سه شنبه , ۲ خرداد ۱۳۹۶
اعلان

عملکرد حرارتی, پوشش عایق لوله ها,داکت ها و تجهیزات

عملکرد حرارتی, پوشش عایق لوله ها,داکت ها و تجهیزات

عملکرد حرارتی, پوشش عایق لوله ها,داکت ها و تجهیزات

در این مطلب ما قصد داریم در مورد عملکرد حرارتی و نکاتی در مورد محصولات پوشش عایق که برای عایق کاری لوله ها و برنامه های کاربردی استفاده می شود بحث کنیم.
مقدمه
در سال های گذشته تولید کنندگان پوشش عایق بطور گسترده ایی تبلیغ فاکتور-R بالایی که محصولاتشان فراهم می کند را کرده اند. زمانیکه برای عایق کاری لوله ها, داکت ها و تجهیزات به کار برده می شود ضریب هدایت حرارتی یا فاکتور R-19 یا R-20 را فراهم می کند. این قبیل ادعا ها بسیار وسوسه کننده و جذاب به نظر می رسد, بطور خاص زمانیکه می گویند با یک لایه ساده از این پوشش ها می توانید به چنین قابلیت هایی دست یابید. هدف این مقاله بررسی فنی این ادعا بوده و تأثیر واقعی پوشش عایق روی کار نهایی است.

ملاحات عملکردی عایق حرارتی

انرژی حرارتی (گرما) به یکی از سه روش معمول منتقل می شود شامل  :

 

  1. رسانش یا هدایت: انتقال انرژی بین اجسام که در تماس فیزیکی هستند.
  2. همرفت یا جابجایی: انتقال انرژی بین یک جسم و محیط اطراف به دلیل حرکت سیال.
  3. تابش یا تشعشع: انتقال انرژی به/از جسم به وسیله تابش یا جذب پرتوهای الکترومغناطیسی.

رسانش

در مقیاس میکروسکوپیک، رسانش گرمایی در اتم‌ها و مولکول‌های در حال ارتعاش و برخورد و برهم‌کنش آن‌ها با مولکول‌ها و اتم‌های مجاور یا حرکت تند و داغ اتم‌ها صورت می‌گیرد که بخشی از انرژی خود (گرما) را به ذرات همسایه منتقل می‌کنند. به عبارت دیگر، گرما به وسیله رسانش هنگامی که اتم‌های مجاور در برابر دیگری ارتعاش می‌کنند یا الکترون‌ها از یک اتم به دیگری منتقل می‌شوند، انتقال پیدا می‌کند.

هدایت مهم‌ترین روش انتقال گرما داخل جامد یا بین اجسام جامد که در تماس گرمایی هستند می‌باشد. سیالات -به ویژه گازها- رسانش کمتری دارند. تماس رسانشی گرمایی، مطالعه انتقال گرما بین اجسام جامد در تماس است. رسانش حالت پایا یک شکلی از رسانش است که هنگامی که اختلاف دمایی که موجب رسانش می‌شود ثابت باشد، اتفاق می‌افتد؛ بنابراین بعد از لحظه تعادل، توزیع مکانی درجه گرما در جسم در حال رسانش خیلی تغییر نمی‌کند.

در رسانش حالت پایا مقدار گرمای وارده به یک مکان برابر مقدار گرمای خارج شده‌است. رسانش ناپایا (گذرا) هنگامی که دمای داخل جسم به عنوان تابعی از زمان تغییر می‌کند اتفاق می‌افتد. آنالیز سیستم‌های ناپایا پیچیده‌تر است و اغلب به برنامه‌های آنالیز عددی و نظریه‌های تقریبی و استفاده ازکامپیوترنیاز است.

همرفتی

انتقال گرمای همرفتی یا همرفت، درواقع انتقال گرما از یک مکان به مکان دیگر به وسیله حرکت سیالها می‌باشد. همرفت فرایندی است که در آن انتقال گرما اساساً از طریق انتقال جرم اتفاق می‌افتد (در فیزیک، سیال به هر ماده‌ای که تحت تنش‌های برشی تغییر فرم پیدا می‌کند گفته می‌شود. مانند: مایع‌ها، گازها، پلاسماها و برخی از جامدهای پلاستیکی). حرکت توده‌ای سیال، انتقال گرما را در بسیاری از موقعیت‌های فیزیکی (برای مثال سطح بین جامد و مایع) افزایش می‌دهد. همرفت گاهی اوقات شکل غالب انتقال گرما در مایعات و گازهاست. اگر چه گاهی اوقات به عنوان یک روش سوم انتقال گرما مورد بحث قرار می‌گیرد. همچنین گاهی اوقات برای شرح اثرات توأم رسانش گرمایی داخل مایع (نفوذ) و انتقال گرما به وسیله جریان توده سیال مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرایند انتقال به وسیله جریان سیال به عنوان advection (حرکت افقی توده‌ای در اثر تغییر دما) مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ اما advection خالص ترمی است که عموماً تنها همراه با انتقال جرم در سیالات است؛ مانند advection سنگریزه‌ها در رودخانه.

همرفت طبیعی یا آزاد هنگامی ایجاد می‌شود که حرکت توده‌ای سیال به وسیله نیروهای شناوری که نتیجه تغییرات چگالی بر اثرتغییرات دما در سیال است، اتفاق می‌افتد. همرفت اجباری اصطلاحی است که هنگامی که جریان در سیال به وسیله ابزارهای خارجی مانند پره، استیرر و پمپ ها- که ایجاد همرفت مصنوعی می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همرفت گرمایشی یا سرمایشی در بسیاری مواقع ممکن است به وسیله قانون سرمایش نیوتون شرح داده شود: «میزان از دست دادن گرما در یک جسم متناسب با اختلاف دمایی بین جسم و محیط اطراف است.» با این وجود، درستی قانون سرمایش نیوتون نیازمند این است که میزان از دست دادن گرما از طریق همرفت تابع خطی از اختلاف دمایی که ایجاد انتقال گرما می‌کند باشد و در همرفت سرمایشی، گاهی اوقات اینچنین نیست.

