46
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 Mehmet YILMAZDoç. Dr., Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliði Bölümü Ömer ÇOMAKLI
Prof. Dr., Atatürk Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makina Mühendisliði Bölümü Mehmet KAYA
Dr., Türk Hava Yollarý Süleyman KARSLI
Yrd., Doç. Dr., Atatürk Üniversitesi, Pasinler Meslek Yüksek Okulu
ÖZET ABSTRACT
1928 yýlýnda, bir metalurjist ve fizikçi olan Fransýz bilim adamý Since its discovery in 1928 by a Frenchman, metallurgist and phycsist Georges Joseph Ranque, the vortex tube has Georges Joseph Ranque tarafýndan keþfedilmesinden
been the subject of considerable interest both from the itibaren, vorteks tüpleri, teorik ve pratik uygulama açýsýndan
theoretical and practical application standpoints. These oldukça ilgi çeken bir konu olmuþtur. Yaygýn olarak
“Ranque-tubes, widely called “Ranque-Hilsch Vortex Tube”, have Hilsch Vorteks Tüpü” ismi ile anýlan bu tüpler günümüzde çok
found many applications and are being mass-çeþitli kullaným alanlarý bulmakta ve ticari firmalar tarafýndan
manufactured by commercial companies. First section of seri imalatlarý yapýlmaktadýr. Ýki bölümden oluþan makalenin
this article contains the classification of vortex tubes, the bu bölümü, vorteks tüplerin sýnýflandýrýlmasý, vorteks tüplerin
construction of vortex tubes, the working fluids in vortex konstrüksiyonu, vorteks tüplerde kullanýlan akýþkanlar, vorteks tubes, the applications of vortex tubes, and the tüplerin kullaným alanlarý ve vorteks tüplerin ticari üretimi konu commercial production of vortex tubes. The investigations baþlýklarýný içermektedir. Vorteks tüp araþtýrmalarý, vorteks tüp on vortex tubes, the methods of investigation on vortex inceleme yöntemleri, vorteks tüplerde enerji ayrýþmasý, tubes, energy separation mechanism, the parameters affecting performance, and the performance of vortex vorteks tüplerin performansýný etkileyen parametreler ve
tubes will be described in detail in the second section of vorteks tüplerin performansý konularý ise makalenin ikinci
the article. bölümünde ayrýntýlý olarak incelenecektir.
Keywords: Vortex tube, ranque-hilsch vortex tube, Anahtar Kelimeler: Vorteks tüpü, ranque-hilsch vorteks tüpü, applications of vortex tube, commercial production of vortex vorteks tüpün kullaným alanlarý, vorteks tüpün ticari üretimi tube
VORTEKS TÜPLERÝ : 1- Teknolojik Geliþim
Giriþ
T
ornado gibi bir eksen etrafýnda dönen akýþkan özetlenebilir [2-5]: (i) Basit geometriye sahiptirler, ve imalatlarý kolaydýr; (ii) ebatlarý küçük ve hafiftir; (iii) “vorteks” olarak adlandýrýlmaktadýr. Vorteks tüpleri, hareketli mekanik elemanlarý yoktur ve sýzdýrmazlýk sadece basýnçlý gaz ile çalýþan, kontrol vanasý hariçelemaný kullanýlmasýný gerektirmezler; (iv) hareketli hiçbir hareketli parçasý olmayan basit bir mekanik cihazdýr.
elemanlarý olmadýðýndan minimum aþýnma ve erozyon Bu basit mekanik cihaz, tüpe teðetsel olarak giren yüksek
oluþur; (v) kullanýlmasý emniyetli ve portatiftir; (vi) ilk yatýrým basýnçlý gaz akýmýný biri giriþ gazýndan daha sýcak diðeri giriþ
ve bakým maliyetleri düþüktür; (vii) rejime gecikmesiz gazýndan daha soðuk düþük basýnçlý iki akýma
olarak ulaþýrlar; (viii) fanlar, ýsý deðiþtiriciler, soðutkan, sýzýntý ayýrmaktadýr. Þekil 1'de bir vorteks tüpünün çalýþmasýnýn ve
oluþturabilen borular veya tesisat malzemeleri tüp geometrisinin þematik resmi gösterilmiþtir [1].
