Plakalı eşanjör verimliliği nasıl ölçülür?

Plakalı ısı eşanjörleri, bir sıvıdan diğerine ısı aktarmak için kullanılır. İki sıvının zıt yönlerde aktığı bir dizi ince, oluklu plakadan oluşurlar. Plakalar, ısı transferi için geniş bir yüzey alanı oluşturacak şekilde tasarlanmıştır ve oluklar, ısı transferini artırmaya yardımcı olan türbülans yaratır. Plakalı ısı eşanjörleri, HVAC sistemleri, kimyasal işleme ve gıda işleme dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır.

Plakalı Isı Eşanjörlerinin Verimliliğini Etkileyen Faktörler

Plakalı ısı eşanjörünün verimliliğini etkileyebilecek birkaç faktör vardır. Bu faktörler şunları içerir:

• Sıcaklık farkı: İki sıvı arasındaki sıcaklık farkı ne kadar büyük olursa, ısı transfer hızı da o kadar yüksek olur.

• Akış hızı: Sıvıların akış hızı ne kadar yüksek olursa, ısı transfer hızı da o kadar yüksek olur.

• Plakaların yüzey alanı: Plakaların yüzey alanı ne kadar büyük olursa, ısı transfer hızı da o kadar yüksek olur.

• Plakaların malzemesi: Plakaların malzemesi, ısı transfer hızı üzerinde bir etkiye sahip olacaktır. Örneğin, bakır plakalar, paslanmaz çelik plakalardan daha yüksek bir ısı transfer hızına sahip olacaktır.

• Sıvıların özellikleri: Sıvıların viskozitesi ve termal iletkenliği gibi özellikleri de ısı transfer hızını etkileyecektir.

• Kirlenme: Plakalar üzerinde biriken kirlenme, ısı transfer hızını azaltabilir ve bu da verimliliğin azalmasına neden olur.

• Akış düzeni: Plakalı ısı eşanjöründe iki ana akış düzeni türü vardır: paralel akış ve karşı akış. Karşı akış, ısı transferi açısından paralel akıştan daha verimlidir.

Plakalı Isı Eşanjörlerinin Verimliliğini Ölçme

Plakalı ısı eşanjörlerinin verimliliğini ölçmenin birkaç yolu vardır. En yaygın yöntemlerden biri, Etkinlik-NTU (Isı Transfer Ünitesi Sayısı) yöntemini kullanmaktır.

Etkinlik-NTU Yöntemi

Etkinlik-NTU yöntemi, plakalı ısı eşanjörünün verimliliğini ölçmek için basit ve yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Isı eşanjörünün sıcak sıvı tarafından kaybedilen ısı miktarını soğuk sıvı tarafından kazanılan ısı miktarına bölerek elde edilen gerçek ısı transfer hızını ısı eşanjöründe elde edilebilecek maksimum olası ısı transfer hızına bölme ilkesine dayanır.

Etkinlik-NTU yöntemi, ısı eşanjörünün performansını etkileyen sıcaklık farkı, akış hızı ve plakaların yüzey alanı gibi çeşitli faktörleri dikkate alarak daha doğru bir verimlilik ölçüsü sağlar.

Bir ısı eşanjörünün etkinliği, gerçek ısı transfer hızının maksimum olası ısı transfer hızına oranı olarak tanımlanır. Maksimum olası ısı transfer hızı, sıcak ve soğuk sıvıların giriş sıcaklıkları arasındaki farka ve sıvıların daha küçük kütle akış hızı ile özgül ısı kapasitesinin çarpımına eşittir.

