Cocetratio, Joural of Food Egieerig, 66: 395 399, (2005). 6. Tasakul, A. ve Chaisawag, P., Thermophysical Properties of Cocout Milk, Joural of Food Egieerig, 73: 276 280, (2006). 7. Motgomery, D.C., Ruger, G.C., Applied Statistics ad Probability for Egieers, Joh Wiley & Sos, U.S.A., (2002). 8. Dizdar, E.N., Uygulamalı Olasılık ve İstatistik, ABP Yayıevi, (2004). 9. Özışık, M.N., Heat Trasfer, McGraw-Hill, Sigapore, (1985). TEŞEKKÜR (THANKS) Bu çalışma 07/2013-07 kodlu Gazi Üiversitesi Bilimsel Araştırmalar Projesi Birimi tarafıda desteklemiştir. 605