ว.วทย. มข. 43(3) 515-526 (2558) KKU Sci. J. 43(3) 515-526 (2015)

อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ ชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยม

Rectangular in Twisted Tape Economizer Shell and Tube อทย ผองรศม1* เสนย ศรไชย1 อนชา สายสรอย1 และ สารวจ อนแบน2

บทคดยอ

บทความนไดนาเสนอผลกระทบ การใสแผนบดอลมเนยมชนดตดตรงกลางเปนสเหลยม ในอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ ทใชความรอนทงจากปลองไอเสยของหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว ถายโอนความรอนใหแกพนทผวทอ 3.55 m2 ทอมขนาดเสนผานศนยกลาง 0.033 m ความยาวทอ 34 m โดยถายโอนความรอนใหแกนาทอยภายในทอ ซงภายในทอใสแผนบดอลมเนยมทมสดสวนการบด (y/w) เทากบ 3 แผนบดไดตดตรงกลางเปนสเหลยมมพนทรวม 0.09 m2 ผลการวจยพบวา ทความเรวดดความรอนทง 5 m/s ไดอตราการถายโอนความรอนภายนอกและภายในทอ 429 และ 212.85 kW มสมประสทธการถายโอนความรอน 5,470 และ 24.82 W/m2

•ºC มความดนลด 28.77 และ 5.34 Pa และอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอมสมรรถนะ 0.60 สามารถประหยดพลงงานได 136,084.44 บาทตอป และมระยะเวลาคนทน 1.1 ป ซงเปนเงอนไขทเหมาะสมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยวขนาดอตราการผลตไอนา 500 kg/h ทความดนใชไอนาไมเกน 7 kg/cm2

1สาขาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏเพชรบร 38 หม 8 ต.นาวง อ.เมอง จ.เพชรบร 76000 2มหาวทยาลยนครพนม 103 หม 3 ต.ขามเฒา อ.เมอง จ.นครพนม 48000 *Corresponding Author; E-mail: Uthai_mt@hotmail.com

516 KKU Science Journal Volume 43 Number 3 Research

ABSTRACT This paper presents the effects of insertion of twisted tape on heat transfer

performance a shell-and tube heat exchanger recovering a waste heat from an once-through boiler. The heat exchanger consisted of tube of 0.033 m outside diameter and 34 m total length, corresponding to total heat transfer area of 3.55 m2. The twisted-tape with rectangular-shape hole with twist ratio (y/w) of 3 and total area of 0.09 m2 was inserted in the heat exchange tube. As revealed by the experiential results, at exhaust gas speed of 5 m/s, the heats of 429 kW and 212.82 kW were found at outer and inner surfaces of tube, respectively, ensuring the heat transfer coefficients of 5,470 W/m2˚C and 24.82 W/m2˚C and corresponding pressure drops were 28.77 Pa and 5.34 Pa. The performance of the heat exchange was 0.6. As a result, energy saving cost of 136,084 Baht/year was achievable, leading to quite short simple payback period of 1.1 year. These operating conditions were recommended/suitable for the once-though boiler generating steam at 500 kg/h at the maximum pressure of 7 kg/cm2

คาสาคญ: หมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยม การประหยดพลงงานของหมอนา

Keyword: Once–through boiler, Economizer shell and tube with twisted tape, Energy saving cost บทนา

การนาความรอนทงจากปลองไอเสยหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว ขนาดอตราการผลตไอนา 500 kg/h ทความดนการใชไอนาสงสด 7 kg/cm2 นามาอนนาปอนใหแกหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยวเปนวธหนง ทใชพลงงานอยางมประสทธภาพของศนยวจยพลงงาน สาขาวชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยราชภฏเพชรบร ทไดทาการวจย (อทย, 2553; 2555) การออกแบบอปกรณอนนาปอนแบบทอขดดงรปท 1(b) และการออกแบบอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ ดงรปท 1(a) โดยใหความรอนทงจากปลองไอเสยหมอนาไหลอยในแนวตงฉากกบกลมทอทง 2 แบบ หลงจากทความรอนทงถายโอนความรอนใหแก กลมทอทง 2 แบบแลว จะมพดลมดดความรอนทงออกไปยงปลองไอเสยหมอนา ซงในการออกแบบอปกรณอนนาปอนทง 2 แบบ ใชเงอนไขการออกแบบเดยวกน

