Isı Transferi

Buhar genellikle bir prosese ısı transferi sağlamak için üretilir. Ortamlar içinde veya arasında ısı transferi modları (iletim, konveksiyon, radyasyon) hesaplamalar ve ısı transferi bariyerleri gibi diğer konularla birlikte açıklanmaktadır.

Bir buhar ısıtma sisteminde, buharın üretilmesinin ve dağıtılmasının tek amacı, proses ısı transferi yüzeyinde ısı sağlamaktır. Gerekli ısı girdi hızı ve buhar basıncı biliniyorsa, gerekli buhar tüketim hızı belirlenebilir. Bu, kazanın ve buhar dağıtım sisteminin boyutunun belirlenmesine olanak tanır.

Whenever a temperature gradient exists, either within a medium or between media, the transfer of heat will occur. This may take the form of either conduction, convection or radiation.

İletim

Katı veya durağan akışkan bir ortamda bir sıcaklık gradyanı varsa, meydana gelen ısı transferine iletim denir. Bir akıştaki komşu moleküller çarpıştığında, enerji daha enerjik moleküllerden daha az enerjik olanlara aktarılır. Daha yüksek sıcaklıklar daha yüksek moleküler enerjilerle ilişkili olduğundan, iletim sıcaklığın azaldığı yönde olmalıdır. Bu olgu hem sıvılarda hem de gazlarda görülebilir. Ancak sıvılarda moleküller daha yakın olduğundan moleküler etkileşimler daha güçlü ve daha sık meydana gelir. Katılarda iletim, Modül 2.2’de açıklandığı gibi kafes titreşimlerinin atomik aktivitesinden kaynaklanır. İletimle ısı transferini ifade etmek için kullanılan denklem Fourier Yasası olarak bilinir. Kararlı durum koşullarında doğrusal bir sıcaklık dağılımı olduğunda, tek boyutlu bir düzlemsel duvar için şöyle yazılabilir:

Örnek 2.5.1

70 W/m °C iletkenliğe sahip ve 25 mm kalınlığında katı demirden yapılmış düzlemsel bir duvarı ele alalım. 0,3 m x 0,5 m yüzey alanına sahiptir, bir tarafta 150 °C ve diğer tarafta 80 °C sıcaklık vardır.

Isı iletkenliği duvar malzemesinin bir özelliğidir ve sıcaklığa bağlıdır. Tablo 2.5.1, çeşitli yaygın metaller için iletkenliğin sıcaklıkla değişimini gösterir.

Tablo 2.5.1 Isı iletkenliği (W/m °C)

İletimdeki ısı transferi mekanizmasını göz önünde bulundurarak, genel olarak bir katının iletkenliği bir sıvınınkinden çok daha büyük olacaktır ve bir sıvının iletkenliği bir gazınkinden daha büyük olacaktır. Havam özellikle düşük bir iletkenliğe sahiptir ve bu nedenle yalıtım malzemeleri genellikle çok sayıda hava boşluğuna sahiptir.

Konveksiyon

Farklı sıcaklıklardaki bir yüzey ile akan bir akışkan arasındaki ısı enerjisi transferine konveksiyon denir. Aslında difüzyon ve moleküllerin toplu hareketi mekanizmalarının bir bileşimidir. Akışkan hızının düşük olduğu yüzeye yakın bölgede difüzyon (veya rastgele moleküler hareket) hakimdir. Ancak yüzeyden uzaklaştıkça, toplu hareket giderek artan bir etkiye sahiptir. Konvektif ısı transferi, zorlanmış konveksiyon veya doğal konveksiyon biçiminde olabilir. Zorlanmış konveksiyon, akışkan akışının bir pompa veya karıştırıcı gibi dış bir kuvvet tarafından oluşturulduğunda meydana gelir.

