UYGULAMA 5

UYGULAMA 6
ISIL İLETKENLİK KATSAYISI
AMAÇLAR:
1. Metal parçaların ısıl geçirgenliğini ölçmek
2. Farklı metallerden yapılmış parçaların ısıl geçirgenlik değerlerini karşılaştırmak
3. Isı akısının kesit alanı ile doğru orantılı olduğunu ispatlamak
5. Deneysel sonuçlarla literatürde verilen değerleri karşılaştırmak
MATERYAL:
1. Isıl geçirgenlik ölçüm düzeneği
a. Elektrik ısıtmalı kalorimetrik tabanlı çelik örnek hücresi
b. çelik örnek haznesinin tabanına monte edilmiş çoklu ısıl çift paneli ve panele
bağlı 4 adet NiCr/NiAl ısıl çift
c. ısı kaybını önlemek üzere tasarlanmış termos özellikli kılıf
d. sabit seviye denetimli soğutma suyu depolama tankı
e. depolama tankındaki suyun giriş ve çıkış sıcaklıklarını ölçmek için kullanılan
iki civalı termometre
f. 50 mm boyunda bakır, 25 mm boyunda paslanmaz üst üste yerleştirilmiş örnek
çubukları
q
6.5 mm
25 mm
T4
Paslanmaz
çelik
T3
6.5 mm
7 mm
T2
50 mm
Bakır
T1
7 mm
KURAMSAL BİLGİLER:
1. Taşınımla ısı geçişimi
Örneğin ısıtılması sırasında elektrikli ısıtıcının örneğe verdiği ısı kalorimetrik tabanla
soğutma suyu tankı arasında dönüşümde olan su ile taşınacaktır. Bu olgu Newton’nun
soğutma yasası ile aşağıdaki denklemle ifade edilir:
.
q  m C p T
q=aktarılan ısı (Watt)
m=suyun kütle akış hızı (kg/s)
ΔT=suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki fark
2. İletimle ısı geçişimi
Isı geçirgenliği düzgün arakesit geometrisine sahip bir materyal örneğinde birim sıcaklık farkı
oluşturmak için örneğin birim kesit alanından birim uzunluğu boyunca aktarılması gereken
ısıya ısı iletim katsayısı denir. Düzgün arakesitli örnek için söz konusu ısı miktarı oluşan
sıcaklık farkı ve sıcaklıkla doğru orantılıdır. Bu deneysel olgu Fourier yasası adı verilen bir
postülat kullanılarak aşağıdaki biçimde matematiksel olarak ifade edilir
q
kA
T
L
q=aktarılan ısı (Watt)
k=ısı iletim katsayısı
L=örnek uzunluğu
ΔT=iki uzaklık arasında ölçülen sıcaklık farkı
İletimle örnek boyunca geçişen ısı soğutma suyuyla taşınır.
q
.
kA
Törnek  m C p T su
L
Seri bağlanmış kesit alanı düzgün ve eşit dirençlere Fourier yasası uygulandığında
q
k1 A
k A
T1  2 T2
L1
L2
DENEYSEL UYGULAMA BASAMAKLARI:
1. Bakır ve paslanmaz çelik örnekleri yukarıdaki şekilde gösterildiği biçimde örnek haznesine
yerleştiriniz. Isı iletiminin mükemmel olması için örnek uçlarını temizleyip iletken sıvıyla
(silikon yağı) kaplayınız
2. Örnek haznesini üstten ısıtıcıya alttan kalorimetrik tabana kelepçeleyiniz
3. Isıl çiftlerin uçlarını az miktarda iletken sıvıyla kapladıktan sonra şekilde gösterildiği üzere
yerlerine yerleştiriniz. Isıl çiftlerin boşta kalan uçlarını potansiyometre panelindeki yerlerine
bağlayınız.
5. Termos düzeneğini örnek haznesinin üstüne yerleştiriniz.
7. Termometreleri kalorimetrik tabandaki sızdırmaz bağlantılara monte ediniz. Musluk
suyunu soğutma suyu tankına, soğutma suyunu tanktan ısı geçişim düzeneğine ve ısı geçişim
düzeneğinden boşaltma hattına veren hortumları bağlayınız.
8. Suyu tanka vermeye başlayınız. Suyun akış hızını giriş ve çıkış sıcaklıkları arasındaki fark
yaklaşık 80C olacak biçimde ayarlayınız.
9. Cihazın voltaj gereksinimini kontrol ettikten sonra elektik hattına bağlayınız.
10. Panelin anahtarını açık konuma getirdiğinizde panel ışıkları yanacaktır
11. Paneldeki ısıtıcı düğmesini saat yönünde tam yol çevirdikten sonra T4 ü ölçen ısıl çiftteki
sıcaklık değeri panelde 2500C sıcaklığını gösterene dek bekleyiniz. Isıl çiftlerde okunan
sıcaklıklar T4 2500C sıcaklığını geçmeyecek biçimde sabitlenene dek ince ayar yapınız.
