enerji̇ yöneti̇mi̇ ders notlari
DESCRIPTION
enerji yönetimi ders notları 2005TRANSCRIPT
FIRAT ÜNİVERSİTESİ
MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
ENERJİ ANABİLİM DALI
ENERJİ YÖNETİMİ YARDIMCI DERS NOTLARI
DOÇ. DR. EBRU AKPINAR
DESIGNED BY FATIH NAK
Enerji Yönetimi Sayfa 1
1.ENERJİ
1.1.Enerji Nedir?
Enerji çevremizdeki birçok olayın gerçekleşmesine neden olmaktadır. Gündüz vakitlerinde
pencereden dışarıya baktığımızda, güneşten gelen enerjinin dünyamıza aydınlattığını ve ısıttığını
izleyebiliriz. Akşamları cadde lambalarının elektrik enerjisini kullanarak yolları aydınlattığını
görebiliriz. Arabalar hareket ettiğinde benzindeki enerjinin hareket enerjisine dönüştürdüğünü
görebiliriz. Yediğimiz yiyeceklerde depolanmış enerjiyi çalışmak ve oynamak için harcadığımızı
anlayabiliriz. Bu kadar iç içe olduğumuz enerjinin tanımını nasıl yapabiliriz? En basit anlamda
enerjinin tanımı şöyledir: Enerji iş yapma yeteneğidir.
1.2.Türkiye’nin Genel Enerji Durumu
Kömür (taş kömürü, linyit)
Petrol
Doğalgaz
Hidrolik enerji
Ticari olmayan kaynaklar; biokütle; tarım ve hayvansal kaynaklı atıklar.
1.2.1.Türkiye’nin Enerji Kaynakları
Enerji kaynağı, yakıt olarak tanımlanır. Yakıt; kömür, odun, petrol, gaz gibi yanabilen
maddelerdir. Bu tanım, uranyum ve diğer nükleer enerji üreten maddeleri de içine alacak
şekilde genişletilebilir.
Dünyanın toplam enerji gereksinimi 15 trilyon Kws’dır. Bu enerji ihtiyacının %80’lik bölümü
kömür, petrol ve doğalgaz gibi yakıtlardan, geri kalan %20’lik kısmı ise hidrolik, nükleer enerji,
rüzgâr enerjisi, güneş enerjisi, jeotermal enerji, bitki ve hayvan atıkları (biokütle) tarafından
karşılanmaktadır. Türkiye’de ise elektrik enerjisi üretiminde kaynakların payları;
Doğalgaz %38
Hidrolik %31
Kömür %25
Petrol %6,5
Enerji Yönetimi Sayfa 2
Diğer %0,5 (rüzgâr, güneş, jeotermal, biokütle)
Olmuştur.
Bir ülkenin elektrik enerjisi tüketimi o ülkenin kalkınmışlığının bir göstergesidir. 2005 yılında
Türkiye’de kişi başına yıllık elektrik tüketimi 2 100 kWh (kilovat saat) iken, dünya ortalaması 2
500 kWh, gelişmiş ülkelerde 8 900 KWh, Çin'de 827 kWh, ABD'de ise 12 322 kWh civarındadır.
Ülkemizin ekonomik ve sosyal bakımdan kalkınmasının sağlanması için endüstrileşme bir hedef
olduğuna göre bu endüstrinin ve diğer kullanıcı kesimlerin ihtiyacı olan enerjinin, yerinde,
zamanında ve güvenilir bir şekilde karşılanması gerekmektedir.
Yenilenebilir kaynaklar;
Güneş; Rüzgâr; jeotermal biokütle; dalga; hidrojen; nükleer enerji
1.3.Termik Santraller
Elektrik enerjisini, yakıt yakıp suyu ısıtarak, oluşan su buharının türbinleri döndürmesiyle elde
eden santral türüdür. Yakıt olarak linyit, taşkömürü, fuel-oil, motorin, doğalgaz ve jeotermal ısıyı
kullanırlar
1.4.Hidrolik Enerji
Hidrolik enerji, suyun potansiyel enerjisinin kinetik enerjiye dönüştürülmesiyle sağlanan bir
enerji türüdür. Suyun üst seviyelerden alt seviyelere düşmesi sonucu açığa çıkan enerji,
türbinlerin dönmesini sağlamakta ve elektrik enerjisi elde edilmektedir. Hidrolik potansiyel,
yağış rejimine bağlıdır.
Elektrik üretiminin yanında birçok amaca hizmet ederler:
Taşkın ve baskınları önleme
Sulama işlerini düzenleme
Balıkçılığı geliştirme
Ağaçlandırmayı sağlama
Turizmi geliştirme
Ulaşımı kolaylaştırma
Enerji Yönetimi Sayfa 3
Hidroelektrik santraller diğer üretim tipleri ile kıyaslandığında en düşük işletme maliyetine, en
uzun işletme ömrüne ve en yüksek verime haizdirler. Türkiye’nin diğer enerji alternatifleri
karşısında milli kaynak olan suyu kullanan hidroelektrik santrallere öncelik vermesi ve teşvik
etmesi için ekonomik, çevresel ve stratejik birçok sebep vardır.
1.5.Güneş Enerjisi
Güneş Enerjisi Potansiyeli: Ülkemiz, coğrafi konumu nedeniyle sahip olduğu güneş enerjisi
potansiyeli açısından birçok ülkeye göre şanslı durumdadır. Devlet Meteoroloji İşleri Genel
Müdürlüğünde (DMİ) mevcut bulunan 1966-1982 yıllarında ölçülen güneşlenme süresi ve ışınım
şiddeti verilerinden yararlanarak EİE tarafından yapılan çalışmaya göre Türkiye'nin ortalama yıllık
toplam güneşlenme süresi 2640 saat (günlük toplam 7,2 saat), ortalama toplam ışınım şiddeti
1311 kWh/m²-yıl (günlük toplam 3,6 kWh/m²) olduğu tespit edilmiştir.
Güneş enerjisinden; su ısıtmada, konut ısıtmada, pişirmede, kurutmada, soğutmada ve elektrik
enerji eldesin de faydalanılır.
1.6.Rüzgâr Enerjisi
Rüzgârın şiddetinden yararlanılarak elde edilen bir enerji türüdür. Rüzgâr türbinleri
aracılığıyla enerji üretilir. Son 20 yıl içinde dünyada çok önemli bir enerji üretim aracı olarak
kabul edilmiş ve çalışmalar hızlandırılmıştır. Avrupa Birliği ülkeleri, 2010 yılına kadar enerji
tüketimlerinin %12’sini rüzgârdan sağlamayı hedeflemişlerdir.
Türkiye, özellikle kıyı bölgeleri ile rüzgâr enerjisinden faydalanabilecek konumdadır. 10m
yükseklikteki ortalama rüzgâr şiddeti 4-5 m/s olan bölgelerimizde 50-60m yükseklikteki güç
yoğunluğu 500W/m2’yi aşmaktadır.
Ülkemizde rüzgâr enerjisi potansiyeli yüksek olan bölgeler;
Marmara
Ege
Akdeniz
Karadeniz
1.7.Jeotermal Enerji
Suyu ısıtmak ve buharlaştırmak için fosil yakıt yerine kullanılır. Bu nedenle jeotermal enerji,
çevre dostu olarak bilinir. Türkiye, jeotermal zenginlik bakımından dünyanın 7. ülkesidir. Yüzey
Enerji Yönetimi Sayfa 4
sıcaklığı 40oC’ın üzerinde olan alanlar, merkezi ısıtma, sera ısıtması, endüstri ve kaplıcalarda ve
elektrik üretiminde kullanılmaktadır.
Türkiye’de 140 jeotermal sahadan sadece 4 tanesi elektrik üretimine uygundur:
Denizli – Sarayköy (240 derece)
Aydın – Germencik (230 derece)
Aydın – Salâvatlı (170 derece)
Çanakkale – Tuzla (170 derece)
1.8.Biokütle Enerjisi
Hayvansal ve bitkisel organik atık/artık maddeler, çoğunluklaya doğrudan doğruya yakılmakta
veya tarım topraklarına gübre olarak verilmektedir. Bu tür atıkların özellikle yakılarak ısı
üretiminde kullanılması daha yaygın olarak görülmektedir.
Enerji Yönetimi Sayfa 5
2.ENERJİ YÖNETİMİ
Enerji yönetimi; Ürün kalitesinden, güvenliğinden veya çevresel tüm kaynaklardan fedakâr
etmeksizin ve üretimi azaltmaksızın enerjinin daha uzun kullanım doğrultusunda düzenlenmiş bir
adımdır.
Enerji yönetimi; planlama koordinasyon ve kontrol gibi birbirinden bağımsız olduklarında etkisiz
kalabilecek işlemlerin bir araya gelerek oluşturdukları bir bütün.
Enerji Yönetimi Sistem Bileşenleri;
Basit tedbirler % 10 tasarruf oranı
Kapsamlı projeler % 25 ve daha yukarısı
2.1.Enerji Yönetim Programının Adımları:
Enerji Yönetimi Sayfa 6
Personel eğitimi
Hazırlık aşaması
Uygulanacak program büyüklüğü
Enerji yönetim organizasyonu belirlenecek
Üst yönetim desteği
Enerji yöneticisi seçilecek
Enerji komitesi oluşturulacak
Teknik danışmanlar belirlenecek
Metodoloji ( izlenecek yol )
Veri toplama değerlendirme ve analiz
Uygulama
Rapor yazma ve değerlendirme
Devamlılığı sağlama
Tekstil fabrikası için organizasyon şeması
Enerji Yönetimi Sayfa 7
Enerji yöneticisi özellikleri: Teknik ve idari olmak üzere 2 gruba ayrılır. Mühendis kökenli
olmalıdır, ikna kabiliyeti olacak.
2.2.Enerji Yöneticisi Görevleri
Üst yönetimi bilgilendirme, ikna
Enerji komitesine liderlik
Verilerin toplanması
Enerji tasarruf imkânlarının belirlenmesi
Teknik bilgi aktarımı
Yasal düzenlemeleri takip etmek
Teçhizatla ilgili performans standartlarının güncel tutulması
Enerji tasarruf projelerinin denetlenmesi
İletişim
Gerek ulusal gerek uluslar arası gelişmelerin takibi
2.3.Veri Analizi
Akış şemaları
Set
Gruplandırma
Beyin Fırtınası
2.4.Raporlama
Enerji Yönetimi Sayfa 8
Raporlardan beklenen özellikler:
Kolay anlaşılır olmalı
Genel sonuçlar en başta olacak
Mevcut durum için enerji ve kütle denklikleri verilecek
Hedeflenen durum için aynı işlem yapılır
Akış şemaları
Tasarruf projesi
Maliyet analizi
Geri ödeme süresi
Ölçümler
Enerji Yönetimi Sayfa 9
4.Enerji Verimliliği Kavramları
Enerjinin verimliliği ve gider bakımından etkin kullanımı, bir şekilden diğerine enerji dönüşüm
yöntemlerinin incelenmesi ile başlanmalıdır.
Bir yakıtın kimyasal enerjisi bir kazandaki buhar ve sıcak suyun ısıl enerjisine doğrudur
üretilen ısıl enerji bir türbinde veya pistonlu motorda mekanik enerjiye çevirebilir.
Ayrıca üretilen mekanik enerji; bir jeneratör kullanılarak elektrik enerjisine doğrudan
dönüştürülebilir. Aynı enerji dönüşüm yolu, nükleer enerji, jeotermal enerji veya güneş enerjisinden
başlayarak elektrik enerjisine giden doğrudan dönüşüm yolu, hidrolik, dalga veya git-gel enerjisinin
kullanılmasından oluşmaktadır.
Enerji Yönetimi Sayfa 10
Kesik çizgi ile gösterilen hatlar, gelişmenin bugünkü durumunda, büyük bir ölçekte pizibil
olan, ama ekonomik bakımdan değerli olmayan enerji dönüşüm yollarını göstermektedir.
Kimyasal enerjinin elektrik enerjisine dönüşümü doğrudan dönüşümü bir yakıt hücresiyle; ısıl
enerjiden elektrik enerjisine doğrudan dönüşümü seeback etkisiyle olur.
Enerji nedir?
Is ıl
Kimyasal
jeotermal
Güneş
Mekanik
Hidro
Rüzgar
Dalga
Nükleer
Elektirk
Enerji Yönetimi Sayfa 11
Enerji verimliliği ya da tasarısı (EVYT) enerji bir sistemin kendi dışında etkinlik üretme
yeteneği olarak tanımlanmaktadır. Japon enerjisinin rasyonel kullanımı yasasına göre enerji;
Sıvı, yakıt, yanabilir doğalgaz ve kömür gibi yakıt şekilleriyle bunlardan elde edilen ısı ve elektrik
olarak açıklanmaktadır.
Enerji Tasarrufu = Para Tasarrufu
Enerji = Para
Bir cismin bir yerden bir yere götürmek için harcanan güçtür. Genelde iş yapabilme yeteneğidir.
EVYT ’a göre
Enerji Kaynağı: Fosil kökenli kaynaklar, biyomas kökenli kaynaklar, ikincil kaynaklar, yenilenebilir ithal
veya yerli üretimde birlikte enerji kaynağı olarak adlandırılır.
Enerji verimliliği: Enerji ve enerji kaynaklarının üretiminden tüketimine en yüksek etkinlikte
değerlendirilmesini açıklar.
Enerji tasarrufu: enerjinin verimli olarak değerlendirilmesi amacıyla üreticiler,
Dağıtıcılar ve kullanıcılar tarafından alınan tedbirler sonucunda belirli miktardaki üretimi ve hizmeti
gerçekleştirmek için he aşamada harcanan enerji miktarındaki azalmadır.
Enerji tasarrufu Etüdü ( Enerji Auditi) : Enerjinin üretim, çevrim, dağıtım ve tüketiminde, fabrika,
bina, tesis ve cihazlarla ilgili olarak enerji tasarrufu olanaklarını ortaya çıkarmak amacıyla yapılan
çalışmalardır. Bu çalışmaları; bilgi toplama, ölçüm, değerlendirme ve rapor aşamalarından oluşur.
Enerjinin Rasyonel Kullanımı: Enerjinin tüketiciler tarafından sosyo-ekonomik ve ekolojik açıdan en
verimli biçimde kullanılması ve enerji kaynaklarının uygun yerine konmasıdır.
Enerji Yönetimi: Enerji ve enerji kaynaklarının olanaklar içerisinde en verimli biçimde kullanılmasını
sağlamak üzere uygulanan önlemlerin tümünü kapsar.
Enerji Yönetimi Sayfa 12
4.1.Enerji Tasarrufu Prensipleri
Proses yönteminin uygunluğu ve göz önüne alınan tesisin boyutu dâhil olmak üzere,
kullanılan her enerjinin türü ve kullanım miktarı tartışılmalıdır.
Şayet mümkünse, sıcaklık ve basınç azaltılmasının her aşamasında yararlı iş yapılmalıdır.
Enerjinin çoğu eninde sonunda ısı şeklinde çevreye kaybolur.
Enerji tasarrufu önemli ölçüde ölçümlerle desteklenir, şayet ölçümler ve kıyaslamalar anlamlı
ise, birbirine uyan birim ve tanımlar kullanılmalıdır.
Isı geri kazanımı sağlanmalıdır ve geri kazanım ciddi olarak düşünülmeden önce, son bir
kullanım bulunmalıdır.
Görünen enerji gider tasarruflarının, başka yerde gider artışlarına neden olmadığından emin
olmak için, tasarruflar iyi bir şekilde incelenmelidir ve gerçek şeyler olmalıdır.
Her şekilde atık, sadece insan gücünün zamanın ve malzemenin boş yere harcanmasına
neden olmaz. Aynı zamanda, enerji kullanımına yol açar. Enerji miktarları yüksek olan
malzemelerin kullanıldığı yerlerde, atık miktarındaki azalma özellikle istenir. Metaller, cam,
plastikler ve kâğıt enerjisi yüksek olan malzemelere örnektir. Bu tür malzemelerin
tasarımında yapılan iyileşmeler, önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlar.
