Ders 1 · Bölüm 1: Isı, sıcaklık ve basınç

Bir fincan sıcak çayı masaya koyun. Bir saat sonra ılık olur. Çay nereye gitti? Hiçbir yere; ısısı odaya gitti. Bu dersin bütün konusu bu: ısı nedir, nasıl ölçülür, nereye gider ve basınçla ne ilgisi var. Sayıları ders notlarındaki gibi bıraktım; birimler çoğunlukla İngiliz birimleri (°F, Btu, psi), çünkü sahadaki pek çok cihaz ve tablo hâlâ onlarla konuşur.

Isı nedir?

Her madde, gözle göremediğimiz minicik taneciklerden (moleküllerden) yapılmıştır ve bu tanecikler durmadan titrer. Isı, işte bu titreşimin enerjisidir. Bir madde ısı aldıkça tanecikleri daha hızlı oynar; ısı verdikçe yavaşlar.

"Hava çok soğuk" deriz ama soğuk diye ayrı bir şey yoktur. Soğuk, ısının az olmasıdır; karanlığın ışığın yokluğu olması gibi. Gazoza buz attığınızda buz gazozu soğutmaz; gazoz buza ısı verir, buz erir, gazozun ısısı azalır. Isı her zaman sıcaktan soğuğa akar, asla tersi değil.

Taneciklerin hiç oynamadığı noktaya mutlak sıfır denir: −460 °F, yani −273 °C. Ondan daha soğuk bir şey yoktur. Sahada göreceğiniz her sıcaklık bu noktanın üzerindedir.

Sıcaklık ölçekleri

Sıcaklık, ısının ne kadar "yoğun" olduğunu ölçer; termometre bunu gösterir. Dört ölçek vardır. Celsius'ta su 0'da donar, 100'de kaynar. Fahrenheit'ta 32'de donar, 212'de kaynar. Kelvin ve Rankine ise sıfırı mutlak sıfıra koyar: Kelvin = °C + 273, Rankine = °F + 460.

Dönüşüm formülü basit: °F = (1,8 × °C) + 32. Örnek: 20 °C bir oda, (1,8 × 20) + 32 = 36 + 32 = 68 °F eder. Tersi için 32 çıkarıp 1,8'e bölersiniz. Bu formülü ezberlemeyin; bir kez elle hesaplayın, kalır.

Isı üç yolla yürür

İletim: Isı, birbirine değen taneciklerden geçer. Demir çubuğun bir ucunu ateşe tutun; ısı molekülden moleküle ilerleyip öbür uca ulaşır. Soğuk bir sabah arabanın kaportası ahşap çitten daha soğuk gelir; ikisi de aynı sıcaklıktadır ama metal, elinizdeki ısıyı çok daha hızlı çeker.

Konveksiyon (taşınım): Isı, hava ya da su gibi akan bir maddeyle taşınır. Isınan hava genişler, hafifler ve yükselir; soğuk hava aşağı çöker. Süpürgelik ısıtıcısı altındaki soğuk havayı çeker, ısıtıp yukarı yollar; odada kendiliğinden bir dolaşım başlar. Fırının fanı sıcak havayı kanallardan odalara üflüyorsa bu zorlanmış konveksiyondur.

Radyasyon (ışınım): Isı, arada hiçbir madde olmadan ışın halinde gider; boşlukta bile. Güneş 93 milyon mil öteden bizi böyle ısıtır. Kırmızı kırmızı parlayan elektrikli ısıtıcının karşısına oturduğunuzda yüzünüzü ısıtan da budur; aradaki hava ısınmadan siz ısınırsınız.

Duyulur ısı ve gizli ısı

Isıyı ölçmek için bir birim gerekir: 1 Btu, 1 libre (lb) suyun sıcaklığını 1 °F yükseltmek için gereken ısıdır; mesela 68 °F'tan 69 °F'a. Termometrede gördüğünüz değişime yol açan ısıya duyulur ısı denir: duyarsınız, ölçersiniz.

Ama bazen ısı verirsiniz, termometre kıpırdamaz. 1 libre buzu izleyelim. 0 °F'taki buzu 32 °F'a getirmek 16 Btu ister (buz için derece başına 0,5 Btu). Sonra 32 °F'taki buzu 32 °F suya çevirmek 144 Btu ister ve bu sırada sıcaklık hiç değişmez; işte bu gizli ısıdır, hal değiştirmeye harcanır. Suyu 32'den 212 °F'a ısıtmak 180 Btu duyulur ısı. 212 °F suyu 212 °F buhara çevirmek ise 970 Btu gizli ısı; suyu kaynatmaktan çok daha pahalı.

