ENERJİ YÖNETİMİ

Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
Öğrenci No:
İmza
Adı Soyadı:
SORU 1.
a) Debi nedir, debi ölçerler nelerdir? En hassas ve basit debi ölçme nasıl yapılır, avantajı ve dezavantajı
nedir? Debinin enerji tasarrufu açısından önemini belirtiniz.
b) Bir boruda akışkan hızı ölçülmüşse hızı nasıl belirlenir?
c) Çapı 20 cm olan bir boruda ölçülen akışkan hızı 2 m/s ise akışkanın debisi m3/h birimi ile ne olur?
Sözkonusu debinin %20’sinin fazlalık olduğu; akışkanın su, başlangıç ve çıkış sıcaklıklarının sırasıyla
20 oC ve 90 oC olduğu bilindiğine göre sözkonusu sistemde güç kaybını hesaplayınız.
SORU 2.
Enerji tasarrufu nedir? Enerji tasarruf yöntemlerini yazarak orman endüstrisinden örnekleyiniz. Enerji tasarrufu,
enerji verimliliği ve enerji taraması kavramlarını belirterek karşılaştırınız.
SORU 3.
Atık ısı geri kazanım yöntemlerini yazarak kısaca açıklayınız.
SORU 4.
4 m x 6 m taban alanlı ve 4 m yükseklikte 100 m3 kapasiteli kurutma fırınının sıcaklığı 80 oC ve dış ortam
sıcaklığı 10 oC’dir. Fırın duvarları 2 cm iç sıva (kis = 0.70 W/mK) , 20 cm tuğla (0.60 W/mK) ve 20 mm dış
sıva (kds = 1.00 W/mK) olarak yapılmıştır. Fırının iç yüzey ve dış yüzey ısı transfer katsayıları aynı ve 25
W/m2K’dir. Fırından saatte 70 oC sıcaklıkta (h = 283 kJ/kg) 100 kg nemli hava atılmaktadır. Fırına verilen
enerji kaynağının gücü 350 kW’dir. Isı kayıpları dışındaki enerji fırın duvarlarının ısıtılması ve kerestenin
kurutulmasında kullanılmakta, saatte 70 oC sıcaklıkta (h = 283 kJ/kg) 2000 kg nemli hava dışarı
atılmaktadır. Enerji elektrik enerjisi olarak uygulanmakta olup, birim fiyatı 0.40 TL/kWh’dir. Faiz oranı
%15’dir.
Fırının ısı yalıtımı (yan duvarlar) yapılarak enerji tasarrufu yapılması planlanmıştır. Yalıtımda
kullanılacak malzemenin kalınlığı 6 cm, ısı iletim katsayısı 0.04 W/mK, birim fiyatı 25 m2, montaj maliyeti,
30 TL/m2’dir.
Varsayımlar: Fırında yan duvarlar dışında ısı kayıpları ihmal edilmiştir. Yan duvarlarda enfiltrasyon ısı
kayıpları ihmal edilmiştir. 7 günde bir parti (100 m3) ve yılda 50 parti kereste kurutulmaktadır. Hesaplar
yıllık dönem üzerinden yapılacaktır.
a) Fırının başlangıç hallindeki Sankey diyagramını çiziniz.
b) Fırının yalıtılmış haldeki Sankey diyagramını çiziniz.
c) Fırının yalıtımsız ve yalıtımlı halinin 10 yıllık ekonomik analizini yapınız, tablosunu hazırlayınız.
Soru No
Puan
Program Çıktısı
1
15
2
15
3
15
4
25
5
30
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
CEVAPLAR
SORU 1.
a) Debi nedir, debi ölçerler nelerdir? En hassas ve basit debi ölçme nasıl yapılır, avantajı ve dezavantajı
nedir? Debinin enerji tasarrufu açısından önemini belirtiniz.
b) Bir boruda akışkan hızı ölçülmüşse hızı nasıl belirlenir?
c) Çapı 20 cm olan bir boruda ölçülen akışkan hızı 2 m/s ise akışkanın debisi m3/h birimi ile ne olur?
