Serpantin ısı değişimi yapılması gereken alanlarda tekli ya da grup halinde kullanılır. Isıtılan ya da soğutulan akışkanların duruma göre sıcak ya da soğuk yüzeyler ile temasın artırılmasında oldukça önemli bir konumda yer alır. Geniş bir kullanım alanına sahip olan serpantinler, genel olarak ısı akışının daha yaygın bir hale gelmesinde etkili olur.
Serpantin Nedir?
Serpantin, aslında Amerika’nın Kaliforniya Eyaleti’nde çok fazla çıkarılan minerallerden birdir. Oldukça koyu yeşilimsi bir görüntüye sahip olmasının yanında yağlı ve mumsu bir his meydana getirir. Pek çok kesim tarafından yılan kaya olarak adlandırılan serpantin Kaliforniya Eyaleti dışında Burma, Yeni Zelenda, Norveç, İtalya ve Kanada’da çıkarılan mineraller arasında yer alır.
Isı ve soğuğa karşı oldukça dayanıklı olan serpantin, ısı yalıtımı konusunda ise etkili sonuçlar ön plana çıkarır. Günümüzde ısı yalıtımı konusunda serpantin moleküllerinden yararlanıldığını söylemek doğru olur. Kolye ya da küpe gibi takılarda da çok sık kullanılan bu mineral, aynı zamanda endüstriyel sektörün de önemli ekipmanlarından biridir.
Serpantin endüstri sektöründe bir ya da iki ayrı alaşımın ve aynı zamanda en uygun direnç tellerinin bir araya gelmesi ile oluşturulur. Sarmal şekle sahip olan serpantin, iletken bir yapıdadır. Serpantinli rezistanslar hemen hemen pek çok sektörün bir parçası olmuş ve sahip olduğu özellikleri sayesinde son yıllarda giderek daha yaygın bir hale gelmiştir.
Serpantin Sistemi Üretiminde Kullanılan Boru Çeşitleri Nelerdir?
Serpantin çeşitleri, ısıtma ya da soğutma sistemlerinde var olan sistematik üzerine kurgulanır ve bu şekilde üretim altına alınır. Kıvrılma ya da bükülme hareketi ile yüzey üzerinde yaygın hale getiriline kanallarda dolaşan sıvı ya da gaz haldeki tüm akışkanlar, görevlerini sorunsuz bir şekilde yerine getirebilmeleri serpantin sistemi olarak adlandırılan bir düzenek sayesinde mümkün olur. Akışkan cinsine göre üretim sırasında tavsiye edilen boru çeşitleri birtakım yapısal özelliklere sahiptir ve bu borular aşağıdaki gibidir;
- Karbon Çelik borular
- Paslanmaz borular
- Bakır alaşımlı borular
- Bakır borular
Karbon Çelik Borular
Serpantin üretiminde kullanılan boru çeşitlerinden biri olan karbon çelik borular, sıcak su, kızgın su, buhar, kızgın yağ, fuel-oil ile çalışan sistemlerde ekonomik yapısı sebebiyle oldukça fazla tercih edilir. Ayrıca ısı değiştiricilerde kullanılan boru çeşitleri arasında en başta yer alır. Karbon çelik borular St.35.8, St45.8, 15Mo3, 13 CrMo44, 10CrMo9-10 gibi pek çok farklı çeşidi ile karşımıza çıkar.
Karbon çelik borular arasında ise en sık ve yaygın olarak kullanılan ise St.35.8 modelidir. Bunun yanında yapı çeliği olarak bilinen St37.2 çeşidi de oldukça fazla tercih edilir. Ayrıca St37.2 buhar, sıcak su ve kızgın su gibi akışkanlar ile birlikte 200° C sıcaklığa kadar tercih edilen borulardan biridir.
Diğer yandan sistemlerde kullanılan boruların daha uzun ömürlü ve dayanıklı olması içinse St35.8 borular kullanılması tavsiye edilir. Çünkü St35.8 tipi karbon çelik borular 400°C yükseklikte sıcaklığa dayanabilir ve bunun yanında kızgın yağ, sıcak ve kızgın su ya da buhar gibi akışkanlar ile birlikte sorunsuz bir şekilde kullanılabilir.
