ECHIPAMENTE ŞI INSTALAŢII TERMICE II

Transcript

1 Adeld Mhel DUINEA ECHIPAMENTE ŞI INSTALAŢII TERMICE II -SUPORT DE CURS-

2 CUPRINS CURS Prezentre generlă centrlă termoelectrcă 3 CURS Rndmente; consumur specfce 9 CURS 3 Ssteme de conducte. Condţ tehnce generle 7 CURS 4 Clculul termc l reţelelor de conducte 5 CURS 5 Clculul rndmentulu zolţe termce 3 CURS 6 Clculul hdrulc l cznelor de bur 37 CURS 7 Scheme de lmentre cu pă de răcre 44 CURS 8 Instlţ de uscre 48 CURS 9 Instlţ de vporzre 60 CURS 0 Cuptore ndustrle 68 CURS Cuptore ndustrle - contnure 76 CURS Instlţ cu cclu nvers 8 CURS 3 Instlţ cu cclu nvers contnure 89 CURS 4 Degzore 97 BIBLIOGRAFIE 05

3 CURS PREZENTARE GENERALĂ CENTRALĂ TERMOELECTRICĂ Centrlele termoenergetce prţn une r energetce su unu sstem energetc ş funcţoneză în prlel fnd nterconectte prn reţele de trnsport ş dstrbuţe l consumtor de energe electrcă. Energ electrcă necesră în sstemul energetc trebue dstrbută pe fecre centrlă în prte în funcţe de putere dsponblă ş de funcţonre optmă ş sgură ceste. Energ electrcă furnztă în sstem de fecre centrlă trebue să îndeplnescă numte condţ clttve concretzte prn vlore frecvenţe ş tensun electrce. Procesele termoenergetce sunt procese tehnologce complexe, crcterzte de un număr mre de vrble cu nterconectre multplă, o dnmcă cu întârzer mr de tmp, un puternc crcter nelnr ş în unele czur cu o modfcre în tmp prmetrlor dnmc. Funcţ pe cre trebue să o îndeplnescă sstemul de conducere soct une nstlţ termoenergetce este sgurre funcţonăr sgure ş economce grupurlor czn-turbnă-genertor, dcă producere contnuă ş fără defecţun, pe o perodă de tmp determntă, energe electrce cerute, folosnd o cnttte mnmă de combustbl prmr ş sgurând condţle de cltte mpuse. Funcţonre sgură unu grup termoenergetc czn-turbnă-genertor este defntă prn posbltte de funcţonre fără defecţun, într-un ntervl de tmp consdert ş în condţ dte, sgurând îndeplnre scopulu pentru cre u fost proectte. Centrl termoelectrcă este constrută dntr-un nsmblul de nstlţ cre trnsformă energ înmgzntă în combustbl solz, lchz su gzoş în energe electrcă în funcţe de tpul combustblulu utlzt. O centrlă termoelectrcă este compusă dn următorele părţ: )Instlţle gospodăre de combustbl - permt descărcre, preprre ş trnsportul cărbunelu până l depozte de cpctte mcă, numte în mod curent bunkere. Cărbunele sost de l locul de extrcţe în vgone specle este descărct cu jutorul unor benz trnsportore în depoztul de combustbl. Dn depozt, cărbunele este împns spre benzle de trnsport cre-l duc l concsre, unde este sfărâmt până l o numtă grnulţe. De l stţ de concsre este trnsportt, tot prn ntermedul unor benz, spre bunkere. 3

4 b) Cznele de bur - gregte complexe cre trnsformă energ înmgzntă în combustbl în energe potenţlă burulu sub presune. c)turbnele cu bur - consttue motorul prmr cre trnsformă energ burulu în energe mecncă pe cre o trnsmt genertorelor sncrone pe l xul lor prn cuplă. d) Genertore sncrone - trnsformă energ mecncă prmtă pe l x de l turbnă în energe electrcă pe cre o lvreză pe l bornele lor în r energetcă dn cre fc prte. e) Instlţle nexe - efectueză operţ necesre funcţonăr nstlţlor de bză. Ele se împrt în următorele ctegor: nstlţ de epurre chmcă pe de lmentre cznelor; nstlţ pe de răcre condenstorelor turbnelor; nstlţ servclor nterne; nstlţ de evcure cenuş; nstlţ de fltrre gzelor de rdere. FLUXUL TEHNOLOGIC PRINCIPAL AL UNEI CENTRALE TERMOELECTRICE Descrere clttvă desfăşurăr fluxulu tehnologc de l ntroducere combustblulu ş pe de lmentre în cznul de bur ş până l lvrre energe electrce pe l bornele genertorulu sncron o vom fce referndu-ne l schem termomecncă de bză l une centrle termoelectrce reprezenttă în fgur.: B A C G IP MP JP GS E ZC T CD PIP PA PJP PA C CA PA D ME ME ME Fgur.. Schem termomecncă centrle termoelectrce C cznul de bur; B combustblul produs; A erul ntrodus în focr pentru rdere combustblulu; G gzele rezultte prn rdere combustblulu; ZC zgur ş cenuş rezultte prn rdere combustblulu; T turbn de bur cu următorele corpur: ÎP corpul de înltă presune, MP corpul de mede presune, JP corpul de josă presune; GS genertorul sncron; E energ electrcă lvrtă de genertorul sncron; C condenstor de bur; Ej (PV) ejector su pompă de vd; CA conduct de ducţune pe de răcre dntr-un râu su fluvu cre se găseşte în propere centrle; 4

5 CD - cnl de deversre; TR turn de răcre; PC pomp de extrcţe condenstulu dn condenstor; PJP preîncălztor de josă presune; D degzor pentru elmnre gzelor dn pă; PA pompă de lmentre; PÎP preîncălztore de înltă presune; ME motore electrce de ntrenre. În cznul C se ntroduce pă cu jutorul pompe de lmentre PA. În focrul cznulu se ntroduce combustbl ş erul necesr rder cestu. Căldur dezvolttă prn rdere combustblulu este trnsmsă pe cre se vporzeză. Vpor sub presune sunt ntroduş în turbnă, cre trnsformă energ lor în energe mecncă pe cre o trnsmte genertorulu sncron. Acest, l rândul său, trnsformă energ mecncă în energe electrcă pe cre o lvreză pe l bornele sle în r energetcă dn cre fce prte. Aburul dn turbnă trece în condenstorul C unde se condenseză. Căldur pe cre o cedeză burul prn condensre este prelută de p de răcre, cre crculă prn ţevle condenstorulu, împnsă de pomp de răcre PR. Ap de răcre încălztă, după ce trecut prn condenstor, este trmsă fe l râu, prn cnlul de deversre CD, fe l turnurle de răcre TR, unde fnd lăstă să cdă lber de l înălţme, junge l tempertur medulu înconjurător, după cre rentră în cclul de răcre. Dn condenstor, unde se creeză vd cu jutorul unu ejector su une pompe de vd, condenstul este extrs cu jutorul une pompe de extrcţe ş este trms prn preîncălztorul de josă presune PJP, în degzor. Ac, prn încălzre cu bur prelevt de l turbnă prn un dn przele sle, se elmnă gzele pe cre le conţne condenstul (în specl oxgen) ş cre r pute produce oxdăr le ţevlor de ferbere le cznulu. Dn degzor p de lmentre (condenstul degzt) este lută de pomp de lmentre PA, cre prn preîncălztorul de înltă presune PIP o ntroduce în czn. În felul cest se închde crculţ pe în schem termomecncă sub cele tre forme: bur, condenst ş p de lmentre. Preîncălztorele PJP ş PIP u fost ntroduse în scopul mărr rndmentulu întreg nstlţ. Acest lucru se pote explc într-o mneră smplstă prn cee că se evtă perdere une numte cnttăţ de căldură în condenstor, dtortă rentroducer e în crcut prn prelevre une numte cnttăţ de bur dntr-un punct orecre l turbne, dec după ce o mre prte dn energ s fost trnsformtă în energe mecncă. În structur fluxulu tehnologc prte esenţlă o consttue trnsformărle energetce cre se produc de l rdere combustblulu până l producere energe electrce. Lnţul cestor trnsformăr este reprezentt schemtc în fgur.. 5

6 E 4 T E E E E T E 3 T 3 T E T Fgur.. Schem trnsformărlor energetce esenţle le fluxulu tehnologc l une centrle termoenergetce Elementele scheme trnsformărlor energetce sunt: E - energ înmgzntă în combustbl; T - trnsformre fzco-chmcă, rdere combustblulu cu degjre de căldură; E - energ termcă (căldură) obţnută prn rdere combustblulu; T - trnsformre fzcă trnsmtere energe termce pe ş vporzre ceste; E 3 - energ potenţlă vporlor de pă sub presune; T 3 - trnsformre fzcă; vpor de pă sub presune sunt suflţ prn jutje; T 3 ; E 4 - energ cnetcă vporlor de pă obţnută prn trnsformre E 4 - energ potenţlă vporlor de pă după trnsformre T 3 ; T 4 - trnsformre fzcă; energ cnetcă ş potenţlă vporlor este trnsformtă în energe cnetcă rotorelor turbne ş genertorulu; E 5 - energ cnetcă rotorelor turbne ş genertorulu; T 5 - trnsformre fzcă; energ cnetcă se trnsformă în energe electrcă în genertorul sncron; E 6 - energ electrcă. Indferent de tpul centrle termoelectrce, cest funcţoneză conecttă l Sstemul Energetc Nţonl (SEN) ş Sstemul de Termofcre urbnă su ndustrlă, sgurând cernţele de energe electrcă ş termcă consumtorlor, chr ş în condţ restrctve de funcţonre. Centrl, în nsmblul său, ntercţoneză cu medul înconjurător prn: Fluxul nformţonl, deczonl ş de conducere; Fluxul de energe prmră ntrtă sub formă de combustbl convenţonl; Fluxul de pă de răcre ş pă de dos necesră compensăr perderlor; Fluxul de energe electrcă furnzt sstemulu electroenergetc; Fluxul de energe termcă furnzt sstemulu de termofcre; Fluxul de noxe solde, lchde su gzose evcute; Fluxul de deşeur solde fosle ; 6

