Araştırmam için yardımınızı bekliyorum...

   Arkadaşlar akvaryumlarda ısı kaybının hesaplanması yolu ile gerekli ısıtıcı gücü ile ilgili araştırma yapıyorum. Fizik konusunda meraklı arkadaşlarımdan bir ricam var. Bu siteye de sonuçlarını yazacağım araştırmamın tamamlanması için bilgi ihtiyacım var.

Araştırmanın amacı: Pek çok değişkenin, zor işlemlerin aradan çıkarılması ile tahmini oda sıcaklıkları, kullanılan cam kalınlığı, izolasyon malzemeleri ile ilgili hesapların konu ile ilgili olmayan kişiler için basitçe hesaplanabilir duruma getirilmesi. Koşullar ile ilgili istatistiki bilgiler oluşturularak enerji kaybının tahmini değerlerinin hesaplanması.

    Aşağıdaki bilgileri araştırıyorum fakat internette bulamadım.

    1) Straforun yaklaşık ısıl iletkenliği. (birimi W/mC)(C santigrat, W watt)
    2) Camın, havanın ve suyun yaklaşık ısıl iletkenlikleri sırası ile 0,8, 0.0234 ve 0,6. Bunun doğru olup olmadığı konusunda fikri olanlardan fikirler.
    3) Suyun belirli sıcaklık ve nem aralıklarındaki buharlaşma miktarının hesaplanmış sonuçları varsa bu sonuçlar(gr/saniye).Gerekli termal enerjiyi buradan hesaplayabilirim. Eğer yoksa buhar basıncı ve benzeri pek çok değişken ile hesaplamak zorunda kalacağım ki altından kalkabilir miyim bilmiyorum.
    4) Son olarak da cam-su, su-hava ve cam-hava arasındaki konvansiyonel ısı transferini nasıl hesaplayacağım konusunda bilgi içeren kaynaklar nelerdir, nerelerde bulunur? (Bu konuda eğer aramızda varsa fizik konularında çalışan doktora öğrencilerinden yardım istiyorum. Özellikle termodinamik konusunda istatistiki hesaplar ile uğraşan kişilerin bilgileri önemli olacaktır.)

     Ayrıca 4. maddedeki bilgiler ışığında düşük bütçeli akvaryum soğutma sistemi tasarlamaya çalışacağım. Sonuçları tüm forum üyesi arkadaşlarımız ile paylaşacağım. Herkese şimdiden yardımlarından dolayı teşekkür ediyorum.

     Not: Bu konuyu hem genel hem de akvaryum bilimi bölümüne açıyorum. Amacım bu konular ile ilgilenen az sayıdakiinsanın gözünden bu konunun kaçmamasıdır. Bundan dolayı hepinizden özür diliyorum. Araştırmam bitince söz veriyorum bu hatamı telafi edeceğim.
encort2006-11-22 1:30:1

Termodinamik bu konuyla ilgilenmez. İşin içine zamanı kattığınızda artık konunuzun adı termodinamik değil "ısı transferi"dir. Bu dersi alıyorum, size ilgili formülleri en kısa zamanda vereceğim, ancak istediğiniz sonuca ulaşmanız için istediğinizden daha fazla şeyi bilmek durumundasınız. Şöyle ki akvaryum; boyutları sonsuz uzunlukta bir cisim değildir, 12 ayrıtı, 8 köşesi vardır bu bölgelerden ısı transferi ayrıca hesaba katılmalıdır.

Saygılar,

Refet Bey ben de termodinamik dersi alıyorum. Sanırım sizinle müfredat farkımız var çünkü ben fen edebiyat fizik bölümündeyim siz ise makine mühendisliğindesiniz. Bizim termodinamik sınav sorularımız arasında ışıma ile birim zamanda kaybedilen enerji ve bir ucu ısıtılan, diğer ucu buzda duran bakır çubuğun oluşturduğu sistemdeki birim zamanda eriyen buz kütlesi gibi olaylar var. Bu muhabbeti daha önceden de yapmıştık. Sanırım aramızdaki fark bölümlerin konuları işleyişinden kaynaklanıyor. Bizim termodinamik sistemlere bakışımız mühendislerden biraz daha farklıdır. Siz bilginin hayata uygulaması ile uğraşırsınız biz ise bilginin hem teorik hem de pratik analizlerini yaparak sistemlerin kendisini inceleriz.

