ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ – Osman F. Genceli
ÖNSÖZ
Isı değiştiricileri endüstrinin en önemli ısı tekniği cihazları olup; bunlar buharlaştırıcı, yoğuşturucu, ısıtıcı, soğutucu vb. değişik adlar altında kimya, petrokimya endüstrilerinin, termik santrallarının, soğutma, ısıtma ve iklimlendirme tesislerinin hemen her kademesinde değişik tip ve kapasitelerde görülebilir.
Makine ve kimya mühendisliği eğitimi açısından bakıldığında, ısı değiştiricileri bu mühendislik kollarının temel konuları olan malzeme, mukavemet, termodinamik ve ısı geçişi bilim dallarının hepsini birden aynı anda içeren bu bilim dallarına ait çok iyi bir uygulama alanıdır.
Bu kadar önemli bir cihaz ve yabancı literatürde bu konuda sayısız kitap ve makale bulunmasına rağmen, maalesef Türkçe teknik literatürde 1980’li yıllarda yazılan Prof. Dr. Alpin K. Dağsöz ve Prof. Dr. Kemal Onat’ın yayınları dışında önemli bir kaynak bulunmamaktadır. Diğer taraftan, ısı değiştiricileri konusunda çok değerli çalışmaları ve düzenlemiş olduğu toplantıları olan Prof. Dr. Sadık Kakaç’ın 1996 yılında İ.T.Ü. Makine Fakültesi’nde vermiş olduğu “Heat Exchanger Design Course, Fundamentals and Applications” adlı seminerde son yıllardaki çalışmalar bir özet halinde sunulmuştur. Prof. Dr. Sadık Kakaç’ın bu semineri ve ısı değiştiricileri konusundaki diğer yayınları, bu kitabın özellikle ısı geçişi bölümleri için önemli bir kaynak oluşturmuştur.
Sunulan bu kitap esas olarak makine mühendisliği eğitimi yapan öğrenciler için okutulan “Isı Değiştiricileri” dersi müfredatına uygun olarak hazırlanmıştır. Kitapta, genel bilgileri içeren 1. Bölüm’de, ısı değiştiricilerinin kullanım yerlerinden örnekler ve sınıflandırılması verilmiştir. 2. Bölüm’de ısı değiştiricilerinin konstrüksiyonları, pratikte karşılaşılan örnekler geniş olarak incelenmiştir.
Kitapta, ısı değiştiriciler içindeki akış düzenlemelerinin göz önüne alındığı 3. Bölüm’den sonra, 4. Bölüm’de ısı geçişi hesapları, 5. Bölüm’de ise basınç kayıpları hesaplarının yapılabilmesi için gerekli temel bilgiler sunulmuştur. Isı değiştiricilerinde malzeme seçimi ve mukavemet hesaplan, 6. Bölüm’de verilmiştir.
Bütün bu konular ile ilgili problemler, ayrı olarak 7. Bölüm’de sunulmuştur. Bu bölümde, ısı değiştiricilerindeki temel ısı geçişi, basınç kaybı ve mukavemet hesaplarının yanı sıra, ısı değiştiricilerin projelendirilmesine dönük örnekler de sunulmuştur.
İyi bir ısı değiştirici tasarımı ve projelendirmesi yapabilmek için gerekli olan temel ve yardımcı bilgiler ile standartlarda öngörülen değerler ise kitabın Ekler kısmında, konulara göre uygun olarak sıralanmıştır.
Her ne kadar, makine mühendisliği eğitimi yapan öğrencilere dönük olarak bir ders aracı şeklinde hazırlanmış ise de, konusu gereği bu kitabın kimya mühendisliği eğitimi yapan öğrencilerin ve bu konuda çalışan mühendislerin de ihtiyacını karşılayacak, yararlı bir kaynak olması beklenmektedir.
