Su debisi ve boru çapı hesapları detaylı olarak incelenmiştir. Sıcak sulu ısıtma sistemleri, günümüzde bireysel ve bölgesel konut ısıtmasında, fabrika ve atölye, sera ısıtmasında, jeotermal enerjinin kullanıldığı ısıtma sistemlerinde kullanılmaktadır.
Su Debisi Hesabı
Isıtma sisteminde ihtiyaç duyulan su debisi, ısıtma sistemini oluşturan boru sisteminin boyutlandırılmasında (boru çaplarının belirlenmesinde) bilinmesi gereken ilk parametredir. Borudaki akışkan hızı, basınç düşümü gibi diğer parametreler de tespit edildiğinde boru çapları belirlenebilir. Su debisi, ısıtma sistemindeki ısı ihtiyacı ve gidiş-dönüş su sıcaklıkları belirlendiğinde Denklem 1.1 den hesaplanır;
m= Q / (ρ×Cp×ΔT) [m³/s] Denklem 1.1
burada;
m [m³/s] : Su debisi
Q [kW] : Isı ihtiyacı
ρ [kg/m³] : Suyun özkütlesi (Tablo 1.1)
Cp [kJ/kg.°C] : Suyun özgül ısısı (Tablo 1.1)
ΔT [°C] : Gidiş-dönüş borusu arasındaki sıcaklık farkı
Örnek-1.1:
Isıtma ihtiyacı 1000 kW ve ısıtma sistemi gidiş sıcaklığı 90°C ve ısıtma sistemi dönüş sıcaklığı 70°C olan bir seranın ısıtma su ihtiyacı;
m= 1000/(972×4.198×20) =0,0123 [m³/s]=0,0123×3600=44,1[m³/h]
NOT: Suyun özkütlesi ve özgül ısısı gidiş-dönüş ortalama sıcaklığına göre (80°C) Tablo 1.1 den bulunan değerlerdir.
Boru Çapı Hesabı
Isıtma sisteminde ihtiyaç duyulan su debisi hesaplandıktan sonra, sistemi oluşturan boru çaplarının belirlenmesi aşağıdaki hesaplama basamakları izlenerek tayin edilir.
Bernoulli Prensibine göre, akışın oluşabilmesi için A Noktasında, B Noktasından daha fazla enerji olması gerekir. (Şekil 1.1) Bu enerji farkı, borudaki akışkan ile boru iç cidarı arasındaki sürtünme direncini yenmek için kullanılır.
Şekil 1.1 – Bernoulli Prensibi
Akışkanın toplam enerjisinin değişimi basınç düşümü hf (m) olarak açıklanır. Basınç düşümü aşağıdaki parametrelere bağlıdır.
L [m] : Boru uzunluğu
D [m] : Boru iç çapı
V [m/s] : Borudaki ortalama akışkan hızı
μ [Pa.s] : Akışkanın dinamik viskozitesi
ρ [kg/m3] : Akışkanın yoğunluğu
ks [m] : Boru pürüzlülüğü
Akışkan direncinin oluşturduğu basınç düşümü, D’Arcy-Weisbach Denklemi olarak bilinen Denklem 1.2 den hesaplanır.
hf=λ×(L/D)×[(ρ.V²)/2] [Pa] Denklem 1.2
burada;
hf [Pa] : Basınç düşümü
λ [-] : Sürtünme katsayısı (Moody diyagramı, Şekil 1.2)
L [m] : Boru uzunluğu
D [m] : Boru iç çapı
V [m/s] : Borudaki ortalama akışkan hızı (Denklem 1.3)
ρ [kg/m3] : Akışkanın yoğunluğu
Boru çapı hesabı, Denklem 1.2 nin Deneme-Yanılma Metodu şeklinde kullanılmasıyla yapılır. Akışkan debisine göre yaklaşık boru çapı seçilerek; seçilen boru çapı ve diğer parametreler Denklem 1.2 de yerine koyulur. Boru uzunluğu, L, yerine 1 yazılarak, akışkanın borunun bir metresinde meydana getirdiği basınç düşümü hesaplanır. Isıtma sistemlerinde borunun bir metresinde tavsiye edilen basınç düşümü küçük çaplı borular için ( DN150 den küçük borular) 100-200 Pa/m ve büyük çaplı borular için 100-150 Pa/m dir. Seçilen boru çapının meydana getirdiği basınç düşümü, tavsiye edilen basınç düşüm aralığında kalmalıdır. Eğer seçilen çapa göre meydana gelen basınç düşümü tavsiye edilen basınç düşüm aralığında değilse, seçilen çap değiştirilerek hesaplamalar bu aralığı yakalayana kadar tekrar edilir.
