ht-332 doĞal ve zorlanmiŞ isi taŞinim eĞİtİm setİ deney...

1

HT-332 DOĞAL VE ZORLANMIŞ ISI TAŞINIM

EĞİTİM SETİ

DENEY FÖYLERİ

DENEYSAN EĞİTİM CİHAZLARI SANAYİ VE TİCARET LTD. ŞTİ.

Küçük Sanayi sitesi 12 Ekim Cad. 52.Sok. No:18A BALIKESİR

Tel:0266 2461075 Faks:0266 2460948 http://www.deneysan.com mail:

[email protected]

BALIKESİR-2016

http://www.deneysan.com/

mailto:[email protected]

2

İçindekiler Tablosu

HT-332 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM EĞİTİM SETİ ŞEMASI .......... 3

MALZEME LİSTESİ ............................................................................................ 3

CİHAZIN BÖLÜMLERİ ...................................................................................... 4

Düz Levha Tipi Isı Değiştirici: .............................................................................................. 4

Çoklu Düz Levha Tipi Isı Değiştirici: ................................................................................... 4

Çubuklu Tip Isı Değiştirici: .................................................................................................. 4

EKRAN GÖRÜNTÜLERİ .................................................................................... 5

Ana Menü ................................................................................................................................ 5

Çubuklu levha tipi ısı değiştirici ölçüm menüsü ..................................................................... 6

Çoklu levha tipi ısı değiştirici ölçüm menüsü ......................................................................... 8

Düz levha tipi ısı değiştirici ölçüm menüsü ............................................................................ 9

DENEYLER ........................................................................................................................ 11

DENEY NO: HT-332-01 ..................................................................................................... 11

Farklı tip ısı değiştiricilerde doğal ve zorlanmış taşınımla enerji dengesinin

hesaplanması ............................................................................................................................ 11

DENEY NO: HT-332-02 ..................................................................................................... 15

Farklı tip ısı değiştiricilerde hıza bağlı olarak toplam ısı geçirgenlik katsayılarının

değişimi .................................................................................................................................... 15

DENEY NO: HT-332-03 ..................................................................................................... 20

Çoklu plakalı ısı değiştirici için farklı hızlarda yüzeysel ısı iletkenlik değerinin

hesaplanması ............................................................................................................................ 20

DENEY NO: HT-332-04 ...................................................................................................... 24

Farklı tip ısıtıcıların doğal ve zorlanmış taşınım hallerinde ısıl verimlerinin

hesaplanması ..................................................................................................................... 24

3

1) HT-332 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIM EĞİTİM

SETİ ŞEMASI

2) MALZEME LİSTESİ

MALZEMENİN ADI ADEDİ ÖZELLİĞİ

Aksiyel fan 1 EBM PAPST, Debi: 450 m3/h

Sıcaklık hissedici 4 PT100

Hava hız dönüştürücü 1 SİMENS QVM62,1

Düz levha ısıtıcı 1 110x62 mm, A=6,820 m2, 277

Çubuklu ısıtıcı 1 5x110 mm x 17 adet, A=0,01963 m2, 277

Çoklu levha tipi ısıtıcı 1 90x110 mm x 7 adet, A=9,9 m2, 268

Sayısal multimetre 1 ENTES MPR 53S DIN

LCD ekran 1 5” DELTA DOP-B05S111

Hava kolonu 1 95x85x700 mm, A=0,08075 m2

4

3) CİHAZIN BÖLÜMLERİ

1. Düz Levha Tipi Isı Değiştirici:

Düz levha tipi ısı değiştirici 277 direncinde olup kolon yuvasına arka taraftan takılmalıdır.

Ayrıca enerji besleme kablosu cihaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize

bağlanmalıdır. (Şekil-1)

Şekil-1 Düz levha tipi ısı değiştirici Şekil-2 Çoklu düz levha tipi ısı değiştirici

2. Çoklu Düz Levha Tipi Isı Değiştirici:

Çoklu levha tipi ısı değiştirici 268 direncinde olup kolon yuvasına arka taraftan

takılmalıdır. Ayrıca enerji besleme kablosu cihaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan

prize bağlanmalıdır. (Şekil-2)

3. Çubuklu Tip Isı Değiştirici:

Çubuklu tip ısı değiştirici 277 direncinde olup kolon yuvasına arka taraftan takılmalıdır.