ผลการวจยพบวา อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอมสมรรถนะ 0.40 และอปกรณอนนาปอนแบบทอขดมสมรรถนะ 0.36 สรปวา อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอมสมรรถนะสงกวาอปกรณอนนาปอนแบบทอขด ซงมความเหมาะสมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยวทมอตราการผลตไอนา 500 kg/h ทมความดนใชไอนาสงสด 7 kg/cm2 จากผลการวจยของอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ ผวจยมความสนใจทจะพฒนาอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอใหมสมรรถนะเพมขน โดยทาการใสแผนบดอลมเนยมภายในทอซงแตละชวงการบดจะตดเปนรปสเหลยมดงรปท 2 เพอใหนาทอยภายในทอเกดการหมนควง ซงจะเปนผลใหอตราการ

งานวจย

ถายโอนความรอประสทธภาพกาอตราสวนการบดแนวขวางการไหโอนความรอนเท

ร

วธดาเนนการการพฒ

การวเคราะหควผลตไอนา 500 ไหลผานทางเดย1. ทฤษฎ

การออรอนทงจากปลอหมอนาทางานป, m และแผนบใชในการออกแบ

อนเพมขน ซงสอดารถายเทความรอด 1.56 1.88 แล

หล สามารถเพมกาทากบ 1.25–1.67

รปท 1 การออกแ

รปท

รวจย ฒนาสมรรถนะอปวามเหมาะสมการkg/h ทความดน

ยว สาหรบการออ

อกแบบอปกรณอองไอเสยหมอนา ปกตดงน Ts,i , Ts,o

ดอลมเนยม โดยบเรยงตามลาดบส

วารสารวทยา

ดคลองกบงานวจอนในหลอดทสอะ 2.81 ทเลขเรยารถายโอนความร

7 เมอเทยบกบแผ

แบบอปกรณอนนา

ท 2 ลกษณะแผน

ปกรณอนนาปอนรประหยดพลงงานการใชไอนาสงสกแบบงานวจยซง

อนนาปอนแบบเแบบความรอนไห

o, Tt,i , Tt,o สมประกาหนดสดสวนกาสมการ (1)–(4) ดง

s

lm T

TT

ln

(a)

ศาสตร มข. ปท

จยของ Chang eดใสแผนบดแบบยโนลด 5000–25รอนได 250–480นบดแบบธรรมดา

าปอน (a) แบบเป

บดตดเปนรปสเห

นแบบเปลอกและทานสาหรบหมอนาสด 7 kg/cm2 ซงมรายละเอยด ดง

เปลอกและทอชนหลผานทางเดยวขะสทธการถายโอนารบด (y/w) ในแงน

lm

ct TU

QA

osotis

osoti

TTTT

TTT

,,,

,,,

otwc TCmQ ,

(

43 ฉบบท 3

et al. (2007) ไบตดครบแถบสเห5000 พบวา แผน0% เมอเทยบกบทา

ปลอกและทอ แล

หลยมทอยภายใน

ทอชนดใสแผนบาแบบความรอนไงใชขอมลดานเทงน

นดใสแผนบดตดตขนาด 500 kg/hนความรอนของนแตละชวงการบดต

it

it

T

T

,

,

itT ,

(b)

