ضخامت عایق حرارتی لوله و شعاع بحرانی عایق
زمانی که بحث در مورد راه کارهای کاهش مصرف انرژی می شود، می توان به عایق کاری سیستم های حرارتی به کمک یک عایق حرارتی مناسب، اشاره کرد. اما در همه ی موارد با عایق کاری نمی توان باعث کاهش اتلاف حرارت شد، بلکه در بعضی از موارد (سیستم های استوانه ای و کروی) ممکن است ضخامت عایق به نحوی انتخاب می شود که عایق کاری نه تنها باعث کاهش مصرف انرژی نشود بلکه باعث شود میزان اتلاف حرارت بیشتر شود.
از جمله مکان هایی که عایق کاری حرارتی آن ها دارای اهمیت است عایق کاری لوله ها در صنایع، مخصوصا صنایع شیمیایی می باشد. از لوله ها در صنایع برای انتقال سیالات گرم استفاده می شود که دمای این سیالات در فرایند تولید مهم است. در این صنایع برای کاهش اتلاف حرارت و افت دمای سیالات درون لوله، لوله ها را عایق کاری حرارتی می کنند. تصور بر این است که با افزایش ضخامت عایق حرارتی میزان اتلاف حرارت کمتر می شود. اما در سیستم های کروی و استوانه ای (مانند مخازن و لوله ها و …) با افزایش سطح، سطح تبادل حرارتی افزایش می یابد و مقاومت بر سر راه انتقال حرارت کاهش می یابد. با کاهش مقاومت انتقال حرارت اتلاف حرارت افزایش می یابد. بنابراین در سیستم های کروی و استوانه ای با افزایش ضخامت عایق حرارتی تا یک شعاع بحرانی ابتدا انتقال حرارت و میزان اتلاف حرارتی افزایش می یابد تا به مقدار بیشنه خود برسد و سپس دوباره کاهش می یابد. به این شعاع، شعاع بحرانی عایق حرارتی گفته می شود.
در عایق کاری لوله ها باید در ابتدا شعاع بحرانی حساب شود. شعاع بحرانی لوله به جنس عایق حرارتی و ضریب انتقال حرارت جابجایی سیالی که در بیرون جریان دارد بستگی دارد. شعاع بحرانی لوله از رابطه ی زیر محاسبه می شود:
Rc=K/ho
که در این رابطه Rc: شعاع بحرانی لوله
K: ضریب هدایت حرارتی عایق
ho: ضریب انتقال حرارت جابجایی سیالی بیرونی است.
بعد از محاسبه شعاع بحرانی دو حالت رخ می دهد:
1- شعاع بحرانی از شعاع بیرونی لوله کمتر است: در این حالت از ابتدا عایق کاری باعث می شود که نرخ انتقال حرارت کاهش یابد، حتی با استفاده از عایق حرارتی با ضخامت کم.
2- شعاع بحرانی از شعاع بیرونی لوله بیشتر است: در این حالت عایق کاری باعث می شود در ابتدا میزان اتلاف حرارت افزایش یابد تا شعاع لوله به شعاع بحرانی برسد، در این حالت اتلاف حرارت در حالت ماکسیمم مقدار خود است، افزایش بیشتر شعاع لوله (ضخامت عایق) باعث می شود که میزان اتلاف حرارت کاهش یابد.
اگر ضریب انتقال حرارت جابجایی سیال بیرونی بسیار کوچک باشد، شعاع بحرانی لوله یک عدد بزرگی می شود، در این موارد اگر میزان اتلاف حرارت از لوله زیاد نیست، نیازی به عایق کاری حرارتی نمی باشد. چون در این موارد باید از عایق حرارتی با ضخامت بسیار زیاد استفاده کرد.
