KROÇİL BORULU BUHARLAŞTIRICILARA VE SIVILAŞTIRICILARA İLİSKİN
DENEYSEL VE TEORİK SONUÇLAR

Corrugated Tube ( Kroçil Boru )

SONUÇ :

Bulgular : Düz boru içerisindeki soğutkan filim katsayısı (795 kcal/h C) ile kroçil boru (Corrugated Tube)
içerisindeki soğutkan filim katsayısı (1766 kcal/h C) karşılaştırıldığında,kıvırcıklardan dolayı % 220 bir artış görülmektedir.
Bu artısın toplam ısı transferine etkisi % 66 kadardır ,
bu artıs bile ısı değiştirmeci yapımında önemli malzeme tasarrufu sağlar..

1.GİRİŞ

Isı değiştirmecilerinde,özellikle su soğutucu ünitelerin buharlaştırıcı ve sıvılaştırıcılarında
ısı geçişini artırmak amacıyla boru geometrisinde bir takım değişiklikler denenmektedir.

Bunlardan başlıcaları:

- Borulara eksen doğrultusunda kanatçıklar ilave edilmesi 1.2
- Boru içinde ince metal şerit,yıldız kesitli ince teller yerleştirilmesi 3.
- Boruların eksen doğrultusunda,boyuna kıvırcıklandırılması 4.
- Boruların enine kıvırcıklandırılması ya da kroçil boru haline getirilmesi 5.

Şekil 1,enine kıvırcıklandırılmış (kroçil) bir borunun ekseni boyunca kesitini göstermektedir.
Isı değistirmeci borularını kıvırcıklandırmanın en büyük yararı malzemeyi artırmaksızın ısı geçiş yüzeyini ,böylece ısı değiştirmecinin geçirgenliğini artırmaktır;bu sırada ısı değiştirmecinin kapladığı alanın ve hacmin büyümemesi de diğer bir yarardır. Otomatik makinelerle boruların kıvırcıklandırılması az bir yatırım ve az enerji harcamasıyla gerçekleştirilebilindiğinden bu çeşit gelişmeler artan malzeme fiyatlarıyla yakın gelecekte daha büyük ilgi görecektir. Kıvırcıklı borularda kaynama üzerinde yapılan deneysel bir incelemenin sonuçlarına göre Freon 12 'nin kaynaması sırasındaki film katsayısı bu kıvırcıklar yardımıyla iki katına çıkarılabilmektedir. Bu incelemenin uygulaması olarak bir su soğutucusu yapımcısı kroçil boru kullanmaktadır ve aynı yapımcının teşviki ile bu yazının konusu olan inceleme sürdürülmüştür. Bu yazıda önce deneysel inceleme yöntemi açıklanacak,bir kroçil borulu buharlaştırıcı ve sıvılaştırıcıya ilişkin deneysel inceleme sonuçları sunulacaktır.
Ardından literatürde mevcut bilgilere dayanarak bir kroçil borulu buharlaştırıcının ısı geçirgenliği hesaplanacak ve deney sonuçlarıyla karşılaştırılacaktır.

2.DENEYSEL İNCELEME YÖNTEMİ

Sekil 2. buharlaştırıcının ve sıvılaştırıcının normal çalışma şartlarında denenmesine olanak veren düzeni göstermektedir. Soğutkan devre sinde verdi bir rotametre ile genleşme valfinden ölçülmekte,dört basınç ve beş sıcaklık ölçümüyle çevrim, buharlaştırıcıda basınç düşümü belirlenmektedir.
Normal çalışma şartlarında sıvılaştırıcının soğutma suyu ejektör tipi bir soğutma kulesinde soğutulmakta,buharlaştırıcıda soğutulan su bir buharlı ve bir elektrikli ısı değistirgeci yardımıyla dilenilen ölçüde yüklenilmektedir. Her iki su devresinde verdiler birer orifismetre ile ölçülmekte termoelementler yardımıyla yapılan sıcaklık ölçmelerinden istenilen ısı miktarı hesaplanabilmektedir. Su pompalarının devrelerindeki baypas ve valf yardımıyla verdiler istenilen seviyede tutulabilmektedir.
Bazı deneylerde,kompresör değiştirmeksizin,soğutkan buharının buharlaştırıcıda aldığı ısı miktarı artırılmak
istenmiş bu amaçla bütün çalışma sıcaklıkları düşürülmüş tür. Böyle bir değişiklik,Sekil 3'de gösterilen şekilde
buharlaştırıcıda soğutulan suyu soğutma kulesine göndererek mümkün olmaktadır.Yapılan çok sayıda deneyden sonuçları güvenilir olan üç tanesini verdi,sıcaklık ve basınç ölçmeleri Tablo 1 de gösterilmektedir.

