ttablolar dİzİnİ sayfa no tablo 1. haftalık Çalışma Çizelgesi ... olduğu termo-fiziksel,...
TRANSCRIPT
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
FAZ DEĞİŞTİREN MADDELİ BUHAR KAPANI
BİTİRME PROJESİ
329526 YILMAZ AKKURT
329638 FURKAN TUNÇ
329640 HÜSEYİN AKIN
TEMMUZ 2020
TRABZON
T.C.
KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
FAZ DEĞİŞTİREN MADDELİ BUHAR KAPANI
329526 YILMAZ AKKURT
329638 FURKAN TUNÇ
329640 HÜSEYİN AKIN
Danışman: Prof. Dr. Ahmet ÜNAL
Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU
TEMMUZ 2020
TRABZON
III
ÖNSÖZ
Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Lisans Bitirme
Projesi olarak hazırlanan bu çalışmada; çay ocakları ve benzeri kapalı ortamlarda üretilen
buharın, yerinde yoğuşturularak ortamın ısıl konforunun iyileştirilmesinde
kullanılabilecek, faz değiştiren maddeli bir buhar kazanı tasarımım ele alınmıştır.
Böylesine bir özgün konuda bize hem çalışma fırsatı veren, hem de çalışma sırasında
yardımlarını esirgemeyen Prof. Dr. Ahmet ÜNAL’a sonsuz teşekkürler ediyoruz.
YILMAZ AKKURT
FURKAN TUNÇ
HÜSEYİN AKIN
Trabzon - 2020
IV
ÖZET
FAZ DEĞİŞTİREN MADDELİ BUHAR KAPANI
İç ortamda, güç kaynağı tarafından ısıtılan sıvı, kaynama noktasına geldiğinde tek
noktadan yukarı doğru su buharı şeklinde yükselir. Yükselen su buharı iç ortamın
konforunu bozmaması için çevreye dağılmadan baca yardımıyla dış ortama aktarılması
gerekir. Ancak öğretmenler odası, şantiye gibi bazı iç ortamlarda baca tesisatı olmayabilir.
Baca tesisatı olsa bile su buharını çekmek için bir aspiratöre ihtiyaç duyulur. Aspiratörün
çalışması için bir enerji kaynağına ihtiyaç vardır ve aspiratörün çalışması esnasında
rahatsız edici bir ses duyulur. Faz değiştiren maddeli buhar kapanı projesinde ise
dikdörtgenler prizması şeklinde tasarlanan kapan bir enerji kaynağına ihtiyaç duymaz ve
sadece ilk yatırım maliyeti vardır. Yukarı doğru çıkan su buharı dış ortama aktarılmadan
kapan içerisine hapsedilir. Hapsedilen su buharı alüminyumdan yapılmış kapan
yüzeylerine ve kapan içimdeki kanatçıklara çarparak yoğuşur.Yoğuşan su buharı kontrollü
bir şekilde tek noktaya toplanır ve bir tahliye hortumundan sıvı fazda kolaylıkla dışarıya
aktarılır.Yoğuşmanın verimini arttırmak için kapan yüzeylerinin soğuk tutulması
gerekir.Bunun için kapanın belli noktalarına, belli oranlarda faz dönüştüren madde
eklenerek kapan yüzeyindeki ısı çekilir.
Anahtar Kelimeler: Faz Değiştiren Madde, Yoğuşma, Isıl Konfor, Kanatçık
V
SUMMARY
THE PHASE CHANGE MATERİALS STEAM TRAP
Indoors, when the liquid heated by the power supply reaches the boiling point, it
rises in the form of water vapor from a single point. The rising water vapor should be
transferred to the environment with the help of chimney in order not to disturb the comfort
of the indoor environment. However, in some internal environments such as teachers'
room, construction site, chimney installation may not be possible. An extractor fan is
required to draw water vapor even if a chimney is installed. An energy source is required
for the operation of the aspirator and a disturbing noise is heard during operation of the
aspirator .The phase change materials steam trap project does not require a energy source
designed as a rectangular prism and has only initial investment costs.The trapped water
vapor condenses by striking the trap surfaces made of aluminum and the fins inside the
trapThe condensed water vapor is collected in a single point in a controlled manner and
easily discharged from a discharge hose in the liquid phase. In order to increase the
efficiency of the condensation, the trap surfaces must be kept cold. For this, the heat of the
trap surface is drawn by adding phase change material to certain points of the trap.
