Isı
yalıtımı, metallerle kıyaslanan ısı iletim hızı olarak tanımlanır. Örneğin
çelik ısıyı, tipik bir izolasyon malzemesinden 600 kez daha hızlı iletir. Hava
veya gazla doldurulmuş
veya boşluk halinde bir bölgeye sahip olan malzemeler, norma! koşullarda ısı transferini geciktirirler;
bunlara ısıl izolatörler denir. Bu tip malzemeler
tanecikler halinde veya liflidir (veya her ikisi birden), bağlayıcılıdır veya değildir, gazla-doldurulabilecek boşlukların
bulunduğu ısı-yansıtıcı yüzeylere sahiptir.
Sanayide
kullanılan ekipmanlara, dışarıya (genellikle atmosfere) ısı kaybının önlenmesi için yalıtım
işlemi uygulanır. Isı yalıtımı ilke olarak ekonomik nedenlerle yapılır; atmosfere
kaçırılmayan ısı karşılığındaki enerji tasarruf edileceğinden üretim maliyetleri düşürülmüş olur. Ancak ekonomik
nedenler dışında ısı yatımını zorunlu kılan
başka nedenler de vardır. Ekipmanın özelliğine göre, bunların bir kaçı, bazı hallerde ise tümü
bir arada bulunabilir: (a) Prosesin ilerleyişi içinde akışkanın sıcaklığının,
bir sonraki kademe için daha fazla düşmesini
önlemek, (b) daha uygun, verimli ve rahat çalışma koşulları, (c) personelin güvenliği, yangın veya parlama
olasılıklarının ortadan kaldırılması, (d) çok ani sıcaklık düşüşleriyle boru bağlantı parçaları (flanşlar, kaynak
bölgeleri gibi) üzerinde
gerilimlerin yaratılmasının önlenmesine) ekipmanın her tarafında uygun ve
düzenli bir sıcaklık profili yaratılarak, kimyasal reaksiyonun veya diğer işlemlerin düzenli olmasının sağlanması, (f)
gazların yoğunlaşmasının istenmediği hallerde
ve özellikle kızgın buharın taşındığı borularda ısı kaybının önlenmesi.
YALITIM
MALZEMELERİ SEÇİMİ
Yalıtım
malzemesi seçilirken çalışma sıcaklığının göz önünde tutulması gerekir. Çalışma sıcaklığının,
bilindiği gibi izolasyon malzemesinin kalınlığının tespiti yönünden de önemi
vardır. Sıcaklığı düşük olan ekipmanların izolasyonunda düşük sıcaklık yalıtım
malzemeleri kullanılır; bunlarda ısı iletim katsayısı düşüktür ve nem
birikmesini kısmen önlerler ve nem birikmesi halinde yapıları bozulmayan pahalı malzemeleridir,
sıcak yalıtım için özellikleri ve fonksiyonu uygun olsa bile sıcak izolasyon için
daha ucuz yalıtım malzemeleri bulunduğundan, soğuk yalıtım malzemesi sıcak yalıtımda kullanılmaz.
Yalıtım malzemelerinin bazıları ekipman malzemesi üzerinde
korozyona yol açabilir;
bu nedenle, yalıtılacak ekipmanın malzemesinin bilinmesi gerekir. Şekil-41 de yalıtımı
yapılacak bir vana ile yalıtım malzemesi ve koruyucu malzemenin durumları görülmektedir.
Yalıtım
yapılacak malzemenin açık sahada veya kapalı yerde bulunması önemlidir. Yalıtım
açıkta, atmosfer şartlarında çalışan bir ekipmanda yapılacaksa, açık havaya dayanıklı
bir malzemenin seçilmesi gerekir. Açık şartlarda bulunan ekipmanlar, atmosfer
şartlarının yanında başka fiziksel etkilerle de (yanlış kullanım, kontrolsüz ve
dikkatsiz kullanım, üzerinde yürümek v.s. gibi) karşı karşıyadır. Malzeme
seçiminde bu hususların da dikkate alınması gerekir.
Şekil-42: Yalıtım tipleri
Yalıtım
malzemesinin sık sık sökülüp, ekipmanın kapaklarının, flanşlarının açılması gerekebilir;
bu nedenle izolasyon şeklinin ve malzemesinin, ihtiyaca göre seçilmesi
önemlidir. Ancak hiç açılmayacağı düşünülen izolasyonlar da mevcut olup bu tip izolasyon
alanları portatif alanlardan çok daha fazladır.
Çalışma
sırasında yalıtım malzemesinin üzerine kimyasal maddeler dökülebilecekse,
yalıtkan malzeme bu etkene dayanıklı olmalıdır. Ayrıca yalıtımın ateşe dayanıklı olması
isteniyorsa, izolasyonun ateşe dayanıklı bir kaplama ile takviye edilmesi mümkündür.