Bir plakalı ısı eşanjörünün etkinliği aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

ε = (T1 – T2) / (T3 – T2)

Burada:

• ε ısı eşanjörünün etkinliğidir

• T1 sıcak sıvının giriş sıcaklığıdır

• T2 sıcak sıvının çıkış sıcaklığıdır

• T3 soğuk sıvının giriş sıcaklığıdır

• T4 soğuk sıvının çıkış sıcaklığıdır

Plakalı Isı Eşanjörünün Verimliliğini Ölçmek İçin Kullanılabilecek Diğer Yöntemler

• Logaritmik Ortalama Sıcaklık Farkı (LMTD) Yöntemi:

LMTD yöntemi, plakalı ısı eşanjörlerinin verimliliğini ölçmek için kullanılan başka bir yöntemdir. İki sıvı arasındaki logaritmik ortalama sıcaklık farkını hesaplama ilkesine dayanır. Logaritmik ortalama sıcaklık farkı, iki sıvı arasındaki gerçek sıcaklık farkının ağırlıklı ortalamasıdır.

LMTD yöntemi, Etkinlik-NTU yönteminden daha az doğrudur, ancak kullanımı daha kolaydır. Bir ısı eşanjörünün LMTD’si aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

LMTD = (ΔT1 – ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)

Burada:

• ΔT1, sıcak sıvının giriş sıcaklığı ile soğuk sıvının çıkış sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkıdır.

• ΔT2, sıcak sıvının çıkış sıcaklığı ile soğuk sıvının giriş sıcaklığı arasındaki sıcaklık farkıdır.

• Isı Transfer Katsayısı:

Isı transfer katsayısı, ısı transfer hızı, plakaların yüzey alanı ve iki sıvı arasındaki sıcaklık farkının bir fonksiyonudur. Isı transfer katsayısı ne kadar yüksek olursa, ısı transfer hızı da o kadar yüksek olur.

Bir plakalı ısı eşanjörünün ısı transfer katsayısı aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir:

U = Q / (A * ΔT)

Burada:

• U, ısı transfer katsayısıdır

• Q, ısı transfer hızıdır

• A, plakaların yüzey alanıdır

• ΔT, iki sıvı arasındaki sıcaklık farkıdır

Plakalı Isı Eşanjörlerinin Verimliliğini Artırma

Plakalı ısı eşanjörlerinin verimliliğini artırmanın birkaç yolu vardır. Bu yollar şunları içerir:

• Yüzey alanını artırma: Plakaların yüzey alanını artırmak, ısı transfer hızını artıracaktır. Bu, ısı eşanjöründe daha fazla plaka kullanarak veya oluklu yüzeye sahip plakalar kullanarak yapılabilir.

• Akış hızını artırma: Sıvıların akış hızını artırmak da ısı transfer hızını artıracaktır. Bu, daha büyük bir pompa kullanarak veya boruların çapını azaltarak yapılabilir.

• Daha yüksek termal iletkenliğe sahip plakalar kullanma: Daha yüksek termal iletkenliğe sahip plakalar kullanmak, ısı transfer hızını artıracaktır. Örneğin, bakır plakalar, paslanmaz çelik plakalardan daha yüksek bir ısı transfer hızına sahip olacaktır.

• Kirlenmeyi azaltma: Plakalar üzerinde biriken kirlenme, ısı transfer hızını azaltabilir. Kirlenmeyi önlemek için, sıvılar ısı eşanjörüne girmeden önce filtrelenmelidir. Isı eşanjörü, herhangi bir birikmiş kirlenmeyi gidermek için düzenli olarak temizlenmelidir.

• Karşı akış düzeni kullanma: Karşı akış, ısı transferi açısından paralel akıştan daha verimlidir. Karşı akış düzeninde, sıcak ve soğuk sıvılar birbirine zıt yönlerde akar. Bu, iki sıvı arasında daha büyük bir sıcaklık farkına izin vererek daha yüksek bir ısı transfer hızı sağlar.

Plakalı Isı Eşanjörlerinin Uygulamaları

Plakalı ısı eşanjörleri, aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanılır:

• HVAC sistemleri: Plakalı ısı eşanjörleri, HVAC sistemlerinde havayı ısıtmak veya soğutmak için kullanılır. Ayrıca suyu ısıtmak veya soğutmak için de kullanılabilirler.

