T.C.

SAKARYA NVERSTES MHENDSLK FAKLTES

MAKNA MHENDSL BLM

TASARIM DEV

ISI DETRCS TASARIMI

Proje Yneticisi: Prof.Dr.Fethi Halc

Proje Grubu

G080106096 Faruk zdemir

Sakarya, 2011

NDEKLER:

NSZ

1.ISI DETRCLER 1

1.1 GR ...1

1.2 ISI DETRCLERN SINIFLANDIRILMASI...1

1.2.1 Is Deiim ekline Gre Snflandrma.....1

1.2.2 Is Gei Yzeyinin Is Gei Hacmine Oranna Gre Snflandrma.....2

1.2.3 Farkl Akkan Saysna Gre Snflandrma....2

1.2.4 Is Geii Mekanizmasna Gre Snflandrma.2

1.3 ISI DETRCLERNDE KRLENME3

1.3.1 Is Deitiricilerinde Birikinti.....3

1.3.2 Kirlenme Eilimleri.....3

1.3.3 Muayene, Temizleme, Tamir ve lave...4

1.3.4 Akkanlarn Kirlenme Eilimleri.4

1.3.4 ISI DETRCS TASARIMI.....6

1.3.4.1 ISIL HESAPLAR....6

1.3.4.1.1 Ortalama Scaklklarn Hesaplanmas....6

1.3.4.1.2 Akkan zellikleri....6

1.3.4.1.3 Gvdede Dolaan Akkan Debisi............7

1.3.4.1.4 Boruda Dolaan Akkan Debisi..............7

1.3.4.1.5 Logaritmik Ortalama Scaklk Farknn Hesaplanmas....7

1.3.4.1.6 Is Transferi Yzey Alannn Hesaplanmas...7

1.3.4.1.7 Boru indeki Akkan Hz......................8

1.3.4.1.8 Boru indeki Reynold Says...................8

1.3.4.1.9 Boru indeki Nusselt Says....................8

1.3.4.1.10 Boru indeki Is Tanm Katsaysnn Hesaplanmas...8

1.3.4.1.11 Gvdedeki Akkan Hznn Hesaplanmas..8

1.3.4.1.12 Gvdedeki Reynold Says......................9

1.3.4.1.13 Gvdedeki Nusselt Says........................9

1.3.4.1.14 Gvdedeki Is Tanm Katsaysnn Hesaplanmas.....9

1.3.4.1.15 Toplam Is Gei Katsaysnn Hesaplanmas.....10

1.3.4.2 BASIN DM HESAPLARI...............11

1.3.4.2.1 Boru indeki Basn Dm................11

1.3.4.2.2 Gvdedeki Basn Dm.....................11

1.3.4.3 MUKAVEMET HESAPLARI..................12

1.3.4.3.1 Gvdenin Kontrol..................................12

1.3.4.3.1.1 ekme Gerilmesine Gre Kontrol...12

1.3.4.3.1.2 Cidar Kontrol......12

1.3.4.3.2 Dip Levhas Kontrol..............................12

1.3.4.4 GR-IKI KESTLERNN HESAPLANMASI..13

1.3.4.4.1 Scak Akkann Sisteme Giri Kesidi........13

1.3.4.4.2 Scak Akkann Sistemden k Kesidi.......13

1.3.4.4.3 Souk Akkann Sisteme Giri Kesidi.......13

1.3.4.4.4 Souk Akkann Sistemden k Kesidi..13

KAYNAKA..........14

NSZ

Is deitiricileri, mhendislik biliminin ok nem arz eden aratrma konularndan

biri olup gnmzde hemen hemen her iletmede kullanlmaktadr.Bu durum gz nne

alnarak iletmelerde kullanlacak farkl kapasitelere sahip s deitiricisi tasarlanmtr.

