Tesis Ekipmanlarının Buhar Tüketimi

Isıtıcı bataryaları, kaloriferler, kurutma silindirleri, presler ve izleyici hatları dahil diğer yaygın tesis ekipmanlarının buhar tüketimi.

Bu Modüldeki aşağıdaki bölümlerdeki örnekler, daha önce bahsedilen ekipmanın bir tekrarıdır ve diğer yaygın tesis ekipmanlarının buhar tüketimini gösterir.

Isıtıcı bataryaları

Üniteli ısıtıcı ve hava ısıtıcı bataryası üreticilerinin çoğu ekipmanlarının çıkışını kW cinsinden verir. Yoğunlaşma hızı, ekipman nominal değerini (kW cinsinden) çalışma basıncındaki buharın buharlaşma entalpisine (kJ/kg cinsinden) bölerek kg/s cinsinden bir buhar akış hızı elde edilebilir. Sonucu 3 600 ile çarparak kg/h elde edilir. Üretici değerleri mevcut değilse, ancak aşağıdakiler biliniyorsa:

• Hacimsel hava akış hızı.
• Sıcaklık artışı.
• Buhar basıncı. O halde yoğunlaşma hızı Denklem 2.12.3 kullanılarak belirlenebilir: Örnek 2.14.1 Hava sıcaklığını -5’ten 30 °C’ye yükseltmek için tasarlanmış bir hava ısıtıcısı 2 m x 2 m boyutlarında bir kanala monte edilmiştir. Kanaldaki hava hızı 3 m/s, buhar bataryaya 3 bar g’de beslenmektedir ve havanın özgül ısısı 1,3 kJ/m³ °C olarak alınmıştır.

Isıtıcı kaloriferler

Hava ısıtıcılarında olduğu gibi, çoğu kalorifer üreticisi de ekipmanları için genellikle bir nominal değer sağlar ve buhar tüketimi, kW nominal değerini çalışma basıncındaki buharın entalpisine bölerek kg/s cinsinden sonuç elde edilebilir (Denklem 2.8.1’e bakın). Ancak kaloriferler, hizmet verdikleri sistemler için genellikle çok büyüktür çünkü:

• Hizmet verdikleri binadaki başlangıç ısı yükü hesaplamaları çok sayıda ve aşırı temkinli güvenlik faktörleri içerecektir.
• Kaloriferin kendisi standart bir ürün yelpazesinden seçilmiş olacak, bu nedenle hesaplanan yükten bir üst boyut seçilmiş olacaktır.
• Kalorifer üreticisi ekipmana kendi güvenlik faktörünü dahil etmiş olacaktır. Herhangi bir zamandaki gerçek yükün bir tahmini, akış ve dönüş sıcaklıkları ile pompa hızı biliniyorsa elde edilebilir. Ancak deşarj tarafındaki basınç başlığının pompa verimini etkilediğini ve bunun sabit olup olmayabileceğini unutmayın. Örnek 2.14.2 Düşük sıcaklıklı sıcak suyun (akış/dönüş = 82/71 °C) 4 l/s’si bir ısıtma sistemi etrafında pompalanmaktadır. Isı çıkışını belirleyin:
• Isı çıkışı = Su akış hızı x suyun özgül ısısı x sıcaklık değişimi
• Isı çıkışı = 4 l/s x 4,19 kJ/kg °C x (82 - 71 °C)
• Isı çıkışı = 184 kW Bir ısıtma kaloriferindeki yükü tahmin etmenin alternatif bir yöntemi, ısıtılan binayı ele almaktır. Isı yükü hesaplamaları aşağıdakiler dahil faktörlerden dolayı karmaşıklaşabilir:
• Hava değişimleri.
• Duvarlar, pencereler ve çatılardan ısı transfer hızları. Ancak, binanın hacmini alarak ve 30 W/m³ bir ısıtma kapasitesi izin vererek makul bir tahmin elde edilebilir. Bu, dış sıcaklık yaklaşık -1 °C olduğunda yaklaşık 20 °C iç sıcaklık için çalışma yükünü verecektir. Tipik akış ve dönüş sıcaklıkları:
• Düşük sıcaklıklı sıcak su (LTHW) sistemleri için 82 °C ve 71 °C (ΔT = 11 °C).
• Orta sıcaklıklı sıcak su (MTHW) sistemleri için 94 °C ve 72 °C (ΔT = 22 °C). Yüksek sıcaklıklı sıcak su (HTHW) sistemleri için değerler önemli ölçüde değişir ve her uygulama için kontrol edilmelidir. Örnek 2.14.3 Bir ısıtma kaloriferine buhar akışı, dış sıcaklık 7 °C ve iç sıcaklık 18 °C iken 227 kg/h olarak ölçülmüştür. Dış sıcaklık -1 °C’ye düşerse ve iç sıcaklık 19 °C ise, yaklaşık buhar akış hızını belirleyin. Bu orantı ile hesaplanabilir.

