- Değişken Akış İkincil - Sabit Giriş Sıcaklığı - Sabit Çıkış Sıcaklığı
Sabit giriş/çıkış sıcaklığı ile değişken akış hızı
Tüm ısı değiştiricilerin sabit bir ikincil akışla çalışması gerekmez. Tipik uygulamalar, tanklar ve kazanlar gibi partilere sıcak su teminini içerebilir. Her tanka sıcak su beslemesi, bir aç-kapa küresel vana veya modüle eden bir sürgülü vana ile kontrol edilir; suyun ısı değiştiriciye geri dönüşü söz konusu değildir. Soğuk tamamlama suyu, Şekil 13.6.1’de gösterildiği gibi, sıcak su talebine göre basitçe ısıtılır. Isı değiştiriciye buhar beslemesindeki modüle eden bir kontrol vanası, çekilen sıcak suyun sıcaklığını düzenler. Soğuk tamamlama suyu basınçlı bir ana hattan sağlanabilir ve sıcaklığı mevsimsel olarak değişebilir. Durma koşulunu değerlendirirken en düşük olası sıcaklığı dikkate almak gerekir.
Durma noktası grafiği bu tür kurulumlarda da kullanılabilir, ancak kabuk borulu ısı değiştiriciler için yapım yöntemi, sabit ikincil akış için kullanılan yöntemden biraz farklıdır. Bu yöntem aşağıda açıklanmaktadır.
Bu yöntemin ilk parçası, Örnek 13.5.1’de gösterilene çok benzer. Şekil 13.6.2’ye başvurarak, tam yük koşullarındaki ısı değiştiricideki buhar sıcaklığı (Nokta A) sol dikey eksene işaretlenmelidir. Daha sonra istenen ikincil akışkan çıkış sıcaklığı sağ dikey eksene işaretlenmelidir (Nokta B).
İkincil akışkan giriş sıcaklığı (Nokta C) sol dikey eksene de işaretlenmelidir.
Sistem ters basıncını temsil eden yatay çizgi de bu grafiğe işaretlenmelidir. Bu sıcaklık, Nokta D’de sağ dikey eksene işaretlenmeli ve daha sonra sol dikey eksendeki aynı sıcaklıkta Nokta E’ye düz bir çizgi ile bağlanmalıdır.
Şekil 13.6.3’e başvurarak, ikincil yük çizgisi BC noktalarını birleştirerek çizilmelidir. Daha sonra BC’nin %50 yük ordinatını kestiği yerden sağ eksene doğru yatay bir çizgi çizilmelidir. Bu, ortalama ikincil akışkan sıcaklığını temsil eder ve F noktası olarak gösterilir.
Ortalama ikincil akışkan sıcaklığı noktası F, daha sonra tam yükte ısı değiştiricideki buhar sıcaklığı noktasına A’ya diagonal düz bir çizgi ile bağlanarak AF çizgisi oluşturulur.
Ters basınç çizgisi DE, ya buhar çizgisi AF’yi kesecek ya da grafikte A noktasının yukarısında olacaktır. AF ve DE çizgileri arasındaki kesişim noktası, buhar basıncı ve ters basıncın aynı olduğu durma noktasını işaretler. Durma noktasından aşağıya dikey bir çizgi düşürülebilir ve durma koşulunun ne zaman meydana geldiğini gösterebilir.
Bu dikey çizginin alt yatay ekseni kestiği nokta (Nokta G) yüzde yükü işaretlemelidir. Bir önceki örnekte olduğu gibi, DE çizgisi A noktasının üzerindeyse, durma noktası tüm yük koşullarında meydana gelir.
Yüzde durma yükü, Denklem 13.6.1 kullanılarak da hesaplanabilir:
Minimum buhar sıcaklığı
En düşük çalışma buhar sıcaklığının Nokta B’deki ayar noktası sıcaklığına eşit olduğuna dikkat edilmelidir. Bu, Şekil 13.6.4’teki durma noktası grafiğinde 70°C’de meydana gelir ve AF buhar çizgisi üzerindeki H noktası ile temsil edilir.
Pratikte, ısı yükü azaldıkça ve buhar sıcaklığı H noktasındaki ikincil kontrol sıcaklığına yaklaştıkça, buhar sıcaklığındaki değişiklikler Şekil 13.6.4’teki H noktasında önerilen hızlı adım değişimi yerine yavaş yavaş meydana gelir. Buhar sıcaklığı, Şekil 13.6.5’te gösterilene benzer bir şekilde düşme eğiliminde olacaktır. Bu çizgiyi bir durma noktası grafiğinde çizmek zordur ve gereksizdir, oysa Şekil 13.6.4 pratik ve kullanımı kolaydır.
Şekil 13.6.4’e bakıldığında, bu örnekte %37’den daha az herhangi bir yükteki buhar sıcaklığının 70°C olduğu görülmektedir. Gerçekten de, buhar sıcaklığındaki kademeli düşüş Şekil 13.6.5’te gösterilene daha yakındır, ancak fark, kendenstop cihazının seçilmesi ve boyutlandırılması açısından önemsizdir.
Örnek 13.6.1
Değişken ikincil akış hızına sahip bir kabuk borulu ısı değiştiricideki buhar basıncı tam yükte 8 bar g’dir, kondens hattındaki basınç 0.5 bar g’dir ve kendenstopun ardından 7 metrelik bir kaldırma vardır. Tam yükte, ikincil akışkan ısı değiştiriciye 30°C’de girer ve 3.64 L/s akış hızıyla ısı değiştiriciden 90°C’de çıkar.
Durma noktasındaki yüzde yük ve durma noktasındaki ikincil akış hızı nedir?
8 bar g’de buharın doyma sıcaklığı 175°C’dir. Bu nedenle tam yükte ısı değiştiricideki buhar sıcaklığı 175°C’dir. Bu daha sonra Şekil 13.6.6’da A noktası olarak çizilmelidir.
İkincil akışkan çıkış sıcaklığı olan 90°C B noktası olarak çizilmeli, ikincil akışkan giriş sıcaklığı olan 30°C ise C noktası olarak çizilmelidir.
Kondens hattındaki 7 m’lik kaldırma, kondens hattındaki 0.5 bar g basıncına ek olarak 0.7 bar’lık bir diferansiyel basınç oluşturur. Bu nedenle, toplam sistem ters basıncı 1.2 bar g’dir. 1.2 bar g’de buharın doyma sıcaklığı 123°C olduğundan, ters basıncı temsil eden yatay çizgi DE Şekil 13.6.6’da bu sıcaklıkta çizilmiştir.
Bu örnekte yüzde yük (Nokta G) yaklaşık %55’tir. Bu, ikincil sıvı akış hızının durma noktasının meydana gelmesi için maksimum akış hızının %55’ine düşmesi gerektiği anlamına gelir, yani 3.64 L/s’nin %55’i = 2 L/s. Bu, Denklem 13.6.1 kullanılarak matematiksel olarak doğrulanabilir.
Çoğu ısı değiştirici uygulaması, yukarıda ve Blok 13’teki önceki Modüllerde açıklandığı gibi, değişken akış hızı veya değişken sıcaklık olacaktır.
Bununla birlikte, ikincil akışkanın hem akış hızının hem de giriş sıcaklığının değiştiği durumlar da olabilir. Bu örnekte, durma noktası grafiğinin yorumlanması yoluyla birleşik etkilerini belirlemek daha zor hale gelir. Bu tür sistemler, yukarıda gösterilen her iki yöntemin sonuçlarını karşılaştırarak ve en kötü durumu kullanarak analiz edilebilir.