Tersine, doğal konveksiyon, akıştaki sıcaklık farklılıklarından kaynaklanan yoğunluk farklarından dolayı kaldırma kuvvetlerinden kaynaklanır. Kaynama veya yoğunlaşma gibi bir faz değişikliğinden kaynaklanan ısı enerjisi transferi de konvektif ısı transferi süreci olarak adlandırılır. Konveksiyon denklemi, Newton’un Soğutma Yasasının bir türevi olan Denklem 2.5.2 ile ifade edilir:

Örnek 2.5.2

20 °C sıcaklığında 0,4 m x 0,9 m düzlemsel bir yüzeyi ele alalım. Akışkan, 50 °C toplu sıcaklıkla yüzey üzerinde akar. Konvektif ısı transfer katsayısı (h) 1 600 W/m² °C’dir.

Radyasyon

Yüzeylerden elektromanyetik dalgalar biçiminde enerji yayılmasından kaynaklanan ısı transferine termal radyasyon denir. Arada bir ortam olmadığında, farklı sıcaklıklardaki iki yüzey arasında net bir ısı transferi vardır. Bu ısı transferi biçimi maddi bir ortama dayanmaz ve aslında bir vakumda en verimli şekilde gerçekleşir.

Çoğu pratik durumda, tüm enerjinin yalnızca bir ısı transferi moduyla transfer edilmesi çok olağandışıdır. Genel ısı transferi süreci genellikle iki veya daha fazla farklı mekanizmanın birleşimi olacaktır.

Bir yüzey boyunca ısı transferini hesaplamak için kullanılan ve tasarım prosedüründe yer alan ve ısı alışverişi teorisinin bir parçasını oluşturan genel denklem:

Toplam ısı transfer katsayısı (U)

Bu, bir katı duvarla ayrılan iki akışkan arasındaki hem iletim hem de konveksiyon direncini hesaba katar. Toplam ısı transfer katsayısı, bireysel dirençlerin toplamı olan toplam ısı transferi direncinin tersidir. Toplam ısı transfer katsayısı, ısı transferi sürecindeki kirlenme derecesini de hesaba katabilir. Isı transfer yüzeyinde bir film veya tabakanın birikmesi, ısı transferi hızını büyük ölçüde azaltacaktır. Kirlenme faktörü, akışkan safsızlıklarından, pas oluşumundan veya akışkan ile duvar arasındaki diğer reaksiyonlardan kaynaklanan ek termal direnci temsil eder. Bireysel katsayıların büyüklüğü, ısı transferi sürecinin doğasına, akışkanların fiziksel özelliklerine, akışkan akış hızlarına ve ısı transferi yüzeyinin fiziksel düzenine bağlı olacaktır. Fiziksel düzen, ısı transfer alanı belirlenene kadar kurulamayacağından, bir ısı eşanjörünün tasarımı zorunlu olarak yinelemeli bir prosedürdür. Bu prosedür için bir başlangıç noktası genellikle çeşitli ısı eşanjörü türleri için toplam ısı transfer katsayısının tipik değerlerinin seçilmesini içerir. Bireysel ısı transfer katsayıları için doğru bir hesaplama karmaşık bir prosedürdür ve bazı parametrelerin bilinmemesi nedeniyle birçok durumda mümkün değildir. Bu nedenle, yerleşik tipik toplam ısı transfer katsayısı değerlerinin kullanılması pratik amaçlar için uygun olacaktır.

Sıcaklık farkı (ΔT)

Newton’un soğutma yasası, ısı transferi hızının sıcak ve soğuk ortam arasındaki anlık sıcaklık farkıyla ilişkili olduğunu belirtir. Bir ısı transferi sürecinde, bu sıcaklık farkı konuma veya zamana göre değişecektir. Genel ısı transferi denklemi, Newton’un soğutma yasasının bir uzantısı olarak geliştirilmiştir; burada belirli bir ısı yükü için gerekli ısı transferi alanını belirlemek için ortalama sıcaklık farkı kullanılır.