4.2.Enerji Yöntemi Etkileşmeleri
Enerji Yönetimi
imalat
Yasal
Ar-
ge
Finansal plan
ve
mühendislik
Halka
ilişkiler
Çalışan
gruplar
Satın alma
Tesisin
enerji yönetimi
Enerji komitesi
Bölüm
enerji
koordinatörü
Enerji Yönetimi Sayfa 13
4.3.Enerji Yönetiminin Aşamaları
1. Veri Toplama
Burada amaç , standart ve hedeflerin belirleneceği verilerin toplanmasıdır. Bunun için, her bir
bölümde istatistik analiz yapabilmek için 10-20 saat veri alınmalıdır.
Haftalık sayaç okuması yapılıyorsa bu süre en az 10 hafta olmalıdır. Veri toplamaya başlamadan
önce şu noktaları belirlemek gerekir.
Sayaç kumları sırasında nelere dikkat edilecek.
Sayaç okumalarında kim sorumlu olacak.
Sayaç okumaları ne zaman yapılacak.
İzleme periyodu esnasında hangi üretim verileri kaydedilmelidir.
Hangi diğer değişkenler ve nasıl izlenecektir.
2. Sayaç okuma
Sayaç okumaları hazırlanmış formlara kaydedilmelidir. Sayaçların okuma zamanları mümkün
olduğu kadar standart üretim periyotları ile uygun olmalıdır. Enerji tüketimi ve üretimi verileri
aynı zaman periyodunda alınmalıdır.
3. Üretim izleme
Enerji tüketimi, birçok faktöre bağlı olarak haftadan haftaya veya aydan aya değiştirebilir.
Bunları;
Spesifik değişkenler.
Kontrol edilebilir değişkenler.
Spesifik değişkenler:
Fabrikanın bir bölümünün üretim miktarına göre enerji ihtiyacını belirler. Enerji
ihtiyacını hesaplamak için kullanılan standart denklemlerde bu değişkenler kullanılır.
Kontrol edilebilir değişkenler:
İşletme uygulamaları sistem kontrolü , üretim planlaması ve bakım standardı gibi
enerji tüketimini en aza indirebilmek için yönetim tarafından planlanan değişkenlerdir.
Enerji Yönetimi Sayfa 14
Bir bölümün enerji tüketimini etkileyen parametreler
Ortam sıcaklığı
Çalışma sıcaklığı
Ürün tipi
Çalışma saatleri
Makine hızı
Üretim miktarı
4. Enerji tüketim standardının tayini:
Yeterli veriler toplandıktan sonra o bölümün enerji tüketimi ile ilgili standart doğrusu
belirlenir. Daha sonra belirlenen standart uygun işletme koşulları al tında enerji gereksinimlerini
hesaplamakta kullanılabilir. Bu enerji gereksiniminin çok özel değişkenlere ( üretim, hava
koşulları, vs )bağlı olduğunu gösteren bir doğru denklemdir.
Enerji = a +bp
a,b : sabit
p : a bölümünün spesifik değişkeni
5. Standart denklem tipleri
Herhangi bir bölüme uygun olabilecek standart denklem tipi, spesifik değişkenlerin
sayısına ve enerji ile bu değişkenlerin arasındaki ilişkiye bağlıdır. Bu denklem doğru denklemdir.
1) TİP 1
E=a (enerji tüketimi sabittir ve incelenen bölüm için spesifik değişkenler yoktur)
Bu durumda o bölümün enerji tüketimi üretimden bağımsız olarak başlangıçta sabittir.
Örneğin üretim miktarı ne olursa olsun (hata hiç olmasa bile) üretim hatlarındaki cihazlar sürekli
olarak maksimum kapasitede üretim yapıyormuş gibi faal durumdadır.
Enerji Yönetimi Sayfa 15
Enerji Tüketimi (gcal)
a Üretim (ton)
2 ) TİP 2
E = a +bp
Enerji tüketimi bir tek spesifik değişkene p (üretime) bağlıdır.
a = Üretimle ilgili olmayan enerji miktarına bağlıdır. Bina ısıtma , basınçlı hava aydınlatma
gibi üretimin kesildiği zaman bile devrede olacak sistemlerin harcadığı enerji üretimle ilgili
olmayan enerji tüketimidir.
b = b sabitesi spesifik değişkenin her bir birim artışına karşılık gelen enerji tüketimi
artışıdır ve doğrunun eğimdir.
Enerji tüketimi
a
Üretim
Enerji Yönetimi Sayfa 16
3) TİP 3
E =a +bp1+cp2+cp3+dp4+………………
Bu denklemde enerji tüketimi birden fazla spesifik değişkene bağlıdır. Bu spesifik değişkenler p1
p2 p3 p4 ………. Üretim miktarı , hava koşulları , çalışma saatleri vb gibi çeşitli değişken veya aynı
bölümde üretilen çeşitli tip ürünler olabilir.
a sabiti bütün spesifik değişkenlerin sıfır olduğu koşullarda oluşan , üretime bağlı olmayan
enerji tüketimidir . b,c,d sabitlerinin değerleri ilgili değişkenlerin önemine bağlıdır.
6) Hedef Belirleme
1)her bir bölüm için standart belirlenirken aynı ayna hedefte belirlenmelidir. Bu hedef standartla
aynı formda bir denklemdir. O bölümün performansındaki iyileştirmeyi tanımlar. Hedef
belirlemenin rolü verimliliğin iyileştirmesi için gerekli motivasyonu sağlamaktır.
2) En iyi geçmiş performansa dayalı.
Az önceki şekilde görüldüğü gibi enerji tüketiminin üretimine karsı grafiği belli bir alan içinde
dağılan bir takım noktaları oluşturacaktır. Bu değerlerin incelenmesi ve aralarındaki ilişkinin
bulunması sonucunda elde edilen doğru standart doğru olarak isimlendirilir.
Bu standart doğrunun altında kalan alan ve değerler en iyi verime sahip olan tüketimleri
göstermektedir. Eğer standart doğrunun altında kalan noktalar yeniden değerlendirilmeye alınıp
aralarındaki ilişki bulunarak regresyon analizi ile yeni bir doğru çizilirse bu bize hedef doğrusunu
verir.
3) Basit yüzde indirimi: hedef, hesaplanan standartta nazaran belirli bir indirim örneğin Y.S
indirim yapılarak belirlenebilir.
4) Beklenen performans
Bazen bölüm hakkında yeterli bilgilerin bulunması halinde hedef belirlenmesi , elde edilmesi
mümkün performansa göre yapılabilir. Bu bir bölüm için spesifik iyileştirme tedbirleri
Üretim
E.T E.
Üretim
standart
Hedef
Hedef
standart
Enerji Yönetimi Sayfa 17
planlandığında veya proses hakkında ayrıntılı bilgi bulunduğu hallerde uygulanır. Bu halde hedef
tecrübeye ve standart eşitliğin şekline göre belirlenmelidir.
Böylece spesifik değişkenin değeri ne olursa olsun hedef enerji tüketimini dalma standarttan
sabit bir miktar daha az olur. Bu da hedef için standart doğrusuna paralel bir doğru verir.
7)Spesifik Enerji Tüketimi:
Spesifik enerji tüketimi birim ürün başına kullanılan enerji olarak tanımlanır.
Spesifik Enerji Tüketimi = Enerji Tüketimi
Üretim
SET değerini büyümesi kötü performansa enerji tüketiminin gereksiz yere artmasına işaret
eder.
SET = E = a + bp = a + b
P P P
Bu denklemlerden görüldüğü gibi üretim çok yüksek olduğunda a/p oranı çok düşük olur ve
SET in değeri b ye yaklaşır.
Fakat üretim düşük olursa p küçüleceği için üretime bağlı olmayan eneri tüketimi ‘’a’’ çok
önemli olur ve SET hızla artar.
Üretim
standart
E.T
Hedef
E = a +bp
a nın değeri düşürülmeye çalışılır,
a burada üretime bağlı olmayan enerji miktarıdır.
Enerji Yönetimi Sayfa 18
P / E eğrisi orijinden geçmek zorundadır.
(ton /ay) üretim
hedef
standart
SET(1000kcal/ton) Eğrinin altında kalan noktaların enerji kullanımdaki
verimliliğin
İyileştirildiğini göstermektedir. Burada hedef bu eğriyi
aşağıya çekmektir.
Bazen düzgün bir set eğrisi çizmek zor olabilir.
Bu nedenle 1/SET
1 = P (birim enerji başına)
SET E üretim
1000 kcal /Ton
Ton /Ay
1/SET
SET
(üretim)
Enerji Yönetimi Sayfa 19
Üretime bağlı olmayan enerji tüketimi yüksek ise; üretim arış ile spesifik enerji tüketimini
düşürmek mümkündür. Üretime bağlı olmayan enerji miktarı; kullanılan ekipman kapasitelerine,
mevcut işletme koşullarına bağlı olduklarından ve bunlar aynı olduğu için sabit kalacağı için,
üretimin artması ile birim ürün başına düşen enerji tüketimi azalacaktır. Bu ise SET azalmasıdır.
SET azalmasının 2. yolu ise; enerji tasarrufu sağlayan tedbirlerin alınmasıdır; izolasyon atık ısının
değerlendirilmesi, yanma kontrolleri.
8)Kümülâtif toplam değerler
Gcal
0
Ocak Ay lar
Eğimi negatif olan değerler
Ve negatif bölgesinde kalan
Alanlar tesisin iyi bir performansa sahip
Olduğu pozitif olanlar kötüleşme olduğu
Zamanlardır.
Enerji Yönetimi Sayfa 20
5.ISI YALITIMI
Isı yalıtımı; sıcak ve soğuk boru hatlarına, ısı kaybı ya da ısı kazancı olan tesislere ve binalara
uygulanabilmektedir. Çok fazla yatırım maliyeti getirmemekte ancak önemli miktarlarda enerji
tasarrufu sağlamaktadır.
Yalıtım malzemeleri: Isı yalıtımının amacı, ya sıcak bir kaynaktan ortama ya da ortamdan soğuk
proseslere olan ısı akışlarını azaltmaktadır. Bunun için temel prensip; düşük ısıl iletkenlik ya da
bunun tersi olan yüksek ısı direncin meydana gelmesidir. Kullanılacak olan yalıtım malzemesi fazla
değişikliklere ihtiyaç duymaksızın soğukluğun yada sıcaklığın korunmasında kullanılmaktadır.
5.1.Yalıtım Malzemeleri
1-Organik malzemeler
2-İnorganik malzemeler
3-Sentetik malzemeler
5.1.1. Organik malzemeler:
Mantar, tabaka, levha, toz ve un halinde satılır.
Bu maddelerin özellikleri:
a- Doğal esneklik ve iyi sıkıştırılabilme mukavemeti
b-Aşırı sıcaklık değişiklerinde şeklini koruyabilme
c- Bakterilerden arındırılmış olma ve çürüme direnci
5.1.2. İnorganik malzemeler
Vermuculit: Mikaya benzeyen madeni esaslı bir üründür. Merkezi ısıtma sisteminde,
kazanlarda kullanılır, pahalıdır.
Enerji Yönetimi Sayfa 21
Perlit: Volkanik bir kaya olan perlit; ince kum zerrecikleri elde edilecek şekilde pülverize edilir,
daha sonra fırında tanecikler haline getirilerek genleştirilir. Yalıtım betonları, dökme
yalıtım malzemeleri olarak kullanılır. 900 C ye kadar dayanır.
Cam yünü: Kuvars silisinden ve değişik stabilizörlerden elde edilir. Mekanik mukavemet
düşüktür, ısıl iletkenliği düşüktür, maliyeti düşüktür. Uzun ömürlü ve yanma direncine
sahiptir.
Kaya yünü: Volkanik kayadan elde edilir. Isıl iletkenliği düşüktür. Kaya yünü 650 C sıcaklığa
kadar kullanılabilir.
Cam köpüğü: Borlu silis camından üretilir. Ezilmeye karşı mukavim olan güçlü bir malzemedir.
Su sızıntılarına ve Korozif tehlikelere karşı da dirençlidir. Kullanım yeri : Soğuk tankların
yalıtımı.
Alüminyum silisi: Seramik fiber yalıtım malzemesi 1400oC’nin üzerindeki sıcaklıklarda
uygulanabilir.
Kalsiyum silikat: KS kimyasal bir bileşimdir. Bloklar, tabakalar ve biçimlendirilmiş parçalar
halinde üretilir. Yüksek sıcaklıklara ve kötü hava şartlarına dayanıklıdır. Dezavantajı
kolay kırılır.
Asbest: Yalıtım amacıyla kullanılan en eski malzemelerden biridir ve yanmaya karşı olan direnci
en önemli özelliğidir. En büyük tehlikesi küçük asbest parçacıklarının solunum yoluyla
sağlığa verdiği zarardır.
5.1.3-Sentetik malzemeler:
Polistren: Genleşme yada püskürtme yoluyla imal edilirler. Maksimum işletme sıcaklığı 75oC dir
ve yanıcı bir malzemedir. Kolay alev almaması için özel katkılar kullanılır.
Soğutucularda, soğutma tesislerinde ve binalarda yalıtım malzemesi olarak kullanılır.
Poliüretan: Poliüretan, poli sosyanat ve alkolün kimyasal reaksiyonu sonucu ortaya çıkan bir
üründür. Köpük şeklindeki poliüretan önemli bir malzemedir. Borulara, depolama ve
prosestanklarına, kanallara direkt olarak uygulanabilir. Maksimum işletme sıcaklığı
100oC.
Polisosyanat: Çok geniş sıcaklık aralıklarında kullanılabilir. Yanma direnci yüksek bir
malzemedir.
Enerji Yönetimi Sayfa 22
5.2.Yalıtım Malzemelerinin Seçiminde Göz Önüne Alınması Gereken Hususlar
1-Değişik işletme sıcaklıklarında dayanım: Yalıtım malzemeleri değişik işletme sıcaklıklarında
fiziksel özelliklerinin yanı sıra ısıl özelliklerini de korumalıdır.
2-Fiziksel Mukavemet: Yalıtım malzemeleri fiziksel mukavemet yönünden taşıma , depolama,
işleme ve uygulama gibi konular açısından yeterli olmalıdır. Bu işlemler sırasında malzeme
orijinal özelliklerini yitirmemelidir.
3-Basma mukavemeti : Üzerinde yük taşınması gereken yerlerde ,yapılan yüklemelere karşı
koyabilecek dirençte olmalıdır.
4-Mekanik mukavemet: Mekanik yönden dayanıklı olmalıdır. Ayrıca yalıtım malzemeleri
genleşme ,büzülme durumlarında bozulmamalı , titreşimlere karşı dirençli olmalıdır.
5-Zararlı emisyon yaymama: Yalıtım malzemeleri taşıma , kullanım yada uygulama sırasında
insan sağlığına zararlı emisyon yaymamalıdır.
6-Yanma direnci: Yalıtım malzemesi yanmayan özelliklerde olsa dahi ; uygun kaplama teknikleri
yinede kullanılmalıdır.
7-Korozif etkilere dayanım: Yalıtım malzemesinin su-buharı, vb kaçaklara yada yoğuşmaya maruz
kalması durumunda korozyon tehlikesi ortaya çıkar.O nedenle çarpma , vurma ,basmanın
olduğu yerlerde yalıtım uygulamaları uygun şekilde kaplanarak korunmalıdır.
8-Yalıtımın kalınlığı ve ağırlığı: İlave yalıtımın ağırlığı bazen ilave destek yada tutma elemanları
gerektirebilir.
9-Kimyasal etkilere karşı direnç: Yukarıdaki maddeler halinde sıralanan özelliklerin yanı sıra;
yalıtım malzemelilerinin; düşük ısıl iletkenlik kolay ve ucuz olarak piyasadan bulunabilme,
kolay uygulanabilme özelliğiyle işçilikten avantaj sağlama.
Yalıtım malzemesinin uygulama şeklinin seçiminde aşağıdaki faktörlerin göz önüne
alınması gerekir.
1-İşletme sıcaklığı: Yalıtım malzemelerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri uygulama yerindeki
işletme sıcaklığına uygun olmalıdır.
Enerji Yönetimi Sayfa 23
2-Ortam şartları: Rutubetli ortamlarda kaplama şekillerinin belirlenmesi gerekir.
