Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

CATEGORII DOCUMENTE





AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


Schimbatoare de caldura din instalatiile frigorifice

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic







DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
REACTIUNILE CAII DE RULARE ASUPRA ROTILOR AUTOVEHICULULUI MERCEDES 509 CDI
INSTALATII DE PROPULSIE - EVOLUTIA INSTALATIILOR DE PROPULSIE NAVALE
MANIABILITATEA AUTOVEHICULULUI MERCEDES 509 CDI
VIBRATIILE AUTOVEHICULULUI
Raport de Cercetare - Grant: Autoturism echipat cu motor cu raport de comprimare variabil (VCR)
INVERSAREA SENSULUI DE ROTATIE A MOTOARELOR ASINCRONE TRIFAZATE
CALCULUL TEHNOLOGIC AL REPERULUI “BOLT”
Aparate electrice de medie si inalta tensiune - Separatoare de sarcina, Intreruptoare automate
UTILAJUL SI TEHNOLOGIA SUDARII
Descrierea si functionarea sistemelor hidraulice

1. Notiuni introductive. Clasificare

Principalele schimbatoare de caldura din instalatiile frigorifice si pompele de caldura sunt vaporizatorul si condensatorul.



In componenta acestor instalatii mai pot sa existe si alte schimbatoare de caldura cum sunt:

- Subracitoarele din instalatiile frigorifice functionand cu amoniac;
- Schimbatoarele interne de caldura (regeneratoare) din instalatiile frigorifice cu freoni.

Cele mai importante criterii de clasificare a schimbatoarelor de caldura sunt:

Natura agentului cu care agentul frigorific realizeaza transferul termic:

- gaze (in general aer);
- lichide (in general apa).

Rolul functional si tipul schimbatorului:

- vaporizatoare

- racitoare de aer (sau alte gaze);
- racitoare de apa (sau alte lichide).

- condensatoare

- racite cu apa (sau alte lichide);
- racite cu aer (sau alte gaze).

Conditiile de functionare cele mai importante ce caracterizeaza regimul de lucru al schimbatoarelor de caldura din instalatiile frigorifice sunt:

- temperaturile si presiunile agentilor la intrarea si iesirea din schimbator (in cazul racirii aerului este importanta si umiditatea acestuia);
- diferenta minima de temperatura intre cei doi agenti;
- modul de alimentare cu agent frigorific (in special pentru vaporizatoare);
- prezenta acumularilor termice (cazul vaporizatoarelor acumulatoare de gheata).

Sarcinile termice ale schimbatoarelor de caldura, care reprezinta marimile fundamentale pentru proiectarea acestor aparate.

Caracteristicile geometrice ale schimbatoarelor de caldura adica:


- modul de dispunere a tevilor;
- pasul dintre tevi;
- dimensiunile tevilor (diametru exterior si interior, sau diametrul exterior si grosimea);
- numarul de randuri de tevi (tevi pe orizontala) si numarul de sectii (tevi pe verticala).

Caracteristicile functionale, sunt cele care definesc performantele termice si fluidodinamice ale schimbatoarelor de caldura. Intre acestea cele mai importante sunt:

- coeficientul global de transfer termic;
- pierderile de presiune pe circuitele celor doi agenti;
- modul de automatizare a functionarii (prin controlul presiunii agentului frigorific, al givrajului, sau al compozitiei apei, etc.);

Operatiile de intretinere necesare reprezinta o alta caracteristica importanta, iar cateva exemple sunt:

- purjarea (gazelor necondensabile, uleiului, etc.);
- curatarea, degivrarea, desprafuirea, detartrarea;
- tratamente auxiliare (dedurizarea apei, filtrarea, etc.).

Clasificarea schimbatoarelor de caldura se poate realiza de exemplu dupa natura agentilor si rolul functional:

Tab. 1. Clasificare a schimbatoarelor de caldura

Agenti

Vaporiztoare

Condensatoare

Aer si gaze uscate

Baterie cu aripioare

Baterie cu aripioare

Aer si gaze umede

Baterie cu aripioare

Condensatoare cu evaporarea apei
(naturala sau fortata)
Turnuri de racire

Apa si lichide

Schimbatoare multitubulare
- agentul rece in tevi
- agentul rece intre tevi

Schimbatoare multitubulare
- agentul cald in tevi
- agentul cald intre tevi

Schimbatoare cu placi

Schimbatoare coaxiale

. Schimbatoare de caldura multitubulare

Aceste aparate sunt construite in principiu dintr-un fascicul de tevi, montate in doua placi tubulare si inchise intr-o manta prevazuta cu capace, asa cum se observa in figura 1.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image895.jpg

Fig. 1. Schema functionala a unui schimbator de caldura multitubular

In general tevile sunt laminate si destinate special constructiei schimbatoarelor de caldura. Cele mai utilizate materiale sunt:

- oteluri pentru temperaturi medii sau joase;
- cupru;
- aliaje cupru-nichel in diferite compozitii (de exemplu 70/30%, sau 90/10%);
- aliaje cupru-aluminiu in diferite compozitii (de exemplu 93/7%, sau 91/9%);
- diferite tipuri de aliaje cu zinc intre 22 si 40%;
- oteluri inoxidabile.

Exista o mare varietate de diametre pentru care sunt produse aceste tevi, dar in general, pentru schimbatoarele de caldura se prefera tevi cu diametre cat mai mici, care asigura un transfer termic mai intens si constructii mai compacte, dar se vor avea in vedere si aspectele legate de pierderile de presiune si de colmatare.

Utilizarea intensa in ultimii ani a freonilor, caracterizati prin coeficienti de transfer termic mai redusi, a dus intre altele si la producerea de schimbatoare multitubulare, dar nu numai, in care se utilizeaza tevi speciale pentru imbunatatirea conditiilor de transfer termic.

Tevi speciale pentru imbunatatirea transferului termic

In figura 2 sunt prezentate tevi cu nervuri spiralate, care se utilizeaza in special la constructia vaporizatoarelor:

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image155.jpg

Fig.  Tevi cu nervuri spiralate

In figura 3. este prezentata o teava cu nervuri exterioare joase, realizate prin extrudare, din materialul de baza al tevii. Dupa extrudare, diametrul exterior al partilor lise ale tevilor, este egal cu diametrul exterior al nervurilor, ceea ce permite o montare usoara in placile tubulare. Pasul dintre nervuri este in mod uzual de (0,8…1,5) mm, iar inaltimea nervurilor este de aproximativ (1…1,5) mm. Aceste tevi pot sa asigure un raport intre suprafata exterioara a tevilor nervurate si suprafata interioara a acestora de 3…5, ceea ce reprezinta o crestere semnificativa a suprafetei exterioare de transfer termic.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image156.jpg

Fig. 3. Teava cu nervuri joase, obtinute prin extrudare

In figura 4. sunt prezentate cateva tipuri de tevi cu aripioare ondulate. Aceste tevi se utilizeaza in special la constructia vaporizatoarelor. Pe teava de baza se monteaza prin sudare elicoidala, o banda ondulata. Asemenea constructii se pot realiza pentru tevi avand diametre intre (8…39) mm. Inaltimea nervurilor este de 9 mm, iar grosimea acestora variaza intre 0,2…0,3 mm. Raportul dintre suprafata exterioara si cea interioara este de 9…16.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image157.jpg

Fig. 4. Tevi cu nervuri ondulate

In figura 5. este prezentata o teava cu nervuri in forma de ace. Acestea se utilizeaza in special la constructia condensatoarelor. Exteriorul tevilor se aseamana cu o perie metlica, ceea ce asigura o suprafata si o intensitate a transferului termic, foarte ridicate. Aceste tipuri de tevi sunt eficiente in primul rand pentru transferul caldurii in medii gazoase si in particular in aer.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image158.jpg

Fig. 5. Teava cu nervuri aciforme

In figura 6. sunt prezentate cateva tevi cu miez in forma de stea, care se utilizeaza la constructia vaporizatoarelor cu fierbere in interiorul tevilor. Suprafata interioara este marita prin introducerea in tevi a miezurilor realizate din aluminiu si avand uzual cinci sau zece raze. Problema tehnica a realizarii acestor tevi o reprezinta asigurarea contactului termic dintre teava de baza si miez, realizat prin introducerea fortata a miezului. Intensitatea transferului termic este marita daca se realizeaza si rasucirea miezului de 2…3 ori pe fiecare metru de teava.