Ortalama sıcaklık farkı (∆TM)

Bir ısı eşanjörü gibi akış tipi bir prosesteki ortalama sıcaklık farkının belirlenmesi akış yönüne bağlı olacaktır. Birincil ve ikincil akışkanlar aynı yönde (paralel akış/eş akış), zıt yönde (karşıt akış) veya birbirine dik (çapraz akış) akabilir. Doygun buhar birincil akışkan olarak kullanıldığında, birincil akışkan sıcaklığı sabit olarak alınabilir, çünkü ısı yalnızca faz değişikliği sonucunda transfer edilir. Sonuç olarak sıcaklık profili artık akış yönüne bağlı değildir. Ancak ikincil akışkan ısı transferi yüzeyi üzerinden geçerken, en yüksek ısı transferi hızı girişte meydana gelir ve çıkışa doğru ilerledikçe giderek azalır. Bunun nedeni, buhar ile ikincil akışkan arasındaki sıcaklık farkının ikincil sıcaklık artışıyla azalmasıdır. Buhar ve ikincil akışkanın sonuçtaki sıcaklık profili tipik olarak Şekil 2.5.1’de gösterildiği gibidir.

İkincil sıcaklıktaki yükseliş doğrusal değildir ve en iyi logaritmik bir hesaplama ile temsil edilir. Bu amaçla seçilen ortalama sıcaklık farkına Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı veya LMTD veya ΔTLM denir.

Ortalama sıcaklık farkını hesaplamanın daha kolay (ancak daha az doğru) bir yolu, Aritmetik Ortalama Sıcaklık Farkı veya AMTD veya ΔTAM’yi ele almaktır. Bu, ikincil akışkan sıcaklığında doğrusal bir artışı hesaba katar ve hızlı manuel hesaplamalar için, Denklem 2.5.3’te kullanılacak ortalama sıcaklık farkının tatmin edici bir yaklaşımını genellikle verecektir. AMTD sıcaklık profili Şekil 2.5.2’de gösterilmiştir.

Buhar için, birincil akışkan (buhar) sıcaklığı sabit kaldığında, bu denklem basitleştirilebilir:

Buhar tarafında sıcaklık değişikliği olmadığından, AMTD normalde ısı transferi sürecinin tatmin edici bir analizini sağlar ve manuel hesaplamalarda kullanımı kolaydır.

Ancak, ikincil akışkanın doğrusal olmayan sıcaklık değişimini hesaba katan bir logaritmik ortalama sıcaklık farkı da kullanılabilir.

Logaritmik ortalama sıcaklık farkı (LMTD):

Hem Denklem 2.5.4 hem de 2.5.5, özgül ısı kapasitesinde veya toplam ısı transfer katsayısında bir değişiklik olmadığını ve ısı kaybı olmadığını varsayar. Gerçekten de özgül ısı kapasitesi sıcaklık değişimleri sonucunda değişebilir. Toplam ısı transfer katsayısı da akışkan özellikleri ve akış koşullarındaki değişimler nedeniyle değişebilir. Ancak çoğu uygulamada sapmalar neredeyse ihmal edilebilir ve ortalama değerlerin kullanımı tamamen kabul edilebilir olmaktadır. Birçok durumda ısı alışverişi ekipmanı çevresinden yalıtılmış olacaktır, ancak yalıtım %100 verimli olmayacaktır. Bu nedenle, buhar ile ikincil akışkan arasında transfer edilen enerji, birincil akışkandan kaybedilen tüm ısıyı temsil etmeyebilir.

Örnek 2.5.3

2 bar g’deki buhar, suyu 20 °C’den 50 °C’ye ısıtmak için kullanılır. 2 bar g’de buharın doyma sıcaklığı 134 °C’dir. Aritmetik ve logaritmik ortalama sıcaklık farklarını belirleyin:

Bu örnekte AMTD ve LMTD benzer değere sahiptir. Bunun nedeni, ikincil akışkan sıcaklık artışının iki akışkan arasındaki sıcaklık farkına kıyasla küçük olmasıdır.

Örnek 2.5.4

4.0 bar g’de buhar kullanılarak 10 °C’den 120 °C’ye ısıtılan basınçlı bir proses akışkanı deposunu ele alalım. 4.0 bar g’de buharın doyma sıcaklığı 152 °C’dir. Aritmetik ve logaritmik ortalama sıcaklık farklarını belirleyin:

İkincil akışkan sıcaklık artışı, iki akışkan arasındaki sıcaklık farkına kıyasla büyük olduğundan, iki sonuç arasındaki fark daha belirgindir.

