Trafo Soğutma Yüzeyi Hesabı: Kaç m² Yüzey Gerekir?
Bir trafo kazanı siparişi geldiğinde ilk konuşulan sayı genellikle kVA oluyor. Oysa kazanın üzerine kaç metrekare ısı atan yüzey koyacağımızı kVA değil, o trafonun kayıp cetveli belirler. Aynı güçteki iki trafodan biri düşük kayıp sınıfındaysa diğerinden belirgin daha az watt ısı üretir ve daha küçük yüzeyle aynı sıcaklık artışını tutturur; kVA’ya bakarak yüzey seçmek, ikisine de aynı elbiseyi biçmek demektir.
Zincir aslında kısa: kayıp watt demektir, watt ısı demektir, ısı ancak bir sıcaklık farkı altında yüzeyden havaya geçer. Şartnamedeki izin verilen yağ sıcaklık artışı bu farkı sınırlar, ısı taşınım katsayısı da farkın metrekare başına kaç watt taşıdığını söyler. Geriye tek bilinmeyen kalır: yüzey. Konunun karışık görünmesinin sebebi, zincirin üç halkasının üç ayrı belgede durması — kayıplar müşterinin garanti cetvelinde, sıcaklık sınırları standartta, katsayılar ise imalatçının deney geçmişinde.
Bu yazıda zinciri baştan sona kuruyoruz: toplam kaybı bulmaktan başlayıp örnek bir değerle metrekareye iniyoruz, sonra o metrekareyi düz kazan cidarı, dalga duvar ve radyatör arasında paylaştırıyoruz. Katsayıların hangi aralıkta hareket ettiğini, neden 1 m² dalga duvarın 1 m² düz cidarla aynı ısıyı atmadığını ve hesabın hangi deneyle doğrulandığını da yazıyoruz. Verilen her sayı ya bir standardın değeri ya da adımları görünen bir hesap; kendi rakamınızla tekrar edebilirsiniz.
Soğutma yüzeyi kVA'dan çıkmaz
kVA görünür güçtür; ısı değildir. Bir trafonun ürettiği ısı, girişte alıp çıkışta veremediği güçtür, yani kayıptır. İki adet aynı güçteki trafodan biri daha düşük kayıplı nüve ve daha büyük kesitli iletkenle tasarlanmışsa, diğerinden belirgin az watt atar ve daha küçük yüzeyle soğur. Tier 2 kayıp sınıfları bu farkı sözleşmeye bağlar: aynı kVA satırında kayıp tavanları düştükçe kazanın taşıması gereken yüzey de düşer. Yani yüzey hesabının girdisi güç etiketi değil, kayıp tablosudur.
Zincir şudur: toplam kayıp (W) → izin verilen sıcaklık farkı (K) → ısı taşınım katsayısı (W/m²K) → gerekli yüzey (m²). Dördünden üçünü bilirseniz dördüncüsü tek bir bölmeyle çıkar. Ters yönde de çalışır: kazan ölçüsü mimari veya nakliye nedeniyle sabitse, eldeki yüzeyin hangi kayba kadar yettiğini bulursunuz.
Yük de sabit değildir. Boşta kayıp yükten bağımsızdır, yük kaybı ise yük oranının karesiyle değişir; %50 yükte yük kaybının yalnız dörtte biri açığa çıkar. Bu yüzden yüzey hesabı her zaman tam yük için yapılır. Kısmi yükte yüzey fazlalık kalır, tersi olmaz.
Bir not: bu soruyu arattığınızda karşınıza çoğunlukla chiller kapasitesi, klima BTU hesabı veya transistör soğutucusu tabloları çıkıyor, hiçbiri yağ dolu bir kazana uymaz. Soğutma sınıflarının harf kodlaması da bu yazının konusu değil; onu transformatör soğutma sistemleri yazısında ayrıca ele aldık. Burada yalnızca hesaba giren yüzey konuşuluyor.
Toplam kayıp: Po artı Pk
Hesabın iki girdisi vardır ve ikisi de imalatçının değil, trafo tasarımcısının belgesinde durur: boşta kayıp Po ve yük kaybı Pk.
