Boru Isı Kaybı Hesaplama (Yalıtımlı ve Yalıtımsız)

Boru ısı kaybı nasıl hesaplanır?

Sıcak akışkan taşıyan bir boru, çevresine sürekli ısı verir. Isı önce boru cidarından, varsa yalıtımdan iletimle geçer, sonra dış yüzeyden taşınım ve ışınımla havaya ulaşır. Her adım bir ısıl direnç gibi davranır ve dirençler toplanır:

q_L = (t_akışkan − t_ortam) / R

Silindirik bir katmanın birim boy direnci ln(D_dış / D_iç) / (2π × λ), dış yüzeyin direnci 1 / (h × π × D_dış) olur. Sonuç metre başına watt çıkar. Boyla çarpınca toplam kayıp, çalışma süresiyle çarpınca yıllık enerji bulunur.

Örnek

Dış çapı 60.3 mm olan yalıtımsız çelik boru 80 °C su taşıyor, ortam 20 °C, dış ısı taşınım katsayısı 10 W/(m²·K). Dış yüzey direnci 1 / (10 × π × 0.0603) = 0.528 m·K/W, kayıp 60 / 0.528 = 114 W/m olur. On metre boru yılda yaklaşık 9950 kWh ısı kaybeder.

Aynı boruya 30 mm kalınlığında, ısı iletkenliği 0.04 W/(m·K) olan yalıtım sarılırsa yalıtımın direnci 2.75 m·K/W eklenir. Kayıp 20 W/m düzeyine iner: yüzde 82 azalma. Dış yüzey sıcaklığı da 80 °C dolayından 25 °C dolayına düşer.

Dış ısı taşınım katsayısı

Hesabın en belirsiz girdisi dış yüzeydeki katsayıdır. Yalıtımsız boruda sonucu doğrudan belirler, iyi yalıtılmış boruda etkisi küçülür. Değerini bilmiyorsanız araç, durgun havadaki yatay boru için doğal taşınımı Churchill ve Chu bağıntısıyla, ışınımı Stefan-Boltzmann kanunuyla hesaplar. Parlak alüminyum kaplamada ışınım çok azalır, bu yüzden yayma katsayısı sonucu belirgin biçimde değiştirir.

Kritik yalıtım yarıçapı

Yalıtım eklemek iki şeyi birden yapar: iletim direncini artırır, ama dış yüzeyi de büyütür. Çok küçük çaplı boru ve kablolarda ikinci etki baskın gelebilir ve ince yalıtım kaybı artırır. Sınır değer r_kr = λ_yalıtım / h_dış bağıntısıyla bulunur. Tesisat borularında bu yarıçap çoğu zaman birkaç milimetredir, yani pratikte yalıtım her zaman kazandırır.

Sınırlar

Bu bir ön hesaptır. Vana ve flanş kayıpları, yalıtımın sıcaklığa bağlı iletkenliği, nem, rüzgâr ve toprak altı borular kapsam dışıdır. Soğuk hatlarda ısı kazancının yanında dış yüzeyde yoğuşma da denetlenmelidir.