Isı İzolasyonu, Isı Dayanımı ve Isı İletim Katsayısı

Haber Resmi

Yüksek ısının kontrolü zor bir iştir, çoğu zaman profesyonel destek alınması gereken bir süreçtir. Değişken ısı iletim katsayısı, yüzey alanı, yüzey formu, ortam sıcaklığı, ortam rüzgar şiddeti gibi parametreler dikkate alınarak yapılan ısı izolasyonları optimum verim sağlayacaktır, aksi durumlar düşük verim ve yüksek maliyet ile sonuçlanacaktır. 

Bu yazıda yüksek ısı ile mücadelede birbiri ile çok sık karıştırılan, ancak birbirinden çok farklı üç kavramı inceleyeceğiz.

Isı dayanımı, ısı izolasyonu ve ısı iletim katsayısı.

Isı dayanımı

Isı dayanımı terimi kendi içerisinde bir çok alt gruba ayrılabilir bir terimdir. Biz teknik tekstilde sıklıkla bahsi geçen iki önemli alt grubunu inceleyeceğiz; 

Sürekli ısı dayanımı

Malzemenin oda sıcaklığındaki mekanik performans değerlerinin süreden bağımsız sabit kaldığı maksimum sıcaklık değerini ifade etmektedir. Örneğin E-glass cam elyaf için bu değer yaklaşık 550’C’dir.

Anlık ısı dayanımı

Malzemenin oda sıcaklığındaki mekanik performans değerlerinin süreye bağlı sabit kaldığı maksimum sıcaklık değerini ifade eder ve sıcaklık değeriyle birlikte bu sıcaklığa dayanabileceği süre de belirtilir. Örneğin E-glass cam elyaf için bu değer yaklaşık 650’C ve 1 dakikadır.

Malzemenin fiziksel özelliklerinden bağımsız bir değişkendir. Malzeme kalınlığı arttıkça ısı dayanımı değişmeyecektir. 

Örnek vermek gerekirse 1.000’C sıcaklıkta yüzeye iki veya daha fazla kat 550’C sıcaklık dayanımına sahip E-glass cam elyaf sarmak zaman ve para kaybından başka birşey getirmeyecektir, E-glass Cam elyafın erimesiyle sonuçlanacaktır. (Malesef yaşanmış olaydır.) Kullanılması gereken malzeme 1.100’C sıcaklığa sahip Silikat elyaf veya 1.200’C sıcaklığa dayanıklı Seramik elyaf kullanılması olacaktır.

Isı dayanımı olgusunu kabaca bu şekilde ifade edebiliriz.

Isı iletim katsayısı

Birim kalınlıkta bir maddenin birim yüzey alanından, birim sıcaklık farkında ve birim zamanda iletilen ısı miktarı olarak tanımlanır. Birimi W/m2K’dir. Bu değer malzemenin moleküler yapısına bağlı olarak değişmektedir. Metal gibi yüksek yoğunluklu, sıkı molekül yapısına sahip malzemeler yüksek ısı iletim katsayısına sahiptir. 

Malzeme yoğunluğu azaldıkça, moleküllerin birbiri arasındaki enerji iletim miktarı azalacağından ısı iletim katsayısı da azalacaktır. Dokuma kumaşların iğnelenmiş şiltelere (keçe,yün) göre daha düşük izolasyon sağlamasının sebebi de budur.

Yüksek sıcaklığa maruz kalan malzemelerde ısı enerjisinin bir kısmı moleküler hareket enerjisine dönüşür ve moleküllerin hareket miktarı artar, bu nedenle sıcaklığın artmasıyla malzemelerin ısı iletim katsayısı artar.

Seramik yünü, kaya yünü, cam yünü, silika yünü veya aerojel gibi izolasyon malzemeleri günümüzde sıklıkla kullanılan düşük ısı iletim katsayılı izolasyon malzemeleridir. 

Isı izolasyonu

Başta malzemenin ısı iletim katsayısı ve malzeme kalınlığı olmak üzere, izolasyon geometrisi ve çevresel faktörler gibi değişkenler ile ilintili bir olgudur. 

Yüksek ısı izolasyonu sağlamak için yukarıda belirtilen faktörlerin şu şekilde olması optimum ısı izolasyonu elde edilmesini sağlar;

 1) Düşük ısı iletim katsayısı

 2) Yeterli ısı dayanımına sahip malzeme seçimi

 2) Yeterli malzeme kalınlığı

 3) Sivri köşelerden arınmış geometri

 4) Dış ortam şartlarından izole ya da minimum maruziyet (rüzgar, yağmur, vb.)

Isı dayanımı, ısı izolasyonu ve ısı iletim katsayısı kavramlarını ayrı ayrı incelediğimize göre toparlamak gerekirse;

“Yüksek ısı izolasyonu sağlamak için yüksek ısı dayanımına ve düşük ısı iletim katsayısına sahip malzemeler seçilmelidir.”

Optimum ısı izolasyon verimi elde etmek için değişken ısı iletim katsayısı, ısı dayanımı, kalınlık, malzeme geometrisi ve çevresel faktörler gibi parametrelerin bir arada değerlendirildiği Isı Akış Simülasyon programlarının kullanılması gerekmektedir.