BAŞKENT ÜNİVERSİTESİMAKİNE

MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MAK – 402 MAKİNEMÜHENDİSLİĞİLABORATUVARI

DENEY - 5 PSİKROMETRİK İŞLEMLERDEENERJİ VEKÜTLE DENGESİ

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MAK 402 – MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY-6

PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE KÜTLE VE ENERJİ DENGESİ

TEORİ:

1. Tanımlar: Kuru Termometre Sıcaklığı (Tkt): Kuru termometre sıcaklığı, normal bir termometreyle ya da bir ısıl çift ile ölçülebilir. Kuru termometre sıcaklığı bize havanın nem oranı hakkında bir bilgi vermez.

Yaş Termometre Sıcaklığı (Tyt): Yaş termometre sıcaklığını ölçmek için sıcaklık ölçerin sıcaklığı algılayan kısmının ıslak olması gerekir. Yaş termometre sıcaklığı, havanın içerdiği nem miktarı hakkında bilgi verir. Bu nem miktarı, bağıl nem (φ ) veya nem oranı (w) şeklinde ifade edilebilir. Pratikte yaş termometre sıcaklığının adiyabatik doyma sıcaklığına eşit olduğu kabul edilir. Tkt = T* Psikrometrik Diyagram: Psikrometrik diyagramlar, kuru termometre sıcaklığı, yaş termometre sıcaklığı, bağıl nem, nem oranı ve entalpi arasındaki ilişkinin grafiksel olarak verildiği diyagramlardır. Bağıl Nem (φ ) ve Nem oranı (w): Bağıl Nem (φ ) ve Nem oranı (w) bağıntıları aşağıdaki

bağıntılarla tanımlanır;

w

ws

PP

φ =

Burada;

wP = T sıcaklığındaki havadaki kısmi su buhar basıncı

wsP = T sıcaklığında havada bulunan suyun, aynı sıcaklıktaki doyma basıncı

Nem oranı ise w

a

mwm

=

Burada;

mw = Nemli hava içindeki su buharının kütlesi

ma = Nemli hava içindeki kuru havanın kütlesi

Kuru hava ve su buharı için, ideal gaz bağıntılarını kullanırsak aşağıdaki bağıntıyı elde

ederiz.

0.622 0.622( )

w w

a w

P PwP P

= =− P

Belirli bir P basıncında ve T sıcaklığında bulunan havanın nem oranı aşağıdaki denklem

kullanılarak bulunabilir. ( Bu denklemin kullanılabilmesi için T* değerinin biliniyor olması

gerekir)

* * *

*

( )s fg paw h c T Tw

− −=

−g fh h

T, T* = Kuru ve yaş termometre sıcaklıkları (° C)

hf* = T* sıcaklığındaki sıvı suyun entalpisi (kJ/kgw)

hg = T sıcaklığındaki su buharının entalpisi (kJ/kgw)

hfg* = (hg-hf) (kJ/kgw) , T* sıcaklığındaki suyun buharlaşma entalpisi

Pws* = T* sıcaklığındaki suyun doyma basıncı (kPa),

cpa = Kuru havanın özgül ısısı (1.0035 kJ/kga)

Burada “*”, özelliklerin adiyabatik doyma sıcaklığı (Yaş termometre sıcaklığı) olan,

T* sıcaklığında hesaplandığını belirtmektedir.

Entalpi (h):

Nemli havanın entalpi değeri psikometrik tablolardan alınabilir ya da aşağıdaki formülden

hesaplanabilir;

@0( )pa pw g Ch c c w T h °= + + w

2. Psikrometrik İşlemler:

a.) Duyulur Isıtma ve Soğutma (Qs):

Duyulur ısıtma ve soğutma işlemlerinde havadan enerji alınır yada havaya enerji verilir. Bu

işleme tabi tutulan havanın kuru termometre, yaş termometre, bağıl nem ve entalpi değerleri

değişir fakat barındırdığı su buharı miktarında bir değişiklik meydana gelmez, yani nem oranı

(w) sabit kalır.

b.) Nemlendirme ve Nem Alma:

Havaya su buharı ekleme işlemine nemlendirme denir. Nemlendirme işlemi sonucunda

nem oranı, bağıl nem, yaş termometre sıcaklığı ve entalpi değerleri artar. Kuru termometre

sıcaklığında ise çok küçük bir değişim olur ya da sabit kalır.

Nemlendirme işleminin tersi olan havadaki nemi azaltma işlemine ise nem alma denir.

