Corrugated Tube
Belgenin .pdf düzenlemesi -
Corrugated
Tubes .pdf ( 250 kB )
1.GİRİŞ
Isı değiştirmecilerinde,özellikle su soğutucu ünitelerin
buharlaştırıcı ve sıvılaştırıcılarında ısı geçişini
artırmak amacıyla boru geometrisinde bir takım
değişiklikler denenmektedir.
Bunlardan başlıcaları:
– Borulara eksen doğrultusunda kanatçıklar ilave edilmesi
1.2
– Boru içinde ince metal şerit,
yıldız kesitli ince teller yerleştirilmesi 3.
– Boruların eksen doğrultusunda,boyuna
kıvırcıklandırılması 4.
– Boruların enine kıvırcıklandırılması ya da
(
Corrugated
Tubes .pdf ) kroçil boru haline getirilmesi 5.
Şekil 1,enine kıvırcıklandırılmış (kroçil) bir borunun
ekseni boyunca
kesitini göstermektedir.Isı değistirmeci borularını
kıvırcıklandırmanın en büyük yararı malzemeyi
artırmaksızın ısı geçiş yüzeyini ,böylece ısı
değiştirmecinin geçirgenliğini artırmaktır ; bu sırada ısı
değiştirmecinin kapladığı alanın ve hacmin büyümemesi de
diğer bir yarardır. Otomatik makinelerle boruların
kıvırcıklandırılması az bir yatırım ve az enerji
harcamasıyla gerçekleştirilebilindiğinden bu çeşit
gelişmeler
artan malzeme fiyatlarıyla yakın gelecekte daha büyük ilgi
görecektir. Kıvırcıklı borularda kaynama üzerinde yapılan
deneysel bir incelemenin sonuçlarına göre Freon 12 ‘nin
kaynaması sırasındaki film katsayısı bu kıvırcıklar
yardımıyla iki katına çıkarılabilmektedir. Bu incelemenin
uygulaması olarak bir su soğutucusu yapımcısı kroçil boru
kullanmaktadır ve aynı yapımcının teşviki ile bu yazının
konusu olan inceleme sürdürülmüştür.
Bu yazıda önce deneysel inceleme yöntemi açıklanacak,bir
kroçil borulu buharlaştırıcı ve sıvılaştırıcıya ilişkin
deneysel inceleme sonuçları sunulacaktır. Ardından
literatürde mevcut bilgilere dayanarak bir kroçil borulu
buharlaştırıcının ısı geçirgenliği hesaplanacak ve deney
sonuçlarıyla karşılaştırılacaktır.
2.DENEYSEL İNCELEME YÖNTEMİ
Sekil 2. buharlaştırıcının ve sıvılaştırıcının normal
çalışma şartlarında denenmesine olanak veren düzeni
göstermektedir. Soğutkan devre sinde verdi bir rotametre
ile genleşme valfinden ölçülmekte,dört basınç ve beş
sıcaklık ölçümüyle çevrim, buharlaştırıcıda basınç
düşümü belirlenmektedir.
Normal çalışma şartlarında sıvılaştırıcının soğutma suyu
ejektör tipi bir soğutma kulesinde
soğutulmakta,buharlaştırıcıda soğutulan su bir buharlı
ve bir elektrikli ısı değistirgeci yardımıyla dilenilen
ölçüde yüklenilmektedir. Her iki su devresinde verdiler
birer orifismetre ile ölçülmekte termoelementler
yardımıyla yapılan sıcaklık ölçmelerinden istenilen ısı
miktarı hesaplanabilmektedir. Su pompalarının
devrelerindeki baypas ve valf yardımıyla verdiler
istenilen seviyede tutulabilmektedir.Bazı
deneylerde,kompresör değiştirmeksizin,soğutkan buharının
buharlaştırıcıda aldığı ısı miktarı artırılmak istenmiş
bu amaçla bütün çalışma sıcaklıkları düşürüldü.Böyle bir
değişiklik,Sekil 3’de gösterilen şekilde
buharlaştırıcıda soğutulan suyu soğutma kulesine
göndererek mümkün olmaktadır.Yapılan çok sayıda deneyden
sonuçları güvenilir olan üç tanesini verdi,sıcaklık ve
basınç ölçmeleri Tablo 1 de gösterildi.
3.DENEY SONUÇLARI
Ölçme değerlerinden entalpi değerleri,suyun özellikleri ve
Freon 22 ‘nin log p – h diyagramı kullanılarak,bilinen
yöntemlerle hesaplanmıştır. Hesapların sonuçları Tablo 2 de
gösterilmiştir. Sonuçları verilen üç deneyden ilk ikisi normal
çalışma şartlarında,sonuncusu ısı yükü olmaksızın,düşük
sıcaklıklarda elde edilmiştir.