3-Yalıtımın zarar görmesi: Darbelere maruz kalması yada üzerine basılması muhtemel yerlerde
daha mukavim kaplama yöntemleri kullanılmalıdır.
4-İşletme şekli(sürekli-kesikli): Çalışma süresince uygulanacak yalıtım kalınlığının belirlenmesinde
etkilidir.
5-Sıcaklık farkı
6-Hava hareketleri, gaz hızları: Konveksiyon yolu ile olan ısı kaybını etkilediğinden yine ekonomik
yalıtım kalınlığının belirlenmesinde etkin rol oynayan bir faktördür.
5.3.Yalıtım Uygulamaları
Yalıtım uygulamaları sırasında genel olarak 2 husus daima göz önüne alınmalıdır.
1-60oC üzerinde sıcaklığı olan yüzeylerin tamamı ve 50oC nin üzerinde sıcaklığı olan yüzeylerin
ise, teknik ve ekonomik şartlara bağlı olarak çoğu yalıtılmalıdır. Bu prensip, boru
sistemi üzerindeki vana, flanş, boru tutucu ve destek elemanları içinde geçerlidir. Hatta
işletme şartlarına bağlı olarak zaman zaman 50oC altında yüzey sıcaklığı olan yerlerinde
yalıtımı ekonomik olabilir.
2- Yalıtım uygulamasının tekniğine uygun olarak gerçekleştirilmesi ısıl özellikleri kadar
önemlidir.
* Yalıtım; çarpma, su sızıntıları ve hava şartlarından zarar görmeyecek şekilde kullanım yerine
göre uygun malzemelerin kullanılması ile kaplanmalıdır.
* Yalıtımsız yüzey bırakılmamalı, sadece gerektiğinde sisteme müdahale için girişimlere izin
verilmelidir. Çok katlı yalıtım uygulamalarında yalıtım malzemelerinin üst üste oturması
sağlanmalıdır.
* Boru tutucu ya da destek elemanları gibi ısı köprülerinden dolayı; kondüksiyon yolu ile olan
ısı kayıpları asgariye indirilmeli, bu sebeple yalıtımlı boru tutucu yada destek elemanları
kullanılmalıdır.
* Yalıtım uygulaması etkin bir şekilde denetlenmeli ve izlenmelidir. Yalıtım malzemesinin
uygulanması ve kullanım öncesi depolanması sırasında su ve fiziksel tehlikelere karşı
gerekli önlemler alınmalıdır.
Enerji Yönetimi Sayfa 24
5.3.1.Tesis Yalıtımı
Tesis yalıtımı; tesis yalıtımı boru ve bina dışındaki tüm yalıtım uygulamalarını kapsar. Tesi s
yalıtımı, düşük ve yüksek sıcaklık uygulamaları olmak üzere başlıca iki kısımda
incelenebilir. Yüksek sıcaklık uygulamalarında refrakter malzemeler kullanılır. Düşük
sıcaklık uygulamalarında ise boru yalıtımında kullanılan yalıtım malzemeleri kullanılır.
5.3.1.1. Kazan daireleri: kazanların yalıtımı normal olarak imalatçı firmalar tarafından ya
imalat yerinde yada kazanların yerleştirileceği yer de tesis aşamasında iken yapılır.
Kazan Yalıtımı:
1a) Ortalama olan ısı kaybını azaltmak için kazan alış yüzeylerinin yalıtımı sonucu sıcak
akışkan özelliklerinin istenilen seviyede tutulmasını sağlamak ve yüzey kayıplarını
düşürmek.
1b) Yanma odası ve bacada çok yüksek sıcaklıklarda gazlarla temas eden yüzeylerin
yalıtılarak korunması.
1a‘deki amaca yönelik uygulamalarda cam yünü , kaya yünü gibi mineral esaslı yalıtım
malzemeleri kazan gövdesinin dış yüzeyine kaplanır. Bu malzeme saç levhalarla korunarak
korumaya alınılır.
Kanal ve bacaların yalıtımı: Sıcak gazların geçtiği kanalların ve bacaların yalıtımının belli
başlı iki sebebi vardır.
2a) Dış yüzey Sıcaklıklarının yüksek olması sebebi ile civarda çalışan insanların iş
güvenliğinin sağlanması.
2b) İç yüzey sıcaklıklarının gazların çiğlenme noktası sıcaklıklarının üzerinde tutulmasının
sağlamaktır. Eğer iç yüzey sıcaklıkları gazların çiğlenme noktasının altına düşerse
yoğuşmadan dolayı korozyon riski doğar. Ayrıca bu tesislerde korozyonla birlikte ortaya
çıkan asit yağmurları da başka problemleri ortaya çıkaracaktır. Baca ve kanallarda sıcaklık
sensörleri yerleştirilerek ve numune alma noktaları tespit edilerek izlenmelidir.
Enerji Yönetimi Sayfa 25
Baca ve kanalların yalıtımında, yoğunluğu düşük olan mineral yünler ya da düşük
yoğunluktaki diğer yalıtım malzemeleri kullanılabilir. Yük taşıması muhtemel yerlerde ise
daha mukavim olan kalsiyum silikat ya da yüksek yoğunluktaki mineral yünler
kullanılmalıdır.
5.3.1.2.Fırınların Yalıtım
: Fırınların yalıtımında kullanılan iki metot vardır.
1. Sürekli rejim halinde çalışan fırınlarda ve fırın içindeki sıcaklık, basınç gibi atmosferik şartların
önemli olduğu durumlarda, iç yüzeyler refrakter malzeme ile yapılır ve bunların dışına yalıtım
uygulanır.
2. Kısa süreli şarj edilen, kesintili çalışan ve fırın içindeki atmosferik şartların öneminin az olduğu
durumlarda, yapılan kaplama işlemi kendiliğinden yalıtım görevi yapar.
Fırınlardan olan ısı kayıpları
A kondüksiyon, konveksiyon ve radyasyon yolu ile fırın yüzeylerinden olan kayıplar.
B fırının tuğlaları arasında depolanan ısının, ısı kütle olarak kaybı.
Sürekli rejim halinde çalışan fırınlarda yalıtımın amacı; fırının dış yüzeylerinden olan ısı kaybını
önlemektir. Kısa süreli şarj edilen yada kesintili çalışan fırınlarda ki amaç; dış yüzey kayıplarını da
dikkate almak şartıyla depolanan ısı kayıplarının azalmasıdır.
Fırınların yalıtımında en yaygın olarak kullanılan metot sıcak yüzey tarafından yapılan yalıtım
uygulamalarıdır. Çok iyi yalıtım malzemelerine sahip olan refrakter malzemelerdeki gelişmeler,
düşük yoğunluktaki seramik yünlerinin ve küçük gözenekli yalıtım malzemelerinin kullanımını da
beraberinde getirmiştir. Bu malzemelerin başlıca özellikleri;
Düşük ısıl iletkenlik, düşük ısıl kütle ve ısıl şoklara karşı olan dirençtir. Kesintili çalışan fırınlarda,
iç yüzeyden yapılan yalıtım uygulamalarında bu malzemelerin kullanılması, enerji tüketimini
önemli ölçüde azaltır.
Enerji Yönetimi Sayfa 26
TESİS YATILIMI İLE İLGİLİ HESAPLAR:
1. Düzlem yüzeylerden olan ısı kayıpları
DY olan kayıpları ;
Konveksiyonla : 25,0)( TaTsABQc
Radyasyonla ; ?4
100/100/67,5 aSR TTAEQ
QC → konveksiyonla olan ısı kaybı (w)
QR → Radyasyonla olan ısı kaybı (w)
A→ yüzey alanı (m2)
E→ emissivite kts
TS→ yüzey sıcaklığı (oC)
TA→ortam sıcaklığı
B2→çarpım faktörü
1.45→dik yüzey
1.70→yatay yüzeylerin üst kısmı
0.85→yatay yüzeylerin alt kısmı
1.20→yatay silindir.
Yalıtım sonrası düzlem yüzeylerden olan ısı kaybı;
Yüzey ısı (C)
Enerji Yönetimi Sayfa 27
Ortam ısı (0C)
Isı Kaybı(W)
R
TaTsAQ
)(
Isı tr. Alanı (m2) Isıl direnç (M2K/W)
Tek kat yalıtım uygulamalar için
RsRiR
Yüzeye ait ısıl direnç
Yalıtım malzemelerine ait Isıl direnç
Bileşik halde, çok katlı yalıtım uygulamaları için R=R1+R2+…..+Rn+Rs
R1……Rn=farklı yalıtım malzemeleri için her bir malzemenin ısıl direnci
R=t /k
T =Yalıtım kalınlığı (m)
Enerji Yönetimi Sayfa 28
K = Yalıtım ısı iletkenliği (w/mk)
5.3.2.BORU SİSTEMLERİNİN YALITIMI
Boru sistemlerin yalıtımı sanayi yalıtımlarının en yaygın olanıdır. Boru sisteminin
yalıtımı sırasında da, bunların üzerinde bulunan vana ve flanşlar da mutlaka
yalıtılmalıdır. Aynı zamanda boru tutucuların ve destek elemanlarının da yalıtılması
gerekmektedir.
Boru sistemlerinin yalıtımlarındaki dış kaplamalar, bulundukları ortama uygun
olmalıdır. Yalıtım ne kadar iyi olursa olsun, zararlı kimyasal maddelerin ya da su
sızıntılarının etkisi sonucunda deforme olabilir. O nedenle ortam şartlarında meydana
gelebilecek düşük sıcaklıklar, rüzgâr; yağmur ve düşük akış miktarları gibi olumsuzluklar
dikkate alınarak yalıtım kalınlığı belirlenmelidir. Isı kayıpları boru yüzey Sıcaklığı ile
ortam sıcaklığı arasındaki farka dayalı olarak artar ya da azalır.
BORU SİSTEMLERİNİN YALITIMI İLE İLGİLİ HESAPLAMALAR:
Hava hareketinin olmadığı ortamlarda yatay pozisyonlardaki yalıtımsız borulardan olan ısı
kayıpları, aşağıdaki formül ile hesaplanır:
Boru yüzey
Q= (hc +hr ) x x d1 x ( Ts – Ta )
Ortam sıcaklığı ( 0C )
Isı kaybı (w/m)
Boru dış çapı ( m )
Enerji Yönetimi Sayfa 29
hc → konveksiyonla ısı transfer kts (w/m2 0C )
hr → radyasyonla ısı transfer kts (w/m2 0C
hr = 5,67 x 10 -8 x E (Ts2 + Ta2 ) x ( Ts + Ta )
hc = 1,32 x [(Ts – T a ) / d1 ] 0,25
Yalıtılmış borulardaki ısı kaybı
2
12 1
2 dhsok
ddIn
TaTsQ
d1→ boru dış çapı ( m)
d2→yalıtım sonraki ( m)
k→ yalıtım malzemesiniz ısıl iletkenliği (w/m.k)
hso → yüzeye ait ısı transfer kta (w/m2 k)
Enerji Yönetimi Sayfa 30
5.3.3.ENDÜSTRİYEL BİNALARIN YALITIMI
Bina yalıtımlarındaki hesap yöntemi TS 825’de tarif edilmiştir.
Binaların yalıtımlarının iyileştirilmesinde aşağıdaki faktörler dikkate alınmalıdır.
1. Isıtmanın kontrollü yapılaması
2. Tüm bina için yangına karşı gerekli emniyet tedbirlerinin alınıp alınmadığı kontrol
edilmelidir.
3. Yoğuşmaya karşı tedbir alınmalı, tavanların yalıtımında yalıtım malzemesinin nem
alması önlemek için sıcak ortam tarafında buhar bariyerleri yerleştirilmelidir. Eğer yalıtım
malzemeleri su buharı ile temas ederse, ısı kaybı artar ve yalıtımın zarar görme riski
ortaya çıkar.
4. Hava akımları: İnşaatın yapımı sırasında işçilik hataları yada açık olan kapı ve
pencerelerden dolayı meydana gelen hava akımları, enerji tasarruf potansiyellerini
önemli biçimde etkiler. Proses gereği ortaya çıkan dumanların atılması için pencereler
kullanılmamalıdır. Uygun havalandırma sistemleri kullanılmalıdır.
5. Proses havası hava kanalları vasıtasıyla direk dışarıdan alınmalıdır.
6. Isı kazançları: Fabrikalardaki üretim prosesleri bir miktar ısı açığa çıkarırlar ve ısıtma-
havalandırma – klima sistemlerinin boyutlandırılmasında bu durum hesaba katılır, bu ısı
efektif bir kazançtır.
7. Sıcaklık farkları: Bina içinde normal olarak tavan seviyesindeki ortam sıcaklığı döşeme
seviyesine göre daha yüksek olur. Tavan seviyesindeki yüksek sıcaklıkların önlenmesi için
sıcak havanın aşağı doğru sirküle edilebileceği bir fan sisteminin kullanılması, ekonomik
bir yöntem olabilir.
Tavan Durumu: Yalıtım amacıyla ilave bir yükleme yapılmadan önce , çatıyı yapanlarla birlikte
mukavemet açısından tavanın dizayn özelliği kontrol edilir.
Enerji Yönetimi Sayfa 31
Yalıtım seviyelerinin iyileştirilmesi sonucu elde edilen faydalar:
1. Daha az ısı kaybı olacağından ısıtma sistemlerinin boyutlarında da bir küçülme
sağlanacaktır.
2. Dıştan giydirme yalıtım yada fitil türü malzemelerin kullanılması ile bina dış
kısımlarında kanal ve yarıkların kapatılması, soğuk hava sızıntılarını azaltacaktır.
Bunun sonucunda da konfor şartları iyileşecek ve ısıtma maliyetleri azalacaktır.
3. Yaz aylarında, güneşin etkisiyle tavandan olan ısı kazançlarının etkisi azalacaktır.
4. Bazı ortamlarda gürültünün absorbe edilmesi ile akustik ortam iyileştirilecektir.
5. Daha az gerçekleşecek olan ısı kazançları sayesinde soğutma sistemlerinin
boyutlarında da bir küçülme olacak ve maliyetleri azalacaktır.
5.4.YALITIM KAPLAMALARI
Kaplama usulleri:
1) İç ortamlar için uygun olan kaplamalar 2) Normal iklim şartlarına maruz kalabilen, dış ortamlar için uygun olan kaplamalar.
İç ortamlardaki kaplama usulleri
Kendi kendine donan bileşim ve çimentolarla yapılan kaplamalar.
Kumaş, bez vb ile yapılan kaplamalar
Plastik, kauçuk sargı maddeleri ile yapılan kaplamalar
Macunlarla yapılan kaplamalar Metallerle yapılan kaplamalar
Dış ortamlardaki kaplama usulleri:
Dış ortamdaki kaplama usulleri işlemleri için en temel gereklilik; değişik iklim şartlarından
etkilenmeksizin yalıtımın korunabilmesidir. İç ortamlar için uygulanan kaplama usulleri dış
ortamlardaki yalıtım kaplamalarında da kullanılabilir. Ancak ilave bir korumanın yapılması
gerekir. Dış ortamlardaki kaplamanın özellikle elektrolit korozyona ve su sızıntılarına karşı
dirençli olması gerekmektedir.
Ekonomik yalıtım kalınlığının tespiti:
Uygun olan yalıtım kalınlığının belirlenmesinde temel olan iki değişken
Enerji Yönetimi Sayfa 32
Yakıt maliyeti
Yalıtımın tesis maliyeti
Yalıtım uygulamalarının ekonomik yönden tam anlamıyla değerlendirilmesi için;
1. Yakıtın maliyeti
2. Kazan verimi
3. Yıllık çalışma süresi
4. Yatırım değerlendirilme periyodu
5. Farklı kalınlıklar için yalıtım tesis maliyeti
6. Birim alandan ya da birim uzunluktan olan ısı kaybı
Yararlı ısının maliyeti, yakıt maliyetleri ve kazan verimine dayalı olarak hesaplanır. Toplam
maliyet, yararlı ısının maliyeti, yatırım maliyetleri, bakım ve genel işletme maliyetleri gibi
faktörleri de kapsar.