7 Fluxul de mterle consumble, de omen ş bn. Sstemele energetce se crcterzeză prn: - dmensun mr tât în cee ce prveşte numărul de componente surse ş consumtor) cât ş l re geogrfce ocupte; - reţele de trnsport de energe electrcă ş termcă de mre cpctte; - dezvoltre nterconexunlor între sstemele electroenergetce nţonle; - funcţonre nelnră componentelor; - restrcţ prvnd fluxurle de combustbl, noxe, resurse fnncre; - componentele se mnfestă dnmc prn vteze de vrţe ş durte de tmp dferte. REGIMURI DE FUNCŢIONARE Sstemul energetc funcţoneză cu două ctegor de restrcţ: restrcţ mpuse de sgurre necesrulu cntttv ş clttv cerut; restrcţ de funcţonre mpuse de lmtele mxme su mnme le vrblelor. După cum sunt stsfăcute su nu restrcţle de funcţonre, sstemul se pote fl în următorele stăr crcterstce de funcţonre: ) stre normlă sgură su regm cvsstţonr de funcţonre, când sunt stsfăcute tote restrcţle; ) stre normlă nesgură su de prelrmă, când sunt stsfăcute restrcţle de funcţonre, dr grdul de stbltte l sstemulu este redus, stfel încât orce perturbţe conduce l perdere stbltăţ; 3) stre de vre după o perturbţe grvă, când restrcţle de funcţonre ş cele mpuse de consumtor nu sunt stsfăcute, dec cu rezervă de stbltte nulă; 4) stre postvre su de restblre, când cernţele consumtorlor nu sunt îndeplnte, r frecvenţ ş rezerv de stbltte sunt sub lmtele dmse. Orce sstem su echpment este proectt să funcţoneze permnent ş în condţ de sgurnţă, cu efcenţă mxmă contnuă, l un regm proectt, denumt regm nomnl, prmetr corespunzător cestu regm numndu-se prmetr nomnl. Regmul de funcţonre, în mod contnuu ş în condţ de sgurnţă, l cre unul su m mulţ prmetr dferă de ce nomnl consttue regmul nenomnl. În cest cz efcenţ este m redusă decât ce mxmă contnuă corespunzătore regmulu nomnl. Un cz prte de regm nenomnl este 7

8 cel l cre prmetr depăşesc vlorle nomnle ş în cre putere produsă pote f m mre decât ce mxmă contnuă, denumt regm de suprsrcnă, durt de funcţonre fnd lmttă. Se defneşte regmul dnmc su trnztoru, modfcre vlor unu prmetru într-un tmp fnt, stfel încât dervte cestu prmetru în rport cu tmpul să bă o vlore fntă, dfertă de zero. Întrun stfel de regm, de regulă, nu pot ve loc determnăr expermentle. Cuzele cre conduc l prţ regmurlor trnztor în funcţonre centrlelor electrce sunt:. cuze externe centrle, determnte de:. modfcre srcn electrce cerută prn dspecerul sstemulu electroenergetc; b. modfcre srcn termce cerută prn dspecerul sstemulu de termofcre; c. scurtcrcute polfzte în reţe, pe brele une secţ de bre su totă secţ; d. scotere dn funcţune unu grup de putere mre dn sstem; e. scotere dn funcţune une ln de înltă tensune; f. o numtă putere nelvrtă pe o lne de nterconexune; g. nstbltte sttcă perodcă du dnmcă în reţe;. cuze nterne centrle, precum: h. defectre cznulu (sprger de ţev de economzor, vporztor, suprîncălztor);. defectre sstemulu de lmentre cu combustbl su vrţ cltăţ combustblulu; j. defectre pompelor de răcre; k. defectre condenstorulu prn sprgere de ţev su înfundre cestor, perdere vdulu; l. vbrţ nepermse l turbogenertor; m. defectre sstemulu de ungere lgăre turbogenertor; n. defectre ventltorelor de er ş gze; o. defectre unu preîncălztor; p. defectre motorulu pompe de lmentre, de condenst prncpl su secundr; q. lte defecte cre necestă reducere srcn grupulu. Fctor cre determnă cpctte de modfcre srcn une centrle sunt: crcterstcle turbne ş sstemulu de reglre ferent; crcterstcle cznulu ş sstemulu propru de reglre; crcterstcle celorllte ssteme prncple; cunoştnţele prctce ş de mentennţă. 8

9 CURS RANDAMENTE. CONSUMURI SPECIFICE În procesele termce rele se urmăreşte vlorfcre energe termce combustbllor pe bz fluxurlor de energe ş blnţulu energetc. Rndmentul energetc totl se clculeză în funcţe de rndmentele prţle stfel: ) Rndmentul cznulu: η Q ( q q q q ) cz = = Q0 q 6 unde Q este căldur ntrtă în crcutul termc; Q 0 căldur degjtă prn rdere combustblulu. Perderle de căldură le cznulu sunt: - perder cu gzele de rdere evcute l coş (q %); - perder prn rdere chmcă ncompletă (q 3 %); - perder prn rdere mecncă ncompletă (q 4 %); - perder prn pereţ cznulu prn convecţe ş rdţe (q 5 %); - perder prn evcure cenuş ş zgure (q 6 %). Cele m mr perder le cznulu sunt cele dte de gzele de rdere ş cre cresc dcă tempertur lor l bz coşulu ş excesul de er sunt mr. b) Rndmentul ţevlor - ţne cont de perderle de căldură prn zolţ termcă conductelor ηt Q T = = 0, ,99 Q unde Q T este căldur folostă l ntrre în turbnă. c) Rndmentul electrc reltv: ( Q Q ) T Q M G E η B er = = T T Q Q unde Q M reprezntă perderle mecnce le turbne; Q G perderle genertorulu electrc; E B energ electrcă l bornele genertorulu. su 9

10 η er = ηtηmηg - produsul rndmentelor termc, mecnc ş l genertorulu. η m =0,985 0,995; η g =0,96 0,984 d) Rndmentul servclor nterne este dt de relţ: ( ε) EB E = SI EB cu: E ε = SI - consumul specfc l servclor nterne EB e) Rndmentul totl este dt de produsul rndmentelor prţle: η = ηtr ηt ηc ηm ηg ηer ( ε) Putere electrcă produsă de untte de debt msc de bur cre se destnde în turbnă este dtă de relţ: p = [ Q Q ] ηm ηg mc [kj/kg bur] unde Q este căldur perdută cu p de răcre dn condenstor; m c debtul de bur cre junge în condenstor. Debtul specfc de bur l condenstor: d c = [kg bur/kj] p Debtul specfc de bur l eşre dn czn (tunc când exstă o preîncălzre regenertvă pe de lmentre): dcz n j j= = [kg bur/kj] p unde =m /m c ; =m /m c ; j =m j /m c reprezntă rporturle dntre debtele de bur prelevte l przele turbne ş debtul de bur cre junge l condenstor. 0

11 Consumul specfc de căldură: ) fără suprîncălzre ntermedră: q = d ( ) cz = ηt ηm ηg b) cu suprîncălzre ntermedră: q = d ( ) d ( ) cz s unde: este entlp specfcă burulu vu, kj/kg; - entlp specfcă pe de lmentre, kj/kg; entlp specfcă burulu l ntrre în suprîncălztorul ntermedr, kj/kg; entlp specfcă burulu l eşre dn suprîncălztorul ntermedr, kj/kg; d s debtul specfc de bur l suprîncălztorul ntermedr, kg bur/kj. INFLUENŢA PREÎNCĂLZIRII REGENERATIVE ASUPRA CONSUMULUI SPECIFIC DE CĂLDURĂ ŞI A RANDAMENTULUI Crcutul termc este formt de nsmblul nstlţlor prcurse de fludul de lucru. Cnttte de căldură corespunzătore surse clde este ntrodusă în crcutul termc în czn cu jutorul fluxulu gzelor de rdere. Pentru crcutul termc cestă cnttte de căldură este compusă dn căldur Q dtă burulu de înltă presune ş căldur Q s dtă în suprîncălztorul ntermedr. Cnttte de căldură Q evcută de cclu către surs rece este trnsmsă în condenstor fluxulu de pă de răcre ş dsptă în medul mbnt, Q =Q Q s. Dferenţ de căldură Q -Q este împărţtă între căldur trnsformtă utl în lucru mecnc ş po în energe electrcă ş perderle de căldură cre pr în czn, de- lungul conductelor ş în nstlţle trnsformtore de energe. Expres rndmentulu cclulu termc fnd: η t =-Q /Q metodele pentru îmbunătăţre lu η t urmărnd, fe mjorre cnttăţ de căldură Q ntrtă în crcut, fe reducere cnttăţ de căldură Q evcută l condenstor. Preîncălzre pe de lmentre cznulu cu bur prelevt de l turbnă prn przele ceste este un procedeu cre permte o creştere mportntă rndmentulu termc (0 % fţă de cclul smplu) deorece: - se reduce căldur cedtă surse rec;

12 - scde consumul specfc de căldură, cee ce mplcă reducere consumulu de combustbl; - se măreşte debtul de bur l ntrre în turbnă în CIP, cee ce conduce l creştere rndmentulu ntern; - scde debtul de bur în CJP cee ce permte relzre unor vteze l eşre dn turbnă cre să sgure perder energetce scăzute. Se consderă crcutul termc l une centrle cu preîncălztore le pe de lmentre de suprfţă. Rndmentul termc l cclulu este: η = t ( m m m )( ) ( m m )( ) m ( ) c p ( m m m )( ) c c p p c unde: m, m sunt debtele de bur prelevte pe prm, respectv dou prză turbne, kg/s; m c debtul de bur cre ntră în condenstor, kg/s; p, p entlple specfce le burulu l sfârştul destnder în turbnă corespunzătore presun l prz, respectv. p p, t, m m m c T m, p,p p p p m c m, p,p p 3 Fgur.. Schem smplfctă crcutulu termc Admţând notţle : m = m ş m = c mc ş dând fctor comun pe m c l numărător ş numtor se obţne:

13 3 ( )( ) ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) p p p p p p t = = η Adunând ş scăzând l numărător ( ) rezultă: ( )( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )( ) p p p p t = = η Consderând cele două preîncălztore c un sstem termodnmc deschs ş plcând prncpul conservăr energe cestu sstem: ( ) ( ) 3 c c p p m m m m m m m m = su cu notţle dmse: ( ) ( ) 3 p p = de unde: ( ) ( ) 3 p p = Înlocund termenul stâng l ecuţe în expres rndmentulu termc se obţne: ( ) ( )( ) 3 t = η Pentru n prze le turbne vom ve: ( ) ( ) 3 n j j t = = η Debtele de bur prelevte prn przele turbne se determnă pe bz ecuţlor de blnţ termc scrse pentru fecre dntre cele două preîncălztore. Efectul optm l preîncălzr se relzeză în stuţ în cre cest se fce în trepte egle. Notând cu creştere entlpe pe prn preîncălzre ş cu z numărul treptelor, încălzre optmă corespunzătore une vlor pe treptă este: z = /z Avntjul preîncălzr se fce smţt l presun rdcte, pentru cre consumul specfc de căldură este redus. Avntjul creşter rndmentulu este dn ce în ce m mc pe măsură ce numărul de trepte de preîncălzre creşte.

14 Alegere numărulu de trepte de preîncălzre trebue făcută stfel încât vntjul cret prn reducere consumulu de combustbl să fe m mre decât cheltuelle suplmentre nule rezultte dn folosre prze respectve. În czul unu crcut termc cu suprîncălzre ntermedră soluţ plctă cel m frecvent este lmentre ultmulu preîncălztor de pă cu căldură rezulttă dn burul eşt dn suprîncălztorul ntermedr. În cest cz corpul de înltă presune l turbne pote f construt fără prze, cee ce fclteză pornre rpdă ceste. Consecnţele preîncălzr regenertve sunt: - pentru un debt constnt de bur putere turbne scde dn cuză că o prte dn bur nu se destnde până l presune dn condenstor. Pentru relz o creştere puter se măreşte debtul de bur l ntrre în CIP. Acest mplcă pe de-o prte mărre lungm pletelor CIP, pe de ltă prte cznul v trebu să funcţoneze cu un debt m mre decât în nstlţ fără preîncălzre (m =,m). De semene, conductele între czn ş turbnă vor ve dmetre m mr. - Prn preîncălzre regenertvă, p de lmentre ntră în czn l o tempertură rdctă, dr sub vlore tempertur de sturţe corespunzătore presun dn czn. C urmre, gzele de rdere părăsesc focrul l un potenţl termc rdct, cee ce conduce l scădere rndmentulu cznulu. Apre necesră dec recuperre căldur conţnută în gzele de rdere prn preîncălzre erulu l o tempertură rdctă. - Deorece debtul de bur în prte de josă presune turbne este m mc decât în prte de înltă presune, lungme pletelor se v reduce, condenstorul v f m mc, debtul de pă de răcre se v mcşor. - Putere consumtă de pomp de lmentre trebue să fe m mre tât dn cuz mărr debtulu l czn cât ş dtortă necestăţ învnger rezstenţelor hdrulce crete prn mplsre preîncălztorelor. SCHIMBĂTOARE FOLOSITE PENTRU PREÎNCĂLZIREA REGENERATIVĂ A APEI DE ALIMENTARE Preîncălzre pe se relzeză în schmbătore de căldură de suprfţă su de mestec. Preîncălztorele de mestec sunt m vntjose dn punct de vedere termodnmc deorece p de lmentre pote f încălztă până l tempertur de sturţe corespunzătore presun burulu 4

15 prelevt de l prz turbne. Folosre lor mplcă însă montre unor pompe l fecre treptă, dmensonte pentru debtul mxm l cznulu, cee ce scumpeşte nstlţ. În czul preîncălztorelor de suprfţă, tempertur pe l eşre dn preîncălztor, t n, este m mcă decât tempertur de sturţe, t st,p. Dferenţ δt=t n -t st,p consttue unul dn elementele de clcul le suprfeţe de schmb de căldură. Vlorle uzule pentru cest sunt: δt=7 5 0 C, pentru preîncălztorele de înltă presune cu pereţ groş; δt=7 5 0 C, pentru preîncălztorele de josă presune cu ţev de lmă su oţel cu pereţ subţr. Schem ce m frecvent plctă este ce dn fgur următore Fgur.. Preîncălzre pe de lmentre cu schmbătore de căldură Preîncălztorul de mestec este montt în zon de mjloc preîncălzr lucrând l presun de (4 0) br. După refulre pompe sunt prevăzute două până l tre preîncălztore de suprfţă cre lucreză în domenul presunlor mr. În czul przelor cu nvel rdct de tempertură, schem cu preîncălzre regenertvă nclude l przele de înltă presune câte un schmbător de căldură de suprfţă suplmentr numt desuprîncăztor montt după preîncălztorul propru-zs. Scopul este de utlz cât m complet căldur conţnută în burul prelevt căru tempertură este cu mult m mre decât tempertur de sturţe corespunzătore presun l prză. 5

16 Fgur.3. Schem de preîncălzre pe de lmentre cu desuprîncălztor ş răctor de condenst DS desuprîncălztor; Pr preîncălztor; RC rezervor de căldură; OC olă de condens Pornnd de l tempertur t n pe de lmentre cunoscută, vlore tempertur t n l eşre dn preîncălztorul propru-zs se determnă prn clcul tertv pe bz blnţulu de căldură scrs pentru PR ş DS. În mod obşnut sunt foloste în prctcă următorele vlor: t p -t n =(3 5) o C pentru suprîncălzre modertă; t p -t n =( 4) o C l prm prză după suprîncălztor (dcă schem este prevăzută ş cu suprîncălztor cre relzeză suprîncălzre burulu l o C). Schem de preîncălzre m pote cuprnde un schmbător de căldură de suprfţă montt înnte preîncălztorulu propru-zs de înltă presune numt rezervor de căldură. Acest permte recuperre căldur condenstulu evcut dn preîncălztorul propru-zs în scopul proper tempertur pe de lmentre de ce gentulu prmr. 6

17 CURS 3 SISTEME DE CONDUCTE. CONDIŢII TEHNICE GENERALE Conductele sunt utlzte l trnsportre ş dstrbure genţlor de lucru, fnd prvte c părţ dstncte le nstlţlor dn cre fc prte. Conductele se defnesc prn structur lor funcţonlă ş constructvă. Acestă structură este dopttă crcterstclor fzco-chmce ş de trnsport le genţlor. Totodtă structur este coreltă cu condţle ş regmurle de explotre specfce sstemelor în cre conductele sunt ntegrte tehnologc. Conduct reprezntă totltte elementelor constructve smblte sgur ş etnş, destntă trnsportăr unu gent de lucru, în condţ controlte ş drjte, între două puncte de rcord. Sstemul de conducte este formt dn două su dn m multe conducte rcordte între ele; conductele trnsportă ş dstrbue celş gent, fnd supuse unor condţ tehnce de funcţonre dentce. Crcutul reprezntă un su m multe conducte su ssteme de conducte, cuplte în sere su în prlel, în vedere trnsportulu ş dstrbuţe celuş gent. Pe prcursul crcutulu stre de gregre gentulu nu se schmbă, prmetr de lucru cestu evoluând într-o pljă crcterstcă, prestbltă. Trseul consttue dezvoltre în spţu conducte, fnd stblt în funcţe de posbltăţle de mplsre pe teren ceste. Conduct se dentfcă cu trseul e. Agentul de lucru reprezntă mterlul în stre fludă su fludztă trnsportt prntr-o conductă. Agenţ se prezntă, după cz, sub formă de lchde, vpor, gze ş de substnţe solde pulverzte su grnulte în med purtătore lchde su gzose. Fludele deţn pondere mjortră. Vehculre lor urmăreşte: trnsferul de msă prn cre fludele sunt trnsferte de l surse l consumtor. Trnsferul re loc fe dtortă unor dferenţe de potenţle energetce, fe prn port de energe dn exterorul conductelor, furnzt cu jutorul pompelor, ventltorelor su compresorelor; trnsferul de msă ş energe, fludele trnsferte fnd purtătore de energe termcă, de energe chmcă, fnd genţ motor pentru producere energe mecnce. Indferent de vrntă, energ este utlztă de către consumtor, drect su prn trnsformăr corespunzătore relzte l nvelul cestor (trnsfer de căldură, rdere, destndere, etc.). Utlzre 7

18 efcentă energe în fecre sstem su crcut mpune mnmzre perderlor pe trseele conductelor componente. Crcterstcle fludulu sunt reprezentte de ntur, propretăţle ş prmetr cestu, formând condţle ş restrcţle tehnce de bză, nţle, urmărte permnent ş prortr în proectre, montre ş explotre conducte. Structur constructvă conducte este subordontă crcterstclor fludulu trnsportt. Crcterstcle, tât cele fzco-chmce cât ş cele de trnsport, consttue grupe de propretăţ ş mărm cre nfluenţeză ş mpun mterlele ş dmensunle conducte. Crcterstc fzco-chmcă FLUIDUL DE LUCRU Crcterstc de trnsport Mterl Suprfţă nteroră Dmetrul nteror Mterl Grosme peretelu δ sp d d e Fgur 3.. Influenţ crcterstclor fludulu de lucru supr conductelor Crcterstc fzco-chmcă evdenţză propretăţle fludulu, ndcând ntur cestu, stre lu de gregre, compozţ ş gresvtte chmcă. Crcterstc preczeză o sere de mărm, cum r f concentrţ, denstte, grnulţ, purtte, vâscoztte, precum ş efectele corozve, erozve su brzve le fludulu respectv. Crcterstc specle sunt socte ctegorlor de flude le căror propretăţ cţoneză restrctv supr condţlor tehnce de utlzre, stocre ş vehculre; crcterstcle reflectă fe cţune cestor flude supr mterlelor cu cre ele ntră în contct, fe nfluenţele ş efectele lor negtve supr personlulu de explotre, securtăţ procesulu tehnologc pe nsmblul său ş medulu mbnt. 8

19 Crcterstc fzco-chmcă fecăru flud este nlztă în scopul stblr comptbltăţ cestu cu dversele mterle dsponble în vedere fbrcăr conductelor. Cunoştere s în detlu permte predetermnre relstă comportăr fludulu în explotre, cee ce fce posblă:. legere corectă mterlulu conducte; b. sgurre ntegrtăţ ş etnşetăţ conducte pe întreg s durtă de utlzre; c. relzre cltăţ suprfeţe nterore conducte, fe prntr-o curăţre ş trtre corespunzătore în etp de montj, fe prntr-o protejre suplmentră. Crcterstc de trnsport evdenţză prmetr specfc crculţe fludulu: debtul, tempertur, presune. Aceste mărm determnă mterlul, dmensunle ş structur trseulu conducte, ntervennd drect în clculul ceste. Debtul este mărme cre stbleşte dmetrul nteror l conducte. Vlore s reprezntă cnttte de flud cre străbte secţune de curgere în untte de tmp, fnd proporţonl cu vtez cestu. Vlorle cestu sunt cuprnse între două lmte extreme, stblte prn regmurle de funcţonre le nstlţe cre înglobeză conduct nlztă; vlore nstntnee corespunde solctărlor de moment le consumtorulu, fnd stbltă cu jutorul orgnelor de reglre mplste pe conductă ş destnte cestu scop. Debtul pentru cre se clculeză conduct vzeză copertor (00 0%) cnttte mxmă trnsportblă de flud. Tempertur reprezntă un prmetru l fludulu cre nfluenţeză în eglă măsură conduct ş mterlul ceste. Tempertur ntervne în clculul conducte prn ntermedul următorelor tre vlor determnnte: - tempertur de funcţonre, este defntă c tempertură de lucru su de regm reprezentând vlore mxmă tempertur fludulu în tmpul explotăr normle conducte. Condţle de explotre normlă mplcă funcţonre sgură conducte, între lmtele prmetrlor pentru cre fost proecttă, nclusv fzele de pornre ş de scotere dn funcţune; - tempertur de clcul, este tempertur mxmă peretelu conducte în tmpul explotăr normle. Pentru tote conductele zolte su nezolte termc, tempertur de clcul se consderă, copertor, eglă cu tempertur de funcţonre; - tempertur mxmă dmsblă, reprezntă vlore ce m rdctă tempertur peretelu conducte căre tngere este dmsă în tmpul explotăr normle, când conduct este supusă presun mxme dmsble. 9

20 Presune este un prmetru cre ntervne drect în clculul mecnc l conducte, stblnd grosme peretelu ceste; grosme fecteză ms conducte, complextte sstemulu de rezemre su suspendre ş, mplct, costul. Presune, în mod smlr tempertur, re următorele vlor determnnte: - Presune de funcţonre, p f, de lucru su de regm este vlore mxmă presun fludulu, în tmpul explotăr normle conducte; - Presune de clcul, p c, reprezntă presune de funcţonre, în cele m severe condţ de explotre normlă conducte. Aceste condţ decurg dn prezenţ smultnă presun ş tempertur de funcţonre, l cre se dugă srcnle mecnce de proectre. Presune de clcul într-un punct l conducte cre trnsportă un lchd nclude presune hdrosttcă produsă de colon de lchd fltă desupr punctulu consdert, dcă vlore ceste depăşeşte 5% dn presune de funcţonre. L stblre presun de clcul pe o prte unu element l conducte nu se ţne sem de exstenţ presun plcte smultn pe prte opusă, cu excepţ czulu în cre se conteză pe o dferenţă de presune grnttă de o nstlţe utomtă. În schmb, dcă pe prte opusă pre vcuum, presune de clcul se mjoreză cu br. - Presune nomnlă, p n, se defneşte c presune mxmă l cre pote f supus un element l conducte, fără percol de deterorre cestu, dcă tempertur fludulu este de 0 o C. Vlore presun nomnle este convenţonlă, stndrdztă, consttund unul dn crterle cre stu l bz clsfcăr, proectăr ş leger conductelor ş elementelor consttutve. - Presune mxmă dmsblă, p mx, reprezntă vlore ce m rdctă presun cre se dmte f tnsă în tmpul explotăr normle, fără perclt ntegrtte conducte, când cest este supusă tempertur mxme dmsblă. Presune mxmă dmsblă este crcterstcă fecăru mterl utlzt l fbrcre elementelor conducte respectve. Vlore s se stbleşte în funcţe de presune nomnlă, fnd însă nferoră ceste; dferenţ se dtoreză nfluenţe negtve creşter tempertur supr crcterstclor mecnce ş de rezstenţă le mterlelor. Presunle defnte m sus sunt socte fludulu, conducte ş elementelor cre o consttue, după modelul prezentt în fgur 3.. 0

21 Presune, [br] ELEMENTE DE CONDUCTĂ CONDUCTA FLUID DE LUCRU p n p mx p c p f p s p mx p c p f Presune nomnlă Presune mxmă dmsblă Presune de clcul Presune de funcţonre Fgur 3.. Vlorle crcterstce le presun fludulu trnsportt prntr-o conductă În funcţe de fecre vlore stbltă, se pot dentfc ptru plje de vrţe: I. plj de funcţonre lmttă superor de vlore presun de funcţonre ( p f ); II. mrj de clcul consdertă l proectre conducte ( p c =p c -p f 0); III. reducere vlor convenţonle presun nomnle dtortă nfluenţe tempertur supr mterlulu utlzt ( p mx =p n -p mx ); IV. mrj de sgurnţă în funcţonre conducte, în cele m severe condţ de funcţonre normlă, în l căre ntervl elementele consttutve îş menţn ntegrtte ş crcterstcle lor tehnce grntte ( p s =p mx -p f ). Prtculrtăţle dverselor tpur de conducte mpun numerose lte ctegor de specte ş mărm. Tote ceste sunt lute în consderre în etp de proectre, prn nlze ş determnăr cre conţn pondere, efectele ş nfluenţele lor supr structur ş confgurţe conductelor respectve. Dn ceste motve dmensonre conductelor se fce pe bz unor clcule tehnco-economce, cre contrbue l stblre soluţlor optme, m les pentru czurle cre mpun folosre fe unor mterle scumpe, fe unor conducte cu dmetre ş lungm mr, cre necestă pentru relzre locre unor mportnte resurse mterle ş fnncre. Dmensonre conductelor se fce prn clculul hdrulc, termc ş mecnc. Pentru pute efectu ceste clcule, precum ş pentru pute

22 relz ş explot în condţ corespunzătore dversele ssteme de conducte, este necesră cunoştere cernţelor mpuse de trnsportul fludelor nlzte. Negljre su subprecere mportnţe rezolvăr corespunzătore orcăre dn ceste cernţe pote ve urmăr defvorble supr conductelor ş nstlţlor dn cre ceste fc prte. Condţle tehnce generle sunt specfce ş se plcă dfert ş dferenţt în funcţe de prtculrtăţle nstlţlor cre echpeză centrlele electrce, dcă peste tot colo unde conductele u un rol esenţl în procesul tehnologc. Conducte pentru centrle termoelectrce Sstemele de conducte dn cdrul centrlelor termoelectrce trnsportă o dverstte mre de genţ solctţ în procesul de producere energe electrce ş termce: prf de cărbune, gze, păcură, zgură ş cenuşă, bur suprîncălzt ş sturt, pă de răcre, pă trttă chmc totl demnerlztă, dedurztă, fltrtă, condenst, soluţ chmce, er comprmt, ule, hdrogen, boxd de crbon. Dverstte conductelor creşte ş m mult dcă se u în vedere debtele, presunle ş temperturle fludelor prţnând dfertelor crcute. Prncplele ssteme de conducte dn crcutul termc l centrlelor termoelectrce sunt: - bur suprîncălzt de înltă presune (30-00 br; o C); - bur suprîncălzt ş bur sturt de mede ş josă presune (0,-40 br; o C); - condenst de mede ş josă presune (0,05-35 br; o C); - pă de lmentre (60-80 br; o C); - pă de răcre. Un cz deosebt îl reprezntă conductele de bur de înltă presune, cre sgură legătur tehnologcă între czn ş turbnă. Având dmetre cuprnse în ntervlul mm, cu grosm le pereţlor ce depăşesc 0 mm, ceste conducte sunt executte dn oţelur lte scumpe; prţ fenomenulu de fluj, dtortă tempertur rdcte de funcţonre, lmteză durt lor de utlzre l proxmtv ore de explotre, fpt cre necestă schmbre conductelor de câtev or pe durt de funcţonre centrle, mărnd stfel costurle, ş ş mportnte le ceste. Clsfcre conductelor În cdrul numeroselor modur de clsfcre conductelor sunt uzule crterle de clsfcre în funcţe de: - ntur fludelor trnsportte;

23 - sensul de crculţe; - crcterstcle fzco-chmce le fludelor (gresvtte chmcă, perculoztte, rdoctvtte); - presunle nomnle le conductelor; tempertur mxmă dmsblă: scăzută sub 4 o C, josă 4-00 o C, mede o C ş înltă peste 460 o C; - mterlele utlzte l confecţonre elementelor de conductă; - dmetre nomnle le conductelor; - grosme pereţlor conductelor, pusă în evdenţă prn rportul între dmetrele exterore (d e ) ş nterore (d ): conducte cu pereţ groş (d e /d >,) ş subţr (d e /d,); - lungme trseelor (conducte dn lmt nstlţlor, de legătură între nstlţ, conducte de ncntă, conducte mgstrle); - confgurţ spţlă trseulu; mplsre fţă de clădre; - pozţle fţă de nvelul solulu (conducte erene, pe sol, subterne); - procedeul de smblre elementelor componente ş grdul de tronsonre; - soluţ de încălzre fludelor vâscose; - necestte ş soluţ de zolre termcă; - durt de utlzre. Conductele ş reţelele termce servesc trnsportulu ş dstrbuţe fludelor purtătore de căldură. În cest scop, ele trebue stfel concepute încât să sgure în tote condţle de funcţonre contnutte lmentăr cu căldură l prmetr nomnl, r soluţ lesă să fe optmă dn punct de vedere economc. Domenul de folosre conductelor este vrt ş se extnde contnuu, dtortă tât cpctăţ cestor de trnsport economc med flude ş în numte czur ş solde, cât ş dezvoltăr permnente ndustre, locltăţlor, veţ economce ş socle în generl. În cdrul cţun generle de gospodărre m bună resurselor de energe prmră ş de reducere perderlor de energe electrcă ş termcă, se înscre ş proectre ş explotre corespunzătore conductelor ş reţelelor termce. În cestă drecţe, econom mportnte se pot obţne prn dmensonre optmă zolţe termce, prn mcşorre perderlor de presune ş energe de pompre, prn doptre unor regmur rţonle de funcţonre. Pentru reţelele de termofcre dej exstente, schmbre conductelor dn oţel cu lte conducte dn mterle zoltore, este pre coststore dn cest motv, pentru economsre energe termce se redmensoneză zolţ termcă. Reţeu de termofcre sgură crculţ pe clde de l centrl 3

24 termcă l consumtor ş retur. În funcţe de necestăţ, conductele sunt de dferte dmetre ş lungm, mplsre cestor relzându-se pe suporţ eren su în cnle subterne. Pentru funcţonre corespunzătore reţele de termofcre sunt prevăzute vne de secţonre, ventle de reglj, suppe de sgurnţă, golr, ersr, robnet de reţnere cu clpet, pompe de dos pentru menţnere constntă presun, seprtor de nămol pentru reţnere mpurtăţlor. L momentul ctul conductele sunt zolte cu sltele de vtă mnerlă r strtul de protecţe este dn tblă znctă de 0,7mm. 4

25 CURS 4 CALCULUL TERMIC AL REŢELELOR DE CONDUCTE. ROLUL ŞI IMPORTANŢA IZOLAŢIEI TERMICE Clculul termc l reţelelor de conducte reprezntă un cz prtculr l trnsferulu de căldură între două flude, între cre exstă un perete despărţtor formt dn unul su m multe strtur. Domenul de utlzre În funcţe de tempertur fludulu trnsportt se deosebesc tre ctegor de conducte zolte termc: - conducte pentru flude clde, l cre zolţ termcă re drept scop reducere perderlor de căldură către medul mbnt; - conducte pentru genţ frgorfc, zolte termc în vedere mcşorăr bsorbţe de căldură dn medul mbnt; - conducte pentru lchde cu tempertur proptă de tempertur mbntă, zolte termc, în specl l şezre lor în exteror, în scopul evtăr congelăr lchdelor trnsportte l tempertur scăzute le medulu înconjurător. Tpur de zolţe moderne Pentru reducere perderlor de energe l conductele ş reţelele de termofcre un rol mportnt îl re zolţ termcă. Dn cest motv se cordă o mportnţă mre descoperr de no mterle zoltore cre să respecte nole cernţe prvnd protecţ medulu ş cre să bă preţur cât m mc pentru relz economle propuse. În cest scop exstă conducte prezolte cu spumă poluretncă rgdă (PUR) protejtă cu mnt dn poletlenă de înltă denstte (PEHD) cre sgură o econome de energe de proxmtv 93% fţă de o conductă nezoltă. Fţă de un cz norml în cre zolţ se fce cu sltele de vtă mnerlă econom este de proxmtv 35%. Acestă soluţe prezntă vntjul că zolţ îş păstreză crcterstcle în tmp, neexstând procesul de tsre ş măcnre zolţe. O ltă soluţe o reprezntă montre m multor strtur de zolţe dn mterle dferte. Un exemplu r f zolre conductelor cu un strt formt dn sltele dn vtă mnerlă cusută pe plsă de rbtz, cu un strt dn cochl dn vtă mnerlă bzltcă cşerte cu fole de lumnu, cu un strt de 5

26 spumă poluretncă rgdă (PUR) ş o mnt de protecţe dn tblă znctă. Fţă de o conductă nezoltă econom de energe este de 97% r fţă de o conductă zoltă norml econom este de 39%. Pentru zolre gregtelor cre lucreză cu gent de lucru l tempertur mr (turbne energetce) zolţ se plcă prn pulverzre unu mestec formt dn vtă mnerlă, slct de sodu ş pă într-o numtă proporţe. Grosme ceste zolţ depnde de zon în cre se plcă; pentru crcs nferoră se prevede un strt suplmentr cu grosme de mnm 50 mm fţă de strtul zolnt l crcse superore. Protecţ zolţe este formtă dn două strtur de tenculă de protecţe dn cment de fnsre ş protecţe tp BD60 vând grosme de 5mm, peste cre se plcă două strtur de pânză specl trttă ş cre se vopseşte în două-tre strtur cu soluţe de slct de sodu.. NOŢIUNI DE BAZĂ ALE CALCULULUI TERMIC Clculul termc l sstemelor de conducte reprezntă un cz prtculr l trnsferulu de căldură între două flude, între cre exstă un perete despărţtor formt dn unul su m multe strtur. Trnsferul de căldură prn peretele conducte se desfăşoră, în prncpl, prn următorele procese: ) convecţe termcă între fludul trnsportt ş peretele nteror l conducte; b) conducţe termcă prn peretele conducte, zolţ termcă de bză ş strtul protector; c) rdţe termcă între suprfţ exteroră ş medul mbnt. Trnsferul de căldură între fludul trnsportt ş peretele nteror l conducte. Acest proces re loc prn convecţe termcă, prncplele relţ de clcul fnd: q = π d α t t ) [W/m] Rl = πd α [m o C/W] (4.) l ( f p unde: - q l - fluxul termc untr [W/m]; - R l - rezstenţ termcă l trnsferul căldur între fludul trnsportt ş peretele nteror l conducte [m o C/W]; - α - coefcent convecţe între fludul trnsportt ş peretele nteror l conducte [W/m o C]. 6

27 Trnsferul de căldură prn peretele conducte zolte termc re loc prn conducţe termcă succesv prn peretele metlc l conducte (ndcele p ) prn unul su m multe strtur de zolţe termcă (ndcele z ) ş prn strtul protector exteror (ndcele sp ). Relţ prncplă de clcul este: unde: ql = R lp t p te R R lz lsp - R ( πλ ) ln( d d ) lp p e [W/m] (4.) = - rezstenţ termcă peretelu conducte [m o C/W]; - λ p - conductvtte termcă peretelu metlc l conducte [W/m C]; - R ( πλ ) ln( d d ) lz = - rezstenţ termcă strtulu de zolţe [m o C/W]; z z e - λ z - conductvtte termcă mterlulu strtulu zolnt de bză[w/m C]; - z = btm λ -, b sunt constnte ce depnd de ntur mterlulu, r t m este tempertur mede strtulu zolnt. - R ( πλ ) ln( d d ) lsp = - rezstenţ termcă strtulu de protecţe [m o C/W]; sp c z - λ sp - conductvtte termcă strtulu protector [W/m C]. Având în vedere că R lp reprezntă m puţn de % dn rezstenţ termcă totlă, de obce se negljeză în clcule. Trnsferul de căldură între suprfţ exteroră zolţe termce ş medul mbnt re loc prn convecţe ş rdţe termcă, fluxul lnr clculându-se cu relţ: unde: R le d c t t = [W/m] (4.3) e 0 ql Rle = π α - rezstenţ termcă l schmbul de căldură cu medul mbnt [m o C/W]; e α e - coefcent de schmb de căldură între suprfţ exteroră zolţe termce ş medul mbnt [W/m o C]; α = α α [W/m o C]; e c r α c - coefcent de convecţe ce se clculeză în funcţe de modul de mplsre l conducte; α r - coefcent de rdţe. 7