Buharlaştırıcıda soğutulan sudan alınan ısı,soğutkan entalpi
sindeki artış ile % 4 civarında bir fark göstermektedir.
Bu farkın yaklaşık yarısı su devresiyle,yarısı da soğutkan
devresiyle ilgilidir Su devresinde dışarıdan meydana gelen ısı
kaçakları soğutulmayı azaltmaktadır,soğutkan devresinde ise
verdi rotametre ile hassas olarak ölçülememekte,entalpi
değerlerinin hesabında hata yapılabilmektedir. Bu sapmaların
soğutkan devresinde (rotometrede meydana gelen kararsızlık
sebebiyle) ısı miktarını azaltıcı,su devresinde ise yükseltici
olduğu göz önünde tutulursa iki ısı miktarının aritmetik
ortalamasının gerçek buharlaştırıcı ısı geçişini +- % 1 hata
sınırı içinde verdiği savunulabilir.Benzer şekilde
sıvılaştırıcıda da su devresi ile soğutkan devresi arasında
fark görülmektedir. İki ısı miktarının aritmetik ortalaması
uygulama için yeterli derecede doğru bir sonuç vermektedir.
(Deneylerden birinde su ünitesindeki ısı miktarı
ölçülememiştir.)
4.BUHARLAŞTIRICIYA İLİŞKİN TEORİK İNCELEME
Bu bölümde söz konusu buharlaştırıcının ısı geçirgenliği
ısı değiştirmecileri ve kroçil boruların ısı geçirgenliği
hakkında bilinenlerden hareket edilerek hesaplanmış ve hesap
sonuçlarının deney sonuçlarıyla karşılaştırması, benzer
hesapların geçerliliği hakkında fikir verecek tasarım
yönteminin güvenilir olup olmadığını ortaya çıkaracaktır.
Bir ısı değiştirmecinin ısı geçirgenliği (Q) aşağıdaki
şekilde ifade edilebilir
Tablo 1. Deneylerin verdi,basınç ve sıcaklık ölçmeleri
Tablo 2. Deney Sonuçları
Ortalama sıcaklık farkı,soğutucu akışkanın sabit sıcaklıkta
buharlaştığı kabul,edilerek ,
denkleminden hesaplanır. (
) ve (
) suyun buharlaştırıcıya giriş ve çıkış sıcaklıkları (
) ise soğutucu akışkanın ortalama buharlaşma sıcaklığıdır.
Isı transferi alanı,ısı değiştirmecinin imalat resminden
kolayca hesaplanabilir.Toplam ısı transferi katsayısı
aşağıdaki denklemden hesaplanır.
Kroçil borunun ( Corrugated Tube )buharlaştırıcı gövde (su)
tarafındaki film katsayısının (
) hesaplanmasında ısı değiştirmecilerinin tasarımında çok sık
kullanılan colbum eşilişkisinden (korelasyonundan) [7] boru
içindeki soğutucu akışkan tarafı film katsayısının (
) hesaplanmasında ise Witbers ve Hobdas [5]
tarafından kroçil boru içinde buharlaşan Freon-12 için bulunan
eşilişkiden faydalanılmıştır.
İkinci Deney Şartlarında Buharlaştırıcının Isı
Geçirgenliğinin Hesabı
Anahtarları açıklanmış olan hesap yöntemi,Tablo 1 de
basınç,sıcaklık ve verdileri açıklanan deneylerden ikinci ve
üçüncüsüne uygulanılacaktır.
Dış film katsayısının hesaplanması için gerekli olan
eşdeğer çap
( D e ) gövde içindeki boru dağılımına uygun olarak (sekil
4) hesaplanır.
Buharlaştırıcının gövde tarafındaki bölmelerinin dağılımı
dikkate alınarak,
gövde tarafındaki su akış alanı (a s) hesaplanır (Sekil 5)
Yapılan ikinci deney sırasında su debisi,(m s)=10100kg/h
olarak ölçülmüştür.
Buna göre birim akış alanından geçen su miktarı ( G s )
ve gövde tarafındaki Reynols sayısı ( R e s ) :
Referans [7] de,( R es )=2825 için ( J h ) katsayısı ilgili
diyagramdan
27 olarak okunur. Buradan:
elde edilir.
İç (soğutkan) tarafındaki Freon 22 nin film katsayısının
hesabında düz borular için geçerli olan
Pierre formülünün [5] de kroçil borular için verilen
geliştirilmiş şekli kullanılabilir.