Bütün yalıtım malzemelerinin ateşe dayanıklı olduğu söylenemez. Yalıtım malzemesi seçimi
sırasında yalıtılacak yüzeyin şeklinin bilinmesi gerekir. Malzeme seçiminde haliyle göz
önüne alınacak bir diğer faktör
de izolasyonun maliyetidir.
Yapılan
bu açıklamalardan sonra, yalıtım malzemelerinin seçiminde dikkat edilecek hususları
aşağıdaki şekilde toplamak mümkündür: (1) İşletme sıcaklığı (düşük, orta, yüksek),
(2) ekipman malzemesi (çelik, aluminyum, paslanmaz çelik), (3) havaya
açıklığı (kapalı yer, açık saha), (4) kötü kullanım ve yıpranma, kötü kullanıma yol açacak
yerde bulunması, (5) kimyasal maddelere veya ateşe dayanıklılık, (6) yüzeyin
şekli (boru, boru bağlantı parçaları, düz, eğri, düzensiz şekiller), (7) yalıtım
maliyetidir. Şekil-42 de iki yalıtım tipi görülmektedir.
ISI
YALITIM MALZEMELERİ
Isı
yalıtıcılar, (1) asbest, cam, silika, cüruf gibi lifli veya hücreli yapıdadır;
(2) kamış,
pamuk, ağaç, mantar gibi lifli veya hücresel yapıdadır; (3) polistiren veya poliüretanlar gibi hücresel organik
plastiklerdir, (4) hava dolgulu veya gaz-dolgulu
veya vakumlanmış boşluklar içeren ısı yansıtıcı metallerdir.
Endüstri
ve inşaatta kullanılan en yaygın yalıtım malzemeleri gevşek dolgu, çimento, bükülebilir
(fleksibıl), yarı sert, sert, yansıtıcı ve yerinde şekillendirilebilen türdedir.
Gevşek-dolgulu
izolatörler toz, grandi veya ufak yuvarlakça malzemeler olup, duvar boşluklarına dökülerek doldurulur.
İzolasyon çimentosu, suyla karıştırıldığında
plastik gibi ve yapışkan şekil alan bir malzemedir; bir yüzey üzerine sıvanıp
kurutularak uygulanır. Gevşek dolgu ve çimento izolatörler, özellikle
düzgün olmayan yüzeylere uygundur.
Bükülebilir
ve yarı sert malzemeler değişik sıkıştırılabilme ve esneklikte olabilir; battaniye, örtü, keçe
gibi malzemelerdir. Uygulamada levha veya rulolar halinde kullanılır; organik
veya inorganik dolgu maddeli olabilirler. Bu tür kaplamaların lamine folyolar,
plastikler veya tel kafeslerle takviye edilmiş şekilleri de kullanılır.
Sert
yalıtım malzemeleri dikdörtgen blok veya levha şeklindedir ve üretimi sırasında
şekillendirilir. Boru ve eğri yüzeylerin izolasyonu için uygun eğimde ve boyutta olan şekillerde üretilir.
Yansıtıcı
yalıtıcılar, levha ve rulo şeklinde tek veya çok tabakalı yapımlardır; kullanılacağı yere göre önceden
şekillendirilir.
Yerinde
şekillenebilen malzemeler, kullanım yerine aktarılan veya püskürtülen sıvı bileşimlerdir;
bulundukları yerde yarı sert veya sert köpük haline geçerler. Sıvı bağlayıcılarla
karıştırılmış lifli malzemeler de aynı yöntemle uygulanır.
Isıl
yalıtıcılarla gerektiğinde beraber kullanılan bazı yardımcı maddeler vardır.
Bunlar hızlandırıcılar (mekanik veya kimyasal), tamamlayıcılar (koruyucu veya buhar-engelli),
yapıştırıcılar, membranlar ve püskürtücü amaçlı bileşiklerdir.
Bir
malzemenin ısı akışını geciktirme yeteneği, onun ısıl iletkenliği (birim
kalınlık için)
veya iletimi (özel bir kalınlık için) ile açıklanır. Düşük ısıl iletkenlik veya
iletim (veya yüksek ısıl direnç veya direnç değeri) Isıl izolasyonu tanımlar.
Malzemenin öz
ısısı, ısı kapasitesi (öz ısı x yoğunluk), ısıl difüzlenebilmesi (ısıl
iletkenlik / ısı kapasitesi) ve sıcaklığa direnci önemli ısıl özelliklerdir. Sıcaklığın
zamanla değiştiği kararsız-hal
uygulamalarda ısıl difüzlenebilme önemlidir.
Aşağıda
bazı yalıtım malzemeleri ve kullanım koşulları verilmiştir.
%85 Magnezyum Hidroksit: 600 0F sıcaklığa kadar olan bölgelerde
çok kullanılan, yoğunluğu düşük
bir yalıtım malzemesidir. Bu malzeme %85 magnezyum
hidroksit ve %15 magnezyum karbonatın asbest ile takviye edilmesi ile elde edilir. Boruların izolasyonu için 3 ft
uzunluğunda yarım boru şeklinde bloklar
halinde çeşitli kalınlıklarda, kullanıma hazır bulunabilir. Muhtelif kalınlıkta
olan bu yarım boru blokları birbirlerinin
üzerine de geçirilebilecek şekilde ebatlandırılmışlardır.