Paslanmaz Borular
Genel olarak ilaç sanayi gibi hijyenin en üst düzeyde olması gereken sektörlerde kullanılan paslanmaz borular, kimyasal akışkanlar nedeniyle korozyon oluşumu ihtimali olan sistemlerde tercih edilir. Serpantin üretiminde ise tercih edilen paslanmaz boru çeşitleri 304 ve 316 kalite paslanmaz borular olarak karşımıza çıkar.
Paslanmaz borular, L tipi (Low Carbon) ve H tipi (High Carbon) olacak şekilde kendi arasında ikiye ayrılır. L tipi borular düşük oranda karbon içerirken, H tipi borular ise yüksek oranda karbon içerir. Düşük karbonlu L tipi borular, korozyon oluşumunu önemli ölçüde düşürür. Ayrıca kaynak kısımlarında oluşması muhtemel korozyonların önüne L tipi paslanmaz borular ile geçilir.
H kalite paslanmaz borular ise genelde yüksek sıcaklıklar tercih edilir. Çünkü bu tip borularda oldukça yüksek oranda mukavemet gösterme özelliği vardır. Standart, H ya da L kalite paslanmaz borular çoğu zaman birbirleri yerine kullanılabilir. Ancak bu kullanım sırasında dikkat edilmesi gereken karbon içerikleri açısından birbirine denk olmaları gerekir. L tipi paslanmaz borular, standart kalite paslanmaz boruların yerine karbon içeriklerinin birbirini karşılaması koşulu ile kullanılması her zaman için mümkündür.
Diğer yandan L tipi paslanmaz borular 425° C sıcaklığa kadar, standart kalite paslanmaz borular ise 550° C sıcaklığa kadar mukavemet gösterme özelliğine sahiptir. Kullanım sırasında bu sıcaklıkların da göz önünde bulundurulmasında fayda vardır.
Bakır Alaşımlı Borular
Eğer sistemlerde yüksek ısı transferi ve bunun yanında yüksek basınç gerekmiyorsa, bu tür durumlarda bakır alaşımlı borular kullanılır. Ayrıca deniz suyu gibi akışkanların yer aldığı sistemlerde yüksek korozyon oluşmasına karşın da yine bakır alaşımlı borular tercih edilir.
Bu tip borularda korozyona karşı olan dayanıklılık boruların alaşım çeşidine göre değişiklik gösterebilir. Özel alaşımlı borularda ısı transferi azalsa dahi korozyona karşı oldukça yüksek oranda dayanıklılık gösterme özelliğine sahiptir. Serpantin üretiminde kullanılan bakır alaşımlı boru çeşitleri ise CuNi90/10 ve CuZn37 olarak karşımıza çıkar.
Bakır Borular
Bakır borular da aynı şekilde yüksek basınca ihtiyaç duyulmayan, ancak yüksek oranda ısı transferi gerektiren sistemlerde tercih edilir. Sıcak su ve kızgın su gibi akışkanların olduğu sistemlerde bakır borular rahatlıkla kullanılabilir. Ayrıca bu tip boruların korozif olmayan su, yağ ya da gaz gibi akışkanların yer aldığı sistemlerde de kullanıldıklarını söylemek doğru olur. Bakır boru çeşitlerinde en çok kullanılan ise C12200 kodlu borulardır.
Serpantin Kullanım Alanları
Isıtılan ya da soğutulan akışkanların yüzeyle olan temas alanının genişlemesinde oldukça önemli bir konumda yer alan serpantinler, aynı zamanda geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu yönü ile farklı sektörlerde serpantin çeşitlerinden herhangi biri ile karşılaşmak mümkündür. Serpantinlerin kullanım alanları ise aşağıdaki gibi karşımıza çıkar;
- Tekstil makineleri hava ısıtıcıları
- Kurutma makineleri hava ısıtıcıları
- Hava soğutucuları
- Klima santral hava ısıtıcıları
- Su soğutucuları
- Turbo şarj soğutucuları
- Yağ soğutucuları
- Gemi hava kulerleri
Serpantinlerin kullanım alanları genel olarak yukarıdaki gibi karşımıza çıkar. Sektöre uygun çözümler sunan serpantin modelleri, sahip olduğu özellikleri ile pek çok konuda avantaj sağlar ve aynı zamanda sektör ihtiyaçlarının karşılanmasına olanak sağlar.