Key Words: Phase Change Materials, Condensation, Thermal Comfort, Fin
VI
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ÖNSÖZ.............................................................................................................................. III
ÖZET................................................................................................................................. IV
SUMMARY......................................................................................................................... V
İÇİNDEKİLER ................................................................................................................ VI
ŞEKİLLER DİZİNİ........................................................................................................ VII
TABLOLAR DİZİNİ..................................................................................................... VIII
1. AMAÇ VE KAPSAM ..................................................................................................... 1
1.1. Giriş …………………………...................................................................................... 1
1.2. Literatür Taraması ………………………………………………………………….. 1
1.3. Tasarımın Amacı ................................................................................................... 1
1.4. Kısıtlar Ve Koşullar..................................................................................................... 3
2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI.......................................................................... 3
3.MÜHENDİSLİK HESAP VE ANALİZLERİ .............................................................. 3
3.1. Yapılan Tasarım Çalışmaları ………......................................................................... 3
3.1.1. Nem Kaynağının Tanımlanması .......................................................................... 4
3.1.2. Buhar Kapanının Tanımlanması............................................................................. 4
3.1.3. Buhar Kapanı Malzemesi ....................................................................................... 4
3.1.4. Kanatçıklar ............................................................................................................... 5
3.1.5. Faz Değiştiren Maddeler (FDM).............................................................................. 5
3.2. Yapılan Hesaplamalar ………...…............................................................................. 7
3.2.1. Kütlenin Korunumu Denklemleri ……………………………………………...... 7
3.2.2. Enerjinin Korunumu Denklemleri ………………………………………………. 9
3.2.3. Gerekli Olan FDM Kütle Hesabı…………………………………………….…10
4.ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ ……………………………………….. 11
5. MALİYET HESABI …………………………………………………………………. 12
6.SONUÇLAR …………………………………………………………………………... 12
7. KAYNAKLAR………………………………………………………………………... 14
8. EKLER ……………………………………………………………………………….. 15
8.1 EK 1 …………………………………………………………………………………. 15
8.2. EK 2 ………………………………………………………………………………… 16
VII
8.3. EK 3 ………………………………………………………………………………… 17
8.4. EK 4 ………………………………………………………………………………… 18
VIII
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa No
Şekil 1. Buhar Kapanı ……….............................................................................................. 2
Şekil 2. Buhar Kapanı Kesit Görünüşleri.............................................................................. 2
Şekil 3. Çay Kazanı …………….......................................................................................... 4
Şekil 4. Alüminyum Simgesi …........................................................................................... 5
IX
TABLOLAR DİZİNİ
Sayfa No
Tablo 1. Haftalık Çalışma Çizelgesi..................................................................................... 3
Tablo 2.Faz Değiştiren Madde Türleri................................................................................. 6
Tablo 3 Gerekli Laurik Asit Kütlesi (kg)........................................................................... 10
Tablo 4. Gerekli Na₂CO₃.10H₂O Kütlesi (kg)……............................................................ 11
Tablo 5. Gerekli CH₃COONa₃.H₂O Kütlesi (kg)................................................................ 11
Tablo 6. Maliyet Analizi Çizelgesi..................................................................................... 12
- 1 -
1. AMAÇ VE KAPSAM
1.1. Giriş
İnsanların kendini iyi hissetmesi ve sağlıklı olması için, ister büro ortamında ister
atölyede veya evde optimum oda ikliminin sağlanması istenir. Ayrıca insana kendini “iyi
hissettiren bir oda iklimi”, aynı zamanda üretkenliği artırır ve işyerinde hasta çalışan
sayısını azaltmaya faydalı olur. Çok yüksek nem nedeniyle bina yapı bileşenlerinde çeşitli
hasarlar oluşabilir. İlk anlaşılan uyarı işareti çoğunlukla küf kokusu ve rutubet nedeniyle
duvarların lekelenmesidir.
Nem, ayarlanması yapılmadığında iç mekanlarda ciddi şekillerde dalgalanma gösterir
ve bunun sonucunda insan konforuna ve çevreye olumsuz etkileri gözlemlenir. Bu aynı
zamanda mevsime, dış mekandaki iklim koşullarına ve iç ortamda bulunan nem üretici
aygıtlara bağlıdır.
