Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE





AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


BILANTUL TERMIC AL SCHIMBATOARELOR DE CALDURA

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic







DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
CUTTER PLOTTER MINGKE - MANUAL DE UTILIZARE
PROIECT INGINERIA SISTEMELOR DE PRODUCTIE
AGENTI DE TRANSFER TERMIC FLUIZI
TRAGEREA - deformare plastica
Determinarea schemelor de orientare la aschiere a piesei
Principiul de functionare si vederea generala asupra presei hidraulice
Definirea conditiilor de autopropulsare
Modul de dispunere a echipamentului de tractiune - Masa autovehiculului
Verificarea arborelui la solicitari compuse (sectiunea 1)
Masina de ambalat in vid MULTIVAC B 500

BILANTUL TERMIC AL SCHIMBATOARELOR DE CALDURA

1. Notiuni generale

Schimbatoarele de caldura sunt aparatele termice in care are loc transferul de caldura de la un agent termic primar la un agent termic secundar. Energia termica a agentului secundar este aceea care se utilizeaza in diferite scopuri tehnologice, de incalzire etc. Schimbatoarele de caldura sunt aparate termice de forme constructive si functionale foarte diversificate. In figura 1 este reprezentat un schimbator de caldura vapori-lichid (de tip condensator), in figura 2, un schimbator de caldura lichid-lichid (de tip Boiler), iar in figura 3 un schimbator de caldura cu placi lichid-lichid.



 

 

Fig.1. Schema unui schimbator

de caldura de tip vapori-lichid.

 

Fig.2. Schema unui schimbator de caldura de tip lichid-lichid.

In ultimul timp, schimbatoarele de caldura cu placi sunt utilizate tot mai mult, datorita eficientei crescute a transferului de caldura si a compactitatii (dimensiuni de gabarit cu mult mai reduse pentru un acelasi flux de caldura transferat). In figura 3 la detaliul 'mod de etansare intre placi', prezenta bilelor pe locurile fara garnituri, permite evitarea expulzarii garniturilor in cazul unei presiuni ridicate intre placi.

Fig.3. Schimbator de caldura cu placi (schema): 1- suruburi de fixare; 2- conducta pentru agentul primar; 3- garnituri; 4- placi nervurate; 5- placa de fixare anterioara si posterioara; 6- conducta pentru agentul secundar.

2. Calculul termic al schimbatoarelor de caldura

Prin efectuarea unui bilant termic real al unui schimbator de caldura se urmareste determinarea randamentului termic al acestuia. In cazul in care acesta nu este corespunzator, se impune luarea unor masuri de imbunatatire.

Ecuatia generala a bilantului termic este:

[ W ] , (1)

unde: este fluxul de caldura cedat de agentul termic primar; - fluxul de caldura primit de agentul termic secundar, iar - fluxul de caldura pierdut in mediul ambiant prin convectia si radiatia termica a suprafetei exterioare a aparatului, in W. Randamentul termic este:

[ % ] . (2)

Pentru determinarea fluxurilor de caldura ale agentilor termici, se considera cazul unui schimbator de caldura de suprafata, cu schimbarea starii de agregare a agentului termic primar, de la abur saturat la lichid, agentul termic secundar fiind apa (fig.4).

Fig.4. Evolutia temperaturii agentilor termici.

Astfel consideram ca agentul termic primar 1, trece in acelasi aparat, din starea de vapori saturati uscati (1) in starea de lichid (4) (fig.4,a.), in portiunea (1,2-3), functionand in regim de condensare, iar in portiunea (3-4) in regim de racire la p = ct.. Agentul secundar 2, din starea initiala caracterizata prin temperatura t2 trece in starea finala caracterizata prin temperatura t'2 (fig.4,b.). Notam cu indice (1) agentul primar si cu indice (2) agentul secundar.

[W ] , (3)

[W], (4)

in care: Dm1, Dm2 sunt debitele masice ale celor doua fluide, in kg/s; lc- caldura latenta de condensare, in kJ/kg; hi- entalpiile specifice ale agentilor termici in punctele considerate, la temperaturile prezentate in fig.4.,in kJ/kg ; ti- temperatura in punctele respective, in oC; caldura specifica la presiune constanta a apei, in kJ/(kg.K).

