IsıTransferi

Silindirde ısı transferinde Heisler grafikleri kullanılır.

Finli boru serpantin, boruların dış yüzeyine eklenen metal kanatlar (fins) sayesinde ısı transfer yüzeyini artıran bir sistemdir. Bu tür serpantinler, hem hava soğutmalı hem de su soğutmalı sistemlerde kullanılabilir ve genellikle kızgın yağ, buhar, kurutma makineleri, fikse makineleri gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda sıcaklık transferini artırmak için tercih edilir.

Işıma yoluyla ısı transferi, elektromanyetik dalgalar aracılığıyla gerçekleşir ve bir maddeye ihtiyaç duymaz. Süreç şu şekilde işler: 1. Isınan her madde, sıcaklığına bağlı olarak çevreye enerji yayar. 2. Bu enerji, kızılötesi ışınlar gibi elektromanyetik dalgalar şeklinde boşlukta hareket eder. 3. Dalgalar bir nesneye ulaştığında, o nesne tarafından emilir ve enerji ısı enerjisine dönüştürülür. Örnekler: Güneş ışınlarının Dünya'ya ulaşması ve yeryüzünü ısıtması, kamp ateşinin karşısında oturan kişinin yüzünün ısınması.

Eşanjörde ısı transferi, farklı sıcaklıklara sahip iki akışkanın birbirine karışmadan ısı değiştirmesi yoluyla gerçekleşir. Mekanizmalar: 1. İletim (Konduksiyon): Isının katı bir duvar veya yüzey boyunca moleküler enerji iletimiyle taşınmasıdır. 2. Taşınım (Konveksiyon): Isının akışkan hareketiyle taşınmasıdır. 3. Işıma (Radyasyon): Isının elektromanyetik dalgalarla taşınımıdır.

Soğuk bir kış günü güneş altında kalan arabanın içinin ısınması ışıma yoluyla gerçekleşir.

Isı iletimi, katı, sıvı ve gazlarda farklı mekanizmalarla gerçekleşir: 1. Katılarda: Isı, iletim yoluyla yayılır. 2. Sıvı ve Gazlarda: Isı, konveksiyon yoluyla taşınır. 3. Boşlukta: Isı, radyasyon yoluyla yayılır.

Soğutma kulesinde su, hava akımıyla temas ederek soğuması için buharlaşır. Bu süreç şu şekilde gerçekleşir: 1. Isıtılmış su, kuleye pompalanarak dolgu adı verilen malzeme katmanlarına dağıtılır. 2. Elektrikli fanlar tarafından kule içine çekilen hava, suyun bir kısmını buharlaştırır. 3. Buharlaşma sırasında, suyun kalan kısmının sıcaklığı düşer ve soğutulmuş su yeniden devridaime girer.

Isı transferi sorularını çözmek için aşağıdaki temel prensipleri ve yöntemleri bilmek gereklidir: 1. Isı Transferinin Üç Yolu: Isı, iletim, taşınım ve ışınım yoluyla aktarılır. 2. Isı İletim Hızı: Malzemenin termal iletkenliği, yüzey alanı ve sıcaklık farkına bağlıdır. 3. Problem Çözme Yöntemleri: - Grafik Çözüm: Heisler ve Gröber grafikleri gibi yöntemlerle, özellikle zamana bağlı ısı transferi problemlerinin çözümü yapılabilir. - Analitik Çözümler: Değişkenlerine ayırma yöntemi gibi matematiksel teknikler kullanılarak karmaşık geometrili problemlerin çözümü sağlanabilir. - Sayısal Yöntemler: Sonlu farklar yöntemi gibi sayısal analizler, düzensiz sınır koşullarına sahip problemlerin yüksek doğrulukla modellenmesini sağlar. Örnek bir soru ve çözümü: Soru: Bir kış günü Elif, pencere kenarında otururken camın iç tarafının buğulandığını fark ediyor. Bu olay hangi ısı aktarım yoluyla açıklanabilir? Çözüm: Buğulanma, sıcak hava ile soğuk cam arasındaki ısı alışverişinin sonucudur ve temas gerektirdiği için iletim yoluyla gerçekleşir.

Isı değiştiricilerinde çapraz akışın tercih edilmesinin birkaç nedeni vardır: 1. Yüksek Isı Transfer Verimliliği: Çapraz akış, akışkanların karşılıklı olarak geçtiği borulu yapısı sayesinde yüksek ısı transfer katsayısı sağlar. 2. Kompakt Tasarım: Alan verimliliği sağlayan kompakt yapısıyla kurulum ve işletme maliyetlerini optimize eder. 3. Büyük Sıcaklık Farklarını İdare Etme: Çapraz akışlı ısı değiştiriciler, büyük sıcaklık farklarını idare edecek şekilde tasarlanabilir. 4. Hijyenik ve Güvenilir: Gıda endüstrisinde hijyenik ve güvenilir ısı transferi sağlar.

İletim ve konveksiyon, ısının maddeler arasında aktarılma yollarından ikisidir. İletim, ısının bir madde içinde moleküller arasındaki doğrudan temas yoluyla aktarılmasıdır. Konveksiyon, ısının sıvılar ve gazlar gibi akışkanlar içinde taşınmasıdır.