28 Cele m mportnte condţ tehnce pe bz căror se efectueză clculul termc l conductelor sunt: ) respectre perderlor normte de căldură; b) menţnere unor tempertur dte l suprfţ exteroră zolţe ş unor tempertur dmsble pentru mterlele zolnte; c) nedepăşre unor scăder mxme dmsble de tempertură fludulu trnsportt; d) respectre unor condţ dte de gbrt ş greutte construcţe termozolnte În prctcă pot pre czur în cre zolţ termcă trebue să îndeplnescă smultn două su m multe condţ restrctve mpuse. 3. CALCULUL CONDUCTELOR PENTRU FLUIDE CALDE Consderăm czul generl l une conducte zolte termc cu două strtur (strtul de zolţe de bză ş strtul protector), prn cre crculă un flud cu tempertur t f, în regm termc stţonr, cz prezentt în fgur 3.. Fluxul de căldură trnsms de flud medulu mbnt (er cu tempertur t 0 ) reprezntă perdere de căldură conducte. Astfel, fluxul termc untr lnr (perdere specfcă de căldură rporttă l m lungme de conductă) este: Perete Izolţe Strt t f t t p tm q l t t z t e Fludul trnsportt t 0 Medul mbnt d d e d zdc δ z δ sp Fgur 4.. Trnsferul căldur prn conduct zoltă termc 8

29 q l t = R l = R l R lp t f R t lz 0 R lsp R le (4.4) q l = de ln πd α πλ d p t f t0 d ln πλ d z z e dc ln πλ d sp z πd α c e unde: - q l - perdere specfcă lnră de căldură [W/m]; - R l - rezstenţ termcă totlă; - Rl - rezstenţ termcă l trnsferul căldur de l flud l peretele nteror l conducte; - R lp - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn peretele conducte; - R lz - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn strtul de zolţe de bză; - R lsp - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn strtul protector; - R le - rezstenţ termcă l trnsferul căldur de l suprfţ exteroră zolţe l medul mbnt. - α - coefcent de schmb de căldură convectv [W/m C]; - λ - conductvtte termcă [W/m C]. În czul conductelor prevăzute cu m multe strtur de zolţe ş cu învelş de protecţe, l numtorul exprese (4) se dugă în mod corespunzător rezstenţ termcă fecăru strt. Cunoscând fluxul untr q l, temperturle ntermedre t, t p, t z, t e se determnă dn relţle: f l Rl = t ql ( Rle Rlsp Rlz Rlp ) l ( Rl Rlp ) = t ql ( Rle Rlsp Rlz ) l ( Rl Rlp Rlz ) = t ql ( Rle Rlsp ) l ( Rl Rlp Rlz Rlsp ) = t ql Rle t = t q 0 (4.5) t = t q 0 (4.6) p z f t = t q 0 (4.7) e f f t = t q 0 (4.8) Perdere totlă de căldură Q t une conducte este: ( KL l) Qt = ql Lc = ql [W] L c = KL l [m] (4.9) unde: - K - coefcent pentru perderle suplmentre de căldură prn elementele de susţnere conducte; 9

30 - L - lungme geometrcă conducte [m]; - l - lungme de conductă zoltă cre echvleză perderle de căldură prn rmăturle de închdere ş prn îmbnăr [m]. În czul în cre mărme l nu este determntă, coefcentul K se dmte stfel: - pentru conducte în er lber K =, 5 ; - pentru conducte în încăper (hle) K =,. 30

31 CURS 5 CALCULUL RANDAMENTULUI IZOLAŢIEI TERMICE În clculul rndmentulu zolţe termce se consderă în nlză stuţ exstentă, cunoscându-se pentru cest conductele cre trnsportă pă ferbnte ş cele cre trnsportă bur tehnologc, precum ş crcterstcle cestor dmetru conductă, lungme pe trseul subtern, ern ş totl. Perete Izolţe Strt conductă termcă protector Fludul trnsportt Medul t f t 0 mbnt d d e d zdc Fgur 5.. Secţune nsmblu zolţe Prmetr de lucru sunt pentru genţ de lucru pă ferbnte, bur tehnologc, tur-retur sunt: - tempertură zonă ernă, - tempertură zonă subternă; - tempertură flud; - grosme zolţe. Perete Slte Cochle Spumă conductă SPS - vtă mnerlă poluretncă Fludul trnsportt t f Strt protector t 0 Medul mbnt d d e d z d ch d s d c Fgur 5.. Secţune nsmblu zolţe nouă 3

32 unde: Perdere specfcă de căldură se clculeză cu relţ: t ql = = R R l l R lp R - R l - rezstenţ termcă totlă; lz t f R t lch 0 R ls R lsp R le [W] (5.) - Rl - rezstenţ termcă l trnsferul căldur de l flud l peretele nteror l conducte; - R lp - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn peretele conducte; - R lz - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn slte tp SPS -; - R lch - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn cochl dn vtă mnerlă bzltcă; - R ls - rezstenţ termcă l trnsferul căldur spum poluretncă; - R lsp - rezstenţ termcă l trnsferul căldur prn strtul protector; - R le - rezstenţ termcă l trnsferul căldur de l suprfţ exteroră zolţe l medul mbnt. q l t f t0 = (5.) de dz dch d s dc ln ln ln ln ln πd α πλ d πλ d πλ d πλ d πλ d πd α p z e ch z s ch sp s c e unde: - α - coefcent de schmb de căldură [W/m C]; - λ - conductvtte termcă [W/m C]. Perdere totlă de căldură t l c Q t une conducte este: Q = q L [W] (5.3) Izolţ termcă nou monttă duce l un rndment fţă de ce veche: q q zv zn η z = 00 [%] (5.4) qzv unde: q zv - perdere specfcă pentru conduct exstentă, [W/m]; q zn perdere specfcă pentru conduct clcultă, [W/m]. 3

33 CAPACITATEA RELATIVĂ DE TRANSPORT A CONDUCTELOR În clculul sstemelor de conducte, în czul confgurţlor complexe, pre necestte exprmăr cpctăţ de trnsport conductelor cu dverse dmensun. Prctc, cest lucru reprezntă determnre numărulu n de conducte de dmetru m mc d cre vor trnsport ceeş cnttte de flud c ş o conductă de dmetru m mre, d. Clculul exct se efectueză prn proxmţ succesve, luându-se în consderre efectele produse de vrţ crterulu Reynolds. Problem pote f rezolvtă ş în mod proxmtv, dcă se dmte în mbele czur că regmul de curgere este complet turbulent ş se negljeză dferenţele între rugoztăţle e; ndcele se referă l conduct cu dmetru m mc, r ndcele l conduct de dmetrul m mre. Conform potezelor făcute se scre egltte perderlor de înălţme ş, respectv debtelor volumetrce: l w l h = f = h = f d g d w g πd πd Q = wn = w 4 4 în cre f =f ; l =l. Rezultă numărul n de conducte echvlente: n = ( d d ) 5 relţe cre dă rezultte precse pentru cpctte de trnsport conductelor de dmetrul mc. Pentru conducte de dmetru m mre se recomndă folosre relţe: 3 ( d d ) ( d ) ( 9) n = 9 d Clculul dfrgmelor de lmnre L conductele rmfcte se pote fce o reprtţe dortă debtulu cu jutorul unor dfrgme de lmnre ntroduse în ceste conducte. Dmetrul dfrgme d [mm] depnde de debtul dervte Q [m 3 /h], de cădere de înălţme h [m. col. flud] în dfrgmă ş de un fctor de lmnre C determnt de rportul secţunlor de trecere (d/d) le dfrgme ş conducte în cre se monteză cest, ş nume: d = C Q h [mm] Fctorul de lmnre C se stbleşte dn dgrme, clculul lu d făcându-se prn proxmţ successve, deorece l începutul clcululu d este necunoscut. 33

34 CALCULUL CONDUCTELOR ŞI REŢELELOR DE APĂ Clculul hdrulc se bzeză pe relţle generle: l w pln = ρg hln = f ρ d [P] w ploc = ρg hloc = ζ ρ [P] l w h ln = f d g [m] w h loc = ζ g [m] l w ρ p = pln ploc = f d w ( ζ ) ρ cu următorele prtculrtăţ: - p pote f consdertă c un flud ncompresbl; l presun reduse ş tempertură 0-5 o C, ρ=000 kg/m 3. - l clculul conductelor de pă cldă (t>40 o C) este necesră lure în consderţe vrţe denstăţ ş vscoztăţ cu tempertur. Alegere vteze pe. Dmetrul economc Stblre vteze de curgere pe prntr-o conductă se fce pe bz unu clcul tehncoeconomc cre consderă următorele elemente prncple: - perderle de presune cre determnă costul energe de pompre; - dmetrul ş grosme peretelu conducte - cre stblesc nvestţle în conductă; - destnţ conducte, ntur fludulu trnsportt cre pote rdc probleme de corozune su erozune; - lte efecte produse de vrţ vteze supr performnţelor funcţonle le sstemulu dn cre fce prte conduct. d ec Dmetrul economc l conductelor de trnsport l pe se pote determn cu formul: f * σqs = 0,7 η pmkc p * [ p ( Tr )] p ( T ) c r p ch 7 [m] unde f*=f(σζ)(d/l) este coefcentul echvlent de frecre cre nclude ş perderle în rezstenţele locle; s tensune untră în peretele conducte, MP; Q s debtul nomnl de pă, m 3 /s; h pm produsul între rndmentul pompe ş rndmentul motorulu de ntrenre; k c costul specfc l 34

