T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

FAZ DEĞİŞTİREN MADDELİ BUHAR KAPANI

BİTİRME PROJESİ

329526 YILMAZ AKKURT

329638 FURKAN TUNÇ

329640 HÜSEYİN AKIN

TEMMUZ 2020

TRABZON

T.C.

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

FAZ DEĞİŞTİREN MADDELİ BUHAR KAPANI

329526 YILMAZ AKKURT

329638 FURKAN TUNÇ

329640 HÜSEYİN AKIN

Danışman: Prof. Dr. Ahmet ÜNAL

Bölüm Başkanı: Prof. Dr. Burhan ÇUHADAROĞLU

TEMMUZ 2020

TRABZON

III

ÖNSÖZ

Karadeniz Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümünde Lisans Bitirme

Projesi olarak hazırlanan bu çalışmada; çay ocakları ve benzeri kapalı ortamlarda üretilen

buharın, yerinde yoğuşturularak ortamın ısıl konforunun iyileştirilmesinde

kullanılabilecek, faz değiştiren maddeli bir buhar kazanı tasarımım ele alınmıştır.

Böylesine bir özgün konuda bize hem çalışma fırsatı veren, hem de çalışma sırasında

yardımlarını esirgemeyen Prof. Dr. Ahmet ÜNAL’a sonsuz teşekkürler ediyoruz.

YILMAZ AKKURT

FURKAN TUNÇ

HÜSEYİN AKIN

Trabzon - 2020

IV

ÖZET

FAZ DEĞİŞTİREN MADDELİ BUHAR KAPANI

İç ortamda, güç kaynağı tarafından ısıtılan sıvı, kaynama noktasına geldiğinde tek

noktadan yukarı doğru su buharı şeklinde yükselir. Yükselen su buharı iç ortamın

konforunu bozmaması için çevreye dağılmadan baca yardımıyla dış ortama aktarılması

gerekir. Ancak öğretmenler odası, şantiye gibi bazı iç ortamlarda baca tesisatı olmayabilir.

Baca tesisatı olsa bile su buharını çekmek için bir aspiratöre ihtiyaç duyulur. Aspiratörün

çalışması için bir enerji kaynağına ihtiyaç vardır ve aspiratörün çalışması esnasında

rahatsız edici bir ses duyulur. Faz değiştiren maddeli buhar kapanı projesinde ise

dikdörtgenler prizması şeklinde tasarlanan kapan bir enerji kaynağına ihtiyaç duymaz ve

sadece ilk yatırım maliyeti vardır. Yukarı doğru çıkan su buharı dış ortama aktarılmadan

kapan içerisine hapsedilir. Hapsedilen su buharı alüminyumdan yapılmış kapan

yüzeylerine ve kapan içimdeki kanatçıklara çarparak yoğuşur.Yoğuşan su buharı kontrollü

bir şekilde tek noktaya toplanır ve bir tahliye hortumundan sıvı fazda kolaylıkla dışarıya

aktarılır.Yoğuşmanın verimini arttırmak için kapan yüzeylerinin soğuk tutulması

gerekir.Bunun için kapanın belli noktalarına, belli oranlarda faz dönüştüren madde

eklenerek kapan yüzeyindeki ısı çekilir.

Anahtar Kelimeler: Faz Değiştiren Madde, Yoğuşma, Isıl Konfor, Kanatçık

V

SUMMARY

THE PHASE CHANGE MATERİALS STEAM TRAP

Indoors, when the liquid heated by the power supply reaches the boiling point, it

rises in the form of water vapor from a single point. The rising water vapor should be

transferred to the environment with the help of chimney in order not to disturb the comfort

of the indoor environment. However, in some internal environments such as teachers'

room, construction site, chimney installation may not be possible. An extractor fan is

required to draw water vapor even if a chimney is installed. An energy source is required

for the operation of the aspirator and a disturbing noise is heard during operation of the

aspirator .The phase change materials steam trap project does not require a energy source

designed as a rectangular prism and has only initial investment costs.The trapped water

vapor condenses by striking the trap surfaces made of aluminum and the fins inside the

trapThe condensed water vapor is collected in a single point in a controlled manner and

easily discharged from a discharge hose in the liquid phase. In order to increase the

efficiency of the condensation, the trap surfaces must be kept cold. For this, the heat of the

trap surface is drawn by adding phase change material to certain points of the trap.

Key Words: Phase Change Materials, Condensation, Thermal Comfort, Fin

VI

İÇİNDEKİLER

Sayfa No

ÖNSÖZ.............................................................................................................................. III

ÖZET................................................................................................................................. IV

SUMMARY......................................................................................................................... V

İÇİNDEKİLER ................................................................................................................ VI

ŞEKİLLER DİZİNİ........................................................................................................ VII

TABLOLAR DİZİNİ..................................................................................................... VIII

1. AMAÇ VE KAPSAM ..................................................................................................... 1

1.1. Giriş …………………………...................................................................................... 1

1.2. Literatür Taraması ………………………………………………………………….. 1

1.3. Tasarımın Amacı ................................................................................................... 1

1.4. Kısıtlar Ve Koşullar..................................................................................................... 3

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI.......................................................................... 3

3.MÜHENDİSLİK HESAP VE ANALİZLERİ .............................................................. 3

3.1. Yapılan Tasarım Çalışmaları ………......................................................................... 3

3.1.1. Nem Kaynağının Tanımlanması .......................................................................... 4

3.1.2. Buhar Kapanının Tanımlanması............................................................................. 4

3.1.3. Buhar Kapanı Malzemesi ....................................................................................... 4

3.1.4. Kanatçıklar ............................................................................................................... 5

3.1.5. Faz Değiştiren Maddeler (FDM).............................................................................. 5

3.2. Yapılan Hesaplamalar ………...…............................................................................. 7

3.2.1. Kütlenin Korunumu Denklemleri ……………………………………………...... 7

3.2.2. Enerjinin Korunumu Denklemleri ………………………………………………. 9

3.2.3. Gerekli Olan FDM Kütle Hesabı…………………………………………….…10

4.ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ ……………………………………….. 11

5. MALİYET HESABI …………………………………………………………………. 12

6.SONUÇLAR …………………………………………………………………………... 12

7. KAYNAKLAR………………………………………………………………………... 14

8. EKLER ……………………………………………………………………………….. 15

8.1 EK 1 …………………………………………………………………………………. 15

8.2. EK 2 ………………………………………………………………………………… 16

VII

8.3. EK 3 ………………………………………………………………………………… 17

8.4. EK 4 ………………………………………………………………………………… 18

VIII

ŞEKİLLER DİZİNİ

Sayfa No

Şekil 1. Buhar Kapanı ……….............................................................................................. 2

Şekil 2. Buhar Kapanı Kesit Görünüşleri.............................................................................. 2

Şekil 3. Çay Kazanı …………….......................................................................................... 4

Şekil 4. Alüminyum Simgesi …........................................................................................... 5

IX

TABLOLAR DİZİNİ

Sayfa No

Tablo 1. Haftalık Çalışma Çizelgesi..................................................................................... 3

Tablo 2.Faz Değiştiren Madde Türleri................................................................................. 6

Tablo 3 Gerekli Laurik Asit Kütlesi (kg)........................................................................... 10

Tablo 4. Gerekli Na₂CO₃.10H₂O Kütlesi (kg)……............................................................ 11

Tablo 5. Gerekli CH₃COONa₃.H₂O Kütlesi (kg)................................................................ 11

Tablo 6. Maliyet Analizi Çizelgesi..................................................................................... 12

- 1 -

1. AMAÇ VE KAPSAM

1.1. Giriş

İnsanların kendini iyi hissetmesi ve sağlıklı olması için, ister büro ortamında ister

atölyede veya evde optimum oda ikliminin sağlanması istenir. Ayrıca insana kendini “iyi

hissettiren bir oda iklimi”, aynı zamanda üretkenliği artırır ve işyerinde hasta çalışan

sayısını azaltmaya faydalı olur. Çok yüksek nem nedeniyle bina yapı bileşenlerinde çeşitli

hasarlar oluşabilir. İlk anlaşılan uyarı işareti çoğunlukla küf kokusu ve rutubet nedeniyle

duvarların lekelenmesidir.

Nem, ayarlanması yapılmadığında iç mekanlarda ciddi şekillerde dalgalanma gösterir

ve bunun sonucunda insan konforuna ve çevreye olumsuz etkileri gözlemlenir. Bu aynı

zamanda mevsime, dış mekandaki iklim koşullarına ve iç ortamda bulunan nem üretici

aygıtlara bağlıdır.

Faz değiştiren maddeli buhar kapanı kullanarak üretilen nemin ortama aktarılmasını

engellemeye çalışılır.

1.2. Literatür Taraması

Faz değiştiren maddelerin soğutma teknikleri, geleneksel soğutma sistemlerine

gelecek vaat eden bir alternatiftir. Faz değiştiren maddeler tekstil, sağlık, inşaat gibi birçok

alanda kullanılmaktadır. Bu maddeler aynı zamanda faz değiştiren buhar kapanı projesinde

de kapan yüzeyindeki ısıyı çekmek için kullanılmaktadır ve bu yönüyle özgünlük teşkil

etmektedir. Yapılan literatür, patent araştırmalarında faz değiştiren buhar kapanına benzer

bir tasarıma rastlanmamıştır. Bu proje tamamen Prof. Dr. Ahmet ÜNALIN ‘’tek noktadan

su buhar çıkan ve bacası olmayan bir iç ortamda, nemin insan sağlığına ve iç ortama

zararlarını nasıl yok ederiz?’’ sorusuyla ortaya çıkmıştır. Tamamen özgündür.

1.3. Tasarımın Amacı

Bu çalışmada tasarlanması düşünülen buhar kapanının amacı, mutfak veya çay ocağı

gibi noktasal buhar üretiminin mevcut olduğu yerlerde yoğun olarak üretilen buharı, iç

ortamın tamamının yayılmadan, kaynağında hemen üzerinde hapsederek

yoğunlaştırmaktadır. Esas olarak üstü kapalı, içten kanatçıklı piramit şeklinde bir yapıdaki

- 2 -

kapanın, dış yüzeyinden doğal taşınımla ısı kaybetmek suretiyle kapanın iç yüzeyinde ve

kanatçık yüzeylerinde yoğuşma gerçekleştirmektedir. Ayrıca, kapanın iç yüzeyinde, belirli

bölgelere ergime sıcaklığı ortam sıcaklığının 5/10 derece üzerinde olan bir ‘’faz değiştiren

bir madde’’ (FDM) yerleştirmek suretiyle, nem alma işleminin etkinliğinin yükseltilmesi

amaçlanmaktadır.

Çalışmanın bu aşamasında, sözü edilen buhar kapanının tasarımı için gerekli

malzeme seçimleri ve teorik hesaplamalarının yapılarak ikinci aşama olan bitirme

projesindeki deneysel çalışmalar için alt yapı oluşturmaktadır.

Şekil 1 Buhar Kapanı

Şekil 2 Buhar Kapanı Kesit Görünüşleri

- 3 -

1.4. Kısıtlar Ve Koşullar

Buhar kapanı; mümkün olduğunca az yer kaplayacak, paslanmaz özellikte malzemeden ve

estetik görünümlü olacak, işlevini dışarıdan iş almadan yerine getirebilecektir. Ayrıca,

buhar tutma etkinliğini iyileştirmesi için en uygun faz değiştiren maddenin seçimi ve

kullanılması üzerine durulacaktır.

2. HAFTALIK ÇALIŞMA PROGRAMI

Tablo 1 Haftalık Çalışma Çizelgesi

YAPILAN ÇALIŞMALAR

HAFTA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Literatür Taraması

Ön Çalışmalar

Mühendislik Hesapları

Malzeme Seçimi

Çevresel Etki Değerlendirmesi

Rapor Yazımı

3. MÜHENDİSLİK HESAP VE ANALİZLERİ

3.1. Yapılan Tasarım Çalışmaları

Çalışmaya kaynak teşkil eden buhar üreticisinin birim zamanda ürettiği buhar miktarı

problemin başlangıç noktasını oluşturmaktadır. Model olarak şekildeki gibi elektrikli bir

ısıtıcı ile çalıştırılan bir çay kazanının çalıştığı süre boyunca ürettiği buharın, kazanın

hemen üst kısmındaki bir buhar kapanı vasıtasıyla alınması gerçekleştirilerek bir

düzenleme seçilmiştir. Böyle bir sistemde rol oynayan parametrelerin başında; ısıtıcının

gücü, dolayısıyla kazandan birim zamanda çıkan su buharı, iç ortamın başlangıçtaki

koşulları (sıcaklık ve bağıl nem değerleri) ve kullanılması düşünülen buhar kapanının

geometrik yapısı ve büyüklüğü gelmektedir. Diğer önemli parametreler ise kapanın

içerisine yerleştirilecek kanatçıkların yapısı ve sayısının yanı sıra kullanılacak FDM

miktarı, yerleştirileceği yer ve özellikleri (Faz değiştirme sıcaklığı (Tm), Faz değiştirme

entalpisi (hm), Özgül ısısı (c) ve ısı iletme yeteneği) olarak sıralanabilirler.

- 4 -

3.1.1. Nem Kaynağının Tanımlanması

Başlangıçta kolaylık olsun diye nem üreteci olarak 20 Litre kapasitesinde ve 2 kW

gücünde bir elektrikli ısıtıcı ile beslenmekte olan ve günde iki defa ikişer saat süre ile

çalışıp kapatılan bir çay kazanı seçilmiştir.

Şekil 3 Çay Kazanı

3.1.2 Buhar Kapanının Tanımlanması

Prizmatik bir geometride tasarlanan buhar kapanı, hem şekil estetiğinin hem de

boyutunun iç ortama uyum sağlaması istenir. Göze hoş gelecek şekilde, sanki oda içindeki

bir eşya gibi görünmelidir. Buhar kapanının girişi, nem kaynağından gelen nemin

kolaylıkla kapan içerisine hapsedecek genişlikte olmalıdır. Sıcak su buharı kapan içerisine

girdikten sonra, soğuk kapan yüzeylerine ve kanatçıklara çarpar ve yoğuşur. Yoğuşan su

buharı sıvı fazında kapan yüzeylerinden ve kanatçıklardan aşağı doğru akmaya başlar.

Yoğuşan suyun dışarıya akmaması için suya yön veren kanallar tasarlanmıştır. Bu sayede

su belli bir noktadan bir hortum vasıtasıyla kontrollü bir şekilde dışarı atılır.

3.1.3 Buhar Kapanı Malzemesi

Kapan malzemesi olarak birçok avantajından dolayı alüminyum kullanılmıştır.

Alüminyum dünyadaki en hafif metallerden biridir. Demirden neredeyse üç kat daha

hafiftir aynı zamanda çok güçlü, son derece esnek ve korozyona karşı dayanıklıdır. Çünkü

yüzeyi her zaman çok ince fakat yine de çok güçlü bir oksit film tabakası ile kaplıdır,

ayrıca FDM ile kimyasal reaksiyona girmez.

- 5 -

Alüminyumun özellikleri arasında paslanma direnci de vardır. Az bir zamanda

oksijenle birleşerek alüminyum oksit (Al2O3) teşkil eder. Alüminyum havada zamanla

oksijenle birleşerek bütün yüzeyi gri renkte alümin tabakası ile örtülür, alüminyumun bu

özelliği, korozyona karşı mukavemetini yükseltmektedir. Oluşan bu oksit tabakası su ile

yıkanma ile çıkartılamaz. Alüminyumun bu özelliği kullanım alanlarını genişletmiştir.

Soğuk şekil değiştirme, korozyon direncini düşürür. Alüminyumun saflık derecesi azaldığı

takdirde de korozyon mukavemeti düşer. Yani yabancı elemanlar korozyon mukavemetini

azaltır.

Şekil 4 Alüminyum Simgesi

3.1.4. Kanatçıklar

Isı değiştiricilerindeki ısı transferini iyileştirme çalışmalarında arzu edilenler; ağırlık

ve boyutta azalmaya imkan sağlamak, ısı transferi miktarını artırmak, akışkanlar arasındaki

ortalama sıcaklık farkını azaltmak ve böylece toplam verimliliği iyileştirmektir. Isı

transferini artırmak için kullanılan yöntemler genellikle genişletilmiş yüzeyleri, yüzeyde

yapılacak birtakım değişiklikleri, akış alanında oluşturulmak istenen türbülansı

içermektedir.

Bugünün teknolojisinde ısı transferi miktarını artırmada yoğun olarak kullanılan

yöntemlerden birisi, genişletilmiş ısı transferi yüzeyleridir (kanatçıklar). Kanatçıklı

(genişletilmiş) yüzeyler, yüzey alanını ve akımın türbülansını artırmak suretiyle taşınımla

ısı ve kütle aktarımını artırırlar.

3.1.5. Faz Değiştiren Maddeler (FDM)

Üretilen buhar ve ısıtıcıdan çıkan ısı kapanının yüzeylerinin sıcaklığını yükseltir.

Kapanın yüzeylerine belirli bölgelerde FDM yerleştirerek kapanın yüzeyinde oluşan ısı

- 6 -

FDM tarafından çekilir böylece kapanın yüzey sıcaklığı düşürülür. Bilindiği gibi yoğuşma

soğuk yüzeylerde daha etkin olur.

Isıl enerji depolama için kullanılan sabit bir faz değiştirme sıcaklığında ortamdaki ısı

enerjisini soğurup yaymak suretiyle ısı regülasyonu sağlayan maddelerdir. Bu tip maddeler

“ Gizli ısı depolayıcı maddeler” olarak da adlandırılırlar.

Tablo 2 Faz Değiştiren Madde Türleri

Bu tasarımda kullanılacak FDM’nin dönüşüm sıcaklığının ortam sıcaklığından

yüksek olması, her türlü mevsim şartlarının dikkate alınması ve kapan malzemesi ile

kimyasal reaksiyona girmemesi gerekir.

Bir malzemenin yüksek gizli ısı (ergime / katılaşma entalpisi) ve uygun faz değişim

sıcaklığına sahip olması cazip bir FDM için en önemli iki parametredir. Bu iki özellik bir

malzemenin temel termo-fiziksel özelliklerinin sınırlarını belirler. Bu iki temel özelliğin

dışında, herhangi bir özel uygulamada kullanılacak FDM’nin seçiminde maddenin sahip

olduğu termo-fiziksel, kimyasal ve ekonomik özellikler dikkate alınmıştır.

Günümüzde termal enerji depolamada kullanılmak üzere yeni maddelerin

araştırılmasına yönelik yürütülen çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Ancak, bu çalışmalar

- 7 -

haricinde mevcut FDM'ler kullanılarak uygulamaya yönelik çalışmalar da malzemelerin

kullanım alanlarının genişletilmesi için yürütülmektedir.

3.2. Yapılan Hesaplamalar

3.2.1 Kütlenin Korunumu Denklemleri

Akışkanlar mekaniğinin temel yasalarından bir tanesi kütlenin korunumu yasasıdır.

Bu yasa termodinamikten bilinen ‘‘ açık sistem ’’ in karşılığı olan bir denetim hacmi için

yazılmıştır. Bilindiği gibi kapalı sistem için giriş ya da çıkış söz konusu değildir. Denetim

hacmi bir miktar kütle kaybetmesine rağmen sınırları sabit kalır. Fakat FDM’ siz buhar

kapanı analizi yaparken denetim hacmi içerisinde yoğunluk ( ) sabit olarak kabul ettik.

Kütle dengesi

(1.1)

denetim yüzeyi üzerinde basitleştirme yapılarak

(1.2)

en sade şekilde denklemimiz (Denetim hacmi içerisindeki üniform olsun.)

(1.3)

denetim yüzeyine giren kütlesel debi buharın kütlesel debisine sabit kabul edilir.

(1.4)

Denetim yüzeyinden çıkan kütlesel debi ise yoğuşan maddenin kütlesel debisine

eşittir.

(1.5)

Hava ve buhar karışımının yoğunluk denklemi ise

(1.6)

denklem 1.6’ nın zamana bağlı türevi alınırsa

(1.7)

- 8 -

denklem 1.7’nin kısmi türevi alınarak

(1.8)

(1.9)

Denklem 1.9 havanın kütlesel debisinin zamana bağlı türevi ihmal edilerek denklemimiz

en basit halde

(1.10)

denklem 1.10’ un denetim hacmine göre integral alınırsa

(1.11)

Denklemimiz en sade haliyle

(1.12)

denklem 1.12’ nin kısmi türevi alınarak

(1.13)

elde edilir.

İçerdeki havanın özgül neminin değişmekte olduğuna dikkat edilir. Denklem,

başlangıçtaki geçici rejim halini temsil etmekte olup;

olduğunda erişilen sürekli rejim haline karşılık gelen şartlar, enerji denklemi de

kullanılarak belirlenebilir.

- 9 -

3.2.2. Enerjinin Korunumu Denklemleri

Kapalı sistemler için enerjinin korunumu ilkesi veya termodinamiğin birinci yasası

olarak bilinen Q – W = ifadesi açık sistemlerdeki kütle giriş çıkışı ile olan enerji giriş

çıkışını da içerecek şekilde geliştirilebilir. Buna göre genel bir kontrol hacmi için enerjinin

korunumu ilkesi matematiksel olarak;

Q –W + =

(2.1)

elde edilir.