Borudaki akışkan hızı Denklem 1.3 den hesaplanır.
V=(4×m)/(π×D²) [m/s] Denklem 1.3
burada; V [m/s] : Borudaki ortalama akışkan hızı
m [m3/s] : Su debisi (Denklem 1.1)
D [m] : Boru iç çapı
Şekil 1.2 Moody Diyagramı
Boru çapının hesaplanması ve basınç düşümünün hesaplanması, bağıl pürüzlülük, Reynolds Sayısı, akışkanın dinamik viskozitesi gibi diğer gerekli parametrelerin hesaplanması Örnek-1.2 de açıklanmıştır.
Örnek-1.2:
Isıtma suyu ihtiyacı 45 [m³/h] olan sera ısıtma sisteminin boru çapı nedir? (Ortalama su sıcaklığı 80°C)
1. İterasyon ( Boru çapı = DN150 , D=160,3mm)
• Borudaki akışkan hızı Denklem 1.3 den hesaplanır.
V=(4×45)/(π×3600×0,1603²)=0,62 [m/s]
• Sürtünme katsayısı Reynolds Sayısına bağlı olduğundan Reynolds Sayısı Denklem 1.4 den hesaplanır
Re=ρ×V×D/μ [-] Denklem 1.4
burada;
Re [-] : Reynolds Sayısı
ρ [kg/m3] : Akışkanın yoğunluğu (Tablo 1.1)
V [m/s] : Borudaki ortalama akışkan hızı (Denklem 1.3)
D [m] : Boru iç çapı
μ [Pa.s] : Suyun dinamik viskozitesi (Tablo 1.1)
Tablo 1.1 – Suyun Termal Özellikleri
Denklem 1.4 den ;
Re=971,82×0,62×0,1603 / (0,355×10-³) = 272071 [-]
• Sürtünme katsayısı bağıl pürüzlülüğe bağlı olduğundan bağıl pürüzlülük Denklem 1.5 den hesaplanır.
B.Pürüzlülük = ks /D [-] Denklem 1.5
burada;
ks [m] : Boru pürüzlülüğü (Tablo 1.2)
D [m] : Boru iç çap
Tablo 1.2 – Malzeme cinslerine göre pürüzlülük katsayıları
Denklem 1.5 den ;
B.Pürüzlülük = 0,045*10-³ / 0,1603 = 0,0003 [-]
• Sürtünme katsayısı, bulunan Reynold Sayısı (272071) ve bağıl pürüzlülüğe (0,0003) göre Şekil 1.2 den λ = 0,016 bulunur.
• Tüm bulunan bu değerler Denklem 1.2 de yerine koyularak basınç düşümü hesaplanır.
hf= 0,016 × (1/0,1603) × (971,82 × 0,62² / 2) = 18,64 [Pa/m]
Basınç düşümü, tavsiye edilen basınç düşümünden (100-150 Pa/m) çok düşük olduğu için yukarıdaki hesap basamakları daha küçük çaplarda bu basınç düşümü aralığında bir değer bulunana kadar tekrarlanır.
2. İterasyon ( Boru çapı = DN100 , D=107,1mm)
V=(4×45)/(π×3600×0,1071²)=1,39 [m/s]
Re=971,82×1,39×0,1071 / (0,355×10-³) = 407532[-]
B.Pürüzlülük = 0,045*10-³ / 0,1071 = 0,0004 [-]
• Sürtünme katsayısı, bulunan Reynold Sayısı (407532) ve bağıl pürüzlülüğe (0,0004) göre Şekil 1.2 den λ = 0,016 bulunur.
hf= 0,016 × (1/0,1071) × (971,82 × 1,39² / 2) = 140,25 [Pa/m]
Kaynak : İzobor, izobor.com
Bilgi: İzobor tarafından hazırlanan içerik kendilerinden özel izin alınarak sitemize eklenmiştir. Kendilerine bilgi ve paylaşımları için teşekkür ederiz.