Faz değiştiren maddeli buhar kapanı kullanarak üretilen nemin ortama aktarılmasını
engellemeye çalışılır.
1.2. Literatür Taraması
Faz değiştiren maddelerin soğutma teknikleri, geleneksel soğutma sistemlerine
gelecek vaat eden bir alternatiftir. Faz değiştiren maddeler tekstil, sağlık, inşaat gibi birçok
alanda kullanılmaktadır. Bu maddeler aynı zamanda faz değiştiren buhar kapanı projesinde
de kapan yüzeyindeki ısıyı çekmek için kullanılmaktadır ve bu yönüyle özgünlük teşkil
etmektedir. Yapılan literatür, patent araştırmalarında faz değiştiren buhar kapanına benzer
bir tasarıma rastlanmamıştır. Bu proje tamamen Prof. Dr. Ahmet ÜNALIN ‘’tek noktadan
su buhar çıkan ve bacası olmayan bir iç ortamda, nemin insan sağlığına ve iç ortama
zararlarını nasıl yok ederiz?’’ sorusuyla ortaya çıkmıştır. Tamamen özgündür.
1.3. Tasarımın Amacı
Bu çalışmada tasarlanması düşünülen buhar kapanının amacı, mutfak veya çay ocağı
gibi noktasal buhar üretiminin mevcut olduğu yerlerde yoğun olarak üretilen buharı, iç
ortamın tamamının yayılmadan, kaynağında hemen üzerinde hapsederek
yoğunlaştırmaktadır. Esas olarak üstü kapalı, içten kanatçıklı piramit şeklinde bir yapıdaki
- 2 -
kapanın, dış yüzeyinden doğal taşınımla ısı kaybetmek suretiyle kapanın iç yüzeyinde ve
kanatçık yüzeylerinde yoğuşma gerçekleştirmektedir. Ayrıca, kapanın iç yüzeyinde, belirli
bölgelere ergime sıcaklığı ortam sıcaklığının 5/10 derece üzerinde olan bir ‘’faz değiştiren
bir madde’’ (FDM) yerleştirmek suretiyle, nem alma işleminin etkinliğinin yükseltilmesi
amaçlanmaktadır.
Çalışmanın bu aşamasında, sözü edilen buhar kapanının tasarımı için gerekli
malzeme seçimleri ve teorik hesaplamalarının yapılarak ikinci aşama olan bitirme
projesindeki deneysel çalışmalar için alt yapı oluşturmaktadır.
Şekil 1 Buhar Kapanı
Şekil 2 Buhar Kapanı Kesit Görünüşleri
- 3 -
1.4. Kısıtlar Ve Koşullar
Buhar kapanı; mümkün olduğunca az yer kaplayacak, paslanmaz özellikte malzemeden ve
estetik görünümlü olacak, işlevini dışarıdan iş almadan yerine getirebilecektir. Ayrıca,
buhar tutma etkinliğini iyileştirmesi için en uygun faz değiştiren maddenin seçimi ve
kullanılması üzerine durulacaktır.
2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI
Tablo 1 Haftalık Çalışma Çizelgesi
YAPILAN ÇALIŞMALAR
HAFTA
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Literatür Taraması
Ön Çalışmalar
Mühendislik Hesapları
Malzeme Seçimi
Çevresel Etki Değerlendirmesi
Rapor Yazımı
3. MÜHENDİSLİK HESAP VE ANALİZLERİ
3.1. Yapılan Tasarım Çalışmaları
Çalışmaya kaynak teşkil eden buhar üreticisinin birim zamanda ürettiği buhar miktarı
problemin başlangıç noktasını oluşturmaktadır. Model olarak şekildeki gibi elektrikli bir
ısıtıcı ile çalıştırılan bir çay kazanının çalıştığı süre boyunca ürettiği buharın, kazanın
hemen üst kısmındaki bir buhar kapanı vasıtasıyla alınması gerçekleştirilerek bir
düzenleme seçilmiştir. Böyle bir sistemde rol oynayan parametrelerin başında; ısıtıcının
gücü, dolayısıyla kazandan birim zamanda çıkan su buharı, iç ortamın başlangıçtaki
koşulları (sıcaklık ve bağıl nem değerleri) ve kullanılması düşünülen buhar kapanının
geometrik yapısı ve büyüklüğü gelmektedir. Diğer önemli parametreler ise kapanın
içerisine yerleştirilecek kanatçıkların yapısı ve sayısının yanı sıra kullanılacak FDM
miktarı, yerleştirileceği yer ve özellikleri (Faz değiştirme sıcaklığı (Tm), Faz değiştirme
entalpisi (hm), Özgül ısısı (c) ve ısı iletme yeteneği) olarak sıralanabilirler.