Po nüve kaybıdır. Gerilim uygulandığı sürece vardır, yükle değişmez ve yılın 8.760 saati boyunca aynı watt’ı üretir. Pk sargı direnç kaybı ile kaçak akı kaybının toplamıdır; anma akımında ölçülür ve IEC 60076-1’e göre yağa daldırılmış trafolarda 75 °C referans sıcaklığına düzeltilerek beyan edilir. Bu düzeltme küçük bir ayrıntı değildir: bakır sargıda direnç payı (235 + 75) / (235 + t) oranıyla ölçeklenir. Ölçüm 25 °C’de yapıldıysa oran 310 / 260 = 1,19 çıkar, yani direnç payı yaklaşık %19 yükselir. Girdap akımı payı ise ters yönde, sıcaklıkla düşer. Cetvelde 75 °C notu yoksa sayıyı hesaba düzeltmeden sokmayın.
Doğal sirkülasyonlu bir kazanda fan ve pompa yardımcı kaybı yoktur; atılacak ısı Pt = Po + Pk’dir. Kısmi yük için Pt(K) = Po + K²·Pk kullanılır.
| Kalem | Sembol | Örnek değer | Birim | Yüke bağlı mı? |
|---|---|---|---|---|
| Boşta kayıp | Po | 1.000 | W | Hayır |
| Yük kaybı (75 °C’ye düzeltilmiş) | Pk | 9.000 | W | Evet, K² ile |
| Tam yükte toplam | Pt | 10.000 | W | — |
| %50 yükte toplam | Pt(0,5) | 3.250 | W | — |
Tablodaki 1.000 W ve 9.000 W örnek değerlerdir, kesin şartname değeri değil. Kendi projenizde bu iki hücreyi garanti cetvelinizden doldurun; zincirin geri kalanı aynen işler.
İzin verilen sıcaklık artışı sürücü farktır
Isı ancak bir sıcaklık farkı varsa yüzeyden havaya geçer. Bu farkın üst sınırını müşteri değil, standart belirler.
IEC 60076-2, mineral yağlı ve doğal sirkülasyonlu trafolar için sıcaklık artışı tavanlarını verir: tepe yağ artışı 60 K, ortalama sargı artışı 65 K, sargı sıcak nokta artışı 78 K. Bunlar artış değerleridir, mutlak sıcaklık değil; üzerine ortam sıcaklığı eklenir. Ortamın referansı IEC 60076-1’dedir.
| Büyüklük | Kaynak | Değer | Birim |
|---|---|---|---|
| Tepe yağ sıcaklık artışı (tavan) | IEC 60076-2 | 60 | K |
| Ortalama sargı sıcaklık artışı (tavan) | IEC 60076-2 | 65 | K |
| Sargı sıcak nokta artışı (tavan) | IEC 60076-2 | 78 | K |
| Azami ortam hava sıcaklığı | IEC 60076-1 | 40 | °C |
| Yıllık ortalama ortam sıcaklığı | IEC 60076-1 | 20 | °C |
| Normal servis rakım sınırı | IEC 60076-1 | 1.000 | m |
Yüzeyi süren fark tepe yağ artışı değil, ortalama yağ artışıdır. Kazan içinde yağ tabanda soğuk, tepede sıcaktır; ortalama artış kabaca (tepe artışı + taban artışı) / 2 ile alınır. Tepe için 55 K hedef ve taban için 20 K kabul edilirse ortalama 37,5 K çıkar.
Şartname tavanı düşürürse yüzey doğrudan büyür. 60 K yerine 50 K istenirse ortalama fark da orantılı düşer ve gerekli yüzey 60/50 = 1,2 katına, yani %20 fazlasına çıkar. Rakım da aynı yönde çalışır: 1.000 m üzerinde hava yoğunluğu düştüğü için aynı yüzey daha az ısı atar ve düzeltme uygulanır. Ankara ve İç Anadolu’nun çoğu bu sınırın altında kalır, doğu illerindeki projelerde ise sınır sık sık aşılır.
Isı taşınım katsayısı neye bağlı?
Zincirin üçüncü halkası, bir metrekare yüzeyin bir kelvin fark başına kaç watt taşıdığıdır. Bu katsayı iki mekanizmanın toplamıdır: ışınım ve doğal taşınım.