Ekonomik yatırım kalınlığının tespit edilmesi aşağıdaki safhalar sırası uygulanmalıdır. Burada
ki bilgiler ve açıklamalar boru yalıtımı içindir. Fakat yüzeylerin yalıtılmasında da aynı yöntem
uygulanabilir. Bu durumda sadece ısı kaybı birimi W/m yerine W/m2 olacaktır. Maliyet ise;
YTL/m yerine YTL/m2 olacaktır.
Yararlı ısının maliyetinin hesaplanması
Isının maliyeti= Yakıtın maliyeti/ klorik değeri
Yararlı ısının maliyeti= Isının maliyeti/ Sistem verimi
ÖRNEK: Yakıt maliyeti=28150000 YTL/ton
Isı değeri= 41.97 Gj/Ton
Sistem verimi= %85
Isının maliyeti= 2815000/41.97= 670717 YTL/Gj
Yararlı ısının maliyeti= 670717/0.85= 789079 YTL/Gj
Enerji Yönetimi Sayfa 33
5.5.Maliyet faktörünün hesaplanması:
Maliyet faktörü; belirli bir değerlendirme periyodu için kayıp olan ısının YTL/W olarak
maliyetidir.
Isı kayıplarını W/m olarak hesaplanır, yada tablodan alınır. Değerlendirme periyodu alarak
alınan yıllar saate çevrilerek, maliyet faktörü hesaplanır.
Maliyet faktörü= Yararlı ısının maliyeti(YTL/GJ) x çalışma süresi(h)/106
Aynı örneğe devam ettiğimizde
Değerlendirme periyodu= 5 yıl
Yıllık çalışma süresi= 6000 h/yıl
Maliyet faktörü= 789079 x 6000 x 36/106=85 221
5.6.Isı kaybının maliyeti
Değerlendirme periyodu için kayıp ısının maliyeti= maliyet faktörü x ısı kaybı
Bulunan ısı kaybı=20 W/m
Kayıp ısının maliyeti= 85221 x 20=1704420 YTL/m
Tip Kalınlık
(mm)
Isı kaybı
(w/m)
Maliyet faktörü (
TL/ w)
Kayıp ısı
maliyeti
(YTL /w )
Yatırım
maliyeti
(YTL /w)
Toplam
maliyeti
(YTL /w)
1 2 3 4 5 = 3 x 4 6 7 = 5 + 6
Tablo: Ekonomik yalıtım kalınlığının tespiti
Bu tablodaki toplam maliyet; ısı kayıpları maliyetleri ile yatırım maliyetlerinin toplamıdır. Toplam
maliyet sütundaki en düşük değer ekonomik yalıtım kalınlığı tipini belirlenmektedir.
Enerji Yönetimi Sayfa 34
5.7.ATIK ISI GERİ KAZANIMI
Bugün birçok ülkede endüstriyel enerji tüketiminin yaklaşık %26sı sıcak gazlar ve sıvılar
şeklinde atılarak kaybolmaktadır. Bu kayıp atık ısı geri kazanımı temel tekniklerinin
uygulanması ile önemli ölçüde azaltılabilir.
Atık ısı geri kazanımı ile ilgili tesis seçilmeden önce, mevcut sistemin proses ve işletme
şartlarının çok iyi tanımlanması gerekir.
Bazı durumlarda prosesler atık ısının direk olarak geri kazanılmasını sağlayacak şekilde
tadil edilebilir. Bu durumda yatırım maliyeti oldukça düşüktür. Atık maddelerin kolay ve
ekonomik bir yoldan temizlenemediği durumlarda atık ısının geri kazanım sistemlerinin
kurulması gereklidir. Geri kazanılan ısı yanma havasının, kazan besleme suyunun ön
ısıtılması gibi pek çok alanda kullanılabilir.
Endüstride en çok sıcak gaz ve sıvı atıklarının değerlendirilmesine yönelik
uygulamalara rastlanabilir.
Atık sıcak sıvılardan ısı çekmek üzere endüstride yaygın olarak ısı değiştirgeçleri
kullanılır. Borulu tip veya plaka tip olan ısı değiştirgeçleridir.
Sıcak gazlardaki ısıyı geri kazanmak için ise plaka ve serpantinli tip ısı değiştirgeçleri,
ısı borusu, ısı tekerleği, ısı pompası, gaz-sıvı ısı değiştirgeçleri gibi cihazlar dizayn edilir.
Ayrıca endüstriyel tesislerde atık yüksek sıcaklıklı gazların kullanıldığı atık ısı kazanları
bugün ülkemizde dahil olmak üzere birçok ülkede kullanılmaktadır. Endüstriyel
işletmelerde proses gereği sıcak olarak çıkan sıvı ve gaz artıklar çevreye atılırken önemli
miktarda enerjide birlikte atılır. Bu enerjinin ekonomik olarak geri kazanabilecek bölümü
yukarıda bahsedilen cihaz ve tesislerle olur.
Enerji Yönetimi Sayfa 35
6.KAZANLARDA ENERJİ VERİMLİLİĞİNİN ARTIRILMASI
Kazanları, bir yakıttaki enerjiyi ısı şeklinde açığa çıkartarak oluşan ısı enerjisini bir akışkana verecek
şekilde imal edilmiş ve basınç altında çalışan kapalı bir kap olarak tanımlayabiliriz.
Kazanlar, konutlarda ısınma için kullanılabildiği gibi enerji gereksinimi olan birçok sanayi dalında
da yaygın olarak kullanılmaktadır. Kazanlarda üretilen buhar, sanayi preslerinde doğrudan ısı enerjisi
olarak pişirme, kurutma gibi işlerde ve buhar makineleri veya türbinlerde harekete dönüştürülerek
mekanik enerji olarak birçok alanda kullanılmaktadır. Kullanım ihtiyaçlarına göre çok değişik türlerde
üretilen kazanlar, ilk yatırım ve işletme giderleri bakımından oldukça pahalı enerji üreteçleridir. Bu
nedenle amaca uygun kazan seçilmeli, işletmesinde ve bakımında gerekli özen gösterilmelidir.
Kazan tipleri;
Binalarda ısınma, sanayide yüksek basınçta buhar üretimine kadar geniş bir alanda
kullanılan kazanla kullanılan yakıtın cinsine, yakıtın yakıldığı ocağın cinsine, ürettikleri
akışkanın cinsine, çalışma basıncına, yapım tarzına ve imalat malzemesi cinsine göre çok
değişik şekilde sınıflandırılabilir.
Tipler;
1)Yatay kazanlar
a)çift alev borulu kazanlar
b)ekonomik kazanlar
c)paket kazanlar
d)termal depolu kazanlar
e)lokomotif kazanlar
2)su borulu kazanlar
3)cebri su sirkülâsyonlu kazanlar
4)dökme dilimli kazanlar
Enerji Yönetimi Sayfa 36
6.1.Kazanların Verimli Çalıştırılması
Kazan seçimi yapılırken işletmenin, yıllık, aylık ve günlük bazda hali hazırdaki buhar
ihtiyaçlarının bilinmesi ve yakın gelecekte olabilecek yük durumlarının göz önüne alınması
gerekir.
Kazandaki buhar basıncının düşürülmesiyle yakıt faturasın da %1-2lik tasarruf
sağlanabilmektedir. Bu amaçla kazanlar, prosesteki ihtiyaç göz önüne alınmak kaydıyla,
kendi orijinal çalışma basınçlarının altında çalıştırılabilirler.
Bu tasarrufların bir kısmı baca gazı sıcaklığının düşmesi ve bununla birlikte oluşan
kazan verimindeki artıştan dolayıdır. Kazan yüzeyinden olan ısı kayıpları da basıncın
düşürülmesiyle orantılı olarak bir miktar düşecektir.
6.2. Kazan verimini etkileyen faktörler
1)Eksik yanma
2)Baca gazındaki su buharı nedeniyle olan ısı kaybı
3)Kuru baca gazı nedeniyle olan ısı kaybı
4)Fazla hava
5)Baca gazı sıcaklığı
6)Yakıt cinsi
7)Brülörler
8)Kazan yükü
9)Kazan yüzeyinden olan ısı kaybı
10)Blöf nedeniyle olan ısı kaybı
11)Besi suyu sıcaklığı
12)Kondensatın geri kazanımı
13)Yanma havası sıcaklığı
Enerji Yönetimi Sayfa 37
6.2.1.Eksik yanma
Eksik yanmayla oluşan ısı kayıpları, katı veya sıvı yakıt içerisinde bulunan yanabilir
maddelerin yanmayarak kül içinden kaldığı veya baca gazında yanmamış karbon oluştuğu
zaman meydana gelir.
Eğer ayarı yapılmış modern bir yanma ekipmanı kullanılıyorsa,hava fazlalığı ayarlanarak iyi
bir yanma sağlanabilir.
Eksik yanmanın olduğu bir kazanda tam yanmayı sağlamak için düşük olan hava
yakıt oranı olması gereken değerin üzerine çıkarılırsa bunu sonucunda bacadan atılan
enerjide artacaktır.Bundan dolayı baca gazındaki O2 miktarını optimum seviyede tutmak
gerekir.Soğuk yanma havasının fazlalığından veya alevin soğuk yüzeyden geçmesinin neden
olduğu alev soğuması da eksik yanmaya sebebiyet verir.
Yakma sisteminin ilk seçimi ve sonraki bakımı çok önemlidir.Yakıt ile hava orantılı olarak
verilse bile yanma hacminin kaldıramayacağı kadar debi uygulanması tam yanmayı
engeller.
6.2.2.Baca gazındaki su buharı nedeniyle olan ısı kaybı
Yakıtlar serbest nem şeklinde ve kimyasal kompozisyonlarından dolayı içerisinde nem
bulundurur.Yakıtın içerisinde bulunan nem yanma esnasında buharlaşarak açığa
çıkmaktadır.Su buharı olarak açığa çıkan nem kazandaki faydalı enerjinin bir kısmının
bacadan dışarı atılmasına sebep olmaktadır.Yakıttaki serbest nemin yakmadan önce
mümkün olduğunca azaltılması enerji tasarrufu açısından gereklidir.
Katı yakıtlarda kömürün stoklanması esnasında veya yakmadan önce ıslanmamasına özen
gösterilmelidir.Ayrıca katı yakıt alımın da yakıt kimyasal kompozisyonuna bakılarak düşük
nem bulunduranlar tercih edilmelidir.
6.2.3-Kuru baca gazı nedeniyle olan ısı kaybı
Baca gazındaki su buharı nedeniyle meydana gelen kayıplara ilaveten CO2 ve yanmada
önemli bir rolü olmayan nitrojenin çoğu tarafından da dışarı ısı taşınmaktadır.Yanma için
gerekli olan O2 nin yüksek olması da faydalı ısıyı bacaya taşır.Isı kayıpları fazla havayı ve
baca gazı sıcaklığını optimum seviyeye indirme yoluyla kontrol edilmelidir.Değişik yakıt
Enerji Yönetimi Sayfa 38
türleri için O2 veya CO2 ve gaz sıcaklığına bağlı olarak meydana gelebilecek baca gazı
kayıpları değişik grafiklerden bulunabilmektedir.Ayrıca aşağıda verilen formüllerin
kullanılmasıyla daha isabetli sonuç alınabilmektedir.
6.2.3.1-Uçucu küldeki yanabilir maddeler nedeniyle olan kayıplar:
xCVg)C1(
100x8083xxCxFAL
FA
FAFAfuel
FA
LFA:% olarak uçucu külle olan ısı kaybı
Afuel:yakıttaki külün ağırlıkça yüzdesi
FFA:uçucu külün toplam küldeki ağırlıkça yüzdesi
CFA:uçucu küldeki yanabilir maddelerin ağırlıkça yüzdesi
cVg:yakıtın üst ısıl değeri(kcal/kg)
6.2.3.2- Cüruf’taki yanabilir maddeler nedeniyle olan kayıp:
xCVg)C1(
100x8083xxCxFAL
SA
SASAfuel
SA
LSA: Cüruf’taki yanabilir maddeler nedeniyle olan kayıp
FSA: Cüruf külünün toplam küldeki ağırlıkça yüzdesi
CsA: Cüruftaki yanabilir maddelerin ağırlıkça yüzdesi
6.2.3.3- Uçucu küldeki yararlı ısı olarak atılan kayıp
xCVg)C1(
100x21,0xTaTgxxFAL
FA
FAfuel
*FA
LFA*: Uçucu küldeki yararlı ısı olarak atılan kayıp
Tg : Baca gazı sıcaklığı oC
Ta: Ortam sıcaklığı oC
Enerji Yönetimi Sayfa 39
0,21: Külün spesifik ısısı (kcal/kgoC)
6.2.3.4- Cüruf daki yararlı ısı olarak atılan kayıp
xCVg)C1(
100x8083xxCxFAL
SA
SASAfuel
*SA
LSA*: Cüruf’taki yararlı ısı olarak atılan kayıp.
TSA: Cüruf külünün çıkış sıcaklığı oC
6.2.3.5- Kuru Baca gazı Kaybı:
2
SAFA
FG
DGCO
100
LL1xTaTKx
L
3
2
lfue
CVg
CVnxCx7,69K
Cfuel: Yakıttaki karbonun ağırlıkça yüzdesi
CVn: Yakıtın alt ısıl değeri (Kcal/kg)
CVg = CVn + [6x(g x Hfuel+Wfuel)]
Hfuel: Yakıttaki hidrojenin ağırlıkça yüzdesi
Wfuel: Yakıttaki suyun ağırlıkça yüzdesi
maxCOx21
O1CO 2
22
Enerji Yönetimi Sayfa 40
(CO2)max (CO2)max için yukarıdaki tabloda verilen değerler
Linyit → 19,2 alınabileceği gibi yakıttaki karbon ve hidrojen
Ağır Fueloil → 15,9 oranları bilindiği taktirde aşağıdaki
Doğalgaz → 11,7 formüllede hesaplanabilir.
Kok → 20,7
2
xH891
12
xC78412
C
COuelffuel
fuel
max2
(CO2)max = Teorik stokiyometrik yanmada kuru baca gazındaki CO2’nin hacmen yüzdesi
6.2.3.6- Su Buharı Duyulur Isısı Nedeniyle olan kayıp
LH2O = *CV
)xT5,0()Ta588(xgxH/(Wfuel
g
6Fuelf
CVg*= Cvg + (Tfuel – Ta) x 0,47
Tfuel: Atomizasyon sıcaklığı oC
Not: Ön ısıtma yapılmayan yakıtlar kullanıldığından CVg*, CVg’ye eşit alınacaktır.
6.2.3.7- Yanmamış karbon monoksit nedeniyle olan kayıp
Enerji Yönetimi Sayfa 41
)COCO(
100
LL1COx*K
L2
SAFA
CO
Kok → 70
Linyit → 63
Sıvı Yakıt → 48
Doğal gaz → 32
6.2.4 -Fazla Hava
Fazla hava oranı = kullanılan havanın teorik (stikiometrik) hava miktarı bölünmesiyle elde
edilen değer.
100*1CO
max)CO(%O.H.F
2
2
100*O21
O
2
2
Kazanlarda yanma sistemi yanma problemlerine neden olmayacak minimum hava yakıt
oranını verecek seviyede tutulmalıdır.
Fazla hava miktarı gereğinden çok olursa;
*baca gazı miktarı artırır, daha fazla ısı bacadan dışarı atılır.
*gaz debisinin , dolayısıyla hızının artmasına ve ısı transferinin düşmesine neden olur.
Bunun için;
*Kazan dairesine hava tedariki yeterli olmalı ve yakma ekipmanlarındaki hava basıncı sabit
olmalıdır.
Enerji Yönetimi Sayfa 42
*Fueloilde, yağ sabit viskozitede olmalı ve aşırı sıcaklık dalgalanmaları minimuma
indirilmelidir.
*Gazlarda, brülöre giden gaz basıncı sabit olmalıdır.
*Kömürde (tane büyüklüğü, nem, ucucu madde reaksiyona girme kabiliyeti) homojen bir
karışım sağlanmalıdır.