12. Suyun giriş ve çıkış sıcaklıkları, ısıl çiftlerin gösterdiği sıcaklıklar, belli sürede mezürde
ölçtüğünüz cm3 cinsinden su akışı değerlerini kaydediniz.
13. Isıtıcıyı kapatınız, suyu kapatınız, hortumları sökünüz, cihazın soğumasını bekleyiniz, ısıl
çiftleri sökünüz, termos düzeneğini sökünüz, örnek hücresini açınız, örnekleri amyant eldiven
kullanarak çıkartınız.
HESAPLAMALAR:
1. Suyun akış hızı, giriş ve çıkış sıcaklıklarını kullanarak geçişen ısıyı bulunuz.
2. Isıl çift sıcaklıklarını kullanarak sıcaklığa karşı uzaklık verilerini regresyon modeliyle
belirleyerek ısıl geçirgenlik katsayısını hesaplayınız.
3. Isıl geçirgenlik katsayısını her iki örnek için de Fourier yasasını kullanarak
hesaplayınız
4. Bulduğunuz sonuçları birbirleriyle ve literatürdeki verilerle karşılaştırınız.
DENEYSEL VERİLER:
T1=360C
T2=550C
Suyun giriş sıcaklığı=140C
T3=1120C
T4=2080C
suyun çıkış sıcaklığı=270C
A=4 cm2
Suyun debisi 60 saniyede 38 ml
KAYNAKÇA:
1. Geankoplis, C. J. “Transport Processes and Unit Operations”. John Wiley & Sons,
NY.
2. McCabe, W.L., Smith, J. C., Harriott, P. “Unit Operations of Chemical Engineering”.
McGraw Hill, NY.
3. Coulson, J. M., Richardson, J. F., Backhurst, Harker, J. H. “Chemical Engineering”,
Pergamon Pres, NY
4. Toledo, R.T. “Fundamentals of Food Process Engineering”, Chapman & Hall, NY.
RAPOR DÜZENİ:
Bilgisayar çıktısı kabul edilmez. Çizelgeler ve grafikler elle hazırlanıp gerektiğinde
milimetrik kağıt kullanılacaktır. Doğrusal analizlerde deneysel noktalardan geçen en
uygun doğru regresyon yöntemiyle istatistiksel olarak belirlenerek grafiksel olarak
gösterilmelidir. Tümleme işleminin gerekli olduğu durumlarda sayısal tümleme
teknikleri kullanılmalıdır. Çizelge ve grafikler numaralandırılmalı, her birinin
tanımlayıcı başlığı olmalıdır. Çizelgelerin numarası ve başlığı çizelgenin üstüne
yazılmalı, grafiksel gösterimlerin numarası ve başlığı grafiğin altına yazılmalıdır.
1. Baş sayfa:
a. Deneyin adı ve numarası
b. Gruptaki öğrencilerin ad soyad ve öğrenci numaraları
c. Danışman öğretim üyesi
d. Deneyin yapıldığı tarih ve rapor teslim tarihi
2. Özet:
a. Bir sayfa (250-300 kelime)
b. Deneyin amacı
c. Deney düzeneği
d. Deneysel koşullar
e. Ana sonuçlar
3. Deneysel bölüm:
a. 1-2 sayfa
b. Deney düzeneğinin çizimi (ölçüm yapılan her boru elemanı için ölçüm
noktaları ve ölçüm aygıtı şematik gösterilmeli, fotoğraftaki tüm sistemin
şematik gösterimi yapılmalı)
c. Hesaplamalarda önem taşıyan bölümlerin tanımlanması
4. Veriler:
5. Hesaplamalar ve sonuçlar:
a. Debilerden bir tanesi için anlatımı ile birlikte hesaplama basamakları
gösterilmeli
b. Diğer sonuçlar hesaplamalar bölümünde istendiği biçimde çizelge ve grafikler
biçiminde sunulmalı
c. Deney düzeneği
d. Deneysel koşullar
e. Ana sonuçlar
6. Tartışma:
a. Raporun en önemli bölümü, 1-3 sayfa
b. Verilerden elde edilen hesaplamaların sonuçları
c. Elde edilen sonuçların literatürle karşılaştırılması
7. Sonuçlar:
a. Yaptığınız hesaplamalar sonucunda vardığınız ana yargılar birer cümle ile
verilmeli
8. Adlandırma:
a. Hesaplamalarda kullandığınız tüm semboller listelenmeli
i. Latin alfabesi, Yunan alfabesi sembolleri ayrı altbaşlıklar altında
listelenmeli
ii. Latin alfabesindeki semboller alfabetik sıraya dizilmiş olmalı
iii. Alt sembol ve üst semboller sembollerden ayrı olarak listelenmeli
iv. Listelerdeki her sembolün yanına neyi temsil ettiği ve varsa birimi
yazılmalı
9. Kaynakça:
a. Yukarıraki örneklerde verildiği gibi kullandığınız kaynaklar listelenmeli