Işınım payı hesaplanabilir
Küçük sıcaklık farklarında ışınım katsayısı h_r ≈ 4·ε·σ·T_m³ ile doğrusallaştırılır. Boyalı çelik yüzeyin yayma katsayısı ε ders kitabı mertebesinde 0,90 alınır (parlak çıplak çelikte bu değer çok daha düşüktür; boya bu yüzden ısıl olarak yardım eder). σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/(m²·K⁴). Yüzey 55 °C (328 K) ve ortam 20 °C (293 K) ise ortalama mutlak sıcaklık 310 K’dir.
h_r = 4 × 0,90 × 5,67 × 10⁻⁸ × 310³ = 6,1 W/(m²·K).
Taşınım payı tahmindir
Durgun havada dikey bir levhadan doğal taşınım katsayısı tipik olarak 5–7 W/(m²·K) aralığında kalır. Kesin değer yüzey yüksekliğine, sıcaklık farkına ve havanın serbestçe dolaşıp dolaşamadığına bağlıdır; hücre içine sıkışmış bir kazanda aralığın alt ucundadır. Örnek hesapta 5,9 W/(m²·K) alıyoruz.
Toplam: h ≈ 6,1 + 5,9 = 12 W/(m²·K). Bu, boyalı düz kazan cidarı için literatürde de yaygın kullanılan mertebedir ve dikkat çeken tarafı şudur: ısının yaklaşık yarısı ışınımla gider. Bir yüzey karşısında kendisiyle aynı sıcaklıkta başka bir yüzey görüyorsa bu yarı neredeyse sıfırlanır. Dalga duvar ve radyatör dilimlerinin neden geometrik alanları kadar ısı atmadığının fizik karşılığı tam olarak budur.
Örnek hesap: 10 kW kayıptan metrekareye
Şimdi zinciri uçtan uca yürütelim. Örnek trafonun kVA’sını bilerek yazmıyoruz; girdi kayıptır.
| Adım | İşlem | Değer | Birim |
|---|---|---|---|
| 1 | Boşta kayıp Po (garanti cetvelinden) | 1.000 | W |
| 2 | Yük kaybı Pk, 75 °C’ye düzeltilmiş | 9.000 | W |
| 3 | Toplam kayıp Pt = Po + Pk | 10.000 | W |
| 4 | Tepe yağ artışı hedefi (60 K tavana 5 K pay) | 55 | K |
| 5 | Taban yağ artışı (tasarım kabulü) | 20 | K |
| 6 | Ortalama yağ artışı = (55 + 20) / 2 | 37,5 | K |
| 7 | Yağ–cidar film farkı payı (kabul) | 2,5 | K |
| 8 | Sürücü fark ΔT = 37,5 − 2,5 | 35 | K |
| 9 | Toplam katsayı h (ışınım 6,1 + taşınım 5,9) | 12,0 | W/(m²·K) |
| 10 | Gerekli etkin yüzey A = 10.000 / (12,0 × 35) | 23,8 | m² |
Sonucu okumanın doğru yolu şudur: bu 23,8 m² etkin yüzeydir, yani düz cidar davranışına indirgenmiş eşdeğer alandır. Kazanın üzerinde metreyle ölçeceğiniz alan bundan çok daha büyük olacaktır.
Hassasiyet de görünür hale gelir. 4. ve 5. adımlardaki kabuller 5 K oynarsa ΔT 35 yerine 30 K olur ve gerekli yüzey 27,8 m²’ye, yani %17 yukarı çıkar. 9. adımdaki katsayı 12 yerine 10 alınırsa yüzey 28,6 m² olur. Bu yüzden imalatçı, katsayıları kendi ısınma deneyi kayıtlarından kalibre eder ve tasarıma %10–15 bandında bir pay bırakır. Kabulleri gizlemek değil, teklifin ekinde yazmak doğru olanıdır.
Yüzey kazan, dalga duvar ve radyatöre nasıl paylaşılır?
23,8 m² etkin yüzeyi bulmak hesabın yarısı. İkinci yarısı, bu yüzeyin nereye konacağı. Örnek kazan ölçüsü: 1,60 × 1,10 m taban, 1,50 m gövde yüksekliği. Kapak ve dip hesaba katılmaz — kapak üstten sınırlı ışınım yapar, dip zemine bakar.