(her ne kadar bu geliştirmeye esas olan deneyler Freon 12 ile
yapılmışsa da)
Burada önce soğutucu akışkanının L boyundaki boru içinde
Reynolds sayısını ( RefL ) hesaplamak gerekir.
Buharlaştırıcıda soğutkan dört geçişli olduğuna göre ve
geçişlerin her birinde
ortalama 17 paralel kroçil boru
bulunduğuna göre bir borudan geçen soğutucu akışkan verdisi
toplam akışkan verdinin boru sayısına bölünmesi ile
hesaplanır.
Bakır kroçil borunun ısıl direnci ihmal edilirse U o =
Ayni şartlarda düz borulu buharlaştırıcıda ısı geçişi:
Kıvırcıkların ısı transfer katsayısı üzerindeki etkisini
belirlemek için bir kere de düz boru için ısı transfer
katsayısını hesaplamak faydalı olacaktır.
Düz boru için pıerre eşilişkisinden ( 8 )
Buradan ,toplam ısı transfer katsayısı için
Deney sırasında buharlaştırıcı içinde ortalama yoğuşma
sıcaklıgı
( tR ) = 3.8 C su giriş ve çıkış sıcaklıkları
( ts1 ) = 11,5 C ve ( ts2 ) = 8,3 C derece olarak ölçüldü.
Bu sıcaklık değerlerine göre; Ortalama sıcaklık farkı :
Denenen buharlaştırıcı toplam ısı transferi alanı ( Ao )
kroçil borunun dış çapına
( Do = 1,9 cm ) bağlı olarak hesaplanır.
Buharlaştırıcının toplam ısı kapasitesi :
Üçüncü deney şartlarında buharlaştırıcının ısı geçirgenliğinin
hesabı :
Bu deneyde su verdisi ( ms=7864 kg / h ) olarak ölçüldü. Dış
gövde filim katsayısı için
bulunur.
Boru içinde buharlaşma filim katsayısı,soğutucu akışkan
verdisi mg = 738 kg / h için ;
Toplam ısı transfer katsayısı ise :
Ortalama yoğuşma sıcaklığı ( tg = o c ) su giriş çıkış
sıcaklıkları ( ts1 = 8,4 C ) ve ( ts2 = 4,4 C ) olduğuna göre
,
ortalama sıcaklık farkı;
Deneylerde buharlaştırıcı ısı geçirgenliğinin su devresindeki
entalpi değişimine dayanarak bulunan değerinin ve soğutkan
entalpi değişimine dayanarak bulunan değerinin aritmetik
ortalamaları Tablo 3 de verilmiştir.
Farklı çalışma şartlarındaki deney sonuçları birbirine yakın
çıkmaktadır.
Düşük buharlaşma sıcaklığında (Deney 3) buharlaştırıcı
kapasitesinin küçülmesi beklenir fakat sıvılaştırıcı
sıcaklığıda düştüğü için buharlaştırıcı kapasitesinde önemli
bir değişiklik olmamaktadır. Buharlaştırıcının hesaplanan ısı
geçirgenliği ölçülen değere çok yakındır( % 4 içinde). Bu uyum
şu varsayımların buharlaştırıcı tasarımlarında
kullanılabileceğine kanıt olarak gösterilebilir.a)Withers ve
Habdas’ın deneysel olarak elde ettikleri eşilişki
(Sekil 1 de ) parametre olarak
verilen (e 2 / p di ) boyutsuz kıvırcık bütünlüğünün ( 10 3)
ile ( 6 – 10 3) arasındaki değerleri için ,
kroçil borulu (Corrugated Tube) ısı değiştirmecilerine de
uygulanabilir .
b)Buharın aşırı ısıtılmış
olmasının etkisi (5-6 C i aşmadığı sürece) ihmal
edilebilir.Bu durumda buharlaşma sıcaklığı olarak buharlaşma
basıncının doyma sıcaklığı alınır.
Sıvılaştırıcıyla ilgili deneysel
sonuçlar,sıvı akışındaki kararsızlıklar nedeniyle daha büyük
sapma gösterilmiştir.
Bu sebepten yalnız ölçme değerleri verilmekle
yetinilecektir.
Tablo 3 de verilen ortalama değerler,farklı şartlar altında
da birbirine yakındır.
Kaynak : Mühendis ve Makine
Dergisi sayı 269 ( 1981 )
Hazırlayanlar : Yalçın A.Gogüş – Ruknettin Oskay –
Selami Çakmakçı – Yavuz Alp
Web Yayını : Tevfik Özden – tevfikozden(at)gmail.com
Sıvı ve Gaz yakıtlı
Kalorifer kazanları için ; Kroçil Kazan Duman Borusu