Sözkonusu debinin %20’sinin fazlalık olduğu; akışkanın su, başlangıç ve çıkış sıcaklıklarının sırasıyla
20 oC ve 90 oC olduğu bilindiğine göre sözkonusu sistemde güç kaybını hesaplayınız.
CEVAP 1.
a) Debi, birim zamanda birim kesitten geçen akışkan miktarıdır.
Venturimetre, diyafram, savak, lüle ve sukbe kesit daralması ilkesine göre çalışan debi ölçerlerdir.
Sıvı ya da gaz türü akışkanların belirli bir ağırlık veya hacimdeki miktarının, bir kapta toplanma süresinin
belirlenmesi, en hassas ve basit debi ölçüm yöntemidir. Bu yöntem genellikle diğer debi ölçüm
cihazlarının kalibrasyonu için de kullanılmakla birlikte; debinin küçük olduğu, akışın süreksiz olduğu ve
yüksek doğrulukta sonuçlara gerek duyulduğu durumlarda da kullanılabilir. Basit olmaları nedeniyle
kullanılmakta olan bu sistemler genellikle büyük olup, yavaştırlar.
Akışkanların kanal içinde akarken debilerinin belirlenmesi enerji hesaplarında önemli yer tutmaktadır.
Debinin gereğinden yüksek olması; kullanılan makinanın enerji harcamasını artırdığı gibi, fazla miktarda
harcanan debinin taşıdığı enerji de kayıp olarak değerlendirilir.
b) Bir boruda akışkan hızı ölçülebilirse; debi, akışkan hızı ve boru kesiti arasındaki ilişkiye bağlı olarak
ifade edilen süreklilik eşitliği aracılığı ile hesaplanabilir. Q akışkan debisi olmak üzere, süreklilik
eşitliği aşağıdaki gibi ifade edilir.
𝑄=𝑢𝐴
Buna göre, akışkan hızının belirlenebildiği kesiti belirli borularda/kanallarda bu bağıntı kullanılarak debi
hesaplanabilir.
Örneğin; çapı 20 cm = 0.20 m, hızı 2 m/s olan akışkanın debisi
c)
𝑄=𝑢𝐴
𝐴=
𝜋 𝐷2
4
𝑄=𝑢
𝜋 𝐷2
4
𝜋 𝑥 (0.20 𝑚)2
4
𝑄 = 2 [𝑚/𝑠]
𝑄 = 0.0628 𝑚3 /𝑠
1 ℎ = 3600 𝑠
𝑄 = 0.0628
𝑚3 3600 𝑠
𝑠
1ℎ
𝑄 = 226.08 𝑚3 /ℎ
Fazlalık debi:
Q k = 0.20 x Q
Q k = 0.20 x 226.08 𝑚3 /ℎ
Q k = 45.216 𝑚3 /ℎ
Güç kaybı:
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
𝑁𝑘 = 𝑚̇ 𝐶 (𝑇ç − 𝑇𝑔 )
Kütlesel (m) ve hacimsel debi arasında aşağıdaki bağıntı geçerlidir.
ṁ = γ Qk
Suyun yoğunluğu 𝛾 = 1000 𝑘𝑔/𝑚3
ṁ = 1000 [𝑘𝑔/𝑚3 ] 𝑥 45.216 [𝑚3 /ℎ]
ṁ = 45216 kg/h
Nk = 45216 [kg/h] 4.186 [kJ/kg℃] (90 − 20) [℃]
Nk = 13249192 kJ/h
𝑁𝑘 = 13249192
𝑘𝐽 1 ℎ
ℎ 3600 𝑠
Nk = 3680.311 kJ/s
1 𝑊 = 1 𝐽/𝑠
𝑁𝑘 = 3680.311
𝑘𝐽 1 𝑘𝑊
𝑠 1 𝑘𝐽/𝑠
𝑁𝑘 = 3680.311 𝑘𝑊
SORU 2.
Enerji tasarrufu nedir? Enerji tasarruf yöntemlerini yazarak orman endüstrisinden örnekleyiniz. Enerji tasarrufu,
enerji verimliliği ve enerji taraması kavramlarını belirterek karşılaştırınız.