- 4 -
3.1.1. Nem Kaynağının Tanımlanması
Başlangıçta kolaylık olsun diye nem üreteci olarak 20 Litre kapasitesinde ve 2 kW
gücünde bir elektrikli ısıtıcı ile beslenmekte olan ve günde iki defa ikişer saat süre ile
çalışıp kapatılan bir çay kazanı seçilmiştir.
Şekil 3 Çay Kazanı
3.1.2 Buhar Kapanının Tanımlanması
Prizmatik bir geometride tasarlanan buhar kapanı, hem şekil estetiğinin hem de
boyutunun iç ortama uyum sağlaması istenir. Göze hoş gelecek şekilde, sanki oda içindeki
bir eşya gibi görünmelidir. Buhar kapanının girişi, nem kaynağından gelen nemin
kolaylıkla kapan içerisine hapsedecek genişlikte olmalıdır. Sıcak su buharı kapan içerisine
girdikten sonra, soğuk kapan yüzeylerine ve kanatçıklara çarpar ve yoğuşur. Yoğuşan su
buharı sıvı fazında kapan yüzeylerinden ve kanatçıklardan aşağı doğru akmaya başlar.
Yoğuşan suyun dışarıya akmaması için suya yön veren kanallar tasarlanmıştır. Bu sayede
su belli bir noktadan bir hortum vasıtasıyla kontrollü bir şekilde dışarı atılır.
3.1.3 Buhar Kapanı Malzemesi
Kapan malzemesi olarak birçok avantajından dolayı alüminyum kullanılmıştır.
Alüminyum dünyadaki en hafif metallerden biridir. Demirden neredeyse üç kat daha
hafiftir aynı zamanda çok güçlü, son derece esnek ve korozyona karşı dayanıklıdır. Çünkü
yüzeyi her zaman çok ince fakat yine de çok güçlü bir oksit film tabakası ile kaplıdır,
ayrıca FDM ile kimyasal reaksiyona girmez.
- 5 -
Alüminyumun özellikleri arasında paslanma direnci de vardır. Az bir zamanda
oksijenle birleşerek alüminyum oksit (Al2O3) teşkil eder. Alüminyum havada zamanla
oksijenle birleşerek bütün yüzeyi gri renkte alümin tabakası ile örtülür, alüminyumun bu
özelliği, korozyona karşı mukavemetini yükseltmektedir. Oluşan bu oksit tabakası su ile
yıkanma ile çıkartılamaz. Alüminyumun bu özelliği kullanım alanlarını genişletmiştir.
Soğuk şekil değiştirme, korozyon direncini düşürür. Alüminyumun saflık derecesi azaldığı
takdirde de korozyon mukavemeti düşer. Yani yabancı elemanlar korozyon mukavemetini
azaltır.
Şekil 4 Alüminyum Simgesi
3.1.4. Kanatçıklar
Isı değiştiricilerindeki ısı transferini iyileştirme çalışmalarında arzu edilenler; ağırlık
ve boyutta azalmaya imkan sağlamak, ısı transferi miktarını artırmak, akışkanlar arasındaki
ortalama sıcaklık farkını azaltmak ve böylece toplam verimliliği iyileştirmektir. Isı
transferini artırmak için kullanılan yöntemler genellikle genişletilmiş yüzeyleri, yüzeyde
yapılacak birtakım değişiklikleri, akış alanında oluşturulmak istenen türbülansı
içermektedir.
Bugünün teknolojisinde ısı transferi miktarını artırmada yoğun olarak kullanılan
yöntemlerden birisi, genişletilmiş ısı transferi yüzeyleridir (kanatçıklar). Kanatçıklı
(genişletilmiş) yüzeyler, yüzey alanını ve akımın türbülansını artırmak suretiyle taşınımla
ısı ve kütle aktarımını artırırlar.
3.1.5. Faz Değiştiren Maddeler (FDM)
Üretilen buhar ve ısıtıcıdan çıkan ısı kapanının yüzeylerinin sıcaklığını yükseltir.