Serpantinlerin Çeşitleri ve Sınıflandırılması
Serpantin çeşitleri kullanım amaçlarına göre farklı şekillerde imal edilir. Genel olarak bakıldığında serpantinler aşağıdaki gibi karşımıza çıkar;
- Kendinden Kanatlı Serpantin
- Kroçilli Boru
- Oval Borulu Serpantin
- Pul Dizme Serpantin
- Spiral Kanatlı Serpantin
- Turbofin
Ancak serpantinlerin her birinin farklı sistemler içerisine entegre edilerek kullanıldığı düşünülürse sistem ihtiyaçlarına göre bir sınıflandırma yapmak daha doğru olur. Serpantinleri kanat ve boru şeklinde sınıflandırılmaları aşağıdaki gibidir;
- Spiral kanatlı serpantin modelleri
- Kendinden kanatlı (ovalamalı) serpantin modelleri
- Pul dizme serpantin modelleri
Spiral Kanatlı Serpantin Modelleri
Günümüzde farklı alanlarda ve amaçlarda kullanılan serpantinler üretilmektedir. Her biri kendine has özelliklere sahip olan serpantinlerin, spiral kanatlı modelleri de 4 farklı gruba ayrılır. İmalat yöntemlerine göre farklılıklar gösteren spiral kanatlı serpantinler;
- Standart punta kaynaklı
- Sürekli kaynaklı
- Yüksek frekans kaynaklı
- G finli ve L finli
olacak şekilde imal edilir. Sistem ihtiyaçlarına göre bu modellerinde kullanım alanları farklılık gösterebilir. Şimdi, sırayla spiral kanatlı serpantinlerin özelliklerine daha yakından bakalım.
Standart Punta Kaynaklı Serpantinler
Standart punta kaynaklı serpantinlerin imalatı sırasında kullanılan boru malzemesi paslanmaz çelik, karbon çelik, bakır ve bakır alaşımlardır. Ayrıca müşterilerden alınan talepler doğrultusunda karbon-çelik boru-DKP kanatlı serpantin modellerinde elektro galvaniz ya da sıcak daldırma galvaniz yöntemi ile kaplama yapılması mümkündür. Diğer bakır ve bakır alaşımlı borular ile imal edilen serpantin modellerinde ise çoğu zaman için lehim ya da kalay kaplama yapılır. Serpantinlerde yapılan kaplama yöntemi sayesinde ısı transferi ciddi ölçüde artar ve bunun tam aksine oksitlenme hızı ise azalır.
Sürekli Kaynaklı Serpantinler
Sürekli kaynaklı serpantinlerin imalatında kanat ve borunun birbirine tam olarak temas etmesi amacıyla MIG kaynak yönteminden yararlanılır. MIG kaynak yöntemi uygulanması içinse kanat kalınlığının en az 1 mm olması önem arz eder. Kaynakla birleştirilen sürekli serpantinler, bu özellikleri ile punta kaynaklı serpantin çeşitlerine göre daha dayanıklı bir yapıya sahiptir.
Yüksek Frekans Kaynaklı Serpantinler
Yüksek frekans kaynaklı serpantinlerde kaynak uygulaması için kanatların 0,8 mm’den daha düşük bir kalınlıkta olmaması öncelikli şartlardan biridir. Ayrıca kanat kalınlıklarının bu seviyede olması bu tür serpantin modellerinin yüksek ısıya karşı daha dayanıklı olmalarını sağlar.
Diğer yandan yüksek frekans kaynaklı serpantin modelleri, spiral kanatlı serpantin çeşitleri arasında en özel ürünler arasında yer alır. Bu serpantin modellerine imalat sırasında hem kanada hem de boruya yüksek frekanslı elektrik enerjisi ile uygulama yapılır. Bu şekilde kanat ve boru arasında ergime ve mutlak nüfuz gerçekleşmiş olur.
Yapılan bu işlemlerin ardından serpantinlerde hem mekanik dayanım hem de ısı transferi önemli ölçüde artar. Ayrıca çok yüksek sıcaklıklarda dahi boru kanat formu hiçbir şekilde bozulmadan ya da deforme olmadan görevini yerine getirir.
