Chiller tampon tankı ne işe yarar? Hacim hesabı ve bağlantısı

Tampon tank, chiller devresindeki su hacmini büyüterek sıcaklığın ani yük değişimlerinde zıplamasını ve kompresörün kısa devir yapmasını önler. Kapasiteye katkısı yoktur, zaman kazandırır. Hacim; en küçük kompresör kademesinin proses yükünü aşan gücü, hedeflenen minimum çalışma süresi ve kontrol ayar farkı üzerinden hesaplanır. Kısa devri kesmek için tank devreye seri bağlanır.

Bir chiller'ın kataloğunda yazan kapasite, makinenin bir saatte ne kadar ısı çekebileceğini söyler. Sahada sorunu yaratan şey ise çoğu zaman saatlik ortalama değil, dakikalık davranıştır: yük bir anda düşer, biraz sonra geri gelir, su sıcaklığı zıplar, kompresör durup kalkmaya başlar. Bu tabloda makine doğru seçilmiş olabilir; eksik olan kapasite değil, devredeki su hacmidir.

Tampon tank (buffer tank, denge deposu) bu hacmi büyüten basit bir çelik kaptır. İçinde hareketli parça yoktur, ısı transfer yüzeyi yoktur, soğutma kapasitesine hiçbir katkısı yoktur. Yaptığı tek iş, devrede dolaşan su kütlesini artırıp sıcaklık değişimini yavaşlatmaktır. Tankla kapasite satın almazsınız, zaman satın alırsınız.

Sistem su hacmi derken yalnızca tankı kastetmiyoruz. Makine üzerindeki depo, gidiş ve dönüş boruları, kolektörler, kalıp ve ceket içindeki su — hepsi aynı termal kütlenin parçasıdır. Kısa borulu, az su tutan bir devrede tank belirleyici olur; uzun hatlı, geniş çaplı bir tesiste hacim zaten vardır ve tank boşuna yer ve para harcar. Model seçiminin kendi kriterleri için su soğutma grubu seçimi sayfasına bakabilirsiniz.

Sistem su hacmi neyi belirler?

Termal atalet, bir su kütlesinin sıcaklığını değiştirmenin ne kadar ısı gerektirdiğidir. Suyun bir litresini 1 derece ısıtmak yaklaşık 4,18 kJ ister. On litre su tutan bir devrede 40 kW'lık bir yük suyu saniyede yaklaşık bir derece ısıtır; bin litrelik bir devrede aynı yük dakikada yarım derece civarında kalır. Aradaki fark, kontrol sisteminin nefes alma payıdır.

Bu yüzden hesaba tanktan değil, devrenin tamamından başlanır. Boru hacmini bulmak kolaydır: DN65 bir hat (iç çap yaklaşık 70 mm) metre başına yaklaşık 3,9 litre, DN100 bir hat (iç çap yaklaşık 107 mm) yaklaşık 9 litre tutar. Gidiş ve dönüş hatlarını ayrı ayrı sayın; plan üzerinden ölçülen boru boyu çoğu zaman gözle tahmin edilenin iki katı çıkar.

Su hacmi yetmeyince kompresörde ne olur?

Kompresör her kalkışta anma akımının katlarına çıkan bir yol alma akımı çeker ve bu akım sargıyı ısıtır; ısı ancak sürekli çalışma boyunca dağılır. Devreye çıkan yağın kompresöre geri dönmesi de belirli bir kesintisiz çalışma süresi ister. Üstüne kontrol tarafı gelir: her kalkışta genleşme valfi ve kızgınlık ayarı yeniden oturana kadar makine kararsız çalışır.

Sektörde genel kabul, kompresörün saatlik kalkış sayısının sınırlı tutulması ve her devrede birkaç dakika kesintisiz çalışmasıdır. Kesin değer kompresör tipine ve üreticinin verdiği sınıra bağlıdır, ama tank kararının çıkış noktası her zaman aynı sorudur: en küçük kademe devreye girdiğinde kaç dakika çalışabiliyor? Kısa devir (short cycling) tek başına bir arıza kodu üretmediği için soru çoğu zaman geç sorulur; belirtiler dolaylıdır — su sıcaklığı ekranda sürekli birkaç derece salınır, alçak basınç arızaları sıklaşır, kompresör kontaktörünün kontakları beklenenden erken yanar. Ekrandaki kodların hangi fiziksel nedene işaret ettiğini chiller arızaları sayfasında bulabilirsiniz.

