Plakalı ısı değiştiricilerde ısı transferine ve plaka ömrüne etki eden parametrelerin analizi

Eşanjör ya da ısı değiştirici, farklı sıcaklıklardaki en az iki akışkanı, birbirine karıştırmadan aralarında ısı aktarımını sağlayan cihazlardır. Plakalı ısı eşanjörleri ilk ticari uygulamalarından bu yana çok sayıda konut ve endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekipmanların istenilen performansta ve sistemin güvenilir çalışma sıcaklığında tutulabilmesi, sermaye yatırımı için enerji tasarrufu ve sistem ekonomisinin iyileştirilmesi, termal-hidrolik performansının arttırılması çok önemlidir. Bu sebeple daha verimli yenilikçi tasarımlar yapma ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmada, literatürdeki tek fazlı akışkanlar kapsamında plakalı ısı değiştiricilerde gerekli olan ısı aktarımı için ısı transferine ve plaka ömrüne etki eden parametreler Klima, Isıtma ve Soğutma Enstitüsü (AHRI) standardı dikkate alınarak detaylıca incelenmiştir. Böylece ısı aktarımında verimliliğin daha da arttırılması amaçlanarak sürdürülebilirlik hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre şevron açısı (β), ısı transferi ve basınç kaybında etkili parametredir. Şevron açısının artması yaklaşık olarak ısı transfer katsayısını 2,5 ile 2,8 kat, basınç kaybını ise 5 kat arttırır. Plakalarda oluşturulan akış kanallarında, besleme debisinin artması şevron açısına bağlı olarak ısı transfer katsayısını 3 ile 7 katı arasında, basınç kaybının ise 4 ile 20 kat arasında artmasına neden olur. Sabit besleme suyu debisinde ve sabit şevron açısında kanal derinliğinin artması veya plaka adımının azalması, ısı transfer katsayısını %30'a, basınç kaybını ise 3 kata kadar arttırır. Ortamdaki klor ve sülfür varlığı plaka korozyonunu hızlandıran ana unsurlardır. Bu nedenle aşınma ve kirlilik ısı transferini olumsuz etkileyen en önemli nedenlerin başında gelir. Akışkanın fiziksel ve kimyasal özelliği ise hem ısı transferini hem de plaka ömrünü etkileyen ortak parametredir. Isı transfer katsayısı ve izin verilen basınç kaybının yüksek olması daha düşük ısı transfer alanlarının oluşmasını sağlar. Bu durum tasarımı yapılan sistemin daha az plaka kullanılarak ve daha düşük ilk yatırım maliyeti ile çözülebilmesi anlamına gelir. Korozyon dayanımı yüksek malzemeler ise plaka ömrünü ve ilk yatırım maliyetini artırır. Plakalı ısı değiştiricilerde plaka malzemesinin cinsi ve kalınlığı, sahip olduğu geometrik yapı, plaka dizilimi ve akış yönlendirmesi, kirlenme ısı transferini etkilerken; imalat, tasarım ve uygulama hataları plaka ömrünü etkilen önemli faktörler olarak belirlenmiştir.