6.2.5.Baca gazı sıcaklığı
Baca gazı sıcaklığı kabul edilen değerlerin üzerinde olması durumunda bacadan atmosfere
fazla enerji atılacaktır.Bu durumda kazan verimi bir miktar düşer.Bacadan atılan enerjinin
yüksek olmasının 2 ana nedeni vardır.Bunlardan birincisi ısı transfer yüzeylerinin yetersiz
oluşudur.Böyle durumlarda bacaya hava ön ısıtıcısı veya kızdırıcılar kurularak baca gazının
ısısından faydalanmak mümkün olmaktadır.Baca gazı sıcaklığının yüksek olmasının
2.nedeni ise ısı transfer yüzeylerinde oluşan kirliliklerdir.
Bu nedenle kazan boruları belirli periyotlarda temizlenmeli ve ayrıca kazana verilen besi
suyunun sertliği sık sık kontrol edilmelidir.
6.2.6.Yakıt cinsi
Farklı yakıtlar, farklı oranlarda karbon ve hidrojen ihtiva ettikleri için ısıl değerleri, yanma
sonucu baca gazındaki nem miktarları, cüruf ve kurum miktarları değişmektedir. Bunların
hepsi verimi etkilemektedir.Bu durum daha çok katı yakıt yakan kazanlarda kendisini belli
etmektedir.Sıvı yakıtlarda verimi etkileyen önemli faktörlerden biride atomizasyon
sıcaklığıdır.
6.2.7.Brülörler
Brülörlerde, hava miktarının yakıt miktarıyla orantılı olarak değişmesini sağlamak için,
genelde yakıt vanası mekanik bir sistemle hava klapesine bağlanır.
Bu mekanik bağlantıda zamanla oluşan gevşeme aşınma sonucu hava miktarının yakıtla
uyumlu olarak otomatik bir biçimde ayarlanması bozulur, hava/yakıt oranı değişir ve verim
azalır.
Enerji Yönetimi Sayfa 43
Ayrıca brülörlerde yakıt basınç ve sıcaklığının da istene değerde olmaması, yakıtın
yeterince atomize olamamasına ve eksik yanmaya neden olmakta ve dolayısıyla verim
azalmaktadır.
6.2.8.Kazan yükü
Kazanlar düşük yükte ve aşırı yük durumun da çalıştırıldıkları zaman verim düşmektedir.
Maksimum yük ve devamlı çalışma durumunda çekilen yük oranı %50 nin altına
düştüğünde verim eğrisi hızla düşmektedir. Kazan yükünün değişmesiyle yakılan yakıt
miktarı da değişmekte ve özellikle radyasyon ve konveksiyon kayıplarında olmak üzere
kayıplarda, dolayısıyla verimde önemli değişme olmaktadır. Maksimum verimlere genel
olarak, kazanın tam yükünü %70’inden yukarı yüklerde çalıştığı durumlarda ulaşılmaktadır.
Bundan dolayı kazanların mümkün olduğu kadar tam yüke yakın bir yükte çalıştırılması
gerekmektedir.
6.2.9.Kazan yüzeyinden olan ısı kayıpları
Kazan yüzeyinden olan ısı kayıpları radyasyon ve konveksiyon yoluyla olmaktadır. Modern
kazanlarda bu kayıp genel olarak kazan tam yükte çalıştırılıyorsa %1 den küçüktür. Bununla
birlikte eski tip kazanlarda ve izolasyonu kötü durumda olan kazanlarda bu kayıp %10’a
kadar çıkmaktadır.
Kazan yüzey sıcaklığını ortam sıcaklığının yaklaşık 30 ’C üstündeki bir değere düşürecek
şekilde yapılmış bir yalıtım, bu tür kayıpları en aza indirmek açısından yeterli ve uygundur.
%kayıp = (%)yüküçalismakazan
100
6.2.10.Blöf nedeniyle olan ısı kaybı
Kazan suyunun içerisindeki bazı minerallerin yüksek sıcaklıkta çözünmesiyle suyun
içerisinde tortulaşmalar oluşmaktadır.Buhar kazanlarının ısı değişim oranlarını azaltan ve
verimin düşmesine sebep olan tortuları önlemek için kazana iletkenliği düşük uygun besi
suyu verilmelidir.
Enerji Yönetimi Sayfa 44
Kazanların ilave suları şebeke suyundan direk alınmamalıdır, bir su yumuşatma
işleminden geçirilmelidir. Kazan suyunda oluşan tortular temizlenmezse, kazan boruları
içerisinde kireç taşı oluşur. Dolayısıyla ısı iletimi güçleşir ve ileride kazanın kullanılmayacak
duruma gelmesine sebep olur. Bunu önlemek için kazan içerisindeki suyun bir miktarının
belli aralıklarla boşaltılması gerekir, buna blöf denilir.
Blöf sistemi ile atılan her litre su için eşdeğer miktarda besi suyunun kazana ve
beslenme tankına verilmesi gerekir.
Blöf suyunun sıcak, besi suyunun soğuk olması nedeniyle bir miktar enerji kaybı söz
konusu olmaktadır.
Blöf ısısının geri kazanılması, çıkışa konulacak bir ısı değiştirgeci vasıtasıyla dışarı
atılan sıcak blöften ilave bir ısı kazanılması şeklinde olabilmektedir. Diğer bir yöntem ise
blöf valfında basıncın düşürülmesi ve dolayısıyla sıcak suyun tekrar buharlaştırılması ile
oluşturulan flaş buharı yeniden kullanılması sonucu ısı geri kazanımı şeklinde olmaktadır.
Blöf miktarı, beslenme suyunun iletkenliği ölçülerek aşağıdaki formülle hesaplanır.
BD = 56
SFx 100
BD : % Blöf (Besi suyu miktarı)
SF : Beslenme suyunun iletkenlik değeri(ppm)
Blöfle olan ısı kayıpları
L BD = )]660()](100[[)]()[(
)](100[)()(
22
2 1
OHOHBD
OHBD
TxBDxBDxTT
LxBDxTT
L BD : % olarak Blöfle olan ısı kaybı
T BD : Blöf sıcaklığı, o C
Enerji Yönetimi Sayfa 45
T OH 2: Besi suyu sıcaklığı, o C
BD : % Blöf (Besi suyu miktarına göre)
1L : Blöf hariç toplam ısı kayıpları(LFA
+ L SA +L FA + L SA + L DG + L OH 2+ L CO +L RC )
6.2.11. Toplam ısı kayıpları ve kazan verimi
L = LFA
+ L SA +L FA + L SA + L DG + L OH 2+ L CO +L RC +L
BD
= 100 - L
6.2.12. Besi suyu sıcaklığı
Kazan suyu buharlaşma ile proses de direkt buhar kullanımı sonucu veya blöf
nedeniyle zaman içerisinde azalmaktadır. Besi suyunun kazana en yüksek sıcaklıkta girmesi
sağlanmalıdır. Besi suyunun kazana soğuk girmesi durumunda hem bu suyun yeniden
ısıtılması için ayrıca bir enerji harcanacak, hem de suyun içerisindeki bazı mineraller soğuk
halden yüksek sıcaklığa ısıtılması durumunda tortulaşarak kazan içinde kireç oluşumuna
neden olacaktır.
Kazana soğuk su verilmesinin diğer önemli bir sakıncası da, soğuk su içerisinde
bulunan
6.2.13. Kondensatın geri kazanımı
Kazanlarda üretilen buhar, sistemde kullanıldıktan sonra bir kısmı doymuş buhar, bir
kısmı da su olarak sistemden ayrılmaktadır. Uygun yerlere konulacak buhar kapanları
vasıtasıyla buharın sistemde kalması sağlanabilmektedir.
Sıcak su olarak ayrılan diğer akışkan ise prosesten kaynaklanan herhangi bir kirlenme
söz konusu değilse besleme suyu olarak kazana döndürülmesi kazan verimine olumlu etki
yapacaktır.
6.2.14. Yanma Hava Sıcaklığı
Enerji Yönetimi Sayfa 46
Kazanlara yanma havası olarak verilen havanın ısıtılması ile kazan veriminde artış sağlamak
mümkündür. Yanma havasının baca gazından faydalanılarak ısıtılması yaygın olarak
kullanılan bir yöntemdir.
Enerji Yönetimi Sayfa 47
7.BUHAR SİSTEMLERİ
BUHAR SİSTEMLERİ
Buhar, suyun (ısıtılması sonucu) gaz ve sıvı fazının bir arada olduğu durumdur.
Doğrudan ısı enerjisi olarak kullanılmanın yanı sıra tahrik güzü olarak da faydanı la
bilinmektedir.
Güvenilir olarak kullanılabileceği bir sıcaklıkta büyük miktarda ısıyı depolayarak
taşıyabilmesi ve her yerde kolay ve bol bulunan sudan üretilmesi buharın sanayi
kuruluşlarında ve büyük ısıtma sistemlerinde çok yaygın kullanımını sağlamıştır.
Yaygın kullanımı ve yüksek enerji potansiyeli buhardan elde edilecek tasarruf
miktarının yüksek olmasına sebep olmaktadır.
Buhar, merkezi bir kazanda yakıtın yakılması, endüstriyel proseslerden çıkan atık
ısının kullanımı veya elektrik üretim tesislerindeki karşı basınçlı sıra buhar tribünlerinden
çekilerek üretilebilir.
Bir buhar sisteminin;
Kazan
Buhar hattı, vanalar, buhar kapanları
Kondensat dönüp hattı ve kondensat tankı, pomp
Buhar kullanıcılar
Buhar kullanımında enerji tasarrufu için genel öneriler:
Doğal olarak buhar kazandan ayrılır ayrılmaz hemen ısıyı dışarı vermek isteyecektir.
Buharın sahip olduğu ısıyı kullanmak istediğimiz noktaya ulaşmadan önce mümkün olduğu
kadar az miktarda kaybolmasını sağlamamız gerekmektedir.
Buhar dağıtımı;
Boru, vana ve flanşları izole edin
Buhar kaçaklarını önleyin
Borulara belirli bir eğim vererek boru içinde kondensat toplanmasını önleyin
Uygun yerlere buhar kapanı yerleştirin.
Enerji Yönetimi Sayfa 48
8.EKONOMİK ANALİZ YÖNTEMLERİ
Genel kavramlar
1. Maliyet ve tasarruf tahmin detayı
Sermaye: Sermayenin içinde bulunanlar
Ön enerji taraması
Planlama çalışmaları
Mühendislik ve dizayn hizmeti
Ekipman maliyeti
İlave malzeme maliyeti
Fabrika üretimindeki duraklamaların maliyeti
Mevcut ekipmanın değiştirilmesi veya onarılması
İlk çalıştırma maliyeti
Nakliye maliyeti ve çeşitli vergiler
İşletme giderleri (her yıl tekrarlanan)
İlave bakım
Yeni sistemin enerji tüketim maliyeti
Ekstra kimyasal malzeme
İlave sigorta masrafları
Amortisman
2. Yatırım tutarı
3. Yatırımın ömrü
4. Yatırımın hurda değeri
5. Iskonto oranı (i)
6. Paranın zaman değeri
Paranın ( n) yılsonunda ulaşacağı değerin formülü
S = P (1 + i )n
S = Paranın n yıl sonraki değeri
P = ilk yatırım yada paranın şimdiki değeri
Enerji Yönetimi Sayfa 49
İ = Yıllık faiz oranı yada ıskonto oranı, sermayenin maliyete oranı
n = Yıl sayısı
Örnek : 100 milyon TL’nin % 18 faiz oranına göre 15 .yılın sonunda alacağı değer ?
S = 1 000 000 000 ( 1 + 0,18 ) 15 = 11 973 745 000 TL
1’ yıldan az sürelerde ;
6 aylık devre n= yıl x devre
n yıl sonraki paranın şimdiki değeri;
n
tablodan iskonto bugün ki değer faktörü
oranına göre bakılır
P = n yıl sonra elde edilecek bugün ki değer
Örnek : 400 milyon liranın % 36 faiz haddine göre ve faizi 6 aylık devrelerde hesaplanmak
üzere 3. yıldaki değerini bulunuz ?
n = 3 yıl olduğu için
n = 2 x 3 yıl = 6
Enerji Yönetimi Sayfa 50
iskonto oranı ( i ) = 18,02
36,0
S = P ( 1 + i )n
S = 400 000 000 ( 1 + 0,18 ) = 400 000 000 x 2,7 = 1080 000 000 TL
Her dönem sonunda elde edilen 1 YTL ‘ in bugün ki değerleri toplamı
borcun eşit miktarlar ile ödenmesi
8.1. Geri Ödeme Süresi
Geri ödeme süresi ne kadar kısa ise , yatırımda o derece iyi bir performansa sahip demektir.
Örneğin , enerji tasarrufu projeleri için yaygın olarak önerilen değer 3 veya 4 yıldır.
Enerji Yönetimi Sayfa 51
Örnek 1: Bir fırına reküperatör monte edilmesi için satın alma ve montaj maliyeti 10.000 $
işletme ve bakım için 300 US $ 1 yıl gereklidir.Yakma havası ön ısıtması nedeniyle yıllık 3400$ kazanç
sağlanmaktadır.
Projenin geri ödeme süresi nedir?
Örnek 2: Ekonomik ömürleri aynı olan A ve B projesini net nakit akımları aşağıdaki gibi ise
projeler ne kadar sürede kendini öder?
Yıllar 0 1 2 3 4 5 6
A Projesi -300 15 30 105 150 30 225
B Projesi -300 150 75 40 25 10 225
Yıllık nakit akışları eşit değildir.Bu durumda geri ödeme süresini, yıllık faydalar toplamını
yatırıma eşit kılan yıl sayısı bulunarak hesaplanabilir.
A projesinin yıllık faydalarını yatırıma eşitlerse;
15 + 30 + 105 + 150 = 300 GÖS = 4 yıl
B projesinin GÖS 5 yıl
Enerji Yönetimi Sayfa 52
Bu yönteme göre A projesi daha caziptir.Ancak projelerin nakit akımları incelendiğinde B
projesinin ilk yıllarda daha fazla nakit akımına sahip olduğu görülmektedir.Ekonomide faiz oranı %1
bile olsa, B projesi A projesinden daha cazip bir proje olmaktadır.Geri ödeme süresi yönteminin en
büyük sakıncası faiz oranını dikkate almamasıdır.
Örnek: Ekonomik ömürleri birbirinden farklı olan iki proje ile ilgili ( A ve B ) nakit akımları
aşağıdaki gibiyse projelerin geri ödeme süresi ne kadardır?
Yıllar 0 1 2 3 4 5 6 7 8
A -150 75 75 75 75 GÖSA = 2
B -150 75 40 35 75 75 75 75 78 GÖSB = 3
GÖS yöntemine göre A projesinin tercih edilmesi gereklidir. Ancak nakit akımları
incelendiğinde, 4 yıllık ekonomik ömre sahip A projesi geri ödeme süresinden sonra ancak 2 yıl daha
fayda sağlamaktadır. B projesi ise geri ödeme süresinden sonra 5 yıl daha fayda getirmektedir.
Bu örnekten de görüleceği gibi GÖS ekonomik ömrü dikkate almamaktadır. GÖS yöntemi
önemli sakıncaları almasına rağmen, geleceğe ait risk ve belirsizliklerin çok olduğu durumlarda
yatırımın en kısa sürede geri alınması istendiği zaman kullanılma olanağı bulan bir yöntemdir. GÖS
yönteminin yukarıda belirtilen sakıncalarını ortadan kaldırmak için paranın zaman değerini dikkate
alan yöntemler kullanılmalıdır.
8.2.Bugünkü Değer Yöntemi:
Bu yönteme göre proje değerlendirmede, yatırımın her yıl sağlanacağı nakit girişleri önceden
tespit edilen bir (i) ıskonto oranına göre, bugüne indirgenerek toplanır. Bu indirgenmiş fayda toplamı,
masraf tutarından büyükse proje kabul, küçükse proje reddedilir. Enerji verimliliği yatırımlarından
elde edilecek tasarruflar nakit girişi olarak kabul edilecektir. İşletme bakım, işçilik gibi maliyetler ise
nakit çıkışıdır.
Enerji Yönetimi Sayfa 53
Örnek : Ekonomik ömrü 8 yıl olan A projesinin nakit akımları tabloda verilmiştir.
