MEKANİK TESİSATLARDA KRİTİK YALITIM KALINLIĞININ HESAPLANMASI

YALITIMDAKİ AMAÇ

Isı yalıtımının birinci amacı “Emniyet ve güvenli çalışma” dır. Mühendislerin ilk olarak göz önüne almaları gereken, insan sağlığını korumak için yapılması gereken ısı yalıtımı uygulamalarıdır. Aşırı sıcak ve soğuk yüzey sıcaklıkları insan sağlığı için zararlıdır. Yapılan her tasarımdan sonra yüzey sıcaklığı hesaplanıp güvenli olduğu ve standartlarda verilen değerlere uygunluğu kontrol edilmelidir. Örneğin, mekanik tesisat uygulama yönetmenliklerinde, (Mechanical Technical Spesification) dış yüzey sıcaklığı metal olmayan yüzeylerde 65°C, metal yüzeylerde 55°C, soğuk yüzeylerde en düşük sınır -10°C olarak verilmektedir.

İstenmeyen terleme, yoğuşma ve donmanın önlenmesi, uygun ısı yalıtımının yapılması ile mümkün olmaktadır. Yüzey sıcaklığı, ortam havasının çiğ noktası sıcaklığının altına düştüğünde yüzeyde havanın içindeki su buharı yoğuşur veya terleme meydana gelir. Tesisatlar da boru ve havalandırma kanal yüzey sıcaklıklarının terleme kontrolü yapılmalı, yalıtım kalınlığı seçiminde terleme göz önüne alınmalıdır. Buhar hatlarında ise yoğuşma çok önemlidir. Yoğuşan buhar miktarı hesaplanmalı, basınç darbesi oluşmaması için uygun çapta bir boru ile sistemden dışarı alınmalıdır. Yoğuşma miktarı, ısı kaybına dolayısıyla boru yalıtımına bağlıdır.

Su tesisatında sıcaklığın donma noktasının altına düşmemesi için gerekli önlemler alınmalıdır. Özellikle ısıtılmayan ve sıcaklığı donma noktası altına düşebilen hacimlerde bu duruma dikkat edilmelidir. Antifriz kullanarak donma olayının önlenmesi tesisatta genellikle önerilmez. Antifrizin pahalı ve korozyona neden olması, pompa yükünü artırması, suyun ısıl kapasitesini düşürmesi gibi sakıncaları nedeniyle antifiriz kullanımı uygun değildir. Suyun boşaltılamadığı durumlarda, pompanın sürekli çalıştırılması veya elektrikle ısıtma ekonomik olmayan çözümlerdir. Diğer bir çözüm donmayı mümkün olduğu kadar geciktirecek şekilde yalıtım yapmaktır. Donmaya karşı yapılacak yalıtımda, su buharı geçişi göz önüne alınmalı ve yalıtım malzemesinin dış yüzü su buharı geçirmeyen bir malzeme ile kaplanmalıdır.  

Tesisatlar da sıcaklık düşmesinin kontrolü, ısı yalıtımı yapılması nedenlerinden biridir. Boru, kanal ve tanklardaki akışkanın sıcaklık düşümünün hesabı ve istenilen şartlarda kullanımının sağlanması tasarım için gereklidir. Örneğin, kızgın sulu bölgesel ısıtma uygulamalarında, kazan dairesinden çıkan suyun, binalara kaç derecede girdiği, galeride veya boru köprüsündeki sıcaklık düşümünün bilinmesi gerekir. Doymuş buhar halinde ise sıcaklık düşmesinin olmayacağı, buhar sıcaklığının sabit kalacağı ancak ısı kaybı nedeniyle yoğuşma meydana geleceği unutulmamalıdır. Yine benzer olarak, iklimlendirme santralinde, santralden çıkan havanın odaya girene kadar, kaç derecelik sıcaklık değişiminin olduğu hesaplanmalıdır. Sabit tank örnekleri sanayide çoktur. En çok karşılaşılan uygulamalardan biri fuel-oil tanklarıdır. Fuel-oil yakıt tanklarında yakıt belli derecede akışkan halde bulundurulur. Yakıtı istenilen sıcaklıkta tutmak veya akıcılığını sağlamak için tanktaki sıcaklık düşümü hesabına ihtiyaç vardır. Ayrıca yalıtım malzemelerinin, yangına dayanıklılığı, malzemelerin alev almasının geciktirilmesi önemlidir

Sonuç olarak, yalıtımın diğer etkileri göz önünde bulundurularak belirlenecek ekonomik boru yalıtım kalınlığı enerjinin en iyi kullanımı ve çevre kirliliğinin önlenmesi açısından gereklidir.

 AKIŞKAN TAŞIYAN BORULARDA ISI KAYBI VE MALİYETİ   

Sıcak su taşıyan borularda akışkanın özellikleri ve boruyu çevreleyen havanın özellikleri ile ilgili ve parametreler Ģekil 3.4‟de gösterilmiştir. Burada Ts suyun giriş sıcaklığını, Te suyun çıkış sıcaklığını, Ti suyun boru içindeki sıcaklığını göstermektedir. Hi suyun ısı taşınım katsayısını ve V suyun boru içindeki akış hızını, To boruyu çevreleyen havanın sıcaklığı, h0 havanın ısı taşınım katsayısını, Q suyun ısı kaybını ve L boru boyunu ifade etmektedir.

Boru parçası ve çeşitli parametreleri

Isı kaybı hesabı yapabilmemiz için aşağıdaki işlemleri sırasıyla yapmamız gerekir.

Boru İçindeki Isı Taşınım Katsayısının Hesaplanması

Boru içindeki taşınım katsayısı aşağıdaki şekilde hesaplanır.

Çıkış Sıcaklığı Hesabı

Boru dışındaki taşınım katsayısının hesaplanması için cidar sıcaklığının bilinmesi gerekmektedir. Cidar sıcaklığını bulabilmek içinse öncelikle suyun borudan çıkış sıcaklığı Te hesaplanmalıdır.

            Yalıtımlı boru

Cidar Sıcaklığı Hesabı

Cidar sıcaklığı hesabı için öncelikle (Çengel 2003);

Cidar sıcaklığının hesabındaki diğer aşama ise ara sıcaklıklarının hesabıdır. Borunun merkezindeki sıcaklıktan başlanmak üzere adım adım cidar sıcaklığı hesabına gidilir (Çengel 2003).

Toplam Isı Transfer Katsayısının Hesaplanması

Yalıtımlı borularda ısı kaybının hesaplanabilmesi için ısı transfer katsayısının bilinmesi gerekir (Bhatia 2011).

Boru Dışındaki Isı Taşınım Katsayısının Hesaplanması

Laminer akışlarda DIN ISO12241 VD1 2055 standartlarına göre borlar bina içindeyse ve yatay ise ısı taşınım katsayısı (Erdem 2009);

Türbülanslı akışlarda DIN ISO12241 VD1 2055 standartlarına göre borular bina içindeyse ve yatay ise ısı taşınım katsayısı (Erdem 2009);

Isı Kaybı Hesabı

Yalıtımlı borularda ısı kaybının (Q) hesaplanabilmesi için aşağıdaki eşitlik kullanılmalıdır (Çengel 2003).

Isı Kaybından Dolayı Oluşan Maliyet Hesabı

PARAMETRE ANALİZİ

Yalıtım maliyetinin boru çapına göre değişimi

    Yalıtım kalınlığına göre ısı kaybı maliyeti ve yalıtım malzemesi maliyetinin değişimi

         Farklı giriş sıcaklıkları için optimum yalıtım kalınlığı değişimi