Bu almada gvdesinden motor ya,borularn iinden su akan bir gvde iki boru

geili s eanjr tasarm yaplmtr.Tasarmda gz nne alnan kapasitelerden dolay

boru ve gvde iin ayr standartlardan yararlanlmas uygun grlmtr.izimdeki boru

dizilii , yaplan hesaplardan elde edilen sonulardan biraz farkl kmaktadr.Bu da boru

diziliinin retim standartlarna gre dzenlenmesinden meydana gelmektedir.

Tasarm almas boyunca bilgilerini ve tecrbelerini paylaan Sn.Prof.Dr.Fethi

HALICIya , ilgi ve desteklerini esirgemeyen Sn.brahim BORUCUya ve Sn.Fatih NCEye

teekkrlerimi sunarm.

Hazrlanan projenin meslektalarma,makine mhendislii okuyan renci

arkadalarma ve ilgili olan tm bilim insanlarna yararl olmasn temenni ederim.

Mak.Mh.Faruk ZDEMR

1. ISI DETRCLER

1.1 GR

Mhendislik uygulamalarnn en nemli ve en ok karlalan ilemlerinden birisi

,farkl scaklklardaki iki veya daha fazla akkan arasndaki s deiimidir.Bu deiimin

yapld cihazlar,genelde s deitirici olarak adlandrlmakta olup,pratikte termik

santralarda,kimya endstrilerinde ,stma ,iklimlendirme, soutma tesisatlarnda , tat

aralarnda ,elektronik cihazlarda ,alternatif enerji kaynaklarnn kullanmnda, s depolamas

vb. bir ok yerde bulunabilmektedir.

Is deitiricileri iinde youma ve buharlama gibi bir faz deiimi yoksa,bunlara

duyulur s deitiricileri ,iinde faz deiimi olanlara ise gizli s deitiricileri ad

verilir.Dier taraftan ,buhar kazanlar,nkleer santralar veya elektrikli stclar da ilerinde s

retimi olan birer s deitiricisi olmasna ramen , literatrde genelde ayr konular olarak

incelenir.

ounlukla s deitiricilerinde akkanlar, birbirleriyle kartrlmadan s geiinin

dorudan yapld genelde metal malzeme olan kat bir yzey ile birbirinden ayrlrlar.Bu tip

s deitiricileri yzeyli veya rekparatif olarak adlandrlr.Dolgu maddeli veya rejeneratif

olarak adlandrlan dier tip s deitiricilerinde ,s geii dorudan olmayp ,s nce scak

akkan tarafndan dner veya sabit bir dolgu maddesine verilerek depo edilir,daha sonra bu

dolgu maddesindeki bu s souk akkana verilir.Genel olarak rekparatif s

deitiricilerindeki incelemeler zamandan bamsz olmasna ramen , rejenaratif s

deitiricilerinde incelemeler zamana baldr.

1.2 ISI DETRCLERN SINIFLANDIRILMASI

1.2.1 Is Deiim ekline Gre Snflandrma

Akkanlarn dorudan temasta olduu s deitiricileri :Bu tip s deitiricileri iinde

farkl scaklklardaki akkanlar veya bir akkan ile kat maddeler birbirleriyle dorudan

doruya kartrlr veya temasa geirilir.

Akkanlar aras dorudan temasn olmad s deitiricileri:Bu tiplerde s , nce

scak akkandan iki akkana ayran bir yzeye veya bir ktleye geer.Daha sonra bu s bu

yzden veya ktleden souk akkana iletilir.

1.2.2 Is Gei Yzeyinin Is Gei Hacmine Oranna Gre Snflandrma

Bu snflama iin s deitiricilerinde eklinde yzey alan younluu ad verilen bir

byklk tanmlanr.

= Is gei yzeyi (m2) / Is deitirici hacmi (m3)

Bu tanma gre literatrde > 700 m2/m3 olan s deitiricileri kompakt, 700 m2/m3

olan s deitiriciler ise kompakt olmayan s deitiriciler olarak gz nne alnr.Kompakt

s deitiricileri arlktan ,hacimden kazan salad ve daha esnek bir projelendirmeye

olanak salad iin kompakt olmayan s deitiricilerine gre tercih edilir.Buna karlk

akkanlardan en az birinin gaz olmas , yzeyi kirleten,korozif olan akkanlarn

kullanlamamas ve ak esnasnda oluan ar yk kayplarn yenebilmek iin ilave

vantilatr veya pompa gcne ihtiya duyulmas bu tip s deitiricilerinin balca

sakncalardr.