(2.2)

Sisteme giren ısı, iş, metalpi denklemleri şu şekildedir

(2.3)

Sisteme giren ısı miktarı, sistemde yapılan iş başlangıçta sıfır kabul edilir. Isıtıcının

ürettiği buhar sisteme girmektedir. Sistemin en genel hali

(2.4)

başlangıçta. Sistemden çıkan ısı, iş ve metalpi denklemi

(2.5)

Sistemden çıkarken yapılan iş sıfır kabul edilir ve bu şekilde

(2.6)

: Kapan yüzeyinin sıcaklığı ( )

: Ortam sıcaklığı ( )

elde edilir.

Sistemin toplam enerjisindeki değişim toplam enerjiyi oluşturan biçimler cinsinden

şöyle ifade edilir

(2.7)

toplam enerji kısmi türevler cinsinden ifade edilir ise

- 10 -

(2.8)

Uygulamada karşılaşılan sistemler için çoğunlukla ve değişimleri göz ardı

edilebilir. Bu durumda birinci yasa şu şekilde düzenlenebilir

(2.9)

Kısmi türevler cinsinden sisteme giren enerji ve sistemden çıkan enerji denetim

hacminde oluşan iç enerjiye eşittir. Matematiksel olarak

(2.10)

elde edilir.

3.2.3. Gerekli Olan FDM Kütle Hesabı

=

=

Laurik Asit

Gizli Isıs (h) = 147

Tablo 3 Gerekli Laurik Asit Kütlesi (kg)

Delta t (s)

Wel (watt) 3600 7200 10800

1000 20,22472 kg 40,44944 kg 60,6741573 kg

2000 40,44944 kg 80,89888 kg 121,348315 kg

3000 60,67416 kg 121,3483 kg 182,022472 kg

- 11 -

Na₂CO₃.10H₂O

Gizli Isıs (h) = 247

Tablo 4 Gerekli Na₂CO₃.10H₂O Kütlesi (kg)

Delta t (s)

Wel (watt) 3600 7200 10800

1000 14,5749 kg 29,1498 kg 43,7247 kg

2000 29,1498 kg 58,2996 kg 87,44939 kg

3000 43,7247 kg 87,44939 kg 131,1741 kg

CH₃COONa₃.H₂O

Gizli Isıs (h) = 290

Tablo 5 Gerekli CH₃COONa₃.H₂O Kütlesi (kg)

Delta t (s)

Wel (watt) 3600 7200 10800

1000 12,41379 kg 24,82759 kg 37,24138 kg

2000 24,82759 kg 49,65517 kg 74,48276 kg

3000 37,24138 kg 74,48276 kg 111,7241 kg

Gerekli işlemler yapılarak tasarım için ideal FDM kütleleri bulunmuştur. En uygun

FDM kütlesi hesaplamalara göre CH₃COONa₃.H₂O dur. FDM seçilirken faz değiştirme

sıcaklığı ortam sıcaklığının 5 - 10 üstünde olan faz değiştiren madde seçilmiştir

4.ÇEVRESEL ETKİ DEĞERLENDİRMESİ

Büroda, atölyede veya evde uygun değer oda iklimi, insanların kendini iyi hissetmesi

ve sağlıklı olması için temel ön koşuldur. Ayrıca insana kendini “iyi hissettiren bir oda

iklimi”, aynı zamanda üretkenliği arttırır ve işyerinde hasta çalışan sayısını azaltmaya

faydalı olur.

- 12 -

% 40 ila %60 arasındaki bağıl nemde 20 ila 22 °C’lik bir iklim aralığında kendimizi

en iyi şekilde hissederiz. Bu değerlerin dışındaki iklim değerleri, çoğu insan tarafından

rahatsız edici bulunur. Gerektiğinden fazla nemin insan sağlığına olumsuz etkileri

böyleyken, üstüne üstlük birde nem kaynağından çıkan su buharının ortama direkt olarak

aktarılmasını ve ortam konforunu bozmasını istemeyiz. Buhar kapanı projesinde üretilen

nem dış ortama aktarılmadan kaynağında yoğuşturulur ve dış ortamın konforunun

bozulmasına izin vermez.

