Isı Transferi Dersi Çalışma Soruları (Isı Değiştiriciler) 1. Çift borulu

Isı Transferi Dersi Çalışma Soruları (Isı Değiştiriciler)
1. Çift borulu paralel akışlı bir ısı değiştirici, soğuk musluk suyunun sıcak su ile ısıtılmasında kullanılmaktadır. Sıcak
su (cp:4.25 kj/kg·°C) boruya 85°C’de 1.4 kg/s debi ile girmekte ve 50 °C’de çıkmaktadır. Isı değiştirici iyi yalıtımlı
değildir ve sıcak akışkanın verdiği ısının %3’ü ısı değiştiriciden kaybolmaktadır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı
transfer katsayısı ve yüzey alanı sırasıyla 1150 W/m2·°C ve 4 m2 ise, soğuk suya ısı transfer hızını ve bu ısı
değiştirici için logaritmik ortalama sıcaklık farkını bulunuz.
2. Çift borulu, paralel akışlı bir ısı değiştirici suyu (cp:4180 j/kg·°C) 0.2 kg/s debide 25°C’den 60°C’ye kadar
ısıtacaktır. Isıtma 140°C’de 0.3 kg/s kütle debisi olan jeotermal su (cp:4310 j/kg·°C) ile gerçekleştirilecektir. İç boru
ince duvarlı ve 0.8 cm çaplıdır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı 550 W/m2·°C ise istenen ısıtmayı
sağlayacak gerekli ısı değiştirici uzunluğunu bulunuz.
3. Bir gövdede çapı 1.2 cm ve uzunluğu 2 m olan 24 boruya sahip bir gövde borulu, yağ-su ısı değiştiricisinde toplam
ısı transfer katsayısını belirlemek amacıyla bir deneme yapılmaktadır. Soğuk su (cp:4180 j/kg·°C) borulara 20°C’de
3 kg/s hızla girmekte ve 55°C’de çıkmaktadır. Yağ (cp:2150 j/kg·°C) gövde kısmından akmakta, 25°C’den 45°C’ye
soğutulmaktadır. Boruların iç yüzey alanını esas alarak, bu ısı değiştiricinin Ui toplam ısı transfer katsayısını
bulunuz.
4. Çift borulu ters akışlı bir ısı değiştirici, 20°C’de girip 55°C’de çıkan soğuk su (cp:4180 j/kg·°C) ile 3.5 kg/s debi ile
akan etilen glikolü (cp:2560 j/kg·°C) 80°C’den 40°C’ye soğutmaktadır. Boru iç yüzey alanı esaslı toplam ısı transfer
katsayısı 250 W/m2·°C ise;
a. Isı transfer hızını
b. Suyun kütle debisini
c. Borunun iç taraftaki ısı transfer yüzey alanını bulunuz.
5. Su (cp:4180 j/kg·°C) boru iç çapı 2.5 cm olan çift borulu, ters akışlı bir ısı değiştiriciye 17°C’de 3 kg/s debi ile
girmektedir. Su, gövde içinde 120°C’de yoğunlaşan buhar (hfg:2203 kj/kg) ile ısıtılmaktadır. Eğer ısı değiştiricinin
toplam ısı transfer katsayısı 1500 W/m2·°C ise suyu 80°C’ye kadar ısıtmak için gerekli boru uzunluğunu ve buhar
miktarını bulunuz.
6. Duşa giden soğuk su, (cp:4180 j/kg·°C) ince duvarlı, çift borulu, ters akışlı bir ısı değiştiriciye 15°C’de 1.25 kg/s
hızla girmekte ve 100°C’de 3 kg/s hızla giren sıcak suyla 45°C’ye kadar ısıtılmaktadır. Eğer toplam ısı transfer
katsayısı 880 W/m2·°C ise ısı değiştiricinin ısı transfer hızını ve ısı transfer yüzey alanını bulunuz.
7. 0.3 kg/s debisinde motor yağı (cp:2100 j/kg·°C) 2 cm çapında ince duvarlı bakır bir boruda 130°C sıcaklıkta dışarıda
yoğunlaşan buhar ile 20°C’den 60°C’ye ısıtılacaktır. Toplam ısı transfer katsayısı 650 W/m2·°C için ısı transfer hızı
ve gerekli boru uzunluğunu hesaplayınız. (Cevap: 25.2 W ve 7 m)
8. 20°C’de 0.3 kg/s debisindeki gliserin (cp:2400 j/kg·°C) 60°C’de etilen glikol (cp:2500 j/kg·°C) ile ince duvarlı çift
borulu paralel akışlı bir ısı değiştiricide ısıtılmaktadır. Isı değiştiricinin çıkışında iki akışkan arasındaki sıcaklık
farkı 15°C’dir. Eğer toplam ısı transfer katsayısı 240 W/m2·°C ve ısı transfer yüzey alanı 3.2 m2 ise
a. Isı transfer hızını
b. Gliserinin çıkış sıcaklığını
c. Etilen glikolün kütle debisini bulunuz.
9. Hava (cp:1005 j/kg·°C) fırına girmeden önce çapraz akışlı bir ısı değiştiricide sıcak egzoz gazları ile önceden
ısıtılmaktadır. Hava ısı değiştiriciye 95kPa ve 20°C’de 0.8 m3/s hacimsel debi ile girmektedir. Yanma gazları
(cp:1100 j/kg·°C) 180°C’de 1.1 kg/s debi ile girmekte ve 95°C’de çıkmaktadır. Toplam ısı transfer katsayısı ve ısı
transfer yüzey alanının çarpımı UAs = 1200 W/°C’dir. İki akışkanında karışmadığını kabul ederek ısı transfer hızını
ve havanın çıkış sıcaklığını hesaplayınız.
10. 2 gövde geçişli, 12 boru geçişli bir gövde-borulu ısı değiştirici, borulara 4.5 kg/s debideki suyu (cp:4180 j/kg·°C)
20°C’den 70°C’ye ısıtmak için kullanılmaktadır. Isı, gövde tarafına 10 kg/s debide 170°C’de giren sıcak yağ
(cp:2300 j/kg·°C) ile sağlanmaktadır. Boru tarafındaki toplam ısı transfer katsayısı 350 W/m2·°C ise bu borudaki
ısı transfer yüzey alanını bulunuz.