Paylaşım A — dalga duvarlı kazan. Kısa kenarlar düz sac, uzun kenarlar dalga duvar olsun. Düz kısa kenarlar: 2 × 1,10 × 1,50 = 3,30 m², katsayı 1,00, etkin 3,30 m². Geriye 20,5 m² etkin yüzey kalır. Dalga duvar için değerlendirme katsayısını 0,50 alırsak gereken geometrik yüzey 20,5 / 0,50 = 41,0 m²’dir. Uzun kenarların taban izi 2 × 1,60 × 1,50 = 4,80 m² olduğuna göre gereken açılım oranı 41,0 / 4,80 = 8,54 çıkar. Bir sonraki bölümde bunun 170 mm kanat derinliğine karşılık geldiğini göstereceğiz.
Paylaşım B — düz kazan artı radyatör. Dört kenar da düz: 2 × (1,60 + 1,10) × 1,50 = 8,10 m², etkin 8,10 m². Kalan 23,8 − 8,1 = 15,7 m² etkin yüzeyi radyatör karşılar.
| Yüzey | Geometrik alan (m²) | Değerlendirme katsayısı (tipik) | Etkin alan (m²) |
|---|---|---|---|
| Düz kazan cidarı | 3,30 | 1,00 | 3,30 |
| Dalga duvar (d = 200 mm, p = 45 mm) | 47,5 | 0,50 | 23,7 |
| Toplam (Paylaşım A) | 50,8 | — | 27,0 |
200 mm seri kalıpla 27,0 m² etkin yüzey çıkıyor; gereken 23,8 m² olduğuna göre yaklaşık %14 pay var. Katsayı sütunu tipik başlangıç değeridir, sartname değeri değil. Bu tercih başlı başına bir karardır; dalga duvar mı radyatör mü sorusunu kayıp, gabari ve nakliye açısından ayrı bir yazıda karşılaştırdık.
Dalga duvar neden düz cidar kadar atmaz?
Metreyle ölçtüğünüz her metrekare aynı işi yapmaz. Değerlendirme katsayısının 1,00 değil 0,45–0,60 bandında olmasının üç ayrı fiziksel sebebi vardır ve üçü de birbirini besler.
1. Işınım büyük ölçüde iptal olur. Düz cidarda toplam 12 W/(m²·K) katsayısının 6,1’i ışınımdı, yani yarısı. Komşu iki kanadın iç yüzleri birbirini görür ve ikisi de neredeyse aynı sıcaklıktadır; net ışınım alışverişi sıfıra yaklaşır. Kanal içindeki yüzeyler için ışınım payı pratikte kaybolur, yalnız kanat uçları ve dış sıra çevreye ışır. Tek başına bu, katsayının yarıya inmesini açıklar.
2. Kanal içindeki hava serbest değildir. 45 mm adımlı bir kanat aralığı, iki duvarlı dar bir dikey kanaldır. İki yüzeyin sınır tabakaları birleşir ve yükselen hava yol boyunca ısınır. Kanalın üst yarısında hava artık 20 °C değildir; yerel sıcaklık farkı daralır ve o bölgedeki yüzey daha az iş yapar.
3. Kanat ucu tabandan soğuktur. Kanadın içi yağ doludur, ama dar ve derin bir boşlukta yağın doğal sirkülasyonu yavaştır. Yağın viskozitesi burada belirleyicidir; IEC 60296, yalıtım yağının 40 °C’deki kinematik viskozitesine ve akma noktasına sınır koyar ve soğuk kalkışta bu sınır kendini gösterir. Sonuçta kanat ucu, kanat tabanından daha düşük sıcaklıkta çalışır.
Bu üçünün pratik sonucu: kanat derinliğini 150 mm’den 300 mm’ye çıkarmak geometrik yüzeyi %87 büyütür, ama atılan ısıyı %87 büyütmez. Derinlik arttıkça değerlendirme katsayısı düşer, kazanç doyuma girer.
Dalga duvar geometrisinden yüzey nasıl çıkar?
Dalga duvarın yüzeyi tahmin edilmez, açılır. Tek şeritten form verilip kanat ucu dikişle kapatıldığı için hava tarafındaki geometrik yüzey, şeridin açılmış boyu ile duvar yüksekliğinin çarpımıdır.
Bir kanat adımı boyunca şerit şu yolu kat eder: taban aralığı (p), bir kanat yüzü boyunca dışarı (d), diğer kanat yüzü boyunca geri (d). Adım başına açılmış boy p + 2d olur. Buradan açılım oranı = 1 + 2d/p çıkar; bu oran, 1 m² taban izinden kaç m² geometrik yüzey elde ettiğinizi verir.
| Kanat derinliği d (mm) | Kanat adımı p (mm) | Açılım oranı 1 + 2d/p | 1 m² taban izinden geometrik yüzey (m²) |
|---|---|---|---|
| 150 | 45 | 7,67 | 7,67 |
| 170 | 45 | 8,56 | 8,56 |
| 200 | 45 | 9,89 | 9,89 |
| 250 | 45 | 12,11 | 12,11 |
| 300 | 45 | 14,33 | 14,33 |
| 200 | 60 | 7,67 | 7,67 |
Tablonun son satırı önemli: adımı 45 mm’den 60 mm’ye açmak, kanat derinliğini 200 mm’de tutsanız bile yüzeyi 150 mm derinlikteki seviyeye düşürür. Adım ile derinlik birlikte kararlaştırılır.
Önceki bölümde 8,54 açılım oranı gerekiyordu; tablodan 170 mm derinlik (8,56) bunu tam karşılıyor. Uygulamada 200 mm seri kalıp seçilir ve pay bırakılır. Kanat derinliği ile adım, dalga duvar imalatı sırasında makine kalıbıyla sabitlenir; her projeye özel derinlik istemek kalıp değişimi ve çevrim süresi demektir. Sac kalınlığı 1,2 veya 1,5 mm olarak seçilir ve bu seçim yüzeyi değil, ağırlığı ile basınç dayanımını değiştirir.
Radyatör tarafında kaç dilim gerekir?
Radyatörde de mantık aynıdır: geometrik yüzeyi bulun, değerlendirme katsayısıyla çarpın, etkin yüzeye çevirin.
Bir dilimin geometrik yüzeyi iki yüzün toplamıdır: A_dilim = 2 × genişlik × boy. Örnek olarak 520 mm genişlik ve 1.200 mm boy alalım: 2 × 0,52 × 1,20 = 1,248 m² geometrik yüzey. Değerlendirme katsayısını 0,65 alırsak dilim başına etkin yüzey 0,81 m² olur.
Paylaşım B’de radyatörden 15,7 m² etkin yüzey istiyorduk: 15,7 / 0,81 = 19,4, yani 20 dilim. Aynı hesabı 2.000 mm boylu dilimle yaparsanız dilim başına etkin yüzey 1,35 m²’ye çıkar ve 12 dilim yeter; toplam yüzey benzer, ama kazanın yanına sığacak gabari ve nakliye ölçüsü tamamen değişir.
Radyatörün katsayısı neden dalga duvardan yüksek? Çünkü dilimler kazandan ayrı, aralarında düzenli mesafeyle asılır; dış sıralar çevreye serbestçe ışır ve bank boyunca oluşan baca çekişi kanat kanalındakinden güçlüdür. Üst ve alt başlık arasındaki yükseklik farkı da termosifon sirkülasyonunu sürer. Ama sınır vardır: dilimler birbirine fazla yaklaşırsa iç dilimler birbirini gölgeler ve katsayı dalga duvar seviyesine geriler.
Dilim boyu, başlık merkez mesafesi ve dizilim aralığı birlikte değişince sonuç kayar; radyatörün kaç dilim olacağı bu yüzden ayrı bir hesabın konusudur. Bizim tarafımızda dilim boyu, kanal sayısı ve başlık ölçüleri trafo radyatörü üretimi hattında müşteri çizimine göre kurulur.
Bu yüzey kaç kilo sac demek?
Hesabın imalata bakan yüzü ağırlıktır. Çeliğin yoğunluğu 7,85 kg/dm³, yani 7.850 kg/m³’tür. Buradan birim ağırlık doğrudan çıkar: kalınlık (m) × 7.850.
| Sac kalınlığı (mm) | Birim ağırlık (kg/m²) | 47,5 m² dalga duvar için sac (kg) | 250 mm derinliğe çıkınca (kg) |
|---|---|---|---|
| 1,2 | 9,42 | 447 | 548 |
| 1,5 | 11,78 | 559 | 685 |
Hesabın adımları: 0,0012 m × 7.850 = 9,42 kg/m²; 0,0015 m × 7.850 = 11,78 kg/m². Örnek kazanın 47,5 m² dalga duvar yüzeyi 1,2 mm’de 47,5 × 9,42 = 447 kg sac demektir. Kanat derinliği 200’den 250 mm’ye çıkarsa açılım oranı 9,89’dan 12,11’e, yani %22,5 yükselir ve sac tüketimi de aynı oranda artar.
