İçindekiler
- Debi nedir ?
- Debinin bağlı olduğu faktörler nelerdir ?
- Su debisi hesabı nasıl yapılır ?
- Debi formülü nedir ?
- Boru çapı hesabı nasıl yapılır ?
Debi Hesabı Nedir ?
Genel olarak debi kavramı, akarsular için kullanılan bir kelimedir. Ancak debiyi etkileyen birbirinden farklı özelliklere sahip çok fazla faktör bulunur. Bu sebepten dolayı debi, alan olarak özellikle coğrafya disiplininin önem arz eden konuları arasında yer almaktadır.
Debi hesabı yapabilmek için ve debi nasıl hesaplanır gibi soruları cevaplayabilmek için debinin ne anlama geldiğini iyice kavramak gerekir. Debi aynı zamanda akarsu akımı manasına gelmektedir.
Akarsu yatağının herhangi bir bölümünde, bir saniyede geçen su miktarını ifade etmektedir. Ancak debi nasıl ölçülür diye sorarsanız, metre/saniye olarak ölçülür. Fırat Nehri, Türkiye içerisinde akımı, bir başka ifade ile debisi en yüksek olan nehirdir.
Debi Hangi Faktörlere Bağlıdır ?
Debiyi etkileyen birbirinden farklı faktörler bulunmaktadır. Bu faktörlere bağlı olarak debinin akış hızı ya da miktarı değişiklik gösterir. Ayrıca debi hesaplamaları yapılırken bu faktörlerin göz önüne alınması oldukça önemlidir.
Debinin hızını ve miktarını etkileyen önemli unsurlar bu şekilde sıralanmaktadır :
- Yağış miktarı
- Yağış biçimi
- Eğim
- Sıcaklık
- Arazi yapısı
- Beşeri faktörler
Su Debisi Hesabı
Debi hesabı ve boru çapı hesabı olmak üzere, iki farklı hesaplama yöntemi vardır. Sıcak sulu ısıtma sistemleri birden fazla alanda kullanılmaktadır. Mesela; yaşam alanlarından biri olan bireysel ve bölgesel konut ısıtma sistemlerinde, sera, fabrika ve atölye ısıtma sistemlerinde ve son olarak jeotermal enerjinin bulunduğu ısıtma sistemlerinde kullanılmaktadır.
Isıtma sistemini oluşturan boru sisteminin boyutlandırılması işleminde (yani boru çaplarının belirlenmesinde), ısıtma sisteminde sıklıkla ihtiyaç duyulan su debisinin mutlaka bilinmesi gerekir ve bu durum bir parametrenin göstergesidir. Boru çaplarının belirlenebilmesi için borudaki akışkan hız, basınç düşümü gibi diğer parametrelerin de tespit edilmesi gerekir.
Isıtma sisteminde bulunan ısı ihtiyacı ve gidiş-dönüş su sıcaklıkları belirlendiğinde, debi hesabıDenklem 1.1’ de örnek olarak verilen debi formülü ile hesaplanır.
m= Q / (ρ×Cp×ΔT) [m³/s] (Denklem 1.1)
Denklemde bulunan simgelerin ifadeleri aşağıdaki gibidir ;
m [m³/s] : Su debisi
Q [kW] : Isı ihtiyacı
ρ [kg/m³] : Suyun özkütlesi
Cp [kJ/kg.°C] : Suyun özgül ısısı
ΔT [°C] : Gidiş borusu ve dönüş borusu arasındaki sıcaklık farkı
İlk bakışta formül ve denklem karmaşık görünse de debi hesabı konusunda pratiklik kazanmak için bol bol örnek soru çözülmelidir. Konuyu daha iyi kavramanız amacıyla aşağıda bulunan örneğe göz atmanızda fayda var.
Örnek-1.1:
Isıtma ihtiyacı (Q [kW] ) 1000 kW, ısıtma sistemi gidiş sıcaklığı 90°C ve ısıtma sistemi dönüş sıcaklığı da 70°C olan bir seranın ısıtma su ihtiyacını hesaplayınız.
m= 1000/(972×4.198×20) =0,0123 [m³/s]=0,0123×3600=44,1[m³/h]
NOT: Hesaplama yaparken suyun özgül ısıs ve öz kütlesine , gidiş-dönüş ortalama sıcaklığına göre (80°C) Tablo 1’ den bakılmalıdır.
Boru Çapı Hesabı
Boru çapı hesaplanmadan önce debi hesabı şarttır. Isıtma sisteminde gerek duyulan debi hesabının yapılmasının ardından, sistemi oluşturan boru çaplarının belirlenmesi için aşağıdaki aşamaların takip edilmesi gerekir.
Bernoulli Prensibi referans alınıyorsa, akışın meydana gelebilmesi için A Noktasındaki enerji, B Noktasındaki enerjiden daha fazla olması gerekir. Şekil 1.1’de bu durum açıkça ifade edilmiştir. Boru iç cidarı ile borudaki akışkan arasındaki sürtünme direncini yenmek için bu enerji farkı kullanılmaktadır.Fakat boru çapı hesaplamak da debi hesabı yapmak kadar karmaşık gelebilir.
