Isıtma sistemlerinde su hızı, suyun boruların yüzeyindeki gözle görülmeyen pürüzlere ,küçük engellere çarparak sirkülasyon pompalarına karşı ,karşı direnç oluşturmasına sebep olan bir faktördür. Hız arttıkça sürtünme direnci hızın karesi ile doğru orantılı olarak artmaktadır. Su hızının önemi anlamak için aşağıda detaylı yapacağım hesap üzerine çözümlemeleri ve yorumu iyi anlamaya çalışmanızı tavsiye ediyorum . İyi bir mühendis olmak istiyor iseniz hiç bir satırı atlamayın. Buradaki yapılan çözümlemelerin gelecekteki projelerinize ışık tutacak nitelikte olduğuna gönülden inanıyorum.
Hızın karesi ile doğru orantısına örnek soru çözümleri üzerinden izah etmeye çalışalım. Bu örnek çözümleri 2 örnek soruya ayıralım, Örnek 1: Aynı ısı yükünden farklı çaplarda çözümleme deneyelim, Örnek 2: Farklı ısı yükünden aynı boru çapını deneyelim.
Örnek 1 : 24.000 Watt bir ısı ihtiyacını 1" ve 3/4 " borularda oluşturduğu basınç kaybı ve hızı hesaplayalım. Bu hesabı detaylı boru çapı excel programında yapalım (Katıl Üyeleri Youtube Topluluk Sekmesinden 33 Numaralı Dökümanı İndirebilirler ,İndirmek İçin Tıkla) . Su rejmi : 70-50 °C Olsun, Su rejim sıcaklığı kazandan çıkan su ve geri dönen su sıcaklığına denir. Kalorifer peteklerinde ve Fancoiller de Δt : 20 °C ,Yerden ısıtma da Δt : 10°C ,Chiller Soğutma Sistemlerinde Δt : 5°C olarak tasarlanır. Farklı sıcaklıklarda tasarım yapılabilir. Tek bilmeniz gereken veri farklı sıcaklıklarda cihazların verim bilgilerinin değişmesidir.
Şekil 1 : 3/4" Borunun 24 kw Isı Yükünü Taşıya Bilmesi İçin Metre Başına Düşen Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 2 :1" Borunun 24 kw Isı Yükünü Taşıya Bilmesi İçin Metre Başına Düşen Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 1 ve Şekil 2 deki detaylı hesaplamaları 24 kw ısı yükü için incelediğimiz de aşağıdaki değerler çıkmaktadır.
1. Durum : 3/4 " Boru Basınç Kaybı 376,5 pa /m (0,038 mss/m ) ,Su Hızı : 0,836 m/s
2. Durum : 1" Boru Basınç Kaybı 124,2 pa /m (0,012 mss/m) ,Su Hızı : 0,527 m/s
Su hızlarının karelerini alalım
1. Durum : 0,836 ² =0,698
2. Durum : 0,527 ² =0,278
Su hızı oranı : 0,699 / 0,278 =2,52
Basınç Kaybı oranları : 376,5 /124,2 =3,04
Örnek 2 : 1 " borudan 15 kw ve 25 kw ısı yüklerini taşıyacak olur isek , Boru basınç kaybı ve hız oranları ne olur.
Şekil 3 ve Şekil 4 deki detaylı hesaplamaları 15 kw ,25 kw ısı yükü için incelediğimiz de aşağıdaki değerler çıkmaktadır.
