Calcolatore Del raggio Critico Dell'isolamento
Conduzione + Convezione – Stato StazionarioDetermina il raggio critico (e lo spessore critico) dell'isolamento per un cilindro o una sfera (il raggio esterno in corrispondenza del quale la perdita di calore è massima) e confronta i tassi di perdita di calore prima e dopo l'isolamento.
Si applica a tubi, fili e recipienti sferici isolati con confine esterno convettivoIngressi
Risultati
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Formule utilizzate
Cilindro: dcr =k/h| Sfera: dcr = 2k/ora
Consumo termico del cilindro: Q/L = (T₁ − T∞) / [ ln(r₂/r₁) / (2πk) + 1 / (2π r₂ h) ]
Tasso di calore della sfera: Q = (T₁ − T∞) / [ (1/(4πk))·(1/r₁ − 1/r₂) + 1 / (4π r₂² h) ]
| Simbolo | Senso | Unità |
|---|---|---|
| rcr | Raggio critico di isolamento | m |
| r₁ | Raggio Interno (superficie nuda). | m |
| r₂ | Raggio esterno di isolamento | m |
| k | Conducibilità termica dell'isolamento | W/m·K |
| h | Coefficiente di convezione della superficie esterna | W/m²·K |
| T₁, T∞ | Temperatura superficiale e ambientale | ° C |
| L | Lunghezza del cilindro | m |
Sequenza di calcolo: (1) calcolare rcr da k e h → (2) confrontare rcr a r₁ per classificare il caso → (3) se sono dati T₁, T∞ (e r₂/L), calcolare Q per la superficie nuda, in rcr, e a r₂ per il confronto diretto.
Presupposti E limiti
- Conduzione radiale unidimensionale allo stato stazionario attraverso uno strato isolante omogeneo e isotropo.
- Conduttività termica costante k (nessuna dipendenza dalla temperatura) e coefficiente di convezione esterna costante h.
- Perfetto contatto termico tra superficie e isolante (nessuna resistenza interfacciale/di contatto).
- Il trasferimento di calore per radiazione sulla superficie esterna non è incluso; h deve già tenerne conto se rilevante.
- Esclude gli effetti delle estremità assiali, l'invecchiamento dell'isolamento/l'assorbimento di umidità e le condizioni ambientali non uniformi.
- Valido solo per geometrie cilindriche o sferiche semplici, non per pareti piane (non esiste spessore critico per una parete piana) o condutture/recinti irregolari.
Note di ingegneria
- L'effetto del raggio critico è significativo principalmente per conduttori di piccolo diametro (fili sottili, piccoli tubi) con isolamento a bassa conduttività e basso h; per tubazioni tipiche di edifici/processi, rcr è solitamente inferiore al raggio del tubo, quindi qualsiasi isolamento riduce la perdita di calore.
- Se r₁ < rcr, è possibile aggiungere temporaneamente un sottile strato isolante aumentare perdita di calore finché il raggio esterno non passa rcr; specificare uno spessore dell'isolamento sufficientemente grande da superare rcr garantire una riduzione netta.
- Metodo di riferimento: Incropera, DeWitt et al., Fondamenti di trasferimento di calore e di massaE Cengel e Ghajar, Trasferimento di calore e massa (raggio critico di isolamento, gusci cilindrici/sferici).
- Cronologia delle revisioni: v1.0 - versione iniziale (raggio critico, spessore critico e calcoli comparativi della velocità di riscaldamento per cilindro e sfera).