تابش

تابش گرمایی انرژی منتشرشده به وسیله ماده با موج الکترومغناطیسی است که شامل همه موادی که دارای دمای بالاتر از صفر مطلق هستند، می‌باشد. تابش گرمایی بدون حضور ماده، از میان فضای خالی منتشر می‌شود و تابش گرمایی نتیجه حرکات تصادفی اتم‌ها و مولکول‌ها در ماده‌است. از آنجا که این اتم‌ها و مولکول‌ها از ذرات باردار تشکیل شده‌اند (پروتون‌ها و الکترون‌ها) حرکات آن‌ها باعث انتشار امواج الکترومغناطیسی، که حامل انرژی هستند می‌باشد. بر خلاف روش‌های رسانش و همرفت، انتقال گرمای اشعه‌های گرمایی می‌تواند در یک نقطه کوچک با استفاده از آینههای منعکس کننده متمرکز شود که درجمع آوری انرژی خورشیدی تولیدی مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. برای مثال، نور خورشید منعکس شده ازآینه‌ها، برج انرژی خورشیدی PS10 را گرم می‌کند و در طول روز می‌تواند آب را تا ۲۸۵ درجه سانتی گراد (۵۴۵ فارنهایت) گرم کند.

 

نتایج آزمایش عملکرد حرارتی پوشش عایق

از دو نوع پوشش تجاری در دسترس در بیش از یک بازه گرمایی  و ضخامت معمول در کاربرد ها مورد آزماش قرار گرفتند و یک دستگاه برای اندازه گیری میزان از دست دادن حرارت از لوله های فولادی بدون عایق و لوله های فولادی با عایق و پوشش آماده شد  که این دستگاه توانایی بدست آوردن میزان از دست دادن حرارت از یک لوله نازک و یک لوله ۱/۲ اینچی را داشت.

هر یک از پوشش ها در بازه وسیعی از درجه حرارت و در دو ضخامت مورد آزمایش قرار گرفت، بعد از هر اندازه گیری پوشش به طور کامل حذف شد. جدول ۱ را ببنید.

در جدول ۲ تابعی از تغییر درجه حرارتی فراهم شده است همچنین میزان از دست دادن حرارت از لوله ۱/۲ اینچی و لوله با ضخامت کمتر نشان داده شده است.

با اطلاعات داده شده می توان به شکل آزمایشگاهی مقاومت حرارتی هر دو پوشش عایق را محاسبه کرد . این تخمین ها در جدول ۳ جمع آوری شده است.

آزمایش های انجام شده نشانگر آن است که پوشش عایق حتی در مواردی که ضخامت آن بیشتر از حد معمول  استفاده شده در بسیار تاثیر کمتری نسبت به ۱/۲ اینچ عایق پشم سنگ دارد.

جدول۱ : تست پوشش عایق

Description Designation
Coating A at 0.053 inches (53 mils) A 53
Coating A at 0.113 inches (113 mils) A 113
Coating B at 0.0235 inches (23.5 mils) B 23.5
Coating B at 0.0595 inches (59.5 mils) B 59.5

جدول ۲ : مقایسه اتلاف گرما در لوله بدون عایق و لوله با عایق

Del T (°F) Heat Flow (Btu/ft2·h)
Bare A 53 A 113 B 23.5 B 59.5 FG ½-in.
۵۰ ۱۲۷٫۲ ۱۱۳٫۰ ۲۹٫۲ ۸۵٫۲ ۵۶٫۴ ۱۸٫۰
۱۰۰ ۲۶۹٫۱ ۲۳۶٫۲ ۱۰۴٫۲ ۱۹۵٫۴ ۱۲۳٫۳ ۵۱٫۰
۱۵۰ ۴۵۰٫۱ ۳۹۷٫۷ ۱۸۴٫۰ ۳۲۳٫۶ ۲۰۸٫۱ ۸۶٫۶
۲۰۰ ۶۷۰٫۱ ۵۹۷٫۶ ۲۶۸٫۴ ۴۶۹٫۵ ۳۱۰٫۹ ۱۲۵٫۰
۲۵۰ ۹۲۹٫۲ ۸۳۵٫۸ ۳۵۷٫۵ ۶۳۳٫۴ ۴۳۱٫۶ ۱۶۶٫۱
۳۰۰ ۱۲۲۷٫۳ ۱۱۱۲٫۴ ۴۵۱٫۴ ۸۱۵٫۰ ۵۷۰٫۲ ۲۰۹٫۸
۳۵۰ ۱۵۶۴٫۴ ۱۴۲۷٫۳ ۵۴۹٫۹ ۱۰۱۴٫۶ ۷۲۶٫۹ ۲۵۶٫۲

Ambient temperature approximately 90°F

جدول ۳ : هدایت حرارتی تخمینی از مقایسه حرارت ماده محاسبه شده با محاسبه شده با ASTM C 680

Pipe Insulation Estimated Thermal Resistance

(ft2·h·°F/Btu) (horizontal)3

Coating A (53 mils) ۰٫۰۷
Coating A (113 mils) ۰٫۵۷
Coating B (23.5 mils) ۰٫۱۶
Coating B (59.5 mils) ۰٫۴۶
½-in. mineral fiber ۱٫۷۸

Process temperature 190°F and exterior air 90°F

Includes the exterior film resistance

Thermal Resistances are based on the heat flux at the pipe outside diameter

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*