1. Durum : 1" 15 kw Boru Basınç Kaybı 54,1 pa /m (0,0054 mss/m ) ,Su Hızı : 0,330 m/s
2. Durum : 1" 25 kw Boru Basınç Kaybı 133,5 pa /m (0,01335 mss/m) ,Su Hızı : 0,549 m/s
Su hızlarının karelerini alalım
1. Durum : 0,330 ² =0,1089
2. Durum : 0,527 ² =0,3014
Su hızı oranı : 0,3014 / 0,1089 =2,79
Basınç Kaybı oranları : 133,5 /54,1 =2,46
Hızın Karesi tam manada doğru orantılı olarak artmamakta ,ancak yakın bir değer diyebiliriz. Bunun sebebi ise sürtünme faktörü reynold sayısına bağlı olduğundan değişkenlik göstermektedir. Hızın karesi ile doğru orantılı ifadesini, hızın basınç kaybına önemini vurgulamak için kullanıldığı bir anlam taşımaktadır. Genel olarak yanlış bir ifade diyemem ,Ancak doğruyu öğrenmekten uzaklaştırabilir diyebilirim.
Veli DOĞAN Beyin Isıtma Kitabında Su Hızları Değerleri Aşağıdaki Gibi İfade Edilmiştir. Veli DOĞAN Beyin kitaplarını sağlam bir kaynak olarak kullanabilirsiniz.
Çap Min Su Hızı (m/s) Maks Su Hızı (m/s)
DN20 0,3 0,55
DN25 0,4 0,65
DN32 0,5 0,8
DN40 0,55 0,85
DN50 0,6 1
DN65 0,75 1,2
DN80 0,9 1,45
DN100 0,95 1,6
DN125 1,1 1,75
DN150 1,2 2
DN200 1,5 2,4
DN250 1,7 2,6
DN300 1,9 3
Konfor hızı için 2-4 m/s hız tavsiyesi vardır . Konfor hızına rağmen Bu hız değerlerinin bu sınırlar içerisinden neden verildiğini teknik olarak inceleyeceğiz . Veli Doğan hocamız pompa gücünün belirli sınırlar içerisinde kalması için olduğunu ifade etmiştir. Bu konuyu maksimum hızlar üzerinden farklı çaplarda metre başına basınç kaybını inceleyelim .
Örnek 3 : 2" Boru ile 173.000 Watt Isı Yükü , 4" Boruda İle 1.091.000 W Isı Yükü , 8" Boru ile 6.460.000 W Isı Yükü İçin Metre Başına Basınç Kayıplarını Hesaplayalım.
Şekil 5: 2" Borunun 173 kw Isı Yükünü Taşıya Bilmesi İçin Metre Başına Düşen Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 6: 4" Borunun 1091 kw Isı Yükünü Taşıya Bilmesi İçin Metre Başına Düşen Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 7: 8" Borunun 6460 kw Isı Yükünü Taşıya Bilmesi İçin Metre Başına Düşen Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 5 ve Şekil 6, Şekil 7 deki detaylı hesaplamalar sonucu belirlenen ısı yükü için incelediğimizde aşağıdaki değerler çıkmaktadır.
1. Durum : 173 kw 2" boru için - 1 m/s 173,5 pa/m 0,01735 mss /m
2. Durum : 1091 kw 4" boru için - 1 m/s 179,3 pa/m 0,01793 mss /m
3. Durum : 6460 kw 4" boru için - 1 m/s 169,3 pa/m 0,01693 mss /m
Hesaplamalar sonucu çıkan ortalama değer 0,017 mss değeri Veli doğan hocamız ortalama 0,017 mss geçmemeyi tavsiye etmiştir. . Piyasa Pratik pompa basma yüksekliği hesapların da aşağıdaki formül kullanılmaktadır.
Pm = 0,04 mss/m x (Bina Eni (mt) + Bina Boyu (m) + Bina Yüksekliği (m) )
Bu basit formülde metre başına 0,04 mss düşünülmüştür. %90 özel durumlar hariç işe yaramaktadır. Veli Doğan Hocamızın değeri 0,017 mss değerine ilave gelecek parametreler vardır. Te,Dirsek ,Vana Gibi Parametreler Eklenmeli. Örnek Soru Üzerinden İlerleyelim.