Havanın nemini azaltmak için çeşitli kurutucu (nem tutucu) maddeler kullanılabilir veya yaş

hava, kendi çiğ noktası sıcaklığının altına soğutulur.

c.) Isıtma ve Nemlendirme İşlemleri ya da Soğutma ve Nem Alma İşlemleri:

1-6: Isıtma ve nemlendirme (kış mevsiminde sıkça olur)

1-7: Isıtma ve nem alma (kurutucu bir madde kullanarak)

1-8: Soğutma ve nemlendirme

1-9: Soğutma ve nem alma (yaz mevsiminde sıkça olur)

1-9’: Soğutma ve nem alma (teorik olarak)

3. Kütle ve Enerji Dengeleri:

Süreklilik denklemlerinden;

1) Kuru hava için a2a1a mmm &&& ==

2) Su buharı için 22aw11a wmmwm ⋅=+⋅ &&& ( =havanın kütlesel debisi, kg/s) .

am

3) Termodinamiğin birinci kanunundan 22aww11a hmQhmhm ⋅=+⋅+⋅ &&&&

duyulur ısıtma ve soğutma için sıfır (su buharı kütlesel debisi, kg/s) nem alma işlemi sırasında yoğuşan su miktarı (-)

nemlendirme sırasında havaya verilen su buharı miktarı (+)wm

⎧⎪= ⊕⎨⎪⎩

&

o

g

f 2

h , nemlendirme sırasında su buharı sıcaklığında (96 C)

h , nem alma işlemi sırasında, T sıcaklığındawh⎧⎪= ⎨⎪⎩

=Q& Isı transferi, ısıtma için (+), soğutma için (-).

Not: Ankara’da suyun kaynama noktası 96 oC’dir.

4. Soğutma Çevrimi:

Deney düzeneğinde bulunan buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimi, hava koşullandırma

cihazından geçen havayı soğutmamızı sağlamaktadır. Soğutma çevrimi evaporatör (buharlaştırıcı), Kondenser (yoğuşturucu), kılcal boru ve kompresörden oluşmaktadır. Evaporatör hava koşullandırma cihazının içine yerleştirilmiştir. Evaporatör yüzey sıcaklığı -20 °C gibi düşük sıcaklıklara ulaştığı için, Evaporatör üzerinden geçen havadan evaporatöre ısı transferi olmakta ve hava soğumaktadır. Çiğ noktası sıcaklığının altına düşen yaş hava burada bir kısım nemini bırakmaktadır.

2 1

Kılcal Boru Kompresör

Evaporatör

Kondenser

3

Kondenser

4

Soğutma çevrimine ait P-v ve T-s diyagramları aşağıdaki gibidir.

s

GİRİŞ

İklimlendirme cihazlarının genel amacı havanın nem ve sıcaklığını istenilen değere ulaştırmaktır.

İklimlendirme cihazları amaçlarına göre ikiye ayrılırlar;

• Konfor için iklimlendirme: Öncelikli amacı, insan konforu için havayı koşullandırmaktır.

• Endüstriyel yerler için iklimlendirme: Öncelikli amacı, üretim alanlarında, uygun çalışma ve işlem koşullarının oluşması için havanın istenilen nem ve sıcaklıkta sağlanmasıdır.

ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning

Engineers) tarafından belirlenmiş olan standarda göre konfor koşulları aşağıdaki gibidir; * Kış için 20 – 23 KT ( Kuru termometre sıcaklığı ) ve o C (50 20)%± bağıl nem * Yaz için 24 – 27 KT ( Kuru termometre sıcaklığı ) ve o C (50 20)%± bağıl nem

Deneyimizde kullanacağımız iklimlendirme cihazı ile dış ortamdan alınan hava

üzerinde bazı psikrometrik işlemler gerçekleştirilecektir. Bu işlemler sırası ile dış ortamdan alınan havanın duyulur ısıtılması, ikinci olarak nemlendirilmesi, üçüncü olarak soğutulması ve neminin alınması, en son olarak da tekrar duyulur ısıstılmasıdır. Beş bölgeden alınacak yaş ve kuru termometre sıcaklıkları kullanılarak bu bölgelerdeki nem oranı, bağıl nem ve entalpi değerleri belirlenecektir. Her psikrometrik işlem için kütle ve enerji dengeleri yapılacaktır.

AMAÇ: Bir iklimlendirme cihazı kullanarak psikometrik işlemleri incelemek. Bu işlemler,

ısıtma, soğutma, nemlendirme ve nem alma işlemleridir. DENEY DÜZENEĞİ:

1) İlk ısıtıcılar: Giren havayı ısıtmak için (Duyulur ısıtma). 2) Buhar Kazanı: Nemlendirmek için gerekli olan buharı sağlar. Kazanın içindeki

suya daldırılmış iki elektrikli ısıtıcının çalışması ile buhar elde edilir. İklimlendirme cihazı üzerinde bulunan (üstte) 2 numaralı kısımdan buhar cihaz içinden geçen havaya aktarılır.