Bu, teklif aşamasında görülmesi gereken bir bağlantıdır: soğutma yüzeyini yukarı çeken her karar — şartnamedeki sıcaklık artışının düşürülmesi, ortam sıcaklığının yükseltilmesi, rakım düzeltmesi — doğrudan sac kilosuna, kaynak metresine ve boyalı alana döner.
Ankara Akyurt’taki 2.450 m² kapalı üretim alanımızda dalga duvar hattı, radyatör hattı, CNC lazer kesim ve 12 kaynak istasyonu bir arada çalışır; aylık 120 ton çelik işleme kapasitesi bu tür hesapların toplamıdır. Sac 1,2 ve 1,5 mm olarak stoklanır ve malzeme izlenebilirliği EN 10204 3.1 sertifikasıyla kurulur.
Boya ve kaynak hesabı bozar mı?
Sahada en sık duyduğumuz itiraz şu: “Bu kadar boya ısıyı hapsetmez mi?” Sayıyla bakalım.
Toplam kuru film kalınlığı 120 mikron, yani 0,000120 m. Boya filminin ısıl iletkenliği 0,25 W/(m·K) mertebesindedir. Film direnci = 0,000120 / 0,25 = 4,8 × 10⁻⁴ m²K/W. Hava tarafı film direnci ise 1 / 12 = 8,33 × 10⁻² m²K/W. Oran: 4,8 × 10⁻⁴ / 8,33 × 10⁻² = %0,6. Yani 120 mikron boya, toplam ısı geçiş direncinin yüzde birinden azını oluşturur; ölçülemeyecek kadar küçüktür.
Boyanın net etkisi olumludur, çünkü yayma katsayısını yükseltir. Çıplak parlak çelik yüzey kötü ışır; boyalı yüzeyin 0,90 mertebesindeki yayma katsayısı, toplam katsayının yarısını oluşturan ışınım payını mümkün kılar.
Asıl kısıt ısıl değil, imalat kısıtı
45 mm adımlı bir kanat kanalının içinde ISO 8501-1’e göre Sa 2 1/2 yüzey hazırlığı yapmak nozul erişimi ister; kanal dibinde eksik raspalanan bölge, ISO 12944’e göre C4 veya C5 kategorisinde beyan ettiğiniz sistemin en zayıf halkası olur. Aşırı film ise dar kanalda köprü kurup dolgu yapabilir.
Kaynak tarafında da ölçü aynıdır: kanat ucu dikişi ve kazan dikişleri sızdırmaz olmak zorundadır. Kaynak kalite yönetimi EN ISO 3834-2 kapsamında yürütülür, kusur kabul seviyeleri EN ISO 5817’ye göre (B veya C) sözleşmede yazılır. Isı hesabı ne kadar doğru olursa olsun, sızdıran bir kanat ucu tüm hesabı geçersiz kılar.
Ortam Sıcaklığı ve Rakım Yüzeyi Büyütür
Buraya kadarki örnek hesap tek bir sahayı varsayıyor: 20 °C ortam, deniz seviyesi ve serbestçe dolaşan hava. Üçü de proje bazında değişir ve üçü de aynı yönde çalışır, yani gereken yüzeyi büyütür. Kayıp watt olarak aynı kalırken metrekarenin artması ilk bakışta aykırı gelir; sebebi, zincirin iki halkasının aynı anda zayıflamasıdır.
Ortam sıcaklığı izin verilen artışı yer
IEC 60076-2’nin verdiği 60 K ve 65 K değerleri mutlak sıcaklık değil, artış sınırlarıdır ve IEC 60076-1’in normal servis koşullarına dayanır: azami 40 °C, azami aylık ortalama 30 °C, yıllık ortalama 20 °C. Saha bu referansı aşıyorsa yalıtımın gördüğü mutlak sıcaklığı korumanın tek yolu izin verilen artışı aşağı çekmektir. Örnek hesap: sahanın azami ortam sıcaklığı 50 °C ise referansın 10 K üzerindedir; artış sınırı 10 K düşürüldüğünde ortalama yağ artışı 37,5 K yerine 27,5 K olur, 2,5 K film payı düşülünce sürücü fark 35 K yerine 25 K’ye iner. Gerekli yüzey A = 10.000 / (12,0 x 25) = 33,3 m² çıkar. Aynı kayıp, aynı katsayı, ama 23,8 m² yerine yaklaşık %40 fazla yüzey.