Tevile cu miez in forma de stea pot avea diametre de 16…19 mm si grosimea de 1 mm. Raportul dintre suprafata interioara si cea exterioara este de 2 in cazul miezurilor cu 5 raze si 2,7 in cazul miezurilor cu 10 raze.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image159.jpg

Fig. 6. Tevi cu miez in forma de stea

In figura 7. sunt prezentate cateva modele de tevi cu nervuri interioare. Aceste tevi se pot utiliza si la vaporizatoare si la condensatoare. Nervurile sunt realizate din teava de baza, ceea ce asigura un transfer termic foarte bun. exista numeroase forme ale nervurilor si grade de rasucire. Fata de tevile lise, coeficientul global de transfer termic creste mult datorita urmatoarelor efecte:

- cresterea suprafetei de transfer termic;
- drenajul prin capilaritate a fazei lichide, care formeaza un film subtire pe suprafata interioara nervurata;
- rotirea filmului de lichid, datorita rasucirii (inclinarii) nervurilor.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image160.jpg

Fig. 7. Tevi cu nervuri interoare

In figura 8. sunt prezentate doua tevi cu suprafata neregulata montate una in alta. Asemenea tevi se pot utiliza eficient in constructia condensatoarelor si a vaporizatoarelor, sunt foarte moderne si se produc in Japonia, SUA, Germania sau Franta. Suprafetele tevilor prezinta diferite tipuri de cavitati, proeminente piramidale sau asperitati, realizate prin diverse procedee tehnologice noi. Suprafetele neregulate ale acestor tevi pot intensifica transferul termic in cazul schimbarii starii de agregare, pentru ca favorizeaza amorsarea fierberii, respectiv a condensarii. Din acest motiv aceste tevi mai sunt numite si tevi de nucleatie.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image161.gif

Fig. 8. Tevi cu suprafete neregulate

In figura 9. este prezentata o teava din materiale compozite. Asemenea tevi se pot utiliza si in condensatoare si in vaporizatoare, atunci cand conditiile de transfer termic sunt mediocre atat in interior cat si in exteriorul tevilor. Aceste tevi combina avantajele nervurilor exterioare cu cele ale generatoarelor interioare de turbulenta. Exista mai multe variante de asemenea tevi intre care se pot aminti tevi cu nervuri elicoidale la interior si structura piramidala la exterior, sau tevi cu nervuri elicoidale atat la interior cat si la exterior. Diametrele pentru care se produc asemenea tevi sunt de 10…19 mm, iar raportul dintre suprafata exterioara si cea interioara este de 1,5…

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image162.jpg

Uzura si deteriorarea tevilor in exploatare

Calitatea materialelor din care se realizeaza tevile, ca si materialele din care se realizeaza acestea trebuie sa fie dintre cele mai bune deoarece in timpul functionarii, acestea sunt supuse coroziunii si unor solicitari care le pot distruge, sau le pot diminua capacitatea de transfer termic.

In figura 10 este prezentata o teava nervurata corodata in exterior pe durata functionarii, iar in figura 11 este prezentata o teava nervurata corodata in interior.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image163.jpg

Fig. 10. Teava nervurata corodata la exterior

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image164.jpg

Fig. 11. Teava nervurata corodata interior

In figura 12 este prezentata uzura aparuta pe o teava in zona de montare pe suport.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image165.jpg

Fig. 1 Teava uzata datorita suportului

In figurile 13 si 14 sunt prezentate tevi distruse datorita solicitarilor la care au fost supuse in timpul functionarii.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image166.jpg

Fig. 13. Teava sparta datorita presiunii ghetii formate in interior

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image167.jpg

Fig. 14. Teava fisurata longitudinal

Din ultimele doua imagini se observa ca tevile nu se fisureaza transversal, ci longitudinal, sau altfel spus se sparg (crapa)

lacile tubulare se utilizeaza pentru fixarea tevilor in fascicul si se monteaza la extremitatile mantalei asa cum se observa in figura 1. Daca este necesar, pentru sustinerea fasciculului de tevi se utilizeaza si suporti. Pentru realizarea placilor tubulare si a suportilor se pot utilizea urmatoarele materiale in functie de natura agentilor si agresivitatea acestora fata de aceste materiale:

- oteluri – pentru agenti frigorifici, apa dulce sau agenti intermediari de racire fara saruri;
- cupru pentru freoni, dar nu si pentru amoniac;
- bronz – pentru apa de mare sau agenti intermediari pe baza de saruri;
- otel placat cu otel inoxidabil – pentru agenti agresivi;
- otel inoxidabil – pentru lichide alimentare.

Orificiile sunt practicate in placile tubulare si in placile suport, astfel incat sa formeze de regula hexagoane (sau triunghiuri eliciodale). Uneori gaurile, respectiv tevile se dispun in forma de coridor (sau patrate), iar uneori in forma de cercuri concentrice, ca in figura 15, in care a este numarul de tevi pe latura hexagonului, respectiv patratului exterior, iar b este numarul de tevi pe diagonala hexagonului exterior. In vederea unei montari usoare a tevilor in fascicul prin placile tubulare si suporti, gaurile din acestea se realizeaza simultan, (toate odata).

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image896.jpg

Fig. 15 Moduri de dispunere a tevilor in placile tubulare

a – dupa hexagoane; b – dupa patrate; c – dupa cercuri concentrice

In cazul cel mai des intalnit, al hexagoanelor, de regula pasul dintre tevi este de aproximativ 1,25 diametrul exterior al tevilor. Gaurile din placile tubulare se finiseaza in mod diferit, in functie de procesul tehnologic de montare a tevilor. Astfel pentru tevile sudate electric sau brazate se realizeaza o alezare urmata de samfrenare, iar pentru tevile mandrinate se realizeaza o alezare urmata de realizarea unor canale interioare, asa cum se observa in figura 16. Mandrinarea se ralizeaza astfel incat in urma deformarii tevilor, acestea sa se fixeze in canalele prevazute in gaurile de fixare.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image897.jpg

Fig. 16. Procedeele uzuale de fixare a tevilor in placile tubulare

Mantaua schimbatoarelor de caldura multitubulare se calculeaza astfel incat sa aiba un diametru interior care sa permita montarea fasciculului de tevi. Grosimea mantalei se determina din calculul de rezistenta, astfel incat sa reziste la presiunea de lucru a agentului dintre tevi si manta (minim 4 bar). Materialul din care se realizeaza mantalele este otelul. Pana la diametre de cca. 400 mm, acestea se realizeaza din tevi avand diametrele standardizate. Pentru diametre mai mari, mantalele se realizeaza din virole obtinute prin roluire. Sudurile prin care se realizeaza asamblarea virolelor in manta, trebuie controlate prin metode defectoscopice nedistructive (cel mai adesea raze g ). Dupa montare schimbatoarele de caldura multitubulare sunt supuse unor probe hidraulice de etansitate la presiuni ceva mai mari decat cele nominale.