Isı transferi örnekleri çeşitli alanlarda karşımıza çıkar: 1. Güç Santralleri: Fosil yakıtlı enerji santrallerinde yakıt, suyu ısıtmak ve buhar üretmek için yakılır, bu buhar da türbini döndürerek elektrik üretir. 2. Gıda Endüstrisi: Pastörizasyon, sterilizasyon ve soğutma işlemlerinde ısı transferi kullanılır. 3. Kimya Endüstrisi: Kimyasal reaksiyonların kontrolü ve solventlerin geri kazanımı için ısı transferi önemlidir. 4. HVAC Sistemleri: Binalardan atılan havanın ısısı, temiz havayı önceden ısıtmak için kullanılarak enerji tasarrufu sağlanır. 5. Otomotiv Mühendisliği: Motorların ve soğutma sistemlerinin tasarımında ısı transferi kritik öneme sahiptir. 6. Yenilenebilir Enerji: Güneş ve jeotermal enerji üretiminde, termal enerjiyi yakalayıp kullanılabilir elektriğe dönüştürmek için ısı transferi kullanılır.

Evet, alüminyum ısı transferi yapar. Alüminyum, yüksek termal iletkenliği sayesinde ısıyı etkili bir şekilde ileten bir malzemedir. Bu özelliği nedeniyle alüminyum, ısı eşanjörleri, radyatörler ve soğutma sistemleri gibi çeşitli ısı transferi uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.

Çift gövdeli ısı değiştirici, farklı çaplardaki eş merkezli iki boruludan oluşan en basit ısı değiştirici tipidir. Bu tip değiştiricide: - İçteki boru kanatçıklı veya düz olabilir. - Bir akışkan içteki boruda, diğeri ise iki boru arasında hareket eder. Çift gövdeli ısı değiştiriciler, toplam ısı transfer alanının 50 m2 ya da daha az olduğu küçük kapasiteli uygulamalar için kullanılır.

Eşanjörler, temel olarak aşağıdaki parçalardan oluşur: 1. Plakalar veya Borular: Sıvıların akışını sağlayan ve ısı transferini mümkün kılan yapısal unsurlardır. 2. Contalar: Isı transferinin gerçekleştiği yüzeyin iki farklı yüzü ile temas eden sıvıların karışmasını önler. 3. Gövde: Akışkanı yönlendirir ve destek sağlar. 4. Taşıyıcı Barlar: Plakaların yer aldığı bölümü taşır. 5. Bağlantı Ekipmanları: Eşanjörün çeşitli noktalarını birbirine bağlar. Ayrıca, izolasyon malzemeleri gibi ek parçalar da kullanılabilir.

IGKÜ (Isı Geri Kazanım Ünitesi), iç ortamdan dışarı atılan kirli havanın içindeki ısı enerjisini, taze olarak içeri alınan havaya aktaran bir havalandırma sistemidir. Bu sistemin çalışma prensibi şu şekildedir: 1. Hava Emilimi: İç mekandaki kirli hava emilir ve dışarıya atılmadan önce içindeki ısı, sistemdeki eşanjör aracılığıyla alınır. 2. Isı Transferi: Aynı anda dışarıdan alınan temiz hava, eşanjörden geçerken bu ısıyı alır. 3. Hava Verimi: Böylece dışarıdan gelen hava, önceden ısıtılmış (veya yaz aylarında soğutulmuş) olarak içeri verilir. 4. Hijyenik Dolaşım: İki hava akımı birbirine karışmaz; böylece hijyenik ve kontrollü bir hava sirkülasyonu sağlanır.

Sarbuz ısı transfer cihazları Türkiye malıdır.

Konvektif ısı transfer katsayısını hesaplamak için Newton Soğuma Kanunu kullanılır şu şekilde ifade edilir: h = TS - T / (u k). Burada: - TS: Yüzey sıcaklığı (110°C). - T: Serbest akışkan sıcaklığı (7°C). - u: Borudaki ortalama akışkan hızı (0.5 m/s). - k: Isıl iletkenlik katsayısı (0.6 W/m°C). Hesaplama sonucu konvektif ısı transfer katsayısı h yaklaşık olarak 11.64 W/m²K bulunur.

Buzun buharlaşması sırasında erime olayı gerçekleşir: 1. Isı Alımı: Buz, ısı alarak katı halden sıvı hale geçer. 2. Çevrenin Soğuması: Erime sürecinde madde çevresinden ısı aldığı için çevre soğur.

Isı iletkenlik katsayısı (λ), bir malzemenin ısıyı ne kadar iyi ilettiğini gösteren bir parametredir ve aşağıdaki formülle hesaplanır: R = d / λ, burada: - R, ısıl dirençtir; - d, metre cinsinden ifade edilen kalınlıktır; - λ, W/K (watt/kelvin) cinsinden ifade edilen ısı iletkenlik katsayısıdır. Bu formülden yola çıkarak, U faktörü (ısı geçirgenlik katsayısı) şu şekilde hesaplanır: U = 1 / R, burada: - U, W/m²K birimindedir.

Rollbond eşanjör, farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkanın ısılarını birbirine karışmadan aktarmasını sağlayan bir cihazdır. Başlıca işlevleri: - Enerji verimliliği: Termal direnci azaltarak ve ısı transfer hızını artırarak enerji tüketimini düşürür. - Alan tasarrufu: Kompakt tasarımı sayesinde sınırlı alanlarda etkili bir şekilde kullanılabilir. - Çok yönlülük: Gıda işleme, kimyasal ve farmasötik üretim gibi çeşitli endüstriyel sektörlerde kullanılır. - Bakım kolaylığı: Dayanıklı yapısı sayesinde daha az bakım gerektirir ve operasyonel maliyetleri düşürür. - Çevre dostu olma: Sürdürülebilir uygulamalara katkıda bulunarak karbon ayak izini azaltır.