BUHAR / Tanklar, Silindirler, Presler

Sıcak Su Depolama Tankları

Sıcak su depolama tankları, içerisindeki suyun tamamını belli bir sıcaklığa, belli bir sürede yükselten tanklardır. Isıtma süresince yoğuşan buharın ortalama miktarı aşağıdaki formülle hesap edilir.

Q = (W x Sp x t) / (L x h )

Q = Kondens miktarı kg/h

W = Isıtılan suyun ağırlığı kg

Sp = Suyun özgül ısısı 4,186 kJ/kg°C

t = Sıcaklık yükselmesi °C

L = Buharlaşma entalpisi kJ/kg

h = Isınma süresi Saat

Örnek: 2272 litrelik deponun suyu, 7 bar gösterge basıncındaki buhar ile sıcaklığı 10°C’dan 60°C’a 2 saatte çıkartılmaktadır. Kondens miktarı nedir?

Not: 1 litre su = 1 kg

Q = (W x Sp x t) / (L x h) = (2272 x 4,186 x 50) / (2048 x 2)

Q = 116 kg/h

Hesap edilen buhar miktarı, kontrol vanasının ve kondenstopun çap tayininde kullanılır. Ancak başlangınçtaki yüksek basınç düşüşü nedeni ile kondenstop çap tayininde emniyet katsayısı 2 alınır.

Tanklardaki Buhar Serpantinleri

Sıvıların ısıtılmasında buhar serpantinlerinin kullanılması çok yaygındır. Serpantinlerin ısı ihtiyacı aşağıda belirtilen temel ısı transfer formülünden ve kondens miktarı da ısı ihtiyacının kullanılan buharın buharlaşma entalpisine bölünmesi ile bulunur. Kondens miktarının kg/h olarak istenmesi durumunda elde edilen değer 3,6 ile çarpılır.

Q = U x A x (T2 - T1 )

Q = Serpantinlere iletilen ısı miktarı W

U = Serpantin ısı iletim katsayısı W/m2 °C

A = Serpantin yüzeyi m 2

T2 = Isıtma yüzeyinin ortalama sıcaklığı °C

T1 = Isıtılan sıvının ortalama sıcaklığı °C

Formülün kullanılmasında karşılaşılan problem ısı iletim katsayısının tesbitidir. Bu katsayı sabit değildir ve şartlara göre değişmektedir. Nedeni dış tabaka ve ısıyı engelleyen filmlerdir. Serpantin ve sıvı sıcaklıkları arasındaki fark küçük olduğu zaman ısı konveksiyon yolu ile iletilir. Bu durumda ısı iletim katsayısı düşüktür.

Serpantin ve ısıtılacak sıvı sıcaklıkları arasındaki fark büyük olduğu zaman sıvı tarafındaki hızlı hareketten dolayı ısı iletim katsayısı yüksektir. Sıvının hareketi ısı iletim katsayısını yükseltir.

Başka bir faktör de serpantinin üretilmiş olduğu malzeme cinsidir. Farklı malzemelerden üretilmiş serpantinlerin ısı iletim katsayıları farklı değerlere sahiptir. Buna rağmen ısı iletimine etki eden en önemli faktör serpantinin her iki tarafında oluşan filmlerdir ve serpantinin üretilmiş olduğu malzemenin cinsi daha az etkilidir. Çelik, bakır ve pirinç serpantinler uygulamalarda görülmektedir. Kurşun kaplı boruların ısı iletim katsayısının bulunması için 0,4 katsayısı kullanılır.

Belirtilen sebeplerden dolayı sabit bir ısı iletim katsayısı verilmemektedir. Ancak tablolar seçilmesi gereken değerlerin aralığını vermektedir. Tablo 6, su içerisindeki serpantinlere ait ısı iletim miktarlarını vermektedir. Sudan başka sıvılar içerisindeki serpantinlerin ısı iletim değerleri, sıcaklıkla viskozitenin değişmesi nedeni ile de ayrıca değişmektedir. Tablo 7’de uygulamada sık rastlanan sıvılar için serpantin ısı iletim miktarları verilmektedir.

Sıvının sıcaklığı ısıtılarak yükseliyor ise, T2 - T1 teorik olarak logoritmik ortalama sıcaklık farkı olmalıdır. Ancak, ilk ortamın sabit sıcaklıkta olduğu buhar ile ısıtılan serpantinlerde, logaritmik sıcaklık fark ortalamasının alınması ile genellikle yeterli hassasiyet sağlanır.

Uzun serpantinlerde, serpantin boyunca önemli bir basınç kaybı meydana gelir. Bu durumda T2 ortalama serpantin sıcaklığı için giriş basıncına karşılık gelen sıcaklığın % 75’i alınır. En kötü şartlarda ise ortalama sıcaklık, giriş sıcaklığının % 40’ı kadardır.