CEVAP 2.
Enerji tasarrufu, üretimde, konforumuzda ve iş gücümüzde herhangi bir azalma olmadan enerjiyi verimli
kullanmak, israf etmemektir. Başka bir ifade ile, aynı işi daha az enerji kullanarak yapmaktır.
Enerjinin güvenilir, zamanında, kesintisiz ve çevreye uyumlu temin edilmesi politikası çerçevesinde yerli
ve yenilenebilir enerji kaynaklarından enerji üretimine yönelmenin yanı sıra, ağırlık verilmesi gereken
temel bir politika da; enerji verimliliğinin arttırılmasıdır.
Enerji tasarruf yöntemleri:
1)
Yüksek verimli motor kullanımı
2)
Basınçlı hava sistemindeki kaçakların giderilmesi
3)
Basınçlı hava sistemlerinde düşük basınçlı hava kullanımı
4)
Kompresör havasının dış ortamdan alınması
5)
Isı geri kazanım sistemleri
6)
Yakıtların karşılaştırılması
7)
Kazanlarda verim arttırılması
a. Kazanlarda hava-yakıt oranının optimize edilmesi
b. Kazanlarda yakma havasının ısıtılması
8)
Sıcak ve soğuk yüzeylerin yalıtımı
9)
Yüksek verimli aydınlatma
10) Pencerelerde yansıtıcı film kullanılması
11) Diğer tasarruf yöntemleri
Enerji tasarrufu ve enerji verimliliği iki farklı kavramdır. Daha az enerji kullanmak (tasarruf) ve enerjiyi
daha akıllıca kullanmak için (verimlilik) yapılabilecek bazı şeyler de vardır. Enerji tasarrufu enerjinin
daha az kullanılmasına yol açan bir davranıştır. Odadan çıktığınız zaman ışıkları kapatmanız, alüminyum
ve karton kutuları geri dönüşüm kutularına atmanız enerjiden tasarruf etmenin yollarıdır. Enerji
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
verimliliği ise aynı fonksiyonu gerçekleştirmek için daha az enerjiye ihtiyaç duyan teknolojilerin
kullanılmasıdır.
Enerji verimliliği, binalarda yaşam standardı ve hizmet kalitesinin, endüstriyel işletmelerde ise üretim
kalitesi ve miktarının düşüşüne yol açmadan, birim hizmet veya ürün miktarı başına enerji tüketiminin
azaltılmasını ifade eder.
Enerji taraması enerji tasarruf potansiyelinin belirlenmesi ve verimliliğin geliştirilmesi için en önemli
aşamadır.
SORU 3.
Atık ısı geri kazanım yöntemlerini yazarak kısaca açıklayınız.
CEVAP 3.
Atık ısının geri kazanılmasında reküperatif ve rejeneratif olmak üzere iki ana gruba ayrılan ısı
değiştiricileri kullanılmaktadır.
Reküperatörler
Bu sistemlerde baca gazı ile hava ısıtılması metal ya da seramik ayırıcılar üzerinden ısı değişimi ile
gerçekleşmektedir. İç içe geçirilmiş metal malzemeler kullanılarak ışınım yoluyla havanın ısıtılması
sağlanmaktadır. İmalatı ve uygulanması kolaydır. Bu sistemlerde parçacıklar içermeyen atık gaz mümkün
olan en küçük çaplı borulardan geçirilerek ısı transfer yüzey alanı arttırılır; ısıtılacak akışkan yönlendirici
plakalar yoluyla birden fazla geçiş yaparak ısı transfer süresi artırılmış olur. Yüksek verimli ısı transferi
için tercih edilen bu sistemler hacimsel sıkıntı olmayan tesislerde tercih edilmektedir.
Rejeneratörler
Yüksek sıcaklık ve büyük kapasiteli sistemlerde, demir- çelik vb. büyük tesislerde tercih edilmektedir. Toz
ve parçacık birikimleri nedeniyle zamanla verimlilik düşüşü görülür ve gazların karışması önlenemez.