Din relatiile (3) si (4) rezulta ca fluxurile termice ale celor doi agenti termici pot fi determinate fie cunoscand entalpiile acestora in punctele considerate, fie cunoscand caldurile masice medii si temperatura in punctele corespunzatoare.

Un caz mai interesant il reprezinta situatia in care agentul primar 1 este la intrarea in aparat, sub forma de vapori saturati umezi cu titlul x1< l (fig.4,a), notat cu punctul M.

In aceasta situatie este necesar sa se determine titlul x1 (acest lucru face obiectul lucrari de laborator nr.5). Pentru aceasta situatie vom avea :

[W]

(5)

De asemenea, este necesar ca masuratorile de debit si de temperatura ale agentilor termici sa fie facute cu maximum de precizie, pentru ca in caz contrar, rezultatele pot fi eronate. In conditia in care aceste masuratori sunt efectuate cu maximum de precizie se poate determina termenul pma. Fluxul de caldura pierdut in mediul ambiant, pma, mai poate fi determinat si pe cale analitico-experimentala cu ajutorul relatiei:

[ W] , (6) unde: a este coeficientul de transfer termic de suprafata, in W/(m2.K); Se - aria suprafetei exterioare a aparatului, in m2; tp, tamb- temperatura medie a suprafetei exterioare a aparatului si respectiv a mediului ambiant, in oC.

Coeficientul de transfer termic de suprafata, in cazul convectiei libere se determina cu relatia:

[

Deci, a se determina in functie de tp si tamb cu relatia (7), unde 2,8 si 4,8 sunt coeficienti stabiliti pentru un schimbator de caldura avand mantaua exterioara cilindrica izolata termic. (In conditiile unei izolatii perfecte @ O ).

Fluxul de caldura mai poate fi determinat si cu relatia:

= k.A. D tm, [W] , (8)

in care : k este coeficientul global de transmitere a caldurii de la fluidul 1 la fluidul 2 prin peretii despartitori respectivi, in W/ (m2.K); A - aria suprafetei de transfer de caldura a aparatului, in m2; D tm - diferenta medie logaritmica de temperatura dintre cei doi agenti termici, in oC .

De fapt o verificare corecta a unui schimbator de caldura se face prin determinarea cit mai precisa a coeficientului de schimb de caldura, k.

Diferenta medie logaritmica de temperatura in cazul circulatiei agentilor termici in echicurent sau contracurent, se determina cu relatia:

[oC], (9)

unde: D tmax si D tmin sunt diferentele de temperatura maxima si respectiv minima, dintre agentii termici la intrarea si iesirea din aparat (fig.5a,b.).

Pentru schimbatoarele de caldura, de exemplu in contracurent, D tmax depinde si de raportul capacitatilor calorice al agentilor termici ( fig.6,a,b si c).

Fig.5. Determinarea diferentelor de temperatura in cazul curgerii

agentilor termici in echicurent (a.) si contracurent (b.).

In conditia determinarii cat mai corecte a lui cu relatia (4), evident pentru cazul unui schimbator de caldura dat (relatia fiind data pentru cazul general cand agentul (2) isi schimba starea de agregare), tinand seama si de relatia (8) si (9), cunoscand valoarea lui A[m2] se poate determina valoarea lui k, conform relatiei de calcul :

[W/ (m2.K)] (10)

Valoarea lui k, determinata cu relatia (10) se compara cu datele prezentate in tabelul 1. Intrucat in tabelul 1, k este exprimat in kJ/(m2.h.K), se va tine seama ca 1 W/(m2.K) = 3,6 kJ/(m2.h.K).

Fig.6. Variatia temperaturii agentilor termici la schimbatoare de caldura

in contracurent pentru diferite capacitati calorice.

Tabelul 1 Valoarea coeficientului k pentru diferite schimbatoare de caldura, [ 10] .

Tipul schimbatorului

Conditii de functionare

k [kJ / (m2 h.K)]

Tubular (cu fascicule de

tevi)

Gaz (1 bar) . . . gaz ( 1 bar )

20 . . . 130

Gaz (200 . . . 300 bar). . . gaz

(200 . . . 300 bar)

630 . . . 1700

Lichid (1 . . . 20 bar) . . . gaz (1 bar )

70 . . . 250

Tabelul 1. Continuare,

Tipul schimbatorului

Conditii de functionare

k [kJ / (m2. h.K)]

Tubular (cu fascicule de

tevi)

Gaz (200 . . . 300 bar) in tevi

lichid in exteriorul tevilor (1 20 bar)

850 . . . 1700

Lichid . . . lichid

1260 . . . 4200

Abur in exteriorul tevilor . . .

lichid in tevi

1300 . . . 4200

Vaporizator

Vapori in interiorul tevilor:

1) cu circulatie naturala de:

-lichide de viscozitate ri-

dicata ( mare )

1300 . . . 3400

- lichide cu viscozitate mica

2100 . . . 6300

2) cu circulatie fortata

3400 . . .10500

Condensator

Vapori organici sau amoniac

in exteriorul tevilor

1300 . . . 4200

Abur in exteriorul tevilor

1470062800

Recuperator de

caldura

Gaze fierbinti in interiorul

tevilor, apa in exteriorul lor

65 . . . 170

Incalzitor de gaze cu

tevi nervurate la

exterior

Apa sau apa fierbinte in tevi,

gaz in exteriorul tevilor:

1) cu circulatie naturala



17 . . . 40

2) cu circulatie fortata

40 . . . 170

Teava in teava

Gaz ( 1 bar ) . . . gaz ( 1 bar )

40 . . . 130

Gaz de inalta presiune (200.300 bar) in tevi si gaz de joasa presiune (1 bar) in exteriorul lor

80 . . . 210

Teava in teava

Gaz de inalta presiune (200 300 bar) in tevi si gaz de inalta presiune in exteriorul tevilor

630 . . . 1700

Racitoare cu evaporare

Gaz de inalta presiune (200.300 bar) in tevi, lichid in exteriorul tevilor

850 . . . 2100

Lichid . . . lichid

1300 . . . 5000

Racitoare cu evaporare

Apa in exterior, gaz (1 bar)

in interiorul tevilor

80 . . . 210

Apa in exterior, gaz de inalta presiune (200 . . . 300 bar) in interiorul tevilor

630 . . . 1300

Apa in exterior, lichid in interiorul tevilor

1050 . . . 3400

Preancalzitor cu placi

Gaz . . . gaz de joasa presiune (1 bar)

40 . . . 130

S p i r a l

Lichid . . . lichid

2500 . . . 8500

Abur care se condenseaza . . . lichid

3400 . . . 12600

Tabelul 1. Continuare,

Tipul schimbatorului

Conditii de functionare

k [kJ/(m2.h.K)]

Cu manta exterioara

Abur care se condenseaza in manta, lichid in recipient

1700 . . . 5000

Abur care se condenseaza in manta, lichid care se vaporizeaza in recipient

2500 . . . 6300

Apa sau saramura de racire in manta, lichid in recipient

630 . . . 3400

Cu serpentina

interioara

Abur care se condenseaza in

serpentina, lichid in recipient

2500 . . . 8500

Apa sau saramura de racire in serpentina, lichid in recipient

1700 . . . 4200

Abur care se condenseaza in

serpentina, lichid care se vaporizeaza in recipient

4200 . . . 12600

Cu tevi sudate la

exteriorul recipientului

Abur care se condenseaza in

tevi, lichid in recipient

1700 . . . 6300

Abur care se condenseaza in tevi, lichid care se vaporizeaza in recipient

2500 . . . 8500

Apa sau saramura de racire

in tevi, lichid in recipient

2500 . . . 8500

Nota: valorile lui k prezentate in acest tabel sunt valorile medii, orientative.

3. Calculul vitezei de circulatie a agentilor termici in aparat

Viteza de curgere a agentului termic in interiorul tevilor se calculeaza cu relatia:

[m/s ] (11)

in care: Dmi este debitul masic al agentului termic, in kg/s ; r i - densitatea medie la conditiile de lucru, in kg/m3; n- numarul de tevi (corespunzatoare unei singure treceri); di- diametrul interior al tevilor, in m; (1,27- coeficientul derivat din 4/p ).

Viteza de curgere a agentului termic in exteriorul tevilor (in lungul acestora), se determina cu relatia:

[m/s ] , (12)

unde: Dme este debitul masic al agentului termic, in kg/s; r e - densitatea medie la conditiile de lucru, in kg/m3; n- numarul de tevi (corepunzatoare unei singure treceri); de- diametrul exterior al tevilor in m ; Z - numarul de treceri (de cate ori setul de 'n' tevi este dispus pe sectiunea transversala a aparatului); D - diametrul interior al mantalei cilindrice a aparatului, in m.

Nota: acestea sunt vitezele teoretice, care intra in calculul pierderilor de presiune prin frecare si rezistentele locale ale aparatului, adica in calculul gazodinamic. Cresterea vitezei agentului termic, conduce la imbunatatirea conditiilor de schimb de caldura, dar duce in acelasi timp la marirea pierderilor de presiune pe aparat, respectiv la o crestere a consumului de energie pentru antrenarea pompelor, ventilatoarelor etc. Vitezele admise in mod curent sunt de 0,5 . . . 3 m/s, pentru lichide, 5 . . . 25 m/s pentru gaze si pentru abur 20 . . . 40 m/s.

4. Descrierea instalatiei si mersul lucrarii

Instalatia din figura 7 se compune din: conducta de abur (1) prin care de la un cazan de abur, aburul intra in aparatul (2), care este de tipul unui condensator tubular, cu posibilitati de legare in echi - si contracurent.

Schimbatorul de caldura (2) are urmatoarele caracteristici:

  • numar de tevi, n = 21;
  • diametrul exterior al tevilor, de = 14 mm;
  • diametrul interior al tevilor, di = 9 mm;
  • diametrul interior al mantalei D = 220 mm;
  • lungimea tevilor , l = 530 mm;
  • numarul de treceri pe sectiunea transversala, Z = 2;
  • diametrul exterior al aparatului, De = 228 mm;
  • lungimea totala a aparatului, L = 660 mm.

In prima parte a lucrarii, avand schimbatorul montat in echicurent, se mentine debitul de agent termic primar ( aburul sau apa calda ) constant, variind debitul de agent termic secundar (apa). Se vor face masuratori de debit pentru agentii termici si temperatura la intrare si la iesire a acestora. Debitele agentilor termici se determina colectandu-i intr-un vas (fiecare in alt vas), pentru un interval de timp, t , cunoscut si cantarindu-i se obtine Dml

 

 

 

Fig.7. Schema instalatiei

pentru determinarea bilantului

termic al unui schimbator de

caldura: 1- conducta; 2- schim-

bator de caldura.

si Dm2, in kg/s. Aceste debite se pot masura si cu apometre. Se determina de asemenea temperatura suprafetei exterioare a aparatului, tp si temperatura mediului ambiant, tamb, in oC; ( acestea sunt necesare pentru calculul lui a cu relatia (7)).

In partea a doua a lucrarii, se face legarea in contracurent si se repeta masuratorile. Masuratorile se fac in patru combinatii corespunzand pentru:

  • aparat in echicurent lichid - lichid;
  • aparat in contracurent lichid - lichid;
  • aparat in echicurent vapori - lichid;
  • aparat in contracurent vapori - lichid.

Masuratorile in toate cazurile, vor putea incepe dupa ce s-a atins un regim termic stabil, temperatura agentilor termici la intrare si la iesire ramanand constanta. Colectarea agentilor termici se va face in acelasi interval de timp, fara a modifica conditiile de curgere.