Ayrıca düz ve eğimli bloklar halinde 3, 6, 9, 12 inç eninde ve 18 veya 36 inç uzunluğunda ve 1-4 inç arasında değişen
kalınlıklarda tank, eşanjör, kolon,
fırın v.s. gibi ekipmanların izolasyonunda kullanılmak üzere hazır bulunurlar.
Eiyaf Yapıda Mineraller: Sentetik olarak imal edilen bu malzeme silis,
cam yapılarındaki
mineral malzemelere lifli bir yapı verilmesi ile oluşur. Bazı türleri metalik ipliklerle
kuvvetlendirilerek keçe şekline getirilmişlerdir. Boru izolasyonu için düz
levhalar halinde olan malzeme bükülerek kullanılır. Esnek tipleri kontrol için sık sık açılan boruların (Petrokimya ve
Rafinerilerde olduğu gibi) izolasyonunda
uygundur; 800 0F sıcaklığa kadar tavsiye edilir.
Keçeleştirilmiş
Asbest (Amyant): Bu malzeme
1 inç kalınlık içinde yaklaşık 35-40 adet
asbest keçe tabakanın, ısı iletimi az bir yapıştırıcı ile tutturulmasıyla yapılır. Boru izolasyonu için ve
düz, yüzey izolasyonu için bloklar halinde imal edilmektedir. Malzemenin
ebatları ve şekli magnezyumlu için tarif edildiği şekildedir. Ayrıca bu malzemem de magnezyumlu malzeme gibi, çok
yüksek sıcaklıkların izolasyonu için kalıpla dökülmüş diatome silika malzemesinin üzerine ikinci bir tabaka olarak
kullanılabilir. En yüksek kullanılma sıcaklığı 700 0F dır.
Asbest Döküm Malzeme: Doğal asbestin bazı yapıştırıcılar ile
karıştırılarak boru barçası ve levha kalıplarına dökülmesiyle elde edilir. Diğer blok
malzemeler büyüklüklerinde
piyasaya sürülmektedir. 24 inç ebadına kadar, silindirik veya yarım boru şeklinde,
1/2-5 inç aralığında değişen kalınlıklarda imal edilmektedir. 700-1000°F sıcaklıkları arasında
kullanılabilir.
Diatome Silika: Diatome toprağın magnezyum karbonat, asbest ve bağlayıcı
olarak kil ile karıştırılarak
kalıplara dökülmesi ile elde edilir; standart büyüklüklerde
bulunur; 1500-1900 F arası sıcaklıklar için uygundur.
Kalsiyum Silikat: Kristal suyu içeren kalsiyum silikatın asbest fiber ile
takviye edilerek
kalıplara dökülmesiyle yapılır; standart büyüklüklerde imal edilir ve 1200 0F a kadar kullanılabilir.
Asbest Battaniye Tipi Malzeme : Bu tip malzemeler pompa, türbin, değişik ebatta (veya kontrol
vanası gibi) ekipmanın izolasyonunda kullanılır; lifli yapıdaki asbestin kumaş şeklinde
dokunması ile yapılır. İzolasyon uygulamasında metal teller ve iğnelerle dikilerek şekil verilir.
Çeşitli Tip
Yapıştırıcı ve Harçlar :
İzolasyon işlemi sırasında kullanılmak üzere, izolasyonun yeri ve ana
izolasyon malzemesine göre seçilen, çok çeşitli harç ve yapıştırıcı
bulunmaktadır. Harçlar, dolgu malzemesi olarak kullanılmasının yanında, çok şekilsiz ekipmanlara standart ebatlardaki
diğer malzemelerin uygulanamaması
durumlarında, ana izolasyon malzemeleri olarak kullanılır. Harçlar genellikle kurudur; kullanılmadan önce
sulandırılarak uygun kıvamda bir
harç hazırlanır. Metal yüzeylere doğrudan yapışabilirler. Bazı tip harçlar
ana izolasyon malzemesi ile aynı yapıda olabilir. Mesela %85 magnezyum
hidroksit malzeme gibi; üçüncü tür harçlar ana izolasyon malzemesinin üzerine
ve en dışa konulan kümes teli (hegzanol tel) üzerine son kat olarak kullanılır.
Bazı hallerde çimento
ile karıştırılarak sertleştirilebilir. Dördüncü tür harçlar doğrudan doğruya
refrakter malzemenin döşenmesi sırasında,
bunların aralarının doldurulması ve yapıştırılması için kullanılan harçlardır.
Şekil-43 te bir
borunun izolasyonunda kullanılan malzemeler gösterilmiştir.