Yıllar 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Yatırım
tutarı
-1500
Yıllık
tasarruf
400 400 400 400 400 400 400 400
Hurda
değeri
500
Iskonto
oranı
%15
Yakıt tasarrufu Hurda değeri
BD = 400.000.000 x 4.487 + 500.000 x 0.327
BD = 1.958.300.000 TL
1.958.300.0 > 1.500.000.000 proje kabul edilir.
8.3. Net Bugünkü Değer Yöntemi
(NBD) yöntemi, her şeyden önce bir projenin tüm yaşamı boyunca yaratacağı faydaları göz
önüne almaktadır.Bu yöntemle yapılan proje değerlendirmede önceden belirlenen bir ıskonto
Enerji Yönetimi Sayfa 54
oranına göre, projenin sağlayacağı faydaların bugünkü değerlerinin toplamı ile yatırım harcamalarının
bugünkü değerlerinin toplamı arasındaki fark bulunur.NBD pozitif ise proje kabul edilir, negatif ise
reddedilir.
Mn = n. Yıldaki yatırım
Fn = n. Yıldaki fayda
m = Yatırımın tamamlanma yılı
t – m = Pr
Bir projenin ticari açıdan kabul edilebilmesi için NBD’nin sıfırdan büyük ve en az sıfıra eşit
olması gerekir.
Örnek : Ekonomik ömrü 9 yıl olan A projesinin nakit akımları tabloda verilmiştir.
Yıllar 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Yatırım
tutarı
-1500
Yıllık
tasarruf
600 600 600 600 600 600 600 600 600
Tamir-
Bakım
-150 -150 -150 -150 -150 -150 -150 -150 -150
Hurda
değeri
400
Iskonto
oranı
%25
Enerji Yönetimi Sayfa 55
Yıllık Tasarruf Hurda Değeri
Fayda = 600.000.000 x 3.463 + 400.000.000 x 0.134
=2.131.400.000 TL
Yatırım Yıllık Tamir Bakım Gideri
Masraf = 1500.000.000 + 150.000.000 x 3.463
= 2.019.450.000 TL
NBD = Fayda – Masraf = 111 950 000 TL (kabul)
Örnek 2 : Atık ısı geri kazanımı projesi
Başlangıç yatırım 2500$
Yıllık enerji tasarrufu 8500$(ilk yıl için) 12000$(diğer yıllar için)
İlave bakım maliyeti 1250$ 1 yıl
İlave işçilik 3000$ 1 yıl
İlave kimyasallar 500$ 1 yıl
Atık malzeme değeri 3000$ 1 yıl ( 6. yıldan sonra)
Enerji Yönetimi Sayfa 56
Proje inşa zamanı 1 yıl
Çözüm: Daha önceki örnekte faydaların nakit girişlerini bugünkü değer toplamından
masrafların nakit çıkışlarını bugünkü değer toplamı çıkartılarak net bugünkü değer hesaplanmıştı.Her
yılki nakit akımları arasındaki fark alınarak da net bugünkü değer hesaplanabilir ve aynı sonuca
ulaşılır.Farklı bir uygulama göstermek açısından bu örnekte net bugünkü değer, her yılki nakit akımları
arasındaki fark alınarak hesaplanmıştır.
NG = Nakit girişleri ( Faydalar)
Nç = Nakit çıkışları ( Masraflar)
Yıllar 0 1 2 3 4 5 6 7
Yatırım -25000
Enerji Tasarrufu - 8500 12000 12000 12000 12000 12000
Bakım - -1250 -1250 -1250 -1250 -1250 -1250
İşçilik - -3000 -3000 -3000 -3000 -3000 -3000
Kimyasallar - -500 -500 -500 -500 -500 -500
Hurda Değeri - 3000
Nakit Atımı -25000 3750 7250 7250 7250 7250 7250 3000
Iskonto faktörü
(i=%10)
NBD= 25000)1,01(
13000
)1,01(
1x
1,0x)1,01(
1)1,0(17250
10,01
13750
715
5
1
Enerji Yönetimi Sayfa 57
$57,4920 proje kabul
Bugünkü değer yönteminin üstünlükleri
Paranın zaman değerini dikkate almaktadır.
Uygulaması kolay ve basittir.
Iskonto oranı ile gelecekteki faydaların bilinmesi halinde faktör tablolarının kullanılması
sonucu yöntem çok kolay uygulanır.
Sakıncaları
Bu yöntem ile yatırım projelerinin değerlendirilmesinde farklı ıskonto oranları farklı
sonuçlar vereceğinden, ıskonto oranının tespiti önem kazanmaktadır. Iskonto oranı farklılaştırılarak
proje sıralamasını değiştirmek mümkün olmaktadır.
NBD yöntemi, büyüklüğü farklı yatırım projelerinin karşılaştırılmasında sağlıklı sonuç
vermemektedir.
Iskonto oranının, projenin ekonomik ömrü boyunca değişmeyeceğini sabit kalacağını
varsaymasıdır. Halbuki zaman içerisinde piyasa faiz oranları düşebilir sermaye maliyeti azalabilir ve
dolayısıyla yatırımcının yatırımdan beklediği kârlılık oranı azalma yönünde değişiklik gösterebilir.
Net bugünkü değer yöntemi, yatırım projelerinin gerçek verim oranlarını göstermemekte,
ancak projenin kârlılık oranlarının gerçek verim oranlarından daha yüksek olup olmadıklarını açığa
kavuşturmaktadır.Bu açıdan NBD yöntemi, iç kârlılık oranı yöntemine göre daha az gerçekçi bir
karşılaştırmaya imkan vermektedir.
İç kârlılık oranı yöntemi
İKO yöntemi bir yatırım projesinin ne oranda gelir getireceğinin veya fayda sağlayacağının
hesaplanmasıyla ilgilidir.İç kârlılık oranı yönteminde ıskonto oranı bir veri değil, bir bilinmeyendir.İç
kârlılık oranı yöntemi ile projeye ait nakit girişlerini, nakit çıkışlarına eşitleyen verim oranı
Enerji Yönetimi Sayfa 58
hesaplanır.Bulunan verim oranı ile yatırımcının belirlediği ıskonto oranı karşılaştırılarak projenin kabul
veya reddine karar verilir.
İç kârlılık oranı yöntemi, bir projenin ne oranda gelir getireceğinin veya fayda
sağlayacağının hesaplanmasıyla ilgilidir.İç kârlılık oranı ne kadar yüksekse proje o kadar kabul
edilebilir özelliği yüksekse bir projedir.Aynı zamanda bu oran, projeyi üstlenen girişleriyle projesi için
borç alması gerektiği zaman ödeyebileceği maksimum faiz oranının ve olması gerektiği konusunda
açık bir ölçü ermektedir.
Projenin ekonomik ömrü boyunca sağlayacağı faydaların bugünkü değer toplamının,
yatırım harcamalarının bugünkü değer toplamına eşitleyen faiz (ıskonto) oranı:
m
0nn
t
1mm n )1(
Mn
)r1(
Fn
Mn = n . Yılda ki yatırım
Fn = n. Yılda ki fayda
M = yatırımın tamamlanma yılı
t – m = projenin ekonomik ömrü
r = iç karlılık oranı
İç karlılık oranı yöntemine göre projeler arasında bir tercih yapılması gerekiyorsa oranı
yüksek olan proje seçilir.
İç karlılık oranlarının ( r ) büyüklük sırası projeler arasında öncelik sırasını göstermektedir.
Proje A r1
Proje B r2 r1 > r2 > r3 projeler A , C, B olarak sıralanır
Proje C r3
Enerji Yönetimi Sayfa 59
Örnek :
Yatırım tutarı : 1 500 000 TL
Nakit girişi : 260 40
Ekonomik ömrü : 9 yıl
Karlılık oranı : ?
Bugün ki değer yöntemine göre r ‘ nın hesaplanması
Masrafrr
ra
n
n
)1(
1)1(
1500000)1(
1)1(26040
rr
rn
n
759,526040
1500000
)1(
1)1(
r
rn
n
Yıllar % 5 % 6 % 8 % 10 % 12
9 7,108 6,802 6,247 5,579 5,328
Enerji Yönetimi Sayfa 60
Tablo 19.2 r = %10
Örnek : Aşağıdaki projenin iç karlılık oranını bulunuz?
Yatırım tutarı =2000000000TL
İşletme masrafı=50000000TL
Hurda değer= 500000000TL
Ekonomik ömür= 10Yıl
İskonto oranı %25
İç karlılık oranının bulunmasındaki NBD’i ‘’0’’ yapan oranın aranması gerekir.
İlk önce i= %15 alalım
değeğhurdatasarrufYııllı
10
10
15,01
1000000500
15,015,01
115,01000000400Fayda
Fayda = 2 131 100 000 TL
masrafıişşletm
10
10
yatıatı 15,015,01
115,01500000002000000000Masraf
Enerji Yönetimi Sayfa 61
Masraf = 2 250 950 000 TL
NBD = Fayda – Masraf
= 2 131 100 000 – 2 250 950 000
= -119 850 000 TL
Bu değer negatif olduğundan iskonto oranının düşürülmesi gerekir.
i= % 10 alalım
TL00000065121,01
1500000000
1,01,01
11,0140000000Fayda
1010
10
TL00025030721,01,01
11,01500000002000000000Masraf
10
10
NBD = fayda – masraf
= 2 651 000 000 - 2307250000
= 343750000 TL
NBD’i 0 yapan iskonto oranı % 10 ile % 15 arasındadır.
Enterpolasyon formülü
211. iiNBDNBD
NBDioranıİçkar
t
t
i1: 0’a en yakın pozitif NBD
i2: 0’ a en yakın negatif NBD
)10%15(%119850000343750000
34375000010%.oranıİçkar
Enerji Yönetimi Sayfa 62
İKO = % 10 + (0,74 + 0,05)
= % 14
Yatırımcının belirlediği iskonto oranı % 25 ‘ dir İKO iskonto oranından düşük olduğundan
proje iptal.
İç karlılık oranı yönteminin üstünlükleri:
Tam gelişmeyen sermaye piyasalarında iskonto oranının belirlenmesi karışık ve güç
olduğundan bugünkü değer yöntemlerine tercih edilir.
Yatırım projelerinin değerlendirilmesinde, zaman faktörünün ve ekonomik ömrü dikkate
alarak, nakit giriş ve çıkışlarını aynı zaman düzeyine indirgeyip homojen bir duruma getirerek
karşılaştırma olanağı sağlar.
Bir yatırım projesi tek başına değerlendirilirken kabul yada ret kararının verilmesi
durumlarında net bugünkü değer ve iç karlılık oranları yöntemle aynı sonucu verir.iç karlılık oranı
daha açık bilgi sağladığı için tercih edilir.
Sakıncaları:
Çözümü zordur.
Projenin yıllık faydaları yıllar itibariyle dalgalanma gösterdiği zaman iç karlılık oranı
hesaplanması güçleşir ve zaman alır.
Faydalı ömrü kısa fakat karlılık oranı yüksek projeler, faydalı ömrü çok uzun buna karşılı
karlılık oranı düşük projelere tercih edilir. Bazı durumlarda, karlılık oranı düşük olmasına rağmen
ömrü çok uzun olan projelerinin sağlayacağı fayda, kısa ömrü karlılık oranı yüksek projelerin
faydasından üstün olabilir.
Projenin akımlarının normal bir dağılım göstermemesi durumlarında iç karlılık oranı
yöntemi anlamını yitirir. Çünkü böyle durumlarda iç karlılık oranı yöntemi hesaplanamaz yada birden
fazla iç karlılık oranı bulunur.
8.5.Fayda/Masraf Oranı Yöntemi:
Enerji Yönetimi Sayfa 63
Bir yatırımın fayda/masraf oranı yatırımın belli bir iskonto oranıyla bugünkü değere verilmiş
nakit girişlerinin, yatırımın nakit çıkışlarının bugünkü değerlerine oranıdır.
t
mmn
i
Fn
1 1
m
nn
i
Mn
0 1
Mn; n. Yıldaki yatırım
Fn ; n.yıldaki fayda
M :yatırımın tamamlanma yılı
t-m : projenin ekonomik ömrü
fayda / masraf > 1 proje kabul
Fayda/masraf oranlarının büyüklük sırası projeler arasındaki öncelik sırasını gösterir.
Örnek 1 deki fayda = 2 131 400 000 TL
Masraf = 2 019 450 000 TL
06,12019450000
2131400000
masraf
fayda
1,01 > 1 proje kabul
8.6.Net Fayda / Masraf oranı yöntemi
(NF / M ) oranı yöntemi , net bugünkü değer ve fayda masraf oranı ( F / M ) yöntemlerinin
karışımıdır.
NBDM
NF
m
nn
i
Mn
0 1
Enerji Yönetimi Sayfa 64
F = faydaların bugünkü değer toplamı
M = harcamaların bugünkü değer toplamı
1M
F
M
NFveya
M
MF
M
NF
NF/M > 0 ise proje kabul
Örnek : örnek 1 ‘ den
Fayda = 2 131 200 000 TL
Masraf = 2 019 450 000 TL
06,02019450000
2019450000231400000
M
NF
0,006 > 0 proje kabul
8.7. Enflasyonist ortamlarda proje değerlendirme
Şimdiye kadar yapılan örneklerde enflasyon dikkate alınmamıştır. Enflasyonun dikkate alındığı
durumlarda kullanılacak faiz oranı, birleştirilmiş faiz oranı( ie) formülü ile hesaplanır.
ie = (1+i).(1+d)-1
ie =i+d+id
ie=birleştirilmiş faiz oranı d=enflasyon oranı
Enerji Yönetimi Sayfa 65
ÖRNEK: %10reel iskonto oranı %20lik enflasyon ortamında ie oranı:
ie= i+d+id
ie=0,10+0,20+0,10x0,20=%32’dir
Proje değerlendirmede kullanılacak faiz oranı;
1. Eğer projenin nakit akımları enflasyon dikkate alınarak hesaplanmışsa, birleştirilmiş faiz
oranı iskonto oranı olarak kullanılmalıdır.
2. projenin nakit akımları sabit fiyatlarla hesaplanmışsa reel faiz oranı iskonto oranı olarak
kullanılmalıdır.
İskonto oranı enflasyona göre hesaplanmış, nacak nakit akımları hesaplarında enflasyonun
göz ardı edildiği proje değerlendirmede yanlış karar alınabilir. Hatta kabul edilecek bir proje ret
edilebilir.
ÖRNEK:
Yatırımın tutarı=20000000TL
Yıllık tasarruf miktarı= 5000000TL
Yurda değer= 12000000Tl
Ekonomik ömür= 10Yıl
İskonto oranı %20 (reel faiz oran)
Enflasyon oranı=%15( gelecek 10 yıl boyunca her yıl ortalama)
ie=i+d+id=0,20+0,15+0,20x0,15
ie=%38
Firma projeden %20 oranında verim bekliyorsa %38lik faiz, iskonto ranı olarak
uygulanacağından
Enerji Yönetimi Sayfa 66
hurdatasarrufYııllı
10
10
38,01
112000000
38,038,01
138,015000000Fayda
Fayda = 13 110 000
Masraf = 20 000 000
NBD = fayda – masraf
= 131 10 000 -20 000 000
= -6890 000 TL proje red
9.ENERJİ VE KÜTLE DENKLİKLERİ
Enerji ve kütle denklikleri; bir sistemin durumuna kayıp olan noktaların ve kayıp miktarlarının
belirlenmesinde kullanıcıya yardımcı olmakta ve iyileştirilmesi gereken kriterlerin tespitinde yol
göstermektedir.
Enerji Denkliğinin Amacı:
Enerji denkliği, normal sabit çalışma koşullarında (denge şartlarında) bir sisteme verilen enerji
( sistemde tüketilen enerji) miktarı ile, sistemden çıkan enerji miktarı arasında bir denklik kurulması
anlamını taşımaktadır. Bu durum şematik olarak:
Enerji Yönetimi Sayfa 67
Giren Enerji Tüketilen Enerji Çıkan Enerji
Q 1 + Q 2 + Q 3 = Q 4 + Q 5 + Q 6 + Q 7 + Q 8 + Q 9 (denge koşullarında)
Enerji denkliği aşağıdaki konuların tespitine imkan sağlamaktadır:
1) Gerçekten kullanılan veya tüketilen enerji miktarlarının hesaplanmasını
2) Tesis verimliliğinin, performansının düzenli olarak izlenmesi.
