Serpantin; Ovalamalı Boru Serpantin

Ovalamalı boru serpantin olarak da tanımlanan kendinden kanatlı serpantin, Spiral sarımlı serpantin veya kanatlı borunun aksine boru etrafına sac sarma sistemine dayanmaz. Ovalamalı boru serpantinler iki borunun iç içe geçmesi ile üretilmektedir. Ovalamalı boru serpantin üretiminde Alüminyum boru kanat malzemesi olarak kullanılırken, akışkan taşıyıcısı olarak bakır boru, paslanmaz boru ve karbon çelik boru kullanılabilir. Oval borulu serpantin imalatında kanatlar ekstrüzyon yöntemi ile oluşturulur. Boru ile kanat borusu arasında herhangi bir boşluk bırakılmadığı için maksimum seviyede ısı transferi sağlar. 

Serpantin Nedir Ne İşe Yarar?

Isıtma ve soğutma sistemlerinde kullanılan serpantin, ısıtılan veya soğutulan akışkanın sıcak veya soğuk yüzeyle temas alanını arttırmak amacı ile kullanılır. Isı akışını yaygınlaştırmak amacıyla kullanılan bir ısıtıcı ekipman diyebiliriz. Kendinden kanatlı serpantin, ısı değişiminin yapılması gereken alanlarda tekli veya gruplar halinde kullanılan yivli borulardır. 

Kendinden Kanatlı Serpantin Çeşitleri

Eşanjör, sıvı veya gaz iki farklı akışkanın birbirine karışmadan ısı transferinin sağlandığı ısı değiştiricilerdir. Akışkan özelliğine, yapısına ve basınca göre farklı malzemelerden üretilir. Müşteri proses bilgilerine göre kullanılan boru çapı, boru sayısı ve boru boyu değişir. Korozyon ve kirlilik faktörleri de göz önünde bulundurularak tasarımı yapılan eşanjörlerde kullanılan borulardan biri de kendinden kanatlı serpantindir. Boru yüzey alanının kanatlarla arttırıldığı ovalamalı borular, farklı yapıda ve malzeme kalitesinde üretilir. Karbon çelik, paslanmaz çelik, bakır, pirinç ve alüminyum malzemeli olabilir. Mükemmel bir ısı değiştirici olup;

• Akışkan cinsine
• Isı transfer yüzey alanına
• Akışkan hızına ve
• Basınca göre imal edilen bir serpantin çeşididir

Kendinden kanatlı serpantinler kullanılan boru sayısına göre 4 grupta incelenir.

• Tek borulu kendinden kanatlı serpantin
• İki borulu kendinden kanatlı serpantin
• Turbofin borulu
• Kroçilli ve yivli borular

Tek Borulu Kendinden Kanatlı Serpantin

Tek borulu kendinden kanatlı serpantinler kullanılan malzemeye göre 2 çeşittir. Bunlar bakır borulu ve alüminyum borulu kanatlı serpantinlerdir. Boru çapı 16 mm’den 60 mm’e kadar çeşitlenir. Kanat yüksekliği ise 10-12-15 mm olup hatve boyu 2,1-2,5 ve 3 mm arasıdır. Isı değiştiricilerin ana bileşeni olan serpantin, ısı alışverişinin efektif bir şekilde yapılmasını sağlar. Bu nedenle serpantin boru tasarımında ürüne uygun serpantin seçimi son derece önemlidir. Kullanım alanı ve kanat yapısına göre serpantin tasarımı değişir. Tek borulu kendinden kanatlı serpantinde sadece 1 boru kullanılır. Boru üzerindeki yivler özel makinelerle yapılan sarmal/kıvrımlı helezonlardır. Bu işlem sonrası boru ısı transfer yüzey alanı %15 kadar artmaktadır.

Teknik Özellikleri;

Boru Çapı:                  D 10-25 mm (ovalama öncesi)

Kanat Yüksekliği:       L 2-5 mm        

Kanat Kalınlığı:          t 0.20-0.40 mm

Hatve:                         h 1.33-3.20 mm

İki Borulu Kendinden Kanatlı Serpantin

İki borulu kendinden kanatlı serpantinde iç-içe geçmiş iki boru kullanılır. Karbon çelik, paslanmaz veya bakır iç boru üzerine alüminyum boru geçirilir ve üzerinde ekstrüzyon yöntemi ile kanatlar oluşturulur. İç boru malzemesi özel alaşımlı yani bafon veya pirinç te kullanılabilir. Özel alaşımlı iç boru üzerine yine alüminyum boru geçirilerek iki borulu kendinden kanatlı serpantin imal edilir. 

Teknik Özellikleri;

İç Boru Çapı:              D1 10-33.70 mm

Kanat Yüksekliği:       L 5-15 mm      

Kanat Kalınlığı:          t 0.20-0.40 mm

Hatve:                         h 2-3.20 mm

Kendinden kanatlı serpantinlerde akışkan tipi hava, su, deniz suyu, kızgın yağ, yağ, buhar ve kimyasal içerikli sıvılardır.

Kullanım yeri; hava soğutucuları, turbo şarj soğutucuları, yağ soğutucuları ve su soğutucularıdır.

Turbofin Borulu Kendinden Kanatlı Serpantin

Isıtma sistemlerinde performans ve verimliliği arttırmak için kullanılan boru tipidir. Düşük maliyetli ve efektif tasarımlı olup ovalamalı boru kanatlı serpantinler geliştirilerek üretilir. Kanat kesimleri arttırılmış ve böylece ısı transfer verimliliği üst düzeye çıkarılmıştır. İyileştirilmiş ısı transfer özelliğinde olup yüksek performanslıdır. Kendinden türbilatörlü ve kendinden kanatlı çekme borular şeklinde kullanım alanı geniş ürünlerdir.

Turbofin borularda boru boyunca helisel bir akış söz konusudur. Helisel akış, boru içi türbilatörü ve dalgalı kanat yapının oluşturduğu bir akış şeklidir. Atık baca gazı ekonomizerleri için doğru tercihtir. Alüminyum malzemeden üretilen turbofin borular, minimum maliyetle enerji kazanımı sağlayan boru çeşididir.

Kroçilli ve Yivli Boru

Isıtma ve soğutma sistemlerinde kullanılan kroçilli ve yivli boru, farklı çap ve özelliklerde üretilen boru tipidir. Özellikle tekstil ve sanayide tercih edilmekte olup, ısı transfer verimliliği yüksektir. Özel imalat boru tipi olan kroçilli yivli boru, boru yüzeyindeki helezon yapı sayesinde ısı genleşme özelliği olarak sisteme katkı sağlayan borulardır.

Kendinden Kanatlı Serpantin İmalatı

Endüstriyel ısıtma ve soğutma sistemlerinin en önemli ekipmanı olan serpantin, işlevsel bir ısı değiştirici olarak kendine birçok yer edinmiştir. Kendinden kanatlı serpantin, ısı transfer yüzeyinin kanatlarla arttırıldığı bir kanatlı boru tipi olarak birçok alanda kullanılır. Kanatlı borularla boru yüzey alanı arttırılarak daha az boru kullanımı ve daha yüksek verim amaçlanır. 

Kendinden kanatlı serpantin üretiminde tekli borularda bir boru kullanılmakta olup bakır borulu ve alüminyum borulu kanatlı serpantin çeşitleri üretilir. İki borulu kanatlı serpantinlerde ise iç boruda karbon çelik, paslanmaz veya bakır malzeme, dış boruda ise alüminyum malzeme kullanılır. İç içe geçmiş şekilde üretilen ikili borulu üretim sonrası, dıştaki boruya tekli boruda olduğu gibi ekstrürzyon yöntemi ile kanatlar oluşturulur.

Ekstürzyon Yöntemi Nedir?

Alüminyum, bakır ve magnezyum gibi hafif metallere uygulanan ekstürzyon yöntemi, sınırlı çapta malzemelerin şekillendirildiği bir yöntemdir. Ekstürzyon işleminde;

• Kalıp açısı
• Ekstürzyon hızı
• Metal takoz sıcaklığı ve
• Yağlama parametreleri önemlidir.

Sıcak ekstürzyonda metaller genelde oda sıcaklığında yeterli düzeyde sünek yani esneme kabiliyetinde değildir. Kuvvet ihtiyacı az olup kalıp aşınması fazladır. Isıtılan metallerde aşındırıcı oksit filmi ortaya çıkar. Çap küçültmesi yapılarak olası oksit sorunu çözülür. Çelik kalıplar zirkonyum kaplı olup uzun ömürlüdür. Yağlayıcı element camdır. 

Soğuk ekstürzyonda ekstrüzyon ve dövme birlikte yapılır. 40 mm’den küçük metaller soğuk ekstürzyonla şekillendirilir. Son ürün boyutunda toleranslar normaldir. Oksit filmi ortaya çıkmaz. Isıtma yapılmadığından enerji tüketimi azdır. Yağlama soğuk ekstrüzyonda önemli bir parametredir. 

Ekstürzyon Yöntemleri;

• Direk ekstürzyon
• İndirekt ekstürzyon
• Hidrostatik ekstürzyon
• Darbeli ekstürzyon
• Boru ekstürzyon

Kanat ve borular arasında boşluğun olmadığı kendinden kanatlı serpantin, ısı transferinin en iyi sağlandığı serpantin çeşididir. Dış boru yüzeyinde açılan yivler sayesinde ısı transfer yüzey alanının arttırıldığı ve maksimum verim sağlandığı serpantinlerdir. 285°C'ye kadar olan sıcaklığa ve atmosferik basınca dayanıklı olup mekanik dayanımı mükemmeldir.

Kendinden Kanatlı Serpantin Kullanım Alanları

Klima santral bataryalarından proses kurutma makinelerine, çamaşır kurutma makinelerinden ram makineleri ve fikse makinelerine kadar birçok alanda kullanılmaktadır. Hava ısıtma-soğutma sistemleri, nem alma sistemleri, hava şartlandırma sistemleri, yağ soğutma, kondenezyon ve evaporasyon da kullanım alanları arasındadır. Su soğutucuları, hava soğutucuları ve yağ soğutucularının temel elemanıdır. 

Tekstil makineleri, klima santral hava ısıtıcıları, turbo şarj soğutucuları kullanım alanlarından belli başlıca alanlardır. Kızgın yağ ve kimyasal içerikli akışkanlar kendinden kanatlı serpatinlerde kullanılan akışkan çeşitleridir. Uluslararası standartlarda üretilen kanatlı borulu ısı değiştirici çeşitleri, ortam çalışma şartları ve emniyet kurallarının dikkate alınarak üretildiği serpantin çeşididir. 

Kendinden Kanatlı Serpantin Fiyatları

Kendinden kanatlı serpantin fiyatları serpantin çeşidine, kullanılan malzemeye üretici firmaya göre değişmektedir. 

Rezistans, boyler, tekstil makinaları, sarartma odaları, hava perdeleri, havalandırma kanaları, tünel fırınları, boya kurutma fırınları, fikse makineleri ve sanayi fırınları gibi birçok alanda kullanılan serpantinler, soğutma sistemlerinin temel elemanları olup kullanım alanına ve kullanılan malzeme miktarına göre fiyatları değişen ürünlerdir.

Fiyatları belirleyen temel unsur nerede ve nasıl kullanılacağı ile alakalıdır. Farklı ebatlarda üretilen kendinden kanatlı serpantin, kullanım alanı ve malzemeye göre farklı fiyatlandırılır. Et kalınlığı, boru boyu, boru çapı ve spiral yüksekliği üretim prosedürünü şekillendirir. Paslanmaz çelik kanatlı serpantinler kilogram ya da metre hesabı ile satılmakta olup fiyatlar dolar üzerindendir. Üretici firmaya göre fiyat politikaları değişebilir. Toptan ve perakende kendinden kanatlı serpantin fiyatları da farklı olup toptan satışlarda fiyatlar çok daha uygundur. 

Tüm serpantin çeşitleri hakkında fiyat bilgisi almak için RSR Enerji ile iletişime geçebilir, sektörün en çok tercih edilen firması olan RSR Enerji’den en kaliteli serpantinleri en uygun fiyatlarla temin edebilirsiniz.

Kanatlı Borulu Isı Değiştirici Tasarımı

Geometrik parametreler kendinden kanatlı serpantin tasarımında performansı etkileyen unsurlardır. Bunlar;

Boru Sayısı: Boru sayısının arttırıldığı kullanımlarda ısı değiştirici alanı arttırıldığından ısı kapasitesi artar.

Sıra Sayısı: Sıra sayısının arttırılması, ısı değiştirici alanının arttırılması demek olup kapasiteyi arttıran bir yöntemdir. Sıra sayısı seçiminde kapasite optimizasyonu ve hava tarafı basınç kaybının dikkate alınması gerekir.

Devre Sayısı: Ana tesisat borusundan gelen tüm akışkanın aynı anda bataryaya kaç noktadan girdiğini gösterir. Boru sistemi paralel tasarlanıp performans hesabı devreden geçen akışkan debisine göre yapılır.

Hatve: Hatve değerinin azalması, havanın en küçük kesitindeki hızının ve ısı geçiş alanının artması ve sonuçta kapasitenin artması demektir. 

Lamel (Kanat) Kalınlığı: Lamel uzunluğu arttırıldığında ısı değiştirici alanı arar ve böylece kapasite de artar.

