EŞANJÖR DİZAYNI Dizayn edilecek eşanjörde istenilen özellikler: • • • • • • •
Gövde uzunluğu 2,5 m ve iki geçişli Sıcak su giriş sıcaklığı 110 C - çıkış sıcaklığı 80 C Soğuk su giriş sıcaklığı 20 C - çıkış sıcaklığı 55 C Soğuk su debisi 13,055 kg/s Küçük boru iç çapı 19mm – dış çapı 25mm Borulardan soğuk su, gövdede ise sıcak su akıyor Boru malzemesi Bakır λ =401
Semboller ve Kısaltmalar: m n q K di dd L T ∆Tm D Pr Re Nu λ U dh
µ
α ρ
:Debi [kg/s] :Boru sayısı :Saatte transfer olan ısı miktarı [W] :Toplam ısı transferi katsayısı [W/ m 2 .K] :Boru iç çapı [m] :Boru dış çapı [m] :Gövde uzunluğu [m] :Sıcaklık [C] :Ortalama logaritmik sıcaklık farkı [C] :Eşanjör çapı [m] :Prandtl sayısı :Reynold sayısı :Nusselt sayısı :Isı iletim katsayısı [W/ m 2 .K] :Akışkan hızı [m/s] :Hidrolik çap [m] :Kinematik viskozite [Pa.s] :Isı iletim katsayısı [W/ m 2 .K] :Yoğunluk [kg/ m 3 ]
K - Toplam Isı Transferi Katsayısının Hesaplanması: Bilgisayar ile yapılan hesaplamalar sonucunda
K dıı = 705 [W/ m 2 .K] olarak hesaplanmıştır.
K dıı değerinin kontrolu α iç ve α dıı değerlerinin hesabı ile gerçekleştirilecektir.
Cp: ρ : λ : µ: Pr :
37,5 C ‘deki Suyun Değerleri 4178 993,2 0,6254 695 × 10 −6 4,574
95 C ‘deki Suyun Değerleri 4210 [J/kg.C] 962 [kg/ m 3 ] 0,6757 [W/m.K] 297 × 10 −6 [ Pa.s] 1,852
Saatte transfer olan ısı miktarı :
q = m o × Cp × (Toç − Tog ) = m s × Cp × (Tsg − Tsç ) q = 13,055 × 4178 × ( 55 − 20) = m s × 4210 × (110 − 80) q = 1909032 W Sıcak su Debisi :
q = m s × 4210× ( 90 − 70) m s = 15,115kg / s Ortalama logaritmik sıcaklık farkı : (Ters Akımlı)
∆Tm =
∆TB − ∆TK 60 − 55 = = 57,46C ∆TB 60 ln ln 55 ∆TK
Ad Hesabı: •
Ad =
q K d × ∆Tm
Ad =47,13 m 2 Boru Sayısı :
n=
Ad π × dd × L
n = 240
Hız (İç) :
m o
Ui =
Ui =
π × d i2 n × ρi × 4 2 13,055 = 0,3863m / s π × 0,019 2 240 × 993,2 × 4 2
Reynold Sayısı (İç) :
U i × di × ρi µi 0,3863 × 0,019 × 993,2 Re i = = 10489 695 × 10 −6
Re i =
10489>2300 Türbülanslı Akım .
Nusselt Sayısı (İç) : 0,8
Nu i = 0,023 × Re i × Pri
0, 4
Nu i = 0,023 × 10489 0,8 × 4,574 0, 4 = 69,57
αi : Nu i =
αi × di λ su
α iç =
Nui × λsu 69,57 × 0,6254 = = 2290 W / m 2 .K di 0,019
Ayna Çapı (Da)
[
]
t= 0,0325m h= 0,2814583m
t = 1,3× d d = 1,3× 0,025= 0,0325m t 0, 0325 h = 3× = 3× = 0, 02814583m 2 2 h 2 Üçgenin alanı : A = t = 0,00045737m 2 Buna göre 240 tane boruyu; F = A × n × 2 × 1,15 =0,2525m2 alana yerleştiririz. (Ayna Alanı)
D=
4× F π
D=0,567 m
Hız (Dış) :
Ud =
Ud =
m s π × D 2 π × d d2 × ρ − × n 4 4 15,115 π × 0,567 2 π × 0,0252 − × 240 × 962 4 4
= 0,1167 m / s
Hidrolik Çap :
π × D 2 π × d d2 − × n 4 4 dh = 4 × (π × D ) + (π × d d × n )
π × 0,567 2 π × 0,025 2 − × 240 4 4 dh = 4× = 0,02611m ( π × 0,567) + ( π × 0,025 × 240) Reynold Sayısı (Dış) :
Re d =
U d × dh × ρd µ
Re d =
0,1167 × 0,02611 × 962 = 9867 297 × 10 −6
2300<9867<10000 Türbülansa Geçiş
Nusselt Sayısı (Dış) : 1
2 Nu d = 0,116 × Re d 3 − 125 × Pr 3 2 1 Nu d = 0,116 × 9867 3 − 125 × 1,852 3 = 47,73
αd
:
Nu d =
αd × dh λ su
[
αd =
Nu d × λsu 47,73 × 0,6757 = = 1235 W / m 2 .K dh 0,02611
Kd
:
d r r 1 1 1 = d × + d ln d + Kd d i α i λboru ri α d
]
1 0,025 1 0,025 0,025 1 = × + ln + K d 0,019 2290 401 0,019 1235 K d = 713,6 [ W / m 2 .K ]
GİRİŞ-ÇIKIŞ KESİTLERİNİN HESAPLANMASI 1.3.4.4.1 Sıcak Akışkanın Sisteme Giriş / Sistemden Çıkış Kesidi: T1g =95oC ρ1g=962 kg/m3 c1=2,5m/s olsun. m1= ρ1g. c1.F
F=
= 62,84 .10-4 m2 d1g =
=
= 0,089 m
3 Soğuk Akışkanın Sisteme Giriş / Sistemden çıkış Kesidi: T2g=37,5 oC ρ2g=993,2 kg/m3 c2=2,5 m/s olsun. m2= ρ2g. c2.F
F=
= 52,57 .10-4 m2 d2g =
=
= 0,081 m