Capacele au rolul de a realiza circulatia agentului din interiorul tevilor. Sicanele montate pe capace asigura numarul de drumuri prin interiorul tevilor, astfel incat sa se realizeze vitezele de curgere dorite. Tot pe capace sunt montate racordurile de intrare/iesire pentru agentul care curge prin tevi. De obicei numarul de treceri este par, pentru ca racordurile sa fie montate pe un singur capac. La aparatele de dimensiuni mari, capacele sunt demontabile pentru a permite curatarea interioara a tevilor, iar fixarea capacelor se realizeaza prin suruburi pe flansele prevazute in acest scop la exteriorul placilor tubulare. Capacele se realizeaza prin turnare, cel mai adesea din fonta. Cateva tipuri de capace sunt prezentate in figura 17.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image898.jpg

Fig. 17. Tipuri de capace

 Baterii schimbatoare de caldura cu aripioare

Bateriile cu aripioare se utilizeaza atat pentru constructia condensatoarelor racite cu aer cat si pentru cea a vaporizatoarelor racitoare de aer si sunt realizate din tevi pe care se monteaza aripioarele. Constructiile rezultate sunt de tipul celor prezentate in figura 18.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image168.jpg

Fig. 18. Baterie cu aripioare

In figura 19 sunt prezentate cateva detalii constructive ale bateriilor cu aripioare.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image169.jpg

Fig. 19. Detalii constructive ale bateriilor cu aripioare

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form



Bottom of Form

Parametrii fizici care se por defini in vederea efectuarii calculelor termice si aerodinamice ale acestor schimbatoare de caldura sunt:

- numarul de randuri de tevi pe verticala;
- numarul de randuri de tevi pe orizontala;
- suprafata totala de transfer termic;
- raporul dintre suprafata exterioara si suprafata interioara;
- suprafata frontala in sensul de curgere a aerului;
- suprafata libera de curgere a aerului.

In vederea protejarii anticorozive a mediului in care vor functiona aceste aparate (aerul atmosferic, aerul marin, aerul din diverse localuri), se realizeaza diverse tipuri de acoperiri:

- galvanizare – utilizata in cazul tevilor si nervurilor din otel in vederea protejarii impotriva ruginirii prin acoperire cu zinc si a asigurarii unui contact termic foarte bun;
- ematare – utilizata in cazul tevilor si nervurilor din cupru,pentru acoperirea acestora cu rasini poliuretanice.

Dupa montare, bateriile sunt supuse unor probe hidraulice de etanseitate, apoi sunt uscate si deshidratate, incarcate cu azot la presiune scazuta, inchise si pastrate in vederea livrarii.

Alte tipuri de serpentine sunt cele prezentate in figurile 25 si 26.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image903.jpg

Fig. 25. Serpentine pentru realizarea de congelatoare cu placi

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image904.jpg

Fig. 26. Serpentine montate intr-un schimbator de caldura de tip panou

3. Schimbatoare de caldura cu placi

Aceste aparate sunt realizate prin imbinarea de placi care realizeaza intre ele spatii prin care circula agentii care schimba caldura. Acesti agenti ocupa alternativ spatiile dintre placile schimbatorului de caldura, astfel incat sa nu se amestece intre ei. In consecinta, spatiile dintre placi trebuie sa fie etansate fata de exterior si fata de spatiile in care se gasc alti agenti. De asemenea sistemul de etansare trebuie sa permita trecerea agentilor dintr-un spatiu in altul, uneori prin traversarea spatiilor destinate altor agenti. Aceste schimbatoare trebuie sa aiba cel putin doua placi, ca in cazul unor tipuri de vaporizatoare.

Exista patru variante tehnologice de realizare a schimbatoarelor de caldura cu placi:

chimbatoarele cu placi si garnituri demmontabile sunt de tipul prezentat in figura 27. Placile intre care se introduc garniturile, se monteaza impreuna intre o placa de baza si una mobila. Placile pot sa fie demontate in vederea curatarii. Fixarea placilor se realizeaza cu ajutorul unor tiranti. Din punct de vedere hidraulic se pot realiza curgeri in contracurent sau in echicurent.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image905.jpg

Fig. 27. Schimbator de caldura cu placi si garnituri demontabile

In figura 28 este prezentata schema de curgere a agentilor de lucru intr-un schimbator de caldura cu placi.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image171.gif

Fig. 28. Schema de curgere in schimbatoarele cu placi

Materialele din care se realizeaza placile depind de natura agentilor de lucru, iar cele mai utilizate sunt:

- oteluri inoxidabile;
- aliaje de aluminiu;
- aliaje de titan;
- aliaje cupru-nichel.

Grosimea placilor poate sa varieze intre 0,6…1,1 mm, sau chiar mai mult.

Pentru garnituri se pot utiliza de asemenea mai multe materiale in functie de temperaturile de lucru:

- nitril (tmax = 110 ° C);
- butil (tmax = 135
° C);
- etilen-propilen (tmax = 155
° C);
- Viton (tmax = 190
° C);

Domeniul temperaturilor de lucru pentru aceste aparate poate sa varieze intre –50…+190 ° C.

Presiunile nominale maxime de lucru pot sa ajunga pana la 16…20 bar, iar diferenta maxima dintre presiunile circuitelor poate sa ajunga pana la 9…12 bar si in mod exceptional la 20 bar.

Schimbatoarele cu placi sudate au placile asamblate nedemontabil prin sudare. Din aceasta categorie fac parte:

- placile dulapurilor de congelare, realizate din profile de aluminiu sudate, pentru a forma platanele pe care se pastreaza produse si canalele de curgere pentru agentul frigorific care vaporizeaza;

- schimbatoarele de caldura realizate din placi ambutisate si sudate ca in figura 29, pentru a se asigura rezistenta mecanica si curgerea agentilor, de regula in contracurent.

Presiunile nominale maxime pot sa ajunga pana la 30…40 bar, iar domeniul de temperaturi intre care pot sa lucreze este de –200…+200 ° C.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image906.jpg

Fig. 29. Schimbatoare de caldura din placi sudate

Schimbatoarele cu placi brazate sunt realizate cu placi din otel inoxidabil asamblate prin brazare (lipire) cu ajutorul unui aliaj pe baza de cupru, in cuptoare sub vid. Ansamblul schimbatoarelor de caldura de acest tip este prezentat in figura 30. Se pot utiliza ca vaporizatoare sau ca schimbatoare interne de caldura, dar numai pentru agenti curati, deoarece nu se pot curata decat prin spalare chimica.

Compactitatea acestor aparate este foarte mare.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image907.jpg

Fig. 30. Schimbator de caldura din placi brazate care poate functiona ca vaporizator sau condensator

Schema de curgere a fluidelor in schimbatoarele de caldura brazate este prezentata in figura 31.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/constructie/Image172.gif

Fig. 31. Schema de curgere a fluidelor in schimbatoarele cu placi brazate

Schimbatoarele de caldura cu placi avand circuite imprimate sunt realizate din placi metalice plane, avand gravate pe suprafata circuite fine (cca. 1 mm), prin metode chimice. Placile sunt asamblate in blocuri prin incalzire si presare, procedeu denumit si sudare sub presiune. Canalele sunt legate la doua perechi de colectoare, pentru a forma doua circuite separate. Din aceste placi se pot realiza condensatoare si vaporizatoare foarte compacte.

In prezent aceste tipuri de aparate sunt in curs de perfectionare in special in Australia si Marea Britanie.

4. Schimbatoare de caldura coaxiale

Aceste schimbatoare de caldura, de tipul celor prezentate in figura 32, sunt utilizate in special pentru lichide, fiind realizate din doua tevi coaxiale. In cazul vaporizatoarelor, cand agentul frigorific circula prin interior, teava interioara poate sa fie prevazuta cu nervuri, sau poate fi inlocuita cu mai multe tevi, situatie in care teava exterioara are rolul unei mantale. Ansamblul acestor tevi este infasurat elicoidal pentru a mari suprafata de transfer termic fara a mari sensibil gabaritul aparatului.

Fig. 3 Tevi si schimbatoare de caldura coaxiale

Schimbatoarele de caldura coaxiale prezinta urmatoarele avantaje:

- performante de transfer termic ridicate, mai ales daca se utilizeaza tevi cu suprafete neregulate;
- la sarcini termice egale, sunt mai putin masive decat constructiile multitubulare;
- curgerea si transferul termic se realizeaza in contracurent;
- au o mare compactitate;
- prezinta o incarcatura redusa cu agent frigorific.

Dezavantajul cel mai important pe care il prezinta, il constituie faptul ca nu se poate realiza curatarea decat prin spalare chimica.

Materialele utilizate pentru realizarea tevilor il reprezinta otelul si aliajele cupru-nichel. Presiunile nominale maxime pot sa atinga valori de 15…25 bar, iar temperaturile maxime sunt de 20…140 ° C.

Pot fi utilizate ca si condensatoare, vaporizatoare, subracitoare, preincalzitoare, desupraincalzitoare, recuperatoare de caldura, etc.

