Gövde borulu ısı değiştirici

DENEY ADI: GÖVDE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİ
DENEYİN AMACI:
Bir gövde borulu ısı değiştiricide;
a) Farklı sıcaklık ve akış hızları deneyerek ısı aktarımını incelemek,
b) Varsa ısı kayıplarını bulmak,
c) Toplam ısı transfer katsayısını hesaplamak,
d) Sıcak ve soğuk su için Reynolds sayısını hesaplayıp akış rejimini belirlemek.
TEORİK BİLGİ
Isı değiştiriciler; birbirine karışmaları engellenen, sıcaklıkları farklı iki akışkan
arasında ısı değişimini sağlayan aygıtlardır. Isı değiştiriciler eşanjör olarak da
adlandırılırlar. Bu tip cihazlar hem günlük hayatımızda hem de termik santrallerin buhar
jeneratörleri, kimya endüstrisinde damıtıcılar, ısıtma, havalandırma, iklimlendirme ve
soğutma uygulamalarında buharlaştırıcı ve yoğuşturucular, elektronik cihazlarda
soğutucular, otomobil radyatörleri, gaz türbin motorlardaki rejeneratörler gibi endüstriyel
uygulamalarda yaygın kullanıma sahiptir [1].
Gövde borulu ısı değiştiriciler proses endüstrisinde en yaygın olarak kullanılan ısı
değiştirici tipidir. Gövde borulu ısı değiştirici, gövde boru içine yerleştirilmiş birbirine
paralel yuvarlak borulardan oluşur. Akışkanlardan birisi boruların içinden diğer akışkan
ise gövde tarafında borulara paralel veya çapraz olarak akar. Temel elemanları; borular
(veya boru demeti), gövde, iki baştaki kafalar, boruların tespit edildiği ön ve arka ayna
ile gövde içindeki akışı yönlendiren ve borulara destek olabilen şaşırtma levhaları
(saptırma levhaları ya da perde de denilebilir) ve destek çubuklarıdır [2].
Şekil 1. Gövde borulu ısı değiştirici [2]
Bir ısı değiştiricide ısı aktarımı genellikle, her bir akışkan tarafında taşınım ve iki
akışkanı ayıran duvarda iletim olarak gerçekleşir. Bir ısı değiştirici incelenirken, ısı
aktarımı üstünde bütün bu etkilerin katkısını hesaba katan toplam ısı transfer katsayısı
olan “U” yu hesaplamak gerekmektedir [1].
DENEYİN YAPILIŞI
a) Deney Düzeneği
Şekil 2. Gövde borulu ısı değiştirici deney düzeneği
Çizelge 1. Isı değiştici üzerinde bulunan kodlar
KODLAR
ST - 16
ST - 1
ST - 2
ST - 3
ST - 4
ST - 5
ST - 6
ST - 7
SC - 1
SC - 2
AVR - 1
AVR - 2
AN - 1
AR - 1
AB - 1
AP - 1
AP - 2
AV - 2/ AV - 3/AV - 4/AV - 5
AV - 4/AV - 5/AV - 1/AV - 6/AV - 7/AV
AVS - 1
AVS - 2
TANIMLAR
Su Tankı Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştirici İçindeki Sıcak Su Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştirici Dışındaki Sıcak Su Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştirici İçindeki/Dışındaki Soğuk Su Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştiricide 1. Bölümdeki Soğuk Su Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştiricide 2. Bölümdeki Soğuk Su Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştiricide 3. Bölümdeki Soğuk Su Sıcaklık Sensörü
Isı Değiştirici İçindeki/Dışındaki Soğuk Su Sıcaklık Sensörü
Sıcak Su Akış Sensörü
Soğuk Su Akış Sensörü
Sıcak Su Akışı Düzenleme Vanası
Soğuk Su Akışını Düzenleme Vanası
Su Tankı Seviyesi Göstergesi
Elektrik Rezistansı
Sıcak Su Akış Pompası
Soğuk Su Boşaltma Vanası
Sıcak Su Boşaltma Vanası
Paralel Ve Ters Akış İçin Soğuk Su Vanaları
Drenaj Vanaları
Güvenlik Vanası
Güvenlik Vanası
b) Prosedür
1) Vanalar ters (karşıt) akış düzenine göre ayarlanır.
