انتقال حرارت

حرارت هميشه از يك جسم گرمتر به جسم سردتر انتقال مييابد و هرگز خلاف اين امر صورت نميپذيرد. حرارت به سه طريق زير از جسم گرم به هدر ميرود.

• هدايت : حرارت از طريق تماس به اجسام جامد و يا سيال ثابت انتقال مييابد.
• جابجايي : حرارت از طريق تماس به گاز و سيال متحرك انتقال مييابد.
• تابش : در اين حالت حرارت بدون تماس با جسم يا سيال انتقال مييابد. حرارت از طريق هوا يا خلاء تشعشع مييابد. در اين حالت حرارت بصورت تابش الكترومغناطيسي ساطع ميگردد ) همانند تشعشعات مادون قرمز.( افزايش ميزان تشعشع در اثر افزايش دما قابل ملاحظه است.

در اكثر كارخانجات قسمت اعظم حرارت از سطوح لوله و ديگر سطوح گرم از طريق جابجايي به هدر ميرود. هوايي كه با سطوح داغ در تماس است، گرم ميشود و سپس با هواي سرد جابجا ميگردد.

جريان حرارت

نرخ يا ميزان جابجايي حرارت از يك منطقه گرم به منطقه سردتر را جريان حرارت مينامند. هدف اصلي از عايق كاري جلوگيري از جريان حرارت است. واژه هدايت حرارتي (k) بيانگر ميزان حرارتي است كه در واحد سطح و به ازاي يك درجه سانتيگراد اختلاف دما جريان مييابد. هدايت حرارتي توسط واحد وات برمتر درجه سانتيگراد W/(m°C)
يا  Btu/(h.ft2.F)بيان ميگردد.

اينك مقاومت حرارتي را ميتوان متضاد با عبور حرارت از عايق توصيف نمود و آنرا با معادله زير نشان داد:

در اينجا = tضخامت عايق ) بر حسب متر يا اينچ (
هر چقدر كه ميزان مقاومت حرارتي ) (Rبيشتر باشد، نوع عايق بهتر است. جريان حرارت عبوري از يك سطح مسطح عايق را ميتوان از طريق زير محاسبه نمود:

در اينجا = ∆Tاختلاف دما در مقطع عرضي مواد عايق ( بر حسب درجه سانتيگراد(
= Aمساحت سطح ( بر حسب متر مربع(
بعنوان مثال يك صفحه مسطح ده متر مربعي با دماي 140درجه سانتيگراد درنظر گرفته شود. اين صفحه توسط عايقي كه هدايت حرارتي آن معادل  0/045 W/(m.°C)و ضخامت آن 51ميلي متر است، پوشانيده شده است. دماي سطح بيروني عايق 10درجه سانتيگراد ميباشد.

اينك ميتوان مقاومت حرارتي را به شرح زير محاسبه نمود:

بدين ترتيب جريان حرارت در طي يك ساعت به شرح زير قابل محاسبه است:

جريان حرارت در عايق لولهها با آنچه كه در بالا توضيح داده شد متفاوت است، چرا كه سطوح داخلي و خارجي عايق داراي اختلاف مساحت ميباشند. بنابراين، اين اختلاف مساحت بايد در محاسبات در نظر گرفته شود. چون جريان حرارت از جداره داخلي عايق به سمت جداره خارجي عايق حركت مينمايد بنابراين سطح مسير جريان حرارت از داخل به سمت خارج افزايش مييابد. اين فرآيند موجب افزايش ميزان مقاومت حرارتي ميگردد.

لذا از معادلات زير ميتوان براي محاسبه دقيق مقاومت حرارتي مقاطع استوانهاي استفاده نمود:

در اينجا :

= r2شعاع بيروني عايق ( بر حسب متر (
= r1شعاع داخلي عايق ( بر حسب متر(
= lnلگاريتم پايه 10
بعنوان مثال تلفات حرارتي از لولهاي بطول يك متر و قطر 0/219متر با حرارت 95 درجه سانتيگراد در نظر گرفته شود. عايقي با ضخامت 51ميلي متر و هدايت حرارتي معادل  0/037 W/(m.°C)و دماي سطح بيرون برابر با 25درجه سانتيگراد براي پوشش اين لوله بكار ميرود. اين مثال بصورت شماتيك در شكل شماره  (1) نشان داده شده است.

جريان حرارت در عايق به شرح زير قابل محاسبه است:

بنابراين ملاحظه ميشود كه طي يك ساعت 42/51وات ساعت به ازاي يك متر لوله جريان حرارتي ( يا تلفات حرارتي) صورت ميپذيرد. شايان ذكر است كه در معادلات فوقالذكر، Aنشان دهنده مساحت سطح بيروني يك متر لوله عايق شده است كه به شرح زير محاسبه شده است:

Π = 3/14159
= Dقطر بيروني عايق ] قطر بيروني لوله + 2ضربدر ضخامت عايق [
= Lطول لوله بر حسب متر كه دراين مثال معادل يك متر فرض شده است
بنابراين :