Nisan 1999
O. F. Genceli
İÇİNDEKİLER
Önsöz Semboller Metin içi tablolar
Genel Bilgiler
Giriş
Isı Değişim Şekline Göre Sınıflama Doğrudan temasın olduğu ısı değiştiricileri Akışkanlar arasında doğrudan temasın olmadığı ısı değiştiricileri
Isı Geçişi Yüzeyinin Isı Geçişi Hacmine Oranına Göre Sınıflama
(Kompaktlık)
Farklı Akışkan Sayısına Göre Sınıflama
Isı Geçişi Mekanizmasına Göre Sınıflama Kaynaklar
Isı Değiştiricilerinin Konstrüksiyonları
Borulu Isı Değiştiricileri Düz borulu ısı değiştiricileri Spiral borulu ısı değiştiricileri Gövde borulu ısı değiştiricileri ,
Özel gövde-borulu ısı değiştiricileri
Levhalı Isı Değiştiricileri
Contalı levhalı ısı değiştiricileri Spiral levhalı ısı değiştiricileri Lamelli ısı değiştiricileri İnce film ısı değiştiricileri
Kanatlı Yüzeyli Isı Değiştiricileri Levhalı kanatlı ısı değiştiricileri Borulu kanatlı ısı değiştiricileri
Rejeneratif Isı Değiştiricileri Sabit dolgu maddeli rejeneratörler Döner dolgu maddeli rejeneratörler Paket yataklı rejenaratörler
Karıştırmak Kaplarda Isı Değişimi Kaynaklar
Isı Değiştiricilerinde Akış Düzenlemeleri
Tek Geçişli Isı Değiştiricileri Paralel akımlı ısı değiştiricileri Ters akımlı ısı değiştiricileri Çapraz akımlı ısı değiştiricileri
Çok Geçişli Isı Değiştiricileri
Çapraz-ters ve çapraz-paralel akımlı düzenlemeler Çok geçişli gövde borulu ısı değiştiricileri n Paralel levha geçişli düzenlemeler
Kaynaklar
Isı Değiştiricilerinin Isıl Hesapları Giriş
Toplam Isı Geçiş Katsayısı, K (W/m2."C), Temas Direnci ve Kirlilik Faktörü
At„ Ortalama Logaritmik Sıcaklık Farkı Paralel ve ters akımlı ısı değiştiricilerinde At„,
Çok geçişli ve çapraz akımlı ısı değiştiricilerinde At„,
(9-P) Yöntemi
Etkenlik-Geçiş Birimi Sayısı, e-N Yöntemi
At (6-P) ve (E-N) Yöntemlerinin Karşılaştırılması
Gövde-Borulu Isı Değiştiricilerinin Isıl Hesaplan Kern yöntemi yardımı ile gövde tarafındaki ısı taşınım katsayısı bulunuşu
Bell yöntemi ile gövde tarafındaki ısı taşınım katsayısı bulunuşu
Rejeneratörlerin (Dolgu Maddeli Isı Değiştiricilerinin) Isıl Hesaplan
Döner dolgu maddeli rejeneratörlerin ısıl hesapları Sabit dolgu maddeli rejeneratörlerin ısıl hesapları Paket yataklı rejeneratörlerin ısıl hesapları
Kompakt Isı Değiştiricilerinin Isıl Hesaplan
Kaynaklar
Ssı Değiştiricilerinde Basınç Düşümü Giriş
Düz Borular İçinde Akış ve Sürtünme Katsayısı
Yerel Kayıplar
Ani daralma kayıpları Konik daralma Ani kesit genişlemesi
Konik genişleme Kol ayrılma ve kol birleşme Yön değişimleri Boru demetine dik akış Boru demetine eğik akış
Akışkanın İvmelenmesinin ve Kaldırma Kuvvetinin Oluşturduğu Basınç Kaybı
Bazı Isı Değiştirici Tiplerinde Basınç Kaybı Hesapları Boru iç tarafındaki basınç kaybı
Gövde tarafındaki basınç kaybı Contalı levhalı ısı değiştiricilerinde basınç kaybı
Yoğuşma halinde basınç kaybı Kompakt ısı değiştiricilerinde basınç kaybı
Akışkan Hareketini Sağlamak İçin Gerekli Güç
Kaynaklar
ISI Değiştiricilerinde Malzeme Seçimi ve Mukavemet Hesapları
Tasarım Hesapları
Malzemeler Demir ve çelik
Diğer metaller, alaşımlar ve elementler Plastik malzemeler
Seramik malzemeler (silikat malzemeler)
Malzemelerde Müsaade Edilen Emniyet Gerilimi
İçten Basınca Maruz İnce Cidarlı Kaplar Eksenel simetrili kaplarda gerilmeler Silindirik ve küresel cidar kalınlıkları Dip levhaları cidar kalınlıkları Konik kısımların cidar kalınlıkları
Deliklerde ve Ayrılmalarda Takviye
Dıştan Basınca Maruz İnce Cidarlı Kaplar Silindirik kaplar
Kap dışındaki destek halkalarının tasarımı Dip levhaları
Boru Aynaları
Flanşlı Bağlantılar Flanş tipleri ve seçimi Contalar
Flanş yüzeyi ve tasarımı Genleşme Elemanları Kaynaklar
Isı Değiştiricilerinin Örnek Hesaplan
K Toplam Isı Geçiş Katsayısı Hesap Örnekleri
At Ortalama Logaritmik Sıcaklık Farkı Hesap Örnekleri
(6-P) ve (s-N) Yöntemleri Hesap Örnekleri
Rejeneratif Isı Değiştiricileri Hesap Örnekleri
Isı Değiştiricilerinde Basınç Kaybı Hesaplan
Kem ve Bell Yöntemlerine Göre Gövde-Borulu Isı Değiştirici
Tasarımları
Belirli Isı Kapasitesini ve Basınç Kayıplarını Göz Önüne Alan Isı Değiştiricileri Tasarımlan İki Fazlı Isı Değiştiricilerinin Tasarımları Isı Değiştiricilerinin Mukavemet Hesapları