1.2.3 Farkl Akkan Saysna Gre Snflandrma

Pratikte birok uygulamada , s deitiricilerinde genellikle iki akkan arasndaki s

geii gz nne alnr.Bununla birlikte az da olsa baz kimyasal ilemlerde,soutma

tekniinde ,havann ayrtrlmasnda , hidrojenin saflatrlmas ve svlatrlmas gibi

olaylarda akkanl s deitiricileri ile karlalabilir.

1.2.4 Is Geii Mekanizmasna Gre Snflandrma

ki tarafta da tek fazl ak : Is deitiricilerinin iki tarafndaki tek fazl aklardaki s

tanm bir pompa veya vantilatr ile tahrik edilen zorlanm yada younluk farknn

dourduu doal olarak olabilir.

Bir tarafta tek fazl,dier tarafta ift tarafl ak: Bu s deitiricilerinin tek taraflarnda

zorlanm veya tek fazl ak varken , dier tarafta kaynamakta veya youmakta olan iki fazl

ak vardr.

ki tarafta da ift fazl ak: Bir taraflarnda buharlama ve dier taraflarnda youma

ilemi olan s deitiricileridir.

Tanmla ve nmla beraber s geii: zellikle bir tarafnda yksek scaklkta gaz

olan s deitiricilerinde tanlma nmla s geii bir arada grlr.

1.3 ISI DETRCLERNDE KRLENME 1.3.1 Is Deitiricilerinde Birikinti

Birikinti, s transferi ve akkann akna kar direnci artran s transfer

yzeyindeki istenmeyen tortulardr. Birikinti; yatrm, enerji, bakm ve arza

maliyetlerinde kmsenemeyecek kadar ekstra maliyet oluturmaktadr. Sk sk

temizlenmesinden kanlmak isteniliyorsa, eanjrler dizayn edilirken birikinti koullar

dikkate alnmak zorundadr. Servis esnasnda birikintiyi en aza indirecek uygun alma

koullarnda allmaldr. Bu almada; birikinti mekanizmalar, birikinti artmas,

birikinti maliyeti,birikintinin boru ap, eanjr yzey alan, performans ve basn kayb

zerindeki etkileri ile birikintiyi en aza indirgeyecek nlemler incelenmitir.

1.3.2 Kirlenme Eilimleri

Kirlenme, svlarn iinde bulunabilen kat cisimler ve kirelenme s deitirici

seiminde dikkate alnmas gereken nemli faktrlerdir. Bir akkann belirli bir yzey tipine

gre kirlenme karakteristiklerine etki eden faktrler unlardr:

a- Akkann hz: Is deitirici kanal sistemindeki en dk hz, en nemli etkendir.

b- Akkan hznn kayma kuvveti, trblans ve laminer-tabaka kalnlna etkisi

c- Yzey civarnda kalma sresi

d- Kanallardaki hz veya akm dalm: Tm kanal blmlerinde iyi bir hz veya akm

dalm olmaldr. Eer birden fazla kanal var ise eitli kanallar arasndaki akm

dalmnn da iyi olmas gerekir.

Dier tip s deitiricilerinin kirlenme faktrleri gvde borulu s deitiricilerine

gre daha azdr. Kirli bir grevin gereklerinin en iyi karland s deitirici tipi spiral

plakal s deitiricisidir. Plakal s deitiricileri ve lamelli s deitiricileri de

kanallarda ve kanal aralarnda iyi bir akm dalm olduundan ve akmn tmnn

trblansl olmasndan dolay kirli grevlere iyi uyum salarlar. Sspansiyon halinde

elyaf ieren svlar iin genellikle spiral plakal s deitiricileri en uygun s deitirici

tipidir.