3) Malzeme, tesis ve proses konularında yapılabilecek değişikliklerin, enerji tüketimine
etkilerinin değerlendirilecek iyileştirme çalışmaları planında öncelik verilmesi gereken
yerlerin tespiti.
4) Örneğin yeni bir tesis, modifikasyon veya yenileme gibi iyileştirme planları için veri
sağlanması
5) Mümkün olan en düşük enerji tüketimi ile maksimum üretimin sağlanması gibi, prosesin
temel amacının gerçekleştirilmesi
2.Enerji Değişimi
Enerji denkliği enerjilerin bir sistem içinde birbirlerine dönüşümleri ile ilgilenmekten çok,
enerji girdisini belirleyen, bir sistemden çıkan miktarların bağıl dağılımlarını gösterir. Bununla birlikte,
bir sistem içerisinde enerjinin ne kadar verimli olarak kullanıldığının görülmesi için, sistem içinde
enerji dönüşümlerine bakılması da o derecede önemlidir.
Enerji Yönetimi Sayfa 68
3.Kontrol Hamcı
İçinde enerji akışlarının oluştuğu sınırlar tarafından çevrelenmiş bir sistemi, Kontrol hacmi
olarak isimlendirebiliriz. Enerji denkliği, yukarıda da belirtildiği gibi, işte bu, ölçülmesi veya
hesaplanması gereken ve sınırlardan oluşan enerji akış miktarlarıyla ilgilidir.Bunlar, sistemi çalıştıran
kişilerce, olabildiğince kontrol altında tutulması amaçlanan ve miktarları bilinmesi gereken enerji
akışlarıdır.
Enerji denkliğinin doğru olabilmesi, kontrol hacmi içinde bulunan sistemin, sabit denge
koşullarında çalıştırılıyor olması gerekir. Sabit, denge koşullarında, kontrol hacmine giren toplam
enerji miktarı, bu hacimden çıkan toplam enerji miktarına eşit olacaktır.
Diğer denge koşulları sağlanamazsa, giren enerji çıkan enerjiye eşit olmayacağından enerji
denkliğinde bir hata oluşmasına neden olacaktır. Enerji denkliği içindeki önemli hataların genel olarak
nedeni yukarıda da belirtildiği gibi sistemin sabit denge koşullarından sapmasıdır.
-Kütle denkliği-
Kütle denkliği hesabının da yine sabit denge koşullarında yapılması gerekir. Enerji denkliğini
yapabilmek için öncelikle kütle denkliğinin hesabının yapılması gerekir. Çünkü enerji denkliğinde giren
ve çıkan maddelerin miktarlarının bilinmesi gerekir.
Denge koşullarında, bir birim zamanda sisteme giren kütle akışı, sistemden çıkan kütle akışına eşittir.
Gaz akışı (W 1 ) = Gaz akışı (W 2 ) = W
Ama sisteme bir ısı enerjisi verildiğinde W1 kütlesinin sıcaklığı, W 2 kütlesinin sıcaklığına eşit
olmayacaktır.
Gaz sıcaklığı T1 Gaz sıcaklığı T 2
Enerji Yönetimi Sayfa 69
Giren madde miktarı Çıkan madde miktarı
M 1 + M 2 + M 3 +M 4 = M 5 + M 6 + M 7 + M 8 ( Denge)
5-Referans sıcaklık ortam havası sıcaklığı yaklaşık 20 o C
6-Enerji ve kütle denkliği hesaplamaları
6.1 Verilen enerji
a-)Yanma sonucu
Q = )h/kg(debisi
gazkuru
FM x (
)kg/kj(ısısıözgül
gazkuru
HHV + )Ckg/kJ(ısısı
özgülYakıa
F
o
C x
sııcaklığ
Yakıa
FT )
Q:Yanma sonucu oluşan ısı miktarı(kJ/h)
M F : Yakıt debisi(kg/h)
C F : Yakıt özgül ısısı(kJ/kg o C)
T F : Yakıt sıcaklığı
HHV : Yakıt üt ısıl değeri (kj/kg)
Enerji Yönetimi Sayfa 70
b-) Elektrik enerjisi şeklinde
Q = P x 3600
P : Elektrik enerjisinden oluşan ısı enerjisi (Kj/h)
6.2. Gazlar ve nem miktarı ile ilgili enerji miktarı( Hava ve baca gazları)
Q = )h/kg(debisi
gazkuru
gM x [C
Ckg/kj(ısısı
özgülgazkuru
g
o
C x T g + [ kurugazkg/OHkg1
miktarınemgerçek
2
W W x (19 x
)C(
derecesiısıgaz
g
o
T + 2480)]]
Q : Enerji miktarı (kj/h)
M g : Kuru gaz debisi (kg/h)
C g : Kuru gaz özgül ısısı(kj/kg o C)
W : Gerçek nem miktarı(KgH 2 O/kg)
T g : Gaz sıcaklığı(oC)
6.2.1. Kuru baca gazı, yanma havası ve nem miktarı ile ilgili hesaplamalar
Genelde, baca gazı miktarı ve nem içeriği ile yanma için gerekli hava miktarları ölçülmez. O 2
veya %CO 2 ve yakılan kuru yakıt miktarı ve yüzde oranına ilişkin verilerden hesaplanır.
6.3. Malzeme akışlarına ilişkin enerji miktarı
Q = M m x C m x T m
Q : Enerji debisi(Kj/h)
M m :Malzeme debisi(Kg/h)
C m :Malzemenin özgül ısısı (Kj/KgoC)
T m : Malzeme sıcaklığı(oC)
Enerji Yönetimi Sayfa 71
6.4. Buhar ve kondensatla ilgili enerji miktarı
Q = M x (H w + dF
x H e )
Q: Enerji debisi(Kj/h)
M: Kütle debisi (kg/h)
H w : Suyun özgül entalpisi(kj/kg)
dF
: Buharın kuruluk oranı
H e : Buharlaşma özgül entalpisi(Kj/h)
6.5. Sıcak yüzeylerden kaybolan enerji miktarı
Q = U x A x (T 0 - T a )
Q : Enerji debisi (Kj/h)
U : U r + U c ısı transfer katsayısı (Kj/hm 2 o C)
U r : Radyasyonla ısı transfer katsayısı
U c : Konveksiyonla ısı transfer katsayısı
A : Yüzey alanı (m 2 )
T 0 : Yüzey sıcaklığı ( o C)
T a : Ortam sıcaklığı
a-)Radyasyonla ısı transfer katsayısı:
U r = )(
4.20
ao TT
xE x [
100
273To 4 - 100
273Ta 4 ]
Enerji Yönetimi Sayfa 72
Ur : Radyasyonla ısı transfer katsayısı (Kj/hm 2 o C)
E : Yüzey emissivite katsayısı
T o : Yüzey sıcaklığı( o C)
T a : Ortam sıcaklığı ( o C)
b-)Konveksiyonla ısı transfer katsayısı:
U c = B x (T o - T a ) 25.0
U c : Konveksiyonla ısı transfer katsayısı (Kj/hm 2 o C)
B : Boru veya yapı şekline göre bir faktör
6.5. Atmosfere açık su yüzeylerinden olan enerji kaybı miktarı
Q = R x A
Q : Enerji debisi (Kj/ )
R : Isı kaybı katsayısı (grafikten)
A : Su yüzey alanı
6.6. İzolasyonlu yüzeylerden ısı kaybı miktarı
Q = q x A x 3,6
Q : Enerji debisi (Kj/ )
q : İzolasyonlu birim alandan ısı kaybı (W/m 2 )
A : Boru ve sıcak hacmi yüzey alanı (m 2 )
Enerji Yönetimi Sayfa 73
6.7. Nemli havadaki enerji miktarı
Çeşitli miktarda nem ihtiva eden havanın entalpisi yaş, kuru termo sıcaklığı, özgül nemi, bağıl
nemi, özgül hacmi psikometrik diyagram yardımıyla belirlenebilir.
Enerji ve Kütle Denkliği ile İlgili Örnekler:
1-)Kağıt fabrikası, kağıt üretim makinesi ön kurutucu bölümü
Sisteme ilişkin özellikler
İşlem = kağıt makinesi ön kurutma işlemi
Üretim = 2740 Kg/h kağıt
Sistemden alınan ölçüm değerleri
Sistemden çıkan hava no 1 :
56500 kg/h kuru hava
45 o C kuru term sıcaklığı
33.2 o C yaş term sıcaklığı
0.0275 kgH 2 O/kg kuru hava
Sistemden çıkan hava no 2 :
50900 kg/h kuru hava
44 o C kuru term sıcaklığı
36.3 o C yaş term sıcaklığı
0.0353 kgH 2 O/kg kuru hava
Enerji Yönetimi Sayfa 74
Sisteme giren sıcak hava :
26700 kg/h kuru hava
100 o C kuru term sıcaklığı
36.3 o C yaş term sıcaklığı
0.0104 kgH2
O/kg kuru hava
Sisteme giren temiz hava :
24 o C kuru term sıcaklığı
182 o C yaş term sıcaklığı
0.0104 kgH 2 O/kg kuru hava
Üretim değerleri :
2740 kg/h kağıt
5 %nem(yaş baza göre)
Sisteme giren malzeme :
20 o C ‘ de kağıt hamuru
57.1 %nem (yaş baza göre)
Sistemden çıkan malzeme :
85 o C ‘ de kağıt
29.9 %nem (yaş baza göre)
Sisteme giren buhar miktarı :
3 707 kg/h buhar
Enerji Yönetimi Sayfa 75
1.9 bar basınçta doygun buhar
Sistemden çıkan kondensat
3 169 kg/h kondensat
1.9 bar basınç
Grafiğe değerler işlendikten sonra :
1-) Sistemden çıkan enerji miktarı (No1)
Q1 = M g x [C g x T g + [W x (1.9 x T g + 2480)]]
= 56500 x [1 x 45 + [0.0275 x (1.9 x 45 + 2480)]]
= 6 528 646 kj/h
2-) Sistemden çıkan enerji miktarı (No2)
Q 2 = M g x [C g x T g + [W x (1.9 x T g + 2480)]]
= 50900 x [1 x 44 + [0.0353 x (1.9 x 44 + 2480)]]
= 6 845 800 kj/h
3-) Sisteme giren enerji miktarı (sıcak hava)
Q 3 = M g x [C g x T g + [W x (1.9 x T g + 2480)]]
= 26700 x [1 x 100 + [0.0104 x (1.9 x 100 + 2480)]]
= 3 411 406 kj/h
4-) Sisteme giren enerji miktarı (temiz hava)
Kuru temiz hava miktarı = Çıkan hava No1 + Çıkan hava No2 – Sıcak hava
Enerji Yönetimi Sayfa 76
= 56500 + 50900 – 26700
= 80 700 kg/h kuru hava
Q4
= M g x [C g x T g + [W x (1.9 x T g + 2480)]]
= 80700 x [1 x 24 + [0.0104 x (1.9 x 24 + 2480)]]
= 4 056 486 kj/h
5-) Sisteme giren enerji miktarı (giren malzeme)
Kuru kağıt üretimi = 2740 x (1-0.05)
= 2603 kg/h %100 kuru kağıt
Giren malzemede bulunan su miktarı =
1571.0
1
2603
L 5 = 3465 kgH 2 O/h
Q 5 = (M m x iç in
kağağkuru
mC x
ısısıısınm a
özgül
mT ) + (L 5 x C OH 2 x T m )
= (2603 x 1.5 x 20) + (3465 x 4.18 x 20)
= 367 764 kj/h
6-) Sistemden çıkan enerji miktarı(çıkan malzeme)
Kuru kağıt üretimi = 2740 x (1-0.05)
= 2603 kg/h %100 kuru kağıt
Enerji Yönetimi Sayfa 77
Çıkan malzemede bulunan su miktarı =
1299.0
1
2603
L 6 = 1110 kgH2
O/h
Q 6 =(M m x C m x T m ) + (L 6 x C OH 2 x T m )
= (2603 x 1.5 x 85) + (1110 x 4.18 x 85)
= 726 266 kj/h
7-) Sisteme giren enerji miktarı (buhar)
Q 7 = M x H
= 3707 x 2704.5 = 10 025 581 kj/h
H = 2704,5 kj/kg 1.9 bar basınçta buharın entalpisi
8-) Sistemden çıkan enerji miktarı (kondensat)
Q 8 = M OH 2 x C OH 2
x T OH 2
= 3169 x 4.18 x 118.8
= 1 573 675 kj/h
T OH 2 : 118.8 o C 1.9 bar basınçta buhar sıcaklığı (Tablo 9.1)
9-) Sistemden çıkan enerji miktarı (Buhar)
Sistemden çıkan buhar miktarı = 3707 – 3169
= 538 kg/h
Q 9 = M x H
= 539 x 2704.5 = 1 455 021 kj/h
Kütle (Kg/h)
Enerji
Kuru Malzeme Su Kuru hava Buhar ve Kond. (Kj/h)
No1 0.0275 x 56500 -56500 -6528646
Enerji Yönetimi Sayfa 78
1 Çıkan hava - 1554
No2
2 Çıkan hava
0.0353 x 50900
- 1797
-6845800
3 Giren sıcak
hava
26700 x 0.0104
+ 278
3411406
4 Giren temiz
hava
80700 x 0.0104
839
4056486
5 Giren
malzeme
+ 2603 +3465 367764
6 Çıkan
malzeme
-2603 -1110 -726266
7 Giren buhar 10025581
8 çıkan
kondensat
-1573675
9 çıkan buhar -1455021
10 fark 0 -121 0 0 -731829
Bu farkın oluşmasında, sistem sınırlarından radyasyon bu şekillerde ortama olan ısı kaybı veya
muhtelif amaçlarla sistemin kapaklarının açılması sırasında oluşan sistemden ortama veya aksi şekilde
olabilecek hava akımları veya benzeri etkenler sebep olmaktadır.
Bundan sonraki aşamada yapılabilecek iyileştirme olanakları araştırılmalıdır.
10.ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİ (EŞANJÖRLER)
Isı değiştirici, farklı sıcaklıktaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı değişimini sağlayan bir
aygıttır. İki farklı sıcaklıktaki akışkanın bir kapta "karıştırılması" ile karıştırılmamalıdır. Genellikle ısı
değiştiricilerinde akışkanlar birbiri ile karıştırılmadan ısı geçişi yapılan bir yüzeyle birbirinden ayrılır.
Isı değiştiricisi içinde yoğuşma ve buharlaşma gibi bir faz değişimi işlemi varsa, bu tiplere
"gizli ısı değiştiricileri" faz değişiminin olmadığı diğer tiplere ise "duyulur ısı değiştiricileri" adı verilir.
Enerji Yönetimi Sayfa 79
Döner rejeneretif tip ısı değiştirgeçlerinin dışında bütün ısı değiştiricilerinde hareketli bir
makine parçası yoktur. Isı değiştiricileri konstrüksiyonlarına, akış şekillerine, akışkan sayısına, ısı
transferi mekanizmasına göre değişik şekillerde sınıflandırılır. Bu derste akıma göre sınıflama
üzerinde ayrıntılı olarak durulacaktır.
10.1.ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNİN AKIŞ ŞEKLİNE GÖRE SINIFLANDIRILMASI
Isı değiştiricileri içindeki akışkanların akış şeklinin çeşitli şekillerinde düzenlenmesi ortalama
logaritmik sıcaklık farkına, ısı değiştiricisinin etkenliğine ve ısı değiştirici içindeki ısıl gerilmelerin
büyüklüğüne çok etki eder.
Akıma göre sınıflama;
- tek geçişli: iki akışkan değiştirici boyunca yalnız bir kere geçer.
- çok geçişli: akışkan birbirleri ile birkaç kere geçişir.
10.1.1 TEK GEÇİŞLİ ISI DEĞİŞTİRGEÇLERİ
Bu tipler, paralel, ters ve çapraz akımlı olmak üzere üç gurupta incelenebilir.
10.1.1.1 PARALEL AKIMLI ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ
Bu akım şeklinde akışkanlar, değiştiricinin bir ucundan girip aynı doğrultuda akarlar ve değiştiricinin
diğer ucundan çıkarlar.