Ayrıca enerji besleme kablosu cihaz kontrol panosunun arka yüzünde bulunan prize

bağlanmalıdır. (Şekil-3)

5

Şekil-3 Çubuklu levha tipi ısı değiştirici

4) EKRAN GÖRÜNTÜLERİ:

Ana Menü

Ana şalteri açtıktan sonra karşınıza çıkan ekranda kontrol menüsüne basarak ölçümünü

alacağınız ısı değiştiricisini seçeceğiniz ekrana girebilirsiniz.

6

Ölçümünü yapacağınız ısı değiştirici tipini seçiniz.

a) Çubuklu levha tipi ısı değiştirici ölçüm menüsü

7

Karşımıza çıkan ekranda yapabileceğimiz işlemler:

Fanı çalıştırabiliriz.

Isıtıcıyı çalıştırabiliriz.

Fan kademesini artırabiliriz.

Isıtıcı kademesini artırabiliriz.

Ayrıca karşımıza çıkan ekranda görebileceğimiz değerler ise:

Hava kolonundaki sıcaklık değerleri

Hava kolonundaki hava hızı

Fan gücü

Isıtıcı gücü

Isıtıcı ve fan kademesi

Not: Isıtıcımız set değerine geldiğinde kendini otomatik olarak devre dışı bırakacaktır. Bu

işlem olduktan sonra “ısıtıcı beklemede” yazısını göreceksiniz. Isıtıcımız set değerinin belli

bir miktar altına düştüğünde (diferansiyel değeri kadar) tekrar devreye girecektir.

8

b) Çoklu levha tipi ısı değiştirici ölçüm menüsü









Fan gücü

Isıtıcı gücü


9




c) Düz levha tipi ısı değiştirici ölçüm menüsü


10








Fan gücü

Isıtıcı gücü





5) DENEYLER

11

A) DENEY NO: HT-332-01

B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısı değiştiricilerde doğal ve zorlanmış taşınımla enerji

dengesinin hesaplanması

C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısıtıcılarda doğal ve zorlanmış taşınımla oluşan enerji

dengesinin deneysel olarak nasıl hesaplandığını kavramak.

D) GEREKLİ ALET VE CİHAZLAR

E) DENEYİN YAPILIŞI:

1) Düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı kablosunu

yuvasına takın.

2) Ana şalteri açın, ısıtıcıyı ısı yük kontrolü yardımıyla en yüksek değere ayarlayın.

3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla en yüksek hıza ayarlayın.

4) Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin.

5) Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin.

6) Ana şalteri kapatıp düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasından sökün.

7) 1-5 basamaklar arasındaki işlemleri çoklu düz levha ve çubuklu levha tipi ısıtıcı

için gerçekleştirin.

8) Fan hız kontrolünü kapalı konuma getirerek tüm basamakları doğal taşınım için

gerçekleştirin.

9) Her üç tip ısıtıcı için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısıl

kapasitelerini hesaplayın.

E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, plakalı ısı değiştiricinin

kapasitesi, düz levha, çoklu düz levha ve çubuklu levhalı ısı değiştiricilerinin ısı kapasiteleri.

12

Ölçüm sayısı Düz levha Çoklu düz levha Çubuklu levha

zorlanmış doğal zorlanmış doğal zorlanmış Doğal

Kolon hava giriş sıcaklığı,

t1 [0C]

21,8 23,1 21,9 22,8 22,3 23

Isıtıcı yüzey sıcaklığı,

t2 [0C]

78,4 79,7 27,9 65,8 27 52,5

Kolon hava çıkış sıcaklığı,

t3 [0C]

21,4 22,8 22,1 29,6 29,6 26,1

Kolon hava hızı,

u [m/s]

11,4 - 10,3 - 9,4 -

Isıtıcı gücü

(Watt) 132 130 130 130 130 130

Fan gücü

(Watt) 68 - 63 - 63 -

HESAPLAMALAR:

Havaya aktarılan ısıl güç

)( 13 ttCmQ phh [kW]

:hm Hava debisi [kg/s]

v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00

:phC Havanın ısınma ısısı [kJ/kgK] (Ortalama hava sıcaklığı için Tablo EK-1’den

alınacaktır)

)( 13 tt Havanın çıkış-giriş sıcaklık farkı [ºC]

:A Kolon kesiti (0,0064 m2)

13

Elektriksel giriş gücü:

22IUP [W]

:2U Isıtıcı voltajı [Volt] direkt olarak ekran üzerinden okunabilir (Watt değeri)

:2I Isıtıcı akımı [Amper]

Termodinamiğin 1. kanununa göre ısı değişimi iş değişimine eşittir:

WQ

Bu durumda enerji (güç) dengesi için aşağıdaki bağıntı yazılabilir:

0 QQP rad

ÖRNEK HESAPLAMA

14

(5. Kademe fan hızında çubuklu levhada denenmiştir)


v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00

= 0,85𝑥9,4𝑥6𝑥10−5

0,887= 0,057 𝑘𝑔/𝑠𝑛

A=0,08x0,08=64x10-4 m2

U=9,4 m/sn

v = 1

𝜌=

1

1,127= 0,887 m3/kg

(t3-t1) = (24,3-22,3) = 2˚C

)( 13 ttCmQ phh = 0,057x1,005x(24,3-22,4) = 0,114 kW = 114 W

Elektriksel güç

Direkt olarak ekrandan okunan değer alınacak.

P=130 Watt


WQ 114 Watt 130 Watt

15


B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısı değiştiricilerde hıza bağlı olarak toplam ısı geçirgenlik

katsayılarının değişimi

C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısıtıcılarda hıza bağlı olarak ısı transfer katsayısının nasıl

değiştiğini hesaplamak.



1) Düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı kablosunu

yuvasına takın.


3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla 1. kademe değerine ayarlayın.



6) Fan hızını 2. kademe değerine ayarlayın.

7) Sıcaklıklar dengeli hale gelince aşağıdaki tabloya kaydedin.

8) Hava hızını sırasıyla 4 ve 5. Kademe değerlerine ayarlayıp kararlılık sağlandığında

ölçüm değerlerini tabloya kaydedin.

9) 1-8 basamaklar arasındaki işlemleri çoklu düz levha ve çubuklu levha tipi ısıtıcılar

için gerçekleştirin.

10) Her üç tip ısıtıcı için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla ısı

transfer katsayılarını hesaplayın.

E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, farklı tip ısı değiştiricinin K

ısı geçirgenlik değerleri.

16

Ölçüm

sayısı

Düz levha Çoklu düz levha Çubuklu levha

1.kademe 5.kademe 1.kademe 5.kademe 1.kademe 5.kademe

Kolon hava

giriş

sıcaklığı,

t1 [0C]

21,5 21,8 21,8 21,9 18,3 22,3

Isıtıcı yüzey

sıcaklığı,

t2 [0C]

83,7 78,4 36,6 27,9 31,4 27

Kolon hava

çıkış

sıcaklığı,

t3 [0C]

22,1 21,4 23,4 22,1 21,0 24,4

Kolon hava

hızı,

u [m/s]

3,8 11,4 3,4 10,3 3,0 9,4

Isıtıcı gücü

(Watt) 130 130 130 130 130 130

Fan gücü

(Watt) 20 68 20 63 20 62

HESAPLAMALAR:




v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00


alınacaktır)

17


:A Kolon kesiti (0.08075 m2)


22IUP [W]

:2U Isıtıcı voltajı [Volt]


Toplam ısı geçişi şu bağıntı ile hesaplanır

lnTAKQ h (2)

:hA Isıtıcı yüzeyi [m2]

ç

g

çg

T

T

TTT

ln

ln

12 ttTg

32 ttTç

(1) ve (2) bağıntıları birleştirilirse toplam ısı geçirgenlik katsayısı:

lnTA

QK

h

[W/m2K] bulunur.

18

ÖRNEK HESAPLAMA



v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00

= 0,85𝑥9,4𝑥6𝑥10−5

0,887= 0,057 𝑘𝑔/𝑠𝑛

A=0,08x0,08=64x10-4 m2

U=9,4 m/sn

v = 1

𝜌=

1

1,127= 0,887 m3/kg

(t3-t1) = (24,3-22,3) = 2˚C

)( 13 ttCmQ phh = 0,057x1,005x(24,3-22,4) = 0,114 kW = 114 W

Elektriksel güç


P=130 Watt



Toplam ısı geçişi şu bağıntı ile hesaplanır

lnTAKQ h

:hA Isıtıcı yüzeyi [m2]

Her bir çubuğun boyutları: Փ10 mm, uzunluğu: 80 mm

Aç = ᴨ x D x L= ᴨ x 10 x 80 = 2513,27 = 0,002513m2 (1 adet çubuk)

19

Çubukların bağlı olduğu levhanın yüzey alanı:

Ay= 7cm x 11cm = 77 cm2 = 77x10-4 m2

Toplam ısıtıcı yüzey alanı:

Ah= (0,0025 x17) + (77x10-4) = 0,0502 m2

ç

g

çg

T

T

TTT

ln

ln = 4,7−3,7

ln 3 = 4,18

12 ttTg = (27-22,3) = 4,7 ˚C

32 ttTç = (27-24,3) = 3,7 ˚C

Toplam ısı geçirgenlik katsayısı:

Q değeri olarak sisteme verdiğimiz ısıtıcı yükü veya havaya aktarılan yükte kullanılabilir.

