Gönderen Konu: Isý Deðiþtirici Dizayný  (Okunma sayısı 8574 defa)

Çevrimdışı roseshah

  • Yeni Üye
  • *
  • İleti: 43
  • Kimya Mühendisi
    • Profili Görüntüle
Isý Deðiþtirici Dizayný
« : 05 Ağustos 2008, 22:36:31 »
Bir kazaninin yakma havasi, kazandan cikan sicak gazlarin artik isisindan yararlanilarak 550 C den 260 C ye duserken ortamadan 20 C de alinan hava 85 C ye cikarilacaktir.Ýhtiyac duyulan hava debisi 450kg/h týr.
Bunu saðlayacak ýsý deðiþtirgeci dizayni istenmektedir.


VERÝLENLER:

1.Sýcak akiþkanýn giriþ sýcaklýðý T1g=550 C
2.Sýcak akýþkanýn çýkýþ sýcaklýðý T1ç=260 C
3.Soðuk akýþkanýn giriþ sýcaklýðý T2g=20 C
4.Soðuk kýþkanýn çýkýþ sýcaklýðý T2ç=85 C
5.Soðuk akýþkanýn denisi m2=450kg/h

SEMBOLLER

T1g :Sýcak akýþkanýn ýsý deðiþtirgecine giriþ sýcaklýðý (C)
T1ç :Soðuk akýþkanýn ýsý deðiþtirgecine giriþ sýcaklýðý (C)
T2g :Sýcak akýþkanýn ýsý deðiþtirgecinden çýkýþ sýcaklýðý (C)
T2ç :Soðuk akýþkanýn ýsý deðiþtirgecinden çýkýþ sýcaklýðý (C)
ΔTm :Ortalama logaritmik sýcaklýk farký (C)
Ρ1:Sýcak akýþkanýn yoðunluðu (kg/m )
Ρ2:Soðuk akýþkanýn yoðunluðu (kg/m)
λ1:Sýcak akýþkanýn ýsý iletim katsayýsý (kcal/mhC)
λ2:Soðuk akýþkanýn ýsý iletim katsayýsý (kcal/mhC)
ν1:Sýcak akýþkanýn kinamatik viskozitesi (m /s)
ν2:Soðuk akýþkanýn kinamatik viskozitesi (m /s)
Pr1:Sýcak akýþkanýn Prandtl sayýsý
Pr2:Soðuk akýþkanýn Prandtl sayýsý
Cp1:Sýcak akýþkanýn sabit basýnçta özgül ýsýsý (kcal/kgC)
Cp2:Soðuk akýþkanýn sabit basýnçta özglü ýsýsý (kcal/kgC)
Q:Isý transferi miktarý (kcal/s)
V1:Sýcak akýþkanýn hacimsel debisi (m /s)
V2:Soðuk akýþkanýn hacimsel debisi (m /s)
m1:Sýcak akýþkanýn kütlesel debisi (kg/s)
m2:Soðuk akýþkanýn kütlesel debisi (kg/s)
n:Boru sayýsý (m-mm)
diç:Boru iç çapý (m-mm)
ddýþ:Boru dýþ çapý (m-mm)
W1:Sýcak akýþkanýn ortalama hýzý (m/s)
W2:Soðuk akýþkanýn ortalama hýzý (m/s)
Re1:Sýcak akýþkanýn Reynolds sayýsý
Re2:Soðuk akýþkanýn Reynolds sayýsý
Nu1:Sýcak akýþkanýn Nusselt sayýsý
Nu2:Soðuk akýþkanýn Nusselt sayýsý
h1:Sýcak akýþkanýn yüzeyle arasýndaki ýsý taþýným katsayýsý (kcal/mhC)
h2:Soðuk akýþkanýn yüzeyle arasýndaki ýsý taþýným katsayýsý (kcal/mhC)
s :Et kalýnlýðý (m-mm)
t : Hatve (m-mm)
δk : Kovanýn et kalýnlýðý (m-mm)
δm : Kovan iç yüzeyi ile boru demetinin en dýþýndaki boru arasýndaki mesafe
(m-mm)
dh : Hidrolik çap (m-mm)
L : Boru uzunluðu (m)
K : Toplam ýsý geçiþ katsayýsý (kcal/mhC)
λm: Dökme demir malzemesinin ýsý iletim katsayýsý (kcal/mhC)
D : Kovan iç çapý



ISI DEÐÝÞTÝRGEÇLERÝ (EÞANJÖRLER)

Tanýmý ve çalýþma prensibi:
Isý deðiþtirgeçleri, farklý sýcaklýktaki iki veya daha fazla akýþkan arasýndaki ýsý alýþveriþini saðlayan tesisatlardýr. Isý deðiþtirgeçlerine akýþkanlar,biribirleri ile karýþtýrýlmadan ýsý geçiþi yapýlan bir yüzeyle biribirlerinden ayrýlýr. Sanayinin hemen hemen bütün dallarýnda yaygýn olarak kullanýlýrlar; özellikle ýsýtma ve soðutma tesisleri,kuvvet makinalarý ile santrallarý, kimya tesisleri ve ýsýl iþlem tekniðinde çok önemli yer tutmaktadýrlar.Su ile soðutmalý motorlardaki radyatörler, soðutma tesislerindeki kondanserler ve buharlaþtýrýcýlar, termik kuvvet santralerinde ve kimya tesislerindeki kondanserler birer ornek olarak verilebilir.