C=m Cp şeklinde tanımlanan akışkanların ısıl kapasite debilerinin birbirine göre büyük, küçük veya eşit
olması hallerinde değiştirici boyunca sıcaklık dağılımları Şekil1`de verilmiştir.
Bu düzenlemede değiştiricinin ısı transferi alan cidarının sıcaklığı fazla değişmez. Bu yüzden ısıl
gerilmelerin istenmediğin durumlarda paralel akımlı düzenleme tercih edilir.
T2ç
T2g
T1ç T1g
Enerji Yönetimi Sayfa 80
Paralel akımlı ısı değiştiricisi
a) Düzenleme
b) sıcaklık dağılımları
10.1.1.2 TERS AKIMLI ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ
c1=c2
T1g
T2g
Uzunluk
T1ç
T2ç
c1>
c2
T1g
T2g
Uzunluk
T1ç
T2ç
c1<c2
T1g
T2g
Uzunluk
T1ç
T2ç
T2g
T1g T1g
T2ç
Enerji Yönetimi Sayfa 81
Ters akımlı ısı değiştirgeci
a) Düzenleme
b) sıcaklık dağılımları
Bu tipte akışkanlar değiştirici içinde birbirine göre ters olarak akar. Ters akımlı ısı
değiştiricilerinde ortalama logaritmik sıcaklık farkı diğer bütün düzenlemelerden daha büyüktür.
Diğer tiplere göre bu tipte daha kompakt ısı değiştiricileri elde edilmesine karşın, pratikteki imalat
güçlükleri, ısı transfer yüzeylerindeki ısıl gerilmeler ve korozyon tehlikesi nedenleriyle birçok
uygulamada ters akımlı ısı değiştiricileri tercih edilmeyebilir.
10.1.1.3 ÇAPRAZ AKIMLI ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ
Bu tipte akışkanlar değiştirici içinde birbirlerine dik akarlar. Akışkanlar değiştirici içinde
ilerlerken kendisiyle karışabilir veya karışmayabilir. Hem ısıtma (veya soğutma), hem de karıştırma
istenen işlemlerde, akışkanın karıştığı ısı değiştiricileri tercih edilir.
c1>c2
T1g
T2g
Uzunluk
T1ç
T2ç
c1=c2
T1g
T2g
Uzunluk
T1ç
T2ç
c1<c2
T1g
T2g
Uzunluk
T1ç
T2ç
Enerji Yönetimi Sayfa 82
Isı geçişi bakımından çapraz akımlı ısı değiştiricilerin etkenliği paralel akımlı ile ters akımlı
değiştiricilerin etkinliklerinin arasındadır. İmalat kolaylığı nedeniyle pratikteki kompakt ısı
değiştiricilerinin büyük çoğunluğu çapraz akımlı olarak yapılır.
10.1.2 ÇOK GEÇİŞLİ ISI DEĞİŞTİRİCİLERİ
Paralel, ters ve çapraz olarak adlandırılan üç esas tek geçiş işlemi, değiştirici içinde değişik
şekillerde ardı ardına seri halinde düzenlenerek çok geçişli değiştirici tipleri elde edilir.
1.2.1 ÇAPRAZ - TERS AKIMLI DÜZENLEME
1.2.2 ÇAPRAZ - PARALEL AKIMLI DÜZENLEME
1.2.3 KOVAN AKIŞKANIN KARIŞTIĞI, PARALEL - TERS AKIMLI DÜZENLEME
1.2.4 KOVAN AKIŞKANI KARIŞMIŞ, BÖLÜNMÜŞ AKIMLI DÜZENLEME
1.2.5 KOVAN AKIŞKANI KARIŞMIŞ, AYRIK AKIMLI DÜZENLEME
1.2.6 N - PARALEL LEVHA GEÇİŞLİ DÜZENLEME
10.2. DEĞİŞTİRİCİLERİN ISIL HESAPLARI
1 = Değiştiricide transfer edilen ısı
= Sıcak akışkanın soğuması işe verdiği ısı
= soğuk akışkanın ısınması ile aldığı ısı
= K A ΔTm
Bu eşitliklerde, değiştiricinin bulunduğu ortam ile bir ısı alışverişi yapmadığı yani, değiştiricinin ortama
karşı iyi bir şekilde yalıtıldığı varsayılmaktadır. (1) bağıntısında K ( W/m2°C) değiştiricideki toplam ısı
geçiş katsayısını, A (m2) soğuk ve sıcak akışkanı ayıran ısı transfer yüzeyinin alanı, ΔTm (°C) bütün ısı
değiştiricilerinde etkili olan bir sıcaklık farkını (ortalama logaritmik farkını) göstermektedir.
Değiştirici içindeki akışkanların soğuması veya ısınması ile verilen veya alınan ısılar,
akışkanların kütlesel debileri ile giriş ve çıkış entalpileri farkından bulunabilir. Isı alma veya verme
esnasındaki akışkanın sıcaklığı değişiyor ise (duyulur ısı değiştiricisi hali), transfer edilen ısı,
Q=m cp (Tg-Tç) = c (Tg-Tç) (2)
Şeklinde buharlaşma veya yoğuşma gibi faz değişimi var ise transfer edilen ısı
Q=m Isb (3)
m (kg/s) : akışkanın kütlesel debisi
cp (j/kg °C) : akışkanın özgül ısısını
Tg , Tç (°C) : akışkanların ısı değiştiricisine giriş ve çıkış sıcaklıkları
c=m cp (W/°C) : akışkanların ısıl kapasite debileri
Enerji Yönetimi Sayfa 83
Isb, hfg (j/kg) : akışkanın gizli buharlaşma ısısını
10.2.1 K TOPLAM ISI GEÇİŞ KATSAYISINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Toplam ısı geçiş katsayısına birçok ısıl direnç etki etmektedir. Bu ısıl dirençler, sıcaklığın,
akışkan cinsinin, akım şeklinin yüzey geometrisinin ve kirliliğin bir fonksiyonudur.
Örnek1: Aşağıda belirtilen çeşitli durumlara ait düzlemsel bir ısı değiştiricisinde toplam ısı
geçiş katsayılarını ve olayda etkili olan ısıl dirençleri bulunuz.
1.Durum: Isı iletim katsayısı k=50 W/m°C olan 1 mm kalınlığındaki çelik levhanın bir
tarafından film katsayısı h1=5000 W/m2°C, kirlilik faktörü Rf1=0,0001 m2°C/W olan sıvı, diğer tarafında
da film katsayısı h2= 50 W/m2°C, kirlilik faktörü Rf2=0,0004 m2°C/W olan gaz akmaktadır. (%4 hata ile
gaz tarafındaki film katsayısı toplam ısı geçiş katsayısı olarak alınabilir. (K=50 W/m2°C) Gazın film
direnci dışındaki dirençler ihmal edilebilir.)
2.Durum: 1. Durumda verilen gaz yerine, film katsayısı h2= 5000 W/m2°C, kirlilik faktörü Rf2=0,0004
m2°C/W olan ve yoğuşmakta olan bir soğutucu akışkan akmaktadır.
K= 1087 W/m2°C
* Olayda bütün ısıl dirençler aynı şekilde etkilidir. Hiçbir direnç diğeri yanında ihmal edilemez.
1 mm
5000
W/m2°C
Rf1
k=50 W/m°C
50 W/m2°C
Rf2
K= 48,26 W/m2°C
Enerji Yönetimi Sayfa 84
3.Durum: 1. Durumda verilen örnekte sıvı yerine, film katsayısı h1=50 W/m2°C, kirlilik faktörü
Rf1=0,0004 m2°C/W olan gaz akmaktadır.
K= 24,5 W/m2°C
Yaklaşık olarak
K≈ 25 W/m2°C
%2 hata ile levhanın iki tarafındaki film katsayıları yardımı ile toplam ısı geçiş katsayısı hesaplanabilir.
Olaydaki diğer ısıl dirençler ihmal edilir.
*NOT: Pratiktekli birçok ısı değiştirici uygulamasında genellikle ısı transferi olan malzeme içindeki
iletim direnci (L/Ak) akışkanın temasta olduğu film dirençlerinden (1/hA) daha küçüktür. Bu yüzden, K
toplam ısı geçiş katsayısının hesabında özellikle h film katsayılarının bulunuşunda gerekli titizliği
göstermek gereklidir.
Örnek2: Ortalama 80°C sıcaklığındaki su 0,5 m/s hızla 25 mm iç çapındaki çelik bir boru
içinde, 20°C sıcaklıktaki hava ise bu boruya dik olarak 20 m/s hızla boru dışından akmaktadır. Boru dış
çapı 30 mm olduğuna ve kirlilik faktörleri ihmal edildiğine göre, toplam ısı geçiş katsayısını bulunuz.
İç taraftaki film katsayısı için 80°C sıcaklıktaki suyun fiziksel özellikleri
ρ=970 kg/m3, cp=4,19 kj/kg°C, µ=3,47 10-4 kg/ms
Enerji Yönetimi Sayfa 85
k=0,67 W/m°C, Pr=2,16
W/m2°C
Boru dışındaki film katsayısı için, film sıcaklığı ve havanın fiziksel özellikleri:
Ρ=0,998 kg/m3, cp=1,009 kj/kg°C
µ=2,075 *10-5 kg/ms, k=0,03 W/m°C, Pr=0,7
Boruya dik akış halinde Nud=c Redn Pr1/3
4*10-3 < Re < 4*104
Aralığında
Nud=0,193*(28860)0,618 * (0,7)1/3= 97,8
Elde edilir. K= 50 W/m°C (çelik boru için)
c=0,193 n=0,618
Tablodan
Enerji Yönetimi Sayfa 86
Kd =94 W/m2C
* Isı değiştiricilerinin projelendirilmesinde K toplam ısı geçiş katsayısının önemi büyüktür.
10.2.2. ΔTm ORTALAMA LOGARİTMİK SICAKLIK FARKI
Isı değiştiricilerinin ısıl hesaplarının yapılabilmesi için (1) bağıntısı ile verilen ΔTm değerinin
bilinmesi gerekir. Çeşitli düzenlemeler halinde, ısı değiştirici içindeki akışkanların sıcaklıkları
değiştirici boyunca değişik değerlerdedir. Her kesitteki sıcaklık farkının değişken olması
akışkanların ısı değiştiricisine giriş ve çıkış sıcaklıkları cinsinden ifade edilebilen, ortalama bir
sıcaklık farkının tanımına gerek duyulur.
10.2.2.1 İÇ İÇE BORULU ISI DEĞİŞTİRİCİLERİNDE ΔTm
Aşağıdaki şekildeki sıcaklık dağıtımları göz önüne alınarak
1) Değiştirici boyunca K toplam ısı geçiş sayısı sabit olduğu 2) Değiştiricinin dışarıya karşı yalıtılmış olduğu, ısının sadece iki akışkan arasında transfer
olduğu 3) Akışkanın özgül ısılarının sabit olduğu 4) Değiştirici içinde belirli bir kesitte akışkan sıcaklığının sabit olduğu
T2ç
T2g
T1ç T1g
T2g
T1g T1g
T2ç
Enerji Yönetimi Sayfa 87
Bu varsayımların ışığı altında, dA kesitinden transfer edilen ısı
dQ = k(T1-T2) dA (4)
soğuk ve sıcak akışkanların ısınması ve soğuması,
dQ= c2 dT2 = ± c1 dT1 (5)
c1=m1 cp1, c2=m2 cp2 akışkanların ısıl kapasite debilerinin (+) işaret ters akımlı, (-) işaret ise paralel
akımlı değiştiricileri belirler. (5) bağıntısından
d(T1-T2) = dT1-dT2 = *± 1/c1 – 1/c2]dQ (6)
yazılabilir. (4) bağıntısından dQ çözülüp bu son eşitliğe taşınırsa
dT1-dT2 = *± 1/c1 – 1/c2]K(T1-T2)dA (7)
(8)
Benzer olarak (5) denkleminin entegrasyonundan;
Q=c2 (T2ç - T2g) = c1 (T1g – T1ç)
Yazılabilir son eşitlikte c1 ve c2 çözülüp (8) bağıntısına taşınırsa
Enerji Yönetimi Sayfa 88
Elde edilir. Bu denklemdeki
Şeklinde tanımlanan değer, ortalama logaritmik sıcaklı farkı adını alır. Ters ve paralel akılı ısı
değiştiricileri için bu ifade aynı formda yazılabilmektedir. Ters akımlı ısı değiştirici, paralel olana
göre daha büyük ortalama logaritmik sıcaklık farkı değeri verir.
Örnek.3: İç içe yapılmış bir ısı değiştiricisinde 0,1 kg/s debisindeki su, 20C sıcaklıktan 60 C sıcaklığa
kadar ısıtılmak isteniyor. Sıcak akışkan değiştiriciye 100 C sıcaklıkta girip 70 C sıcaklıkta çıkan
yağdır. Suyun özgül ısısı 4,18 kj/kg C , yağın özgül ısısı 2 kj/kgC ve toplam ısı geçiş katsayısı 350
W/mC olduğuna göre
a) Yağ debisi b) Paralel akımlı c) Ters akımlı düzenleme halinde ortalama logaritmik sıcaklık farkını ve gerekli ısı değiştirici
yüzey alanını bulunuz. a) Değiştiriciden transfer edilen ısı
Q=m2 cp2 (T2ç – T2g) = 0,1*4180*(60-20)=16720 W
Q= m1 cp1 (T1ç – T1g) = m1*2000*(100-70)=16720
m1=0,279 kg/s
b)
10.3. ETKENLİK – TRANSFER BİRİM SAYISI
Değiştiricilerin ısıl hesaplarında, akışkanların giriş ve çıkışları biliniyorsa (veya kolayca
hesaplanabiliyorsa) ΔTm ortalama logaritmik sıcaklık farkı yöntemi çok kolaylık sağlar. ΔTm , Q, K
yardımıyla değiştirici gerekli ısı transfer yüzeyi A (1) denklemi ile hesaplanabilir. Fakat pratikte
T1ç=70
ΔT2=10
T2ç=60
T1g=100
ΔT1=80
T2g=20
Q=KAΔTm 16720= 350*A* 33,6
A=1,42 m2
Enerji Yönetimi Sayfa 89
karşılaşılan bazı problemlerde, akışların çıkış sıcaklıkları belli olmayabilir veya kolayca
hesaplanamayabilir.
Böyle problemlerde ΔTm içindeki logaritma nedeniyle çözüm ancak deneme-yanılma
yöntemiyle mümkündür. Bu durumlarda “etkenlik transfer birimi sayısı” yönteminin kullanılması,
problemin daha kolay sonuçlanmasını sağlar. Ayrıca bu yöntem, çeşitli ısı değiştiricilerinin birbiri ile
kolayca karşılaştırılmasına ve bunların içinden en uygunun seçilmesine imkân verir.
Isı değiştiricinin etkenliği =
ε=Q/Qmax
gerçek ısı transferi, sıcak akışkanın verdiği ve soğuk akışkanın aldığı ısıdan hesaplanır.
Q= c1 (T1g – T1ç) = c2 (T2ç – T2g)
Mümkün olan maksimum ısı transferi
c1=m1 cp1 , c2=m2 cp2 değerlerinden hangisi küçük ise bu değerle sıcak akışkanın girişi ve soğuk
akışkanın girişi arasındaki sıcaklık farkı çarpımından bulunur.
c1<c2 ise c1 =cmin
c1>c2
Enerji Yönetimi Sayfa 90
idi Hatırlatma.
Burada örnek olarak iç içe 2 borulu ısı değiştiricisinden ε ifadesi K,A,c1,c2 cinsinden bulunacaktır.
c1<c2 olduğunu varsayalım. Bu durumda
c1= cmin
c2= cmax
boyutsuz büyüklüğü “transfer birim sayısı”
(+) işaret ters akımlı, (-) işaret paralel akımlı
Zıt ve paralel akım şekilleri göz önüne alınarak.
Enerji Yönetimi Sayfa 91
Ters akımlı düzenleme
Paralel
İstenirse aynı sonuçlar
c1>c2
c1= cmax
c2= cmin