Chiller kapasite hesabı nasıl yapılır?

Chiller kapasitesi, soğutulacak suyun debisi ile giriş–çıkış sıcaklık farkının çarpımından bulunur: Q (kcal/h) = su debisi (L/h) × ΔT (°C). Çıkan değere proses tipine göre %10–20 emniyet payı eklenir, ortam ve su çıkış sıcaklığına göre düzeltilir, sonra bu yükü karşılayan en küçük KPLN modeli seçilir.

Kapasite hesabı aslında tek bir soruyu sorar

Chiller seçiminde aradığımız sayı tektir: prosesinizin suya bıraktığı ısının saatlik miktarı. Kompresör sayısı, tank hacmi, gövde ölçüsü, hepsi bu sayı bulunduktan sonra konuşulur. Kapasite hesabı da bu ısı miktarını tahminle değil, ölçülebilir büyüklüklerle bulma işidir.

Soğutma yükü, sudan çekilecek ısıdır. Su bir yerden ısı alır (kalıp, eriyik polimer, hidrolik yağ, tanktaki ürün), ısınmış hâlde chiller'a döner, chiller bu ısıyı sudan alıp havaya atar ve suyu soğutulmuş olarak geri gönderir. Dolayısıyla soğutma yükünü, dönen suyun ne kadar ısındığına bakarak ölçebiliriz.

Temel formül: Q = m · c · ΔT

Bir akışkanın taşıdığı ısı; kütlesi, özgül ısısı ve sıcaklık değişiminin çarpımıdır. Sürekli akan bir devrede kütle yerine kütlesel debiyi koyarız ve sonuç doğrudan saatlik ısı yükünü verir.

Q = m · c · ΔT

• Q — soğutma yükü (kcal/h)
• m — kütlesel su debisi (kg/h)
• c — özgül ısı, yani bir kilogram akışkanı 1 °C ısıtmak için gereken ısı (kcal/kg·°C); su için 1
• ΔT — chiller'a dönen su ile chiller'ın gönderdiği su arasındaki sıcaklık farkı (°C)

Suyun yoğunluğu pratikte 1 kg/L kabul edildiği için kütlesel debi ile hacimsel debi sayıca aynıdır. Bu da formülü sahada kullanılabilir hâle getirir:

Q (kcal/h) = Su debisi (L/h) × ΔT (°C)

Saatte 12.000 litre su dolaştıran ve dönüşte 5 °C ısınmış bir devrede yük 12.000 × 5 = 60.000 kcal/h olur. Kilovat ile çalışmayı tercih edenler için aynı bağıntının doğrudan hâli şudur:

Q (kW) = Su debisi (m³/h) × 1,163 × ΔT (°C)

Yukarıdaki örnek burada 12 × 1,163 × 5 = 69,8 kW verir. Emperyal birimli bir föyle çalışıyorsanız aynı hesabın karşılığı Q (BTU/h) = GPM × 500 × ΔT (°F) biçimindedir.

Birim dönüşümleri: kcal/h, kW, TR, BTU/h

Türkiye'de proses soğutmada kcal/h, kapasite ve elektrik hesaplarında kW, ithal ekipman föylerinde ise TR (ton of refrigeration — soğutma tonu) ve BTU/h yaygındır. Aynı kapasiteyi dört ayrı sayıyla görmek kafa karıştırır; dönüşüm tablosu bunu bitirir.

Ezberlenecek iki sayı var: 1 kW = 860 kcal/h ve 1 TR = 3.024 kcal/h. KPLN serisindeki kW ve TR değerlerini de bu iki katsayıyla kcal/h değerinden türetiyoruz. Örneğin 86.000 kcal/h kapasiteli KPLN 100.2 için 86.000 × 1,163 = 100.018 W, yani 100,0 kW; 86.000 ÷ 3.024 = 28,4 TR.

ΔT kaç derece alınmalı

Formülde iki bilinmeyen vardır: debi ve sıcaklık farkı. Aynı yükü küçük debi–büyük ΔT ile de, büyük debi–küçük ΔT ile de taşıyabilirsiniz. 100.000 kcal/h'lik sabit bir yükün ΔT'ye göre gerektirdiği debi şudur:

KPLN serisinin nominal koşulu 12/7 °C su ve 35 °C ortam sıcaklığıdır; yani ΔT = 5 °C. Katalogdaki su debilerinin tamamı bu rejimden gelir ve doğrulaması kolaydır: KPLN 125.2 için 100.000 ÷ (1.000 × 5) = 20,0 m³/h, tablodaki değerin aynısı. Devrenizde ΔT'yi 5 °C'nin altına indirecekseniz gereken debi büyür; hesabı 5 °C üzerinden yapıp sahada 3 °C ile çalışmak, evaporatörden (chiller içinde suyun soğutulduğu eşanjör) geçen debinin katalog değerini aşmasına yol açar. Bu tercihi baştan bize bildirin.