Şekil-43: Boru izolasyonu
ISI
YALITIM ŞEKİLLERİ
Sıcaklık faktörü ve diğer
parametrelerin göz önünde tutulması ile saptanan izolasyon malzemesinin
cinsi, şekli ve kalınlığı ancak izolasyonun belirlenen şekilde yapılması
halinde etkili olur. Uygulama gerektiği gibi yapılmazsa, ısı kayıpları hesaplanandan daha fazla olabildiği
gibi, izolasyonun direnci ve dayanıklılığı
da düşünülenden farklı olur ve kısa zamanda bütün malzeme elden çıkar; veya çıplak yüzeyde olacak ısı kaybından
çok daha büyük ısı kayıpları ile karşılaşılabilir.
İzolasyon
uygulamalarının çok çeşitli yolları ve teknikleri bulunmaktadır. Ekipman
imalat resimlerinde izolasyon tekniği ve yöntemi (şartnameleri) ayrıca belirtilir. Burada tüm tekniklere
değinilmesi mümkün olamayacağından kurallar
verilmeye çalışılacak ve örnek için bir tankın izolasyonu anlatılacaktır.
Yalıtım
Uygulamalarında Genel Kurallar
Yapıda Sağlamlılık: İzolasyon malzemeleri ekipmana sıkıca
yapıştırılmalı ve arada kontrolsüz hava boşlukları bırakılmamalıdır.
Aksi halde bu şekildeki boşluklar izolasyon arasında bir hava akımına, sonuçta
da ısının hızla uzaklaşmasına yol açarlar.
Ayrıca gevşek yerleştirilmiş ve birbirine iyice tutturulmamış yalıtım
malzemelerinin oluşturduğu izolasyonun mekanik mukavemeti de olamaz; tellerle ve bantlarla bağlanmamış izolasyon küçük mertebedeki
titreşimlerle dağılabilirler.
Bağlantı Noktasında
Emniyet : İzolasyon bağlantı
noktalarında veya bağlantı bölgelerinde,
izolasyon malzemelerinin birbirine iyice temas etmeleri önemlidir. Gerekirse bu gibi yerlerde birkaç kat
izolasyon uygulanır. Aksi halde ve özellikle yüksek sıcaklıklı
ekipmanlarda sıcaklığın yol açtığı uzamalarda bağlantılarda açılmalar görülür.
Dış Etkenlere Direnç: Özellikle bina dışı ve açık arazi izolasyonlarının
yapısının
kuvvetli olması gerekir, ayrıca uygun görülen yerlere, üzerlerine basılmaması için geçit merdiveni, kolon ve
dramlar için iskele yahut çıkış merdiveni yapılır.
Nem Geçirmezlik : Dış etkenlerin en önemlisi nem, yağmur ve kardır;
bunların hiçbir şekilde izolasyon içine girmemesi gerekir. Bunun için uygulama tekniklerinde özel haller geliştirilmiştir.
Portatiftik Alternatifi : Kullanımı yerine göre izolasyonun sık açılma olasılığına karşı
kolay sökülür ve hasarlanmadan yerine konulur biçimde olması gerekir.
Tank
Yalıtımı
Yalıtımı üzerinde
çalışılacak tank düz tavanlı silindirik bir tank olsun. Düz tavanlı
silindirik bir tankın şematik görünümü Şekil-44a, ölçüleri Şekil-44b de verilmiştir. Tank şekilde görüldüğü gibi bir
temele oturmaktadır. Tankın tabanı yalıtılmayacaktır. Tank içindeki sıcaklık
550 0F olarak verildiğine göre, burada yüksek sıcaklık
yalıtkan maddelerinden biri uygundur.
Yalıtım
işlemlerinde cisimlerin en dış ölçüleri yalıtma işlemine esas ölçüler olarak alınır. Tank
tavanının çevresinde köşebent varsa bu köşebentlerin eni, tankın tavan çapına ilave edilir. Buna göre,
örnekteki tavan çapının 48 + 3 + 3 = 54 inç
olduğu görülür.
Tankın
3 inç olan giriş borusu ile 4 inç lik çıkış borusu kalsiyum silikat ile
yalıtılmış ve PVA yalıtım
kaplama malzemesi ile kaplanmıştır.
İzolasyon
kaplamaları için önceden şekil verilmiş malzemeler de kullanılabilir; bunlara blok yalıtım
malzemeleri denilmektedir. Blok yalıtım malzemelerin kalınlıkları, genellikle
1 inç, genişlikleri 6 inç veya 12 inç, boyları ise 18 inç veya 36 inç olmaktadır.
Genişliği
fazla olan (12 inç)
blok malzemeler düz yüzeylerin kaplanmasına, mesela dikdörtgen yapıdaki bir tankın yüzeylerinin
kaplanmasına çok elverişlidir. Silindirik
ekipmanlarda tankın yan yüz eğiminin uygun bir şekilde takip edilebilmesi için,
genişliği daha az olan (6 inç)
bloklar kullanılır.
Yalıtım
blokları tank yüzeyine sıkıca oturacak şekilde yerleştirilir. Blokların ekleri sıkı ve uç uca
yapılır. Yalıtımdaki büyük çatlaklar veya kusurlar eğer tank paslanmaz çelik
değilse, yalıtıcı ve perdahlayıcı macun ile doldurularak düzlenir.
Şekil-44: (a) Düz tavanlı silindirik
tankın şematik görünümü, (b) ölçüleri
Boru
üstündeki yalıtımda boru etrafını kaplayan ek yeri çevresel ek olarak adlandırılır. Tank
üstündeki yalıtımda çevresel ek tankın çevresi boyunca devam eden ektir. Özellikle
tanklarda blokların uzunluklarının farklı kullanılması halinde çevresel ekler karşı
karşıya gelmeyebilir. Örnekteki tankın tabanına yakın duvarlarına tatbik
edilen yalıtım için 18" ve 36" uzunluğundaki bloklar sıra ile kullanıldığı durumda çevresel ekler karşı
karşıya olmaz.
Blokların
yüzeyden ayrılmasını önlemek için 18" uzunluktaki blokların her iki ucundan yaklaşık 1 inç
içeriden tel veya bant geçirilir. Yalıtım dış çapı 8 ft den daha küçükse paslanmaz tel,
8 ft den daha büyükse 3/4 x 0.015 inç şerit bant kullanılır. Yalıtımın aşağı kayması beton temel ile önlenir.
İzolasyonuna böyle bir temelden başlanılarak yukarı doğru gidilerek devam edilir
(Şekil-45a). Yalıtkan blokları veya diğer malzeme, tel veya bant tatbik edilinceye
kadar yerinde tutabilmek için, elyaftı tutkal ile tanka yapıştırılır. Yalıtımın en üst
sırası tatbik edilmeden önce yalıtkan, köşebendin dik ayağı üzerine sıkıca
yerleşecek şekilde kesilir. Duvar yalıtkanı ile köşebent çerçevesinin alt yüzü arasına 1 inç kalınlıkta yalıtkan yerleştirilir ve köşebende elyaflı tutkal ile
yapıştırılır (Şekil-45b).
Örnekte
alınan tank tavanının yalıtılmasında önemli hususlardan biri köşebent izolasyonu ile
bağlantısının yapılmasıdır. Tankın üzerindeki köşebendin kenar çevresi kalsiyum silikat
blokları ile yalıtılır; bu yalıtım 1 inç üst seviyesine kadar uzanır. Yalıtım üst uzantısı köşebendin altındaki
yalıtıma elyaflı tutkal ile tutturulur.
Tankın
tavan yüzeyine ise 1 inç
kalınlıkta kalsiyum silikat uygulanır. İzolasyon için yalıtım blokları kullanılır. Yalıtımın nasıl
yapılacağı şekilde gösterilmektedir. Yalıtım blokları tank çapına göre mümkün
olduğunca en uzun boyda kullanılır. İlk parça çap ile parçanın ekseni çakıştırılmak üzere
yerleştirilir. Diğer bloklar en uygun
ve yekpare uzunluklarda oturtulmaya çalışılır.
Tank
tavanına uygulanan izolasyon 24 kalınlıkta ise yan uzantıların yüksekliği de
tankın üstünden 2 inç yüksektir. Üst yüzey yalıtım duvarların uzantısı ile aynı
seviyede olur.
Tank
tavanına uygun şekilde yerleştirilmiş ve tankın üzerine elyaflı tutkal ile tutturulmuş blokların
üzerinden de şerit geçirilir. Birbirine 90° konumunda olan 2 şeritten sonra
bunlarla 45° açı teşkil edecek konumda 2 şerit daha geçirilir. Bütün şeritler tank
çevresine geçirilerek diğer bir şerit ile sıkıştırılır. Sıkıştırma işlemi şerit makineleriyle yapılır.
Tank
üzerindeki nozullann da yalıtılmaları gerekir. Nozul yalıtımında boru parçası şekli verilmiş, ancak çap boyunca
kesilmiş ve yarım boru görünümündeki bloklardan yararlanılır.
Bir
nozul için seçilecek boru yalıtkan bloku, flanş ile aynı çaplı olmalıdır. Boru izolasyonunda, doğal
olarak flanş izolasyonu için borudan daha farklı bir çap kullanılır. Borularda
flanş için kullanılan izolasyon bloklarının çapı boru için kullanılan ile aynı olmaz
(Şekil-46). Şekil-47 de yalıtılmış tank tavanının üstten görünüşü ve çeşitli detaylar gösterilmiştir.