3) Evaporatör: Soğutma çevriminin bir elemanıdır ve üzerinden geçen havayı soğutur.

4) Son ısıtıcılar: Soğutulmuş havayı ortama vermeden önce, eğer ihtiyaç var ise tekrar ısıtır (duyulur ısıtma).

5) Kompresör – Kılcal Boru – Kondenser Ünitesi: Soğutma çevriminin evaporatör dışındaki elemanları.

6) Isıl çiftler: Kuru ve yaş termometre sıcaklıklarını ölçmek için kullanılırlar.

DENEY PROSEDÜRÜ:

1) Bütün kuru ve yaş termometreler kontrol edilmeli. Hepsinin aynı değeri gösterdiğinden emin olunmalı.

2) Buhar kazanı çalıştırılmalı, sıcaklık 96 °C’ye gelene kadar beklenmeli ve daha sonra buhar kazanı kapatılmalı.

3) Dış ortamdan alınan taze havanın istenilen nem ve sıcaklık değerlerinde iç ortama sağlanması için gereken işlemleri sıralı bir şekilde gerçekleştirilmeli.

4) Deneye başlarken hava akışını sağlayacak fan açılmalı.

İklimlendirme cihazına giren taze havada (dış ortamdan alınan hava), ilk ısıtıcılar kullanılarak duyulur ısıtma sağlanacak, ilk ısıtıcılardan sonra, buhar kazanından gelen buhar havaya enjekte edilecek ve havadaki nem miktarı arttırılacak, üçüncü aşamada hava evaporatör üzerinden geçirilerek soğutma ve nem alma işlemleri gerçekleştirilecek, en son aşamada ise hava, son ısıtıcılar üzerinden geçirilerek tekrar duyulur ısıtma sağlanacaktır. Isıl çiftler ile ölçülecek sıcaklıklar veri toplama sistemi kullanılarak izlenebilecek ve kaydedilecektir. HESAPLAMALAR

Veri Tablosu

Kuru Termometre Sıcaklığı (°C) Yaş Termometre Sıcaklığı (°C)

1

2

3

4

5

İlk ısıtıcılardaki enerji girdisi : 1.2 kW Son ısıtıcılardaki enerji girdisi : 1.2 kW Kazan ısıtıcıları : 1.6 x 2 kW Kazan Alanı : 0.2 m x 0.4 m Çevre sıcaklığı : ...................° C Atmosferik Basınç : ................... mmHg Hava hızı : ................... m/s Ölçüm Zamanı :............................. sec Kazandaki Su Seviyesi Değişikliği :............................. mm Nem miktarı :............................ ml Kanal Alanı = 0.12 m2

1. Bölüm: Psikrometrik işlemleri psikrometrik diyagram üzerinde gösteriniz. 2. Bölüm: entalpi (h), nem oranı (w) ve bağıl nemin (Φ) psikrometrik diyagram ve denklemlerden bularak bağıl hataları tespit ediniz.

Psikrometrik Diyagramdan Denklemlerden Hatalar (%)

Kısım Tkt (°C)

Tyt (°C)

h w Φ h w Φ h w Φ

1

2

3

4

5

3. Bölüm: Her kısımdaki psikrometrik işlemler için kütle ve enerji transferlerini bulunuz ve karşılaştırınız.

Hatalar (%)

Kısımlar İşlemler

ölçülenQ& ( )w ölçülen teorikQ& wm&m&

1_2 Duyulur Isıtma -- -- --

( )w teorikm& Q&

Hatalar

2_3 Nemlendirme -- -- --

3_4 Soğutma ve Nem Alma -- --

4_5 Duyulur Isıtma -- -- --

Gerçek ÖlçülenHata 100Gerçek

−= ×

=am& …………… kg/s

Deney Raporu: Deney raporları aşağıdaki içeriğe uygun olarak hazırlanmalıdır. İçerik:

1- Kapak Sayfası 2- Ölçümler 3- Hesaplamalar 4- Grafikler 5- Sonuç ve Yorumlar

Not: Laboratuara gelirken aşağıdaki malzemeleri yanınızda bulundurmanız gerekmektedir.

1- Deney föyü 2- Hesap makinesi 3- Isı transferi ders kitabı

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

MAK 402 – MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY-6

PSİKROMETRİK İŞLEMLERDE KÜTLE VE ENERJİ DENGESİ

Ad Soyad : ………………………………

Öğrenci No : ………………………………

Tarih : ………………………………

Hesaplamalar: 2. Bölüm:

3. Bölüm: