Isı Transferi Dersi Çalışma Soruları (Isı Değiştiriciler) 1. Çift borulu paralel akışlı bir ısı değiştirici, soğuk musluk suyunun sıcak su ile ısıtılmasında kullanılmaktadır. Sıcak su (cp:4.25 kj/kg·°C) boruya 85°C’de 1.4 kg/s debi ile girmekte ve 50 °C’de çıkmaktadır. Isı değiştirici iyi yalıtımlı değildir ve sıcak akışkanın verdiği ısının %3’ü ısı değiştiriciden kaybolmaktadır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı ve yüzey alanı sırasıyla 1150 W/m2·°C ve 4 m2 ise, soğuk suya ısı transfer hızını ve bu ısı değiştirici için logaritmik ortalama sıcaklık farkını bulunuz. 2. Çift borulu, paralel akışlı bir ısı değiştirici suyu (cp:4180 j/kg·°C) 0.2 kg/s debide 25°C’den 60°C’ye kadar ısıtacaktır. Isıtma 140°C’de 0.3 kg/s kütle debisi olan jeotermal su (cp:4310 j/kg·°C) ile gerçekleştirilecektir. İç boru ince duvarlı ve 0.8 cm çaplıdır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı 550 W/m2·°C ise istenen ısıtmayı sağlayacak gerekli ısı değiştirici uzunluğunu bulunuz. 3. Bir gövdede çapı 1.2 cm ve uzunluğu 2 m olan 24 boruya sahip bir gövde borulu, yağ-su ısı değiştiricisinde toplam ısı transfer katsayısını belirlemek amacıyla bir deneme yapılmaktadır. Soğuk su (cp:4180 j/kg·°C) borulara 20°C’de 3 kg/s hızla girmekte ve 55°C’de çıkmaktadır. Yağ (cp:2150 j/kg·°C) gövde kısmından akmakta, 25°C’den 45°C’ye soğutulmaktadır. Boruların iç yüzey alanını esas alarak, bu ısı değiştiricinin Ui toplam ısı transfer katsayısını bulunuz. 4. Çift borulu ters akışlı bir ısı değiştirici, 20°C’de girip 55°C’de çıkan soğuk su (cp:4180 j/kg·°C) ile 3.5 kg/s debi ile akan etilen glikolü (cp:2560 j/kg·°C) 80°C’den 40°C’ye soğutmaktadır. Boru iç yüzey alanı esaslı toplam ısı transfer katsayısı 250 W/m2·°C ise; a. Isı transfer hızını b. Suyun kütle debisini c. Borunun iç taraftaki ısı transfer yüzey alanını bulunuz. 5. Su (cp:4180 j/kg·°C) boru iç çapı 2.5 cm olan çift borulu, ters akışlı bir ısı değiştiriciye 17°C’de 3 kg/s debi ile girmektedir. Su, gövde içinde 120°C’de yoğunlaşan buhar (hfg:2203 kj/kg) ile ısıtılmaktadır. Eğer ısı değiştiricinin toplam ısı transfer katsayısı 1500 W/m2·°C ise suyu 80°C’ye kadar ısıtmak için gerekli boru uzunluğunu ve buhar miktarını bulunuz. 6. Duşa giden soğuk su, (cp:4180 j/kg·°C) ince duvarlı, çift borulu, ters akışlı bir ısı değiştiriciye 15°C’de 1.25 kg/s hızla girmekte ve 100°C’de 3 kg/s hızla giren sıcak suyla 45°C’ye kadar ısıtılmaktadır. Eğer toplam ısı transfer katsayısı 880 W/m2·°C ise ısı değiştiricinin ısı transfer hızını ve ısı transfer yüzey alanını bulunuz. 7. 0.3 kg/s debisinde motor yağı (cp:2100 j/kg·°C) 2 cm çapında ince duvarlı bakır bir boruda 130°C sıcaklıkta dışarıda yoğunlaşan buhar ile 20°C’den 60°C’ye ısıtılacaktır. Toplam ısı transfer katsayısı 650 W/m2·°C için ısı transfer hızı ve gerekli boru uzunluğunu hesaplayınız. (Cevap: 25.2 W ve 7 m) 8. 20°C’de 0.3 kg/s debisindeki gliserin (cp:2400 j/kg·°C) 60°C’de etilen glikol (cp:2500 j/kg·°C) ile ince duvarlı çift borulu paralel akışlı bir ısı değiştiricide ısıtılmaktadır. Isı değiştiricinin çıkışında iki akışkan arasındaki sıcaklık farkı 15°C’dir. Eğer toplam ısı transfer katsayısı 240 W/m2·°C ve ısı transfer yüzey alanı 3.2 m2 ise a. Isı transfer hızını b. Gliserinin çıkış sıcaklığını c. Etilen glikolün kütle debisini bulunuz. 9. Hava (cp:1005 j/kg·°C) fırına girmeden önce çapraz akışlı bir ısı değiştiricide sıcak egzoz gazları ile önceden ısıtılmaktadır. Hava ısı değiştiriciye 95kPa ve 20°C’de 0.8 m3/s hacimsel debi ile girmektedir. Yanma gazları (cp:1100 j/kg·°C) 180°C’de 1.1 kg/s debi ile girmekte ve 95°C’de çıkmaktadır. Toplam ısı transfer katsayısı ve ısı transfer yüzey alanının çarpımı UAs = 1200 W/°C’dir. İki akışkanında karışmadığını kabul ederek ısı transfer hızını ve havanın çıkış sıcaklığını hesaplayınız. 10. 2 gövde geçişli, 12 boru geçişli bir gövde-borulu ısı değiştirici, borulara 4.5 kg/s debideki suyu (cp:4180 j/kg·°C) 20°C’den 70°C’ye ısıtmak için kullanılmaktadır. Isı, gövde tarafına 10 kg/s debide 170°C’de giren sıcak yağ (cp:2300 j/kg·°C) ile sağlanmaktadır. Boru tarafındaki toplam ısı transfer katsayısı 350 W/m2·°C ise bu borudaki ısı transfer yüzey alanını bulunuz.