11 yorum
merhaba,
su darbesi ne demetir.izale hatlarının belli başlı elemanları mevzunda bilgi verebilirminiz.! bunların izale hatlarında ne gibi tesirleri vardır. su darbesinin boru seçimi yaparken,ne gibi etkileri oluyor.bu mevzuda tesisat.org. da çıkmış makaleniz var mı.?
saygılarımla. 09 / 12 / 2018
İsmail Bey merhaba,
Konu ile alakalı olarak Su Darbesi Nedir? Su Darbesi Projelendirme Hataları makalesi yayına alınmıştır. Saygılarımızla.
Güzel paylaşım için teşekkürler.
Bu sistemde ısıtma ve ısı değişikliği yok ise Q[kW] değerini tayin etmek için nasıl bir yol izlemeliyiz.
Enes Bey merhaba,
Q değeri ısı değişikliğinden ziyade mevcut durumun istediğiniz konfor şartlarına uygun olması için gerekli olan iç dinamikleri sağlamak adına yapılan hesaplamalarla bulunur. Isı kaybı veya ısı kazancı hesabını bağlı bulunduğunuz mahalin istediğiniz iç ortam konfor sıcaklığında tutmak için gerekli olan ısı ihtiyacını karşılamak adına yaparız ve bu doğrultuda Q değerini elde ederiz.
Tam sorunuza cevap oldu mu bilemiyorum sisteminiz nedir ve nasıl bir konfor şartı içerisinde olmasını istiyorsunuz daha detaylı bir şekilde belirtirseniz daha doğru bilgi verebiliriz.
Sonuca kadar anlatım çok iyi ama reynold sayınız 4000 ‘i görmüş bu türbülanslı akım oluşturmaz mı ?
Bu hf için verilen Pa/m aralıkları çok doğru gelmedi bana.
Re<2300 laminer akış
2300<Re4000 Türbülanslı akış
Murat Bey,
Belirttiğiniz gibi laminer veya türbülanslı akış durumuna göre boru çap tayini gerçekleştirilmektedir. Bu makalede hesaplama adımları örnek olması açısından gösterilmiştir.
merhaba, 90 m3 4 adet pompa var ve bunlar bir kollektöre basıyor. oradan da farklı çaptaki tüketim noktalarına su gidiyor ve tekrar dönüyor.
Herhangi bir tesisatta dolaşan debiyi nasıl hesaplarım flow metre ile ölçmeden
Merhabalar,
Debi ve boru çapınız belli, bu doğrultuda yukarıdaki hesap metodlarına göre basınç kaybınızı hesaplayabilirsiniz. Ancak dirsek, vana vs. gibi fittinsler için ilave basınç kaybı eklemelisiniz. E-bilgi/kitap kategorisinde yer alan Isısan Sihhi Tesisat Kitabını inceleyebilirsiniz. Fittingsler için basınç kaybı değerleri verilmiştir.
merhabalar, staj yaptığım firmanın boyahanesinde 4 adet kombi yada kazanda diyebiliriz ısıtma sistemi var ve boruyla pompaya oradan da bir tankın içine basılıyorlar ve ben bu alandaki ısıl dengeyi bulmam gerekiyor kazanlardan ilk pompaya kadar olan kısmın debisini nasıl bulacağımı bilememekteyim. Bana bir yol göstermenizi rica ederim.
Su koçu da diyoruz, Boru tesisatını korumak için hattın uzunluğuna bağlı olarak emniyet ventili koymak lazım. Yoksa Tesisatı ilk çalıştırmada patlatırsınız. ilk su çıkışına koyarak başlamak lazım gelir.
Bilgilendirme için teşekkürler