Hava soğutucu kanatlı borulu evaporatörün teorik ve deneysel olarak incelenmesi

Abstract

Soğutma sistemlerinin projelendirilmesinde hava soğutucu kanatlı borulu evaporatörlerin toplam kapasitesi ve toplam ısı geçiş katsayılarının belirlenmesi büyük önem arzeder. Evaporator kapasitesi, gerekli olan kapasiteden küçük seçilirse; soğutucu akışkanın buharlaşma sıcaklığı ile soğuk oda sıcaklık farkı olması gerekenden daha fazla olur, istenilen soğukluk elde edilemez, sistemin çalışma süresi artar, buharlaşma sıcaklığı ve basıncı olması gereken değerin altına düşer, evaporator üzerinde aşırı miktarda kar ve buz oluşur, buharlaşma tam olmayacağından kompresör sıvı akışkan emebileceğinden kompresörde vuruntu ve hasar oluşur, kompresör gereğinden fazla enerji tüketir. Evaporator kapasitesi gerekli kapasiteden daha büyük seçilirse; soğutucu akışkanın evaporatörde buharlaşma sıcaklığı ile soğuk oda sıcaklık farkı olması gerekenden daha küçük olacağından doğal hava sirkülasyonunun hızı azalır, istenilen sıcaklıkta soğutma elde edilemez, sistemin kuruluş maliyeti artar. Ülkemizde hava soğutucu kanatlı borulu evaporatörlerin kapasitesine ve toplam ısı geçiş katsayısına etki eden parametrelerin detaylı olarak incelendiği deneysel ve teorik çalışmalar yok denecek kadar az olup, ayrıca bu evaporatörlerin katalogları da deneysel verilerden uzak olarak hazırlanmaktadır. Soğutma sanayiinde bu gibi yanlış uygulamalara yol açmamak için hava soğutucu kanatlı borulu evaporatörlerin kapasitesi ve toplam ısı geçiş katsayılarının gerçeğe yakın olarak belirlenmesi açısından bu evaporatörlerin deneysel ve teorik olarak incelenmesi yapılmıştır. Bu amaçla evaporatörlerin analizi için ortaya atılan önemli korelasyonlar izah edilmiş ve uygulamada yaygın kullanım alanı bulan modellemelere göre deneye tabi tutulan evaporator analiz edilmiştir. Deneysel olarakincelenen evaporator ile teorik olarak yapılan analiz arasında iyi bir uyum görülmüş ve bu nedenle deneysel olarak inceleme fırsatı bulunamayanlar teorik olarak analiz edilmişlerdir. İncelenen parametreler; hava hızı, kanat aralığı, boru çapı, evaporator sıcaklığı, soğutucu akışkanın cinsi ve buz tabakası kalınlığıdır. Evaporatörlerin deneysel ve teorik sonuçlardan elde edilen toplam ısı geçiş katsayıları ile firma kataloglarından bulunan (aynı hava hızı ve aynı hatve için) toplam ısı geçiş katsayıları mukayese edildiğinde katalogda bulunan değer, deneysel ve teorik olarak bulunan değerlerden % 15-40 daha fazla olduğu görülmektedir. Böylece bu çalışmanın soğutma sanayiinde önemli bir eksikliğin giderilmesi, yeni hazırlanacak kataloglarda ve kurulacak tesislerde bu çalışmada ortaya konulacak verilere uyulması ülkemiz soğutma sanayiine katkılar sağlayacağı kanısındayız.

In refrigeration system design, it is very important to determine the overall heat transfer coefficient of the air-cooled plate-finned-tube evaporators. If the evaporator cooling capacity is chosen to be lower than required, the difference between the evaporation temperature of the refrigerant and the room temperature will be higher than planned, desired cooling will not be obtained, the system's running time will be longer, the evaporation temperature and pressure will decrease, the drastic formation of frost on the evaporator wall will occur, the evaporation process will not be complated which will cause a damage on the compressor and the compressor will consume more energy. If the evaporator cooling capacity is chosen to be higher than required, the difference between the evaporation temperature of the refrigerant and the room temperature will be lower than planned which will cause a decrease on natural air velocity, desired cooling will not be obtained and the capital cost will be higher. In our country, there are lack of the theoretical and experimental studies on the parameters effecting the cooling capacity and overall heat transfer coefficient of the air-cooled plate-finned-tube evaporators and also the evaporator capacities on the manufacturing cataloques are far from the experimental data. In refrigerated industry, in order not to cause the problems mentioned above and in order to determine the evaporator cooling capacity and overall heat transfer coefficient properly, a theoretical and experimental investigation has been carried out. For this reason, important correlations for evaporator analysis are explained and the experimentan evaporator is analysed according to the most common and easy used correlations. A cohesion between the experimental and theoretical results are obtained and so, the parameters which could not be investigated experimentally are analysed theoretically. The parameters investigated are as follows; air velocity, fin spacing, tube diameter, evaporator temperature, refrigerant type and frost height When the experimental and theoretical overall heat transfer coefficients are compared with the ones from the manufacturing cataloques (for the same working conditions), the latter is found to be 15-40 % higher. So, the author believes that this study will contribute to the refrigetion industry of our country and give help for preaparing the manufacturing cataloques.