Şekil-45: Düz tavanlı silindirik bir
tanka yalıtım uygulanması; (a) izolasyonun başlatılması, (b) tamamlanmış
izolasyon
Şekil-46: Bağlantı flanş yalıtımı
Şekil-47: Yalıtılmış tank tavanının
görüntüsü
Yüzey Bitirme ve Koruma: İzolasyon maddeleri tank üzerine ve çevresine
yukarıda anlatıldığı şekilde yerleştirildikten sonra, bu izolasyonun her türlü
dış etkenden
korunması için yüzey bitirme adı ile anılan ilave işlemlerin uygulanması gerekir (Şekil-48). Bu malzeme üzerine
öncelikle PVA (poli vinil alkol) maddesinden
hazırlanmış macun kaplanır; izolasyonun 50 ft alanı için 1 galon PVA
macunu kullanılır.
PVA
macunun ilk katının üzerine cam bezi kaplanır ve cam bezi macunun içine gömülür; macun
yapışkan vaziyette olduğundan cam bezi elyafını tutar. Bundan sonra üzerine
20 ft alana 1 galon olmak üzere tekrar PVA macunu kaplanır. Böyle bir
uygulama ile izolasyon (a) havaya karşı, (b) ateşe karşı, (c) neme karşı dayanıklı hale getirilmiş olur.
Ancak
izolasyon hala dışarıdan gelebilecek beklenmedik etkilere karşı henüz korunmuş durumda
değildir. Bu özelliğin kazandırılması için yapılan izolasyon bir alüminyum
ceket içine alınır. Alüminyum ceket; ateşe dayanıklıdır, beklenmedik etkilere karşı izolasyonu
korur, havaya mukavemeti büyük ölçüde yükseltir.
Alüminyum
ceket ebatları küçük ekipmanlarda, küçük ve orta büyüklükteki pompalarda, eşanjör
kafalarında, büyük çaplı flanşlarda bağımsız ve portatif yapılabilir. Örnekteki
gibi büyük ekipmanlarda izolasyon işleminde büyük ebatlı alüminyum levhalar
kullanılır. Levhalar tank çevresine yerleştirilip birbirlerine tutturup şeritlerle
bağlandıktan sonra izolasyon tamamlanmış olur.
Alüminyum
levhalar yerleştirilerek suyun içeri sızmasının önlenmesi için hem dikey ve hem de
çevresel eklerde levhalar birbirleri üzerine bindirilir. Her iki yöndeki bu bindirmeler
yaklaşık 3" kadardır; bu parçalar bağlayıcılarla birbirlerine tutturulur. Dikey
bindirmede iki çeşit bağlayıcı, perçin veya metal levha vidaları kullanılabilir. Ayrıca
dikey bindirmede 36" kadar aralıklarla yerleştirilen S mandallarıyla üstteki
levhanın alttaki levha üzerinden kaymadan sabitlenmesi sağlanır. Alüminyum
levhaların açık kalabilecek bölgeleri (nozul birleşme yerleri gibi) bağlantı kaplama
maddesi ile örtülür, son olarak da alüminyum levhaların açık kalabilecek
bölgeleri (nozul birleşme yerleri gibi) bağlantı kaplama maddesi ile örtülür ve
levhaların ortalarına rastlayacak şekilde çevresel şeritlerle bağlanır.
Şekil-48: Isıl izolasyonda yüzey bitirme işlemi
Kriyojenik
Yalıtım
Doğal gazın sıvılaştırılması
ve taşınması, süper iletkenler, elektronik aletler ve tıp tekniklerinin
gelişmesi, güç-iletim bağlantılarının soğutulması ve üretim proseslerinde
kriyojenik akışkanlara olan talebin artmasıyla yüksek verimli ısıl yalıtıma gereksinim doğmuştur. Isı akış hızını
düşürecek çok etkin yöntemler geliştirilerek,
geleneksel soğutma izolasyon sistemlerine göre 10-10000 kat daha iyi
yalıtım sağlanabilmektedir.
Isı
Transfer Mekanizmasının Yavaşlatılması:
Katı-iletimin yavaşlatılması, çok ince bölünmüş tanecikler
ve kontrollü dizilmiş küçük çaplı lifler
(fiberler) kullanılarak kesit alanının azaltılıp, ısı akışı yönündeki yol
uzunluğunun arttırılmasıyla sağlanır. Gaz-iletimi ise gaz basıncının
düşürülmesiyle azaltılır. Basınç düşmesinin etkisi iki bölgeye ayrılır: (1)
atmosfer basıncından birkaç milimetre civa basıncına kadar olan aralık; bu
koşullarda gaz iletimi basınca bağlı
değildir, (2) birkaç milimetreden daha düşük basınçlar; gaz iletimi basınca bağlıdır. Bir bölgeden diğerine
geçiş, taneciklerin düzenlenmiş şekline ve gaz moleküllerinin geçtiği
ortalama serbest yola göre değişir. Gaz başmandaki
bir azalma, yalıtıcı tanecikler
arasındaki boşluklarla kıyaslanabilir düzeye gelinceye kadar ortalama
serbest yol mesafesinin artmasına sebep
olur; bu mesafeden sonra
basınca-bağımlı bölge elde edilir. Gaz basıncının çeşitli malzemeler
için, ısıl iletime etkisi Şekil-49 daki grafiklerle verilmiştir; gaz molekülleri uzaklaştırıldığında ısıl iletim
düşmektedir.