3. Vaporizatoare

In orice masina frigorifica, vaporizatorul este aparatul care absoarbe caldura din mediul racit, realizand efectul util al masinii. Din acest punct de vedere se poate considera ca este unul din cele mai importante aparate ale instalatiilor frigorifice si simplificand, se poate considera chiar ca restul instalatiei nu are decat rolul de a permite intoarcerea agentului frigorific lichid in vaporizator.

Exista numeroase tipuri de vaporizatoare, in functie de destinatia acestora, totusi se remarca doua categorii importante:

- vaporizatoare pentru racirea aerului;
- vaporizatoare pentru racirea lichidelor.

Proiectarea si alegerea corecta a vaporizatoarelor are o importanta mare pentru functionarea corecta a instalatiilor frigorifice si pentru eficenta acestora. Un vaporizator gresit dimensionat poate sa produca o scadere excesiva a temperaturii de vaporizare, iar la reducerea acesteia cu fiecare grad, corespunde si o reducere a puterii frigorifice cu cca. 3…4%. Acesta este si motivul pentru care nu se poate disocia vaporizatorul de sistemul sau de alimentare cu lichid. In practica, adesea fiecarui tip de vaporizator ii corespunde un sistem propriu de destindere a agentului frigorific.

3.1. Vaporizatoare pentru racirea aerului

Aceste vaporizatoare pot sa fie utilizate la fel de bine si pentru racirea aerului si pentru racirea altor gaze. Atunci cand aerul contine umidiate (vapori de apa), la dimensionarea vaporizatoarelor se va tine seama de acest lucru, deoarece la temperaturi ale suprafetei vaporizatorului peste 0° C, dar sub temperatura punctului de roua, pe suprafata vaporizatorului se va depune umiditate, iar daca temperatura suprafetei de transfer termic scade sub 0° C, aceasta umiditate se va transforma in bruma sau zapada. Prezenta zapezii pe suprafata vaporizatoarelor, este un fenomen foarte frecvent si influenteaza constructia acestor aparate, in special marimea pasului dintre aripioare.

In functie de modul de circulatie a aerului, vaporizatoarele pentru racirea aerului se impart in doua categorii:

- Vaporizatoatre cu circulatie naturala a aerului;

3.1.1. Vaporizatoarele cu circulatie naturala a aerului

Aceste aparate se pot monta pe tavanul camerelor frigorifice ca in figura 33, sau pe peretii acestora, ca in figura 34 unde este reprezentata o baterie de racire cu tevi lise respectiv in figura 35 unde este reprezentata o baterie de racire cu tevi avand aripioare.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image910.jpg

Fig. 33. Racitor de aer de tavan, cu circulatie naturala a aerului

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image911.jpg

Fig. 34. Racitor de aer de perete, cu circulatie naturala a aerului si tevi lise

1 – serpentina; 2 – suport; 3 - brida

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image912.jpg

Fig. 35. Racitor de aer de perete, cu circulatie naturala a aerului si tevi avand aripioare
1 – serpentina; 2 – aripioare; 3 – suport; 4 - brida

Aceste tipuri de vaporizatoare se utilizeaza atunci cand se doreste o circulatie redusa a aerului si o uscare pronuntata a acestuia la temperaturi pozitive, de exemplu in camere pentru pastrarea branzeturilor. Se utilizeaza asemenea vaporizatoare si pentru temperaturi negative, de exemplu in cazul pastrarii produselor alimentare semipreparate sub forma congelata, dar la temperaturi negative, este mai putin importanta umiditatea aerului.

La constructia vaporizatoarelor de acest tip, pentru temperaturi pozitive (peste 2° C) se utilizeaza tevi cu aripioare. Coeficientul global de transfer termic este influentat de distanta dintre aripioare, dimensiunile acestora si numarul de randuri de tevi pe verticala. Valorile uzuale intalnite in practica sunt de 5…10 W/(m2K). Datorita valorii reduse a acestui coeficient, este nevoie sa fie alese aripioare cu eficienta termica ridicata si se vor realiza suprafete cat mai mari ale vaporizatoarelor, care vor lucra la diferente medii de temperatura, de asemenea ridicate, intre 8…15 ° C. Sub aceste vaporizatoare se vor monta tavi pentru colectarea si evacuarea umiditatii care se depune pe suprafata de schimb de caldura.

La constructia vaporizatoarelor pentru temperaturi negative, se utilizeaza tevi lise (netede), care permit o decongelare (degivrare) usoara. Coeficientul global de transfer termic are uzual valori intre 10…14 W/(m2K), iar diferentele de temperatura se situeaza intre 5…10 ° C.

Ambele tipuri de vaporizatoare se pot alimenta cu agent frigorific lichid prin detenta directa sau prin recircularea lichidului. Este important ca lungimile serpentinelor legate in serie sa nu fie prea mare, deoarece in acest caz cresc mult pierderile de presiune. Se poate realiza de asemenea alimentarea acestor aparate cu un agent intermediar de racire (saramuri, sau diverse solutii de tip antigel).


- Vaporizatoare cu circulatie fortata a aerului.

Printre cel e mai importante probleme legate de proiectarea si exploatarea vaporizatoarelor pentru racirea aerului, se numara:

3.1. Vaporizatoarele cu circulatie fortata a aerului

Aceste aparate sunt cele mai raspandite pentru realizarea de puteri frigorifice in domeniul frigului comercial 10…20 kW, sau industrial pana la cateva sute de kW. Exista mai multe tipuri de asemenea vaporizatoare:

- baterii de racire;
- vaporizatoare de plafon;
- vaporizatoare de perete;
- vaporizatoare montate pe picioare.

Schema de curgere a aerului printr-un racitor de aer cu curgere fortata, asigurata de ventilatoare, este prezentata in figura 36.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image173.jpg

Fig. 36. Schema de curgere printr-un racitor de aer

In figura 43 este prezentat modul in care se poate utiliza un racitor de aer cu circulatie fortata intr-un aparat pentru conditionarea aerului. In asemenea aparate inaintea racitorului, pe traseele aerului se monteaza filtre, iar dupa bateria de racire se amplaseaza ventilatorul care de regula este centrifugal.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image178.jpg

Fig. 43. Aparat pentru conditionarea aerului

- Alimentarea cu agent frigorific

3.1.3. Alimentarea cu agent frigorific

Alimentarea cu agent frigorific a vaporizatoarelor se poate realiza in principal in trei moduri:

In cazul utilizarii amoniacului ca agent frigorific, se utilizeaza mai rar detenta directa, datorita posibiDetenta directa se realizeaza cu ajutorul detentoarelor termostatice, ca in figura 5 Aceste aparate asigura laminarea agentului frigorific si mentinerea unei supraincalziri constante (4…7° C) a agentului frigorific, la iesirea din vaporizator. In ultimii ani se utilizeaza din ce in ce mai mult detentoare electronice. In ambele situatii, problema consta in umplerea cat mai buna a bateriei cu agent frigorific, dar si cu mentinerea conditiilor de maxima siguranta din punct de vedere al functionarii compresorului.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image179.jpg

Fig. 5 Schema dispozitivului de alimentare a vaporizatorului prin ventil termostatic

Trebuie avute in vedere urmatoarele probleme:

- Sensul de circulatie trebuie sa fie in contracurent astfel incat aerul mai cald sa intalneasca agentul frigorific ce iese din vaporizator, pentru a-i asigura supraincalzirea;

- Numarul circuitelor montate in paralel trebuie sa fie astfel incat pentru debitul nominal de agent frigorific, caderea de presiune sa nu depaseasca echivalentul a 2° C. De asemenea viteza de curgere trebuie sa fie suficient de mare pentru a asigura reintoarcerea uleiului in compresor;

- Daca se utilizeaza un distribuitor de lichid, pentru alimentarea tuburilor capilare de lungime egala (obligatoriu), trebuie sa se tina seama ca laminarea (destinderea) se produce in mai multe etape, datorita caderilor de presiune pe ventilul electromagnetic si detentorul propriu-zis (1-2), pe distribuitorul de lichid (2-2') si pe tuburile capilare (2'-3). La iesirea din vaporizator, agentul este usor supraincalzit (4).