Toplam ısı iletim miktarı W/m2 °C

Tank Serpantini, Buhar/Su (Sıcaklık farkı 28°C) 68-1277

Tank Serpantini, Buhar/Su (Sıcaklık farkı 58°C) 993 - 1703

Tank Serpantini, Buhar/Su (Sıcaklık farkı 110°C) 1277 - 2697

Pratik Isı İletim Miktarı W/m2 °C

Tank Serpantini, düşük basınç tabii sirkülasyon 568

Tank Serpantini, yüksek basınç tabii sirkülasyon 1136

Tank Serpantini, düşük basınç cebri sirkülasyon 1136

Tank Serpantini, yüksek basınç çebri sirkülasyon 1703

Tablo - 6 Suya Daldırılmış Serpantinlerin Isı Emiş Miktarları

Hafif Yağlar 170 W/m2 °C

Ağır Yağlar 85 - 113 W/m2 °C

Yağlı Sıvılar* 28 - 57 W/m2 °C

Buhar serpantini, orta basınç, cebri konveksiyon

Hafif Yağlar (200 sn. Redwood 38°C’de) 568 W/m2 °C

Orta Yağlar (1000 sn. Redwood 38°C’de) 341 W/m2 °C

Ağır Yağlar (3500 sn. Redwood 38°C’de) 170 W/m2 °C

Melaslar** (10000 sn. Redwood 38°C’de) 85 W/m2 °C

Yağlı Sıvılar (50000 sn. Redwood 38°C’de) 57 W/m2 °C

*Margarin ve Don Yağı gibi maddeler normal sıcaklıkta katı haldedirler. Ancak erimiş halde oldukça düşük viskozitelidirler.

** Ticari melaslar genellikle su ihtiva ederler ve viskoziteleri daha düşüktür.

Tablo - 7 Çeşitli Sıvılara Daldırılmış Serpantinlerin Isı Emiş Katsayıları Buhar Serpantini, Orta Basınç, Tabii Konveksiyon

Tanklar

Kapalı bir şekilde akaryakıt depolamak için veya başka maddeleri üstü açık olarak toplamak için kullanılabilir. Üstü açık tanklarda buharlaşma meydana geldiği için hesaplama daha zordur.

Isı ihtiyacı, aşağıda belirtilen noktaların bazılarının veya hepsinin toplamıdır;

1. Depo edilen sıvının sıcaklığını ortam sıcaklığından, işletme sıcaklığına getirmek için gerekli ısı miktarı,

2. Tank cidarlarında meydana gelen ısı kayıpları,

3. Sıvı yüzeyinden meydana gelen ısı kayıpları,

4. İşletme sırasında tankın içerisine konulan daha düşük sıcaklıktaki maddelerin almış oldukları ısı miktarı.

Tablo - 8 Düz Yüzeylerden Isı İletim Katsayıları

Tablo 8’deki değerler dolu düşey yüzeylere uygulanır. Dolu yatay yüzeyler için yukarıdaki değerler 1,3 katsayısı ile çarpılır. Aşağı doğru ısı kayıpları olan dolu yatay yüzeyler için yukarıdaki değerler 0,65 ile çarpılır.

Tablo - 9 Düz Yüzeylerden Isı Kayıpları

Tablo 9’daki değerler yukarı doğru ısı kaybeden yüzeyler için, 1,3; aşağı doğru ısı kaybeden yüzeyler için 0,65 katsayısı ile çarpılacaktır. Durgun hava dışındaki şartlar için Tablo 5’deki değerler kullanılacaktır.

Değişik katı maddelerin yüzeylerinden meydana gelen ısı kayıpları, bir önceki daldırılmış serpantinlerin başında verilen temel ısı iletim formülü ile hesaplanır. Bu durumda Tablo 8’de verilen katsayılar kullanılır. Alternatif olarak da Tablo 9’da verilen farklı çalışma şartlarındaki ısı kayıp değerleri kullanılır.

Serbest sıvı yüzeylerinden meydana gelen ısı kayıpları çeşitli yollardan elde edilebilir. Tablo 10’dan direkt olarak okunabilir. Ancak düşük sıcaklıklar için Tablo 11’den detaylı olarak hesap edilmesi daha uygundur. Özellikle, su ile hava arasındaki sıcaklık farkının az olduğu yüzme havuzu ısı kayıp hesaplarında Tablo 11’den yararlanılır.

Diyagramda belirtilen su ısı kayıpları havadaki nem oranından etkilenir. Uygulamada karşılaşılan nem oranları eğri kalınlığı nedeni ile ihmal edilir.

Diyagramın Kullanılması

Su yüzey sıcaklığını tespit edin ve bu noktadan düşey bir doğru çizerek ısı eğrisi ile kesiştirin. Durgun hava için kesişme noktasından sola doğru bir yatay doğru çizin ve ısı kayıp değerini sol düşey eksenden okunur. Eğer hava hızı biliniyor ise yatay eğriyi sağa ve sola istenen hız doğrusunu kesene kadar uzatınız, daha sonra kesişme noktasından çizilecek düşey doğru ile ısı kayıpları alt yatay eksende okunur.