gerektirmezler ve defrost iþlemine gereksinim Vorteks tüplerin uygulama alanlarý, kompaktlýk,
duymazlar; (ix) ekolojik açýdan zararsýzdýrlar ve (x) güvenilirlik ve düþük cihaz maliyetlerinin temel faktörler
elektriksel ve kimyasal güç gerektirmezler. olduðu alanlardýr. Vorteks tüplerinin avantajlarý þöyle
Vorteks Tüplerin Sýnýflandýrýlmasý
Vorteks tüpler akýþ karakteristiklerine ve dizayn karakteristiklerine göre sýnýflandýrýlmaktadýr. Akýþ karakteristiklerine göre vorteks tüpler karþýt akýþlý vorteks tüpler ve paralel akýþlý vorteks tüpler, dizayn karakteristiklerine göre ise adyabatik vorteks tüpler ve
a d y a b a t i k o l m a y a n v o r t e k s t ü p l e r o l a r a k Paralel akýþlý vorteks tüpler tek bir çýkýþ açýklýðýna sýnýflandýrýlmaktadýr [4, 6].
sahiptir, ve lülelerin bulunduðu uç tamamen kapalýdýr. Karþýt akýþlý vorteks tüplerde, yüksek basýnçlý gaz silindirik
Tüm akýþ lülelerin uzaðýnda bulunan diðer uçtan tüpü boru þeklinde olan vorteks tüpünün bir ucunun yakýnýndan
terk eder (Þekil 3). Soðuk akýþkan tüpün ortasýndaki bir veya daha fazla teðetsel lüleden tüpe teðetsel olarak
delikten, sýcak akýþkan ise çevresel yoldan tüpü terk girmektedir. Bu, giren gaza swirl veya vorteks hareketi
etmektedir. Sýcak akýþkanýn geçtiði kesit alanýnýn kazandýrýr. Tüpün lüleden uzakta olan diðer ucunda bir
deðiþmesine imkan veren bir düzenleme kullanýlarak valf bulunur. Bu valf genellikle ekseni tüp ekseniyle ayný
soðuk ve sýcak akýþ sýcaklýklarýnýn deðiþmesi saðlanýr. olan konik þekilli bir týkaçtýr. Bu uç, tüpün sýcak ucu olarak
Paralel akýþlý vorteks tüpler, akýþlar içinde oluþabilecek adlandýrýlýr. Borunun lüle bulunan ucunda bir dairesel orifis
daðýlmalar sebebi ile sýcak akýþ ve soðuk akýþýn bulunur. Orifisin çapý borunun çapýndan küçüktür. Borunun
birbirine belli oranlarda karýþmasý ve akýþlarýn bu ucuna soðuk uç adý verilir. Tüpe teðetsel olarak giren
sýcaklýklarýnýn olumsuz etkilenmesi olasý olduðundan yüksek basýnçlý gaz bir durma noktasýndan itibaren iki
genellikle tercih edilen bir konstrüksiyon deðildir [2, 4]. kýsma ayrýlarak farklý uçlardan tüpü terk eder: soðuk gaz
Gövdesi üzerinden çevre atmosfere ýsý transferinin Þekil 1. Vorteks tüpü (a) Çalýþma Þematiði ve Parametrelerin Tanýmý. (b) Tüp
Geometrisi [1]
Þekil 2. Karþýt Akýþlý Bir Vorteks Tüpteki Akýþ [14] Basýnçlý Hava Soðuk Hava Sýcak Hava Sýcak Hava Vorteks Tüp Kýsma Valfý Sýcak Sýcak Soðuk Giriþ Soðuk Giriþ Sýcak
(a)
(b)
L R Pg Tg ug ig Psýc Tsýc usýc isýc Ps Ts us is48
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 ihmal edildiði vorteks tüplere adyabatik vorteks tüpler boyunca olan sýcaklýk profili, tüpteki çevresel vorteks denmektedir. Gövdesi üzerinden çevre atmosfere ýsý akýþa uyum saðlamaktadýr [10].2. Giriþ Lüleleri: Basýnçlý akýþkan vorteks tüpüne,
transferinin olduðu tüpler adyabatik olmayan vorteks
tüpün giriþ aðzý yakýnýnda olan giriþ lülelerinden geçerek tüpler adýyla anýlýrlar.
teðetsel olarak girer. Giriþ lülelerinin fonksiyonu, basýnçlý gazýn tüpe giriþini saðlamak ve ayný zamanda akýþýn giriþ hýzýný artýrmaktýr. Lüle çýkýþýnda ses hýzý deðerlerine eriþebilen akýþ, tüpün silindirik olmasý nedeniyle dönmeye baþlar.