Isý deðiþtirgeçleri, tesisin termik verimini arttýrma, çevrimin tamamlanmasý, gibi yonlerden baska imal edilen ürünün kalitesi yönünden de önemlidir.örneðin ýsýl iþlem tekniðinde çoðu kez belirli bir sýcaklýða getirilen bir madde ya egzoterm reaksiyonlar sonucunda ýsý açýða çýkarýr veya endoterm reaksiyonlar sonunda ýsýya ihtiyaç gösterir. Sýcaklýk birinci halde artar, ikinci halde ise azalýr. Sýcaklýðýn yükselmesi reaksiyona katýlan maddede de parçalanmalara, ayrýþmalara sebep olabilir. Düþük sýcaklýklarda ise reaksiyon iktisadi olmayacak þekilde yavaþlar. Bu gibi tesislerde sýcaklýðýn belirli bir deðerde tutulmasý gerekir. Bu sebeple ýsý deðiþtirgeçlerinin önemi kolayca anlaþilýr.

Isý deðiþtiricisi içinde yoðuþma ve buharlaþma gibi bir faz deðiþimi varsa, bu tiplere “Gizli Isý deðiþtirgeçleri ”, faz deðiþiminin olmadýðý diðer tiplere ise “Duyulur Isý Deðiþtirgeçleri “ adý verilir.

Buhar kazanlarý, nükleer enerji santralleri ýsýnýn kendi içlerinde üretildiði birer ýsý deðiþtiricisi olmasýna raðmen, kapsadýklarý konular ve özel önlemleri nedeniyle ayrý incelenen sistemlerdir.

Konstrüktif olarak, regeneratif ýsý deðiþtirgecinin dýþýndaki butun ýsý deðiþtirgeçlerinde hareketli bir makine parçasý yoktur.Pratikte deðiþik uygulama yerlerinde çok farklý ýsý deðiþtiricisi tipine rastlnabilir. Isý deðiþtiricileri konstriksiyonlarýna,akýþ þekillerine,akýþkan sayýsýna, ýsý transferi mekanizmasýna gore deðiþik þekillerde sýnýflandýrýlabilir.Isý deðiþtirgeçlerinde þekil ve akým türü ne olursa olsun farklý sýcaklýklarda akýþkanlar bulunur.sýcak akýþkan ýsý vererek soðurken soðuk akýþkan bu ýsýyý alarak sýcaklýðý yükselir.Aralarýnda ýsý alýþveriþi bulunan akýþkanlarýn eþanjöre giriþ ve eþanjörden çýkýþ sýcaklýklarý bu yüzden farklý olmaktadýr.



ISI DEÐÝÞTÝRGEÇLERÝNÝN SINIFLANDIRILMASI

Isý deðiþtirgeçleri faz deðiþimine göre ikiye ayrýlabilir.

1. Gizli Isý Deðiþtirgeçleri: Isý deðiþtirgeci içinde yoðuþma ve buharlaþma gibi bir faz deðiþtirme iþlemi varsa bu tiplere verilen addýr.
2. Duyulur Isý Deðiþtirgeçleri: Isý deðiþtirgeci içinde faz deðiþimi iþlemi yok ise verilen addýr.

Sýcak ve soðuk akýþkanlarýn karýþmasýna göre 3’e ayrýlýr.

1.Karýþýmlý Isý Deðiþtirgeçleri: Her iki akýþkan deðiþtirgeç içinde karýþarak ýsý alýþveriþi gerçekleþir.

2.Regeneratörler: Regeneratörler, metal ve reflaktörlerin kullanýldýðý bir ýsý transfer ortamýna sahip döner elemanlý ýsý deðiþtirgeçleridir. Sýcak ve soðuk akýþkanlar ayný kanallardan ardýþýk olarak geçmektedir. Ortam belli bir zaman süresince sýcak atýk gazlarla ýsýtýlýr. Isý enerjisi kanal duvarýna aktarýlmakta ve depolanmaktadýr.
Ön ýsýtýlacak soðuk hava daha sonraki belirli zaman boyunca ortamdan geçerek bu ortamýn ýsýsýný alýr. Depolama ve boþaltma biçiminde oluþan bu aktarým periyodik olarak devam etmektedir. Ortam deðiþken olarak atýk gazlarla ýsýtýlmýþ ve yanma havasýyla soðutulmuþ olur.