ไดทาการศกษา ทหลยมในแนวของนบดแบบตดครบแทอเปลาและใหค

ะ (b) แบบทอขด

ทอ

ดตดตรงกลางเปนไหลผานทางเดยวคนคของหมอนา

ตรงกลางเปนสเหh จากการทดสอนา, Cw และอตราตดเปนรปสเหลย

517

ทดลองการเพมการไหล โดยมแถบสเหลยมในาอตราการถาย

ด

นสเหลยม และว ทมอตราการแบบความรอน

หลยม ใชความอบวดคาขณะทการไหลของนาม ซงมสมการท

(1)

(2)

(3)

518 KKU Science Journal Volume 43 Number 3 Research

i

t

D

AL

(4)

ผลทไดจากการออกแบบ ไดพนทผวการถายโอนความรอนของสวนเปลอก โดยใหความรอนทงไหลอยในแนวตงฉากกบกลมทอ การทดสอบเกบขอมลสวนเปลอก จะใชขอมลจากการปฏบตจรง แลวนาคาทวดผลการทดสอบมาคานวณวเคราะหหาคาตวแปรตาง ๆ ดงสมการ (5)–(10) ดงน

S

OT

Ts V

DS

SV

max,

(5)

s

sOss

DV

max,

max, Re (6)

25.0

36.0max,2

wResPrPrRe m

ss CNu (7)

o

ssos D

kNuh ,

(8)

max,/13.143.0/

/8.0044.0 sSD

ooT

oLs LoDDS

DSf Re

(9)

14.02max,2

s

w

s

ssLss

VNfP

(10)

สมการทใชในในการวเคราะหสวนทอชนดใสแผนบดอลมเนยมซงมสดสวนการบด (y/w) เทากบ 3 และตดตรงกลางเปนสเหลยม เมอนาไดรบการถายโอนความรอนจากความรอนทงของสวนเปลอกจะมสมการทใชในการวเคราะหหาตวแปรเรยงตามลาดบสมการ (11)–(17) ดงน

t

tt A

mG

(11)

t

itt

DG

Re (12)

t

ttt k

Cp Pr (13)

14.033.0

33.086.1

w

tittt L

DPrNu

Re (14)

i

ttit D

kNuh ,

(15)

t

tf Re64

(16)

งานวจย

ผลทไดตามสมการ (5)–เปลอกและทอช

2. อปกรณการทการออ

วสดทใชเปนเหลจานวน 50 กลบแถวตง ซงมระยอลมเนยมซงมกา(y/w) เทากบ 3

2.1 อปอปกร

ตดตงรวมกบหม500 kg/h ทแนวตงฉากกบก

รป

2.2 วธ- อณ- คว

ดจากการวเคราะ–(10) และ (11)–นดใสแผนบดตดต

ทดลองและวธกาอกแบบและสรางลก STB 35.8 บ ในแตละกลบใชยะหางระหวางทอารตดพนทเปนรปตลอดความยาวทปกรณการทดลอณอนนาปอนแบมอนาแบบความรทความดนการใชไลมทอ ซงมพนทก

ปท 3 (a) อปกรณ

ธการทดลอง ณหภมนาปอน 30วามเรวดดความรอ

(a)

วารสารวทยา

P

ะหอปกรณอนนา–(17) จะไดสมรรตรงกลางเปนสเห

sss TCpm ,

ารทดลอง งอปกรณอนนาปมขนาดเสนผานศชทอมความยาว อแนวนอน 0.072ปสเหลยมจานวนทออนนาปอนตามอง บบเปลอกและทอรอนไหลผานทางไอนาสงสด 7 kgการถายโอนความ

ณอนนาปอนแบบเ

0–40 องศาเซลเซอนทง 5–7 m/s

ศาสตร มข. ปท

t

tLtt

LGNfP Re

2

ปอนแบบเปลอกรถนะอปกรณอนนหลยม, ตามสมก

itistt

tosi

TTCpm

CpmT

,,

,,

ปอนแบบเปลอกแศนยกลาง 0.0330.75 m ลกษณ

2 m และระยะหาน 3 แหงตอ 1 แผมรปท 2

อชนดใสแผนบดตเดยว (once–th

g/cm2 โดยใชมรอนรวม 3.55 m

เปลอกและทอ (b

ซยส (f = 3–7 Hz)

