Havalandırmada kullanılabilecek çapraz akımlı plakalı ve petekli tip ısı eşanjörlerinin tasarımı ve yapımı

Abstract

ÖZET Doktora Tezi Havalandırmada Kullanılabilecek Çapraz Akımlı Plakalı ve Petekli Tip Isı Eşanjörlerinin Tasarımı ve Yapımı Turhan KOYUNCU Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü Araştırma Görevlisi Trakya Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Bülent EKER 1998, Sayfa: 82 Jüri : Prof. Dr. Bülent EKER Prof. Dr. Poyraz ÜLGER Prof. Dr. Kamil ALİBAŞ Bu araştırma; Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümünde yapılmıştır. Araştırmada; havalandırmada kullanılabilecek çapraz akımlı plakalı ve çapraz akımlı petekli tip olmak üzere iki farklı ısı eşanjörünün, tasarım veimalatı gerçekleştirilmiş ve havalandırmada kullanılabilme olanakları araştırılmıştır. Ayrıca, havanın soğuk olduğu kış aylarında, havalandırma sırasında atılan ısı enerjisinden yeniden yararlanmak suretiyle, ısıtma giderlerini azaltarak, ülke ekonomisine katkı sağlanması amaçlanmıştır. Eşanjörlerin imalatında, eşanjör tipine bağlı olarak farklı malzemeler kullanılmıştır. Plakalı tip ısı eşanjörü gövdesinin yapımında, alüminyum plakalar ve çelik köşebentler, petekli tip ısı eşanjörü gövdesinin yapımında ise, bakır, pirinç, kalay, özel şasi boyası ve D.K.P. sac kullanılmıştır. Eşanjörlerin giriş ve çıkış üniteleri, 0.3 mm kalınlığındaki galvanizli pürüzsüz sac levhalarla oluşturulup, her bir eşanjöre iki adet aksiyal aspiratör sızdırmaz bir şekilde bağlanmıştır. Eşanjörler imal edildikten sonra, Tarım Makinaları Bölümü laboratuvarında oluşturulan deney ortamında denemeye alınmıştır. Dış hava (soğuk hava) ile iç hava (sıcak hava) arasına yerleştirilen ısı eşanjörleri, 6 farklı hava debisinde ve her debide de 3 değişik sıcaklık farkında denenmiştir. Farklı hava debilerinin elde edilebilmesi için, aspiratör motorları farklı devir sayılarında çalıştırılmış ve sıcak hava ile soğuk hava arasında sıcaklık farkı oluşturabilmek için de, soğuk hava sıcaklığı sabit tutulup sıcak havanın sıcaklığı, elektriksel rezistanslar yardımıyla değiştirilmiştir. Bütün denemelerde, sıcak hava ile soğuk hava arasındaki sıcaklık farkının artmasıyla, transfer edilen toplam ısı enerjisinin ve eşanjör etkinliğinin, bir başka deyişle performans katsayısının yükseldiği görülmüştür. Fakat, verim ile hava hızı arasında ters bir ilişki olduğu saptanmıştır. En yüksek verim en düşük hava debisinde, en düşük verim ise en yüksek hava debisinde elde edilmiştir. Isı eşanjörlerinin optimum çalışma koşullarının belirlenmesinde en önemli kriterler olan; toplam transfer edilen ısı enerjisi ile bileşik (toplam) ısı transfer katsayısının verimle çarpılması sonucunda bulunan değerin (U*), en yüksek olduğu koşulun, plakalı tip ısı eşanjöründe, hava debisinin 259 m3h`1 ve petekli tip ısı eşanjöründe ise, 274 m3h`1 olduğu durumda elde edildiği saptanmıştır. Sonuçta bu koşullar optimum çalışma koşulları olarak ortaya konmuştur. Eşanjörlerin optimum koşullarda çalışması durumunda; plakalı tip eşanjörün güç kayıbının 1.5 W, birim sıcaklık farkında ve birim zamanda transfer edilen ısı enerjisinin (q*ger/AT) 27.77 W°C`1 ve veriminin %53 olduğu bulunmuştur. Petekli tipısı eşanjöründe ise, güç kaybının 0.75 W, transfer edilen ısı enerjisinin (q*ger/AT) 30.76 W°C`1, veriminin de %58 olduğu saptanmıştır. Bu nedenle ısı açığı bulunan, yani ısıtmaya ihtiyaç duyulan hayvan barınaklarında, seralarda, evlerde, okullarda, hastanelerde ve fabrikalarda bu tip ısı eşanjörlerinin kullanılmasının, enerji tasarrufuna önemli katkılar sağlayacağı tahmin edilmektedir.

SUMMARY Ph. D. Thesis Design and Construction of Cross Flow Plate and Finned Type Heat Exchangers for Ventilation Turhan KOYUNCU Ondokuz Mayıs University Faculty of Agriculture, Agriculture Machinery Department Research Assistant Trakya University Graduate School of Natural and Applied Sciences Agriculture Machinery Main Science Section Supervisor : Prof. Dr. Bülent EKER 1998, Page: 82 Jury : Prof. Dr. Bülent EKER Prof. Dr. Poyraz ÜLGER Prof. Dr. Kamil ALİ BAŞ This research was conducted at Ondokuz Mayıs University, Faculty of Agriculture, Agriculture Machinery Department. In this study, a cross flow plate type and a cross flow finned type heat exchangers that will be able to be used forventilation were designed and constructed. In addition, possibility of using of these two heat exchangers for ventilation has been investigated. However in winter season, there is a need inside the buildings to be heated which increases the heating costs. Therefore, reducing the heating costs and energy saving were aimed in this study. In order to produce these heat exchangers, different materials were used according to the types of the exchangers. For manufacturing the body of the plate type heat exchanger, aluminium plates and steel angle-tie were used. For the body of the finned type heat exchanger, cooper, brass, tin, special chassis paint and D.K.P teak were used. Then, inlet and outlet units of the exchangers were constructed by using 0.3 mm thickness smooth teak that galvanised. Besides, two axial types of fans connected to the outlet units without ooze. The heat exchangers were tested at a laboratory of Agriculture Machinery Department. They were located between cold and hot air for testing. During the testing them, 6 different air flow rates and 3 different air temperatures for each flow rate were used. In order to obtain different air flow rates, rotation of the ventilator was changed. Also, electrical resistance was used for producing hot air. The testing results showed that the coefficient of performance and total heat transfer of the heat exchangers changed depending on the temperature differences between hot and cold air. In other words, value of U* (the overall heat transfer performance coefficient x efficiency) and total heat transfer that are the most important characteristics of the heat exchangers needed high temperature differences between hot and cold air for reaching higher value. On the other hand, the efficiency of the exchangers decreased as the air velocity inside the bodies increased. The results from this investigation showed that the heat exchangers should be operated under optimum working conditions to obtain maximum advantages. For plate and finned types, air flow rates were found by researcher as 259 m3h`1 and 274 m3h~1 respectively, when the heat exchangers under optimum working conditions. Besides, power consumption, total heat transfer, efficiency were determined as 1.5 W, (q*ger/AT) 27.77 W°C`1, %53 for the plate type and 0.75 W, (q*ger/AT) 30.76 W°C'1, %58 for the finned type respectively.VI According to the results of this study, it can be recommended that using these air-to-air heat exchangers for ventilation of the animal buildings, greenhouses, houses, schools, hospitals and factories that needing to be heated for energy saving.