1.3.3 Muayene, Temizleme, Tamir ve lave

Proses akmlarnn karakteristikleri, temizleme (mekanik veya kimyasal) ve

nitenin tmnn veya bir ksmnn periyodik deitirilmesi iin gereksinimleri

karlayacak ekilde dikkatlice incelenmelidir. Eer gvde borulu s deitiricisindeki

boru demeti, temizleme veya deitirilme iin sklecek ise, yeterli yer hacmi mevcut olmal

ve gerekli cihazlarn s deitiricisine girii ve k gz nne alnmaldr.Eer proses

koullarnn deiimleri olasysa, modifikasyon kolayl, ayrca nemli faktr olabilir .

Gz nne alnmas gereken dier bir faktr, arza sonucu akkanlarn birbirine

karmas ve/veya sznt yapmasdr. ok zehirleyici ve tutuabilir akkanlar iin, arza ok

fazla nemli olabilir ve bu, s deitirici tipini semeye karar verirken genellikle

nemli faktr olabilir. Lamelli ve spiral s deitiriciler akkanlarn birbirine karma

olasln minimize eder. Zehirli akkanlarn kullanlaca yerlerde, d balantlara zel

dikkat gsterilmelidir, nk bu balantlarn yksek btnlk salamas gerekir.

ekil 1 Gvde borulu s deitiricisinin i grn

1.3.4 Akkanlarn Kirlenme Eilimleri

Burada esas nemli olan, akkan ve konstrksiyon malzemeleri arasndaki

uyumdur.

Eer akkanlarn korozyon karakteristikleri zellikle nemliyse, grafit, cam veya

teflon gibi korozyon direnci yksek s deitiricilerini tercih etmek dnlmelidir. Bu

s deitiricilerin basn, scaklk ve kapasite snrlamalar olduu iin yksek korozyon

karakteristikleri nedeniyle bu s deitiricilerini seerken bu snrlamalara dikkat etmek

gereklidir. rnein contal plakal s deitiricilerinde, akkanla uyum salayacak conta

malzemesi bulmak mmkn olmayabilir. Eer uygun plaka ve conta malzemeleri var

ise ayrca contal-plakal tip s deitiricilerini kullanmak da dnlebilir.

Seilen s deitiricisinin konstrksiyon malzemeleri,akkanlarla ar korozyon

oluturmamaldr. Kirlenmeye olan eilim olduka dikkatli bir ekilde deerlendirilmeli ve s

deitiricisi kirlenmeyi dikkate alarak, gerekli sre alabilecek kapasitede olacak ekilde

seilmelidir. Is deitiricisi, akkan basn ve scaklk farklar (sl gerilmeler)

nedeniyle oluacak gerilmelere dayanacak ekilde dizayn ve imal edilme kapasitesinde

olmaldr.

1.3.4 ISI DETRCS TASARIMI

Bir gvde iki boru geili s deitiricisi tasarm iin verilenler;

Scak akkan girii: T1g=120 oC

Scak akkan k: T1=110 oC

Souk akkan girii: T2g=30 oC

Souk akkan k: T2=90 oC

Is miktar: Q=125 kW

Scak akkan :Motor ya

Souk akkan :Su

1.3.4.1 ISIL HESAPLAR

1.3.4.1.1 Ortalama Scaklklarn Hesaplanmas:

Tmg= =115 oC Tm= =60 oC

1.3.4.1.2 Akkan zellikleri:

Ek B.3 ve B.4deki tablolardan okundu.

Motor ya Su

Scaklk (oC) 115 60

Younluk (kg/m3) 831,68 983,09

zgl s cp (J/kg K) 2285 4185,2

Is iletim katsays k (W/mK) 135,2x10-3

653,6x10-3

Dinamik viskozite (Pa.s) 1,162x10-2

467,4x10-6

Prandtl says Pr 196,2 2,988

[Tablolar ve ekler Is Deitiricileri-Prof.Dr.Osman F.Genceli den alnmtr.]