35 conducte montt, le/kg; p=p p presune totlă lcătută dn presune pompelor p ş lovtur de berbec p, măsurtă l mjlocul conducte, MP; p cot de mortzre pentru electropompe ş echpmente mecnce; c cot de mortzre nvestţlor în conductă ş nexe; T termenul normt de recuperre, n; p nvestţ specfcă în nstlţ de pompre, le/kw; p c costul energe electrce, le/kw; h tmpul de funcţonre conducte l debt nomnl, h/n. Lovtur de berbec Creştere bruscă presun fludulu trnsportt prn conductă, c urmre reducer rpde vteze de curgere este denumtă şoc hdrulc su lovtură de berbec. Energ cnetcă perdută de flud cu cestă ocze se consumă prn comprmre lchdulu, deformre pereţlor conducte ş propgre cu frecre unde de presune în medul vâscos. Lovtur de berbec se mnfestă prntr-o sere de şocur de presune, cre pot să producă sprgere conducte su deterorre echpmentelor conexe. E pote f produsă l închdere nstntnee su forte rpdă unu ventl su vne de pe conductă su de vrere bruscă motorelor electrce de ntrenre pompelor, cee ce echvleză cu oprre curger lchdulu. Und de presune dtortă lovtur de berbec se deplseză de l locul de prţe (orgn de închdere, pompă) către cpătul de ntrre l conducte unde se reflectă, procesul repetându-se sub form unor osclţ mortzte. Avrere sstemulu de conducte pote pre în orce punct cu rezstenţă mecncă nsufcentă. Vtez de propgre unde de presune corespunde unde custce într-un medu elstc, formt de nsmblul lchd-conductă. Excesul de presune dtort lovtur de berbec p se dugă presun hdrosttce normle dn conductă, p, ş depnde de propretăţle elstce le lchdulu ş conducte ş de mărme ş grdentul vteze. Ampltudne mxmă unde de presune se obţne într-o conductă rgdă. În conduct elstcă, dtortă elstctăţ pereţlor conducte, o prte dn energ cnetcă colone de lchd se consumă în deformre conducte, rezultând o reducere presun mxme tnse ş o mortzre m rpdă osclţlor. Pentru conduct rgdă, vtez de propgre unde de presune c 0 ş suprpresune în conductă p 0 c urmre lovtur de berbec (când tmpul τ de închdere ventlelor este τ <l/c 0 ) se clculeză cu formulele: c 0 = E l ρ p 0 =ρc 0 w Pentru conduct elstcă, mărmle corespunzătore pentru c ş p sunt: 35

36 c 0 = E ρ p 0 =ρc w /E=(/E l )(d/4se c )(5-4µ) unde c 0, c sunt vtez de propgre unde de presune în conduct rgdă, respectv elstcă, în m/s; p 0, p suprpresune dtortă lovtur de berbec în conduct rgdă, respectv elstcă, în P; ρ denstte lchdulu, kg/m 3 ; w reducere de vteză lchdulu (înnte ş după cţonre orgnelor de închdere), în m/s; E l, E c modulul de elstctte l lchdulu, respectv l mterlulu conducte, în P; E modulul vrtul de elstctte l nsmblulu lchd-conductă, în P; m coefcentul lu Posson; d dmetrul nteror l conducte, m; s grosme peretelu conducte, n; l lungme conducte, m. Modulul de elstctte l pe su ltor lchde este E l =, P±0%, exstând o orecre vrţe cu presune ş tempertur. Creştere de presune produsă de lovtur de berbec pote f mcşortă prn folosre ventlelor de descărcre (ventl sncron su de sgurnţă), compenstorelor tmpon su cmerelor cu er. Pentru obţnere efcenţe mxme, dspoztvele de mortzre trebue montte cât m prope de surs de perturbţe. C regulă generlă, ceste dspoztve nu elmnă complet şocul de presune, c îl reduce până l 0 40%. 36

37 CURS 6 CALCULUL HIDRODINAMIC AL CAZANELOR DE ABUR. Importnt crculţe pe ş burulu Funcţonre sgură suprfeţelor de încălzre le cznelor de bur este posblă num în czul în cre căldur cedtă de fludul cld (gze de rdere) peretelu metlc este prelută în permnenţă de către fludul m rece pă su bur. Conductvtte termcă pe, ş m les burulu, re vlor forte mc ş dcă ceste flude stgneză (nu crculă), fluxul de căldură trnsms de fludul cld peretelu metlc nu pote f prelut, tempertur peretelu metlc creşte, rezstenţ s mecncă scde ş, sub cţune presun nterore, mterlul cedeză, pr deformţ, ş n fnl, sprger de ţev. Mărre vteze de crculţe conduce, desgur, l creştere coefcentulu convectv α de l peretele cld l fludul m rece, dr vlore coefcentulu globl de schmb de căldură, k, creşte nsensbl. De exemplu, în czul unu perete pln compus dn m multe strtur omogene, consderând α =50W/m K, S(d/l)=0,000 m K/W ş α =000 W/m K, rezultă: k = = = 48,5 [W/m K] δ 0,000 α λ α Dcă se ntensfcă crculţ ş creşte α l vlore α =000[W/m K], rezultă: k = = = 49,5 [W/m K] δ 0,000 α λ α În schmb, pentru o tempertură nteroră T =473 K ş o denstte fluxulu de căldură q=00000 W/m, tempertur suprfeţe nterore curte peretelu rezultă, în prmul cz, q Tp = T = 473 = 573K α 000 r în l dole cz q T p = T = 473 = 483K α 000 Aş cum dej se cunoşte, crculţ nturlă pe nştere c urmre dferenţe între denstte fludulu dn porţunle descendentă ş scendentă le conturulu de crculţe consdert, 37

38 formt, de regulă, în czul cznelor de bur cu crculţe nturlă, dn tmbur, ţevle descendente ş ţevle scendente le vporztorulu. Crculţ nturlă este cu tât m ntensă cu cât înălţme conturulu de crculţe ş dferenţ denstăţlor fludulu dn porţunle descendentă ş scendentă le conturulu sunt m mr, respectv cu cât rezstenţ hdrulcă trseulu este m mcă. Prezenţ bulelor de bur cre pr în porţune scendentă conturulu dtortă vporzăr pe, contrbue l ctvre crculţe nturle. Fenomenele secundre cre nfluenţeză poztv procesul de crculţe nturlă pe sunt întârzere l vporzre pe trseul descendent ş utovporzre pe trseul scendent, c urmre modfcăr presun hdrosttce l cre este supusă p. O nfluenţă negtvă supr procesulu de crculţe pe o re exstenţ une vteze reltve bulelor de bur fţă de ms pe, cee ce conduce l mcşorre dferenţe dntre denstte fludulu dn porţunle descendentă ş scendentă conturulu de crculţe.. Determnre căderlor de presune l curgere fludelor prn ţevle conturulu de crculţe Cădere totlă de presune Cădere totlă de presune l curgere fludulu de lucru prn elementele tubulre se clculeză c sum lgebrcă perderlor de presune dtorte frecăr, rezstenţelor locle, ccelerăr mse de flud ş rezstenţelor hdrosttce: p = p f p oc p cc p st [P] În numte czur, unele componente le căder de presune totle pot lps su pot f negljble. Astfel, cădere de presune dtortă ccelerăr curentulu este lută în consderre num pentru clculul elementelor de rdţe le cznelor cu străbtere forţtă, r în czul conductelor orzontle nu ntervne cădere de presune hdrosttcă. Cădere de presune dtortă frecăr Cădere de presune dtortă frecăr în czul unu flud monofzc este: p f = f L w ρ [P] d 38

39 în cre f coefcentul de frecre în porţune exstentă; d, L dmetrul nteror s respectv lungme porţun consderre, m; ρ ms volumcă mede fludulu, kg/m 3 ; w vtez mede fludulu, m/s. Coefcentul de frecre, f, se clculeză cu relţ: f = d 4 lg3,7 k unde k este rugoztte bsolut ţevlor. Cădere de presune dtortă rezstenţelor locle - în czul unu curent monofzc se clculeză cu relţ w ploc = ζ loc ρ [P] r pentru un curent bfzc se utlzeză relţ: w ρ p loc = ζ loc ρ x [P] ρ cu ζ loc coefcentul convenţonl de rezstenţă loclă. Cădere de presune l eşre pe dn ţev se clculeză pentru vtez stbltă în ceste ş pentru vlorle coefcenţlor de rezstenţă loclă - ntrre tmbur, ntrre colectore de dstrbuţe, etc. Coefcentul de rezstenţă l ntrre mesteculu în ţev orzontle se egl cu coefcentul de rezstenţă pentru medul monofzc, r l eşre mesteculu p-bur dn ţev în colector, se doptă ξ=,. Cădere de presune dtortă ccelerăr - pentru un curent monofzc se clculeză cu relţ: p cc ( w ) ( v v ) = ρ [P] v, v volumele msce l începutul ş sfârştul porţun consderte, m 3 /kg, (wρ) vtez mscă curentulu: Dw wρ = [kg/m s] S în cre D w debt msc, kg/s, r S secţune de curgere, m. 39