Sıcak su depolama kaloriferleri

Sıcak su depolama kaloriferleri, tüm içeriklerini belirli bir süre içinde soğuktan depolama sıcaklığına çıkarmak için tasarlanmıştır. Tipik İngiltere değerleri şunlardır:

• Soğuk su sıcaklığı 10 °C
• Sıcak su sıcaklığı 60 °C Isıtma süresi (aynı zamanda ‘kurtarma süresi’ olarak da adlandırılır) = 1 saat. Isıtılacak suyun kütlesi, kabın hacminden belirlenebilir. (Su için, yoğunluk ρ = 1 000 kg/m³ ve özgül ısısı (cp) = 4,19 kJ/kg °C). Örnek 2.14.4 Bir depo kaloriferi, 1,5 m çapında ve 2 m yüksekliğinde silindirik bir kaptan oluşmaktadır. Kabın içindekiler 1 saat içinde 60 °C’ye ısıtılacaktır.

Gelen su sıcaklığı 10 °C ve buhar basıncı 7 bar g’dir. Buhar akış hızını belirleyin:

Kurutma silindirleri

Kurutma silindirleri, düzen, uygulama ve dolayısıyla buhar tüketimi açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Boyut, buhar basıncı ve çalışma hızındaki geniş farklılıkların yanı sıra, silindirler tekstil kutu kurutucularda olduğu gibi makinenin çerçevesinden veya yüksek hızlı kağıt makinelerinde üfleme sistemiyle boşaltılabilir. Tersine, film kurutucular ve yavaş hızlı kağıt makineleri her silindirde ayrı buhar kondenstopları kullanabilir. Talep, boyutlu pamuk ipliği kurutan bir silindirin küçük durma kayıplarından, bir kağıt makinesinin ıslak ucundaki veya bir film kurutucudaki ağır yüklere kadar değişecektir.

Bu nedenle, doğru rakamlar yalnızca ölçümle elde edilebilir. Ancak, buhar tüketiminin makul sınırlar içinde tahmin edilmesini sağlayan bazı güvenilir formüller kullanılmaktadır. Tekstil silindir kurutma makineleri durumunda, silindirlerin sayılması ve her birinin çevresinin ve genişliğinin ölçülmesi toplam ısıtma yüzey alanını verecektir. Her silindirin iki ucu dahil edilmeli ve kukla başlıklarını ve çerçeveleri kapsaması için silindir başına 0,75 m² eklenmelidir; ayrı kondenstoplama kullanılmayan yerler hariç. Makinenin durma halindeki radyasyon kaybı, kg/saat cinsinden buhar olarak, toplam alanın 2,44 faktörüyle çarpılmasıyla tahmin edilebilir. Saatte kg cinsinden çalışma yükü 8,3 faktörü kullanılarak elde edilir. (İmparatorluk birimlerinde alan fit kare cinsinden ölçülecek ve karşılık gelen faktörler sırasıyla 0,5 ve 1,7 olacaktır). Bu, dakikada 64 ila 73 metre (dakikada 70 ila 80 yard) hızla parça malları kurutan bir makineye dayanmaktadır, ancak ödenekler yapılarak farklı koşullarda çalışan makineler için kullanılabilir. Yukarıdaki denklemdeki faktörler ampirik olarak türetilmiş sabitlerdir: 1.5 = Silindir kurutuculara uygulanan faktör. 2 550 = Nem buharlaştırmak için gerekli ortalama su entalpisi + buharlaşma entalpisi. 1.26 = Malzemenin ortalama özgül ısısı. Kurutma silindirleri, buhar alanının büyük hacmi ve ısıtılacak metal kütlesi nedeniyle ağır bir başlatma yüküne eğilimlidir ve buhar kondenstoplarının boyutlandırılmasında çalışma yükünün üç katı bir faktör izin verilmelidir. Ayrıca havanın uzun ısınma süreleri ve düzensiz yüzey sıcaklığı gibi özel zorluklara neden olabileceği de unutulmamalıdır. Bu nedenle silindirlerden hava tahliyesi için özel önlemler alınmalıdır.