Haklısınız burada işin içine termodinamiğin yanında aero dinamik, akışkanlar mekaniği gibi konular da giriyor.

Bu arada sonsuz uzunluktan kastınızı anlayamadım. Konunun sonsuz uzunluk ile alakasını açıklarsanız sevinirim.
encort2006-11-22 21:26:23

Bir kağıda gerekli şeyleri yazdım, akvaryum sonsuz olsa (kim böyle bir akv. istemez :) ) kenar köşeleri olmazdı ancak değil, diktörtgenler prizmasının kenarlarında ve köşelerinde ekstra kayıplar olur, taratıp yarın ekleyeceğim.

h leri bulursak işimiz çok kolay ancak hler çok başımızı ağrıtacak, konvansiyonel ısı transferini 6-7-8-9. konularda görecekmişiz. Şimdi bir göz attım kitaba acayip karmaşık geldi, k (kontakt rezistans) da dahil olmak üzere çok şeye bağlı. Yarın hocaya sorayım kolay yolu var mı diye. Ancak okuduğum kadarıyla hava cam pek sorun olmasa da içeride su hareket ettiği için su-cam'da ciddi problem yaşayacağız, hareket arttıkça h artıyor çünkü.

25 derecede Strafor'un k'sı 0.03, camın ise 1.05 miş.

Termoyu farklı göreceğinizi sanmıyorum, kitaplar benzer kitaplar, termoda görülen zaman irdelemesi önemsenecek boyutta değil, termoda sistemlerin pek çoğu steady statedir, zamana göre bir değişim yoktur sadece enerji zamana bölünüp güç bulunur, örneğin buz sabit şekilde erir, ya da çubuktan birim zamanda sabit bir enerji çıkar bunun da q-w=u denkleminde q kısmına eklersiniz. 

Heat kitabının ilk paragrafı şu zaten;

"From the study of thermodynamics, you have learned that energy can be transferred by interactions of a system with its surroundings. These interactions are called work and heat. However, thermodynamics deals with end states of the process during wich an interaction and provides no information concerning the nature of the interaction or the time rate at which it occurs.

Yarın iyi haber ve "h"lerle gelmeyi umuyorum

Saygılar,

Isıl iletkenlik katsayıları;

Not : C diye gösterdiğim santigrad derecedir. Üstü 0 yazamadım

Cam : 0,65-0,72 (kcal/mhC)

1 atm'de 0 C su için : 0,475 (kcal/mhC)

1atm'de 0 C hava için : 0,0209 (kcal/mhC) 

Straforu sonra fark ettim;

Polistİren sert köpük levha : birim kütlesi >15 yada 15 (kg/m3), 0,034 (kcal/mhC)

Poliüretan sert köpük levha : birim kütlesi >30 yada 30 (kg/m3), 0,03 (kcal/mhC) 