3. Çýkýþ Orifisi: Vorteks tüpe giren akýþkanýn bir kýsmý
sýcak çýkýþ ucunda bulunan ayarlanabilir bir valf vasýtasýyla tüpten çýkmaktadýr. Bu valfin ayarlanmasý yoluyla, sýcak akýþ debisi artýrýlýp azaltýlmakta ve böylece soðuk uçtan çýkan akýþkanýn debisi ve sýcaklýðý ayarlanabilmektedir. Valf, vorteks tüpün ýsýtma ve Vorteks tüplerin temel elemanlarý; gövde, giriþ lüleleri soðutma kapasitelerinin deðiþtirilebilmesine imkan ve çýkýþ orifis(ler)idir. Bu temel elemanlarýn yanýnda, vermektedir.
4. Jeneratör: Bir kýsým vorteks tüplerinde basýnçlý
jeneratör, filtre, regülatör, susturucular, kompresör,
akýþkan tüpe “jeneratör” denilen elemanlar vasýtasýyla basýnçlý hava tanký, basýnçlý hava hattý, termostat,
girmektedir. Jeneratörler, vorteks tüpünden daha solenoid valf gibi çeþitli elemanlar da bulunmaktadýr.
1. Gövde: Silindirik bir þekle sahip olan vorteks büyük boyutta yapýlýrlar ve silindirik bir geometriye tüpünün gövdesi, mukavemeti ve rezilyansý nedeniyle sahiptirler. Jeneratörde bulunan çeþitli sayýdaki genellikle çelik gibi metallerden imal edilmektedir. kanallar, akýþa yön vererek tüp içerisindeki vorteks akýþýn Bununla birlikte, metaller iyi bir ýsý iletkeni olduklarýndan oluþmasýný saðlarlar. Soðuk hava, jeneratörün tüpün verimi, soðuk tüpte çevreden, sýcak tüpte ise ortasýnda bulunan delikten akmakta ve soðuk hava çevreye olan ýsý geçiþi nedeniyle azalabilir. Bu tip kayýp çýkýþ portundan dýþarý çýkmaktadýr. Jeneratörün soðuk veya kazançlar tüpü ýsýya dayanýklý yaparak veya sabit akýþ tarafýndaki çapý küçük yapýlmak suretiyle, jeneratör sýcaklýklý bir su banyosuna sahip bir su ceketi yaparak kullanýlmayan vorteks tüplerinde soðuk akýþ çýkýþýnda minimize edilebilir. Bunun yanýnda gövde malzemesi bulunan orifisin iþlevi görülmektedir. Deðiþtirilebilir bir olarak pirinç, perspex, plexiglas vb. malzemeler de eleman olan jeneratör, basýnçlý akýþkanýn debisini kullanýlmaktadýr. Perspex; þeffaf olmasý ve iç akýþýn nitel kontrol etmekte ve elde edilen sýcaklýklarý anlaþýlmasýný saðlayacak tüp içerisindeki gerçek akýþýn etkilemektedir. Böylece, vorteks tüpüyle elde incelenmesine olanak vermesi, basýnçlý akýþkanýn yüksek edilebilecek akýþ debileri ve sýcaklýk aralýklarý basýncýna dayanabilecek mukavemette olmasý ve ýsý deðiþtirilebilmekte ve jeneratör deðiþtirilerek vorteks iletim katsayýsý düþük olduðundan çevreye iletimle olan tüpünün soðutma kapasitesinin ayarlanmasý mümkün ýsý transferini minimize etmesi nedeniyle araþtýrmalarda olmaktadýr [5, 7-9]. Çeþitli kapasitelerde üretilen kullanýlan bir malzemedir. Pirinç malzemede ise, ýsý iletim jeneratörlerin iki temel tipi bulunmaktadýr: çok düþük katsayýsýnýn yüksek olmasý nedeniyle tüpün dýþ cidarý soðuk sýcaklýklar üreten jeneratörler ve maksimum
Vorteks Tüplerin Konstrüksiyonu
Þekil 3. Paralel Akýþlý Bir Vorteks Tüp [2]
Soðumuþ Akýþ Çýkýþý Isýnmýþ Akýþ Çýkýþý Isýnmýþ Akýþ Çýkýþý Basýnçlandýrýlmýþ Hava Giriþi
soðutma kapasitesi üreten jeneratörler. Maksimum azaltýlabilir. Vorteks tüplerin hem sýcak hem de soðuk soðuk sýcaklýk üreten jeneratörlere “C jeneratörleri”, uçlarýnda susturucu kullanýlabilmektedir.
8. Basýnçlý Akýþkan Deposu: Vorteks tüplerine
maksimum soðutma üreten jeneratörlere ise “H
basýnçlý akýþkanýn depolandýðý elemandýr. Depo, vorteks jeneratörleri” adý verilmektedir [7]. Þekil 4'de jeneratörlü
tüpünün çalýþacaðý maksimum basýnca dayanacak karþýt akýþlý bir vorteks tüp þematik olarak gösterilmiþtir.