Şekil-49: Bazı malzemelerin, sızıntı
gaz basıncının fonksiyonu olarak, ortalama ısıl iletkenlikleri
Radyasyonla
ıs transferini azaltmak için absorbsiyon, tekrar-radyasyon ve saçılma olayları değiştirilir. Optimum
tane büyüklüğü, yansıtıcı tanecikler veya absorblayıcı maddelerle radyasyon azaltılır. Kriyojenik
yalıtımda dört yöntem uygulanır: (1)
yüksek-vakum, (2) çoklu-tabaka, (3)
toz, (4) sert köpük.
Yüksek-Vakum Yalıtımı
Kriyojenik sıvıların bulundurulduğu çift-duvarlı, yansıtıcı
yüzeyli kaplara yüksek vakum uygulanır.
Dewar tip kaplara ısı sızması radyasyon, gaz iletimi veya bağlantı malzemelerinden doğrudan ısıl iletim
şeklindedir. Çok düşük kaynama noktalı sıvılar (helyum, hidrojen gibi)
için kullanılan Devvar kaplarına sıvı azotla soğutulan
bir siper kullanılarak radyasyonla ısı transferi engellenir. Siperle iç kap arasındaki
ısı transferi, başlıca, vakumlanmış bölgede kalan gaz (kalıntı) yoluyla
kondüksiyonla iletim şeklindedir. Bir H2 Devvarında kalıntı gaz hidrojene
benzer, çözeltilerden, metallerden veya difüzyon pompasının akışkanından çıkar.
Bir He Devvarında kalıntı gaz, sadece helyum
kabındaki sızıntıdan kaynaklanır.
Sıcak ve soğuk kovanlar arasındaki iç destek malzemeleri ve
diğer bağlantılardan olan ısı iletimi,
uygun malzeme kullanılmadığı ve iyi bir yalıtım yapılmadığı hallerde önemli
boyutlardadır. Isı akışının en aza düşürülmesi için düşük ısıl iletkenli ve
uygun kuvvette malzemeler seçilmelidir. Malzemenin gaz çıkarma ve
kırılganlık gibi özellikleri de önemli faktörlerdir. Şekil-50a da ve 50b de
laboratuvar boyutlarda Devvar kapları görülmektedir.
Şekil-50: 10-100 L kapasiteli, taşınabilir (a) tipik sıvı azot veya sıvı oksijen, (b) sıvı helyum veya sıvı hidrojen (soğutma sıvı azot ile yapılır), dewar kapları
Çok
Tabakalı Yalıtım
Bu
tip yalıtımda radyasyon- yansıtıcı yüzer engeller (siper) arasında, iletkenliği
çok düşük
ayırıcılar bulunur. Radyasyonla ısı transferi yüzeyin emitleme (ışın çıkarma) gücüyle doğru,
radyasyon siperlerinin sayısıyla ters orantılıdır.
Vakumlanmış
Toz Yalıtım
Tozların
çoğu kuvvetli adsorbentlerdir ve istenilen vakumun elde edilebilmesi için çok iyi ve
dikkatle kurutulmalıdır. Herhangi bir nedenle vakumun bozulma olasılığı nedeniyle,
yüksek vakumlu yalıtıma veya çok tabakalı yalıtıma göre daha avantajlıdır. Konveksiyonla ve radyasyonla
ısı transferini azaltır ve orta-vakumlarda
kullanılır. Silika ve perlit gibi mineral tozlara, metalik tozların karıştırılmasıyla
radyasyonla ısı transferi daha da düşer.
Sert
Köpük Yalıtımı
Sert
köpükler diğer yalıtım malzemeleri kadar etkin değildir, fakat vakumlu bir ortama gereksinim olmadığından borulama ve
kazanların kurulmasında tek-kovan sistem yeterlidir. Atmosferik basınçta düşük
ısıl iletkenlikleri, gözeneklerin freonla
doldurulmasıyla sağlanır. Gözeneklerin büyüklüğü, freonun 1 atmosferdeki
ortalama serbest yol mesafesi kadardır.