Rakım ışınımı değil, taşınımı düşürür
Yükseldikçe hava seyrelir. Standart atmosfer bağıntısı p/p0 = (1 – 2,25577 x 10⁻⁵ x h)^5,2559 ile 1.500 m için oran yaklaşık 0,835 çıkar; hava yoğunluğu deniz seviyesinin yaklaşık yüzde 83,5’idir. Doğal taşınımda katsayı kabaca yoğunluğun kareköküyle ölçeklendiği için taşınım payı 5,9 x kare kök 0,835 = 5,4 W/(m²·K) olur. Işınım payı hava yoğunluğundan etkilenmez, 6,1 W/(m²·K) olarak kalır. Toplam katsayı 12,0 yerine 11,5 olur ve gerekli yüzey 10.000 / (11,5 x 35) = 24,8 m²’ye çıkar. Rakımın tek başına etkisi bu örnekte yaklaşık %4’tür; ortam sıcaklığı kadar sert değildir ama işaret aynı yöndedir.
Kapalı hücre ortamı kendi başına ısıtır
Trafo kazanı bir köşk veya hücre içindeyse atılan bütün ısı önce o hacme girer, sonra havalandırma açıklıklarından dışarı çıkar. Hücre havasının dış ortamdan ne kadar sıcak olacağı bir enerji dengesidir: ısı = kütlesel debi x özgül ısı x sıcaklık farkı. Örnek hesap: 10 kW ısıyı hücre içinde 10 K artışla dışarı taşımak için gereken hava debisi 10.000 / (1.005 x 10) = 1,0 kg/s eder; yaklaşık 1,2 kg/m³ yoğunlukta bu 0,83 m³/s, yani 3.000 m³/saat demektir. Havalandırma bunu veremiyorsa hücre içi sıcaklık daha da yükselir ve hesaba doğrudan ortam sıcaklığı artışı gibi girer. İkinci etki ışınım tarafındadır: kazanın karşısındaki hücre duvarı da ısındığı için net ışınım alışverişi zayıflar ve toplam katsayının yarısını oluşturan pay burada erir.
Etkiler üst üste bindiğinde sonuç tanınmaz hale gelir. Hücre içi 10 K artış ve 1.500 m rakım birlikte alınırsa A = 10.000 / (11,5 x 25) = 34,8 m² olur; başlangıçtaki 23,8 m²’ye göre yaklaşık %46 fazla yüzey. Bu yüzden teklif ekine yalnız kayıp cetveli değil, sahanın azami ortam sıcaklığı, rakımı, montaj biçimi (açık saha, kapalı hücre, köşk) ve hücre havalandırma açıklığı da yazılır. Bu dört satır yoksa hesabın hangi sahaya ait olduğu belli değildir.
Hesap ısınma deneyiyle nasıl doğrulanır?
Buraya kadarki her adım kabullere dayanıyor: değerlendirme katsayıları, taban yağ artışı, taşınım payı. Bunların tek gerçek sınavı IEC 60076-2’ye göre yapılan ısınma deneyidir.
Deneyde trafoya toplam kayba eşdeğer güç verilir, sıcaklıklar kararlı hale gelene kadar beklenir; tepe yağ sıcaklık artışı doğrudan ölçülür, ortalama sargı sıcaklık artışı ise direnç yöntemiyle bulunur. Ölçülen değerler 60 K ve 65 K tavanlarının altında kaldıysa yüzey doğrudur. Daha değerlisi şudur: ölçülen artışlarla hesabı geri çalıştırıp gerçek değerlendirme katsayınızı bulursunuz. Bir imalatçının katsayı tablosu, tahminlerden değil, biriken deney kayıtlarından oluşur.
Sık yapılan altı hata
- Yüzeyi kVA’dan seçmek; kayıp cetveline hiç bakmamak.
- Yük kaybını ölçüm sıcaklığında bırakıp 75 °C’ye düzeltmemek — tek başına yaklaşık %19 sapma.
- Kapak ve dip yüzeyini tam verimli yüzey saymak.