• Kimyasal işleme: Plakalı ısı eşanjörleri, kimyasal işlemede sıvıları ısıtmak veya soğutmak, sıvıları buharlaştırmak veya yoğunlaştırmak ve ısıyı geri kazanmak için kullanılır.

• Gıda işleme: Plakalı ısı eşanjörleri, gıda işlemede sıvıları ısıtmak veya soğutmak, sıvıları pastörize etmek veya sterilize etmek ve ısıyı geri kazanmak için kullanılır.

• Enerji üretimi: Plakalı ısı eşanjörleri, enerji üretiminde egzoz gazlarından ısı geri kazanımı ve soğutma suyu için kullanılır.

• Denizcilik uygulamaları: Plakalı ısı eşanjörleri, denizcilik uygulamalarında motor soğutma suyunu, yağlama yağını ve diğer sıvıları soğutmak için kullanılır.

• Soğutma: Plakalı ısı eşanjörleri, soğutma sistemlerinde soğutucuyu soğutmak için kullanılır.

Plakalı Isı Eşanjörlerinin Avantajları

Plakalı ısı eşanjörleri, diğer ısı eşanjörü türlerine göre birçok avantaja sahiptir. Bu avantajlar şunları içerir:

• Yüksek verimlilik: Plakalı ısı eşanjörleri, yüksek verimlilikleriyle bilinir. Bunun nedeni, geniş bir yüzey alanına ve ısı transferini artıran türbülans yaratan oluklu bir tasarıma sahip olmalarıdır.

• Kompakt tasarım: Plakalı ısı eşanjörleri, borulu ısı eşanjörlerine kıyasla çok kompakttır. Bu, onları alanın sınırlı olduğu uygulamalarda kullanım için ideal hale getirir.

• Kolay temizlik: Plakalı ısı eşanjörlerinin temizlenmesi ve bakımı, borulu ısı eşanjörlerine göre daha kolaydır. Bunun nedeni, plakaların kolayca çıkarılıp temizlenebilmesidir.

• Düşük maliyet: Plakalı ısı eşanjörleri genellikle borulu ısı eşanjörlerinden daha ucuzdur.

Plakalı Isı Eşanjörlerinin Dezavantajları

Plakalı ısı eşanjörlerinin ayrıca birkaç dezavantajı vardır. Bu dezavantajlar şunları içerir:

• Yüksek basınç düşüşü: Plakalı ısı eşanjörleri, borulu ısı eşanjörlerine göre daha yüksek bir basınç düşüşüne sahip olabilir. Bunun nedeni, plakalar arasındaki dar kanallardır.

• Sızdırmaya eğilimli: Plakalı ısı eşanjörleri, borulu ısı eşanjörlerine göre sızdırmaya daha eğilimlidir. Bunun nedeni, plakaların contalarla bir arada tutulmasıdır ve bu contalar zamanla hasar görebilir veya bozulabilir.

• Yüksek viskoziteli sıvılar için uygun değildir: Plakalı ısı eşanjörleri, yüksek viskoziteli sıvılar için uygun değildir. Bunun nedeni, yüksek viskoziteli sıvıların plakalar arasındaki dar kanallardan akmasının zor olabilmesidir.

Plakalı ısı eşanjörleri, ısı transferi için verimli ve kompakt bir yoldur. Diğer ısı eşanjörü türlerine göre birçok avantaja sahiptirler, ancak aynı zamanda birkaç dezavantaja da sahiptirler.

Bir plakalı ısı eşanjörü seçerken, özel uygulamanın ihtiyaçlarını dikkatlice değerlendirmek önemlidir. Akış hızı, sıcaklık farkı ve sıvıların özellikleri gibi faktörler, seçilecek en iyi ısı eşanjörü türünü belirlemede rol oynayacaktır.