Isı Boruları
Isı boruları vakum altında çalışma sıvısı doldurulmuş iki ucu kapalı metal borudur. Sıcak kesimde
kaynayıp buharlaşan çalışma sıvısı, soğuk bölgeye doğru hareket eder. Soğuk bölgeye geldiğinde taşıdığı
ısıyı boru cidarlarından dışarı vererek yoğuşur ve yoğuşma ısısının ısıtılacak akışkana geçmesini sağlar.
Hiçbir mekanik katkı olmadan düşük basınç altında düşük sıcaklıklarda da buharlaşarak-yoğuşarak doğal
ısı pompası olarak çalışır. Isı geri kazanım verimliliği % 80’e kadar çıkar. 30 °C – 1500 °C baca gazı
sıcaklıklarına kadar çalışabilir. Bakırın ilettiğinden 100 kere daha fazla ısı transferi sağlar.

Çok hafif bir yapısı vardır.

Mekanik bakım, ilave güç kullanımı, soğutma suyu ve yağlama gerektirmez.

Dış yüzey kirlenme oranı düflük olduğu için daha düflük fan/pompa motor gücü ile
sistem verimliliği yükseltilmiş olur.

Boruları birbirlerinden bağımsız çalıfltığı için bir-iki boru da çıkabilecek sorun sistem
verimliliğini ve çalıflmasınıetkilemez.
Ekonomizerler
Besi suyu ısıtıcıları düz borulu veya kanatlı borulu olarak imal edilirler. Genellikle kazan besi suyu ön
ısıtılmasında kullanılırlar. Besi suyunun 60 °C arttırılması yaklaşık olarak kazanın yakıt giderini %1
azalmaktadır.
Gaz tarafında ısı transfer alanının ısı transferine yeterli düzeyde olması için genellikle kullanılan kanat
seçiminin doğru olarak yapılması şarttır. Doğru yapılmayan kanat seçimleri ısı transferine karşı direnç
oluşturabilmektedir. Bu seçim yapılırken kanatlı halde elde edilen ısı transferi kanatsız halde elde edilen
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
ısı transfer oranına bakmak gerekir. Bu oran “Kanat Etkinliği” olarak tanımlanmaktadır ve Ek>>2
değerinde olması gerekir.
SORU 4.
4 m x 6 m taban alanlı ve 4 m yükseklikte 100 m3 kapasiteli kurutma fırınının sıcaklığı 80 oC ve dış ortam
sıcaklığı 10 oC’dir. Fırın duvarları 2 cm iç sıva (kis = 0.70 W/mK) , 20 cm tuğla (0.60 W/mK) ve 20 mm dış
sıva (kds = 1.00 W/mK) olarak yapılmıştır. Fırının iç yüzey ve dış yüzey ısı transfer katsayıları aynı ve 25
W/m2K’dir. Fırından saatte 70 oC sıcaklıkta (h = 283 kJ/kg) 100 kg nemli hava atılmaktadır. Fırına verilen
enerji kaynağının gücü 350 kW’dir. Isı kayıpları dışındaki enerji fırın duvarlarının ısıtılması ve kerestenin
kurutulmasında kullanılmakta, saatte 70 oC sıcaklıkta (h = 283 kJ/kg) 2000 kg nemli hava dışarı
atılmaktadır. Enerji elektrik enerjisi olarak uygulanmakta olup, birim fiyatı 0.40 TL/kWh’dir. Faiz oranı
%15’dir.
Fırının ısı yalıtımı (yan duvarlar) yapılarak enerji tasarrufu yapılması planlanmıştır. Yalıtımda
kullanılacak malzemenin kalınlığı 6 cm, ısı iletim katsayısı 0.04 W/mK, birim fiyatı 25 m 2, montaj maliyeti,
30 TL/m2’dir.
Varsayımlar: Fırında yan duvarlar dışında ısı kayıpları ihmal edilmiştir. Yan duvarlarda enfiltrasyon ısı
kayıpları ihmal edilmiştir. 7 günde bir parti (100 m3) ve yılda 50 parti kereste kurutulmaktadır. Hesaplar
yıllık dönem üzerinden yapılacaktır.
a) Fırının başlangıç hallindeki Sankey diyagramını çiziniz.
b) Fırının yalıtılmış haldeki Sankey diyagramını çiziniz.
c) Fırının yalıtımsız ve yalıtımlı halinin 10 yıllık ekonomik analizini yapınız, tablosunu hazırlayınız.