Örnek 4 : Kazan Dairesinden Çıkan 8 " Boru ilk ayrım noktasına gidiş geliş dahil 60 metre mesafe vardır. Bu Hat Üzerinde Te ayrılma 1 adet , Te Birleşme 1 Adet , Geniş Dirsek 2 Adet , Sürgülü Vana 2 Adet ,Çekvalf 1 Adet vardır. Pislik Tutucu 1 Adet. Boru Yükü 6460 kw dır. Metre Başına Ortalama Basınç Kaybını Hesaplayalım.
Şekil 8: 8" Borunun 6460 kw Isı Yükünü Taşıya Bilmesi İçin Metre Başına Düşen Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 8 incelediğimde toplam basınç kaybı 3,115 mss dir. Bu değeri 60 metre boru uzunluğuna böldüğümüz zaman 3,115 / 60 = 0,0519 mss . Pratik Hesapta bu değer 0,04 mss olarak alınmış . Biz örneğimizde kazan dairesi çıkışını hesapladık . Diğer kritik hatlarda bu kadar vana ,pislik vb fittings malzeme yoktur. Bu yüzden genel bir hesap yapıldığından bu değer %90 oranından 0,04 mss/m altında kalacaktır.
Tavsiye edilen boru hızlarının metre başına düşen basınç kaybının belirli sınırlar içerinde kalmasını anlamış olduk .
Bu konuyu pompa elektriksel güç üzerinden ifade edecek olur isek bir örnek çözelim .
Örnek 5 : 1091 kw Isı Yükü Bulunan bir sisteme 4 " ve 3 " ile ayrı ayrı beslediğimizde pompa elektriksel gücünü müşteriler görmek istemişlerdir. Boru uzunluğu 100 metredir. 10 adet dar dirsek , 4 adet sürgülü vana, 1 adet çekvaf,1 adet pislik tutucu ve kazan bulunmaktadır.
Şekil 9: 4" Borunun 1091 kw Isı Yüküne Toplam Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 10: 3" Borunun 1091 kw Isı Yüküne Toplam Basınç Kaybı Hesabı
Şekil 9 ve Şekil 10 detaylı hesaplamalar sonucu belirlenen ısı yükü için incelediğimizde aşağıdaki değerler çıkmaktadır.
1091 kw 3" boru için - 2,78 m/s 50,2 m³/h 17,19 mss
1091 kw 4" boru için - 1 m/s 50,2 m³/h 5,19 mss
Pompa elektrik tüketimlerin aşağıdaki formül sayesinde yaklaşık olarak hesaplanabilir. Pompa verimleri piyasa ortalamasına göre %50 alınabilir . Kaliteli markalar %69 kadar verimli üretebilmektedir.
Pompa Elektrik Tüketimi (kw) = 0,002725 x Q (m³/h) x P (mss) / Verim (%)
3" Hat için Pompa Elektrik Tüketimi : 0,002725 x50,2 x 17,19/ 0,5 = 4,7 kw
4" Hat için Pompa Elektrik Tüketimi : 0,002725 x50,2 x 5,19/ 0,5 = 1,41 kw
Boru Çapını Büçük Seçmek %70 İşletme Maliyetini Düşürmektedir
Sayın meslektaşlarım özel projelerinizde özel durumlar var ise boru çapını daraltmanızda bir kusur yoktur. İşletmeyi bu konuda bilgilendirerek ilerlemeniz en doğrusudur. Mühendislikte Kanun ve standartlar dışından bir engel yoktur. Ezberci olmayı bıraktığınız zaman arabanız yol alacaktır.
Saygılarımla;
Kutman KAPLAN
Makine Mühendisi
17.12.2020
2 Yorumlar
Çok aydınlatıcı bir yazı olmuş. Yapım esnasında kaçınılan maliyet; işletmede karşımıza çıkıyor.
YanıtlaSilBilgileriniz için teşekkür ederim.
YanıtlaSilTeşekkür ederim