Lamel Tipi: Lamel üzerindeki form, türbülans yaratıcı ve alan yaratıcı etkisi ile düz borulara göre transfer katsayısı yüksek formlardır. 

Kanatlı borulu ısı değiştiricilerde akışkan giriş/çıkış sıcaklığının bilinmesi gerekir. Sıcaklığının bilinmemesi durumunda sağlıklı bir performans analizi yapılamaz. 

Semboller

Q: Geçen Isı Miktarı (W)

C: Isı Sığası (J/K)

U: Toplam Isı Geçiş Katsayısı (W/m²K)

A: Isı Geçiş Alanı (m²)

T: Sıcaklık (ᵒK)

P: Basınç (Pa)

V: Hacimsel Debi (m³/s)

XT: Borular Arası Dikey Mesafe (mm)

XL: Borular Arası Yatay Mesafe (mm)

NT: Tek Sırada Dikeydeki Boru Sayısı

NR: Yataydaki Boru Sayısı

Fp: Kanat Hatvesi (mm)

NC: Devre Sayısı

Lic: Boru Uzunluğu (Lamel İçi Mesafe-mm)

Ddış: Boru Dış Çapı (mm)

İndisler

h: Sıcak akışkan

c: Soğuk akışkan

i: Giriş

i: Çıkış

Kaburgalı ve panjurlu kendinden kanatlı serpantinlerde kanat tipleri arasında ısıl kapasite farkı hatveye bağlıdır. Sıra sayısı ve devir sayısı da ısıl kapasite farkını etkileyen faktörlerdir. Kanatlı borulu ısı değiştiricilerin çalışma prensibi son derece basittir. Isı geçişini etkileyen parametreler arttıkça performans analizini yapmak zorlaşır.

Yukarıdaki grafikte standart bir kendinden kanatlı serpantinin çalışma mantığı gösterilmiştir. Soğuk akışkan hava, sıcak akışkan da sudur. Sıcaklık konum grafiği olup, akışkanların ünite içerisindeki termal hareketini gösterir.

Hesaplama Algoritması

Kendinden kanatlı serpantinlerde elde edilen güç harcanan güç oranına bağlıdır. Elde edilen güç soğutma kapasitesi olup, harcanan güç te pompa veya fanların harcadığı güçtür. Bu nedenle enerji verimliliğinin etkileyen ilk parametre serpantin soğutma kapasitesidir.

Kanatlı borulu bir ısıtma bataryası seçiminde su debisi veya su çıkış sıcaklığı bilinmemektedir. Bu nedenle klasik hesaplama yöntemleri kullanılamaz. 

İteraktif algoritma ile temelde akışkanların sıcaklık değerine bağlı olarak viskozite değeri, özgül ısıları, yoğunluğu ve termal iletkenliği hesaplanır. 

Sonrasında akışkan hızı ve ısı transfer alanının belirlenmesinde geometrik hesaplamalar yapılır. 

Boru içindeki akışkan hızı debi ve alan parametreleri baz alınarak hesaplanır. Boru içindeki su debisi bilinmediğinden afaki bir ε değeri alınır. ε değeri ısı değiştiricinin genel etkenliği olup;

ε = Q / Qmax olarak formüle edilir. Qmax teorik kapasitedir.

Qmax = Cmin x ΔTmax dur.

Afaki ε değeri ve afaki kapasite parametreleri bilindiğinde boru içi akışkan giriş-çıkış sıcaklığına göre akışkan debisi hesaplanır.

msu= Q / Cmax

Kanatlı borulu ısı değiştirici üretiminde amaç ısı transfer yüzeyini arttırmaktır. Fakat ısı transfer yüzey alanının tümünden akışkan geçmez. Kanat alanının belli bir kısmı boru tarafından kaplı, bir kısmı da akışkanla temas halinde değildir. Bu nedenle ısı değiştirici kapasitesi hesaplanırken transfer yüzey alanının ne kadarının kullanıldığının hesaplanması gerekir. Kanat verimliliğini hesaplamak için μ ve l katsayılarını hesaplamak gerekir. Bir kanatın verimliliği hesaplandığında toplam verimliliğe ulaşmak kolaydır.

Enerji verimliliğini etkileyen önemli bir parametre de basınç kayıplarıdır. Basınç kayıpları fan ve pompa seçimini doğrudan etkileyeceğinden buna bağlı olarak motor seçimi de etkilenir. 

Kendinden kanatlı serpantin tasarımı ve hesabında parametreler oldukça çok olup, profesyonel bir serpantin tasarımı ve üretimi için alanında uzman bir üretici firma ile çalışmak önemlidir.