Tampon tank hacmi nasıl hesaplanır?

Mantık tek cümlede özetlenir: en küçük kompresör kademesi o andaki proses yükünden fazlasını soğutuyorsa aradaki fark suyu soğutmaya devam eder ve sistem su hacmi, bu fazlanın sıcaklığı ayar farkı kadar düşürmesi için gereken süreyi kompresörün minimum çalışma süresine kadar uzatacak büyüklükte olmalıdır.

V = (Q × t) / (c × ΔT)

V: gereken toplam sistem su hacmi (litre) · Q: en küçük kademenin proses yükünü aşan net soğutma gücü (kW) · t: hedeflenen en kısa kesintisiz çalışma süresi (saniye) · c: suyun litre başına ısı kapasitesi, yaklaşık 4,18 kJ/K · ΔT: kontrol ayar farkı, histerezis (K)

Örnek: gece vardiyasında yükü düşen bir enjeksiyon atölyesi

Sekiz presli bir plastik enjeksiyon atölyesinde KPLN 100.2 çalışıyor: 86.000 kcal/h, iki kompresörlü, hava soğutmalı. Gündüz yük neredeyse tam; gece yalnızca iki pres dönüyor ve proses yükü yaklaşık 20 kW'a iniyor.

1. Kapasiteyi kW'a çevirin. 86.000 × 1,163 = 100.018 W, yani 100 kW. Bu değer 12/7 °C su rejimi ve 35 °C ortam sıcaklığı için geçerlidir; daha düşük su sıcaklığında ya da daha yüksek ortam sıcaklığında kapasite düşer, kademe gücü de onunla birlikte küçülür. Hesabı gerçek çalışma noktasındaki değerle yapın.
2. En küçük kademeyi belirleyin. Eşit kompresörlü iki kademeli bir düzende en küçük kademe kabaca kapasitenin yarısıdır; bu örnekte 50 kW aldık. Kademe dağılımı makineye göre değişir, projeye başlamadan üreticiden teyit edin.
3. Net fazla gücü bulun. 50 − 20 = 30 kW. Kompresör devrede kaldığı sürece suyu bu güçle soğutmaya devam eder.
4. Süreyi ve ayar farkını seçin. Beş dakika (300 saniye) kesintisiz çalışma ve 2 K'lik kontrol ayar farkı makul bir başlangıçtır.
5. Hacmi hesaplayın. V = (30 × 300) / (4,18 × 2) = 9.000 / 8,36 = 1.077 litre.
6. Mevcut hacmi sayın. DN65 gidiş ve dönüş toplam 60 metre, yani 60 × 3,9 = 234 litre. Kolektör, pislik tutucu ve pres devrelerindeki su ölçüldüğünde 66 litre. Makine üzerinde bir depo varsa onu da sayın; bu örnekte 300 litre varsaydık, gerçek değeri üreticiden isteyin. Toplam 600 litre.
7. Farkı kapatın. 1.077 − 600 = 477 litre. Ticari olarak bulunan ilk üst kademe 500 litrelik bir tanktır.

Aynı tesiste yük hiçbir zaman 40 kW'ın altına inmeseydi net fazla güç 10 kW'ta kalırdı ve gereken hacim (10 × 300) / 8,36 = 359 litreye düşerdi; mevcut 600 litre fazlasıyla yeterdi. Tank kararını belirleyen şey makinenin kapasitesi değil, yükün en aşağı indiği noktadır.

Kilovat başına gereken hacim

Aşağıdaki değerler doğrudan aynı formülden çıkar ve net fazla kapasitenin her bir kilovatı için gereken litreyi verir.

Kontrol ayar farkı	3 dakika çalışma	5 dakika çalışma	10 dakika çalışma
1 K	43 L/kW	72 L/kW	144 L/kW
2 K	22 L/kW	36 L/kW	72 L/kW
3 K	14 L/kW	24 L/kW	48 L/kW
4 K	11 L/kW	18 L/kW	36 L/kW

Tablonun pratik okunuşu şudur: ayar farkını 1 K'den 2 K'ye açmak gereken hacmi yarıya indirir. Prosesiniz iki derecelik bir salınıma katlanabiliyorsa, tank almadan önce kontrol ayarını gözden geçirmek çoğu zaman daha ucuz bir çözümdür. Buna karşılık dar bir sıcaklık bandı isteyen bir lazer kesim devresinde ayar farkını açma lüksünüz yoktur; orada hacim büyütmekten başka yol kalmaz.

