Farklı malzemelerden imal edilmiş plakalı ısı değiştiricilerinin atık ısı geri kazanım performanslarının deneysel analizi

Abstract

Sanayinin bir çok alanında kullanılan sıvı ve gaz, proses tamamladıktan sonra yüksek miktarda enerji barındırdığı halde atıl duruma gelmektedir. Isı boruları, ısı değiştiricileri, atık ısı kazanları gibi ekipmanlardan yararlanılarak bu atıl enerjinin geri kazanılması mümkündür. Böylece aynı miktarda enerji girdisinden daha fazla verim alınarak ekonomiye katkı sağlanacak, çevre kirliliği azaltılacak ve ekolojik denge korunarak büyük kazanım elde edilecektir. Bu çalışmada; çapraz akımlı plakalı ısı değiştiricisi kullanılarak havadan havaya ısı geçişini sağlayacak bir ısı geri kazanım cihazı tasarlanmış ve imal edilmiştir. İç ortamdan alınan kirli ve yüksek sıcaklığa sahip egzoz havası ile dış ortamdan alınan temiz ve düşük sıcaklığa sahip taze hava, plakalar arasından geçirilerek taze havanın sıcaklığının yükselmesi sağlanır. Bu amaçla alüminyum, polimer ve selülozik olmak üzere üç farklı malzemeden imal edilmiş ısı değiştiricileri temin edilmiş; hava hızı, taze hava ve egzoz havası giriş sıcaklıkları çalışma parametreleri olarak belirlenmiştir. Yapılan deneyler sonucu taze hava ve egzoz havası çıkış sıcaklıkları elde edilmiş, bu değerler kullanılarak ısıl hesaplamalar yapılmıştır. Ayrıca Taguchi deney tasarımı yöntemi kullanılarak ısıl etkenlik üzerinde etkisi olan parametreler, bunların etki dereceleri ve parametrelerin birbirleriyle etkileşimleri incelenmiştir. Analizler için Minitab (Release 16) istatistiksel yazılım programından faydalanılmıştır. Böylelikle sonuçların yorumlanması istatistiksel analizler ile desteklenmiştir. Bu analizlerde etkenlik değeri üzerindeki en etkili faktörün hava hızı olduğu ve faktörler arasında belirli bir etkileşim olmadığı sonucuna varılmıştır. Tüm ısı değiştiricilerinde en iyi ısıl performansın; taze hava giriş sıcaklığının birinci düzeyi olan 0°C, hava hızının birinci düzeyi olan 1,2 m/s ve egzoz havası giriş sıcaklığının ikinci düzeyi olan 40°C seçildiğinde elde edildiği tespit edilmiştir. Selülozik ısı değiştiricinin polimer ve alüminyum ısı değiştiricilerine göre tüm parametre değerlerinde çok daha iyi sonuç verdiği görülmüştür.

After completing their process, industrial liquids and gases comes idle state although that contain high amount of heat energy. Waste heat recovery can be carried out by using of equipments such as heat pipes, heat exchangers and waste heat boilers. In this way, much more efficiency will be obtained using with the same amount of energy input and also environmental pollution will be reduced and ecological balance will be maintained. In this study; a heat recovery device was designed and manufactured to provide air to air heat transfer using cross-flow plate heat exchanger. The low temperature clean and fresh air was taken from the external environment and the high temperature exhaust air was obtained from the internal environment. The aim is; heating the fresh air when these air passing through the plates. Therefore, heat exchangers made from three different materials as aluminum, polymer and cellulosic are supplied. Air speed, fresh air and exhaust air inlet temperatures were defined as operating parameters. As a result of these experiments, fresh air and exhaust air outlet temperatures were obtained and also thermal calculations were conducted with using these values. Parameters having an effect on thermal efficiency, the degrees of influence of these parameters and their interactions were examined with using Taguchi experimental design method. For these analysis Minitab (Release 16) statistical software was used. Thereby the interpretation of results was supported by statistical analysis. Analysis results have shown that; the most effective factor on the efficiency value is the air speed and there is no specific interaction between factors. The best thermal performances were achieved for all heat exchangers when fresh air inlet temperature 0 °C, air velocity 1,2 m/s and exhaust air inlet temperature 40 °C was selected. It was noticed that cellulosic heat exchanger compared to the other heat exchangers give much better results for all parameter values.