litatii contaminarii aerului cu amoniac.

irculatia prin termosifon a agentului frigorific (autorecirculare, sau recirculare naturala) este prezentata in figura 53. Particularitatile constructive sunt urmatoarele:

- circuitele prezinta caderi de presiune reduse;

- distribuitoarele si colectoarele asigura o viteza de curgere mica, in vederea realizarii unei bune distributii a agentului frigoric, inclusiv in conditiile unei sarcini termice ridicate;

- in cazul utilizarii amoniacului, se asigura purjarea uleiului in punctele cele mai joase;

- inaltimea dintre butelie (separator de lichid) si baterie trebuie sa fie suficient de mare pentru a asigura o buna alimentare cu lichid.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image923.jpg

Fig. 53. Schema sistemului de circulatie prin termosifon

Recircularea fortata a agentului frigorific cu ajutorul pompelor este prezentata in trei variante, in figura 54. Se utilizeaza atunci cand pe circuitul agentului frigorific prin vaporizator (vaporizatoare) se produc mari caderi de presiune (de exemplu daca circuitele sunt lungi). Raportul de recirculare este definit ca raportul dintre debitul circulat de pompa (care alimenteaza vaporizatorul) si debitul de agent care vaporizeaza efectiv, deoarece in aceste situatii vaporizarea este incompleta. Cele trei variante de recirculare a agentului frigorific prezentate sunt urmatoarele:

- Alimentarea prin partea de jos a bateriei, permite in general o buna umplere a vaporizatorului si un raport de recirculare mediu 2…4, dar necesita o incarcatura semnificativa de agent frigorific si se pot produce contrapresiuni hidrostatice importante, care pot conduce la o temperatura de vaporizare cu cateva grade mai mare decat cea din separatorul de lichid;

- Alimentarea prin partea de sus a bateriei, permite reducerea cantitatii de agent frigorific din circuit, dar necesita un grad de recirculare mai mare decat in situatia anterioara, sau o distributie foarte atenta a agentului frigorific in serpentinele bateriei. Efectul presiunii hidrostatice este mai redus decat in cazul anterior, deci temperatura de vaporizare va fi mai apropiata de cea din separatorul de lichid;

- Alimentarea cu grad de recirculare ridicat, realizeaza o vaporizare foarte redusa a agentului frigorific, care se comporta aproape ca un agent intermediar. La intrarea in vaporizator agentul frigorific este subracit.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image924.jpg

Fig. 54. Variante ale sistemului de recirculare a agentului frigorific


- Degivrarea

3.1.4. Degivrarea




Degivrarea vaporizatoarelor pentru racirea aerului este necesara deoarece gheata sau zapada care se depun pe suprafata de transfer termic a bateriilor, asa cum se obsrva in figura 55, se comporta ca un izolator termic si in plus reduce suprafata libera de circulatie a aerului. In aceste conditii, la un moment dat eficienta vaporizatoarelor devine inacceptabil de redusa.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image180.gif

Fig. 55. Camera de racire cu bateriile givrate

Exista mai multe procedee de degivrare (topire a ghetii), dintre care cele mai utilizate sunt urmatoarele:

- Degivrarea cu aer cald se poate utiliza in camerele cu temperaturi pozitive, sau in cazul vaporizatoarelor pompelor de caldura. Pur si simplu se intrerupe producerea frigului, iar aparatul se degivreaza datorita circulatiei aerului. Eficienta degivrarii se poate imbunatati prin recircularea peste bateriile de racire, in aceste perioade a aerului din exterior, printr-un sistem de tubulaturi;

- Degivrarea electrica este un procedeu utilizat in camere cu temperaturi negative. Caldura necesara topirii ghetii este furnizata de rezistente electrice amplasate in interiorul tevilor cu aripioare sau in exteriul acestora. Rezistentele sunt protejate cu teci de protectie. Distributia rezistentelor trebuie realizata astfel incat incalzirea cea mai intensa sa se realizeze in partea inferioara a bateriei.

- Degivrarea prin inversarea ciclului este utilizabila in cazul in care vaporizatorul si condensatorul sunt contruite din tevi prevazute cu aripioare. Prin inversarea ciclului, vaporizatorul devine condensator, iar condensatorul devine vaporizator. Caldura cedata de agent in vaporizatorul devenit condensator, permite topirea ghetii. Deoarece in perioada de degivrare pe condensatorul devenit vaporizator, se poate forma gheata, ambele schimbatoare de caldura trebuie sa fie prevazute cu tavi pentru colectarea apei provenite din degivrare. Pentru inversarea ciclului este necesara utilzarea unui ventil special cu patru cai.

- Degivrarea cu vapori calzi este asemanatoare cu cea prezentata anterior, dar vaporizatorul este alimentat cu vapori calzi proveniti direct de la compresor (compresoare) in timp ce restul vaporizatoarelor functioneaza normal. Condensul format in vaporizatorul aflat in perioada de degivrare, este trimis spre rezervorul de lichid de unde se reintoarce in circuit.

- Degivrarea cu apa consta in stropirea cu apa a vaporizatorului incarcat cu gheata. Acest procedeu prezinta avantajul ca apa realizeaza o si actiune mecanica de antrenarea a ghetii care s-a dezlipit de pe tevi. De obicei se utilizeaza impreuna cu degivrarea electrica sau cu vapori calzi.

In figurile 56 si 57 este prezentat un dispozitiv pentru degivrare automata care echipeaza un vaporizator pentru realizarea de temperaturi foarte scazute in camera racita (in jur de -30° C). Acest aparat are in compunere urmatoarele elemente componente:

- izolatie termica exterioara;
- clapeta de inchidere (pot fi mai multe) izolata, actionata de un zavor hidraulic sau electric, avand comanda automata;
- rezistente electrice interne, sau dispozitive pentru introducere de aer cald;
- sistem de circulatie aerului in circuit inchis, cu debit redus al ventilatorului, pentru marirea eficientei degivrarii.

Constructia prezentata elimina urmatoarele inconveniente care pot sa apara in mod uzual la degivrare:

- incalzirea spatiului racit;
- depunerea de gheata pe produsele pastrate in camera;
- degivrarea lenta si adesea incompleta.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image925.jpg

Fig. 56. Vaporizator in carcasa izolata, pentru realizarea de temperaturi foarte scazute, cu sistem de degivrare automata

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image926.jpg

Fig. 57. Vaporizator cu sistem de degivrare automata. Schema functionarii pe durata degivrarii
V – ventilator centrifugal; B – baterie de racire; U – usa mobila;
Zh – zavor hidraulic

Doua tipuri particulare de racitoare de aer sunt:

- Vaporizatoarele echipamentelor de racire casnice si comerciale

Vaporizatoarele echipamentelor de racire comerciale reprezinta o categorie particulara de racitoare de aer. Din punct de vedere tehnologic, acestea se realizeaza din placi de aluminiu presate la cald. In prealabil, pe aceste placi sunt desenate cu o vopsea speciala traseele de curgere ale agentului frigorific. La presare, in zonele vopsite placile nu se lipesc. Ulterior utilizand ulei sub presiune, zonele vopsite se gonfleaza si realizeaza canalele de curgere pentru agentul frigorific. In figurile 44…49 sunt prezentate cateva modele de vaporizatoare, cu unul sau doua nivele de temperatura scazuta, pentru frigidere sau congelatoare casnice, respectiv comerciale.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image915.jpg

Fig. 44. Vaporizator pentru frigider casnic

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image916.jpg

Fig. 45. Vaporizator cu doua nivele de temperatura scazuta

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image917.jpg

Fig. 46. Vaporizator de tip casnic, montat intr-o camera racita

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image918.jpg

Fig. 47. Diverse tipuri de vaporizatoare pentru echipamente frigorifice casnice sau comerciale

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image919.jpg

Fig. 48. Vaporizator pentru congelatoare cu placi

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image920.jpg

Fig. 49. Vaporizator pentru congelatoare cu placi pregatit pentru livrare


- Vaporizatoarele eutectice

Vaporizatoarele eutectice reprezinta o categorie mai putin raspandita, in care caldura este preluata de la spatiul racit de un amestec eutectic. Acest amestec, datorita caldurii preluate trece din starea solida in stare lichida.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image921.jpg

Fig. 50. Vaporizator cu placi eutectice

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image922.jpg

Fig. 51. Tevi eutectice

3. Vaporizatoare pentru racirea lichidelor

Racirea lichidelor este o problema chiar mai complexa decat racirea gazelor, datorita diversitatii mari a acestor lichide. In afara de apa si solutiile apoase de saramuri sau de tip antigel, pentru care proprietatile termofozice sunt foarte bine cunoscute, exista numeroase alte lichide care trebuie racite si pentru care determinarea proprietatilor termofizice se realizeaza printr-o sustinuta activitate de cercetare. Cele mai multe asemea lichide reprezinta produse ale industriei petrochimice. Alegerea vaporizatoarelor de acest tip se efectueaza in functie de regimul temperaturilor de intrare/iesire, si de proprietatile termofizice ale solutiei care trebuie racite. In primul rand conteaza viscozitatea si conductivitatea termica.