- Dalga duvarın geometrik alanını etkin alan sanmak; 47,5 m²’yi 47,5 m² olarak hesaba yazmak.
- Yıllık ortalama 20 °C ile hesaplayıp azami 40 °C ortam koşulunu hiç kontrol etmemek.
- 1.000 m üzeri rakım düzeltmesini ve hücre içine kapalı montajı atlamak.
Yedinci ve en pahalı hata, kabulleri teklifte yazmamaktır. Hangi katsayıyı, hangi taban yağ artışını ve hangi ortam sıcaklığını kullandığınız teklifin ekinde açıkça durursa, deney sonucu beklenenden saptığında hangi kabulün düzeltileceği bellidir. Aksi halde tartışma sayılarla değil, cümlelerle yapılır.
Sıkça sorulan sorular
Trafo soğutma yüzeyi hesabında kVA yeterli mi?
Hayır. kVA görünür güçtür, ısı değildir. Atılacak ısı boşta kayıp Po ile yük kaybı Pk’nin toplamıdır ve aynı kVA satırında farklı kayıp sınıfları farklı watt üretir. Yüzey hesabı watt üzerinden kurulur: toplam kaybı izin verilen sıcaklık farkına ve ısı taşınım katsayısına bölersiniz. kVA yalnızca doğru kayıp cetvelini bulmaya yarayan bir etikettir, hesabın girdisi değildir.
Gerekli soğutma yüzeyini hangi formülle bulurum?
Temel bağıntı A = Pt / (h × ΔT) şeklindedir. Pt toplam kayıptır (Po + Pk, watt). ΔT ortalama yağ sıcaklığı ile ortam arasındaki sürücü farktır; ortalama yağ artışı kabaca (tepe artışı + taban artışı) / 2 ile bulunur. h toplam ısı taşınım katsayısıdır, boyalı düz cidar için 12 W/(m²·K) mertebesindedir. Sonuç etkin yüzeydir, metreyle ölçülen geometrik yüzey değildir.
1 m² dalga duvar ile 1 m² düz cidar aynı ısıyı atar mı?
Atmaz. Düz cidarda toplam ısı geçişinin yaklaşık yarısı ışınımla olur; komşu kanat yüzleri birbirini gördüğü ve aynı sıcaklıkta olduğu için bu pay kanal içinde neredeyse sıfırlanır. Ayrıca dar kanalda yükselen hava ısınır, yerel sıcaklık farkı daralır ve kanat ucu tabandan soğuk kalır. Bu nedenle dalga duvarın değerlendirme katsayısı tipik olarak 0,45–0,60 bandındadır.
Şartname sıcaklık artışını düşürürse yüzey ne kadar büyür?
Yüzey, sürücü sıcaklık farkıyla ters orantılıdır. IEC 60076-2’nin 60 K tepe yağ tavanı yerine şartname 50 K isterse ortalama yağ artışı da orantılı düşer ve gerekli yüzey 60/50 = 1,2 katına, yani yaklaşık %20 fazlasına çıkar. Bu artış doğrudan kanat derinliğine, dilim sayısına, sac kilosuna ve boyalı alana yansır; teklif aşamasında mutlaka sorulması gereken bir maddedir.
120 mikron boya ısı atışını düşürür mü?
Ölçülebilir bir düşüş yaratmaz. 120 mikron film, ısıl iletkenliği 0,25 W/(m·K) mertebesinde alındığında yaklaşık 4,8 × 10⁻⁴ m²K/W direnç ekler; hava tarafı film direnci ise 8,33 × 10⁻² m²K/W’dır. Boyanın payı toplamın yüzde birinden azdır. Üstelik boya yayma katsayısını yükselttiği için ışınımla ısı atışını çıplak parlak çeliğe kıyasla iyileştirir.
Hesabın doğruluğu nasıl kanıtlanır?
IEC 60076-2’ye göre yapılan ısınma deneyiyle. Trafoya toplam kayba eşdeğer güç verilir, sıcaklıklar kararlı hale gelene kadar beklenir, tepe yağ artışı doğrudan ve ortalama sargı artışı direnç yöntemiyle ölçülür. Ölçülen değerler 60 K ve 65 K tavanlarının altındaysa yüzey yeterlidir. Ölçüm sonucu hesaba geri işlenerek imalatçının gerçek değerlendirme katsayıları kalibre edilir.