Regeneratif tip ýsý deðiþtirgeçleri ikiye ayrýlabilir:

a)Sabit Matrisli Regeneratif Isý Deðiþtirgeçleri: Yüksek sýcaklýk uygulamalarýnda kullanýlýr. Örneðin; cam eritme fýrýnlarýnda yüksek sýcaklýklý fýrýnlarda.

b)Döner Matrisli Regeneratif Isý Deðiþtirgeçleri: Düþük sýcaklýk uygulamalarýnda kullanýlýr. Örneðin;buhar kazanlarý. Düþük sýcaklýktaki atýk ýsý deðiþtirgeçlerinin kullanýmý genelde ekonomik olmamaktadýr. Bunun sebebi atýk ve taze akýþkanlar arasýndaki sýcaklýk farkýnýn küçük olmasý, atýk akýþkanýn tasarým ve iþletim yönünden sýnýrlama getiren özelliklerdir. Döner tip ýsý deðiþtirgeçleri sýcaklýk farklarýnýn düþük olduðu, akýþkanlar arasýnda nem transferinin istendiði durumlarda uygun olmakta bu da sistemin ilk yatýrým maliyetlerinin düþük olmasýný saðlamaktadýr.

3. Yüzeyli Isý Deðiþtirgeçleri: Birbirinden bir sýnýr yüzeyiyle ayrýlmýþ iki akýþkanýn ayný anda farklý iki bölgeden geçerken aralarýnda ýsý alýþveriþinin olduðu ýsý deðiþtirgeçleridir. Bu ýsý deðiþtirgeçlerinde sýcak akýþkan, bir giriþ sýcaklýðýndan bir çýkýþ sýcaklýðýna kadar soðurken, ýsýtýlmak istenen soðuk akýþkan bir giriþ sýcaklýðýndan bir çýkýþ sýcaklýðýna kadar ýsýnýr. Yüzeyli ýsý deðiþtirgeçlerinde ýsý deðiþimi süreklidir. Sýcak ve soðuk akýþkanlar öngörülen bölmelerden süratle geçerken sýcak akýþkandan soðuk akýþkana ýsý transfer edilir.

Yüzeyli ýsý deðiþtirgeçleri ýsýtma yüzeylerine göre ikiye ayrýlýrlar

1. Borulu ýsý deðiþtirgeçleri
2. Levhalý ýsý deðiþtirgeçleri


Yüzeyli ýsý deðiþtirgeçlerinin akýþ þekline göre sýnýflandýrýlmasý:
Akýma göre sýnýflandýrma, esas olarak tek geçiþli ve çok geçiþli olmak üzere iki temel gurupta toplanabilir.
1.Tek Geçiþli Isý Deðiþtirgeçleri:
Bu tipler ,paralel,ters ve çapraz akýmlý olmak üzere üç gurupta toplanabilirler.

a)Paralel Akýmlý Isý Deðiþtirgeci:
Bu akým þeklinde akýþkanlar, deðiþtirgeçin bir ucundan girip,ayný doðrultuda akarlar ve deðiþtirgecin diðer ucundan çýkarlar.Þekil 1 de bu tip bir düzenleme görülmektedir. Bu tip deðiþtirgeçlerde soðuk ve sýcak akýþkan ayný kesitten girerler.Þekil 2 de ýsý deðiþtirgeci boyunca her iki akýþkana ait sýcaklýklarýn nasýl deðiþtiði görülmektedir.

b)Ters Akýmlý Isý Deðiþtirgeçleri:
Bu tip ýsý deðiþtirgeçlerinde akýþkanlardan biri boru içinden akar.Diðeri borularýn dýþýndan ters yönde akar. Ters akýmlý ýsý deðiþtirgeçlerinde ortalama logaritmik sýcaklýk farký diðer butun düzenlemelerden daha büyüktür.Diðer tiplere göre daha kompakt ýsý deðiþtirgeçleri olmasýna raðmen pratikteki imalat güçlükleri, ýsý transfer yüzeyindeki ýsýl gerilmeler ve korozyon tehlikesi nedeniyle bir çok uygulamada ters akýmlý ýsý deðiþtirgeci tercih edilmeyebilir.Aþaðýdaki þekillerden Þekil 3 ýsý deðiþtirgecinin düzenlenmesi, Þekil 4 te desýcaklýk deðiþimleri görülmektedir.

c)Çapraz Akýmlý Isý Deðiþtirgeçleri:
Bu tip akýþkanlar deðiþtirgeç içinde biribirine dik olarak akarlar. Akýþkanlar deðiþtirgeç içerisinde ilerlerken kendisi ile karýþabilir veya karýþmayabilir. Þekil 5’te þematik olarak gösterilen levhalý ýsý deðiþtirgecinde, akýþkanlarýn ikiside karýþmamaktadýr.Akýþkan deðiþtirgeç içerisinde bireysel kanallar (veya borular) içinde akýyor ise ve bitiþik kanal içindeki akýþkan ile karýþmýyor ise bu akýþ þekline ”karýþmayan” adý verilir.Þekil6 da ise akýþkanlarýn biri karýþýp diðerinin karýþmadýðý duruma ait örnek görülmektedir.

Isý geçiþinin etkinliði yönünden ýsý deðiþtirgeçleri mukayese edildiðinde en iyi sonucun ters akýmlý ýsý deðiþtirgecinde saðlandýðý görülür.Çapraz akýþlý ýsý deðiþtirgecinde, paralel akýmlý ýsý deðiþtirgecine nazaran daha iyi ýsý geçiþi elde edilmekle beraber , ters akýmlý ýsý deðiþtirgeçleriyle mukayese edildiðinde çapraz akýmlý ýsý deðiþtirgeci ikinci planda kalmaktadýr.



2.Çok Geçiþli Isý Deðiþtirgeçleri:
Bundan once incelenen paralel, ters, çapraz olarak adlandýrýlan üç tek geçiþli iþlem, deðiþtirgeç içerisinde deðiþik þekillerde ard arda seri halde düzenlenerek çok geçiþli deðiþtirgeç tipleri elde edilebilir.Çok geçiþli ýsý deðiþtirgeçlerinin en büyük üstünlüðü deðiþtirgeç etkinliðini arttýrmaktýr.iki akýþkanýn biribirine göre akýþý prensip olarak ters þekilde düzenlenmiþ ise, bu deðiþtirgeçlerin etkinlikleri tek geçiþli ters akýmlý deðiþtirgeçlerin etkinliðine yaklaþýr. Deðiþtirgeçteki geçiþ sayýsý kadar fazla ise, bu yaklaþým o kadar iyidir.Çok geçiþli ýsý deðiþtirgeçleri, kanatlý yüzeyli,kovan-borulu,levhalý tip olarakdeðiþik duzenlemelerde imal edilirler.

a)Çapraz Ters Akýmlý Isý Deðiþtirgeçleri:
Bu tip deðiþtirgeçler genellikle kanatlý yüzeyli ýsý deðiþtirgeçlerinde tercih edilir.Ýki veya daha fazla sayýda çapraz geçiþ arka arkaya ters akýmlý olarak seri halde baðlanýr. Yüksek sýcaklýklardaki uygulamalarda, sýcaklýðýn fazla olduðu geçiþlerde sýcaða dayanýklý pahalý malzeme, diðer yüzeylerde ise ucuz malzeme kullanýlarak imalat masraflarý azaltýlabilir.

b)Çapraz Paralel Akýmlý Isý Deðiþtirgeçleri:
Bu duzenleme, bir önceki düzenlemeye çok benzer,sadece akýþkanlarýn biribirlerine gore genel akýþý paraleldir.

c)Kovan Akýþkanýnýn Karýþtýðý, Paralel-Ters Akýmlý Düzenleme:
Bu düzenleme, kovan-borulu ýsý deðiþtirgeçlerinde en çok kullanýlan tiptir.En basit olarak þekil 9 ‘da gösterildiði gibi, bir kovan iki geçiþli olarak yapýlabilir.Sistemde borular bir uçlarýndan tespit edildiðinden ýsýl gerilmeler çok azdýr.Kovan tarafýndaki akýþkan karýþtýðýndan, herhangi bir kesitteki kovan akýþkanýnýn sýcaklýðý sabittir.

d)Kovan Akýþkaný Karýþmýþ,Bölünmüþ Akýmlý Düzenleme:
Bu düzenlemede kovan içinden akan akýþkan, kovan ortasýndan girer,eþit olarak iki kýsýma ayrýlýr ve kovan iki ucundan çýkar.Þekil 11

e)Kovan Akýþkaný Karýþmýþ, Ayrýk Akýmlý Düzenleme:
Bu düzenleme boyunca þaþýrtma levhalarýnýn kullanýlmasý ve tek birçýkýþ aðzý olmasý nedeniyle bölünmüþ akým düzenlenmesinden farklýdýr.Þekil 12 de böyle düzenlenmiþ iki borulu tip görülmektedir.

f) n-Paralel Levha Geçiþli Düzenleme:

Levha tipi deðiþtiricilerde levhalarýn çeþitli þekillerde düzenlenmesiyle çok geçiþli akýmlar elde edilebilir. Levha tipi deðiþtiricilerde levhalar arasýna konulan contanýn yeri deðiþtirilerek yeni tip düzenlemeler kolayca elde edilebilir.



ISI DEÐÝÞTÝRGECÝNÝN SEÇÝMÝ:

Isý deðiþtirgecinin seçiminde aþaðýdaki hususlar göz önüne alýnýr;
Akýþkan hýzýnýn artmasý konveksiyonla ýsý transferini iyileþtirir,buna karþýlýk yük kayýplarýný arttýrýr.Bu husus göz önünde tutularak genellikle sývýlar için 0,5-6 m/s, gazlar için 3-10 m/s hýzlarý arasýnda alýnýr.Bazen erezyon, titreþim, akýþ stabilitesi ve gürültü gibi nedenlerle de hýz sýnýrlanýr.