Kapanın yüzeylerine belirli bölgelerde FDM yerleştirerek kapanın yüzeyinde oluşan ısı
- 6 -
FDM tarafından çekilir böylece kapanın yüzey sıcaklığı düşürülür. Bilindiği gibi yoğuşma
soğuk yüzeylerde daha etkin olur.
Isıl enerji depolama için kullanılan sabit bir faz değiştirme sıcaklığında ortamdaki ısı
enerjisini soğurup yaymak suretiyle ısı regülasyonu sağlayan maddelerdir. Bu tip maddeler
“ Gizli ısı depolayıcı maddeler” olarak da adlandırılırlar.
Tablo 2 Faz Değiştiren Madde Türleri
Bu tasarımda kullanılacak FDM’nin dönüşüm sıcaklığının ortam sıcaklığından
yüksek olması, her türlü mevsim şartlarının dikkate alınması ve kapan malzemesi ile
kimyasal reaksiyona girmemesi gerekir.
Bir malzemenin yüksek gizli ısı (ergime / katılaşma entalpisi) ve uygun faz değişim
sıcaklığına sahip olması cazip bir FDM için en önemli iki parametredir. Bu iki özellik bir
malzemenin temel termo-fiziksel özelliklerinin sınırlarını belirler. Bu iki temel özelliğin
dışında, herhangi bir özel uygulamada kullanılacak FDM’nin seçiminde maddenin sahip
olduğu termo-fiziksel, kimyasal ve ekonomik özellikler dikkate alınmıştır.
Günümüzde termal enerji depolamada kullanılmak üzere yeni maddelerin
araştırılmasına yönelik yürütülen çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Ancak, bu çalışmalar
- 7 -
haricinde mevcut FDM'ler kullanılarak uygulamaya yönelik çalışmalar da malzemelerin
kullanım alanlarının genişletilmesi için yürütülmektedir.
3.2. Yapılan Hesaplamalar
3.2.1 Kütlenin Korunumu Denklemleri
Akışkanlar mekaniğinin temel yasalarından bir tanesi kütlenin korunumu yasasıdır.
Bu yasa termodinamikten bilinen ‘‘ açık sistem ’’ in karşılığı olan bir denetim hacmi için
yazılmıştır. Bilindiği gibi kapalı sistem için giriş ya da çıkış söz konusu değildir. Denetim
hacmi bir miktar kütle kaybetmesine rağmen sınırları sabit kalır. Fakat FDM’ siz buhar
kapanı analizi yaparken denetim hacmi içerisinde yoğunluk ( ) sabit olarak kabul ettik.
Kütle dengesi
(1.1)
denetim yüzeyi üzerinde basitleştirme yapılarak
(1.2)
en sade şekilde denklemimiz (Denetim hacmi içerisindeki üniform olsun.)
(1.3)
denetim yüzeyine giren kütlesel debi buharın kütlesel debisine sabit kabul edilir.
(1.4)
Denetim yüzeyinden çıkan kütlesel debi ise yoğuşan maddenin kütlesel debisine
eşittir.
(1.5)
Hava ve buhar karışımının yoğunluk denklemi ise
(1.6)
denklem 1.6’ nın zamana bağlı türevi alınırsa
(1.7)
- 8 -
denklem 1.7’nin kısmi türevi alınarak
(1.8)
(1.9)
Denklem 1.9 havanın kütlesel debisinin zamana bağlı türevi ihmal edilerek denklemimiz
en basit halde
(1.10)
denklem 1.10’ un denetim hacmine göre integral alınırsa
(1.11)
Denklemimiz en sade haliyle
(1.12)
denklem 1.12’ nin kısmi türevi alınarak
(1.13)
elde edilir.
İçerdeki havanın özgül neminin değişmekte olduğuna dikkat edilir. Denklem,
başlangıçtaki geçici rejim halini temsil etmekte olup;
olduğunda erişilen sürekli rejim haline karşılık gelen şartlar, enerji denklemi de
kullanılarak belirlenebilir.
- 9 -
3.2.2. Enerjinin Korunumu Denklemleri
Kapalı sistemler için enerjinin korunumu ilkesi veya termodinamiğin birinci yasası
olarak bilinen Q – W = ifadesi açık sistemlerdeki kütle giriş çıkışı ile olan enerji giriş
çıkışını da içerecek şekilde geliştirilebilir. Buna göre genel bir kontrol hacmi için enerjinin
korunumu ilkesi matematiksel olarak;
Q –W + =
(2.1)
elde edilir.