43 ฉบบท 3

กและทอชนดใสแนาปอนหรอประสการ (18) ดงน

i

otitt TTp ,,

และทอชนดใสแผ3 m มความหนาณะการวางทอเปนางระหวางแถวตงนบด ซงมพนทต

ตดตรงกลางเปนrough boilersความรอนทงจาก

m2 (ภายนอก) พน

b) ลกษณะการวา

(b)

ผนบดตดตรงกลสทธผล อปกรณอ

ผนบดตดตรงกลาา 0.004 m มคนแบบแถวเรยง 5 0.076 m ภายใดรวม 0.09 m2

นสเหลยม (รปท s) ทมขนาดอตรากปลองไอเสยหมนทแผนบดรวม 0

างทอทใสแผนบด

519

(17)

างเปนสเหลยม อนนาปอนแบบ

(18)

างเปนสเหลยม วามยาว 34 m 5 แถวนอน 10 นทอใสแผนบดสดสวนการบด

3(a) และ (b)) าการผลตไอนา มอนาไหลอยใน0.56 m2

ฯ

520 KKU Science Journal Volume 43 Number 3 Research

- อณหภมความรอนทง 250–300 องศาเซลเซยส - ความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 - บนทกผลการทดสอบ ,,,,,,,,,,,,,, 22,,,, btstsotitosis OCOCOVtVsPPmmTTTT และ

Loss (กอนและหลงการทดสอบอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอฯ) 2.3 ทฤษฎทใชในการวเคราะห ในสภาวะการทางานหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยวทอตราการผลตไอนา 500 kg/h ความดน

การใชไอนา 7 kg/cm2 อณหภมนาปอน 30–40 องศาเซลเซยส สามารถวดคาพารามเตอรขณะทางานปกตไดดงน ความเรวความรอนทง 5.0–6.5 m/s อณหภมความรอนทงทปลองไอเสยหมอนา 250–300 องศาเซลเซยส ประสทธภาพของหมอนา 88.97% กาซคารบอนไดออกไซด 9.75% กาซคารบอนมอนนอกไซด 7.25% กาซออกซเจนทเหลอจากการสนดาป 6.45% และความสนเปลองเชอเพลง 31.50 L/h เมอตดตงอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยม ทใชรวมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว โดยใหความรอนทงถายโอนความรอนภายนอกและภายใน (Qs, Qt) คาสมประสทธการถายโอนความรอน (hs, ht) คาความดนลด ( ts PP , ) เลขเรยโนลด (Res, Ret) เลขนสเซลท (Nus, Nut) และสมรรถนะการถายโอนความรอน ( ) ซงมรายละเอยดสมการวเคราะหสวนเปลอก (กาซรอน) ตามสมการ (5)–(10) และมสมการทใชวเคราะหสวนทอทใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยม (นา) ตามสมการ (11)–(17)

ผลทไดจากการวเคราะห อตราการถายโอนความรอนภายในเปลอกและภายในทอ ตามสมการ (5)–(10) และ (11)–(15) จะนามาวเคราะหหาสมรรถนะหรอประสทธผล () อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยม ตามสมการ (18)

ผลการวจย 1. ผลการวเคราะหสวนเปลอก (shell)

ทความเรวดความรอนทง 5.00–6.50 m/s ทความดนการใชไอนา 1–4 kg/cm2 อณหภมนาปอน 30–40 องศาเซลเซยส อตราสวนโดยมวลของนา 0.138 kg/s พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s มอตราการถายโอนความรอนในสวนเปลอกเฉลย 429.90–442.46 kW ดงรปท 4 ซงเปนชวงทใหความรอนสงสดและสอดคลองกบการทางานของหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยวททางานเดนเครองปกต

จากรปท 5 ผลการวเคราะหสวนเปลอกทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 อณหภมนาปอน 30–40 องศาเซลเซยส พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s มความดนลดในสวนเปลอกเฉลย 28.77–28.27 Pa เมอมอตราการถายโอนความรอนสงความดนลดกจะเพมขนตามลาดบ และเมออตราการโอนความรอนลดลงความดนลดกจะลดลง เพราะความเรวดดความรอนทงสงขน

รปท 6 ผลการวเคราะหสวนเปลอกทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 อณหภมความรอนทงอยระหวาง 220.5–250.3 องศาเซลเซยส พบวาทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s จะมสมประสทธการถายโอนความรอนภายในเปลอกสงสด 5.47 kW/m2oC เพราะวา อณหภมของนาปอนท

งานวจย วารสารวทยาศาสตร มข. ปท 43 ฉบบท 3 521

เขามาใจอปกรณอนนาปอนฯ มอณหภมตา เปนผลใหอตราการถายโอนความรอนสงขนในชวงความเรวดดความรอนทงตา

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

Qs (kW)

200

300

400

500

600

700

P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 4 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบอตราการถายโอนความรอนภายในเปลอก

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

�Ps (Pa)

18

20

22

24

26

28

30

32

P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 5 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบความดนลดภายในเปลอก

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

hs (W/m2oC)

4000

4500

5000

5500

6000

P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 6 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบสมประสทธการถายโอนความรอนภายในเปลอก

522 KKU Science Journal Volume 43 Number 3 Research

สรปผลการวเคราะหอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยมทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s ตออตราการถายโอนความรอนภายในเปลอก ความดนลดภายในเปลอกและสมประสทธการถายโอนความรอนภายในเปลอก พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s มอตราการถายโอนความรอนสงสดเฉลย 429.90 kW มความดนลด 28.77 Pa และมสมประสทธการถายโอนความรอน 5.471 kW/m2oC ตอพนทผวเปลอก 5.17 m2 เพอใหเกดการหมนวนสาหรบการถายโอนความรอนใหแกนาทผานพนทผวทอ (ภายนอก-ภายใน) ซงคาดงกลาวมความสอดคลองกบความเรวดดความรอนทงกอนตดตงอปกรณกอนตดตงอปกรณอนนาปอนฯ 5.00–6.50 m/s ทความดนใชไอนาไมเกน 5 kg/cm2 สาหรบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยวทมอตราการผลตไอนา 500 kg/h ในขณะเดยวกนเมอความเรวดดความรอนทง 5.30 m/s แลวอตราการถายโอนความรอนจะลดลงและสมประสทธการถายโอนความรอนจะลดลงดวยตามลาดบ 2. ผลการวเคราะหสวนทอ (tube)

การวเคราะหสวนทอทความเรวดดความรอนทงตออตราการถายโอนความรอนภายในทอ ความดนลดและสมประสทธการถายโอนความรอน ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 ซงมรายละเอยด ดงน

รปท 7 ผลการวเคราะหสวนทอทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s อณหภมนาอยระหวาง 30–40 องศาเซลเซยส อตราการไหลเชงมวลของนา 0.138 kg/s ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s ไดอตราการถายโอนความรอนสงสด 212.85 kW และเมอปรบความเรวดดความรอนทงเพมขน ความรอนจะถกดดออกไปทปลองไอเสยเพมขน เปนผลใหอตราการถายโอนความรอนลดลงตามลาดบ

จากรปท 8 ผลการวเคราะหสวนทอทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 อณหภมนาปอน 30–40 องศาเซลเซยส พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s มความดนลดในสวนเปลอกสงสด 5.34 Pa เมอปรบความเรวดดความรอนทงเพมขนความดนลดจะลดลงตามลาดบ สอดคลองกบงานวจยการออกแบบและสรางอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ (อทย, 2555) เมอเพมความเรวดดความรอนทงจะทาใหอตราการถายโอนความรอนตา และความดนลดจะลดลงตามลาดบ

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

Qt (kW)

0

100

200

300

400P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 7 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบอตราการถายโอนความรอนภายในทอ

งานวจย วารสารวทยาศาสตร มข. ปท 43 ฉบบท 3 523

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

�Pt (Pa)

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 8 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบความดนลดภายในทอ

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

ht (W/m2oC)

22

23

24

25

26

27

28

P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 9 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบสมประสทธการถายโอนความรอนภายในทอ

รปท 9 การวเคราะหผลของสมประสทธการถายโอนความรอนภายในทอ ทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s อณหภมนาปอน 30–40 องศาเซลเซยส ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s จะมคาสมประสทธการถายโอนความรอนเฉลย 24.82 W/m2oC เมอมการปรบความเรวดดความรอนทงเพมขน คาสมประสทธการถายโอนความรอนจะเพมขน เพราะวาอณหภมนาปอนสงสดท 40 องศาเซลเซยส

สรปผลการวเคราะหอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยม ทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s อณหภมนาปอน 30–40 องศาเซลเซยส ตออตราการถายโอนความรอนทนาไดรบผานพนผวทอ ความดนลดภายในทอ และสมประสทธการถายโอนความรอน พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s ไดอตราการถายโอนความรอนสงสดเฉลย 212.85 kW มความดนลด 5.34 Pa และมคาสมประสทธการถายโอนความรอนเฉลย 24.82 W/ m2ºC ซงเปนตาแหนงทเหมาะสมสาหรบการออกแบบอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยม ทมพนทผวการถายโอนความรอน 3.55

524 KKU Science Journal Volume 43 Number 3 Research

m2 ทอมความยาว 34 m มขนาดเสนผานศนยกลาง 0.03 m และแผนบดมพนทรวม 0.56 m2 สาหรบการถายโอนความรอนระหวางความรอนทงกบนาทอยภายในทอ ทาใหอณหภมของนาปอนสงขนเปน 80–85 องศาเซลเซยส สอดคลองกบงานวจยการออกแบบและสรางอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอทใชรวมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว (อทย, 2555) เมอนาความรอนทงถายโอนความรอนใหแกนา พบวา อณหภมของนาปอนภายในทอสงขน 75–80 องศาเซลเซยส ซงสามารถประหยดคาเชอเพลงได 136,084.44 บาทตอป 3. การวเคราะหผลสมรรถนะอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยม ทตดตงรวมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว

รปท 10 การวเคราะหไดประสทธผลอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยมทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s กบประสทธผลอปกรณอนนาปอนฯ พบวา ทความเรวดดความรอนทง 5.00 m/s อปกรณอนนาปอนฯ จะไดประสทธผลสงสดเฉลย 0.60 โดยอณหภมนาปอนอยท 30–40 องศาเซลเซยส อตราสวนโดยมวลของนาปอนเทากบ 0.138 kg/s ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 และเมอปรบความเรวการดดความรอนทงเพมขน ประสทธผลของอปกรณอนนาปอนฯ จะมคาลดลงตามลาดบ ทงนเพราะวาความรอนทงถกดดออกจากอปกรณอนนาปอนฯ เรวขนจงเปนผลใหประสทธผลลดลงตามลาดบ

v (m/s)5.0 5.5 6.0 6.5

�

.54

.56

.58

.60

.62

.64

P = 1 kg/cm2

P = 2 kg/cm2

P = 3 kg/cm2

P = 4 kg/cm2

รปท 10 ความสมพนธระหวางความเรวดดความรอนทงกบประสทธผลของอปกรณอนนาปอนฯ

4. การวเคราะหความเหมาะสมความคมคาและการประหยดพลงงานการใชอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยม รวมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว

จากตนทนการสรางอปกรณอนนาปอนฯ และการบารงรกษาจะใชงบประมาณ 150,000 บาท ในกรณเดนเครองวนละ 6 ชวโมง และใชนามนดเซล (ราคานามนลตรละ 30.15 บาท) พบวา อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอฯ สามารถประหยดพลงงานได 454.06 บาทตอวน และใชระยะเวลาคนทน 1.1 ป สอดคลองกบงานวจยการนาความรอนทงจากปลองไอเสยหมอนาแบบหลอดไฟ (ทนงเกยรต, 2547) ขนาดอตราการผลตไอนา 1 t/h และ 3 t/h มาอนนาปอนโดยใชหมอนารถยนตเปนอปกรณแลกเปลยนความรอน ซงไดผลการวจยวา หมอนาขนาด 1 t/h สามารถประหยดพลงงานได 18,500 บาทตอป มระยะเวลาคนทน 2.5 ป และหมอนาขนาด 3 t/h สามารถประหยดพลงงานได

งานวจย วารสารวทยาศาสตร มข. ปท 43 ฉบบท 3 525

100,000 บาทตอป ระยะเวลา 0.9 ป จะเหนไดวาถาเปนหมอนาขนาดเลกจะใชระยะเวลาคนทนมากกวาหมอนาขนาดใหญ เพราะวาหมอนาขนาดเลกมอตราการผลตไอนานอยกวา

ตารางท 1 สรปผลการวเคราะหการประหยดพลงงาน และระยะเวลาคนทนของอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยมทใชรวมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว

รายละเอยด ผลการวเคราะห 1. ชวโมงการทางาน 6 ชวโมง 2. ราคานามนดเซล 30.15 บาท/ลตร 3. ราคาอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอฯ 150,000 บาท 4. กาลงงานทประหยดได 31.17 กโลวตต 5. คาพลงงานเชอเพลงทประหยดได 454.06 บาท/วน 6. ระยะเวลาคนทน 1.1 ป

สรปผลการวจย ผลการวเคราะหประสทธผลอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรป

สเหลยม ทใชรวมกบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว โดยใชขอมลดานเทคนคของหมอนาขนาด 500 kg/h ไดพนทการถายโอนความรอนสวนทอและสวนเปลอก 3.55 m2 และ 5.17 m2 ทอมความยาว 34 m สวนเปลอกมความยาว 2.18 m ทความเรวดดความรอนทง 5.00–6.50 m/s อณหภมความรอนทงออกจากปลองไอเสย 220.5–250.3 องศาเซลเซยส ทความดนใชไอนา 1–4 kg/cm2 ผลการวจยพบวา ทความเรวดความรอนทง 5.00 m/s ไดอตราการถายโอนความรอนภายในเปลอกและภายในทอเฉลย 429.90 kW และ 212.85 kW มความดนลด 28.77 Pa และ 5.34 Pa มสมประสทธการถายโอนความรอน 5,471 W/m2oC และ 24.82 W/m2oC สาเหตทสมประสทธการถายโอนความรอนในเปลอกสงกวาสวนทอ เพราะวา พนทผวนอกอยภายในเปลอกซงมพนทมากกวาพนทผวสวนทอในอตรา 2:1 นอกจากนยงมปจจยมาจากของไหลทเปนกาซรอนทงมอณหภมสง (250–300 องศาเซลเซยส) (สวนเปลอก) สวนทอของไหลจะเปนของเหลวซงมอณหภมตา (30–40 องศาเซลเซยส) จงเปนเหตใหคาสมประสทธการถายโอนความรอนภายในเปลอกและสวนภายในทอแตกตางกน และอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยมมประสทธผล 0.60 ซงเปนตาแหนงทเหมาะสมกบหมอนาแบบความรอนแบบความรอนไหลผานทางเดยว สวนความคมคาในการประหยดพลงงานนน สามารถประหยดพลงงานได 136,048.44 บาทตอป เมอพจารณาถงความคมคาการนาความรอนทงกลบมาใชประโยชนสาหรบหมอนาขนาดเลก สาหรบตนทนการลงทน 150,000 บาท จะพบวา ไดอตราผลตอบแทนภายใน (IRR) 69.03% เมอเปรยบเทยบกบอตราดอกเบยของธนาคารเพอกลมอตสาหกรรมรอยละ 10 จะเหนวา ผลตอบแทนภายในสงกวา แสดงวาอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนรปสเหลยม มความเหมาะสมตอการลงทนซงใชระยะเวลาคนทน 1.1 ป เมอเปรยบเทยบกบอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ (อทย, 2555) ชนดทไมไดใสแผนบด ซงมเงอนไขการออกแบบและทดสอบเงอนไขเดยวกน พบวา อปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอ (ไมใสแผนบด) มสมรรถนะ 0.40 สรปวา การใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยมภายในทอ จะทาใหมพนทผวการถายโอนความรอนภายในเพมขนและทาใหนาเกดการหมน