Yüzeylerdeki kirlilik ýsý transferine ve sürtünmeye etkisi bakýmýndan hesaba katýlmalýdýr. Bu faktörler deðiþtirgeç boyutlarýnýn tayininde büyük rol oynar.Örneðin; kirlilik fazla ise ýsý akýlarý düþük tutularak aþýrý sýcaklýkartmalarý önlenir. Boru çaplarý da fazla kirlilik halinde geniþ tutulmak zorundadýr. Aksi halde kesit daralmasý olur. Kirlilik tabakasýný kimyasal yolla çözmek için asit eriyikleri kullanýldýðýnda malzemeyi ona göre (örneðin paslanmaz çelik) seçmek gerekir.
Isý deðiþtirgeçlerinin imalatýnda ýsý transferi ve akýþkanýn hareketi için gerekli pompalama gücü daima birlikte göz önünde tutulmalýdýr.Yüksek yoðunluklu akýþkanlarda pompalama gücü ýsý debisinin yanýnda önemsiz mertebelerde olmakla beraber alçak yoðunluklarda durum böyle deðildir, hatta bazý ýsý makinalarýnda 4 veya 10 defa daha büyüktür.
Hýz arttýrýlýnca ýsý akýþý aþagý yukarý hýzla orantýlý olarak artar.halbuki sarf edilen güç, hýzýn en az karesi ile orantýlý olacak þekilde büyür. Yük kaybýnýn azaltýlmasý için hýz düþürülür. Ancak hýz düþürülünce yüzeyi büyütmek gerekir, bu ise tekrar yük kaybýnýn artmasýna yol açar.Gaz kullanýlan deðiþtirgeçlerde sývýlara göre ýsý transferi daha kötü olduðundan yüzeyler çok büyür.Gaz-gaz deðiþtirgeçleri sývý-sývý deðiþtirgeçlerine nazaran ayný ýsý debisi ve pompalama gücü ise takriben 10 misli yüzeylidirler.bu nedenle gaz akýþlý deðiþtirgeçleri küçük yapma çareleri araþtýrýlmýþ, örneðin kararlý yüzeyler kullanma yoluna gidilmiþtir.Deðiþtirgeci küçültmek için bir baþka yolda ýsý akýsýný yüksek tutma çareleri aramaktýr. Boru çaplarý küçük seçilerek ve çapraz sýralý yapýlarak ýsý akýsýnýn arttýrýlmasý saðlanabilir.
Isý transferini iyileþtirmek için bir yol da yüzeyi parça yaparak sýnýr tabakadan kalýnlaþmasýný önlemektir.Kanatlý yüzeyler bu þartý kendiliðinden gerçeklerler. Yalnýz yüzeyin parçalý yapýlmasýnýn yük kaybýný arttýracaðýný unutmamak gerekir.
Borular içerisinde türülans doðurucu parçalar koyarak da ýsý transferi iyileþtirilebilir.Bu halde yük kaybýnýn artacaðý doðrudur.
Isý transferini iyileþtirmek için yukarýda bahsedilenlerden de anlaþýlacaðý gibi bir ýsý deðiþtirgecinin seçiminde yalnýz yatýrým deðil, iþletme masraflarý da göz önüne alýnmalýdýr.Minimum masrafý bulmak için yatýrým iþletme masraflarý ile dengelemek þarttýr.


ISI DEÐÝÞTÝRÝCÝ TASARIMINDA ETKÝLÝ BÜYÜKLÜKLER

Isý deðiþtirgeçlerinde ýsýl hesaplarýn yapýlabilmesi için ;

1.T1g ,T1ç,T2g,T2ç verilenlerine uygun olarak logaritmik sýcaklýk farklý bulunur.
2.Akýþkanlarýn giriþ ve çýkýþ ortalama sýcaklýklarý bulunur. Tablolardan bu sýcaklýklara ve akýþkan cinsine tekabül eden yoðunluk,özgül ýsý,ýsý iletim katsayýsý,Prandtl sayýsý,dinamik vizkozite deðerleri bulunur.
3.Isý alýþ-veriþ miktarý belirlenir. Bu miktara baðlý olarak bilinmeyen kütlesel debi ve hacimsel debiler belirlenir.
4.Dýþ çap,iç çap,et kalýnlýðý,sýcak ve soðuk akýþkan hýzý seçilerek boru sayýsý tespit edilir.
5.Kovan çapý belirlenir.
6.Eþdeðer hidrolik çap belirlenir.
7. Reynolds ve Nusselt deðerleri vasýtasýyla boru içinde ve dýþýndaki boru ýsý taþýným katsayýlarý belirlenir.
8.Toplam ýsý geçiþ katsayýsý belirlenir.
9.Isý transfer yüzeyi bulunur.
10.Boru uzunluðu belirlenir.
11.Soðuk ve sýcak akýþkan için için eþanjöre giriþ ve çýkýþ çaplarý hesaplanýr.