5. Filtreler: Vorteks tüpüne giren basýnçlý akýþkanýn, dayanýmda ve tüpe yeterli debi saðlayacak kapasitede toz, nem ve yaðdan arýndýrýlmasý gereklidir. Bu, uygun olmalýdýr.
filtre seperatörler ve yað ayýrma filtreleri kullanýlarak 9. Basýnçlý Hava Hatlarý: Vorteks tüplerinde basýnçlý
saðlanýr. Bu arýndýrýlmanýn yapýlmasýyla vorteks tüpleri, hava hatlarý, basýnç düþümünü minimum yapacak yýllar boyu bakým gereksinimi olmaksýzýn çalýþabilir. Yað þekilde boyutlandýrýlmalý ve aþýrý basýnç düþümü ayýrma filtresi, otomatik drenaj filtre separatöründen oluþturacak elemanlar kullanmaktan kaçýnýlmalýdýr. daha sonraya konulmalýdýr [5]. 10. Solenoid Valf Termostat: Uygulama gereksinimleri
6. Regülatörler: Elde edilen soðutmanýn, uygulama
ile uyuþan soðutma elde etmek amacýyla solenoid valf gereksinimleri ile uyuþmasý için basýncýn ayarlanmasý
ve termostat kullanýlmaktadýr. Termostat, solenoid valfi gerekir. Bunun için basýnç regülatörleri kullanýlýr. Sýcaklýðý
kontrol ederek akýþkan akýþ miktarýný ayarlamaktadýr. kontrol etmenin diðer bir yöntemi, vorteks tüpüne tam
11. Kompresör: Vorteks tüplerde kullanýlan akýþkanýn
basýnçla akýþkaný göndermek, daha sonra termostat ile
sýkýþtýrýlmasýný ve istenilen basýnca getirilmesini saðlayan kontrol edilen bir solenoid valf vasýtasýyla akýþkan akýþýný
elemandýr. Akýþkan basýncý, vorteks tüplerinin en önemli açýp kapamaktadýr [5, 8].
çalýþma parametrelerinden birisidir. Literatür taramasý
7. Susturucular: Vorteks tüplerin çalýþmasý sonucu
vorteks tüpüne giriþ basýncýnýn 2-7 bar aralýðýnda üretilen ses seviyesi insan saðlýðý için rahatsýzlýk verici
olduðunu göstermektedir. Bu nedenle, kullanýlan seviyelere ulaþabilmektedir. Tüp içerisindeki ses, ses hýzý
kompresörün sistem için gerekli giriþ basýncýný ve debisini seviyelerine eriþebilmektedir. Tüp içerisindeki akýþ hýzý ne
saðlayacak kapasite ve özeliklerde olmasý kadar yüksek olursa ses seviyesi o kadar artar. Sesin
gerekmektedir. Bu amaçla vidalý kompresörler, pistonlu oluþturduðu rahatsýzlýk susturucular kullanýlarak
50
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 vb. çeþitli kompresörler kullanýlmaktadýr. Kararlý akýþkan azaldýðý ve buhar ile hidrokarbonlar kullanýldýðýnda elde depo basýncý elde etmek için kompresör, baþlangýçta edilen sonuçlarýn havanýnkine büyük oranda benzediði yeterli süre çalýþtýrýlmalýdýr. ifade edilebilir [2, 10].Vorteks tüplerinin giriþ kýsmýnda belirtildiði gibi birçok avantajlara sahip olmalarý, bunlarý endüstriyel Vorteks tüplerinde basýnçlý akýþkan olarak genellikle
uygulamalar için cazip yapmaktadýr. Kompaktlýk, hava kullanýlmakta ve oldukça düþük sýcaklýklar elde
güvenilirlik ve düþük cihaz maliyetlerinin temel faktörler edilebilmektedir. Bunun yanýnda, buhar, hidrokarbonlar
olduðu alanlarda vorteks tüpleri, birçok uygulama alaný ve diðer gazlarýn kullanýldýðý çalýþmalar da mevcuttur.
bulmaktadýr [3]. Vorteks tüplerinde yaygýn olarak kullanýlan hava
1. Isýtma ve Soðutma Uygulamalarý: Oluþturduklarý
dýþýndaki akýþkanlar Tablo 1'de gösterilmiþtir. Tablo 1,
ýsýl ayrýþma, vorteks tüplerin ýsýtma ve soðutma ayrýca bu akýþkanlara ait performans karakteristik
gereksinimi gösteren uygulamalarda geniþ bir kullaným sonuçlarýný da kýsaca içermektedir. Genel olarak,
alaný bulmasýný saðlamaktadýr. Þüphesiz ki uygulama vorteks tüpün veriminin ýslaklýk oranýnýn artmasýyla
Vorteks Tüplerin Kullaným
Vorteks Tüplerde Kullanýlan
Alanlarý
Akýþkanlar
alaný, tüpten elde edilebilecek ýsýtma ve soðutma devrelerinin soðutulmasý, termal kameralarýn kapasitesine son derece baðýmlýdýr. Vorteks tüplerin merceklerinin soðutulmasý verilebilir [4].