LMTD yerine AMTD kullanılarak, hesaplanan ısı transferi alanı gerekenden neredeyse %15 daha küçük olacaktır.

Isı transferi engelleri

Metal duvar, bir ısı transferi sürecindeki tek engel olmayabilir. Buhar tarafında hava, kondens ve kireç tabakası filmi olması muhtemeldir. Ürün tarafında da pişmiş ürün veya kireç tabakası ve durağan bir ürün filmi bulunabilir. Ürünün karıştırılması durağan filmin etkisini ortadan kaldırabilirken, ürün tarafında düzenli temizlik kireç tabakasını azaltmalıdır. Buhar tarafındaki yüzeyin düzenli temizlenmesi de herhangi bir kireç tabakası kalınlığını azaltarak ısı transferi hızını artırabilir, ancak bu her zaman mümkün olmayabilir. Bu tabaka, kazanın doğru çalışmasına dikkat edilerek ve kazandan safsızlık taşıyan su damlacıklarının uzaklaştırılmasıyla da azaltılabilir.

Film tipi yoğunlaşma

Kondens filminin ortadan kaldırılması o kadar basit değildir. Buhar, buharlaşma entalpisini vermek için yoğuştuğunda, ısı transferi yüzeyinde su damlacıkları oluşabilir. Bunlar daha sonra birleşerek sürekli bir kondens filmi oluşturabilir. Kondens filmi, bir çelik ısıtma yüzeyinden 100 ila 150 kat daha fazla ısı transferine dirençli ve bakırdan 500 ila 600 kat daha dirençli olabilir.

Damlacık tipi yoğunlaşma

Isı transferi yüzeyindeki su damlacıkları hemen birleşmez ve sürekli bir kondens filmi oluşmazsa, ‘damlacık tipi’ yoğunlaşma meydana gelir. Damlacık tipi yoğunlaşma sırasında elde edilebilen ısı transferi hızları genellikle film tipi yoğunlaşmadakinden çok daha yüksektir. Damlacık tipi yoğunlaşma sırasında ısı transferi yüzeyinin daha büyük bir bölümü açığa çıktığından, ısı transferi katsayıları film tipi yoğunlaşmadakinden on kata kadar daha yüksek olabilir. Damlacık tipi yoğunlaşmanın teşvik edildiği ısı eşanjörlerinin tasarımında, ürettiği termal direnç genellikle diğer ısı transferi engellerine kıyasla ihmal edilebilir. Ancak, damlacık tipi yoğunlaşma için uygun koşulların sürdürülmesinin çok zor olduğu kanıtlanmıştır. Yüzey ıslanmayı engelleyen bir maddeyle kaplanırsa, damlacık tipi yoğunlaşmayı bir süre sürdürmek mümkün olabilir. Bu amaçla, Silikonlar, PTFE ve bir dizi balmumu ve yağ asitleri gibi yüzey kaplamaları, bazen bir ısı eşanjöründe yoğunlaşmanın teşvik edileceği yüzeylere uygulanır. Ancak bu kaplamalar, oksidasyon veya kirlenme gibi süreçler nedeniyle etkinliklerini kademeli olarak kaybedecek ve film yoğunlaşması sonunda baskın hale gelecektir. Hava çok iyi bir yalıtıcı olduğundan, ısı transferine daha da fazla direnç sağlar. Hava, çelikten 1 500 ila 3 000 kat ve bakırdan 8 000 ila 16 000 kat daha fazla ısı akışına dirençli olabilir. Bu, yalnızca 0,025 mm kalınlığındaki bir hava filminin, 400 mm kalınlığındaki bir bakır duvar kadar ısı transferine direnç gösterebileceği anlamına gelir! Tabii ki bu karşılaştırmalı ilişkilerin tümü her bir tabaka boyunca sıcaklık profillerine bağlıdır. Şekil 2.5.4, bu tabakaların kombinasyonunun ısı transferi süreci üzerindeki etkisini gösterir. Bu ısı transferi engelleri, tüm iletim tabakasının kalınlığını artırmakla kalmaz, aynı zamanda tabakanın ortalama iletkenliğini de büyük ölçüde azaltır. Tabaka ısı akışına ne kadar dirençliyse, sıcaklık gradyanı da o kadar büyük olma eğilimindedir. Bu, aynı istenen ürün sıcaklığını elde etmek için buhar basıncının önemli ölçüde daha yüksek olması gerekebileceği anlamına gelir. Proses veya alan ısıtma uygulamalarının herhangi birinin ısı transferi yüzeylerinde hava ve su filmlerinin bulunması olağandışı değildir. Tüm buharla ısıtılan proses ünitelerinde bir dereceye kadar meydana gelir. İstenen ürün çıktısını elde etmek ve proses buharı operasyonlarının maliyetini en aza indirmek için, yoğuşma yüzeyindeki filmlerin kalınlığı azaltılarak yüksek bir ısıtma performansı sürdürülebilir. Pratikte, hava genellikle ısı transferi verimliliği üzerinde en önemli etkiye sahip olacak ve besleme buharından uzaklaştırılması ısıtma performansını artıracaktır.