ORTALAM ISI GEÇÝÞ KATSAYISI “K” HESABI;

Ortalama ýsý geçiþ katsayýsý “K” film katsayýlarýnýn belirlenmesinden sonra hesaplanýr. Her akýþkana ait film katsayýsý tespit edildikten sonra boru et kalýnlýðý ve malzemesi dikkate alýnarak “K” hesaplanýr.

K=1/Rt olup,

Rt=Riç+Rdýþ + Rw Rt: Toplam direnç

Riç=1/hiç hiç: Ýçteki film katsayýsý

Rdýþ=1/hdýþ hdýþ: Dýþtaki film katsayýsý

Rw=L/K Rw: Duvar direnci

Burada L-cidar kalýnlýðý (m)
K-boru kondüksiyon katsayýsý (W/mC)


Film katsayýlarý bütün konveksiyon türleri için akýþkanýn sýcaklýðýna baðlýdýr. Eðer akýþkan hal deðiþtirmiyorsa sýcaklýðý akýþ boyunca deðiþecektir. Dolayýsýyla film katsayýsýda deðiþecektir. Ancak film katsayýsý akýþkanýn cihaza giriþ ve çýkýþ sýcaklýklarýnýn aritmetik ortalamasý olan sýcaklýkta deðerlendirilirse yeterince hassas ortalama film katsayýsý elde edilebilir.

Eðer ýsý transferi yüzeyleri borulardan oluþuyorsa film katsayýsýnýn tespitinden önce muhtemelen boru sayýsý ve büyüklüklerin seçilmesi gerecektir. Ýki akýþkan arasýndaki sýcaklýk farký genellikle logaritmik sýcaklýk farký olarak tarif edilir.

ΔTm=(ΔTmax – Δtmin)/ ln(Tmax/Tmin)

Burada ΔTm :Logaritmik sýcaklýk farký
ΔTmax :En büyük sýcaklýk farký
ΔTmin :En küçük sýcaklýk farký



KOROZYON VE ÖNLENMESÝ;

Atýk geri kazaným sistemlerinin tasarýmýnda göz önüne alýnmasý gerekli hususlardan birisi borularda düþük sýcaklýk bölgesinde oluþan korozyondur. Cihaz içinde herhangi bir noktadaki boru sýcaklýðý, yaklaþýk olarak o noktada borunun her iki tarafýndaki akýþkan sýcaklýðýnýn ortalamasýdýr. Burada her iki taraftaki ýsý taþýným katsayýlarýnýn ayný mertebede olduðu var sayýlmýþtýr. Tecrübeler göstermiþtir ki korozyona karþý en iyi önlem çalýþma sýnýrlarý içinde ýsýtýcýnýn hiçbir noktasýnda boru sýcaklýðýnýn çið noktasý sýcaklýðýnýn altýndaki bir sýcaklýða düþmeyeceði bir eþanjör tasarýmý gerçekleþtirmektedir.
Korozyonun önlenmesinde baþka bir yöntem ise ters akýmlý eþanjör yerine ayný yönlü paralel akýmlý eþanjör kullanmaktýr. Böylece soðuk akýþkan giriþte en sýcak akýþkanla karþýlaþacak,boru cidar sýcaklýklarý yükselecektir. Ancak akýþkanlar arasýndaki sýcaklýk farký düþecek ve bu sebeple ýsýtýcý kapasitesinde bir düþüþ olacaktýr.
Korozyonu azaltmanýn diðer bir yolu ise korozyona karþý dayanýklý malzeme kullanmaktýr. Özel alaþýmlý çelik veya alüminyum kullanýlarak gaz sýcaklýklarýný daha fazla düþürmek mümkün olabilir. Ancak bu durumda yatýrým maliyeti artmaktadýr. Bu nedenle verilen sýcaklýk deðerlerinin altýnda çalýþmak için özel alaþýmlý çelikler veya paslanmaz çelik kullanýlmaktadýr.
Isýtýcýnýn ömrünü artýrmak yönünden eðer korozyon önlenemiyorsa kalýn malzeme kullanmak baþka bir çözüm olarak gerçekleþtirilebilir.



ISI DEÐÝÞTÝRGECÝNÝN TASARIM HESAPLARI VE BOYUTLANDIRILMASI

Sýcak akýþkan:1 no’lu akýþkan
Soðuk akýþkan :2 no’lu akýþkan

Zýt Yönlü Paralel Akýmlý Isý Deðiþtirgeci Ýçin;

ΔT1=T1g-T2ç=550-85=465 C
ΔT2=T1ç-T2g=260-20=240 C
ΔTm=(ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2)
=(465-240)/(ln465/240)=340.9

Ayný yönlü paralel akýmlý ýsý deðiþtirgeci için ΔTm logaritmik ortalama sýcaklýk farký zýt yönlü paralel akýmlý ýsý deðiþtirgecine göre daha küçüktür. Böylelikle zýt yönlü paralel akýmlý ýsý deðiþtirgecinde oluþacak ýsý transferi miktarý daha büyük olur. Bu nedenle ýsý deðiþtirgecini zýt yönlü paralel akýmlý seçmek daha avantajlý olur.