(2.2)
Sisteme giren ısı, iş, metalpi denklemleri şu şekildedir
(2.3)
Sisteme giren ısı miktarı, sistemde yapılan iş başlangıçta sıfır kabul edilir. Isıtıcının
ürettiği buhar sisteme girmektedir. Sistemin en genel hali
(2.4)
başlangıçta. Sistemden çıkan ısı, iş ve metalpi denklemi
(2.5)
Sistemden çıkarken yapılan iş sıfır kabul edilir ve bu şekilde
(2.6)
: Kapan yüzeyinin sıcaklığı ( )
: Ortam sıcaklığı ( )
elde edilir.
Sistemin toplam enerjisindeki değişim toplam enerjiyi oluşturan biçimler cinsinden
şöyle ifade edilir
(2.7)
toplam enerji kısmi türevler cinsinden ifade edilir ise
- 10 -
(2.8)
Uygulamada karşılaşılan sistemler için çoğunlukla ve değişimleri göz ardı
edilebilir. Bu durumda birinci yasa şu şekilde düzenlenebilir
(2.9)
Kısmi türevler cinsinden sisteme giren enerji ve sistemden çıkan enerji denetim
hacminde oluşan iç enerjiye eşittir. Matematiksel olarak
(2.10)
elde edilir.
3.2.3. Gerekli Olan FDM Kütle Hesabı
=
=
Laurik Asit
Gizli Isıs (h) = 147
Tablo 3 Gerekli Laurik Asit Kütlesi (kg)
Delta t (s)
Wel (watt) 3600 7200 10800
1000 20,22472 kg 40,44944 kg 60,6741573 kg
2000 40,44944 kg 80,89888 kg 121,348315 kg
3000 60,67416 kg 121,3483 kg 182,022472 kg
- 11 -
Na₂CO₃.10H₂O
Gizli Isıs (h) = 247
Tablo 4 Gerekli Na₂CO₃.10H₂O Kütlesi (kg)
Delta t (s)
Wel (watt) 3600 7200 10800
1000 14,5749 kg 29,1498 kg 43,7247 kg
2000 29,1498 kg 58,2996 kg 87,44939 kg
3000 43,7247 kg 87,44939 kg 131,1741 kg
CH₃COONa₃.H₂O
Gizli Isıs (h) = 290
Tablo 5 Gerekli CH₃COONa₃.H₂O Kütlesi (kg)
Delta t (s)
Wel (watt) 3600 7200 10800
1000 12,41379 kg 24,82759 kg 37,24138 kg
2000 24,82759 kg 49,65517 kg 74,48276 kg
3000 37,24138 kg 74,48276 kg 111,7241 kg
Gerekli işlemler yapılarak tasarım için ideal FDM kütleleri bulunmuştur. En uygun
FDM kütlesi hesaplamalara göre CH₃COONa₃.H₂O dur. FDM seçilirken faz değiştirme
sıcaklığı ortam sıcaklığının 5 - 10 üstünde olan faz değiştiren madde seçilmiştir
4.ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ
Büroda, atölyede veya evde uygun değer oda iklimi, insanların kendini iyi hissetmesi
ve sağlıklı olması için temel ön koşuldur. Ayrıca insana kendini “iyi hissettiren bir oda
iklimi”, aynı zamanda üretkenliği arttırır ve işyerinde hasta çalışan sayısını azaltmaya
faydalı olur.
- 12 -
% 40 ila %60 arasındaki bağıl nemde 20 ila 22 °C’lik bir iklim aralığında kendimizi
en iyi şekilde hissederiz. Bu değerlerin dışındaki iklim değerleri, çoğu insan tarafından
rahatsız edici bulunur. Gerektiğinden fazla nemin insan sağlığına olumsuz etkileri
böyleyken, üstüne üstlük birde nem kaynağından çıkan su buharının ortama direkt olarak
aktarılmasını ve ortam konforunu bozmasını istemeyiz. Buhar kapanı projesinde üretilen
nem dış ortama aktarılmadan kaynağında yoğuşturulur ve dış ortamın konforunun
bozulmasına izin vermez.