Glikol varsa hacim büyür

Etilen ya da propilen glikol karışımlarının litre başına ısı depolama kapasitesi saf suyunkinden düşüktür; sektörde genel kabul, orta oranlı bir karışımda bu değerin yaklaşık onda bir azaldığıdır. Hesabı yaparken c değerini karışımın gerçek değeriyle değiştirin ya da kabaca yüzde on daha büyük bir hacimle çalışın. Glikolün kapasiteye ve pompa direncine etkisi için glikol kullanımı sayfasına bakın.

Litre/kW kuralı nerede işe yarar, nerede yanıltır?

Sahada en çok duyulan kısayol “kilovat başına şu kadar litre” biçimindedir. Kaba bir ön kontrol için işe yarar: kararlı yüklü, sürekli çalışan proseslerde kilovat başına birkaç litre yeterli kabul edilir, yükü sert dalgalanan tesislerde bu rakam birkaç katına çıkar. Ama kural kapasitenin tamamı üzerinden konuşur ve hesabın gerçek iki girdisini göremez: en küçük kademenin büyüklüğü ve kontrol ayar farkı.

Yukarıdaki örnekte hesap 1.077 litre çıktı; 100 kW'lık bir grup için bu, kilovat başına yaklaşık 11 litre eder ve kaba kuralın epeyce üzerindedir. Farkı yaratan gece vardiyası: proses yükü kapasitenin beşte birine indiğinde kademenin fazlası büyür, gereken hacim de onunla birlikte. Kuralı ön eleme için kullanın, kararı hesapla verin.

Tampon tank seri mi paralel mi bağlanmalı?

Tankın nereye bağlandığı, hacminin ne kadarının gerçekten iş yaptığını belirler. Sahada üç kurgu görüyoruz.

Kurgu	Nasıl bağlanır	Ne kazandırır	Ne zaman seçilir
Dönüş hattında seri	Prosesten dönen su önce tanka, tanktan evaporatöre girer; debinin tamamı tankın içinden geçer	Makine kararlı bir dönüş sıcaklığı görür, ani sıcak su darbeleri tankta sönümlenir	Proses soğutmasının varsayılan çözümü; yük ani ve kesikliyse ilk tercih
Gidiş hattında seri	Evaporatörden çıkan soğutulmuş su tanka, tanktan prosese gider	Prosese giden suyun sıcaklığı en kararlı hâlde olur	Besleme sıcaklığındaki salınıma tahammülü olmayan prosesler
Paralel (hidrolik ayırıcı)	Tank, gidiş ve dönüş kolektörleri arasına baypas olarak bağlanır; makine ve proses devrelerinin ayrı pompaları olur	İki devre farklı debilerde çalışabilir, evaporatör debisi prosesten bağımsız sabit kalır	Çok tüketicili, vanalarla debisi değişen tesisler

Karar için basit bir ayrım var. Amacınız kompresörün kısa devrini kesmekse tank seri bağlanır, çünkü hacmin tamamı ancak o zaman her devirde suyla yıkanır. Amacınız birbirinden farklı iki debiyi ayırmaksa paralel bağlanır — ama bu kurguda tankın içinden yalnızca iki devre arasındaki debi farkı geçer. Debiler eşitlendiği anda tank termal olarak devrenin dışında kalır. Paralel bağlı bir tanktan kısa devir koruması bekliyorsanız, bunu debi dengesizliği üzerinden ayrıca doğrulamanız gerekir.

Sahada en sık gördüğümüz kurgu hatası

Tank doğru hesaplanmış, doğru hacimde alınmış, dönüş hattına seri bağlanmış — ama giriş ve çıkış ağızları kabın aynı yüzünde, birbirine yakın açılmış. Su tanka girer, otuz santim yol alır, çıkar. Geri kalan sekiz yüz litre orada durur ve hiçbir şeye karışmaz. Kâğıt üzerinde bin litreniz vardır, termal olarak iki yüz litreniz.