Ayrıca çok yüksek nem nedeniyle çeşitli hasarlar oluşabilir. İlk anlaşılan uyarı işareti

çoğunlukla nemli giysiler, küf kokusu ve duvarların lekelenmesi ve açıktaki gıdaların

küflenmesidir. Günlük yaşamda, ocakta pişen yemeğin, çayın vb. gibi dış ortama su buharı

aktarımı yapılan birçok durumla karşılaşırız. Üretilen nemin iç ortamdan uzaklaştırılması,

aspiratörler ve çevreye açılan bacalarla da yapılabilir ancak bacaların yapımı bina inşa

sürecinde iken yapılması gerekir ve fazladan maliyet de gerektirir. Öğretmenler odası gibi

üretilen nemin dış ortama aktarılması için baca tesisatı önceden tasarlanmayan mekanlarda

baca tesisatı yapmak oldukça uzun uğraş ve maliyet gerektirir. Buhar kapanı ile bu

problem giderilir. Ayrıca üretilen nemi çekmek için güç kaynağına bağlı aspiratör

kullanılır ve bu da fazladan maliyet ve ortamda gürültüye neden olur. Buhar kapanında ise

yalnızca ilk yatırım maliyeti vardır. Ayrıca asla ses çıkarmaz ve çok uzun süre verimli bir

şekilde çalışır.

5. MALİYET HESABI

5.1. ALÜMİNYUM SAC LEVHA

Tablo 6 Maliyet Analizi Çizelgesi

MALZEME MALİYET

Alüminyum Sac 1.50mm 1250 X 2500 280 TL

Alüminyum Sac 1.00mm 1000 X 1000 60 TL

İşçilik Ücreti 500 TL

TOPLAM 8400 TL

5.2. FAZ DEĞİŞTİREN MADDE

MALZEME MALİYET

Laurik Asit 1 Kg 75 TL

TOPLAM 75 TL

- 13 -

6. SONUÇLAR

Kapan malzemesi olarak gerek mukavemet özellikleri gerekse maliyet açısından

alüminyum seçilmiştir. Isı transferini arttırmak için kapan içerisine alüminyumdan

yapılmış kanatçıklar yerleştirilmiştir. Faz değiştiren madde olarak,3 çeşit FDM örneği

seçilmiştir. Bunlar Laurik asit, Na₂CO₃.10H₂O, CH₃COONa₃.H₂O’ dur. Gerekli işlemler

yapılarak tasarım için ideal FDM kütleleri bulunmuştur. En uygun FDM kütlesi

hesaplamalara göre CH₃COONa₃.H₂O dur. FDM seçilirken faz değiştirme sıcaklığı ortam

sıcaklığının 5 - 10 üstünde olan faz değiştiren madde seçilmiştir. Sistemin matematiksel

modeli termodinamik yasalarından faydalanılarak elde edilmiştir. Gerektiğinden fazla

nemin insan sağlığına olumsuz etkileri irdelenmiştir. Buhar kapanının teknik resmi çizilip,

boyutları ve geometrisi belirlenmiştir.2020 Bahar yarıyılında meydana gelen Covid-19

pandemisi nedeniyle deneysel çalışmalar ve tasarımın ortaya koyulması yarıda kalmış olup

tasarım teorik olarak ortaya konmuştur.

- 14 -

7. KAYNAKLAR

1. Çengel YA. Heat Transfer A Pactical Approach, Second Edition, ISBN 0-07-

1151508,McGraw-Hill,2003,New York

2. Faz Değişim Malzemeleri ve Isı Enerjisinin Depolanması, İstanbul Sanayi Odas-İstanbul

Teknik Üniversitesi Doktora/Yüksek Lisans Tezlerine Sanayi Desteği Projesi

3. Faz Değişim Yoluyla Isıl Enerjinin Depolanması ve Bu Alanda Yapılan Çalışmalar,

Prof. DR. AHMET SARI, Gaziosmanpaşa Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi Kimya

Bölümü

4. https://www.metalurjimalzeme.net/aluminyum-nedir/

5. Incropera FP ,DeWitt DP,Introduction to Heat Transfer , Fourt Edition, ISBN 0-471-

38649-9,Wiley,2002, NY

6. Lane,G, ,Latent heat materials,Volume 1,CRC Press,Boca Raton, 1983, Florida

7. Akışkanlar Mekaniği: Temelleri ve Uygulamaları 3’üncü Baskıdan Çeviri Yunus A.

Cengel, John M. Cimbala McGraw-Hill, 2014

- 15 -

8. EKLER

8.1.EK-1 Bazı yağ asidi ve tuzlarının erime sıcaklıkları, yoğunlukları ve termal

özellikleri

FDM Erime

sıcaklığı

(oC)