Q= m1 . cp1 .(T1g-T1)= m2 . cp2 .(T2-T2g)

1.3.4.1.3 Gvdede Dolaan Akkan Debisi:

125000= m1.2285.(120-110) m1=5,47 kg/s

1.3.4.1.4 Boruda Dolaan Akkan Debisi:

125000= m2.4184,2.(90-30) m1=0,498 kg/s

1.3.4.1.5 Logaritmik Ortalama Scaklk Farknn Hesaplanmas:

(Tm )ters= = = 50,98oC

Kapasite oran: R= = = 0,17

Etkenlik: P= = = 0,67

Ek F.cden dzeltme katsays F=0,97 bulunur. Tm = F. (Tm )ters =0,97.50,98=49,45 oC

bulunur.

Seilenler:

Toplam s transferi katsays : K=330 W/m2K

Boru i ap: di=11 mm

Boru d ap : do=16 mm

Boru boyu : l= 5 m

1.3.4.1.6 Is Transferi Yzey Alannn Hesaplanmas:

Q=K.A. Tm 125000=330.A.49,45 A=7,66 m2

Boru Saysnn Hesaplanmas:

L= = = 152,48 m

nt = = = 30,5 toplam boru adedi

Bu deerlere gre ;

Gvde anma ap = 200 mm

1 m boru boyu iin stma yzeyi = 1,7 m2/m

Gvde d ap = 219 mm

Gvde i ap=219-2.5 = 209 mm (Gvde malzemesi karbon elii seildi.)

Boru says =32

Eksenler aras mesafe= 28 mm deerleri bulundu.

1.3.4.1.7 Boru indeki Akkan Hz:

w2= = 0,333 m/s

1.3.4.1.8 Boru indeki Reynold Says:

Re= 7704,45 > 2300 olduundan trblansl aktr.

1.3.4.1.9 Boru indeki Nusselt Says:

Nu=0,023.Re0,8

.Pr0,4

=0,023.(7704,45)0,8

.(2,988)0,4

=45,84

1.3.4.1.10 Boru indeki Is Tanm Katsaysnn Hesaplanmas:

hi= = 2723,73 W/ m2K

1.3.4.1.11 Gvdedeki Akkan Hznn Hesaplanmas:

ekil 2 gen Dizili

Levhalar aras uzakln gvde apnn 0,3 ile 0,5 kat arasnda seilmesi ,s geii ve

basn kayplar asndan uygundur.Bundan dolay;

e=200.0,5=100 mm seildi.

de= = 37,76 mm

As= =0,009 m2

wG = = 0,73 m/s

1.3.4.1.12 Gvdedeki Reynold Says:

Ree = = = 1968,9 (@115oC =14.10

-6 m/s )

1.3.4.1.13 Gvdedeki Nusselt Says:

Ts= ( + ) = 87,5 oC

artma levhasnn kesmesinin %25 kabul ile boyutsuz arpan J h,k = 13 .10-2 ekil

4.9dan elde edildi.

Nu= J h,k . Ree . Pr 1/3

. ( )0,14 = 13.10-2.1968,9.(196,2)1/3.( )0,14=133,73

1.3.4.1.14 Gvdedeki Is Tanm Katsaysnn Hesaplanmas:

hG= = = 478,82 W/m2K

1.3.4.1.15 Toplam Is Gei Katsaysnn Hesaplanmas:

Borunun i ve d tarafndaki kirlilik faktrleri Tablo 4.1den her iki taraf iin de

Rf1=2.10-4

m2K/W ve Rf2=2.10

-4m

2K/W ,elik borunun s iletim katsays Ek B.1den k =52

W/m2K alnd.Buna gre ;

Kd=315,35 W/m2K olarak hesaplanr.

125000=315,35.A.49,45 Bu denklemden gerek alan A=8 m2 olarak hesaplanr.

