Plakalı eşanjör ısıtma kapasiteleri

Plakalı ısı eşanjörleri (PHE’ler), iki sıvı arasında ısı transferi için kullanılan bir ısı eşanjörü türüdür. Oluklu metal plakalardan oluşan bir seri plakadan oluşurlar ve aralarında sıvıların aktığı kanallar oluştururlar. PHE’ler, yüksek verimlilikleri, kompakt boyutları ve çok yönlülükleri nedeniyle ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC) sistemleri, güç üretimi, kimyasal işleme ve gıda işleme gibi çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir PHE’nin ısıtma kapasitesi, birim zamanda transfer edebileceği ısı miktarıdır. Genellikle kilowatt (kW) veya İngiliz termal birimi/saat (BTU/saat) cinsinden ölçülür. Bir PHE’nin ısıtma kapasitesi, plakaların alanı, plakalar arasındaki kanalların sayısı, sıvıların akış hızı ve sıcak ve soğuk sıvıların sıcaklık farkı dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilenir.

Bir PHE’nin ısıtma kapasitesini etkileyen faktörler

Bir PHE’nin ısıtma kapasitesini etkileyebilecek birkaç faktör vardır. En önemli faktörlerden bazıları şunlardır:

• Yüzey alanı: Plakaların yüzey alanı ne kadar büyükse, ısı transferi için o kadar fazla alan mevcuttur.

• Kanal sayısı: Plakalar arasındaki kanal sayısı ne kadar fazlaysa, sıvı akışı için o kadar fazla alan mevcuttur.

• Akış hızı: Sıvıların akış hızı ne kadar yüksekse, ısı transferi o kadar fazladır.

• Sıcaklık farkı: Sıcak ve soğuk sıvıların sıcaklık farkı ne kadar büyükse, ısı transferi o kadar fazladır.

• Sıvıların türü: Farklı sıvıların farklı termal özellikleri, ısı transfer hızını etkileyebilir. Örneğin, su, havadan daha yüksek bir özgül ısı kapasitesine sahiptir, yani aynı miktarda ısıyı transfer etmek için daha fazla enerji gerektirir.

• Kirlenme: Plakalarda kirlenme veya tortu birikmesi, ısı transfer hızını azaltabilir. Kirlenme, plakalardaki ısı transfer yüzeyinde birikerek ısı transfer hızını azaltan ve eşanjördeki basınç düşüşünü artıran bir yalıtım tabakası oluşturabilir.

PHE ısıtma kapasitelerinin hesaplanması

Bir PHE’nin ısıtma kapasitesi, aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

Q = U × A × ΔTm

nerede:

• Q, ısı transfer hızıdır (W)

• U, toplam ısı transfer katsayısıdır (W/m²·K)

• A, ısı transfer yüzey alanıdır (m²)

• ΔTm, logaritmik ortalama sıcaklık farkıdır (K)

Toplam ısı transfer katsayısı (U), sıcak ve soğuk sıvıların termal özelliklerinin yanı sıra plakaların geometrisi ve malzemesinin bir fonksiyonudur. Sıvılar arasındaki ortalama sıcaklık farkının logaritmik ortalama sıcaklık farkı (LMTD) olarak adlandırılan bir değer hesaplanarak elde edilebilir. LMTD, ısı eşanjörünün girişindeki ve çıkışındaki sıcak ve soğuk sıvılar arasındaki sıcaklık farkının logaritmik ortalamasıdır.

PHE ısıtma kapasitesi türleri

PHE’ler tek geçişli veya çok geçişli olarak tasarlanabilir. Tek geçişli bir PHE’de, her iki sıvı da eşanjörden yalnızca bir kez geçer. Çok geçişli bir PHE’de, sıvı(lar) eşanjörden birden çok kez geçer. Çok geçişli PHE’ler genellikle ısı transfer kapasitelerini artırmak için kullanılır. Plaka tipi, oluk deseni ve plaka düzenlemesi gibi ısı transfer yüzeyinin geometrisi de ısı transfer hızını etkiler. Örneğin, oluklu plakalar düz plakalardan daha yüksek bir ısı transfer hızına sahiptir çünkü sıvılardaki türbülansı artırırlar.

PHE’lerin uygulamaları

PHE’ler, aşağıdakiler dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır:

• HVAC sistemleri: PHE’ler, evleri ve binaları ısıtmak ve soğutmak için kullanılır.

• Güç üretimi: PHE’ler, elektrik üretmek için buhar türbinlerinde kullanılır.

• Kimyasal işleme: PHE’ler, kimyasalları ısıtmak ve soğutmak için kullanılır.

• Gıda işleme: PHE’ler, gıda ürünlerini ısıtmak ve soğutmak için kullanılır.

• Soğutma: PHE’ler, klima ve soğutma sistemlerinde ısı eşanjörü olarak kullanılır.

• Isı geri kazanımı: PHE’ler, atık ısı akımlarından ısıyı geri kazanmak ve diğer akışları ön ısıtmak için kullanılabilir, bu da enerji verimliliğini artırabilir ve enerji maliyetlerini azaltabilir.

PHE’lerin avantajları

PHE’ler, diğer ısı eşanjörü türlerine göre aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sunar:

• Yüksek verimlilik: PHE’ler, yüksek ısı transfer katsayıları nedeniyle çok verimlidir.

• Kompakt boyut: PHE’ler, diğer ısı eşanjörü türlerine göre kompakt bir boyuta sahiptir.

• Çok yönlülük: PHE’ler, çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilir.

• Kolay bakım: PHE’lerin temizlenmesi ve bakımı kolaydır.

• Yüksek ısı transfer verimliliği: PHE’ler, türbülanslı akış sağlayan oluklu plakalar nedeniyle yüksek ısı transfer verimliliğine sahiptir.

• Düşük maliyet: PHE’ler, diğer ısı eşanjörü türlerine göre genellikle daha ucuzdur.

PHE’lerin dezavantajları

PHE’lerin ayrıca bazı dezavantajları vardır, örneğin:

• Basınç düşüşü: PHE’ler, diğer ısı eşanjörü türlerinden daha yüksek bir basınç düşüşüne sahip olabilir.

• Kirlenme: PHE’ler, özellikle sıvı yüksek düzeyde katı madde içeriyorsa kirlenmeye eğilimli olabilir.

• Sıvı türü sınırlamaları: PHE’ler, yüksek viskoziteli veya katı madde içeren sıvılarla kullanım için uygun değildir.

• Sızıntı potansiyeli: PHE’ler, contalar hasar görürse sızıntı yapabilir.

PHE’ler, çeşitli uygulamalar için ısı transferi için verimli ve etkili bir yoldur. Yüksek ısı transfer verimliliği, kompakt boyut ve düşük maliyet gibi diğer ısı eşanjörü türlerine göre çeşitli avantajlar sunarlar. Ancak, bazı dezavantajları da vardır, örneğin kirlenmeye yatkınlık ve basınç düşüşü. Bir PHE’nin ısıtma kapasitesi, plakaların alanı, plakalar arasındaki kanalların sayısı, sıvıların akış hızı ve sıcak ve soğuk sıvıların sıcaklık farkı dahil olmak üzere çeşitli faktörlerden etkilenir.