verimi, geleneksel soðutma cihazlarýna göre oldukça 2. Gazlarýn Sývýlaþtýrýlmasý: Bilimsel araþtýrma ve
küçük olmasýna raðmen, düþük ilk yatýrým maliyetleri bu mühendislikle ilgili birçok iþlem, kriyojenik sýcaklýklarda
o
dezavantajý giderebilmektedir. Eðer, hazýr bir basýnçlý (-100 C'nin altýnda) gerçekleþir ve sývýlaþtýrýlmýþ gazlarýn gaz ikmal kaynaðý var ise gerekli olan ýsýtma ve soðutma kullanýlmasýna dayanýr. Bu nedenle, gazlarýn hemen hemen maliyetsiz olarak saðlanabilir. Vorteks sývýlaþtýrýlmasý soðutma uygulamalarýnýn her zaman tüpler, çeþitli ýsýtma ve soðutma uygulamalarýnda önemli bir bölümünü oluþturmuþtur. Tüm gaz kullanýlmaktadýr [2-6, 20]: sývýlaþtýrma problemlerinin yöntemlerinde temel ilke,
(i) Yüksek sýcaklýklý reaktörlerin soðutulmasýnda gazý, doyma bölgesinde termodinamik bir hale getirmektir. Yüksek kaynama noktalarýna sahip gazlarýn (ii) U ç a k l a r, u z a y a r a ç l a r ý v e m a d e n l e r i n
(hidrokarbonlarýn alkali serisi gibi) sývýlaþtýrýlmasýnda, soðutulmasýnda
kaskat geleneksel soðutma sistemleri kullanýlýr. (iii) Elektronik devrelerin ve kontrol elemanlarýnýn
Kaynama noktalarý kriyojenik sýcaklýklarda olan soðutulmasýnda
gazlarda ise, yüksek basýnçta yapýlan bazý geniþleme (iv) Kimyasal analizlerde numunelerin soðutulmasýnda
prosesleri kullanýlarak sývýlaþtýrma yapýlýr. Vorteks tüpleri, (v) Ýtfaiyeci elbiselerinin soðutulmasýnda
düþük performanslarý nedeniyle gazlarýn sývýlaþtýrýlmasý (vi) Çið noktasý ölçüm cihazlarýnda soðutma kaynaðý
prosesinde geleneksel soðutucu olarak kullanýlmazlar. olarak
Bunun yerine, kriyojenik sistem tasarýmlarýnda (vii) Roketlerin tepki kuvvetinde sýcaklýðý artýrmak için ýsý
genleþme motoru olarak kullanýlýrlar. Bunlardan en kaynaðý olarak
basit uygulama vorteks tüpünün Linde Prosesinde (viii) Buharlý güç üretim sistemlerinin çabuk çalýþmaya
kullanýlmasýdýr [2, 21]. baþlamasý için
3. Gaz Karýþýmlarýnýn Ayrýþtýrýlmasý: Vorteks tüpler, bir
(ix) Isýl tahribatsýz muayeneler için konvektif tahrik
çok gaz karýþýmlarýnýn ayrýþtýrýlmasý iþlemlerinde kaynaðý olarak
kullanýlmaktadýr [2, 22, 23]: (x) Peltier soðutucularýn performansýný geliþtirmek için
(i) D o ð a l g a z d a n a ð ý r h i d r o k a r b o n l a r ý n termoçiftlerle birlikte
ayrýþtýrýlmasýnda (xi) Dalgýçlarýn hava ikmal kaynaklarýnýn sýcaklýk
(ii) Doðal gazdan ve baca gazýndan CO 'nin 2
kontrolünde
ayrýþtýrýlmasýnda (xii) Sualtý araþtýrma habitatý içerisindeki havanýn
(iii) Havanýn ayrýþtýrýlmasýnda þartlandýrýlmasýnda
(iv) Uranyum izotoplarýnýn ayrýþtýrýlmasýnda (xiii) Hiperbasýnçlý odalarda
4. Düþük Sýcaklýklý Uygulamalar: Vorteks tüplerin
(xiv) Lokal ýsýnmanýn olduðu alanlarda soðutma (spot