Emrebey bu ugraşınıza ve araştırmanıza saygı duyuyorum. fakat böyle bir konuya neden takıldınız öncelikle anlamak isterdim.Akv ısının degişimi mutlaka birçok sebebten olabilir.Misal derecede 28 iken pencerenizi soguk havada yarım saat açık bıraksanız bile mutlaka ısıda bir degişim söz konusu olacaktır.veya aydınlarmada floresan verine metal halide kullanmanız gibi.Ben daha önceleri derece ve ısıtıcılar hakkında birşeyler yazmıştım.Piyasada marka olsun veya yan sanayi diyelim aynı degeri gösteren bir dereceye rastlamadım.ısıyı şerit , cıvalı , digital termometre , lazer termometre ve hatta enson kimyagerlerin kullandıgı 380dereceye kadar gösterebilen derece kullandım.ensonunda zaten büyük olanına güvenerek ısıtıcıları ayarlıyorum.Hatta benim pratik tecrubenle yaz kış iki ısıtıcı kullanıyorum.biri sagda digeri solda ve herbirinin altında hava çıkışı vererek su içinde devirdaim oluşturmaya çalışıyorum.Derecede 27 bulmak için biri kendi üzerinde 30derece digeri 27 de ayarlamak zorunda kaldım.yaz kış böyle sabit duruyorlar.eger dış ortamın ısısı agurtos gibi en sıcak aylarda 30 ise zaten ısıtıcılar ısıya duyarlı olduklarından çalışmıyor.Sadede gelelim yani elimizde bukadar hesaplamadan sonra nasıl bir ölçü aleti varki bukadar ince ayar çekelim.Esenkalın

Emre Bey yardımlarınız için çok teşekkürler. Bu verilerin gerçekten de çok yardımı dokunacaktır.

Refet Bey aslında su ve cam arasındaki konvansiyonel ısı transferi büyük sorun(hava-cam pek etkili olmayacak dediğiniz gibi). Çünkü filtrenin gücü, akvaryumun büyüklüğü, suyun hangi cama hangi açı ile ve hangi hızla geldiği gibi konular ciddi problem oluşturacak sanırsam. Bunları balirli bir istatistik dahilinde açıklamak çok zor olacaktır. Hele ki herkesin akvaryumunda bu konuda birbirinden çok farklı özel koşulları olduğu düşünülürse bu iş cidden zor olacak. Bir de akvaryum içindeki cisimlerin suyun akışını etkilemesi de cabası. Cisimleri işin içinden çıkartsak ve tek bir sistemin var olduğunu düşünsek dahi bir iç filtrenin birbirine çok yakın iki noktadan su çekmesi ve vermesi ile oluşacak akımı 3 boyutlu sabit bir kapta hesaplamak bile çok zor olacak. Şahsen bu sistemin mantığını anlamak için elimdeki gaz ve sıvıları gayet iyi taklit eden 3 boyutlu tasarım programları kullanmam gerekecek ki bunlar da bilimsel olmadığı için sadece olayın mantığını kavramamda işe yarayacaklar. Akışkanlar mekaniğini çok iyi bilmek gerektiği de başka bir gerçek. Hadi bakalım başladık bir işe ama sonumuz hayırlı olur inşallah. Siz h'leri buluverirseniz bu arada ben de daha almadığım akışkanlar mekaniği dersine ve tam hakim olamadığım fizikte matematiksel yöntemlere çalışayım. H'ları durağan ortamı göz önünde bulundurarak hesaplarsanız daha iyi olur. Akıntı gibi konvansiyonel ısı kaybına neden olacak durumları biraz daha araştırıp ondan sonra dinamik koşulları göz önünde bulundurarak hesap yapmamız iyi olacak kanısındayım.

Bir diğer sorun da hava motoru, filtre gibi malzemelerin yüzeyde yaptığı akıntı ile buharlaşma hızına etki etmesi. Su yüzeyi durağan olsa buharlaşma ile kaybedilecek enerjiyi bir şekilde hesaplarız fakat yüzey akıntılarının belli özel koşullara sahip olması nedeni ile bu da zorlayıcı olacak. Her akvaryumda farklı değer olması da kafamı karıştıracak. Bu tip konularda hesaplama yapmış deneyimli kişiler varsa bana bir yol güsterebilirler belki.

Bu arada Refet Bey aslında ısı iletimi dersi görmeniz doğal. Mesela ısı izolasyonu bile neredeyse tek başına ayrı bir bilim dalı haline gelmiş durumda. Bu sebeple sanırım konuya benden daha hakim durumdasınız. Bu arada hocamıza en son sorduğumda sizin daha önce bana başka bir tartışmada söylediğinizin biraz daha geniş açıklamalısını söyledi. Termodinamik zaman ile uğraşmaz. Evet bir bakıma doğru. Bununla ilgili olarak termodinamiğin biraz daha özel durumları inceleyen başka bir kolu ilgileniyormuş. Sanırım adı istatistiksel termodinamik gibi birşeydi. Lisansüstü dersiymiş.