ISI
YALITIMININ EKONOMİK YÖNÜ VE ISI YALITIMINDA EKONOMİK KALINLIK ANLAMI
Çıplak yüzeylerdeki ısı kaybı, sıcaklık farkı yükseldikçe
önemli derecede artar; bu nedenle ısı yalıtımının önemi büyüktür. Örneğin bir
yılda 7200 saat çalışan bir buhar kazanının buhar dramındaki basınç 150 psi
olsun; bunu karşılayan (doymuş buhar)
sıcaklık 366 0F dır. Atmosfer sıcaklığının 80 0F olduğu
kabul edilirse sıcaklık farkı 286 0F dır. Tankın alanı da
düşünülürse, çıplak yüzeylerden atmosfere
büyük kaçaklar olabileceği kolaylıkla görülür. Bu nedenle izolasyonun iyi bir
yatırım olduğu söylenebilir; bu hususun tasarım sırasında düşünülmesi ve
yatırım için bütçeye harcama konulması gerekir. İzolasyonların gerektiği
şekilde kullanılması ve korunması da
çok önemlidir. İzolasyon tahrip olursa veya çıkartıldıktan sonra yerine konulmazsa, hem yatırım boşa gider hem de
ısı kayıpları büyük boyutlara
ulaşır. Uygun bir izolasyon yatırımının, yaklaşık bir yıl içinde
kendisini ödediği kabul edilmektedir.
Çabuk hesaplamalar için
hazırlanmış tablolardan bakılırsa, 286 0F sıcaklık farkı için çıplak yüzeyden ısı kaybı yaklaşık 850
Btu/saat ft dir. Örnekteki buhar dramının kazan dışında kalan
kafalarının izole edilmeyen alanlarının 30 ft olduğu varsayıldığında, ısı
kaybının; 850 x 30 x 7.200 = 183.6 milyon btu olduğu görülür. Bugünkü bedeller ile yakıtların ısı değerlerine
göre 1 milyon btu enerji 3 dolar olduğu bilindiğine göre, sadece kafa
izolasyonunun olmayışından veya kuruluş sırasında yapılmış ancak daha sonra çıkartılmış olan izolasyonun
bıraktığı çıplak alandan kaybolan ısının para değeri, 183.6 x 3 = 550.8
dolardır. Oysa izolasyonun yapılması yaklaşık 450-500 dolara mal olur.
Uygun izolasyon denilince
şekil, malzeme ve uygulanış biçimi ile amaca en uygun yalıtımın
seçilmesi anlaşılır. Ancak bu yeterli değildir; izolasyonun kalınlığı ayrı bir parametre olarak hesaplara girer.
Malzeme, şekil, uygulanış usullerinin uygun seçilmesi izolasyonun ekonomisinin
tanımında yeterli değildir. Ekonomide izolasyon
kalınlığın ve uygun ekonomik kalınlığın belirlenmesi gerekir.
Ekonomik kalınlık
kaybedilecek ısı maliyeti ile izolasyon maliyetinin kıyaslamasıyla belirlenebilir. Diğer faktörler
göz önüne alınarak saptanan bir malzeme ile yapılan izolasyonun ekonomik
kalınlığı en çok ısı tasarrufu sağlayan kalınlıktır;
ayrıca harcanan izolasyon malzemesi, belirlenen bir zaman içinde kendisini
ödeyebilmelidir. Kalınlıktan yapılacak tasarrufla ilk başta harcanacak yatırım
giderlerinde indirim sağlanabilir, ancak işletme döneminde karşılaşılan ısı
kayıpları başlangıçta temin edilen tasarrufun çok üzerine çıkabilir. Bunun aksi
de izolasyon kalınlığının gereğinden çok
fazla olması ve yatırım harcamalarının gereksiz
yere ve uzun yıllar içinde sağlanan ısı tasarrufu karşılanmasına yol açar.
Şekil-51 deki grafikten
görüldüğü gibi yalıtımın maliyeti kaybedilen ısının maliyeti ile,
izolasyon harcamalarının toplamı olarak düşünülebilir. İzolasyon kalınlığı sıfır iken izolasyon maliyeti çıplak
yüzeyden kaçan ısının maliyeti olarak kabul edilir.
İzolasyon
harcamalarının başlamasıyla ısı kayıpları azalacağından ilk izolasyon ile ısı kayıplarında büyük
azalma olur ve iki kalemin toplamında hızlı bir azalma görülür. İzolasyon çok kalınlaştığında ısı
kayıpları, izolasyon harcamaları seviyesinden
daha düşük olacağından toplam harcamalar yükselmeye başlar. İzolasyon maliyeti ile ısı kaçaklarının maliyeti
toplamı bir minimumdan geçer ve izolasyon kalınlığının daha fazla
arttırılmasıyla ilave bir ısı tasarrufu sağlamayacağından,
yıllık harcama yükselir. Grafiğin geçtiği minimum bölge ekonomik
kalınlık bölgesi olarak tanımlanır.
İzolasyonun
ekonomik kalınlığının belirlenmesi pek çok değişken içeren bir işlemdir. Mesela yakıt
fiyatlarının ileriki yıllarda ne olacağının buna karşılık izolasyon maddelerinin
nasıl gelişeceğinin tahmin edilmesi gerektiği gibi. Bunun yanında ilgili
kitaplarda, tasarımcılara yardımcı olmak üzere bazı yaklaşımlarla hazırlanmış ekonomik
kalınlıkları veren tablolar bulunmaktadır.
Şekil-51: Ekonomik izolasyon
kalınlığının tayin edilmesi
GERİ (proje çalışmaları)