In principiu exista trei tipuri de vaporizatoare pentru racirea lichidelor:

- imersate;

3.1. Vaporizatoare imersate

In figura 58 este prezentat un vaporizator de acest tip, iar in figura 59 este prezentat un vaporizator imersat dublu. Asemenea vaporizatoare sunt caracterizate printr-o scadere redusa a temperaturii lichidului aflat in bazin, dar asigura un debit foarte mare de agent racit. Asemenea aparate se pot utiliza in:

- bazine pentru racirea unor agenti intermediari;
- bazine pentru acumulare de gheata in vedere acoperirii unor varfuri de sarcina, specifice de exemplu industriei laptelului;
- bazine pentru racirea pestelui.

Top of Form

Bottom of Form

Exista doua variante de asemenea vaporizatoare:

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form

Alimentarea cu lichid a vaporizatoarelor imersate se realizeaza din separatoare de lichid sau din butelii de racire intermediara, prin intermediul ventilelor de reglaj termostatice in cazul serpentinelor, respectiv prin termosifon (autorecirculare) in cazul gratarelor.

Pentru sarcini termice reduse se pot utiliza si vaporizatoare coaxiale, ca cel din figura 6

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image181.jpg

Fig. 58. Vaporizator imersat

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image182.jpg

Fig. 59. Vaporizator imersat, dublu

Vaporizatoarele cu serpentine, ca cel din figura 60 sunt constituite dintr-un ansamblu de serpentine realizate din otel sau cupru in functie de natura agentului racit. Serpentinele sunt racordate la distribuitoare si colectoare, iar ansamblul format este amplasat intr-un bazin. Circulatia agentului intermediar racit, in vederea omogenizarii temperaturii, este asigurata prin intermediul unor agitatoare verticale. In cazul acumularii de gheata, tevile sunt suficient de departate pentru depunerea a 30…40 mm de gheata, fara unirea cilindrilor de gheata depusa. In plus, sectiunea de curgere ramasa trebuie sa asigure curgerea apei cu o viteza de pana la 0,5 m/s.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image927.jpg

Fig. 60. Vaporizator imersat realizat din mai multe serpentine

In figura 61 este prezentata imaginea unui acumulator de gheata cu vaporizator imersat in functiune.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image183.gif

Fig. 61. Vaporizator pentru acumulare de gheata

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image928.jpg

Fig. 6 Vaporizator coaxial

Top of Form

Bottom of Form


- innecate;

3. Vaporizatoare innecate

Aceste aparate sunt de tip multitubular, ca in figura 63. Se utilizeaza foarte des in instalatii cu compresoare centrifugale pentru racirea apei glaciale (avand temperatura foarte apropiata de 0° C. In acest caz se utilizeaza tevi speciale din cupru, de tipul celor prezentate in prima parte a acestui capitol.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image929.jpg

Fig. 63. Vaporizator multitubular innecat
V – vaporizator; DS – dom pentru separarea vaporilor de lichid; C – capac; P – purja (aerisire)

Caracteristic este faptul ca agentul racit circula printre tevi si se raceste pana la temperaturi in general pozitive (ca sa nu inghete in tevi). Spatiul dintre tevi este ocupat de agentul frigorific lichid, care vaporizeaza. Vaporii sunt colectati in domul separator din partea superioara a aparatului, de unde sunt aspirati de compresor. Picaturile de lichid care pot sa fie antrenate, se reintorc din dom inapoi in spatiul dintre tevi.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image930.jpg

Fig. 64. Schema de curgere a agentilor intr-un vaporizator multitubular innecat

Pentru puteri frigorifice sub 1200 kW, unii constructori monteaza in mantaua fasciculului de tevi pentru vaporizator si mantaua condensatorului, relizand astfel constructii foarte compacte.

Daca se utilizeaza acest tip de vaporizator, in instalatii avand compresoare cu piston sau elicoidale lubrifiate, este necesar sa fie prevazut si un sistem de colectare a uleiului si de reintoarcere in compresor. In cazul utilizarii amoniacului, constructia este realizata din otel, iar uleiul este recuperat dintr-un colector amplasat in partea inferioara.

Alimentarea cu agent frigorific se poate realiza in doua moduri:

- Prin ventil de reglaj de joasa presiune, caz in care nivelul lichidului din vaporizator este mentinut constant prin intermediul unui ventil de reglaj cu flotor si a unui sistem de vase comunicante, care sa asigure acelasi nivel al lichidului in ventilul de reglaj si in vaporizator. Acest sistem implica utilizarea unui rezervor de lichid pentru alimentarea vaporizatorului in perioadele de suprasarcina (sau de sarcina maxima).

- Prin ventil de reglaj de inalta presiune, caz in care nivelul lichidului din vaporizator nu mai este mentinut constant, aici ajungand intreaga cantitate de lichid obtinuta in condensator. La calculul volumului vaporizatorului se va tine seama de acest aspect, astfel incat sa fie eliminat riscul ca picaturi de lichid sa fie aspirate in compresor datorita umplerii vaporizatorului.

Avantajele acestui tip de vaporizator sunt in principal urmatoarele:

- asigura debite mari de vapori de agent frigorific, ceea ce le face utilizabile impreuna cu compresoarele centrifugale;
- asigura puteri frigorifice mari, necesare in instalatiile cu amoniac pentru realizarea de temperaturi foarte scazute;
- coeficientul global de transfer termic este imbunatatit prin utilzarea tevilor speciale cu suprafete extinse.

Dezavantajele principale ale vaporizatoarelor innecate sunt:

- prezinta riscul inghetarii agentului intermediar in tevi in special la racirea apei sub 2…3° C;
- existenta unei cantitati mari de agent frigorific lichid in interiorul mantalei, face ca datorita presiunii hidrostatice, la baza aparatului temperatura de vaporizare sa fie sensibil mai mare decat la suprafata;
- genereaza o incarcatura mare de agent frigorific, ceea ce creste costurile cu agentul frigorific;
- necesitatea eliminarii uleiului de ungere impune utilizarea unor dispozitive speciale;
- coeficientul global de transfer termic este inrautatit deoace lichidul racit are viscozitatea mare (este aproape de solidificare), ceea ce genereaza un regim de curgere laminar sau tranzitoriu (monopropilen glicol).

Vaporizatoarele cu amoniac pentru racirea saramurii pot sa fie amplasate si in pozitie verticala (vaporizatoare Trépaud), caz in care saramura circula prin spatiul dintre tevi si manta, iar amoniacul vaporizeaza in interiorul tevilor.


- cu detenta uscata (sau uscate).