Ayrıca çok yüksek nem nedeniyle çeşitli hasarlar oluşabilir. İlk anlaşılan uyarı işareti
çoğunlukla nemli giysiler, küf kokusu ve duvarların lekelenmesi ve açıktaki gıdaların
küflenmesidir. Günlük yaşamda, ocakta pişen yemeğin, çayın vb. gibi dış ortama su buharı
aktarımı yapılan birçok durumla karşılaşırız. Üretilen nemin iç ortamdan uzaklaştırılması,
aspiratörler ve çevreye açılan bacalarla da yapılabilir ancak bacaların yapımı bina inşa
sürecinde iken yapılması gerekir ve fazladan maliyet de gerektirir. Öğretmenler odası gibi
üretilen nemin dış ortama aktarılması için baca tesisatı önceden tasarlanmayan mekanlarda
baca tesisatı yapmak oldukça uzun uğraş ve maliyet gerektirir. Buhar kapanı ile bu
problem giderilir. Ayrıca üretilen nemi çekmek için güç kaynağına bağlı aspiratör
kullanılır ve bu da fazladan maliyet ve ortamda gürültüye neden olur. Buhar kapanında ise
yalnızca ilk yatırım maliyeti vardır. Ayrıca asla ses çıkarmaz ve çok uzun süre verimli bir
şekilde çalışır.
5. MALİYET HESABI
5.1. ALÜMİNYUM SAC LEVHA
Tablo 6 Maliyet Analizi Çizelgesi
MALZEME MALİYET
Alüminyum Sac 1.50mm 1250 X 2500 280 TL
Alüminyum Sac 1.00mm 1000 X 1000 60 TL
İşçilik Ücreti 500 TL
TOPLAM 8400 TL
5.2. FAZ DEĞİŞTİREN MADDE
MALZEME MALİYET
Laurik Asit 1 Kg 75 TL
TOPLAM 75 TL
- 13 -
6. SONUÇLAR
Kapan malzemesi olarak gerek mukavemet özellikleri gerekse maliyet açısından
alüminyum seçilmiştir. Isı transferini arttırmak için kapan içerisine alüminyumdan
yapılmış kanatçıklar yerleştirilmiştir. Faz değiştiren madde olarak,3 çeşit FDM örneği
seçilmiştir. Bunlar Laurik asit, Na₂CO₃.10H₂O, CH₃COONa₃.H₂O’ dur. Gerekli işlemler
yapılarak tasarım için ideal FDM kütleleri bulunmuştur. En uygun FDM kütlesi
hesaplamalara göre CH₃COONa₃.H₂O dur. FDM seçilirken faz değiştirme sıcaklığı ortam
sıcaklığının 5 - 10 üstünde olan faz değiştiren madde seçilmiştir. Sistemin matematiksel
modeli termodinamik yasalarından faydalanılarak elde edilmiştir. Gerektiğinden fazla
nemin insan sağlığına olumsuz etkileri irdelenmiştir. Buhar kapanının teknik resmi çizilip,
boyutları ve geometrisi belirlenmiştir.2020 Bahar yarıyılında meydana gelen Covid-19
pandemisi nedeniyle deneysel çalışmalar ve tasarımın ortaya koyulması yarıda kalmış olup
tasarım teorik olarak ortaya konmuştur.