2) Isıtıcı tank gösterge seviyesine kadar suyla doldurulur.
3) Soğutucu çalıştırılır.
4) Bilgisayardaki ilgili yazılım yardımıyla, PID kontrol ile sıcak su vanasının
debisi ve sıcak su tankının sıcaklığı her bir set için sırasıyla 35, 45 ve 55
°C’ye ayarlanır.
5) Su tankının sıcaklığı, sıcak suyun giriş sıcaklığıyla eşit ya da yakın
olduğunda ve sıcak suyun sıcaklığı sabit kaldığında, sıcak ve soğuk suyun
giriş ve çıkış sıcaklıkları kaydedilir.
6) Soğuk ve sıcak suyun debileri kaydedilir.
7) Tüm bu prosedür vanalar paralel akış düzenine getirilerek
tekrar edilir.
HESAPLAMALAR
1) Öncelikle sıcak suyun verdiği ısı miktarı ve soğuk suyun
aldığı ısı miktarı;
𝑸𝑸̇ = 𝒎𝒎̇ . 𝑪𝑪𝒑𝒑 . ∆𝑻𝑻
formülü kullanılarak hesaplanır.
2) Isı kaybı varsa hesaplanır.
3) Toplam ısı transfer katsayısı;
𝑸𝑸̇ = 𝑼𝑼. 𝑨𝑨𝑺𝑺 . ∆𝑻𝑻𝒍𝒍𝒍𝒍
formülü kullanılarak hesaplanır.
4) Hem sıcak hem soğuk su için Reynolds sayısı ve akış rejimi
bulunur.
𝑹𝑹𝑹𝑹 =
𝑽𝑽𝑽𝑽
𝝂𝝂
=
𝑽𝑽𝑽𝑽𝑽𝑽
µ
V: Akışkanın çizgisel hızı
D: Borunun çapı
µ: Akışkanın dinamik viskozitesi
ρ: Akışkanın yoğunluğu
𝜈𝜈 : Akışkanın kinematik viskozitesi
HAZIRLIK SORULARI
1) Isı değiştirici nedir? Çeşitleri nelerdir? Kısaca açıklayınız.
2) Isı değiştiricisinde gerçekleşen ısı aktarımı çeşitlerini açıklayınız.
3) Gövde (Kabuk) borulu ısı değiştiricinin mekanizmasını şekil çizerek açıklayınız.
Gövde borulu ısı değiştirici kullanmanın avantaj ve dezavantajları nelerdir?
4) Logaritmik sıcaklık farkı nasıl hesaplanır, formülünü yazarak değişkenleri
açıklayınız.
5) Isı değiştiricisinde paralel ve ters akış nasıl meydana gelir, akış yönlerini temsili basit
bir değiştirici çizerek açıklayınız.
ISI
DEĞİŞTİRİCİ
KULLANIMIYLA
İLGİLİ
DİKKAT
EDİLMESİ GEREKEN KURALLAR:
1- Isıtıcı tankla temastan sakınınız çünkü sıcaklık 70 ˚C’nin
üstüne çıkmış olabilir.
2- Tank doluyken boşaltma vanasını açmayınız.
3- Uygulama devam ederken dış tüpün üstünde bulunan drenaj
vanalarını açmayınız.
4- Su tankını seviye çizgisinin altına kadar doldurunuz.
6- Uygulama yaparken tanın üstünü açmayınız.
7- Uygulamaya başlamadan önce vanaların doğru konumda olup
olmadıklarını kontrol ediniz.
KAYNAKÇA
1) Çengel Y.A., Isı ve Kütle Transferi, Güven Bilimsel Yayınevi,
Üçüncü basım, Sayfa 609-630, 2011
2) http://www.arhavisanayi.com/u-tipi-esanjor/ (Ziyaret tarihi: 21.10.2016)