3.DENEY SONUÇLARI

Ölçme değerlerinden entalpi değerleri,suyun özellikleri ve Freon 22 'nin log p - h diyagramı kullanılarak,bilinen yöntemlerle hesaplanmıştır. Hesapların sonuçları Tablo 2 de gösterilmiştir. Sonuçları verilen üç deneyden ilk ikisi normal çalışma şartlarında,sonuncusu ısı yükü olmaksızın,düşük sıcaklıklarda elde edilmiştir.
Buharlaştırıcıda soğutulan sudan alınan ısı,soğutkan entalpi sindeki artış ile % 4 civarında bir fark göstermektedir.
Bu farkın yaklaşık yarısı su devresiyle,yarısı da soğutkan devresiyle ilgilidir Su devresinde dışarıdan meydana gelen ısı kaçakları soğutulmayı azaltmaktadır,soğutkan devresinde ise verdi rotametre ile hassas olarak ölçülememekte,entalpi değerlerinin hesabında hata yapılabilmektedir. Bu sapmaların soğutkan devresinde (rotometrede meydana gelen kararsızlık sebebiyle) ısı miktarını azaltıcı,su devresinde ise yükseltici olduğu göz önünde tutulursa iki ısı miktarının aritmetik ortalamasının gerçek buharlaştırıcı ısı geçişini +- % 1 hata sınırı içinde verdiği savunulabilir.
Benzer şekilde sıvılaştırıcıda da su devresi ile soğutkan devresi arasında fark görülmektedir. İki ısı miktarının aritmetik
ortalaması uygulama için yeterli derecede doğru bir sonuç vermektedir.
(Deneylerden birinde su ünitesindeki ısı miktarı ölçülememiştir.)

Sekil 2 : Buharlaştırıcı ve sıvılaştırıcının normal çalışma şartlarında
denenmesini sağlayan düzen

4.BUHARLAŞTIRICIYA İLİŞKİN TEORİK İNCELEME

Bu bölümde söz konusu buharlaştırıcının ısı geçirgenliği ısı değiştirmecileri ve kroçil boruların ısı geçirgenliği hakkında bilinenlerden hareket edilerek hesaplanmış ve hesap sonuçlarının deney sonuçlarıyla karşılaştırması, benzer hesapların geçerliliği hakkında fikir verecek tasarım yönteminin güvenilir olup olmadığını ortaya çıkaracaktır.

Bir ısı değiştirmecinin ısı geçirgenliği (Q) aşağıdaki şekilde ifade edilebilir

Tablo 1. Deneylerin verdi,basınç ve sıcaklık ölçmeleri

Tablo 2. Deney Sonuçları

Buharlaştırıcı  sıcaklığını düşürmeye olanak veren su dolaşım sistemi

su: soğutkan yada soğutulan su b: Buharlaştırıcıda sıv: Sıvılaştırıcıda 1: Giriş şartlarında 2: Çıkıs şartlarında g: Soğutkan(gaz)

Ortalama sıcaklık farkı,soğutucu akışkanın sabit sıcaklıkta buharlaştığı kabul,edilerek ,

denkleminden hesaplanır. () ve () suyun buharlaştırıcıya giriş ve çıkış sıcaklıkları () ise soğutucu akışkanın ortalama buharlaşma sıcaklığıdır. Isı transferi alanı,ısı değiştirmecinin imalat resminden kolayca hesaplanabilir.
Toplam ısı transferi katsayısı aşağıdaki denklemden hesaplanır.

Kroçil borunun ( Corrugated Tube )buharlaştırıcı gövde (su) tarafındaki film katsayısının () hesaplanmasında ısı değiştirmecilerinin tasarımında çok sık kullanılan colbum eşilişkisinden (korelasyonundan) [7] boru içindeki soğutucu
akışkan tarafı film katsayısının () hesaplanmasında ise Witbers ve Hobdas [5] tarafından kroçil boru içinde buharlaşan Freon-12 için bulunan eşilişkiden faydalanılmıştır.

 İkinci Deney Şartlarında Buharlaştırıcının Isı Geçirgenliğinin Hesabı

Anahtarları açıklanmış olan hesap yöntemi,Tablo 1 de basınç,sıcaklık ve verdileri açıklanan deneylerden
ikinci ve üçüncüsüne uygulanılacaktır.

Dış film katsayısının hesaplanması için gerekli olan eşdeğer çap ( D e ) gövde içindeki boru dağılımına uygun olarak
(sekil 4) hesaplanır.

Buharlaştırıcının gövde tarafındaki bölmelerinin dağılımı dikkate alınarak,
gövde tarafındaki su akış alanı (a s) hesaplanır (Sekil 5)

Yapılan ikinci deney sırasında su debisi,(m s)=10100kg/h olarak ölçülmüştür.
Buna göre birim akış alanından geçen su miktarı ( G s )

ve gövde tarafındaki Reynols sayısı ( R e s ) :

Referans [7] de,( R es )=2825 için ( J h ) katsayısı ilgili diyagramdan
27 olarak okunur. Buradan:

elde edilir.

İç (soğutkan) tarafındaki Freon 22 nin film katsayısının hesabında düz borular için geçerli olan
Pierre formülünün [5] de kroçil borular için verilen geliştirilmiş şekli kullanılabilir.
(her ne kadar bu geliştirmeye esas olan deneyler Freon 12 ile yapılmışsa da)

Burada önce soğutucu akışkanının L boyundaki boru içinde Reynolds sayısını ( RefL ) hesaplamak gerekir.
Buharlaştırıcıda soğutkan dört geçişli olduğuna göre ve geçişlerin her birinde ortalama 17 paralel kroçil boru
bulunduğuna göre bir borudan geçen soğutucu akışkan verdisi toplam akışkan verdinin boru sayısına
bölünmesi ile hesaplanır.