Presler

Presler, kurutma silindirleri gibi, her şekil, boyut ve çalışma basıncında gelir ve plastik tozlarını kalıplama, laminat hazırlama, araba lastikleri üretme (Şekil 2.14.4’e bakın) ve kontrplak üretme gibi birçok amaç için kullanılır. Bazen bir soğutma döngüsü de içerirler. Buhar yüklerinin herhangi bir doğrulukla hesaplanmasının zor olacağı açıktır ve güvenilir sonuçlar almanın tek yolu ölçümle yapmaktır. Bu tür ekipman ‘açık’ olabilir ve atmosfere radyasyon kaybına izin verir, veya ‘kapalı’ olabilir; bu durumda iki ısıtma yüzeyi ürün tarafından birbirinden yalıtılmış olur. Ürün biraz ısı absorbsa da, net sonuç, tesis çalışırken veya boşta dururken buhar tüketiminin hemen hemen aynı olmasıdır; ancak açma ve kapanma sırasında dalgalanmalar meydana gelecektir. Buhar tüketimi bazen temel ısı transferi Denklem 2.5.3 kullanılarak tahmin edilebilir: Şekil 2.9.1’de gösterilen U değerleri bazen kullanılabilir. Büyük plaka preslerde makul sonuçlar verebilirler, ancak yüzey alanını tahmin etmedeki zorluk nedeniyle, az sayıda karmaşık şekilli kalıp söz konusu olduğunda daha az doğrudurlar. Bu tür tesislerin bir özelliği, soğuktan ısınma sırasında küçük buhar alanı ve nispeten yüksek buhar yüküdür. Bunu ve yük dalgalanmalarını hesaba katmak için, buhar kondenstopları çalışma yükünün 2 katı faktörüyle boyutlandırılmalıdır. Sıcaklık kontrolü, pilot çalıştırma doğrudan etkili basınç düşürme vanaları kullanılarak çok hassas olabilir ve gerekli yüzey sıcaklığına karşılık gelen sabit ve tutarlı bir buhar basıncı sağlar. Bunlar basitçe tasarlanmış buhar yüküne göre boyutlandırılır.

İzleyici hatları

Viskoz akışkanlar taşıyan boru hatları, genellikle buhar izleyicileri vasıtasıyla yükseltilmiş sıcaklıkta tutulur. Bunlar genellikle ürün hattı boyunca uzanan bir veya daha fazla küçük çaplı buhar hattından oluşur ve tamamı yalıtımla kaplanmıştır. Teoride, buhar tüketiminin kesin hesaplanması zordur, çünkü şunlara bağlıdır:

• İki hat arasındaki temas derecesi ve ısı iletim pastalarının kullanılıp kullanılmadığı.
• Ürünün sıcaklığı.
• İzleyici hatları boyunca uzunluk, sıcaklık ve basınç düşüşü.
• Ortam sıcaklığı.
• Rüzgar hızı.
• Kaplamanın emisyonu. Pratikte, izleyici hattının basitçe ürün hattının kendisinden radyasyon kayıplarını değiştirdiğini varsaymak genellikle güvenlidir. Bu temelde, izleyici hattının buhar tüketimi, ürün hatlarından radyasyon kaybına eşit bir çalışma yükü olarak alınabilir.

Tablo 2.14.1, 50 veya 100 mm yalıtımlı yalıtılmış borulardan ısı kayıplarını gösterir. Örnek 2.14.5 50 m uzunluğunda x 200 mm çapında bir boru, 120 °C’de bir sıvı ürün içermektedir. Ortam sıcaklığı 20 °C, borunun 50 mm yalıtımı vardır ve buhar izleyici(ler)e 7 bar g’de beslenmektedir. Buhar tüketimini belirleyin: Ceketli hatlar için, ısı kaybı, ceketin çapına eşit çapa sahip bir buhar ana hattından olanla aynı olduğu varsayılabilir; ayrıca herhangi bir yalıtım da dikkate alınmalıdır. Buhar kondenstoplarını boyutlandırırken, başlatma koşullarını kapsaması için çalışma yükünün 2 katı faktörü kullanılmalıdır, ancak herhangi bir sıcaklık kontrol vanası sadece tasarım yükünü karşılayacak şekilde boyutlandırılabilir. İzleyici hattının boyutlandırılması Örnek 2.14.5, buhar izleyici yükünü borudan ısı kaybı temelinde hesaplar. Pratikte, izleyici hattı bu ısı kaybını tam olarak karşılayacak şekilde boyutlandırılmayacaktır. Tablo 2.14.2, farklı sıcaklıklardaki ürün hatları yanında farklı basınçlarda çalışan 15 mm ve 20 mm çelik ve bakır izleyici hatlarından faydalı ısı çıkışını gösterir. Tablo, izleyici hatlarından yalıtım yoluyla çevredeki havaya olan ısı kayıplarını hesaba katar. Örnek 2.14.5’te borudan ısı kaybı 97 W/m idi. İzleyici hattının en az bu ısı transferi hızını sağlayabilmesi gerekir. Tablo 2.14.2, interpolasyonla, 15 mm çelik izleyici hattından faydalı ısı çıkışının, ürün sıcaklığı 120 °C ve buhar basıncı 5 bar g için 33 W/m olduğunu göstermektedir. Ürün sıcaklığını 120 °C’de tutmak için gerekli izleyici sayısı: Bu nedenle bu uygulama için Şekil 2.14.9’da gösterildiği gibi üç adet 15 mm çelik izleyici hattı gerekecektir.