Pano Boyutlandırma ve Isınma

Konu Anlatımı

Pano Boyutlandırma ve Isınma

Pano boyutlandırma, pano içine yerleştirilecek cihazların montaj alanını, ray genişliğini ve kablo kanalı payını belirleme işidir. Isınma hesabı ise cihazların kayıp gücünün panonun yüzeyinden ne kadar sıcaklık artışı yaratacağını bulmayı amaçlar. İki konu birbirine bağlıdır: yetersiz boyutlu pano hem montajı zorlaştırır hem de içerideki sıcaklığı tehlikeli seviyelere çıkarır.

Bu derste ne öğreneceğiz?

Bu derste modül ve ray genişliğini, pano yüzey alanını, cihazların kayıp gücünden iç sıcaklık artışını, gerekli havalandırma debisini ve doluluk oranının nasıl kontrol edileceğini öğreneceğiz.

Ön bilgi

Güç ve enerji kavramları, watt ve kilowatt birimleri ile sıcaklık farkının kelvin cinsinden de ifade edilebildiği bilinmelidir. 1 K'lik bir sıcaklık farkı 1 °C'lik farka eşittir. Modül kavramı, DIN raylı cihazların genişlik birimidir.

Pano içindeki cihazlar kendi üzerlerinde de ısı üretir. Her cihazın katalog kaybı, panoda ısıya dönüşen kısmı üzerinden hesaba katılır.

Modül ve Ray Genişliği

DIN rayına takılan cihazlar modül olarak ölçülür; bir modül 17,5 mm'dir. Bir sigorta yuvası 1 modül, üç kutuplu bir kontaktör ise birkaç modül yer kaplar. Ray genişliği, kullanılan modüllerin toplamına göre hesaplanır. Yeni cihaz eklenebilmesi için yüzde yirmi ile otuz arasında boş alan bırakmak yaygın bir tasarım tercihidir.

Pano Yüzey Alanı

Isı, panonun dış yüzeyinden ortama geçer. Bu nedenle hacim değil, yüzey alanı ısı atımını belirler. Dikdörtgen prizma biçimindeki bir kutunun yüzey alanı, üç kenar çarpımının toplamının iki katıdır. Duvara monte edilen panonun arka yüzü ısıyı ortama veremez; hesapta bu yüzey hariç tutulabilir veya azaltılmış değerle alınır.

Kayıp Güç ve Sıcaklık Artışı

Pano içindeki tüm cihazların kayıp güçleri toplanır. Basit bir ön hesapta sıcaklık artışı, kayıp gücün yüzey alanı ve ısı geçiş katsayısının çarpımına bölünmesiyle bulunur. Sac pano için ön hesapta kullanılan yaklaşık katsayı 5,5 W/(m²·K) alınır. İç sıcaklık, ortam sıcaklığına bu artışın eklenmesiyle elde edilir.

Havalandırma ve Fan Seçimi

Doğal soğutma yetmediğinde fan veya filtreli havalandırma gerekir. Gerekli hava debisi, kayıp gücün hava yoğunluğu, özgül ısı ve izin verilen sıcaklık artışı ile birlikte hesaplanır. Fan seçiminde hava debisi kadar filtre tıkanması da dikkate alınır; tıkanmış filtre debiyi düşürür ve panoyu beklenenden daha sıcak yapar.

Doluluk Oranı ve Montaj Düzeni

Doluluk oranı, kullanılan modül sayısının toplam modül sayısına oranıdır. Oran çok yüksek olduğunda kablo kanalı ve bağlantı için yer kalmaz, ısı akışı da engellenir. Kontaktör ve güç devresi üst kısımda, kontrol devresi alt kısımda yer alacak biçimde düzenlenirse bakım kolaylaşır ve ısınan elemanlar birbirine ısı vermez.

Basit örnek

Panoya 18 modül genişliğinde cihaz yerleştirilecekse ray genişliği 18 × 17,5 mm = 315 mm olur. Bu hesap yalnız cihaz genişliklerini toplar; kablo kanalı ve kenar payı ayrıca eklenmelidir.

İleri örnek

Pano 0,6 m × 0,8 m × 0,4 m boyutlarında ve içindeki cihazların toplam kayıp gücü 200 W'tır. Yüzey alanı 2,08 m² bulunur. Sıcaklık artışı 200 / (5,5 × 2,08) = 17,5 K olur. Ortam 30 °C ise iç sıcaklık yaklaşık 47,5 °C'dir. Tasarım kriteri 50 °C ise sınır sağlanır, ancak kenar payı azdır ve yaz koşullarında ek önlem düşünülmelidir.

Adım adım çözülmüş örnek

Aynı panoda 10 K sıcaklık artışına izin verilirse gerekli hava debisi hesaplanır. Adım 1 olarak kayıp güç 0,2 kW alınır. Adım 2 olarak hava yoğunluğu 1,2 kg/m³ ve özgül ısı 1,005 kJ/(kg·K) formüle yerleştirilir. Adım 3 olarak Q = 0,2 / (1,2 × 1,005 × 10) = 0,0166 m³/s bulunur. Saatlik debi 0,0166 × 3600 = 59,8 m³/h olur; bu değere göre fan seçilir.

Kavram karşılaştırma tablosu

Sık Yapılan Hatalar

• Kayıp gücü watt yerine kilowatt olarak girmeden formüle koymak. Doğrusu, birimler kW ile kJ/(kg·K) uyumlu olacak biçimde çevrilir.
• Pano hacmini yüzey alanı yerine kullanmak. Doğrusu, ısı atımı dış yüzey alanına bağlıdır.
• Doluluk oranını yüzde olarak değil, kullanılan modül sayısı olarak yorumlamak.
• Fan debisini hesapladıktan sonra filtre tıkanmasını dikkate almamak.

Özet

Pano boyutlandırmada önce modül toplamından ray genişliği, sonra dış yüzey alanından ısınma hesabı yapılır. Kayıp güç ve yüzey alanı ile sıcaklık artışı, bu artış ile ortam sıcaklığının toplamı ile iç sıcaklık bulunur. Doğal soğutma yetmediğinde gerekli hava debisi hesaplanarak fan seçilir. Doluluk oranı ve sıcaklık sonuçları tasarım ölçütleriyle birlikte yorumlanır.

Kendini dene

Aşağıdaki soruları çözerken önce formülü yazın, sonra birimleri kontrol ederek değerleri yerine koyun. Sıcaklık sonucunu tasarım ölçütüyle karşılaştırın. Açık uçlu görevlerde hesap, yorum ve sunum ayrı puanlanır.