T = 100 saat için 100 m3
CEVAP 4.
Genel enerji denklemi (sistemde ısı üretilmiyor):
Qg = Qç + Qd
Q ç = Q k1 + Q h1
Burada; ısıl güç için Q sembolü yerine N kullanılmıştır.
a) Mevcut halde Sankey diyagramı için çözüm
Isı kaybı
Duvar ısı kayıp yüzey alanı:
A = 2 x (2x8 + 2x5) ∗ 4
A = 104 m2 ?
Toplam ısı transfer katsayısı
1
K1 =
1
lis
lt
l
1
+
+
+ ds +
hi k is k t k ds hd
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
1
1
0.02 0.20 0.02
1
+
+
+
+
25 0.70 0.60 1.00 25
K1 = 2.16 W/m2 K
Kayıp ısı miktarı:
N1 = K1 A (Ti − Td )
N1 = 2.16 [W/m2 K] x 104 [m2 ] (80 − 10) (℃)
N1 = 15725 W
N1 = 15.725 kW
Yıllık çalışma süresi:
t = 100 saat
enerji kaybı:
Q k1 = N1 x t
Q k1 = 15.725 [kW] x 100 [h/yıl]
Q k1 = 1572.5 kWh
Hava ile ısı kaybı
K1 =
Atılan hava miktarı
mh = mh ̇ x t
mh = 2000 [kg/h] x 100 [h/yıl]
mh = 200000 kg
Q h = mh x hh
Q h = 200000[kg] x 283 [kJ/kg]
Q h = 56600000 [kJ]
1 kJ = 0.278 x 10−3 kWh
Q h = 560000000 [kJ] x
0.278 x 10−3 kWh
1 kJ
Q h = 15735 [kWh]
Fırına giren enerji miktarı:
Qg = N t
Q g = 350 [kW] x 100 [h]
Q g = 35000 [kWh]
Fırından çıkan toplam ısı miktarı
Q ç = Q k1 + Q h
Q ç = 3145 + 15735
Q ç = 18890 [kWh]
Fırında depolanan enerji miktarı:
Enerji denkleminden
Qd = Qg − Qç
Q d = 35000 − 18890
Q d = 16110 [kWh]
Şekil 2. Kurutma fırını mevcut hal Sankey Diyagramı
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
b) Yeni halde Sankey diyagramı için çözüm
Yeni hal için toplam ısı transfer katsayısı:
1
K2 =
ly
1
l
l
l
1
+ is + t + ds + +
hi k is k t k ds k y hd
1
K2 =
1
0.02 0.20 0.02
0.06
1
+
+
+
+ +
+
25 0.70 0.60 1.00
0.04 25
K 2 = 0.51 W/m2 K
Kayıp ısı miktarı:
N2 = K 2 A (Ti − Td )
N2 = 0.51 [W/m2 K] x 208 [m2 ] (80 − 10) (℃)
N2 = 7426 W
N2 = 7.426 kW
Yıllık enerji kaybı:
Q k2 = N1 x t
Q k2 = 7.426 [kW] x 8400 [h/yıl]
Q k2 = 62378 [kWh/yıl]
Hava ile ısı kaybı
Atılan hava miktarı (ilk haldekinin ayınısı)
mh = mh ̇ x t
mh = 2000 [kg/h] x 8400 [h/yıl]
mh = 16800000 [kg/yıl]
Q h = mh x hh
Q h = 16800000 [kg/yıl] x 283 [kJ/kg]
Q h = 4754400000 [kJ/yıl]
1 kJ = 0.278 x 10−3 kWh
Q h = 4754400000 [kJ/yıl] x
0.278 x 10−3 kWh
Q h = 1321723 [kWh/yıl]
Fırına giren enerji miktarı:
Qg = N t
Q g = 350 [kW] x 8400 [h/yıl]
Q g = 2940000 [kWh/yıl]
Fırından çıkan toplam ısı miktarı
Q ç = Q k1 + Q h
Q ç = 62378 + 1321723
Q ç = 1384101 [kWh/yıl]
Fırında depolanan enerji miktarı:
Enerji denkleminden
Qd = Qg − Qç
Q d = 2940000 − 1384101
Q d = 1555899 [kWh/yıl]
1 kJ
Şekil 3. Kurutma fırını yalıtımlı hal için Sankey diyagramı
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
Ancak;
Bu durumda, mevcut enerji kaynağının verilen güçte çalışması gerekmez. Çünkü, ısı kaybı
264180 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝚤𝑙 − 62378 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝚤𝑙 = 201802 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝚤𝑙
azalmıştır.