Soğutma makinesinin numarası tam buradadır: soğutucu akışkan, evaporatörde sıvıdan gaza geçerken ortamdan gizli ısı çeker; kondenserde gazdan sıvıya dönerken o ısıyı dışarıya bırakır. Hal değişimi olmasa klima bu kadar iş yapamazdı.

Özgül ısı: her madde aynı hızda ısınmaz

Özgül ısı, 1 lb maddeyi 1 °F ısıtmak için gereken Btu miktarıdır. Ders notlarındaki tablodan birkaç değer: su 1,00; buz ve buhar 0,50; hava 0,24; çelik 0,116; bakır 0,092 Btu/lb/°F. Su en zor ısınan ve en zor soğuyanlardandır; bu yüzden ısı taşımak için su kullanırız.

Hesap her zaman aynı: Isı = ağırlık × özgül ısı × sıcaklık farkı. Örnek: dışarıda 0 °F'ta duran çeliği saatte 1000 lb hızla 70 °F'a ısıtmak gerekiyor. 1000 × 0,116 × 70 = 8120 Btu/h. Bir fırının, bir ısıtıcının kapasitesi böyle seçilir.

Basınç

Üzerimizdeki hava tabakasının ağırlığı var. Deniz seviyesinde bu ağırlık 29,92 inç cıva sütununa, yani 14,696 psia'ya eşittir; buna atmosfer basıncı denir ve suyu 212 °F'ta kaynatan şey de bu basınçtır. Barometre atmosferin basıncını ölçer.

Sahadaki manometreler ise atmosferi sıfır sayar; gösterdikleri değere psig (gösterge basıncı) denir. Gerçek, mutlak basınç (psia) için üstüne kabaca 15 psi eklersiniz: 50 psig okuyan gösterge 65 psia demektir. Bu farkı karıştıran teknisyen P-T tablosunu yanlış okur.

Basıncın ne olduğunu hissetmek için: 1 ft³ su 62,4 lb gelir. Bu suyu 144 in² tabana koyarsanız tabana 62,4 / 144 = 0,433 psi basınç yapar. Yani basınç, bir alana binen kuvvettir; alan küçülürse basınç büyür.

Sahada neden önemli?

Arıza bulmak: Bir cihazın basınç ve sıcaklıklarını okuyunca sistemin nerede tıkandığını anlarsınız; bu dersi bilmeyen, göstergeye bakar ama görmez.

Doğru cihaz seçmek: Bir evin ya da fabrikanın Btu/h cinsinden ısıtma-soğutma ihtiyacı özgül ısı ve ısı yükü hesabıyla bulunur. Büyük seçersiniz israf, küçük seçersiniz şikâyet.

Güvenli çalışmak: Basınçlı tüpler, kaynar akışkanlar, donma sıcaklığındaki borular. Basınç ve sıcaklığın ne yaptığını bilen teknisyen eldiveni ve gözlüğü neden taktığını da bilir.

Ek malzeme: sohbet, test

Bu bölümün özeti tek sayfada: aşağıdaki infografikte ısı merdiveni, özgül ısı tablosu ve basınç formülleri var. İsterseniz yazdırıp atölyeye asın.

Mini test

1) 1 lb suyun sıcaklığını 1 °F artıran ısıya ne denir? — 1 Btu. 2) Mutlak sıfır kaç derecedir? — −460 °F, −273 °C. 3) Sıcaklığı değiştirmeden hal değiştiren ısıya ne denir? — Gizli ısı. 4) Göstergede 50 psig okuyorsanız mutlak basınç kaçtır? — 65 psia. 5) 1 lb buzu 32 °F suya çevirmek kaç Btu ister? — 144 Btu.

Bir sonraki bölüm: Madde ve enerji. Yoğunluk, gaz kanunları, iş ve güç; beygir gücünün neden 746 Watt olduğu.

Ders notu: Bu bölüm, HVACR Dersleri dizisinin 1. dersinin 1. bölümüdür. İçerik, temel HVAC/R ders notlarından ve üretici eğitim föylerinden derlenmiştir; sayılar oradaki gibi bırakılmış, saha yorumları bana aittir.