Isı Transferi Nedir, Isı Kaybı Nasıl Hesaplanır?


Isı transferi hesabında bir temel ilkeye uyulur. O da şudur, enerji yoktan var edilemez ve varken de yok edilemez. Yani enerji sadece form değiştirir. Potansiyel enerji kinetik enerjiye, kinetik enerji ısı enerjisine hareket enerjisi elektrik enerjisine çevrilir. Fren yapan bir araç, kinetik enerjisini fren disklerinde sürtünme enerjisine –ısı enerjisine çevirir. Rüzgar türbinleri de kinetik enerjilerini mekanik enerjiye çevirirler. Termodinamik bilimi esasında ısı enerjisinin, form değiştirmesi çalışmalarını matematiksel olarak inceler. Hesaplar yapar. Bir odadaki sıcak havanın dışarıya sızması ısı transferi konusudur. Hava fiziksel bir kanun çerçevesinde sıcaktan soğuğa doğru akar. Termodinamik yasalara göre, iki ortam arasında bir sıcaklık farkı varsa, geçiş olur ve her iki ortamda sıcaklık dengeleninceye kadar geçiş devam eder. Birçok uygulamada ısı geçişi görülmektedir. Mesela klimalar, kalorifer petekleri, kazanlar ve yoğuşturucular ısı geçişi yapan makinelerdir.

Isı Geçişi Nasıl Olur?
Isı geçişi ya iletimle ya taşınımla ya da ışınımla olur. Fourirer yasasına göre sıcaklık farkı olan iki ortam arasında birim zamanda ve birim alandan ısı geçişi olur. Bu bağıntı da şöyle hesaplanır. Q= -k.A. dT/dX yani burada k: ısı iletim katsayısını ifade eder. A ısı geçen birim alanı ifade eder. Birimi de metrekaredir. dT sıcaklık farkıdır. dX ise ısı geçişinin olduğu plaka- duvar kalınlığıdır. Bulunan sonuç Watt cinsinden ifade edilir. Isı iletim katsayısı malzeme cinsine ve sıcaklığına bağlıdır ve bir sabit olarak ele alınır. Havanın ısı geçirgenli katsayısı 0,026 W/ mK iken, cam elyafın 0,043 W/mK değerdedir. Tuğla için bu değer 0,72 W/mK değerdedir. Isı geçişinin olmasını istediğimiz sistemlerde mesela kombi plaka eşanjöründe, k değerinin büyük olmasını isteriz. Böylece W birimi ile ısı geçişi fazla olur. Bu plakada sıcak suyun etraftaki soğuk suyu ısıtmasını isteriz. Bu nedenle k değeri büyük olan malzeme seçilir. Ama bina izolasyon sistemlerinde k değerini en küçük seçeriz ki ısı geçişi az olsun. Formülde de görüldüğü gibi, ısı geçişi ile k doğru orantılıdır. Demek ki kombi ve ısı değiştirici sistemlerde bakır kullanmamızın nedeni k değerinin 482 W/mK olmasıdır. Isı geçişi arttırılmak istenir. Bilgisayar ana kartlarındaki soğutucu ünitelerde de işlemci ısısının hemen yansıtılması ve havaya verilmesi istenir, bu yüzden k değeri yüksek metaller seçilir. Hatta yüzey alanı ile de doğru orantılı olduğu için kıvrımlı yüzey alanları seçilir ki birim alanda geçen sıcak hava daha hızlı dağıtılmış olur. Fourirer formülünde Q kaybolan –geçen ısının A yani alanla doğru orantılı olduğuna bakınız. Bu ısı kaybı ya da ısı geçişi sıcaklık farklı ile de doğru orantılıdır. Ama kalınlıkla (dX) ters orantılıdır. Kalınlık arttıkça geçiş zor olur. Duvar izolasyonlarında cam elyaf kullanmamızın nedeni cam elyafının k değerinin 0,043 W/mK gibi düşük bir değerde olmasıdır. Böylece ısı geçişi azaltılır.

Örnek Problem
Bir yüzeyi 60 C olan ve diğer yüzeyi 20 C olan bir demir plakadan geçen ısı akısını(q) bulun ve ısı geçişini ( Q) hesaplayın. Demir plakanın k =70 W/mK olarak alınız.

A= Plaka alanı 0.5 metrekare

L= 0.02 m

K= 70 W/mK

İse ısı Akısı (q) = k.dT/L = 70 . (60-20)/0.02 = 70 W/mK

Q= -k.A.dT/dX olduğundan 70.(0.5).(60-20)/0.02 =70.000 Watt= 70 KW



Bu soruda 40 dakikada oluşan ısı kaybı istenirse;

40 dakika = 40x60= 2400 saniyedir.

Q=Q.t = 70.000 Watt. 2400 saniye = 168000 Kjoule olur.

Burada watt demek ( joule/saniye) demektir. Çarpımda birimlere baktığımızda saniyeler birbirini götürür ve Joule birimi kalır. Oradan da 3 sıfır geri giderek Kilo Jolue birimine ulaşırız.

Yorum Gönderme

0 Yorumlar