65 / 68
geçişinin olduğu durumlar için üniform bir akış dağı-
lımı sağlamaktır.
Kirlenme bir ısı değiştiricinin bütün tasarımını önemli
derecede etkileyebilir ve ısı değiştiricinin imalatı için
gerekli malzeme miktarını belirleyebilir. Sonuç ola-
rak kirlenme, başlangıç maliyetini, çalışma maliyetini
ve ısı değiştirici performansını doğrudan etkileyerek
büyük bir ekonomik kayba neden olur.
Kakac and Liu (2002) kirlenme problemlerini aşa-
ğıda olduğu gibi açıklamışlardır.
Kirlenme ısı transferini azaltarak ve basınç düşü-
münü tetikleyerek ısı değiştirici etkenliğini azalt-
maktadır.
Bir ısı değiştiricinin ısıl analizi enerjinin korunumu ile
hesaplanır. Sıcak akışkandan atılan ısı soğuk akışkan
tarafından kazanılan ısıya eşittir. Isı transfer hızı ısı
değiştirici geometrisi ve akış parametreleri ile ilgili-
dir.
(6)
Denklemde yer alan
U
terimi ısı değiştiricinin dış
yüzeyinde meydana gelen ısı transferi dikkate alı-
narak belirlenmiştir. Toplam ısı transfer katsayısını
temiz yüzeyler için (
U
c
) ve kirli yüzeyler için (
U
f
)
ayırt etmek önemlidir.
U
f
, temiz yüzeyin toplam ısı transfer katsayısı ile
ilgili olabilir,
(7)
Denklemde yer alan
R
ft
terimi kirlenme direncidir.
(8)
Kirlenme olduğu durumda toplam ısı transfer hızı,
(9)
şeklindedir ve denklemde yer alan
f
indisi kirlenme
olduğu durumu ifade etmektedir. İşlem koşulları
genellikle ısı transferini ve akışkan sıcaklığını belirli
bir değerde tutmaktadır. Örnek olarak
Q
f
=
Q
c
and
∆
T
mf
=∆
T
mc
. Bu şartlar altında, Denklem (7), (8) ve
(9)
(10)
olduğunu gösterir. Denklemde yer alan
A
c
terimi ısı
değiştiricinin temiz kalması durumunda gerekli olan
yüzey alanıdır. Denklemde (10) yer alan
U
c
R
ft
terimi
ısı değiştiricinin kirlenmesinden dolayı gerekli olan
ek yüzey alanını temsil etmektedir.
Basit bir gösterimle, dairesel bir borunun iç ve dış
yüzeylerindeki kirlenme Denklem 11 ile tanımlanabi-
lir. Kirlenmenin ısı transfer yüzeyine bir yalıtım taba-
kası ekleyeceği açıktır. Düz borulu bir ısı değiştirici
için kirlenme şartları altında dış yüzey alanına bağlı
olarak tanımlanmış toplam ısı transfer katsayısı,
U
f
iç ve dış ısıl dirençler eklenerek aşağıdaki şekilde
elde edilebilir.
(11)
Isı transfer ekipmanlarının kirlenmesi sanayi sektörü
için ek bir maliyet getirmiştir. Buradan yola çıkarak
ek maliyetler aşağıda sıralanmıştır.
a) artan sermaye harcamaları,
b) artan bakım maliyeti,
c) üretimin azalması,
d) enerji kayıpları.
Kirlenmeyi telafi etmek için ısı değiştiricinin ısı trans-
fer yüzey alanı artırılmaktadır. Pompalar ve fanlar
yüzey artırımı için uygun değildir ve akış alanındaki
bir azalma basınç düşümünü artırmaktadır. Kirle-
nen ısı değiştirici temizlenirken sürekli çalışma sağ-
lamak için ikinci bir ısı değiştirici gerekebilir. Titan-
yum, paslanmaz çelik veya grafit gibi yüksek mali-
yetli malzemeler belirli kirlenme koşullarında gerekli
olabilir. Temizlik araçları on-line temizlik için gerekli
olabilir. Tüm bunlar sermaye harcamalarını artırmaya
katkısı olan kalemlerdir. (Kakaç, Liu 2002).
KOMPAKT ISI DEĞİŞTİRİCİLERDE ISI
TRANSFERİ VE BASINÇ DÜŞÜMÜ
Kompakt ısı değiştiricilerinin geometrik ve çalışma
parametrelerinin arasında lineer olmayan ilişkiler
vardır. Bu nedenle boyutsuz ısı transferi ve akışkan
parametreleri dikkate alınmaktadır. Kompakt yüzey-
ler yüksek pompalama gücü gereksinimi manasına
gelen yüksek basınç düşümü sebep olurlar.
Boyutsuz ısı transferi ve basınç düşümü karakteris-
tiği Colburn-
j
ve Stanton sayısı ile tanımlanması ter-
cih edilir.
(12)
MART - NİSAN 2016
TTMD DERGİSİ EKİ
5