kademeli olarak kullanýlmasýyla çok düþük sýcaklýklara soðutma)
eriþebilmek mümkün olmaktadýr. Kaskat sistemler olarak Spot soðutma uygulamalarýna örnek olarak, kesici
adlandýrýlan bu sistemlerde bir tüpten çýkan soðuk akýþ takým ve taþlama taþlarýnýn soðutulmasý, sürekli kaynak
diðer tüpün giriþ aðzýna baðlanmakta ve böylece çok yapan ve ýsýnan punto kaynak cihazlarýnýn uçlarýnýn
52
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 düþük sýcaklýklý uygulamalarda kullanýlmasýna ait bazý geliþtirilmesi gerekmektedir. Tippetts ve Boucherörnekler þunlardýr [2, 4]: tarafýndan yapýlan araþtýrmaya gelecekte bu konuda
(i) Gýda maddelerinin soðutulmasý ve dondurulmasý yapýlacak araþtýrmalarýn ilk basamaðý olarak bakýlabilir. (ii) Yapay kar üretimi için tohum olarak iþlev gören buz 6. Diðer Uygulama Alanlarý: Vorteks tüpler yukarýda
kristallerinin üretimi anlatýlan uygulama alanlarý dýþýnda þu alanlarda da
(iii) Gazlarýn nemini gidermek iþlemi kullanýlmaktadýr [2, 24, 26]: (i) Gaz endüstrisinde kurutma (iv) Elektronik kontrol kabinlerininin soðutulmasý amacýyla kullanýlmasý, (ii) Kar Üretimi
(v) Sýcaklýk sensörlerinin test edilmesi
5. Elektrik Üretimi: Vorteks tüplerinin diðer bir kullaným
Vorteks tüpü ilk olarak, 1928 yýlýnda Fransýz Fizikçi alaný termoelektrik üretimidir. Tippetts ve Boucher [25]
pnömatik olarak tahrik edilen hareketli parçasý olmayan Georges Ranque tarafýndan keþfedilmiþtir. Vorteks tüp etkisini endüstriyel uygulamalar için pratik, etkin termoelektrik jeneratörü tanýmlamýþtýr (Þekil 5). Bu
konsept ilk olarak British Gas araþtýrmacýlarý (Trevor Smith) soðutma çözümleri geliþtirmek amacýyla kullanan ilk tarafýndan önerilmiþ ve demonstrasyonu yapýlmýþtýr. ticari firma olan Vortec Corporation, 1961 yýlýnda Vorteks tüpünden çýkan sýcak ve soðuk hava kurulmuþtur. Günümüzde, Türkiye'de vorteks tüplerini termoelektrik jeneratör modülleri üzerine çarpmakta, bu ticari olarak üreten firma bulunmamaktadýr. Türkiye ise tipik olarak düþük voltajlý DC elektrik akýmý dýþýnda ise çeþitli ülkelerde vorteks tüplerinin ticari üretmektedir. Birçok hücrenin seri baðlanmasýyla bu üretimini yapan firmalar bulunmaktadýr. Bunlarýn akým yararlý seviyelere getirilmektedir. Tippetts ve baþlýcalarý þunlardýr: Vortec Corporation [8], Exair Boucher tarafýndan yapýlan deneylerde 4 bar efektif Corporation [5], Newman Tools Inc. [9], AiRTX basýnçtaki 400 lt/dak debiye sahip havadan 3.5 volt'da International The Air Research Technology Company 0.266 Watt elektrik üretilmiþtir. Toplam verim çok küçük [27], NATCO Group [28], Meech Air Technology [29], olduðundan (%0.024) bu cihazlarýn oldukça Transonix Corporation [30], Arizona Vortex Corporation
[31], Amazonvortex Corporation [32].