Fakat havaya aktarılan yükte kayıpların olacağını dikkate alınız.

lnTA

QK

h

[W/m2K] bulunur.

K= 114

0,0502𝑥4,18= 543,28 W/m2K

20


B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısı değiştirici için farklı hızlarda yüzeysel ısı iletkenlik

değerinin hesaplanması

C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısı değiştirici için farklı hızlarda yüzeysel ısı iletkenlik

değerlerinin nasıl hesaplandığını kavramak.



1. Çoklu düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı

kablosunu yuvasına takın.

2. Ana şalteri açın, ısıtıcıyı devreye almayın.

3. Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla 3. Kademe değerine ayarlayın.

4. Sistemin kararlı hale gelmesini bekleyin.

5. Sıcaklıklar dengeli hale geldiğinde aşağıdaki tabloya kaydedin.

6. Fan hızını 4. kademe değerine ayarlayın.

7. Sıcaklıklar dengeli hale gelince aşağıdaki tabloya kaydedin.

8. Hava hızını 5.kademe değerlerine ayarlayıp kararlılık sağlandığında ölçüm değerlerini

tabloya kaydedin.

9. 1-8 basamaklar arası işlemleri çubuklu ve düz levha içinde tekrarlayın.

10. Her üç tip ısı değiştirici için tablo değerlerini kullanıp, örnekteki bağıntılar yardımıyla

ısı transfer katsayılarını hesaplayın.

E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, çoklu plakalı ısı

değiştiricinin ısıl kapasitesi, K ısı geçirgenlik değeri.

21

Ölçüm sayısı Çubuklu levha

3. kademe 4. kademe 5.kademe

Kolon hava giriş sıcaklığı,

t1 [0C]

19,9 20,1 22,3


t2 [0C]

28,0 26,9 27

Kolon hava çıkış sıcaklığı,

t3 [0C]

21,6 21,5 24,3

Kolon hava hızı,

u [m/s]

6,2 7,6 9,4

Isıtıcı gücü

(Watt) 130 115 130

Fan gücü

(Watt) 38 50 60

HESAPLAMALAR:

Yüzeysel ısı iletkenlik değeri h katmanlı (laminar) akışlarda doğrudan Nusselt sayısına bağlı

olarak hesaplanır. Ancak akış tedirgin (türbülanslı) akış formunda olduğunda Nusselt ve

Prandtl sayılarının bir fonksiyonu olarak hesaplanır. Öncelikle akışın hangi formda olduğunu

anlamak için Reynolds sayısı (Re) hesaplanmalıdır.

Re<2300 olduğunda akış katmanlı (laminar)

2300<Re<4000 arası geçiş bölgesi

Re>4000 tedirgin akış

Reynolds sayısı:

P

Au

P

AuDu h

4.3485.0Re 0

: Havanın yoğunluğu [kg/m3]

:u Ölçülen hava hızı [m/s]

22


: Havanın dinamik viskozitesi

:P Kolon çevresi (0,32 m)

P

Au

P

AuDu h

4.3485.0Re 0 =

3,4𝑥1,127𝑥7,6𝑥4𝑥64𝑥10−4

1,95𝑥10−5𝑥0,32=105417,8 (tedirgin akış)

Nusselt Sayısı Nusselt sayısı yüzeydeki boyutsuz sıcaklık gradyenini gösterir. Aşağıdaki

bağıntı ile ifade edilir.

k

hDhD Nu h =

𝑁𝑢𝐷 𝑥 𝑘

𝐷 =

209,55𝑥0,02623

0,08 = 68,7 [W/m2K]

NuD = 0,023 x ReD4/5 x Pr0,4 = 0,023 x 105417,84/5 x 0,7130,4 = 209,55

:h Yüzeysel ısı transfer katsayısı [W/m2K]

:hD Dairesel olmayan borulardaki akış probleminde karakteristik uzunluk olarak efektif çap

tanımlanmalıdır. Hidrolik çap değeri:

P

Ac4Dh =

4𝑥64𝑥10−4

0,32= 0,08 𝑚

olarak tarif edilir. Burada, Ac akış kesit alanı ve P ıslak çevre uzunluğudur. Türbülanslı akış

için dairesel kesitli borulara ait bağıntı kullanılabilir.

