01

Isı transferi nedir?

Isı transferi, sıcaklık farkı nedeniyle enerjinin bir bölgeden diğerine aktarılmasıdır.
Endüstriyel ekipmanlarda bu aktarım çoğunlukla bir akışkanın ısıtılması, soğutulması,
yoğuşturulması veya başka bir akışkana enerji vermesi şeklinde karşımıza çıkar.

Temel kural:

Isı kendiliğinden yüksek sıcaklıktaki ortamdan düşük sıcaklıktaki ortama doğru geçer.

02

Üç temel ısı transfer mekanizması

01

İletim

Katı bir malzeme veya durağan ortam içindeki sıcaklık gradyanı nedeniyle gerçekleşir.

\[\dot Q=-kA\frac{dT}{dx}\]
02

Taşınım

Bir yüzey ile hareket eden akışkan arasındaki ısı transferidir.

\[\dot Q=hA(T_s-T_\infty)\]
03

Işınım

Elektromanyetik dalgalarla enerji transferidir ve bir taşıyıcı ortama ihtiyaç duymaz.

\[\dot Q=\varepsilon\sigma A(T_s^4-T_{çevre}^4)\]
03

Akışkanlarda ısı yükü nasıl hesaplanır?

Faz değişimi olmayan bir akışkanın belirli bir sıcaklık aralığında ısıtılması veya
soğutulması için temel enerji dengesi aşağıdaki gibidir:

TEMEL ENERJİ DENGESİ

\[\dot Q=\dot m c_p(T_2-T_1)\]
\(\dot Q\)Isı transfer hızıkW
\(\dot m\)Kütlesel debikg/s
\(c_p\)Özgül ısıkJ/(kg·K)
\(\Delta T\)Sıcaklık değişimiK veya °C

Örnek hesap

2.000 kg/h suyun 20 °C’den 60 °C’ye ısıtılması gerektiğini varsayalım.
Yaklaşık \(c_p=4.18\;kJ/(kg\cdot K)\) alınırsa:

\[\dot m=\frac{2000}{3600}=0.556\;kg/s\]
\[\dot Q=0.556\times4.18\times(60-20)\]

\[\dot Q\approx92.9\;kW\]

Bu değer yalnızca gerekli termal kapasitedir. Gerçek eşanjör veya serpantin seçimi
için sıcaklık yaklaşımı, ısı transfer katsayısı, yüzey alanı ve basınç kaybı ayrıca incelenir.

04

Eşanjörlerde temel ısı transfer bağıntısı

Bir ısı değiştiricinin gerekli yüzey alanını değerlendirmede yaygın temel ilişki:

\[\dot Q=UA\Delta T_{lm}\]

Burada \(U\) toplam ısı transfer katsayısı, \(A\) etkin ısı transfer alanı ve
\(\Delta T_{lm}\) logaritmik ortalama sıcaklık farkıdır.

Büyüklük Anlamı Tipik birim
\(\dot Q\) Isı transfer hızı kW
\(U\) Toplam ısı transfer katsayısı W/(m²·K)
\(A\) Isı transfer yüzeyi m²
\(\Delta T_{lm}\) Logaritmik ortalama sıcaklık farkı K
05

Gerçek tasarımda neden tek formül yetmez?

Aynı ısı yükünü taşıyan iki ekipman, akışkan türü veya izin verilen basınç kaybı farklıysa
tamamen farklı geometrilere ihtiyaç duyabilir. Bu nedenle aşağıdaki başlıklar birlikte ele alınır:

  • Akışkanların fiziksel özellikleri
  • Debiler ve çalışma sıcaklıkları
  • Toplam ısı transfer katsayısı
  • Akış düzeni ve sıcaklık yaklaşımı
  • Basınç kaybı sınırı
  • Kirlenme ve temizlenebilirlik
  • Malzeme ve korozyon koşulları