Toplam ısı transfer katsayısının (U değeri) tanımlanması

Isı transferi konusuyla ilişkili beş ana ortak terim şunlardır:

1. Isı akış hızı Q̇ (W)
2. Isı iletkenliği k (W/m °C)
3. Termal dirençlilik r (m °C/W)
4. Termal direnç R (m2 °C/W)
5. Termal geçirgenlik U (W/m2 °C) Bu Modüldeki aşağıdaki metin bunları ve birbirleriyle nasıl ilişkili olduklarını açıklar. Düzlemsel bir duvar boyunca ısı transferini hesaplamanın geleneksel yöntemi, genel bir ısı transfer katsayısı ‘U’ veya daha doğru bir şekilde, duvarın bir tarafından diğerine olan genel termal geçirgenliğin kullanımını düşünür. U değerleri, çok çeşitli malzeme ve akışkan kombinasyonları için verilir ve genellikle ampirik verilerden ve çalışma deneyiminden etkilenir. Daha önce bahsedilen kondens, hava, kireç ve ürün filmleri, metal duvarın her iki tarafında, genel termal geçirgenlik üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir ve bu nedenle, basit bir düzlemsel duvar ve ardından çok katmanlı bir bariyer boyunca ısı transferinin tüm sorununu ele almaya değer.

Basit düzlemsel bir duvardan iletimle ısı transferi

Başlamak için iyi bir yol, en basit olası duruma bakmaktır; düzgün termal özelliklere ve belirtilmiş yüzey sıcaklıklarına sahip bir metal duvar.

T1 ve T2, L kalınlığındaki metal duvarın her iki tarafındaki yüzey sıcaklıklarıdır; ve iki yüzey arasındaki sıcaklık farkı ΔT’dir.

İki yüzeydeki ısı akışına olası direnci göz ardı ederek, duvardan geçen ısı akışı süreci Denklem 2.5.1’de gösterildiği gibi Fourier’in iletim yasasından türetilebilir. ‘Bariyer’ terimi, bir ısı eşanjörünün ısı dirençli filmini veya metal duvarını ifade eder.

Denklem 2.5.6’daki tanımlarından görülebileceği gibi χ/k, bariyerin kalınlığının ısı iletkenliğinin doğasına bölünmesidir. Basit aritmetik, bariyerin uzunluğu (χ) artarsa χ/k değerinin artacağını ve bariyer iletkenliği (k) artarsa χ/k değerinin azalacağını dikte eder. Bu şekilde davranacak bir özellik termal dirençtir.