Şevket Bey; konuya takılan Emre Bey değil benim. Aklıma takıldı nasıl hesaplarım diye ben de işin içine dalıverdim. Sizin işinize yaramayabilir, hatta kimsenin işine yaramayabilir. Çok ufak değişiklikleri tabii ki hesaplayamayacağız. Zaten buna da gerek yok. Benim aklımda bu fikir esasen ısı kaybından dolayı ne kadar fatura öderim ile oluştu. O yüzden aşırı hassas olaylar ile ilgilenmeyeceğim. Yine de elimden gelen en hassas hesabı yapmaya da çalışacağım.

ek: Işıklandırmanın etkisini hesaplama konusu da var tabii ki. Şimdilik bunu en sona bırakacağım. Galiba bütün hesaplamalar bitene kadar ben mezun olmuş olurum.
encort2006-11-23 5:25:21

Ne yazık ki h'yi öyle pat diye bilemezmişiz, kare durgun bir sürrahinin bile altında ve yanındaki h ler farklıymış, kabın içindeki akım da oldukça etkiliyormuş, bu konuları yetişirse bu dönem, yetişmezse öbür dönem görecekmişiz. Suyun üzerinden kaybedilen ısıyı da h yardımı ile bulabilirmişiz, orada hem ısı hem kütle kaybı olduğu için bu konuyu önümüzdeki dönemin sonunda görecekmişiz. 

2006-11-23_194706_amazon2_001.zip

Sağda; akvaryumun 5 yüzünden, 8 köşesinden ve 12 kenarından temasdan doğan ısı transferleri var. Solda ise h yani konvansiyonel ısı transferi sabiti bilindikten sonra nasıl hesaplama yapılacağı var.

Camın k'sını buradan almıştım: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429 .html 25 derece için değişik oluyor sanırım.

Elektrik faturasından tasarruf için, akvaryumun üzerini iyi, mümkünse straforla örtmeyi, hatta kenarlarını da straforla örtmeyi önerebilirim. Akvaryumun en, boy, yükseklik değerlerinin birbirine yakın olması da avantaj sağlar.

Soğutma işi için bir proje aldım olursa çok işe yarayan bir sistem olacak.

Saygılar,

Refet Bey ben de öğrendim ki suyun o akışı ile oluşan sistemleri hesaplamak için akışkanlar mekaniği yetrsiz kalıyormuş. Hidrodinamik, istatistiksel termodinamik ve bir dünya konuya sadece bilmekle kalmayıp hakim de olmak gerekiyormuş. Tabii bu tip sistemlerin hesaplanmasında bilgisayar destekli simülasyonlar ve ölçekli deneyler de hesaplamayapabilmek için gerekliymiş. Yani bu işi biraz ertelemek iyi olacak kanaatindeyim. Bu arada birkaç gündür foruma girememiştim. Şimdi söyleyeyim; bu iş galiba en az 6 ay sonra başlanabilecek bir konu. Hem siz hem de ben kendimizi biraz daha geliştirmiş oluruz. Tabii o zaman da yardım etmek isterseniz.

Konuya ilginiz için hepinize çok teşekkürler.
Saygılarımla...
encort2006-11-27 18:20:48

Niye yardım etmek istemeyeyim ki  Bence orada direnç yok mantığıyla yaklaşmalıyız. Isı iletiminde olay elektrikteki dirençler gibi bunlar yan yana seri bağlanıyorlar, önce konvansiyonel (su-cam), sonra kontakt(cam-cam), sonra konvansiyonel(cam-hava). Zaten çok sağlam akıntı olduğu için küçük olan direnci (sudan cama konvansiyeli) yok sayıp yapabiliriz.