Elinizde hangi veri varsa ondan gidin

Her tesiste ölçülmüş debi ve sıcaklık bulunmaz. Yöntemler arasındaki güvenilirlik sırası şudur:

Emniyet payı ve düzeltmeler

Ham hesap, ideal bir günün sayısıdır. Üzerine eklenmesi gereken kalemler şunlardır:

• Hat kayıpları. Yalıtımsız boru ve depo, sıcak bir atölyede sudan ısı almaz, ona ısı verir. Uzun ve yalıtımsız hatlarda bu kalem küçümsenmemeli.
• Kirlenme. Zamanla evaporatör iç yüzeyinde ve kondenser (ısının havaya atıldığı kanatlı eşanjör) kanatlarında biriken kir, ısı transferini düşürür. İlk gün ölçülen kapasite, ikinci yılın kapasitesi değildir.
• Eşzamanlılık. Bağlanacak makinelerin hepsi aynı anda tam yükte mi çalışıyor? Değilse yükleri körü körüne toplamak gereksiz büyütmeye götürür; ama vardiya başında hepsinin birden devreye girdiği anı da hesaba katın.
• Su çıkış sıcaklığı. Nominal değer 7 °C'dir. Prosesiniz 12 °C su ile yetiniyorsa aynı grup daha yüksek kapasite verir; 4 °C istiyorsanız kapasite düşer.
• Ortam sıcaklığı. Hava soğutmalı gruplarda ısı dışarıdaki havaya atılır. Nominal 35 °C'nin üzerindeki ortamlarda yoğuşma sıcaklığı yükselir ve kapasite düşer. Grubun kapalı bir bölmeye ya da duvar dibine sıkıştırıldığı yerlerde etkili ortam sıcaklığı, meteorolojik değerin epeyce üzerindedir.
• Glikol. Donma riski olan devrelerde kullanılan su–glikol karışımının özgül ısısı sudan düşük, viskozitesi yüksektir; hem taşınan ısı hem de ısı transferi azalır. Karışım oranını bildirin, hesabı ona göre düzeltelim.

Bu kalemlerin toplamı için sektörde genellikle %10–20 arası bir emniyet payı kullanılır. Kararlı ve sürekli bir yükte %10, değişken ya da partili (batch) çalışan proseslerde %20 makul bir başlangıçtır. Ortam ve su çıkış sıcaklığı düzeltmelerini bu payın içine gömmeyin; onlar için düzeltilmiş kapasiteyi bizden isteyin.

Örnek 1 — Plastik enjeksiyon atölyesi

Üç adet aynı enjeksiyon presi var. Her preste iki ayrı su devresi bulunuyor: kalıp soğutma ve hidrolik yağ soğutucusu. Sahada ölçüm yapıldı.

• Kalıp devresi: 2,5 m³/h = 2.500 L/h, dönüş suyu 6 °C daha sıcak → 2.500 × 6 = 15.000 kcal/h
• Yağ soğutucusu: 1,8 m³/h = 1.800 L/h, ΔT = 4 °C → 1.800 × 4 = 7.200 kcal/h
• Makine başına 22.200 kcal/h; üç makine eşzamanlı çalışıyor → 66.600 kcal/h
• Hat ısı kazancı için %15 pay → 66.600 × 1,15 = 76.590 kcal/h

Bu değer 89,1 kW ya da 25,3 TR eder. 65.000 kcal/h'lik KPLN 75.2 yetmez; bir üst kademe olan 86.000 kcal/h'lik KPLN 100.2 seçilir ve elde yaklaşık %12 rezerv kalır. Bu rezerv, ileride dördüncü bir presin küçük bir kalıpla devreye alınmasına da imkân verir. Enjeksiyon makinesi tarafındaki bilgiyi kardeş markamız Kaplan Plastik'in ekibiyle birlikte değerlendiriyoruz; devre kurulumuna dair ayrıntı için plastik enjeksiyon uygulamaları sayfasına bakın.

Örnek 2 — Gıda tesisinde parti soğutma

Burada sürekli akan bir devre yok; belirli bir kütlenin belirli sürede soğutulması var. 8.000 kg meyve suyu 25 °C'den 6 °C'ye üç saatte indirilecek. Su oranı yüksek sıvılarda özgül ısı yaklaşık 0,9 kcal/kg·°C alınır.

• Toplam çekilecek ısı: 8.000 × 0,9 × (25 − 6) = 136.800 kcal
• Üç saate bölünürse: 136.800 ÷ 3 = 45.600 kcal/h
• Tank yüzeyinden ısı kazancı ve CIP (yerinde temizlik) sonrası sıcak yüzeyler için %20 pay → 54.720 kcal/h (63,6 kW / 18,1 TR)

48.000 kcal/h'lik KPLN 55.2 sınırın altında kalır; seçim 65.000 kcal/h'lik KPLN 75.2 olur. Parti soğutmada asıl belirleyici değişken süredir: aynı partiyi üç saat yerine iki saatte soğutmak istediğinizde yük 45.600 kcal/h'den 68.400 kcal/h'ye, %20 emniyet paylı değer ise 54.720'den 82.080 kcal/h'ye çıkar; seçim KPLN 75.2'den KPLN 100.2'ye, yani bir kademe yukarı taşınır. Süre, kapasite hesabının en pahalı değişkenidir. Bu tip yüklerin profili için gıda ve içecek uygulamaları sayfasına bakabilirsiniz.