Gizli ısı

(kJ/kg)

Isıl İletkenlik

(W/mK)

Yoğunluk

(kg/m2)

Propilpalmiat 10 186 _ _

İzopropilpalmiat 11

100

_

_

Oleik asit 13,5-16,3 _ 0,1886 72,5C

0,178390C

86360C

İzopropilstearat 14-19 140-142 _ _

Kaprilik asit 16-16,3 148-149 0,14939C

0,14567,7C

0,14820C

90130C

86280C 98113C

103310C

Butilstearat 19 123-140-203 _ _

Vinilstearat 17-29 122 _ _

Metil palmitat 29 205 _ _

Kaprik asit 32-31,5 152,7-153 0,15338,5C

0,15255,5C

0,14940C

87845C

88640C

100424C

Metil-12-

hidroksi-stearat

42-43 120-126 _ _

Laurik asit 42-44 178 0,192172,5C

0,185290C

86260C

100724C

Miristik asit 49-51

54

205-187 _ 86155C

84480C

Palmitik asit 64-61 185,4-203,4 0,16268,4C

0,15980,1C

85065C

84780C

Stearik asit 69

61-60

202,5

186

0,17270C

84870C

96524C

- 16 -

8.1.EK-2 Bazı yaygın tuz hidratlarının erime sıcaklıkları, yoğunlukları ve termal

özellikleri

FDM Erime

sıcaklığı

(oC)

Yoğunluk

(kg/m3)

Isıl

iletkenlik

(W/mK)

Gizli ısı

(kJ/kg)

Erime

davranışı

KF.4H2O 18 - - 330 Düzenli

K2HO4.4H2O 18,5 1447(20 oC)

1455(18 oC)

1480(6 oC)

- 231 -

CaCl2.6H2O 29-30 1562(32 oC)

1802(24 oC)

0,561(61,2 oC)

1,008(23 oC)

170-192 Düzensiz

LiNO3.3H2O 30 - - 189-296 Düzenli

Na2SO4.10H2O 32 1485(24 oC) 0,544 251-254 Düzensiz

Na2CO3.10H2O 33-36 1442 - 247 Düzensiz

Na2HPO4.12H2O 35 1522 - 256-281 Düzensiz

Zn(NO3)2.6H2O 36 1828 (36 oC)

1937 (24 oC)

2065 (14 oC)

0,464(39,9 oC)

0,469 (61,2 oC)

134-147 Düzenli

K3PO4.7H2O 45 - - 145 -

Na2S2O3.5H2O 48 1600 - 209 -

CH3COONa.3H2O 58 - - 270-290 Düzensiz

Ba(OH)2.8H2O 78 1937 (87 oC)

2070 (24 oC)

2180

0,653 (85,7 oC)

0,678 (98,2 oC)

1,25 5 (23 oC)

265-280 Düzenli

Sr(OH)2.8H2O 89 - - 370 Düzensiz

Mg(NO3)2.6H2O 89-90 1550 (94 oC)

1636 (25 oC)

0,490 (95 oC)

0,502 (110 oC)

0,611 (37 oC)

0,699 (55,6 oC)

162-167 Düzenli

(NH4)Al(SO4).6H2O 95 - - 269 -

9

90

90

AŞA

ĞI 2

0° R

2

8.1 EK 3

500 30

AŞAĞI ° R 2

AŞAĞI ° R 2

AŞAĞI 0° R 2

685

Çizen

Adı Soyadı Tarih Adet Malzeme

Sınıf-No

Kontrol

Ölçek

1:15

Buhar Kapanı Sac

Plaka Görünümü

- 17 -

KTÜ MF Makine

Mühendisliği Bölümü

455

155

AŞA

ĞI 6

9° R

2

AŞA

ĞI 2

0° R

2

AŞA

ĞI 2

0° R

2

AŞA

ĞI 2

0° R

2

800

2600

8.1 EK 4

KESİT A-A

800

A A

Çizen

Adı Soyadı Tarih Adet Malzeme

Sınıf-No

Kontrol

Ölçek

1:20

Buhar Kapanı

- 18 -

KTÜ MF Makine

Mühendisliği Bölümü