Akışkanda meydana gelen toplam enerjinin değişimi, basınç düşümü olarak açıklanmaktadır ve “hf (m)” olarak ifade edilmektedir. Basınç düşümü birkaç parametreye bağlıdır ve bu parametreler aşağıdaki gibi sıralanmaktadır:
- L [m] : Boru uzunluğu
- D [m] : Boru iç çapı
- V [m/s] : Borudaki ortalama akışkan hızı
- μ [Pa.s] : Akışkanın dinamik viskozitesi
- ρ [kg/m3] : Akışkanın yoğunluğu
- ks [m] : Boru pürüzlülüğü
D’Arcy-Weisbach Denklemi, akışkan direncinin meydana getirdiği basınç düşümünü hesaplamak için kullanılır. D’Arcy-Weisbach Denklemi olarak bahsettiğimiz bu önemli denklem aşağıdaki gibi (Denklem 1.2) hesaplanmaktadır.
hf=λ×(L/D)×[(ρ.V²)/2] [Pa] (Denklem 1.2)
Bu denklemdeki sembollerin ifade ettiği anlamlar :
- hf [Pa] : Basınç düşümü
- λ [-] : Sürtünme katsayısı
- L [m] : Boru uzunluğu
- D [m] : Boru iç çapı
- V [m/s] : Boruda meydana gelen ortalama akışkan hızı (Denklem 1.3)
- ρ [kg/m3] : Akışkanın yoğunluğu
Boru çapı hesabı, yukarıda verdiğimiz Denklem 1.2’nin Deneme-Yanılma Metodu olarak kullanılması ile yapılmaktadır.
İlk olarak, yaklaşık boru çapı, akışkan debisine göre seçilir. Daha sonra seçilen boru çapı ve yukarıda bahsedilen diğer parametreler Denklem 1.2 de verilen değerlerin yerine koyulur.
Boru uzunluğu olarak ifade edilen L değerinin yerine 1 konularak, akışkanın borunun bir metresinde meydana getirdiği basınç düşümü hesaplanmış olur.Aynı zamanda Her boru çeşidi için tavsiye edilen farklı basınç düşümleri vardır.
Küçük çaplı ve büyük çaplı borular için tavsiye edilen basınç düşümü farklıdır. Küçük çaplı borular için (yani DN150 den küçük borular), ısıtma sistemlerinde borunun bir metresinde tavsiye edilen basınç düşümü 100-200 Pa/m ‘dır. Büyük çaplı borular için ise 100-150 Pa/m basınç düşümü tavsiye edilmektedir.
Tercih edilen boru çapının meydana getirdiği basınç düşümünün veya tavsiye edilen basınç düşüm aralığında kalması önemli bir husustur. Eğer tercih edilen borunun çapına göre ortaya çıkan basınç düşümü, olması gereken (ya da tavsiye edilen) basınç düşüm değerleri aralığında yer almıyorsa, seçilen boru çapının değiştirilmesi gerekir ve hesaplamalar doğru aralığı yakalayana kadar tekrar edilir.
Borudaki akışkan hızı nasıl hesaplayacağız derseniz, Örnek olarak denklem 1.3’te verilen hesaplamaya bakabilirsiniz.
V=(4×m)/(π×D²) [m/s] (Denklem 1.3)
Denklemin iyi bir şekilde hesaplanabilmesi için aşağıda simgelerin anlamları verilmiştir. Buna göre ;
- V [m/s] : Boruda meydana gelen ortalama akışkan hızı
- m [m3/s] : Su debisi (Denklem 1.1)
- D [m] : Boru iç çapı
Debi hesabı yapmanın zor ve karmaşık olduğunu düşünebilirsiniz. Fakat öyle ki her denklem sizi farklı denklemlere ve tablolara yönlendiriyor. Dolayısıyla bazen rakamlar ve sayılar hesaplama yapmadan önce göz korkutucu olabiliyor.
Açıkça bahsetmek gerekirse debi hesabı dikkat ve hassasiyet gerektiren hesaplar içinde yer almaktadır. Bu yüzden eğer hesaplama yapmak size zor ve karmaşık geliyorsa alternatif birkaç yolu deneyebilirsiniz.
Bunlardan en çok kullanılan ve tercih edilen yöntemlerden başlıca olanı debi hesaplama programı kullanmaktır. Bu sayede projelerde kullanılacak olan debi hesaplamalarını zahmetsiz bir şekilde yapabilirsiniz.
Ek olarak debi hesaplama programlarını, elektronik cihazlarınıza indirerek rahatlıkla kullanabilirsiniz. Böylece projelerinizi hesaplamadan tasarruf edeceğiniz vakitler sayesinde kısa süre içerisinde yetiştirebilirsiniz.
Fakat tüm bu programların dışında hesaplamayı kendiniz analog bir şekilde yapmak isterseniz size tavsiyemiz debi hesabı hakkında bol bol sorular çözmek ve debi hesabı ile alakalı terimleri iyi bilmek. Çünkü debi hesabı yaparken yeterince dikkatli olunmazsa, katsayılara, simgelere, değerlere yanlış veri girilirse geri kalan denklemlerdeki hesaplamalar da yanlış sonuç verecektir.