Örnek 3 — Metal işlemede hidrolik yağ soğutma

Elde ölçüm yok, yalnızca etiket gücü var: iki adet 75 kW hidrolik güç ünitesi. Hidrolik devrelerde motora verilen elektrik gücünün bir bölümü işe, kalanı sürtünme ve kısılma kayıpları yoluyla ısıya dönüşür. Bu oran için sektörde tipik olarak %25–35 aralığı kullanılır; ortalama %30 alalım.

• Ünite başına ısı: 75 × 0,30 = 22,5 kW → 22,5 × 860 = 19.350 kcal/h
• İki ünite: 38.700 kcal/h
• %15 emniyet payı → 44.505 kcal/h (51,8 kW / 14,7 TR)

35.000 kcal/h'lik KPLN 40.1 yetersiz kalır, seçim KPLN 55.2 olur. Bu örnekte iki kompresörlü bir grubun avantajı da görünür: gece vardiyasında tek ünite çalıştığında yük yarıya iner, grup tek kademeye düşerek çalışır ve su sıcaklığı tek kompresörlü bir gruba kıyasla daha kararlı kalır. Yine de bu yöntemin en zayıf yöntem olduğunu unutmayın; grup devreye alındıktan sonra gerçek ΔT'yi ölçüp hesabı doğrulamanızı öneririz.

Hesabı KPLN modeline çevirmek

Emniyet payı eklenmiş yükü bulduktan sonra kural basittir: bu değerin üzerindeki ilk model seçilir. Tablodaki su debileri 12/7 °C rejimine, yani ΔT = 5 °C'ye karşılık gelir.

Model adı da seçimi kolaylaştırır: noktadan önceki sayı nominal kW kapasitesine, noktadan sonraki sayı kompresör adedine karşılık gelir. KPLN 250.4, yaklaşık 250 kW'lık dört kompresörlü bir gruptur. Kademe sayısı, kısmi yükte su sıcaklığının ne kadar kararlı tutulabileceğini belirlediği için değişken yüklü tesislerde kapasite kadar önemlidir. İki model arasında kaldıysanız karşılaştırma aracını ya da tüm KPLN gamını kullanabilirsiniz.

Debi ve tank hacmi kontrolü

Kapasite doğru seçilse bile iki kontrol daha yapılmalıdır. Birincisi debi: prosesinizin istediği toplam su debisi, seçtiğiniz modelin katalog debisini aşmamalı. Üçüncü örnekteki 44.505 kcal/h'lik yük için devre 12 m³/h istiyorsa, KPLN 55.2'nin 9,6 m³/h'lik değeri yetmez ve kapasite yeterli olsa bile bir üst modele çıkmak gerekir. Debi ile kapasite birlikte sağlanmalıdır; ikisinden biri tek başına yeterli değildir.

İkincisi sistem su hacmi. Devredeki toplam su ne kadar azsa, yük dalgalandığında su sıcaklığı o kadar hızlı savrulur ve kompresörler sık devreye girip çıkar. KPLN serisinin gövde tankları yaklaşık 2 ile 5 litre/kW arasında bir hacim sağlar; 172.000 kcal/h ve üzeri modellerde tank opsiyoneldir, çünkü bu ölçekte tesis hattının kendi hacmi ve varsa ayrı akümülasyon deposu devreye girer. Az sulu, kısa devreli bir sistem kuruyorsanız harici tank hacmini baştan planlayın.

Kapasite hesabında sık yapılan hatalar

1. Makine plakasındaki elektrik gücünü doğrudan soğutma yükü saymak. Bu güç, ısıya dönüşen kısmın tamamı değildir.
2. ΔT'yi ölçmeden 5 °C varsayıp sahada 3 °C ile çalışmak. Yük aynı kalsa da gereken debi yaklaşık %67 artar.
3. Kapasiteyi ihtiyacın iki katı seçmek. Aşırı büyük grup düşük yükte sık devreye girip çıkar; su sıcaklığı salınır, kompresör ömrü kısalır.
4. Ortam sıcaklığını göz ardı etmek. 35 °C nominal koşuldur; kondenserin önündeki sıcak duvarın gerçek etkisi ayrıca değerlendirilmelidir.
5. Glikol kullanılacağını hesabın sonunda hatırlamak.
6. Eşzamanlılığı hiç sorgulamadan bütün makine yüklerini toplamak.
7. Boru çapını yeni kapasiteye göre değil, mevcut hatta göre seçmek. Debi arttıysa boru da büyümelidir.

Hesabınızı birlikte doğrulayalım

Elinizde ölçüm varsa debi ile giriş ve çıkış sıcaklıklarını, yoksa bağlanacak makinelerin listesini, istenen su sıcaklığını, grubun kurulacağı yeri ve glikol kullanılıp kullanılmayacağını iletin. Düzeltilmiş kapasiteyi ve uygun KPLN modelini birlikte çıkaralım: teklif formu üzerinden ulaşabilir, seçim mantığının devamı için chiller nedir ve chiller bakım takvimi sayfalarımıza bakabilirsiniz.

Sıkça sorulanlar