Akýþkanlarýn Madde Fiziki Deðerlerinin Belirlenmesi:

Akýþkanlarýnýn madde fiziki deðerlerinin tespiti için her iki akýþkan için ortalama sýcaklýk deðerinin hesaplanmasý ve buna göre madde fiziki deðerlerinin belirlenmesi gerekir.

Sýcak Akýþkanýn Ortalama Sýcaklýk Deðeri:

Tort =(T1g+T1ç)/2 =(550+260)/2=405 C

Cp1= 0,2553 kcal/kgC ρ1= 0.52053kg/m ν1=63.331.10 m²/s

Pr1 = 0.6805 λ1= 0,04454 kcal/mhC


Soguk Akýþkanýn Ortalama Sýcaklýk Deðeri:

Tort=(T2g+T2ç)/2=(20+85)/2=52,5 C

Cp2 = 0,241 kcal/kgC ρ2 = 1.0847 kg/m ν2 = 18.17625.10 m²/s

Pr2 = 0.70975 λ2 = 0.02405 kcal/kgC



Soguk Akýþkanin Kütlesel Debisi:.

m2=450 kg/h =0.125 kg/s V2 =m2/ρ2=0.125/1.0847=0.12 kg/m

Isý Transfer Miktarýnýn Belirlenmesi:

Burada soðuk akýþkanýn aldýðý ýsý sýcak akýþkanýn verdiði ýsýya eþittir.

Q1= Q2= Q

Q2=m1.Cp1. (T1g-T1ç)=mCp2.(T2ç-T2g)=0.125.0.241.(85-20)=1.96 kcal/s

m1=Q2/ Cp1(550-260)=1.96/0.2553.290=0.026 kg/s

V1= m1/ ρ1=0.026/0.52053=0.05 m/s


Deðiþtirgecin Boyutlandýrýlmasý

Kabuller: Boru demetleri içinden sýcak akýþkan geçiriliyor.

W1 =9.4 m/s

diç=0,02m=20mm

ddýþ =0,025=25mm

s=2,5mm

n= 4V1/π.diç.W1=17 adet

hiç Deðerinin Bulunmasý :

Re =W1.diç /ν1 =9.4.0.02/63.31.10 =2968.5>2320 old. akýþ türbülanslýdýr.

Not: Isýl verimin yüksek olmasý için kabullerde akýþýn daima türbülanslý olmasý istenir.

Nu =0,023.(Re ).(Pr ) n=0.3 soðutma için

Nu=0.023(2968.5).(0.6805)
Nu=12.3

hiç=Nu.λ1/diç=12,3.0,04454/0,02=27,4 kcal/mhC

Kovan Ýç Çapýnýn Tayini ve Borularýn Diziliþi:

D=kovan iç çapý
s = boþluk
diç =boru iç çapý
dd = boru dýþ çapý
t = hatve
δm =delikler arasýndaki uzaklýk
D" =m.t
dh=hidrolik çap

Tablodan:
d x s = 25 x 2,5 için t =30 mm δm=4,5 mm alýnýr.

n= 17 adet boru için m =4.5 δk = 10 mm alýnýr.


D=D"+2δm+dd=135+9+25=169 mm


Soðuk Akýþkanýn Akýþ Kesitinin Bulunmasý:

A=p/4.(D-n.dd)=((0,169)-17.(0,025)) p/4

A=0.014 m

Ç=p(D+n.dd)= p(0,169+17.0,025)=1.9 m

Soðuk Akýþkanýn Akýþ Hýzýnýn Bulunmasý:

W2=V2/A=0.12/0.014=8.6 m/s

Hidrolik Çapýn Bulunmasý :

dh=4.A/Ç=4.0,014/1.9=0,03 m

hdýþ Deðerinin Bulunmasý :

Re =W2.dh/ν2 =8,6.0,03/18.17625.10 =14194>2320 (akýþ türbülanslý)

Nu =0,023. (Re ). (Pr )=0,023.(14194).(0,70975)=42

hdýþ = Nu .λ 2/dh =42.0,02405/0.03=33,67 kcal/mhC

Toplam Isý Geçiþ Katsayýsýnýn Belirlenmesi:

Malzemenin ýsý geçiþ katsayýsýnýn yüksek tutulmasý, hem toplam ýsý geçiþ katsayýsýnýn artmasýna hem de daha verimli ýsý transferinin gerçekleþmesine vesile olacaktýr. Bunun içinde elveriþli olan dökme demir malzemenin kullanýlmasýdýr.