526 KKU Science Journal Volume 43 Number 3 Research

ควง เปนผลใหอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอชนดใสแผนบดตดตรงกลางเปนสเหลยม มสมรรถนะเพมขนเมอเทยบกบชนดไมใสแผนบด

กตตกรรมประกาศ งานวจยนไดรบทนสนบสนนจากสานกงานคณะกรรมการวจยแหงชาต (วช.) และบรษทไทยสตมเซอรวส

แอนดซบพลาย จากด ทไดสนบสนนทนการวจย

บรรณานกรม กรมโรงงานอตสาหกรรม. (2551). สถตการขอขนทะเบยนการใชหมอนาของอตสาหกรรม. กรงเทพมหานคร: กลมงาน

วศวกรรมเครองกล ทนงเกยรต เกยรตศรโรจน. (2547). การใชหมอนารถยนตเปนอปกรณนาความรอนทงกลบคน. สานกงานนโยบายและพลงงาน

กระทรวงพลงงาน บรษท วนไทยอตสาหกรรมอาหาร จากด. (2550). การนาความรอนทงจากปลองไอเสยหมอนามาอนนาปอน. กรมพลงงานทดแทน

และอนรกษพลงงานกระทรวงพลงงาน. อทย ผองรศม. (2553). การออกแบบอปกรณอนนาปอนแบบทอขด สาหรบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว. ศนยวจย

พลงงาน. มหาวทยาลยราชภฏเพชรบร. อทย ผองรศม. (2555). การออกแบบอปกรณอนนาปอนแบบเปลอกและทอสาหรบหมอนาแบบความรอนไหลผานทางเดยว. ศนยวจย

พลงงาน. มหาวทยาลยราชภฏเพชรบร. Ben Lu, Pei-Xue Jiang. (2006). Experimental and Numerical Investigation of Convection Heat Transfer. Thermal

and Fluid Science 30: 513-521. Cengel, A.Y. and Boles, A.M. (2008). Thermodynamics an Engineering Approach. New York: Mc Graw-Hill. Chang, S.W., Jan, Y.J. and Liou, J.S., (2007). Turbulent heat transfer and pressure drop in tube fitted with serrated

twisted type. International Journal of thermal Science 46: 506-518. Nag, P.K. (2002). Heat Transfer. Tata McGraw-Hill. Nuntaphan A. (2002). Performance Analysis of Heat Pipe Heat Exchanger Using Binary Working Fluids.

Unpublished Doctoral Dissertation, King Mongkut’s University of Technology Thonburi. Suryanarayana, N.V. and Arici, O. (2003). Design and Simulation of Thermal System. New York: McGraw-Hill. Tanda, G. (2004). Heat Transfer in Rectangular Channels with Transverse and V-Shaped Broken Ribs. Int J Heat

Mass Transfer 47: 229-243. Thai Support Engineering. (2010). Standards of Mechanical Engineering Designs. คนเมอ กรกฎาคม 2, 2554 จาก

http://www.seddesigns.com/webboard/index.php The Natural gas boiler burner consortium. (2011). Boiler Efficiency. คนเมอ กรกฎาคม 2, 2554, จาก

http://cleanboiler.org/eff_Improve/efficiency/Index_boiler_efficiency.asp