Como calcular a espessura da espuma de poliuretano?

Como calcular a espessura da espuma de poliuretano?

Na engenharia de isolamento térmico, os plásticos de espuma são usados ​​em dois tipos de situações: um como material de isolamento e o outro como material de isolamento de refrigeração. Devido às diferentes condições de uso, as fórmulas de cálculo também são diferentes.

Para o cálculo da espessura do isolamento, conforme usado em objetos cilíndricos como oleodutos, a seguinte fórmula é recomendada:

Se usado em superfícies planas de temperatura constante, a fórmula (11-39) é adequada para cálculo de espessura:

Onde:

N = (1+n) m1/n (1+n) m

d1 — diâmetro externo da camada de isolamento, M

d0 — diâmetro interno da camada de isolamento, M

λ — condutividade térmica da camada de isolamento, 1,163 w/(M·K)

um — Coeficiente de transferência de calor da superfície, 1,163 w/(M²·K)

b — Custo de energia, Yuan/4187J

α — Custo de construção do material de isolamento, 1000 yuan/m³

h — Tempo de uso anual, H

t0 — temperatura interna, ℃

tt — temperatura ambiente ambiente, ℃

n — Taxa de juros anual

m — Anos de reembolso, a

μ — espessura da camada de isolamento, M

A fórmula acima inclui fatores humanos, como custo de isolamento e período de retorno de investimento. Portanto, é necessário entender melhor a situação de dissipação de calor. Para aplicações de pipeline:

Para aplicações de superfície plana:

Na fórmula (11-40), a unidade de Q refere-se à dissipação total de calor por metro por hora, isto é, 1,163 W/m; Enquanto na fórmula (11-41), a unidade de Q é a dissipação total de calor por metro quadrado por hora, isto é, 1,163 J/(M (M²·h) ou 1,163 w/m².

De uma perspectiva puramente técnica, para sistemas de pipeline:

Para superfícies planas:

μ = λ/a (t0 - ts)/(ts - tt)   (11-43)

Onde:

d1 — diâmetro externo da camada de isolamento, M

d0 — diâmetro interno da camada de isolamento, M

λ — Condutividade térmica do material de isolamento, 1,163 W/(M·K)

um — Coeficiente de transferência de calor da superfície da camada de isolamento, w/(M²·K)

t0 — temperatura interna, ℃

ts — temperatura da superfície, ℃

tt — temperatura ambiente, ℃

μ — espessura da camada de isolamento, M

Deve -se notar que A, o coeficiente de transferência de calor, refere -se à transferência de calor entre a superfície do isolamento e a atmosfera, que é uma combinação de convecção e radiação. Portanto, o coeficiente de transferência de calor A deve ser:

A = AT + AC    (11-44)

Onde:

no — coeficiente de transferência de calor de radiação

AC — coeficiente de transferência de calor de convecção

O valor de AT pode ser calculado a partir da seguinte fórmula:

Onde:

ε — Emissividade da camada de isolamento (0,84 quando protegida com tinta prateada)

C0 — Coeficiente de radiação do corpo negro, tomado como 5,7 J/m²

Tt — temperatura da superfície, ℃

Tr — temperatura atmosférica, ℃

O CA é o coeficiente de transferência de calor convectivo, que está relacionado à vazão do fluido, calor específico, condutividade térmica etc., ou seja, relacionada ao número de Nusselt.

AC = nu (λ / H)   (11-46)

Onde:

Nu — Nusselt Number

H — altura de engenharia, m

Através de vários testes e comparações em vários países, foi considerado que o valor A nas aplicações de refrigeração é de aproximadamente 8,14 w/(M (M²·K) e em aplicações de isolamento, é de aproximadamente 11,63 w/(m²·K), que corresponde de perto aos valores reais.

【Exemplo】

Usando espuma rígida de poliuretano como material de isolamento para um armazenamento a frio, com uma condutividade térmica de 0,02326 w/(M·K), uma temperatura de armazenamento de projeto de –20°C e uma temperatura média anual externa de 30°C e umidade relativa de 85%, a espessura do isolamento do plástico de espuma é calculada.

De acordo com a fórmula (11-43):

Dado: λ = 0,02326 w/(m·K), tn = –20°C, tt = 30°C, a = 8,14 W/(M·K)

Nos cenários de refrigeração, a temperatura da superfície é na verdade a temperatura do ponto de orvalho. De acordo com a tabela de pressão de vapor saturada, a pressão de vapor saturada em 30°C é 4,23 kPa. Dada 85% de umidade relativa, a pressão de vapor real é:

4.23 × 0,85 = 3,6 (KPa)

A temperatura do ponto de orvalho refere -se à temperatura saturada a essa pressão. A partir da tabela de pressão de vapor saturada, a temperatura saturada a 3,6 kPa é 27.2°C, isto é, tn = 27.2°C.

A condutividade térmica real λ do isolamento de armazenamento a frio deve ser corrigido usando a fórmula (11-37):

λ = λ0 + 0.00012T = 0.020 + 0.00012[(–20 + 27.2)/2]

= 0,020432 [kcal/(m·h·℃)]

= 0,02376 [w/(m·℃)]

μ = 0.02376 / 8.14 × [(–20 – 27.2)/(27.2 – 30)] = 0,049 (m)

A espessura do isolamento é de 49 mm, aproximadamente 50 mm. Portanto, os cálculos subsequentes são baseados em 50 mm.

Com 50 mm de espessura, a transferência de calor Q e a temperatura da superfície do armazenamento a frio são calculadas de acordo com a fórmula (11-41):

Q = (t0 – tt)/(1/a + a/λ) = (–20 – 30)/(1/8.14 + 0.05/0.02326) = –22 (w/m²)

O resultado é negativo, indicando transferência de calor de fora para dentro. Verificação da temperatura da superfície:

ts = q/a + tt = (–22 w/m²)/(8,14 W/m²·℃) + 30 = 27.3 (℃)

TS = 27.3°C corresponde ao valor obtido da tabela de pressão de vapor saturada. Isso mostra que, com isolamento de espuma de 50 mm, o requisito de design é totalmente atendido.