Bariyerin uzunluğu artarsa, ısı akışına direnç artar; ve bariyer malzemesinin iletkenliği artarsa ısı akışına direnç azalır. Denklem 2.5.6’daki χ/k teriminin, bilinen uzunlukta bir bariyerin termal direnciyle ilgili olduğu sonucuna varılabilir. Basit elektrik teorisinin sonuçları, ısı akışıyla ilgili denklemlere paraleldir. Özellikle, seri dirençlerin eklenmesi kavramı mümkündür ve bu modülün ilerleyen bölümünde görüleceği gibi, çok katmanlı bir bariyer boyunca ısı transferini analiz ederken faydalı bir araçtır. Denklem 2.5.6 artık termal direnç cinsinden yeniden ifade edilebilir, burada:

Denklem 2.5.7’de gösterildiği gibi

Termal direnç, belirli bir bariyerin bir özelliğini gösterir ve kalınlığına ve iletkenliğine göre değişir.

Buna karşılık, bariyerin ısı akışına direnme yeteneği değişmez, çünkü bu bariyer malzemesinin fiziksel bir özelliğidir. Bu özelliğe ‘termal dirençlilik’ denir; termal iletkenliğin tersidir ve Denklem 2.5.8’de gösterilir.

Genel direncin genel U değeriyle ilişkilendirilmesi

Isı transferi uygulamalarında çözülmesi gereken olağan sorun, ısı transferi hızıdır ve bu, genel ısı transferi formülü Denklem 2.5.3’ten görülebilir.

Çok katmanlı bir bariyerden ısı akışı

Şekil 2.5.4’te görüldüğü gibi, pratik bir uygulama, bir tarafında suyu ısıtmak için diğer tarafında buhar kullanan bir ısı eşanjörü tüpü veya plakasının metal duvarı olacaktır. Isı akışını yavaşlatan çeşitli diğer bariyerlerin de mevcut olduğu görülebilir; bunlar bir hava filmi, bir kondens filmi, bir kireç tabakası filmi ve ısıtma yüzeyine hemen bitişik durağan bir ikincil su filmi. Bu filmler, bariyer boyunca ısı akışını ‘kirleten’ olarak düşünülebilir ve bu nedenle bu dirençler ısı eşanjörü tasarımcıları tarafından ‘kirlenme faktörleri’ olarak ele alınır. Metal duvarın direncine ek olarak tüm bu filmler, bir elektrik devresindeki gibi ısı akışına bir direnç oluşturur ve bu dirençler genel bir direnç oluşturmak için eklenebilir. Bu nedenle:

Direnç Denklem 2.5.6’da gösterildiği gibi χ/k olduğundan, Denklem 2.5.10 Denklem 2.5.11 olarak yeniden yazılabilir:

Tablo 2.5.2 Çeşitli malzemelerin tipik ısı iletkenlikleri

Isı iletkenlikleri film malzemesine (ve sıcaklığa) bağlı olarak değişecektir. Örneğin, havanın ısı akışına direnci sudan yaklaşık otuz kat daha fazladır. Bu nedenle, buhar beslemesinin ısı eşanjörüne ulaşmadan önce havadan arındırılması, ıslak buhar biçiminde sudan arındırılmasından nispeten daha önemlidir. Tabii ki, ıslak buharı aynı anda uzaklaştırmak da akıllıcadır.

Havanın çeliğe direnci yaklaşık iki bin kat daha fazladır ve havanın bakıra direnci yaklaşık yirmi bin kat daha fazladır. Hava ve suyun çelik ve bakıra kıyasla yüksek dirençleri nedeniyle, hava ve suyun küçük kalınlıklarının ısı akışına toplam direnç üzerindeki etkisi nispeten büyük olabilir. Hava ve su filmleri hala mevcutsa, bir çelik ısı transferi sistemini bakıra değiştirmenin bir anlamı yoktur; performansta çok az iyileşme olacaktır, Örnek 2.5.5’te kanıtlanacağı gibi. Buhar tarafındaki hava ve su filmleri, kontrol vanasından önce buhar beslemesine bir separatör ve şamandıra kondenstop seti kurarak basitçe iyi mühendislik uygulamaları ile ortadan kaldırılabilir. Buhar tarafındaki kireç tabakası filmleri de aynı hatta filtre takılarak azaltılabilir. Ürün tarafındaki kireç tabakasını tedavi etmek biraz daha zordur, ancak ısı eşanjörlerinin düzenli temizlenmesi bazen bu soruna bir çözümdür. Kireç tabakasını azaltmanın bir başka yolu, ısı eşanjörlerini daha düşük buhar basınçlarında çalıştırmaktır; bu, buhar sıcaklığını ve ürünün kireç tabakası oluşturma eğilimini azaltır, özellikle ürün süt gibi bir çözelti ise.