3.3. Vaporizatoare cu detenta uscata

Aceste vaporizatoare se mai numesc si uscate, fiind caracterizate de circulatia si vaporizarea agentului frigorific prin interiorul tevilor, in timp ce agentul intermediar este racit intre tevi, asa cum se observa in figura 65. Aceast tip de circulatie rezolva problemele ridicate de vaporizatoarele innecate si in special elimina pericolul inghetarii apei in tevi. Se utilizeaza in special pentru freoni, iar tevile sunt drepte sau in U, nervurate interior sau avand miez de tip stea. Circulatia agentului intermediar printre tevi, se realizeaza transversal fata de tevi, datorita utilizarii sicanelor.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/vaporizatoare/Image931.jpg

Fig. 65. Vaporizator multitubular cu detenta uscata

Alimentarea cu agent frigorific este realizata prin intermediul ventilelor de reglaj termostatice sau electronice, astfel incat la iesirea din vaporizator, vaporii sa fie usor subraciti. Viteza de curgere a agentului frigorific trebuie sa fie suficient de mare pentru a asigura reintoarcerea uleiului de ungere.

Datorita particularitatilor constructive, exista putini producatori de asemenea vaporizatoare uscate.

4. Condensatoare

In orice masina frigorifica, rolul condensatorului este de a evacua caldura cedata de agentul frigorific prin condensare. Caldura evacuata de condensator reprezinta practic suma dintre caldura absorbita de vaporizator din mediul racit si echivalentul caloric al lucrului mecanic din compresor. In pompele de caldura condensatorul are acelasi rol, dar este aparatul care realizeaza efectul util, furnizand caldura mediului incalzit.

In functie de natura agentului de raciree, exista trei tipuri de condensatoare:



- racite cu aer

4.1. Condensatoare racite cu aer

Aerul ca agent termic are avantajul ca este cel mai abundent si mai ieftin, deci este utilizat intens, chiar daca prezinta proprietati termofizice mediocre din punct de vedere termic. Principalul parametru care influenteaza comportarea condensatorului este temperatura termometrului uscat (temperatura aerului). Acest parametru variaza in timp, de la un anotimp la altul, ziua fata de noapte, sau chiar de la o ora la alta. In aceste conditii trebuie sa se aleaga totusi o valoare a temperaturii aerului in functie de care sa se determine temperatura de condensare si trebuie sa se cunoasca si valorile maxime si minine pe care le va avea temperatura de condensare in functie de temperatura aerului. In cazul pompelor de caldura, problema se pune diferit, deoarece temperatura aerului la intrarea in condensator este constanta, fiind apropiata de temperatura care trebuie realizata.

Condensatoarele cu circulatie naturala a aerului sunt utilizate in aparatele frigorifice casnice, frCondensatoare cu circulatie fortata a aerului

Condensatoarele cu circulatie fortata a aerului sunt cele mai raspandite in instalatii comerciale si industriale, iar curgerea aerului este asigurata de ventilatoare. Aceste aparate prezinta cateva caracteritici particulare importante:

O schema de principiu a curgerii intr-un condensator racit cu aer in curgere fortata, este prezentata in figura 66.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image184.jpg

Fig. 66. Schema de curgere intr-un condensator racit cu aer

Bateriile de condensare pot sa fie orizontale, ca in figura 67 unde aerul este vehiculat de patru ventilatoare, respectiv doua ventilatoare ca in figura 68, sau verticale dar indiferent de constructie, prezinta un cadru metalic si un suport pentru ventilatoare.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image932.jpg

Fig. 67. Condensator orizontal racit cu aer, cu patru ventilatoare

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image933.jpg

Fig. 68. Condensator orizontal racit cu aer, cu doua ventilatoare

Ventilatoarele pot sa fie de tip axial sau centrifugal, in cazul celor din urma fiind posibila montarea de conducte pentru evacuarea aerului daca aparatul este montat in interior. Turatia ventilatoarelor trebuie sa fie cat mai redusa, pentru a nu se produce zgomot puternic, de aceea in mod uzual nu se depaseste turatia de 1000 rot/min. Unele ventilatoare prezinta doua turatii in vederea reglarii temperaturii de condensare si a sarcinii termice a condensatorului. Aceste turati pot fi de exemplu 1000 si 500 rot/min.

De obicei, pentru freoni bateriile de condensare au tevi din cupru si aripioare din aluminiu, iar pentru amoniac, au tevi din otel si aripioare tot din din aluminiu.

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form

Condensatoare cu circulatie fortata a aerului

Condensatoarele cu circulatie fortata a aerului sunt cele mai raspandite in instalatii comerciale si industriale, iar curgerea aerului este asigurata de ventilatoare. Aceste aparate prezinta cateva caracteritici particulare importante:

O schema de principiu a curgerii intr-un condensator racit cu aer in curgere fortata, este prezentata in figura 66.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image184.jpg

Fig. 66. Schema de curgere intr-un condensator racit cu aer

Bateriile de condensare pot sa fie orizontale, ca in figura 67 unde aerul este vehiculat de patru ventilatoare, respectiv doua ventilatoare ca in figura 68, sau verticale dar indiferent de constructie, prezinta un cadru metalic si un suport pentru ventilatoare.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image932.jpg

Fig. 67. Condensator orizontal racit cu aer, cu patru ventilatoare

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image933.jpg

Fig. 68. Condensator orizontal racit cu aer, cu doua ventilatoare

Ventilatoarele pot sa fie de tip axial sau centrifugal, in cazul celor din urma fiind posibila montarea de conducte pentru evacuarea aerului daca aparatul este montat in interior. Turatia ventilatoarelor trebuie sa fie cat mai redusa, pentru a nu se produce zgomot puternic, de aceea in mod uzual nu se depaseste turatia de 1000 rot/min. Unele ventilatoare prezinta doua turatii in vederea reglarii temperaturii de condensare si a sarcinii termice a condensatorului. Aceste turati pot fi de exemplu 1000 si 500 rot/min.

De obicei, pentru freoni bateriile de condensare au tevi din cupru si aripioare din aluminiu, iar pentru amoniac, au tevi din otel si aripioare tot din din aluminiu.

Companiile producatoare de echipament frigorific, livreaza adesea condensatoarele cu circulatie fortata a aerului, impreuna cu condensatorul, cele doa aparate formand impreuna, asa numitele grupuri de comprimare, sau grupuri compresor - condensator

Un grup compresor – condensator racit cu aer, este prezentat in figura 69, pentru a se exemplifica o modalitate uzuala de legare in circuit a condensatoarelor racite cu aer.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image185.jpg

Fig. 69. Grup compresor – condensator racit cu aer


- racite cu apa

4. Condensatoare racite cu apa

Aceste aparate pot sa utilizeze diverse surse de apa:

- apa potabila (scumpa);
- apa de mare (coroziva);
- apa de rau sau din puturi, sau din lacuri;
- apa industriala.

In consecinta se ridica problema calitatii apei, deoarece se pot produce depuneri si problema evacuarii apei incalzite, care poate sa genereze poluare. De cele mai multe ori apa este recirculata dupa o racire prealabila in turnuri de racire.

Temperatura de condensare este determinata de temperatura apei la intrarea in condensator si de debitul apei de racire. Temperatura apei variaza mai putin decat temperatura aerului, iar variatia este mai degraba sezoniera. In cazul pompelor de caldura, este mai importanta temp4.1. Condensatoare multitubulare orizontale

Aceste condensatoare, avand constructia de tipul celei prezentate in figura 70, sunt cele mai utilizate in instalatii industriale de puteri mari, deoarece prezinta cateva avantaje:

- sunt usor de montat atat in cladiri cat si in exterior;
- permit realizarea unor grupuri preasamblate, ceea ce reduce manopera de montaj pe santier;
- permit curatarea usoara a tevilor.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image934.jpg

Fig. 70. Condensator multitubular orizontal, racit cu apa

O schema a curgerii ageentului frigorific si a apei de racire in condensatoarele multitubulare orizontale este prezentata in figura 71.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image935.jpg

Fig. 71. Schema de curgere intr-un condensator multitubular orizontal

Cateva dintre caracteristicile acestor aparate sunt urmatoarele:

- tevile condensatoarelor pentru amoniac sunt lise si realizate din otel, iar cele ale condensatoarelor pentru freoni sunt realizate din cupru si adesea sunt nervurate;

- vaporii de agent frigorific sunt introdusi in aparat pe la partea superioara, in spatiul dintre tevi si manta, condenseaza pe supratata exterioara a tevilor, iar lichidul acumulat in partea inferioara este evacuat printr-un racord amplasat in aceasta zona;

- apa de racire circula prin tevi, racordul de intrate fiind amplasat in zona inferioara a capacului, iar cel de evacuare in zona superioara, acest tip de circulatie a apei putand sa asigure o usoara subracire a condensului;

- apa se incalzeste in aparat cu .3° C in cazul apei de mare, cu 4…6° C in cazul apei industriale recirculate, cu 5…15° C in cazul apei de rau, respectiv cu 10…30° C in cazul apei potabile;

- viteza de curgere a apei prin tevi este de 1,5…3 m/s;

- pentru o viteza medie de curgere a apei (2 m/s), coeficientii de transfer termic sunt de cca. 1500 W/m2K in cazul amoniacului, respectiv 1000 W/m2K in cazul freonilor;

- temperatura de condensare este cu 4…5 ° C mai mare decat temperatura apei la iesirea din condensator.

