Isı Eşanjörü Alan Hesabı (Ön Hesap)

Eşanjör alanı nasıl hesaplanır?

Bir ısı eşanjörünün aktardığı ısı üç şeye bağlıdır: yüzey alanı, iki akışkan arasındaki ortalama sıcaklık farkı ve ısının yüzeyden ne kadar kolay geçtiği. Bağıntı şudur:

Q = U × A × F × ΔT_lm

• Q aktarılacak ısıl güç (W).
• U toplam ısı geçiş katsayısı (W/(m²·K)): iki taraftaki taşınım, cidar iletimi ve kirlenmenin birleşik etkisi.
• ΔT_lm logaritmik ortalama sıcaklık farkı, F akış düzeni düzeltme çarpanı (karşıt ve paralel akışta 1).

Alan buradan A = Q / (U × F × ΔT_lm) olarak çıkar.

Isı yükü nereden gelir?

Yük çoğu zaman akışkanlardan birinin ısınması ya da soğumasından bulunur: Q = ṁ × c_p × ΔT. Saniyede 1.2 kg suyu 20 °C sıcaklıktan 80 °C sıcaklığa ısıtmak için 1.2 × 4.18 × 60 = 301 kW gerekir.

Örnek

Bu 301 kW, 160 °C sıcaklıkta girip 125 °C sıcaklıkta çıkan jeotermal suyla karşıt akışlı bir eşanjörde verilecek olsun. Uç farkları 80 K ve 105 K, logaritmik ortalama 92 K olur. U değeri 640 W/(m²·K) alınırsa gereken alan 301 000 / (640 × 92) = 5.11 m² çıkar.

U değeri ve kirlenme

U değeri hesabın en zayıf halkasıdır. Aynı iki akışkan için bile akış hızı ve eşanjör tipi U değerini birkaç katına çıkarabilir. Bu yüzden araç değer önermez, yalnız yardım metninde kaba aralıklar verir.

Eşanjör yüzeyi zamanla kireç, pas ve tortu tutar. Bu etki bir kirlilik direnciyle hesaba katılır: 1 / U_k = 1 / U + R_f. U değeri yüksek eşanjörlerde küçük bir kirlilik direnci bile alanı belirgin biçimde büyütür.

Sınırlar

Bu bir ön hesaptır. Gerçek tasarımda U değeri iki taraftaki ısı taşınım katsayılarından hesaplanır, basınç kayıpları denetlenir ve mekanik tasarım standarda göre yapılır. Çıkış sıcaklıkları bilinmiyorsa LMTD yerine etkenlik ve NTU yöntemi gerekir.