- 14 -
7. KAYNAKLAR
1. Çengel YA. Heat Transfer A Pactical Approach, Second Edition, ISBN 0-07-
1151508,McGraw-Hill,2003,New York
2. Faz Değişim Malzemeleri ve Isı Enerjisinin Depolanması, İstanbul Sanayi Odas-İstanbul
Teknik Üniversitesi Doktora/Yüksek Lisans Tezlerine Sanayi Desteği Projesi
3. Faz Değişim Yoluyla Isıl Enerjinin Depolanması ve Bu Alanda Yapılan Çalışmalar,
Prof. DR. AHMET SARI, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya
Bölümü
4. https://www.metalurjimalzeme.net/aluminyum-nedir/
5. Incropera FP ,DeWitt DP,Introduction to Heat Transfer , Fourt Edition, ISBN 0-471-
38649-9,Wiley,2002, NY
6. Lane,G, ,Latent heat materials,Volume 1,CRC Press,Boca Raton, 1983, Florida
7. Akışkanlar Mekaniği: Temelleri ve Uygulamaları 3’üncü Baskıdan Çeviri Yunus A.
Cengel, John M. Cimbala McGraw-Hill, 2014
- 15 -
8. EKLER
8.1.EK-1 Bazı yağ asidi ve tuzlarının erime sıcaklıkları, yoğunlukları ve termal
özellikleri
FDM Erime
sıcaklığı
(oC)
Gizli ısı
(kJ/kg)
Isıl İletkenlik
(W/mK)
Yoğunluk
(kg/m2)
Propilpalmiat 10 186 _ _
İzopropilpalmiat 11
100
_
_
Oleik asit 13,5-16,3 _ 0,1886 72,5C
0,178390C
86360C
İzopropilstearat 14-19 140-142 _ _
Kaprilik asit 16-16,3 148-149 0,14939C
0,14567,7C
0,14820C
90130C
86280C 98113C
103310C
Butilstearat 19 123-140-203 _ _
Vinilstearat 17-29 122 _ _
Metil palmitat 29 205 _ _
Kaprik asit 32-31,5 152,7-153 0,15338,5C
0,15255,5C
0,14940C
87845C
88640C
100424C
Metil-12-
hidroksi-stearat
42-43 120-126 _ _
Laurik asit 42-44 178 0,192172,5C
0,185290C
86260C
100724C
Miristik asit 49-51
54
205-187 _ 86155C
84480C
Palmitik asit 64-61 185,4-203,4 0,16268,4C
0,15980,1C
85065C
84780C
Stearik asit 69
61-60
202,5
186
0,17270C
84870C
96524C
- 16 -
8.1.EK-2 Bazı yaygın tuz hidratlarının erime sıcaklıkları, yoğunlukları ve termal
özellikleri
FDM Erime
sıcaklığı
(oC)
Yoğunluk
(kg/m3)
Isıl
iletkenlik
(W/mK)
Gizli ısı
(kJ/kg)
Erime
davranışı
KF.4H2O 18 - - 330 Düzenli
K2HO4.4H2O 18,5 1447(20 oC)
1455(18 oC)
1480(6 oC)
- 231 -
CaCl2.6H2O 29-30 1562(32 oC)
1802(24 oC)
0,561(61,2 oC)
1,008(23 oC)
170-192 Düzensiz
LiNO3.3H2O 30 - - 189-296 Düzenli
Na2SO4.10H2O 32 1485(24 oC) 0,544 251-254 Düzensiz
Na2CO3.10H2O 33-36 1442 - 247 Düzensiz
Na2HPO4.12H2O 35 1522 - 256-281 Düzensiz
Zn(NO3)2.6H2O 36 1828 (36 oC)
1937 (24 oC)
2065 (14 oC)
0,464(39,9 oC)
0,469 (61,2 oC)
134-147 Düzenli
K3PO4.7H2O 45 - - 145 -
Na2S2O3.5H2O 48 1600 - 209 -
CH3COONa.3H2O 58 - - 270-290 Düzensiz
Ba(OH)2.8H2O 78 1937 (87 oC)
2070 (24 oC)
2180
0,653 (85,7 oC)
0,678 (98,2 oC)
1,25 5 (23 oC)
265-280 Düzenli
Sr(OH)2.8H2O 89 - - 370 Düzensiz
Mg(NO3)2.6H2O 89-90 1550 (94 oC)
1636 (25 oC)
0,490 (95 oC)
0,502 (110 oC)
0,611 (37 oC)
0,699 (55,6 oC)
162-167 Düzenli
(NH4)Al(SO4).6H2O 95 - - 269 -
9
90
90
AŞA
ĞI 2
0° R
2
8.1 EK 3
500 30
AŞAĞI ° R 2
AŞAĞI ° R 2
AŞAĞI 0° R 2
685
Çizen
Adı Soyadı Tarih Adet Malzeme
Sınıf-No
Kontrol
Ölçek
1:15
Buhar Kapanı Sac
Plaka Görünümü
- 17 -
KTÜ MF Makine
Mühendisliği Bölümü
455
155
AŞA
ĞI 6
9° R
2
AŞA
ĞI 2
0° R
2
AŞA
ĞI 2
0° R
2
AŞA
ĞI 2
0° R
2
800
2600
8.1 EK 4
KESİT A-A
800
A A
Çizen
Adı Soyadı Tarih Adet Malzeme
Sınıf-No
Kontrol
Ölçek
1:20
Buhar Kapanı
- 18 -
KTÜ MF Makine
Mühendisliği Bölümü