λm =53 kcal/mhC

1/K=1/hiç +L/ λm +1/hdýþ

1/K= 1/33,67+0,0025/53+1/27,4

K=15,2 kcal/mhC

Boru Uzunlugunun Bulunmasý:

Q= K.A.ΔTm

Q=K.π.d.n.L.ΔTm buradan;

L=Q/(K.π.d.n.ΔTm)

A=1,96.3600/15,2.340,9=1.36

L=1,36/3,14.0,025.17=1.0 m

Isý deðiþtirgeci tasarýmýnda L/D oraný önemlidir. Eðer L/D oraný 3-8 arasýnda ise yapýlan tasarým standartlara uygun olarak tasarlanmýþtýr.

L/D=1.0/0.169=5.9 olarak bulunur.



Sýcak Akýþkanýn Isý Deðiþtirgecine Giriþ ve Çýkýþ Çaplarýnýn Hesabý:

Sýcak akýþkanýn ýsý deðiþtirgecine giriþ ve çýkýþtaki alaný sýcak akýþkanýn debisine,hýzýna ve yoðunluðuna baðlý olarak

A1g=m1/W1.ρ1

Örneklerle Isý Transferi (Sadýk KAKAÇ) Tablo 29’dan

550 C için ρ1=0,43025 kg/m

260 C için ρ2=0,66274 kg/m


A1g=m1/W1.ρ1=0,026/9,4.0.43025=0.006 m

d1g=(4A1g/p)½=(4.0,006/3.14) ½=0,09 m

A1ç=m1/W1.ρ2=0,026/9,4.0,66274=0,004 m

d1ç=(4A1ç/p)½=(4.0,004/3,14) ½=0,07 m



Soðuk Akýþkanýn Isý deðiþtirgecine Giriþ ve Çýkýþ Çaplarýnýn Hesabý:

Soðuk akýþkanýn ýsý deðiþtirgecine giriþ ve çýkýþtaki alaný soðuk akýþkanýn debisine,hýzýna ve yoðunluðuna baðlý olarak

A2g=m2/W2.ρ2


Örneklerle Isý Transferi (Sadýk KAKAÇ) Tablo 29’dan

20 C için ρ2=1,2045 kg/m

85 C için ρ2=0,97955 kg/m


A2g=m2/W2.ρ2=0,125/8,6.1,2045=0.01 m

d2g=(4.A2g/p)½=(4.0,01/3,14) ½=0,12 m


A2ç=m2/W2.ρ2=0,125/8,6.0,97955=0,01 m

d2ç=(4.A2ç/p)½=(4.0,01/3,14) ½=0,11 m



SONUÇ VE DEÐERLENDÝRME

Isý deðiþtirgeçleri tesisin termik verimini arttýrmak, çevrimin tamamlanmasý gibi yönlerden baþka, imal edilen ürünün kalitesi yönünden de önemlidir. Örneðin ýsýl iþlem tekniðinde çoðu kere belirli bir sýcaklýða getirilen bir madde ya ekzoterm reaksiyonlar sonucunda ýsý açýða çýkarýr veya endoterm reaksiyonlar sonunda ýsýya ihtiyaç gösterir.Sýcaklýk birinci halde artar,ikinci halde azalýr.Sýcaklýðýn yükselmesi, reaksiyona katýlan maddede parçalanmalara, ayrýþmlara sebep olabilir. Düþük sýcaklýklarda ise reaksiyon iktisadi olmayacak þekilde yavaþlar. Bu gibi tesislerde sýcaklýðýn belirli bir deðerde tutulmasý gerekir. Bu gibi sebeple ýsý deðiþtirgecinin önemi kolayca anlaþýlýr.
Isýl gerilmelerin durumlarýnda paralel akýmlý düzenler tercih edilir.Aksi taktirde ayna ve baðlantýlý yerlerde kopma meydana gelebilir.
Ters akýmlý ýsý deðiþtirgeçlerinin tasarýmý yapýlýrken enerji tasarrufuna, kaliteli madde kullanýlmasý, saðlýk açýsýndanda yiyecek maddeleri ve çelik arasýnda temassýz ýsý geçiþi gerçekleþtirilmesine dikkat edilmelidir.
Isý mühendisliðinin konusu olan ýsý deðiþtirgeçleri hesabý her mühendisin meslek hayatýnda mutlaka karþýlaþacaðý ve bu sebeple öðrenmek zorunda olduðu hesaplardan bir tanesidir.

Mühendis Forum

Isý Deðiþtirici Dizayný
« : 05 Ağustos 2008, 22:36:31 »

Çevrimdışı Updangeonenue

  • Yeni Üye
  • *
  • İleti: 7
  • [url=http://pagerank.my-addr.com]page ranking checker[/url]
    • Profili Görüntüle
Isý Deðiþtirici Dizayný
« Yanıtla #1 : 16 Ekim 2011, 04:14:29 »
aþk-ý memnuda mobilyalar duvar boyasý filan deðiþtirmek suretiyle vukuu bulan durum... du.