Hidrofobik yüzeylerin ısı değiştirici performansı üzerine etkilerinin deneysel incelenmesi

Bu çalışmada, contalı plakalı ısı değiştiricinin mevcut tasarımı değiştirilmeden, plaka ıslak yüzeylerine uygulanan hidrofobik kaplamaların ısı transferi, basınç kaybı, kirlenme, mekanik dayanım ve enerji verimliliği üzerine etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Reynolds değerleri 10000 ile 30000 arasında eşit aralıklı beş farklı değer olarak ayarlanmıştır. Akışkan giriş sıcaklıkları 52, 62 ve 72 ⁰C olarak belirlenmiştir. FEP (florlu etilen propilen) malzeme içerisine hidrofobikliği artırmak için kütlece %3, %7 ve %10 oranında h-BN (hegzagonal bor nitrür) nanopartikül eklenmiş, yüksek hidrofobik özelliğe sahip, ucuz ve kolay uygulanabilir yeni bir hidrofobik kaplama solüsyonu sentezlenmiştir. Plaka ıslak yüzeyleri FEP, FH3 (FEP+%3 h-BN), FH7 (FEP+%7 h-BN) ve FH10 (FEP+%10 h-BN) olmak üzere dört farklı hidrofobik özelliğe sahip nanopartikül takviyeli karbon bazlı polimer solüsyon ile kaplanmıştır. Hidrofobik yüzey kaplama işlemi uygulanmış ısı değiştiriciden elde edilen ısı transferi, basınç kaybı, kirlenme, mekanik dayanım ve pompa gücü sonuçları, kaplamasız ısı değiştirici ile karşılaştırılmıştır. Kaplanan yüzeylerin temas açıları sırasıyla 95º, 121º, 135º ve 113º olarak ölçülmüştür. Artan h-BN oranı ile temas açısı artmış fakat kütlece %10 eklendiği durumda yüzeyde oluşan pürüzlülük ve kaplama film kalınlığının artması ile temas açısı azalmıştır. Isı değiştirici etkinliğinin hidrofobik özellik ile doğru orantılı olarak arttığı gözlemlenmiştir. Hidrofobik kaplama uygulanmış ısı değiştiricilerde en yüksek etkinlik FH7 kaplama ile elde edilmiş olup bu değer 0.543 olarak tespit edilmiştir. Hidrofobik kaplama ile ısı transferinde yaklaşık %17.14 azalma olduğu belirlenmiştir. Basınç kayıpları en iyi hidrofobik özelliğe sahip olan FH7 kaplı ısı değiştiricide, kaplama işlemi uygulanmamış ısı değiştiriciye göre %71.28 daha düşük oranlarda gerçekleşmiştir. Yerel kayıplarda ise FH7 kaplı ısı değiştiricide %25.5 iyileşme sağlanmıştır. Hidrofobik yüzey kaplamaları ile ısı değiştiricide meydana gelen kirlenme oluşumu %82 oranında azaltılmıştır. Kirlenme etkilerinin azaltılması sonucunda FH7 kaplı ısı değiştiricide ısı transferinde %38.22 artış sağlanmıştır. En düşük sürtünme katsayısı FH7 kaplı ısı değiştiricide 0.21 olarak belirlenmiş ve aşınma oranlarında kaplamasız duruma göre %74.69 iyileşme elde edilmiştir. Sirkülasyon pompalarının enerji tüketimi FH7 kaplama sayesinde %17.76 oranında azaltılmıştır.