Saygılar,

Evet olabilir fakat su cam arası konvansiyonelin pek o kadar küçük olduğunu zannetmiyorum. Siz cam-hava'dan behsediyor olmayasınız?

Bir de sanırım benim gittiğim yol biraz gereksiz oldu. Belki de oda sıcaklığı ve su sıcaklığı arasındaki fark akvaryumunuzda bilmem kaç derece olunca size 100W ısıtıcı gerekecektir gibi bir basit hesaplamaya indirgeme daha çok işe yarayacaktır.

Örneğin bizim zaten önceden bulacağımız h değerleri 1 cm2 için olacak. Cam kalınlıkları için ayrı değerler bulunacak. İnsanlar kendilerine göre değerler seçip bakacaklar.
Mesela;

Yan camların alanı şu, alt taban şu.
Evet, altta strafor var.
Akvaryum sıcaklığım 26 derece.
Bakalım burada şunu çarp şunu topla deniyor.(Yaklaşık değerler ile. Fazla hassasiyete gerek yok.)
Sonuçta oda sıcaklığım kışın 16 dereceye düşerse(10 derec fark) 175W ısıtıcı gerekiyormuş.
Demek ki ben 200 W ısıtıcı almalıyım.
Hatta bunu ufak bir .NET Framework uygulaması halinde siteye ekleyip insanların yararlanmasını sağlayabiliriz. Burada H'ları ve su buharlaşmasında alınacak enerjiyi hesaplayınca(H'ı da kullanarak) insanların işine yarayacak bir iş yapmış olabiliriz.

Örneğin bana genelde 135 litre akvaryum için 100W ısıtıcı tavsiye ettiler fakat akvaryumun yüzeyi geniş olduğu, kapağı olmadığı için(en azından adam akıllı değil) 300W ancak yetti. Bunda evin 10-15 derece olmasının da etkisi büyük.

Ek: .NET Framework ile yapılacak basit bir uygulamada insanlar akvaryum ölçülerini yazıp, kışın evin en soğuk olduğu tahmini sıcaklığı yazıp, mesela akvaryum altında strafor kullanıyor mu? Kapağı tam kapak mı? sorularını yanıtlayıp kısaca ısıtıcı gereksinimlerini birkaç tıklama ile site yazılımına hesaplatabilirler. Uygulamayı ben yazarım. Tabii site .NET destekli ise. Değilse kaynak kodunu saklamak amaçlı olarak bir exe dosyası haline getirip download edilebilir yapılabilir.
encort2006-11-27 22:33:0

Mühendislikte ampirik formüller çok kullanılınır. Akvaryum bilimindeki formül çok basite indirgenmiş durumdadır. Delta t=5 derece için litre başına bir watt.

Tez konusu yada araştırma için malzemeye bağlı ince kalınlıklı panellerin ısı konveksiyonunu yada daralan kesitli borulardaki türbülanslı buhar akışındaki ısı kaybını araştırmanızı önereceğim.   Bu konular sanayide prim yapabilir.

Konvansiyonelden oluşan direnc oldukça düşüktür. Belirttiğim gibi aradaki dirençler elektriğe benziyor. Sudan cama ısı geçerken yüksek konvansiyonel ısı transferi yüzünden çok az direnç olacaktır. Camın içinde ve camdan havaya olan kısımda ise direnç ihmal edilmeyecek düzeydedir diye düşünüyorum. Biz transfer edilen ısıyı merak ediyoruz, bu ısıyı da nasıl bulacağımız kağıtta belirttim, sadece camdan havaya olan konvansiyoneli (h) öğrenirsem çok kolay şekilde kaybolan ısıyı bulurum.

http://www.akvaryum.com/litrehesapla.asp

Örneğin burada parabolik bir denklem ve sınır değerleri kullanarak balıkların boyuna göre akvaryum seçimini hesaplattım. Benzerini ısı için de yapabiliriz.

Saygılar,