Tablo - 10 Su Yüzeylerindeki Isı Kayıpları

Tablo - 11 Su Yüzeylerinden Isı Kayıplarının Hesabı

Buharlaşma miktarına etki eden faktörler;

a) Su sıcaklığı

b) Su yüzeyi üzerindeki hava-buhar basıncı

c) Su yüzeyi üzerindeki hava hareketi

Buharlaşma miktarı = 45,8 x C x (P1 –P2 ) (g/hm2 )

Bu formülde;

45,8 = Film dağılma katsayısı

C = Hava hareket faktörü 0,55 durgun hava 0,71 hafif hareketli hava 0,86 hızlı hareketli hava

P1 = Su buharı basıncı (mbar)

P2 = Su yüzeyi üzerindeki hava basıncı (mbar)

Isı kaybı = (E x L) / 3600 (W/m2 )

E = Buharlaşma miktarı (g/hm2 )

L = Buharlaşma basıncına karşılık gelen buharlaşma entalpisi (kJ/kg)

3600 = Sonucun W/m2 olarak elde edilmesi için katsayı

Örnek: 21°C’da doymuş hava buhar basıncı 25 mbar’dır.

Bu nedenle 21°C’da ve % 50 bağıl nem oranındaki basınç; 25 x 50 / 10 = 12,5 mbar

Kurutma Silindirleri

Kurutma silindirlerinin çok çeşitli türleri vardır. Bu nedenle buhar sarfiyatları da birbirine göre çok faklıdır. Kurutma silindir büyüklüklerinin farklı olmasından başka, dönme hızları ve işletme buhar basınçları da farklıdır. Kurutulan maddelerin çok çeşitli olmaları – Pamuk ipliği, Kağıt gibi-hesaplama yöntemini çok karmaşık hale getirir. Buhar ihtiyacını veren en önemli yol ölçme metodu en doğru sonucu verir. Aşağıdaki formül hesaplamada kullanılabilir.

Q = 1,5 / L x [(Ww – Wd) 2550 +1,26 Wd (T–t)]

Q = Buhar yükü kg/h

Ww = Yaş ağırlık kg/h

Wd = Kuru ağırlık kg/h

T = Silindirden çıkan maddenin sıcaklığı °C

t = Silindire giren maddenin sıcaklığı °C

L = İşletme basıncındaki buharın buharlaşma entalpisi kJ/kg

Kurutma silindirlerinin işletmeye alınmaları anında hacim ve ağırlıklarından dolayı yüksek buhar sarfedilir. Bu nedenle kondenstop çap tayininde kullanılacak emniyet katsayısı 3 olmalıdır. Ayrıca havanın iyi tahliye edilmemesi durumunda kurutma süresi uzun olacaktır, bu nedenle hava tahliyesi iyi yapılmalıdır.

Presler

Preslerdeki buhar miktarının hassas bir şekilde hesap edilmesi mümkün değildir. En sağlıklı yöntem ölçme metodudur.

Buharlaşma Miktarı Hesaplama

Tablo 9’daki ısı kayıp değerlerini alınması ile yapılabilir. Preslerin buhar hacimleri küçük, ısınmaları için gerekli ısı yükü büyüktür. Bu nedenle kondenstop çap tayininin emniyet katsayısı 2’dir. Sıcaklık kontrolü hassas bir şekilde bir basınç düşürücü yardımı ile yapılabilir.

Hat Isıtma

Viskozitesi yüksek akıcı olmayan akışkanların iletildiği hatlar yüksek sıcaklıklarda ısıtılır. Isıtma, izole edilmiş buhar hattı ile yapılır. Buhar ihtiyacına etki eden etkenler; iki hattın temas yüzeylerinin bilinmesi, ısıtılan akışkanın hat boyunca sıcaklığı, ısıtma hattı boyunca sıcaklık ve basınç kayıplarıdır. Ana iletim borusunun radyasyon kayıplarının, hat ısıtma tarafından karşılandığı kabul edilir. Ana iletim borusundaki bu radyasyon kayıpları aynı çaptaki bir ana buhar hattındakinden çok daha düşük olmakla beraber kayıpları bir buhar hattındakiler gibi hesap edilir.

Ceket ısıtmalı hatlardaki ısı kayıpları ceketli borunun çapına eşit bir buhar hattının ısı kayıpları şeklinde değerlendirilir. Kondenstop çap tayininde ilk işletme şartlarındaki aşırı kondens miktarı dikkate alınarak, emniyet katsayısı 2 olarak alınır

#BUHAR #TANK #SİLİNDİR #KURUTMA #HATISITMA