Glikol Oranı Seçimi ve Kapasite Kaybı: Tablolarla Eşanjör Etkisi

Özet: Glikol, donma riskine karşı zorunlu bir çözümdür ama bedelsiz değildir. Su yerine glikol karışımı kullanıldığında ısı kapasitesi düşer, viskozite artar, ısı iletimi azalır; sonuçta aynı ısıl yük için daha fazla debi, daha fazla pompa gücü ve daha büyük eşanjör gerekir. Bu yazıda etilen ve propilen glikol arasındaki farkı, donma koruması ile patlama koruması ayrımını, oran seçim tablolarını ve kapasite kaybının eşanjör boyutuna sayısal etkisini ele alıyoruz.

Neden glikol, hangi tür?

Kapalı devre sistemlerde glikol iki amaçla kullanılır: donmayı önlemek ve — inhibitör paketi sayesinde — korozyonu kontrol altında tutmak. İki ana tür vardır:

Gıda ve içecek tesislerinde, kaçak halinde ürünle temas ihtimali bulunan tüm devrelerde propilen glikol tercih edilir; ayrıntılar için gıda ve içecek sektörü sayfamıza bakabilirsiniz. Endüstriyel soğutma ve iklimlendirme uygulamalarında ise performans avantajı nedeniyle etilen glikol yaygındır.

Uyarı: Otomotiv antifrizi bina ve proses sistemlerinde kullanılmamalıdır. İçindeki silikat ve fosfat bazlı inhibitörler düşük hızlı, uzun ömürlü kapalı devrelerde çökelir ve plaka kanallarını tıkar. Endüstriyel sistemler için HVAC/endüstriyel sınıf, inhibitörlü glikol kullanılmalıdır.

Donma koruması mı, patlama koruması mı?

Bu ayrım çoğu projede atlanır ve gereksiz yere yüksek glikol oranına yol açar.

• Donma koruması (freeze protection): Karışım hiç donmaz, akışkan kalır. Sistemin soğukta çalışmaya devam etmesi gerekiyorsa bu gerekir.
• Patlama koruması (burst protection): Karışım kısmen buz kristali oluşturur ama lapa kıvamında kalır; genleşme sınırlı olduğu için boru ve eşanjör patlamaz. Sistem o sırada çalışmaz, ancak donma sonrası ısınınca hasarsız devreye girer.

Örnek: Kış tasarım sıcaklığı −12 °C olan bir bölgede, çatıdaki kuru soğutucu kışın çalışmıyorsa %25 MEG (donma −11 °C, patlama koruması ≈ −26 °C) yeterlidir. Aynı devre kışın serbest soğutma için çalışacaksa, akışkanın akıcı kalması gerektiğinden %35–40 seçilir. Bu ayrım, gereksiz kapasite kaybını ve pompa maliyetini önler.

Bir not: eşanjörün tamamen boşaltılamayan bölgeleri (plaka kanalları, kollektör cepleri) buz genleşmesine karşı en hassas yerlerdir. Sezon dışı boşaltma tek başına güvenli sayılmamalıdır.

Fiziksel özellikler: sayılarla ne değişiyor?

Aşağıdaki değerler yaklaşık 20 °C içindir ve karşılaştırma amaçlıdır; tasarımda üreticinin veya güvenilir bir veri kaynağının sıcaklığa bağlı tabloları kullanılmalıdır.

Dört özelliğin dördü de aleyhimize çalışır:

• Hacimsel ısı kapasitesi düşer → aynı ısı için daha fazla debi.
• Isı iletimi düşer → film katsayısı düşer.
• Viskozite artar → Reynolds sayısı düşer, türbülans azalır, basınç kaybı artar.
• Yoğunluk artar → pompa basma yüksekliği aynı olsa da mil gücü artar.

Viskozite etkisi düşük sıcaklıkta katlanarak büyür. 0 °C’de MEG %40 yaklaşık 6 mPa·s iken MPG %40 yaklaşık 12 mPa·s’dir. Soğuk tarafta çalışan devrelerde propilen glikolün cezası, tablodaki 20 °C değerlerinin gösterdiğinden çok daha büyüktür.

Kapasite kaybı: karşılaştırma tablosu

Aşağıdaki tablo, aynı ısıl yük ve aynı sıcaklık farkı için suya göre değişimi gösterir. Değerler tipik plakalı eşanjör ve tipik HVAC sıcaklıkları içindir; büyüklük mertebesi vermek amacıyla verilmiştir.

Tablodaki tek en çarpıcı sütun pompa gücüdür. %50 MEG kullanan bir devrede pompa, aynı işi yapmak için yaklaşık üçte iki fazla elektrik çeker — ve bu fark sistemin tüm ömrü boyunca her saat ödenir. Bu nedenle glikol oranı “ne olur ne olmaz” mantığıyla değil, gerçek kış tasarım sıcaklığına ve koruma türüne göre seçilmelidir.

Sayısal örnek: 500 kW’lık bir devre

Veriler: 500 kW ısıl yük. Sıcak taraf 40 → 30 °C, soğuk taraf 25 → 35 °C. Sıcak taraf akışkanı önce su, sonra MEG %35 olarak hesaplanıyor.

1) Debi:

• Su ile: V = 500 ÷ (4.172 × 10) = 0,01199 m³/s = 43,1 m³/h
• MEG %35 ile (ρ·c_p ≈ 3.865 kJ/m³K): V = 500 ÷ (3.865 × 10) = 0,01294 m³/s = 46,6 m³/h (+%8,1)

2) LMTD: Karşı akış, ΔT₁ = 40 − 35 = 5 K, ΔT₂ = 30 − 25 = 5 K → LMTD = 5 K.

3) Alan:

• Su/su: U ≈ 5.500 W/m²K → A = 500.000 ÷ (5.500 × 5) = 18,2 m²
• Glikol/su: U ≈ 4.600 W/m²K → A = 500.000 ÷ (4.600 × 5) = 21,7 m² (+%19)

4) Plaka sayısı: 0,30 m² etkin alanlı plakalarla 61 yerine 73 plaka. Kirlilik payı %15 eklendiğinde 70 yerine 84 plaka.

5) Basınç kaybı: Aynı plaka düzeninde su tarafı 28 kPa iken glikol tarafı yaklaşık 36 kPa’ya çıkar. Pompa seçimi bu değere göre yapılmalıdır.

Hesabın genel adımları ve U değeri seçimi için ısı eşanjörü hesabı rehberimize bakabilirsiniz.

Eşanjör seçimine pratik etkileri

1. Glikol oranını seçim yazılımına mutlaka girin. “Su” olarak hesaplanıp glikolle çalıştırılan bir eşanjör, tasarım kapasitesinin %15–25 altında kalır. Sahada en sık görülen kapasite şikâyetlerinden biri budur.
2. Düşük Reynolds bölgesine dikkat. Soğuk ve derişik glikolde akış laminere yaklaşabilir; bu bölgede plakalı eşanjörün türbülans avantajı kaybolur. Seçim yazılımının Reynolds uyarısı ciddiye alınmalıdır.
3. Kısmi yükte durum daha kötüdür. Debi düştüğünde Reynolds da düşer; %30 yükte glikollü devrenin performansı beklenenin belirgin altına inebilir. Değişken debili sistemlerde asgari debi sınırı tanımlanmalıdır.
4. Conta uyumu. Glikol ve inhibitör paketiyle uyum için EPDM tipik seçimdir. Mineral yağ içeren sistemlerde NBR gerekebilir; ikisi bir arada ise seçim dikkatle yapılmalıdır. Conta malzemesi tablomuz karar için kullanılabilir.
5. Basınç kaybı bütçesi. Glikollü devrelerde eşanjör basınç kaybını su tasarımına göre daha düşük hedeflemek, pompa gücü artışını dengeler.
6. Sızıntı tespiti. Glikol kaçağı, iletkenlik ve refraktometre ölçümüyle erken yakalanabilir; belirti ve yöntemler eşanjör sızdırıyor teşhis rehberimizde.

İnhibitör, bozunma ve izleme

Glikolün kendisi kalıcıdır ama inhibitör paketi tükenir. Yüksek sıcaklık, oksijen girişi ve bakır/alüminyum yüzeyler bozunmayı hızlandırır. Bozunma ürünü organik asitlerdir; pH düşer ve sistem korozif hale gelir. Glikollü devrelerde en sık görülen korozyon hasarı, glikol “olduğu için” değil, inhibitörü tükendiği için oluşur.

İki pratik kural: taze suyla tamamlama yapmayın — oranı düşürür ve donma korumasını bozar; tamamlama daima aynı oranda hazırlanmış karışımla yapılır. Ve farklı markaların glikollerini karıştırmayın — inhibitör paketleri uyumsuz olabilir ve çökelme yapar.

Sistemdeki hava ve tortu yönetimi de glikollü devrelerde daha kritiktir; oksijen girişi bozunmayı hızlandırır. Bu konuda hava ve tortu ayırıcı yazımıza bakabilirsiniz.

Sık yapılan 7 hata

1. Emniyetli olsun diye %50 glikol koymak. Kış tasarım sıcaklığı −10 °C olan bir yerde %50 karışım, sadece pompa faturasını ve eşanjör maliyetini büyütür.
2. Patlama koruması yeterliyken donma koruması seçmek. Kışın çalışmayan devrelerde oran belirgin düşürülebilir.
3. Otomotiv antifrizi kullanmak. Silikat/fosfat çökelmesi plaka kanallarını tıkar.
4. Seçim yazılımına su girmek. Eşanjör tasarım kapasitesinin altında kalır; şikâyet sahada, sebep ofiste doğar.
5. Taze suyla tamamlamak. Oran sessizce düşer, ilk sert kışta donma hasarı ortaya çıkar.
6. pH ve inhibitörü hiç ölçmemek. Glikolün ömrü sonsuz değildir; tükenmiş inhibitör korozyonu hızlandırır.
7. Kısmi yük davranışını ihmal etmek. Düşük debide Reynolds düşer, kapasite beklenenin altına iner.

İlgili içerikler

• Buffer tank nedir? Hesabı ve bağlantı şemaları
• Isı eşanjörü hesabı: LMTD, U değeri ve plaka sayısı
• Veri merkezinde serbest soğutma ve eşanjör seçimi
• Isı pompasında kondenser ve evaporatör seçimi
• Hava ve tortu ayırıcı neden gerekir?
• Isı pompası ve yenilenebilir · İklimlendirme
• Contalı plakalı eşanjör · Lehimli eşanjör

Kaynaklar

1. Engineering ToolBox — Ethylene Glycol Heat-Transfer Fluid Properties
2. Engineering ToolBox — Propylene Glycol based Heat-Transfer Fluids
3. SWEP Refrigerant Handbook — Practical advice
4. Caleffi Idronics 15 — Separation in hydronic systems

Glikollü devreniz için eşanjör seçimi, mevcut sistemin kapasite kontrolü veya oran optimizasyonu konusunda destek almak isterseniz iletişim sayfamızdan ulaşabilir veya +90 216 620 83 32 numaralı hattımızı arayabilirsiniz.