Pentru puteri frigorifice mici, in locul condensatoarelor multitubulare orizontale se pot utiliza condensatoare te tip teava in teava sau cu serpentina imersata, ca cel din figura 7

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image936.jpg

Fig. 7 Schema unui condensator cu serpentina imersata

eratura apei la iesirea din condensator, decat temperatura apei la intrare.

4. Condensatoare multitubulare verticale

Aceste aparate se utilizeaza in instalatii cu amoniac, dar au o utilizare tot mai redusa, existand tendinta inlocuirii lor cu condensatoare cu evaporare fortata. Din punct de vedere constructiv sunt tot aparate multitubulare, dar avand fascicul de tevi montat vertical. Cateva dintre cele mai importante diferente sunt urmatoarele:

- nu exista capace cu sicane;
- apa este introdusa prin tevi prin partea superioara, dintr-un bazin de alimentare;
- fiecare teava are montata in partea superioara un dispozitiv care asigura alimentarea peliculara cu apa si care imprima apei o miscare elicoidala;
- tevile au un diametru de 50…60 mm;
- alimentarea cu vaapori se realizeaza la jumatatea inaltimii mantalei, in spatiul dintre aceasta si tevi;
- evacuarea condensului format pe suprafata exterioara a tevilor se realizeaza prin partea inferioara.

Avantajele acestui tip de condensator sunt urmatoarele:

- necesita un spatiu de amplasare redus;
- nu este pretentios la calitatea apei;
- este usor de curatat chiar si in timpul functionarii;
- permite preluarea de suprasarcini, prin marirea debitului de apa, fara a genera caderi de presiune suplimentare, semnificative;
- asigura coeficienti de transfer termic ridicat, datorita curgerii peliculare a ambilor agenti (apa la interior si condensul la esteriorul tevilor).

4.3. Condensatoare coaxiale

Aceste tipuri de aparate se utilizeaza in instalatii mici si medii, in special pentru freoni. Se intalnesc in particular in grupuri monobloc pentru racirea aerului, sau apei, unde sunt realizate sub forma de spirala elicoidala, pentru a ocupa mai putin spatiu. Caracteristicile tehnice ale acestor condensatoare sunt in principal urmatoarele:

- apa se incalzeste cu 5…10 ° C;
- temperatura de condensare este cu 3…5
° C mai mare decat a apei la iesire;
- sarcina termica este de 1…100 kW.

In figura 73 este prezentata schema de functionare a unui condensator coaxial.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image937.jpg

Fig. 73. Schema de principiu a unui condensator coaxial

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form


- racite mixt (cu apa si aer)

4.3. Condensatoare racite mixt

Caracteristica acestor condensatoare este ca utilizeaza ca agent de racire aerul atmosferic si apa care de obicei este stropita peste suprafata de schimb de caldura. Exista doua tipuri de asemenea aparate, dupa cum aerul se gaseste in circulatie naturala sau fortata:

4.3.1. Condensatoare atmosferice

Se utilizeaza des in instalatii industriale de puteri mari si sunt realizate din tevi montate in pozitie orizontala sau verticala sub forma de gratare. Au avantajul ca nu necesita spatiu pentru montare in sala masinilor, fiind amplasate de regula pe acoperisul cladirilor, de exemplu pe sala masinilor.

Pentru recircularea apei care stropeste tevile schimbatoare de caldura, sub aparat se monteaza o tava colectoare cu racorduri:

- pentru recirculare cu ajutorul unei pompe;
- pentru preaplin;
- pentru golire;
- pentru alimentare cu apa proaspata.

Procesul de transfer termic intre agentul frigorific, apa si aerul umed atmosferic, este foarte complex, realizandu-se in paralel cu un proces de transfer masic intre apa si aer, deoarece o parte din apa se evapora si trece in aer.

Acesta este si unul din motivele pentru care este necesara completarea cu apa proaspata. Al doilea motiv care impune obligativitatea acestei operatii este acela ca o parte din apa se pierde prin stropire in jurul aparatului.

Apa se incalzeste relativ putin in aceste aparate, deoarece dupa ce preia caldura de la agentul frigorific este racita de aerul atmosferic din jurul condensatorului.

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form

Dime.4.3. Condensatoare cu evaporare fortata

Aceste vaporizatoare sunt foarte moderne si utilizate pe scara tot mai larga in instalatiile industriale. In figura 74, se observa ca practic sunt incluse doua aparate intr-unul singur. Cele doua aparate sunt condensatorul propriu-zis si turnul de racire a apei.

http://www.termo.utcluj.ro/cif/schimbatoare/condensatoare/Image186.jpg

Fig. 74. Condensator cu evaporare fortata
S – dispozitiv de stropire; SP – separator de picaturi;
Cd – condensatorul propriu-zis; C – carcasa metalica; V – vaporizator;
P – pompa pentru recircularea apei; A – bazin de colectare a apei de stropire

Acest tip de condensator se compune din trei parti principale:

- O baterie de condensare realizata din tevi din otel lise, care formeaza un ansamblu de serpentine. Alimentarea serpentinelor se realizeaza printr-un distribuitor orizontal amplasat in partea superioara a serpentinelor, iar evacuarea condensului se realizeaza printr-un colector de asemenea orizontal, amplasat in partea inferioara a serpentinelor. Bateria de condensare este inchisa intr-o carcasa din tabla, care formeaza un canal de curgere pentru aer. In cazul utilizarii amoniacului, aceasta baterie este precedata de una realizata din tevi nervurate, pentru desupraincalzirea vaporilor.

- Un ventilator axial sau centrifugal, care circula fortat aerul atmosferic de jos in sus, pest tevi. La iesirea din aparat se monteaza un separator de picaturi, pentru a limita pierderea de apa.

- Un sistem de recirculare a apei cu ajutorul unei pompe care aspira din tava de colectare si trimite apa spre dispozitivele de stropire amplasate deasupra tevilor schimbatoare de caldura.

In aparat se realizeaza doua tipuri de transfer termic:

- convectiv intre tevi si apa, care preia caldura latenta de vaporizare;
- prin evaporare (transfer termic si de masa) intre apa si aer.

Caldura preluata de apa determina evaporarea unei parti din aceasta, la temperatura constanta a termometrului umed. Sarcina termica a aparatului depinde de diferenta de entalpie dintre aerul umed care intra in condensator din atmosfera si aerul umed saturat in contact cu apa din jurul suprafetelor de transfer termic. Practic, temperatura apei ramane constanta, fiind racita integral de aer.

Functionarea acestui condensator depinde mult de temperatura termometrului umed, care este cu cca. 8…12 ° C mai redusa decat temperatura termometrului uscat. In consecinta, temperatura de condensare in aceste aparate poate sa fie cu cca. 8…12 ° C mai redusa decat cea din condensatoarele racite cu aer. Astfel se pot realiza economii de energie care pot sa ajunga pana la 30%. Acesta este unul din motivele pentru care se utilizeaza tot mai des acest tip de condensator.

nsionarea condensatoarelor este foarte importanta, deoarece la fiecare grad de crestere a temperaturii de condensare, puterea absorbita de compresor creste cu cca. 4%.

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form

Top of Form

Bottom of Form








Politica de confidentialitate

DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 3405
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