Pentru schimbatorul de caldura cu placi, prezentat in figura 3, se procedeaza in mod asemanator. Cu datele prezentate in aceiasi figura se poate calcula suprafata exterioara a schimbatorului de calura si respectiv a caldurii pierdute in mediul ambiant.

5. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Marimile masurate si calculate se trec in tabelul 2 si tabelul 4.

 

Tabelul 2 Valori masurate si calculate (aparat pentru lichid-lichid)

Nr.

crt.

Marimea

(simbol)

U.M.

Sensul de circulatie a agentului termic

In echicurent

In contracurent

I II III




I II III

1.

Dml

kg/s

 

 

2.

t1

oC

 

 

3.

t1

oC

 

 

4.

W

 

 

5.

Dm2

kg/s

 

 

6.

t2

oC

 

 

7.

t2

oC

 

 

8.

W

 

 

9.

h

%

 

 

10.

wi

m/s

 

 

11.

we

m/s

 

 

12.

tp

oC

 

 

tamb

oC

 

 

14.

a

kJ/(m2.h.K)

 

 

W/(m2.K)

 

 

15.

W

 

 

16.

k

W/(m2.K)

 

 

 

Nota: (pentru apa). S-au pastrat notatiile din relatiile (3) si (4) si semnificatia fizica a marimilor redate in figura 4.

In tabelul 3 sunt prezentate valoarea caldurii latente de condensare, lc si temperatura de saturatie t1 pentru abur saturat uscat la presiunile uzuale de lucru la aparatul din figura 7., respectiv figura 3.

 

 

 

Tabelul 3. Parametrii aburului saturat.

p

ibara

0,1

0,5

0,8

1,0

1,5

2,0

2,5

3

4

5

6

lc

ikJ/kga

2392

2304

2273

2258

2226

2202

2182

2164

2133

2109

2086

t'1,m

i oCa

45,84

81,35

93,52

100

111,4

120,2

127,4

133,5

143,6

151,8

158,9

Tabelul 4. Valori masurate si calculate (aparat pentru abur-lichid)

Nr.

crt.

Marimea (simbol)

U.M

Sensul de circulatie a agentului termic

In echicurent

In contracurent

I

II

III

I

II

III

1.

Dml

kg/s

 

 

 

 

 

 

2.



p

bar

 

 

 

 

 

 

3.

t1

oC

 

 

 

 

 

 

4.

lc

kJ/kg

 

 

 

 

 

 

5.

t1

oC

 

 

 

 

 

 

6.

kW

 

 

 

 

 

 

7.

Dm2

kg/s

 

 

 

 

 

 

8.

t2

oC

 

 

 

 

 

 

9.

t2

oC

 

 

 

 

 

 

10.

kW

 

 

 

 

 

 

11.

h

%

 

 

 

 

 

 

12.

wi

m/s

 

 

 

 

 

 

we

m/s

 

 

 

 

 

 

14.

tp

oC

 

 

 

 

 

 

15.

t amb

oC

 

 

 

 

 

 

16.

a

kJ/(m2.hK)

 

 

 

 

 

 

W/(m2.K)

 

 

 

 

 

 

17.

kW

 

 

 

 

 

 

18.

k

kJ/(m2.hK)

 

 

 

 

 

 

Nota: si in acest caz

In concluzie, se va arata care din modurile de circulatie ale agentilor termici (echi - sau contracurent) sunt mai avantajoase din punct de vedere al randamentului termic.

Referatul va cuprinde principiile de calcul ale bilantului termic, schema instalatiei, mersul lucrarii, tabelele cu rezultate si interpretarea lor.

In functie de timpul disponibil se va putea efectua si o verificare termica a schimbatorului de caldura, determinandu-se:

(13)

in care: D tmc este diferenta medie logaritmica de temperatura calculata, obtinuta din relatia (9) pentru k determinat prin calcul teoretic, la conditiile concrete date; iar D tmm este diferenta medie logaritmica de temperatura masurata efectiv la agentii termici ai aparatului si determinata din relatia (8).








Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1215
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2019 . All rights reserved

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site