G ve L Finli Serpantinler
G finli olan serpantinlerde fin, mekanik bir şekilde borunun hemen üzerinde meydana getirilen bir yiv içerisine gömülür ve sarılır. Ayrıca G finli serpantinler, CrMo çelik, paslanmaz çelik, karbon-çelik, bakır ve bakır alaşımlı borular ve bakır-alüminyum finler kullanılarak üretilir. Bu sayede çalışma sıcaklıkları maksimum seviyede 400o dereceye kadar çıkabilir.
L finli serpantin modellerinde ise borular üzerine L formunda finler sarılarak üretilir. Bunun yanında L finli serpantinler tüm boru çeşitleri ile imal edilebilir ve bu tip serpantinlerde fil malzemesi bakır ve alüminyum olarak karşımıza çıkar. Ayrıca L finli serpantinler 150o derece sıcaklığa kadar dayanıklıdır.
Kendinden Kanatlı (Ovalamalı) Serpantin Modelleri
Kendinden kanatlı serpantin modellerinde kanatlar, extrüzyon yöntemi ile borulardan oluşturulur. Üretim sırasında boru ve kanatlar arasında hiçbir şekilde boşluk bırakılmaz ve bu şekilde ısı transferi en yüksek düzeye çıkar. Ayrıca kendinden kanatlı serpantinler kendi içerisinde;
- Tek borulu
- Çift borulu
- Turbofin borular
- Kroçili ve yivli borular
ile üretilmeleri nedeniyle 4 farklı grupta incelenir. Tek borudan oluşan serpantin modellerin üretimi sırasında bakır ve alüminyum şeklinde yumuşak yapıdaki borular kullanılır. Çift borudan oluşan serpantinlerde ise pirinç ve bafon gibi boruların dış kısmına alüminyum ya da bakır borular geçirilerek üretim yapılır. Ayrıca üretim sırasında kullanılan extrüzyon yöntemi uygulanması nedeniyle kanatlar tamamen dıştaki borulardan meydana gelir.
Kendinden kanatlı serpantinlerin bir diğer çeşidi olan ve turbofin borulardan oluşturulan serpantinler de genel olarak atık baca gazı ekonomizerlerinde kullanılmak amacıyla tasarlanır. Ayrıca bu tür serpantinlerde kendinden türbülatörlü ve kanatlı alüminyum çekme borular olduğunu da söylemek doğru olur.
Kroçilli ve yivli borulardan meydana getirilen kendinden kanatlı serpantinlere baktığımızda ise kroçilli borulardaki yüzey şekillerinin akışkanların türbülansını artıracak bir tasarımda olduğu karşımıza çıkar. Borular üzerinde sarmal bir yiv açılır ve üretim bu şekilde gerçekleştirilir. Bu serpantin modelleri genel olarak iklimlendirme veya soğutma gibi ısı değiştiricilerinde tercih edilir. Bunların yanı sıra yivli boruların dış temas yüzeyleri normal borular ile karşılaştırıldığında 2 ya da 3 kat gibi bir fark ön plana çıkar.
Pul Dizme Serpantin Modelleri
Pul dizme serpantinlerde kanat birleştirme çeşitli kalıplar, boru ve kanat cinsine göre belirlenir. Bu serpantinlerde içten şişirme yöntemi yerine genelde daldırma lehim ya da daldırma galvaniz yöntemi kullanılır. Borulara pulların dizilmesinin ardından karbon- çelik borulu bu serpantinlerde içten şişirme yönteminin tam aksine daldırma galvaniz kullanılırken bakır ve alaşımlı borularda da daldırma lehim yöntemi tercih edilir.
Yapılan bu işlemler sonucunda boru ve kanat arasında tam temas sağlanır ve bunun yanında ısı transferi de en üst düzeye çıkarılır. Bunların yanı sıra pul dizme serpantin çeşitlerinde oksitlenme hızı tamamen azaltılır ve aynı zamanda ürünün kullanım ömrü önemli ölçüde uzar. Diğer yandan pul dizme serpantin modelleri tek, çift ya da üç borulu şekilde üretilebilmektedir.