Örnek 2.5.5

Buhar tarafında hava filmi, kondens filmi ve kireç tabakasının 0,2 mm kalınlığında olduğu bir su-buhar ısı eşanjörünü ele alalım; su tarafında, su ve kireç tabakası filmleri sırasıyla 0,05 mm ve 0,1 mm kalınlığındadır. Çelik duvarlı ısıtma yüzeyinin kalınlığı 6 mm’dir.

Tablo 2.5.3 Çelik tüp dahil bariyerlerin direnci

Denklem 2.5.6’dan: 1. Tablo 2.5.3’te gösterilen koşullardan genel U değerini (U1) hesaplayın

2. Buhar beslemesinden havayı ve kondensi uzaklaştırın

Şimdi buhar beslemesindeki bir separatörle hava ve kondensin uzaklaştırıldığı aynı ısı eşanjörünü ele alalım.

U2’yi hesaplayın

U2’den görülebileceği gibi, bu ısı eşanjörünün buhar beslemesine bir separatör takılarak ve buhardan tüm hava ve kondensin uzaklaştırıldığı varsayılarak, termal geçirgenlik orijinal değerden 11 kattan fazla artmıştır. 3. Buhar ve su taraflarındaki kireç tabakasını uzaklaştırın Şimdi buhar hattına bir filtre takarak buhar tarafındaki kireç tabakasını ve daha düşük bir buhar basıncında çalışarak su tarafındaki kireç tabakasını azaltmayı ele alalım. U3’ü hesaplayın

Kireç tabakası ortadan kaldırılarak termal geçirgenlik dört kat daha artmıştır. 4. Orijinal koşullara geri dönün ancak çelik tüpten aynı kalınlıktaki bakır tübe geçin.

Tablo 2.5.4 Bakır tüp dahil bariyerlerin direnci

U4’ü hesaplayın

Bakırın çeliğe kıyasla sunduğu daha yüksek iletkenliğin, hava ve diğer kirlenme faktörlerinin baskın etkisi nedeniyle ısı eşanjörünün genel termal geçirgenliğine çok az fark yarattığı görülmektedir.

Pratikte, buhar ve suyun ısı eşanjörü tüplerinden veya plakalarından geçme hızları, konveksiyon ve radyasyonla ısı transferinin kombinasyonu gibi diğer faktörlerin genel U değerini etkileyeceğini lütfen unutun. Ayrıca, bir separatör ve filtrenin takılmasının bir ısı eşanjörünün içindeki havayı, ıslak buharı ve kireç tabakasını tamamen ortadan kaldırması muhtemel değildir. Yukarıdaki hesaplamalar, bunların ısı transferi üzerindeki etkilerini vurgulamak için gösterilmektedir. Ancak, sistemden bu tür engelleri ortadan kaldırma girişimi genellikle başarılı olacaktır ve buharla ısıtma tesis ve ekipmanında ısı transferini artırması neredeyse garanti edilmektedir. Film bireysel dirençlerini hesaplamak yerine, su veya yağın buhar bobiniyle ısıtılması gibi farklı ısı alışverişi uygulama türleri için genel U değerlerini gösteren Tablolar mevcuttur. Bunlar Modül 2.10, ‘Bobinler ve ceketlerle ısıtma’da belgelenmiştir. Isı eşanjörleri için U değerleri, tasarım (‘gövde ve tüp’ veya ‘plaka ve çerçeve’ yapısı), yapım malzemesi ve ısı transferi işleminde yer alan akışkanların türü gibi faktörler nedeniyle önemli ölçüde değişir.