Fırında depolanan enerji miktarı:
Enerji denkleminden
Qd = Qg − Qç
Q d = 2738198 − 1384101
Q d = 1354197 [kWh/yıl]
Bu durumda, toplam kullanılabilir enerji miktarı
2940000 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝚤𝑙 − 201802 𝑘𝑊ℎ/𝑦𝚤𝑙 = 2738198 𝑘𝑊/𝑦𝚤𝑙
olacaktır. Son durumda Sankey diyagramı aşağıdaki şekli alır.
c)
Ekonomik analiz
Şekil 4. Giriş gücü azaltılmış halde Sankey diyagramı
Mevcut halde maliyet:
Mevcut halde ısı kaybına bağlı enerji tüketimi:
Q k1 = 264180 kWh/yıl
Enerji maliyeti:
EM1 = EF x Q k1
EM1 = 0.40 [TL/kWh] x 264180 [kWh/yıl]
EM1 = 105672 TL/yıl
Gider denklemi (X: yıl)
Y1 = EM1 x X
Yalıtımlı halde maliyet:
Yalıtımlı halde ısı kaybına bağlı enerji tüketimi:
Q k2 = 62378 kWh/yıl
Enerji maliyeti:
EM2 = EF x Q k2
EM2 = 0.40 [TL/kWh] x 62378 [kWh/yıl]
EM2 = 24951 TL/yıl
Yalıtım maliyeti:
Malzeme maliyeti:
MM = MF x A
MM = 25 [TL/m2 ] x 208 [m2 ]
MM = 5200 TL
İşçilik maliyeti:
İM = İF x A
İM = 30 [TL/m2 ] x 208 [m2 ]
İM = 6240 TL
Yalıtım maliyeti:
YM = MM + İM
YM = 5200 + 6240
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
YM = 11440 TL
Gider denklemi (X: yıl)
Y1 = YM + EM1 x X
Faiz hesabı:
F = F x (1 + r)n
a)
Toplam ısı transfer katsayısı
1
1
l1
l2
l
1
+
+
+ 3 +
hi k 1 k 2 k 3 hd
1
K=
1 0.02 0.20 0.03
1
+
+
+
+
8 0.80 0.50 1.10 25
K=
𝐊 = 𝟏. 𝟔𝟐 𝐖/𝐦𝟐 ℃
b) Isı akısı
q = K (Ti − Td )
q = 1.62 [W/m2 ℃] (20 − (−3)) [℃]
𝐪 = 𝟑𝟕. 𝟐𝟔 𝐖/𝐦𝟐
Yalıtılmış halde toplam ısı transfer katsayısı, ısı akısı ve ısı tasarrufu
Isı transfer katsayısı
1
Ky =
1
l
l
l
0.04
1
+ 1 + 2 + 3 +
+
hi k1 k 2 k 3 0.04 hd
1
Ky =
1 0.02 0.20 0.03 0.04 1
+
+
+
+
+
8 0.80 0.50 1.10 0.04 25
𝐊 𝐲 = 𝟎. 𝟔𝟐 𝐖/𝐦𝟐 ℃
c)
-
- Isı akısı
qy = K y (Ti − Td )
qy = 0.62 [W/m2 ℃] (20 − (−3)) [℃]
𝐪𝐲 = 𝟏𝟒. 𝟐𝟔 𝐖/𝐦𝟐
- Birim ısı tasarrufu
qtas = q − qy
qtas = 37.26 − 14.26
𝐪𝐭𝐚𝐬 = 𝟐𝟑 𝐖/𝐦𝟐
SORU 5.