E n d ü s t r i y e l u y g u l a m a l a r d a v o r t e k s t ü p soðutmasýnda öncü firma olan Vortec firmasý, ýsýyla iliþkili problemleri çözecek çok geniþ ürünler sunmaktadýr. 1961 yýlýnda kurulduðundan beri, vorteks tüp uygulamalarýný geliþtirmiþ ve geniþletmiþtir. Vortec ürünlerinin soðutma kapasitesi, 400-5000 BTUH arasýnda deðiþmektedir. Enerji tasarrufunda bulunmak amacýyla termostatik kontrol kullanýlmakta ve tüm modeller 5-micronluk oto-drenajlý hava hattý filtreleri içermektedir [8]. Exair Corp. tarafýndan üretilen paslanmaz çelik
o
vorteks tüpleri, -46 ila +127 C sýcaklýklar, 1-150SCFM debiler ve 2571 kcal/h'e kadar soðutma kapasiteleri
Vorteks Tüplerin Ticari Üretimi
Þekil 5. Vorteks Tüp Tahrikli Termoelektrik Jeneratör [25] BASINÇLI HAVA
SICAK UÇ SOÐUK UÇ
VORTEKS TÜP SICAK AKIÞ DC ÇIKIÞI SOÐUK AKIÞ TERMOELEKTRÝK JENERATÖR MODÜLLERÝ
Tekniðinde Kullanýlmasý” isimli projeler kapsamýnda üretebilmektedir. Sýcaklýk, debi ve soðutma deðerleri,
hazýrlanmýþtýr. Yazarlar, destekleri nedeniyle Atatürk sýcak uçta bulunan kontrol valfi vasýtasýyla çok geniþ
Üniversitesi Araþtýrma Fonu ve TÜBÝTAK'a teþekkür ederler. aralýklarda ayarlanabilmektedir [5]. Newman Tools Inc.
tarafýndan üretilen ITW Vortec vorteks tüpleri, çoðu p r o s e s v e s p o t s o ð u t m a u y g u l a m a l a r ý n ý n gereksinimlerini karþýlayacak geniþ boyut aralýklarýnda
“Limits of Temperature Separation in a Vortex tube”, Journal üretilmektedir. Filtre edilmiþ basýnçlý hava güç kaynaðý of Physics, D: Applied Physics, 27:pp. 480488, 1994. olarak kullanýlarak, 6.9 Bar basýnç ve 21°C giriþ “Thermodynamics and Fluid Mechanics of a
RanqueHilsch Vortex Tube”, MSc thesis, University of sýcaklýðýndaki havadan, 6000 BTUH (1512 kcal/H) veya
-Cambridge, 1998. 40°C sýcaklýklar üretilebilmektedir. Bu firma, ayrýca çeþitli
“Hot-Wire Anemometry Study of Confined jeneratörler, soðuk ve sýcak uç susturucularý üretmektedir
Turbulent Swirling Flow”, PhD Thesis, Bradford University, [9]. The Air Research Technology Company modüler Bradford, U.K., 1989.
“Vorteks Tüplerin Çalýþma Kriterlerine Etki Eden dizayn vorteks tüpleri üretmekte ve tek bir vorteks
Faktörlerin Ve Endüstrideki Kullaným Alanlarýnýn Tespiti”, tüpünden sadece vorteks jeneratörü deðiþtirilerek on
Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi Fen adet performans aralýðý elde edilmektedir. Jeneratörler
Bilimleri Enstitüsü, Isparta, 2001.
tekil olarak satýn alýnabildiði gibi, tüm boyutlarý kapsayan O n l i n e . A v a i l a b l e : bir kit halinde de alýnabilmektedir. Firma, sýcak ve soðuk http://www.exair.com., 20 October 2005.
“Qualimetric Method of Comparison of uç susturucularý, hava filtreleri, regülatörler, termostatlar
Refrigerating Systems According to the Totality of Their ve solenoid valflerden oluþan aksesuarlar da
Technological and Operational Characteristic”, Int. Conf. üretmektedir [27]. NATCO Group tarafýndan Porta-Test
Resources Saving in Food Industry, 143-144, 1998.
TM
WhirlyscrubI isimli doðal gaz ve buhar servislerinden Vo r t e x Tu b e s. O n l i n e. Av a i l a b l e : http://www.process-controls.com. 20 October 2005. sývýlarý ayrýþtýrmak için bir vorteks tüpü dizayn edilmiþtir. Bu
10125 Carver Rd.-Cincinnati, OH Online. vorteks tüpü 10 mikrona kadar katý ve sývý partiküllerinin
Available: http://www.itwvortec.com. %99.9'unu ayrýþtýrabilmektedir [28]. Meech Air
Vortex Tubes for Spot Cooling. 1998. Technology tarafýndan üretilen paslanmaz çelik vorteks Online. Available: http://www.newmantools.com. 20
October 2005. tüpleri, -60ºC ila +110ºC sýcaklýklar üretebilmekte ve
“Ranque-Hilsch Vortex Tube”, Online. Available: sýcaklýklarý +/-0.6ºC'de tutabilmektedir [29]. Vorteks
http://sps.nus.edu.sg, 20 October 2005. tüpleri ticari olarak üreten firmalar bunlarla sýnýrlý deðildir.
“Operation of a vortex tube on Burada, sadece baþlýcalarýndan söz edilmiþtir. high pressure superheated steam”, Teploenergetika,
15(8):pp. 3135, 1968.