Bakır kroçil borunun ısıl direnci ihmal edilirse U o =

Ayni şartlarda düz borulu buharlaştırıcıda ısı geçişi:
Kıvırcıkların ısı transfer katsayısı üzerindeki etkisini belirlemek için bir kere de düz boru için ısı transfer katsayısını
hesaplamak faydalı olacaktır. Düz boru için pıerre eşilişkisinden ( 8 )

Buradan ,toplam ısı transfer katsayısı için

Deney sırasında buharlaştırıcı içinde ortalama yoğuşma sıcaklıgı ( tR ) = 3.8 C su giriş ve çıkış sıcaklıkları
( ts1 ) = 11,5 C ve ( ts2 ) = 8,3 C derece olarak ölçüldü. Bu sıcaklık değerlerine göre; Ortalama sıcaklık farkı :

Denenen buharlaştırıcı toplam ısı transferi alanı ( Ao ) kroçil borunun dış çapına ( Do = 1,9 cm ) bağlı olarak hesaplanır.

Buharlaştırıcının toplam ısı kapasitesi : 

Üçüncü deney şartlarında buharlaştırıcının ısı geçirgenliğinin hesabı :Bu deneyde su verdisi ( ms=7864 kg / h )
olarak ölçüldü. Dış gövde filim katsayısı için

bulunur.

Boru içinde buharlaşma filim katsayısı,soğutucu akışkan verdisi  mg = 738 kg / h için ;

Toplam ısı transfer katsayısı ise :

Ortalama yoğuşma sıcaklığı ( tg = o c ) su giriş çıkış sıcaklıkları ( ts1 = 8,4 C ) ve ( ts2 = 4,4 C ) olduğuna göre ,
ortalama sıcaklık farkı;

5.BULGULAR İkinci deney şartlarında düz boru içindeki soğutkan film katsayısı (795 kcal/h C) ile
kroçil boru (Corrugated Tube) içindeki soğutkan film katsayısı (1766 kcal/h C) karsılaştırıldığında ,
kıvırcıklardan dolayı %220 bir artış görülmektedir.
Bu artışın toplam ısı transfer katsayısına etkisi %66 kadardır.
Bu artış bile ısı değiştirmeci yapımında ,önemli malzeme tasarrufu sağlayabilecek niteliktedir.

	Birinci deney	İkinci deney	Üçüncü deney
Qb deney	34298	32807	32331
Qs deney	42420	37568	37321
Qb hesap		31735	32250

Deneylerde buharlaştırıcı ısı geçirgenliğinin su devresindeki entalpi değişimine dayanarak bulunan değerinin ve soğutkan
entalpi değişimine dayanarak bulunan değerinin aritmetik ortalamaları Tablo 3 de verilmiştir.
Farklı çalışma şartlarındaki deney sonuçları birbirine yakın çıkmaktadır.
Düşük buharlaşma sıcaklığında (Deney 3) buharlaştırıcı kapasitesinin küçülmesi beklenir fakat sıvılaştırıcı sıcaklığıda
düştüğü için buharlaştırıcı kapasitesinde önemli bir değişiklik olmamaktadır.
Buharlaştırıcının hesaplanan ısı geçirgenliği ölçülen değere çok yakındır( % 4 içinde).
Bu uyum şu varsayımların buharlaştırıcı tasarımlarında kullanılabileceğine kanıt olarak gösterilebilir.

a)Withers ve Habdas'ın deneysel olarak elde ettikleri eşilişki (Sekil 1 de ) parametre olarak verilen (e 2 / p di )
boyutsuz kıvırcık bütünlüğünün ( 10 3) ile ( 6 - 10 3) arasındaki değerleri için , kroçil borulu (Corrugated Tube)
ısı değiştirmecilerine de uygulanabilir .

b)Buharın aşırı ısıtılmış olmasının etkisi (5-6 C i aşmadığı sürece) ihmal edilebilir.
Bu durumda buharlaşma sıcaklığı olarak buharlaşma basıncının doyma sıcaklığı alınır.

Sıvılaştırıcıyla ilgili deneysel sonuçlar,sıvı akışındaki kararsızlıklar nedeniyle daha büyük sapma gösterilmiştir.
Bu sebepten yalnız ölçme değerleri verilmekle yetinilecektir.
Tablo 3 de verilen ortalama değerler,farklı şartlar altında da birbirine yakındır.

---

Kaynak : Mühendis ve Makine Dergisi sayı 269 ( 1981 )

Hazırlayanlar :  Yalçın A.Gogüş - Ruknettin Oskay - Selami Çakmakçı - Yavuz Alp

Web Yayını : Tevfik Özden - tevfikozden(at)gmail.com

Extruded Fintube For Heat Exchangers  

www.fintube.web.tr

---