Isı Aktarımı Çalışma Soruları (konveksiyon

Isı Aktarımı Çalışma Soruları (konveksiyon-kondüksiyon)
1. Yüzey sıcaklıkları 110°C ve 90°C olan 100 mm kalınlığındaki paslanmaz çelik duvardan gerçekleşen birim alan başına
ısı aktarım hızını hesaplayınız.
2. 10 m uzunluğundaki paslanmaz çelik borunun iç ve dış çapı sırasıyla 140 ve 160 mm’dir. Borunun iç ve dış yüzey
sıcaklıkları ise sırasıyla 30°C ve 150°C dir. Bu borunun yüzeyinden gerçekleşen ısı transfer hızını hesaplayınız (k =15
W/m/°C).
3. Bir işletmede bulunan ve 200°C de çalışan fırından, odaya gerçekleşen ısı kaybı bir yalıtım malzemesiyle yalıtılarak
azaltılmak istenmektedir. Bu yalıtım malzemesinin yüzey sıcaklıklarının 100°C ve 20°C olması istenmektedir. Bu
malzemeden gerçekleşen ısı kaybı 120 W/m2 olduğuna göre bu yalıtım malzemesinin kalınlığı nedir? (k = 0.05
W/m/°C)
4. Bir soğuk hava deposundaki çok katmanlı bir dörtgen duvarın ısı iletim katsayıları; ilk katmanında k=0.005 W/m/°C,
ikinci katmanında k=0.2 W/m/°C ve üçüncü katmanında ise 0.1 W/m/°C’dır. Duvarın iç ve dış sıcaklıkları 4°C ve
25°C olduğu ve her bir katmanın kalınlığının 10 cm olduğu bilindiğine göre, her bir katmanın ara yüzeyindeki sıcaklık
değerlerinin hesaplayınız.
5. Gıda depolamak amacıyla hazırlanan bir soğuk hava deposunun duvarı içten dışa doğru sırası ile çam ağacından
yapılmış tahta (19.1 mm), mantardan yapılmış tahta ve betondan (50.8 mm) oluşmaktadır. Duvarın iç yüzey sıcaklığı
- 17.8°C, dış yüzey sıcaklığı ise 29.4°C olarak verilmiştir. Çam, mantar ve beton katmanlarının ortalama ısı iletim
katsayılarının sırasıyla 0.151, 0.0433 ve 0.762 W/m · °C olduğu belirtilmiştir. Deponun iç kısmının toplam alanı
yaklaşık 39 m2 olduğuna göre, 586W’lık bir ısı kaybını sağlayan mantar katmanının kalınlığı ne olmalıdır? ( köşelerden
gerçekleşen ve diğer ısı kayıplarını ihmal ediniz.) (cevap: 0.128 m)
6. Isı iletim katsayısı k=1.30 W/m · °C olan bir materyalden yapılmış bir fırının duvar kalınlığı 0.244 m olarak verilmiştir.
Bu fırın ısı kaybı en fazla 1830 W/m2 olacak şekilde, duvarın dışından bir izolasyon maddesi ile (k=0.346 W/m · °C)
yalıtılmıştır. Fırının iç ve dış yüzey (fırın duvarı + yalıtkan) sıcaklıkları sırası ile 1588 K ve 299 K olduğuna göre
yalıtılmış olan katmanın kalınlığı nedir? (cevap: 0.179 m)
7. Çelik bir boru (2-in Schedule 40 boru, özellikleri tablodan belirlenecek) hattı içerisinde 121.1°C’de doymuş buhar
bulunmaktadır. Bu boru 25.4 mm kalınlığındaki asbest ile yalıtılmıştır. Borunun iç yüzey sıcaklığı 121.1°C, dış yüzey
sıcaklığı ise 26.7°C olduğuna göre,
a. 30.5 m uzunluğundaki borudan gerçekleşen ısı kaybını hesaplayınız. (cevap: 5384W)
b. Isı kaybından dolayı saatte sıvı fazına geçen hava miktarının bulunuz. (cevap: 8.81 kg buhar/h)
(Tablo A3’te çelik için k=45 W/m · °C, asbest için k=0.182 W/m · °C olarak verilmiştir. Doğrusal interpolasyon ile
ortalama sıcaklık 121.1+26.7=73.9°C olarak verilmiştir.)
8. Boyutları 2.44 x 3.05 m olan ve tahtadan yapılmış bir odanın duvarında alanı 0.557 m2 olan bir cam pencere
bulunmaktadır. Duvarın yapımında kullanılan tahta için k=0.1505 W/m · K ve duvar kalınlığı 25.4 mm, cam için ise
kalınlık 3.18 mm ve k değeri 0.692 W/m · °C olarak verilmiştir. Odanın iç sıcaklığı 299.9 K, dış sıcaklığı ise 266.5
K’dir. Konveksiyonla ısı iletim katsayısı duvarın ve camın iç yüzeyi ve dış yüzeyi için ortalama h i=8.5W/m2 · K’dir.
Bu bilgilere göre tahta duvardan, camdan ve toplam ısı kaybını hesaplayınız. (cevaplar: tahta duvar 569.2 W, cam
77.6 W toplam 646.8 W)
9. Paslanmaz çelik bir boru (k=17 W/(m·°C)) ısıtılmış bir yağı taşımak için kullanılmakta ve iç yüzey sıcaklığı 130°C
de sabittir. Boru 2 cm kalınlığında ve 8 cm yarıçapa sahiptir. Bu boru 0.04 m kalınlığındaki bir yalıtkanla (k=0.035
W/(m·°C)) yalıtılmış ve dış yüzey sıcaklığı 25°C olarak belirlenmiştir. Isı transferinin kararlı halde gerçekleştiğini
varsayarak yalıtkan ile borunun dış yüzeyi arasındaki sıcaklığı hesaplayanız. (Cevap: 129.83°C)
Not: Sorularda verilmeyen verileri tablolardan bulmanız gerekmektedir.