Bunu ölçmek kolaydır. Tankın giriş ve çıkış ağzına birer termometre koyun ve sistemi yük altında çalıştırın. Kompresör devredeyken iki nokta arasında kayda değer bir fark okumuyorsanız su tankın içinden değil, ağzından geçiyordur. Doğrusu, girişi ve çıkışı kabın karşıt uçlarına almak — biri alttan, diğeri üstten — ve akışı içeride uzun yola zorlamaktır; dikey tanklarda konulan bir şaşırtma (baffle) plakası aynı işi görür.

İkinci sırada gördüğümüz hata, tankın devreye kör bir kolla, yani hattan bir T ile alınan çıkmaz bir boruyla bağlanmasıdır. Bu kurguda tanka su ancak doğal taşınımla girer; hacim pratikte hiç sayılmaz.

Tampon tank neden terler, nasıl yalıtılır?

7 °C su taşıyan bir kabın dış yüzeyi ortam havasının çiy noktasının altında kalır ve havadaki nem o yüzeyde yoğuşur. Bu bir imalat kusuru değil, fizik. Asıl sorun yoğuşan suyun kendisi değil; zeminde biriken su, çürüyen boya, ıslanınca işlevini yitiren yalıtım ve kaba sürekli giren ısıdır.

Ortam sıcaklığı	Bağıl nem	Çiy noktası	7 °C su taşıyan yalıtımsız yüzeyde
25 °C	%50	13,9 °C	Yoğuşur
25 °C	%70	19,1 °C	Yoğuşur
30 °C	%50	18,4 °C	Yoğuşur
30 °C	%70	23,9 °C	Hızla yoğuşur, damlama başlar
35 °C	%80	31,0 °C	Yalıtım yüzeyi de terleyebilir, kalınlık artırılır

Sanayi ortamlarının hiçbirinde soğuk su yüzeyi kendiliğinden kuru kalmaz. Kritik olan yalıtımın kalınlığı değil, buhar geçişini durdurmasıdır. Kapalı hücreli elastomerik malzeme kendi içinde buhar bariyeri taşır; açık gözenekli bir malzeme nemi emer, ıslanır ve iletkenliği katlanarak işe yaramaz hâle gelir. Yalıtımı kesen her nokta ayrı ayrı kapatılmalıdır: flanşlar, küresel vanalar, seviye göstergesi, sıcaklık cebi, askı kulakları ve tankın ayakları. Terleyen tankların çoğunda gövde yalıtılmış, ayaklar ve vanalar açık bırakılmıştır.

Yalıtımsız bırakmanın bedeli ölçülebilir. Yaklaşık 6 m² dış yüzeyi olan bin litrelik bir tankı, 30 °C ortamda ve 9 °C yüzey sıcaklığında düşünün. Doğal taşınım ve ışınım için genel kabul gören ısı geçiş katsayısı 8–10 W/m²K aralığındadır; ortalama 9 W/m²K alırsak ısı kazancı 6 × 9 × (30 − 9) ≈ 1.130 W olur. Yoğuşan nemin taşıdığı gizli ısı da bunun üzerine eklenir. Yani yalıtımsız bir tank hiçbir iş yapmadan bir kilovatın üzerinde yük üretir ve bu yükü chiller karşılar.

Devreye almadan önce bakılacaklar

• Tankın en üst noktasında havalık, en alt noktasında boşaltma vanası var mı? Havası alınmamış bir tank, hesapladığınız hacmin bir kısmını su yerine hava olarak taşır.
• Giriş ve çıkış ağızları karşıt uçlarda mı, akış kabın içinde uzun yol alıyor mu?
• Pompa emişi, dip birikintisini süpürmeyecek bir seviyeden mi alınıyor?
• Devre kapalı mı? Açık tipte bir kap suyla havanın temasını artırır, oksijen girişi ve korozyon riski büyür; zorunluysa su şartlandırması buna göre planlanır.
• Yalıtım flanşlarda, vanalarda ve ayaklarda kesintisiz mi?
• Kontrol probu nereyi okuyor? Ayar noktasını tankın gövdesinden değil, prosese giden hattan görmek salınımın ölçüsünü değiştirir.

Tank kararı kapasite kararının yerine geçmez, devamıdır: önce yük ve rejim belirlenir, sonra kompresörün en hafif yükte kaç dakika çalışabildiğine bakılır. Yük profilinizi ve mevcut hat hacminizi paylaşırsanız uygun modeli gereken tampon hacmiyle birlikte değerlendirebiliriz; teklif formu bunun için yeterli.

Sıkça sorulanlar

Tüm yazılar