Bir demir-çelik endüstrisinde ısıtma amaçlı enerji kaynağı olarak doğal gaz kullanılmaktadır. Tesiste baca gazı
ısı geri kazanımı için eküperatör kullanılmıştır. Sistemde baca gazının eküperatör giriş sıcaklığı 350 0C, çıkış
sıcaklığı 150 oC’dir. Baca gazı debisi 4000 kg/h, özgül ısısı 0.25 kCal/kgoC’dir. Suyun eküperatöre giriş sıcaklığı
10 oC, çıkış sıcaklığı 90 oC’dir. Tesis yılda 7000 saat çalışmaktadır. Kayıplar ihmal edilmiştir.
a) Baca gazından sağlanacak yıllık enerji tasarrufunu
b) Üretilecek sıcak su debisini
a) Tasarruf edilen enerji %90 verimle elektrik enerjisine dönüşebileceğini ve elektrik enerjisi birim
fiyatının 0.41 TL/kWh olduğunu varsayarak yıllık parasal tasarrufu hesaplayınız.
CEVAP 5.
mgaz = 4000 kg/h
Cpgaz = 0.25 kCal/kg℃
t gaz1 = 350 ℃
Cpsu = 1 kCal/kg℃
t su1 = 10 ℃
t su2 = 90 ℃
Karadeniz Teknik Üniversitesi
Orman Fakültesi
Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü
Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ
t gaz2 = 150 ℃
OREN303
ENERJİ YÖNETİMİ
Final Sınavı – 06.01.2017 15:00
Süre: 80 dak.
Z = 7000 saat/yıl
Eküperatörde duman gazından elde edilen ısı suya aktarılır. Kayıplar ihmal edildiğine göre bu durumda
Qgaz = Qsu olarak ifade edilebilir.
Baca gazından sağlanacak enerji tasarrufu
Q gaz = mgaz Cpgaz (t gaz1 − t gaz2 )
bağıntısı ile hesaplanır.
Q gaz = 4000 [kg/h] x 0.25 [kCal/kg℃] (350 − 150)[℃]
Q gaz = 160000 kCal/h
Yıllık enerji tasarrufu:
ET = Q gaz Z
ET = 160000 [kCal/h] x 7000 [saat/yıl]
𝐄𝐓 = 𝟏𝟏𝟐𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎 𝐤𝐂𝐚𝐥/𝐲ı𝐥
a)
b) Üretilebilir sıcak su miktarı:
Suyun eküperatörde alacağı ısı miktarı:
Q su = msu Cpsu (t su2 − t su1 )
Üretilebilir sıcak su debisi:
Q su
msu =
Cpsu x (t su2 − t su1 )
Alınan – verilen ısı miktarı aynı olacağından (kayıplar ihmal edilmiş)
Q su = Q gaz = 160000 kCal/h
160000 [kCal/h]
1 [kCal/kg℃] x (90 − 10) [℃]
= 𝟐𝟎𝟎𝟎 𝐤𝐠/𝐡
msu =
𝐦𝐬𝐮
Tasarruf edilen enerji miktarı 1120000000 kCal/yıl olup, %90 verimle elektrik enerjisine
dönüşeceğinden, bunun 0.90 x 1120000000 = 108000000 kCal/yıl kadarı yararlı enerji olarak
hesaplanır. 1 kWh = 860 kCal olduğuna göre, elektrik enerjisi karşılığı
1 kWh
Eelk = 108000000 [kCal/yıl]
860 kCal
Eelk = 1172093 kWh
olarak bulunur. Elektrik enerjisi bakımından parasal tasarruf
TAS = Eelk x EBF
TAS = 1172093 [kWh/yıl] x 0.41 [TL/kWh]
𝐓𝐀𝐒 = 𝟒𝟖𝟎𝟓𝟓𝟖 𝐓𝐋/𝐲ı𝐥
c)