Laminar akışta Nu sayısı sabittir, ancak türbülanslı akışta Reynolds sayısı ve Prandtl sayısının

bir fonksiyonu şeklinde ifade edilir.

23

Bağıntı Koşullar

66.3Nu D

36.4Nu D

n

DD PrRe023.0Nu 5/4

Laminar, sabit q”, Pr>0.6

Laminar, sabit yüzey sıcaklığı, Pr>0.6

Türbülanslı, 0.6<Pr<160, ReD>10000, L/D>10,

ısıtma için n=0.4, soğutma için n=0.3

Laminar akış için NuD değerleri tablo halinde verilir.

Eşmerkezli borulara ısı transfer uygulamalarında çok rastlanılır. Borunun iç ve dış

yüzeylerine ait Nu sayıları tanımlanır.

Örnek: u=1 m/s için ve t3=27 ºC için:

64655.010857.1

015.01177.14.34.3Re

5

xx

xxx

P

uA

bu durumda akış tedirgin akıştır. Nusselt sayısı

4.05/4 PrRe023.0Nu DD =0.023 x 64650.8 x 0.7130.4 = 22,46 bulunur.

Buradan

63,19028125.0

5.002623.046,22

xx

A

PkNu

D

kNuh

hh

[W/m2K]

24


B) DENEYİN ADI: Farklı tip ısıtıcıların doğal ve zorlanmış taşınım hallerinde ısıl

verimlerinin hesaplanması

C) DENEYİN AMACI: Farklı tip ısıtıcılarda doğal ve zorlanmış taşınım halleri için ısıl

verimlerin hesaplanması.



1) Çoklu düz levha tipi ısıtıcıyı kolondaki yuvasına yerleştirin ve elektrik bağlantı

kablosunu yuvasına takın.


3) Fan hızını fan hız kontrolü yardımıyla en yüksek hıza ayarlayın.



6) Fanı durdurun.

7) Kararlılık sağlanınca değerleri tabloya kaydedin.

8) 1-7 basamaklar arası işlemleri çubuklu ve düz levha içinde tekrarlayın.

9) Her üç tip ısı değiştirici için tablo değerlerini kullanıp örnekteki bağlantılar yardımıyla

ısıl verimi hesaplayınız.

E) RAPORDA İSTENENLER: Deney no, deneyin adı ve amacı, çoklu levha tipi ısı

değiştiricilerde doğal ve zorlanmış durumda ısıl verim değerleri.

25

Ölçüm sayısı

Düz levha Çoklu düz levha Çubuklu levha

Doğal

akış

Zorlanm

ış akış

Doğal

akış

Zorlanm

ış akış

Doğal

akış

Zorlanm

ış akış

Kolon hava giriş

sıcaklığı, t1 [0C]

23,1 21,8 22,8 21,9 23 22,3


t2 [0C]

79,7 78,4 65,8 27,9 52,5 27

Kolon hava çıkış

sıcaklığı, t3 [0C]

22,8 21,4 29,6 22,1 26,1 24,3

Kolon hava hızı,

u [m/s]

- 11,4 - 10,3 - 9,4

Isıtıcı gücü

(Watt) 130 132 130 130 130 130

HESAPLAMALAR:




v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00


alınacaktır)




22IUP [W]

:2U Isıtıcı voltajı [Volt]


26

Zorlanmış akış halinde ısıl verim

fPP

Q

Burada

Doğal akış halinde ısıl verim

P

Q olarak verilir.

27

ÖRNEK HESAPLAMA



v

Au

v

uA

v

Vm h

h

85,00

= 0,85𝑥9,4𝑥6𝑥10−5

0,887= 0,057 𝑘𝑔/𝑠𝑛

A=0,08x0,08=64x10-4 m2

U=9,4 m/sn

v = 1

𝜌=

1

1,127= 0,887 m3/kg

(t3-t1) = (24,3-22,3) = 2˚C

)( 13 ttCmQ phh = 0,057x1,005x(24,3-22,4) = 0,114 kW = 114 W

Elektriksel güç


P=130 Watt



Zorlanmış akış halinde ısıl verim

fPP

Q

=

114

130+60= 0,6 = %60

Q = havaya aktarılan ısı 114 Watt

P= Isıtıcı gücü (Watt) 130 Watt

Pf = fan gücü 60 Watt

28

EK-1 Havanın atmosferik basınçtaki fiziksel özellikleri (Patm=101.325 kPa)

ht-332 doĞal ve zorlanmiŞ isi taŞinim eĞİtİm setİ deney...

Documents