”Performance Characteristics of Energy Bu makale Atatürk Üniversitesi Araþtýrma Fonu
Separation in a Steam-Operated Vortex Tube”, tarafýndan desteklenen 2005/20 nolu “Vorteks Tüplerin International Journal of Engineering Science, 17:pp. Soðutma Tekniðinde Kullanýlmasý” ve TÜBÝTAK tarafýndan 735744, 1979.
Kaynakça
1. B. Ahlborn, J U Keller, R Staudt, G Treitz, and E Rebhen,
2. T. Coccerill, 3. N. Nabhani, 4. A.E. Özgür, 5. E x a i r V o r t e x T u b e s . 6. A. Azarov, 7. F r i g i d -X ™ 8. Vortec,
9. Newman Tools Inc.
10. K. Singh,
11. P.I. Starostin and M.S. Itkin,
12. H. Takahama, H Kawamura, S Kato, and H.
Teþekkür
54
Mühendis ve Makina Cilt : 47 Sayý: 553 Making”, Patent Instute of United States, Patent no: Journal of Mechanical Engineering Science, 13(6):pp.369375, 1971. 5,937,654, 1999.
International The Air Research Technology
“An Experimental Performance Evaluation of Vortex Tube”, C o m p a n y , O n l i n e . A v a i l a b l e : h t t p : / /
IE (I) Journal MC, Vol 84, 149-153, 2004. www.airtxinternational.com., 20 October 2005.
“Experimental Study of NATCO Group Head Office Houston, USA,
Two-Phase Propane Expanded Through the Ranque- Online. Available: http://www.natcogroup.com., 20
Hilsch tube”, Transactions of the ASME : Journal of Heat October 2005.
Meech Air Technology Online. Available: http://
Transfer, 101:pp. 300305, May 1979.
“Vorteks Tüpünde Akýþkan www.meechairtec.co.uk., 20 October 2005.
Transonix Corporation, 44 Stedman Street, Lowell, MA Olarak Kullanýlan Hava Ýle Oksijenin Soðutma Sýcaklýk
01851, (616)-453-7860, technical contact: Jaques Performanslarýnýn Deneysel Ýncelenmesi”, Teknoloji, Cilt 7,
Abrams. Sayý 3, 415-425, 2004.
Arizona Vortex Corporation. Online. Available: http://
“Experimental Study on a Simple Ranque Hilsch www.arizonavortex.com., 20 October 2005.
Vortex Tube”, Cryogenics 45, 173 183, 2005. Amazonvortex Corporation. Online. Available: http://
www.amazonvortex.com., 20 October 2005. “Pressure-Driven Ranque-Hilsch Temperature
Separation Ýn Liquids”, Transactions of the ASME : Journal of Fluids Engineering, 110:pp. 161164, June 1988.
Similarity Relation for Energy Separation in a Vortex Tube”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 27(6):pp. 911920, 1984.
“Applications of the Vortex Tube in Chemical Analysis”, Process Control and Quality, 3, 195 207, 1992.
“Mühendislik Yaklaþýmýyla Termodinamik”, Literatür Yayýncýlýk, ÝSTANBUL, 1996.
“Gas Separation in the RanqueHilsch Vortex Tube”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 7:pp. 11951206, 1964.
“A Vortex Contactor for Carbon Dioxide Separations”, Online. Available: http://www.netl.doe.gov, 20 October 2005.
“Vortex tube can increase liquid hydrocarbon recovery at plant inlet”, Oil and Gas Journal, 8, pp. 88-94, 1997.
“Vortex-Tube-Driven Thermo-Electricity”, Department of Chemical Principal and Vice Chancellor and Process Engineering UMIST University of Sheffield PO Box 88, 2005.
“Vortex Tubes for Snow
14. P.K. Singh, R.G. Tathgir, D. Gangacharyulu, G.S. Grewal, 27. AiRTX
15. R.L. Collins and R.B. Lovelace, 28. NATCO Group,
29. 16. H. Usta, K. Dinçer, V.Kýrmacý,
30.
C.M.Gao, K.J.Bosschaart, J.C.H.Zeegers, A.T.A.M.de 31. 17.
Waele,
32. 18. R.T. Balmer,
19. K. Stephan, S. Lin, M. Durst, F. Huang, and D. Seher, “A
20. T. Bruno,
21. A.Y. Çengel, M.A. Boles,
22. C.U. Linderstrom-Lang,
23. K.T. Raterman, M. McKellar, A. Podgorney, D. Stacey, T. Turner,
24. B. Hajdik, M. Lorey, J. Steinle, K. Thomas,
25. J.R. Tippetts, R.F. Boucher,
26. L. Tunkel, B. Krasovitski, R. Foster,