L= = =4,7 m Bu eitlikten gerek boru boyu bulunur.

Elde edilen deerler balangta kabul edilen deerlere yakn olduundan hesaplarn doru

olduu kabul edilir.

1.3.4.2 BASIN DM HESAPLARI

1.3.4.2.1 Boru indeki Basn Dm :

Boru tarafnda yeni elik ekme boru iin =0,1 mm , boyutsuz przllk

= /di=0,1/11 =9.10-3

ve Re= 7704,45 iin ekil 5.1deki Moody diyagramndan =0,045

bulunur.Boru gei says nb = 2 alnarak ;

pt,Boru

= 2389 Pa

1.3.4.2.2 Gvdedeki Basn Dm:

Ree=1968,9 ve artma levhas kesmesinin %25 olmas durumu iin Kern

ynteminde boyutsuz basn arpan ekil 5.26dan jf,k=6.10-2

bulunur.

pGvde,Kern=

=

= 32,75 kPa

1.3.4.3 MUKAVEMET HESAPLARI

Gvde HIV eliinden silindirik olarak imal edildi.HIV elii iin Tablo 6.6dan

ekme=470-560 MPa , f=150 MPa deerleri elde edilir.Gvde tarafnda 5 bar basn

bulunmaktadr.Kaynaklar %100 rntgen kontroll olduundan zayflama katsays z=1dir.

.Bu bilgilere gre;

Sistemin tasarm basnc: P=(5-1).1,1=4,4 bar =0,44 MPa olarak bulunur.

1.3.4.3.1 Gvdenin Kontrol:

1.3.4.3.1.1 ekme Gerilmesine Gre Kontrol:

= 9,67 MPa olduundan gvde ekmeye kar emniyetlidir.

1.3.4.3.1.2 Cidar Kontrol:

s30mm iin c=1

s= +c = +1 =1,3 mm olduundan tasarmda seilen 5 mm cidar

kalnl uygundur.

1.3.4.3.2 Dip Levhas Kontrol:

Dip levhas elipsoid olarak tasarlanmtr.Buna gre;

s= +c = +1=1,306 mm

1.3.4.4 GR-IKI KESTLERNN HESAPLANMASI

1.3.4.4.1 Scak Akkann Sisteme Giri Kesidi:

T1g =120 oC 1g=828,96 kg/m

3 c1=1m/s olsun.

m1= 1g. c1.F F= = 65,98 .10-4

m2 d1g = = = 0,092 m

1.3.4.4.2 Scak Akkann Sistemden k Kesidi:

T1=110 oC 1g=834,49 kg/m

3 c1=1m/s olsun.

m1= 1. c1.F F= = 65,54 .10-4

m2 d1 = = = 0,092 m

1.3.4.4.3 Souk Akkann Sisteme Giri Kesidi:

T2g=30 oC 2g=995,82 kg/m

3 c2=1,5 m/s olsun.

m2= 2g. c2.F F= = 3,33 .10-4

m2 d2g = = = 0,0205 m

1.3.4.4.4 Souk Akkann Sistemden k Kesidi:

T2=90 oC 2=964,88 kg/m

3 c2=1,5 m/s olsun.

m2= 2. c2.F F= = 3,44 .10-4

m2 d2g = = = 0,0209 m

KAYNAKA:

1-Is Deitiricileri,Prof.Dr.Osman F.Genceli,Birsen Yaynevi,stanbul,1999

2-rneklerle Is Geii,Is Transferi,Prof.Dr.Fethi Halc,Yrd.Do.Dr.Mehmet Gndz,Birsen

Yaynevi,stanbul,2007

3- rneklerle Is Transferi, Prof. Dr. Sadk Kaka , Middle East Technical University,1968

4- Buhar Kazanlarnn Isl Hesaplar,Prof.Dr.Ahmet Arsoy,Prof.Dr.Kemal,Onat,Prof.Dr.Osman

F.Genceli,Birsen Yaynevi,stanbul,2007