40 Cădere de presune dtortă ccelerăr curentulu de flud monofzc se în consderre num pentru elemente cu denstăţ le fluxulu de clcul peste 535 kw/m dcă sunt încălzte num pe o sngură prte ş peste 67,5 kw/m dcă sunt încălzte pe mbele părţ. Pentru presun subcrtce, cădere de presune dtortă ccelerăr curentulu monofzc nu se în consderre. Cădere de presune hdrosttcă - în czul unu flud monofzc se clculeză cu relţ: p hst = hρ g [P] unde h este înălţme porţun consderte, m; ρ ms volumcă mede, obţnută cu relţ: ρ ρ = [kg/m 3 ] ρ cu ρ, ρ msele volumce le fludulu l începutul ş sfârştul porţun consderte,, entlple fludulu l începutul ş sfârştul porţun consderte. 3. Clculul hdrodnmc l cznelor de bur cu crculţe nturlă In czul cznelor de bur cu crculţe nturlă, curgere pe în economzor ş burulu în suprîncălztor re loc forţt, dtortă căder de presune (de cc. 0% dn presune nomnlă), între colectorul de ntrre l pe în economzor ş tmbur, respectv între tmbur ş colectorul de eşre l burulu. De cee clculul hdrodnmc vzeză în specl verfcre exstenţe ş stbltăţ crculţe în vporztor, tât l debtul nomnl, cât ş l debtul mnm. Clculul hdrodnmc l economzorulu ş suprîncălztorulu convectv se efectueză num pentru debtul nomnl l cznulu, când condţle de funcţonre sunt m grele dn punct de vedere l răcr peretelu ţevlor ş urmăreşte să verfce corecttudne precer căderlor de presune, dmse nteror, l clculul termc. L scădere srcn, condţle funcţonr suprîncălztorulu de rdţe se înrăutăţesc, dtortă creşter tempertur burulu ş, c urmre, se mpune un clcul de verfcre sgurnţe de funcţonre cestu suprîncălztor l srcn mnmă cznulu. 40

41 Stblre conturulu de crculţe pentru cznele de bur cu tmbur se fce în strânsă legătur cu schem de seprre burulu ş num după ce s- întocmt clculul termc l cznulu l srcnle mnmă ş nomnlă. Tote contururle de crculţe trebue să fe ndependente ş să cuprndă ţev scendente ş descendente. Pentru preîntâmpnre cvtţe în porţune de ntrre ţevlor coborâtore, grosme mnmă strtulu de pă în tmbur desupr mrgn superore ţevlor trebue să îndeplnescă condţ: H mn >0,077w des [m] în cre w des este vtez pe l ntrre în ţevă, m/s. Construcţ ţevlor coborâtore trebue să sgure o curgere lberă pe în jos, fără prţ unor pung de bur. Ţevle coborâtore se reprtzeză unform pe lungme colectorulu nferor l ecrnulu, în ş fel încât să nu concdă cu xele ţevlor de ecrn. Ţevle de evcure trebue să preznte cât m puţne cotur ş să fe reprtzte cât m unform în lungul tmburulu. Clculul hdrodnmc l unu contur smplu Se consderă un contur smplu, formt dn ţev coborâtore de ecrn ş de legătură cu tmburul. Se preczeză numărul, dmetrul nteror, lungme, unghul de înclnre fţă de orzontlă, coturle ş lte rezstenţe locle le ţevlor ş colectorelor cre compun conturul consdert. De semene, pe bz clcululu termc se preczeză fluxul de căldură prmt de către ţevle de ecrn. În regm stţonr, sum lgebrcă tuturor căderlor de presune trebue să stsfcă totdeun condţ: ( p p p ) hρ g ( p p p ) p h[ ϕρ ( ϕ) ρ ] = 0 f loc cc f loc cc sep g des cre se pote pune sub form ( p f ploc pcc ) ( p f ploc pcc ) psep = hϕ ( ρ ρ ) g = pct des Relţ de m sus rtă că în regm stţonr, sum căderlor de presune pe întregul contur de crculţe dtorte frecăr, rezstenţelor locle ş ccelerăr mse de flud este eglă cu presune ctvă, p ct. Dferenţ între presune ctvă ş sum tuturor rezstenţelor părţ scendente crcutulu, p sc, nclusv rezstenţ dspoztvulu de seprre, p sep, se defneşte c presune utlă: p ut =p ct - p sc - p desc [P] 4 sc sc

42 Presune ctvă se clculeză cu relţ: p ct =φ 0 K p K α h b (ρ -ρ )g [P] în cre φ prte dn secţune une ţev drepte, ocuptă de bur, se determnă în funcţe de vtez de crculţe pe, w 0, vtez rporttă burulu, w 0 ş dmetrul nteror l ţevlor, d ; K p, K α coefcenţ de corecţe, pentru presune ş pentru unghul de înclnre l ţev fţă de vertclă; h b porţune dn conturul de crculţe în cre se găseşte mestecul pă-bur. Vtez de crculţe w 0 este consdertă vtez cu cre p ntră dn colectorul nferor în ţevle de ecrn. Vtez rporttă burulu reprezntă vtez burulu dc cest r ocup sngur întreg secţune ţevlor. Pentru clcul se foloseşte relţ: D Q w 0 = = [m/s] f ρ f ρ r 0 0 cre permte clculul vteze rportte l sfârştul porţun de ţevă încălztă în cre se găseşte bur (D debtul de bur, kg/s, Q fluxul de căldură prmt de ţevle de ecrn pentru producere burulu, kw, r căldur ltentă de vporzre, kj/kg). Vlorle coefcenţlor de corecţe K p ş K se stblesc dn nomogrme, funcţe de rportele w 0 /w 0 ş w 0/d, de presune p ş de unghul de înclnre l ţevlor fţă de vertclă, α. Înălţme porţun dn conturul de crculţe în cre se găseşte mestec pă-bur se pote stbl dcă se determnă înnte pozţ ş-numtulu punct de economzor unde începe ferbere-dcă dn colectorul nferor în ţevle de ecrn ntră num pă. Înălţme punctulu de economzor se clculeză cu relţ: h ec = h des 0 Q ( h h ) des 6 t ρ h p D w des 0 6 p h ρ g ρg p des g [m] în cre h înălţme porţun neîncălzte ţevlor de ecrn, m; h des înălţme ţevlor coborâtore, măsurtă de l x colectorulu nferor până l nvelul medu l pe în tmbur, m; / p vrţ entlpe pe l sturţe, l vrţ presun de Mp fţă de presune dn tmburul cznulu; p des cădere de presune dtortă rezstentelor hdrodnmce dn prte de coborâre crcutulu. În lps dspoztvelor de seprre (ex,. seprtore cclon) p sep =0 r relţ de m sus devne: p ut =p ct - p sc [P] 4

43 în cre: p sc = p ec p b, p b,n p sup [P] cu λ w0 p = ζ ζ ρ ec cot hec - cădere de presune pentru porţune de ţevă scendentă de d lungme h ec cuprnsă între colectorul nferor ş punctul de economzor; p b.n cădere de presune dtortă frecăr ş rezstenţelor locle pentru porţune de ţevă încălztă, clcultă pentru conţnutul medu de bur; p b.n cădere de presune dtortă frecăr ş rezstenţelor locle pentru porţune de ţevă neîncălztă, în cre ttlul mesteculu pă-bur rămâne constnt, clcultă pentru conţnutul medu de bur; În conformtte cu relţle de m sus, pentru exst crculţe nturlă pe în contur, este necesr c presune utlă să copere perderle de presune dn sectorul descendent l conturulu de crculţe consdert. Atât p ut cât ş p des depnd însă de multplul de crculţe, m. Astfel, cu creştere multplulu de crculţe, perderle de presune în sectorul descendent cresc, r presune utlă scde. Intersecţ celor două curbe mrcheză egltte p ut = p desc ş preczeză vlore multplulu de crculţe cre se stbleşte în conturul consdert l srcn l cre funcţoneză cznul de bur. 43

44 CURS 7 SCHEME DE ALIMENTARE CU APĂ DE RĂCIRE. Răcre în crcut deschs Schem de lmentre cu pă de răcre în crcut deschs pote f: prn cădere su prn pompre. În schem de lmentre prn cădere, p se pre dn râu prn prz, pozţontă în monte de brj. Rolul brjulu este de rdc nvelul pe ş de permte scurgere e spre centrlă. În densptorul 3, p, curgând cu o vteză redusă, depune o prte dn suspens, în mod obşnut până l cele cu dmetrul de 0,-0,5 mm. Ap curge spre centrlă prn conduct su cnlul de ducţune. Înnte de trece prn condenstor, p trverseză cs stelor unde este curăţtă de suspens ş corpur pluttore, curgând po spre utlzre în sl mşnlor, de unde revne l râu prn cnlul de evcure. Prn conduct de mestec, în tmpul ern, o prte dn p cldă se pote mestec cu p rece, ş încât tempertur l ntrre în condenstor să nu scdă sub o vlore mnmă, de obce 5 o C, r prn conduct 9 se pote trmte un debt de pă pentru încălzre ş dezgheţre prze. Dcă dspozţ mplsmentulu este forte prope de cheul su mlul pe, fecre grup de pompe ferent unu turbolterntor pote ve o prză de ml seprtă ş num p cldă este resttută în vl prntr-un cnl comun. În czul când pre o dferenţă de nvel pe prte de evcure, se pote nstl o CHE de recuperre energe. L schem tehnologcă cu pompre, stţ de pompe este mplstă l prz de pă. Dcă dferenţ de nvel între râu ş cot de nvel clădr prncple este mre, se pot prevede chr două stţ de pompre ce vor lucr în sere. Conduct de pă cldă 5 re rolul de trnsport pă cldă l prză pentru mestec ş pentru împedc îngheţul. Schem de răcre în sere se foloseşte m les în tmpul ern, pentru reducere consumulu de pă. Condenstorele două turbne putând f legte în sere în ceste perode, cnttte de pă de răcre se pote reduce l jumătte. L doptre ceste scheme trebue să se ţnă sem de fptul că pompele de pă de răcre trebue să potă învnge rezstent mbelor crcute de răcre su trebue să se nstleze pompe suplmentre. Soluţ este plcblă pentru centrlele electrce de termofcre urbnă l cre cnttte 44

45 de căldură evcută rn dn condenstor este mcă ş încălzre pe de răcre în condenstor se fce cu o vlore t fltă mult sub lmtele economce.. Răcre în crcut închs Răcre în crcut închs se foloseşte în stuţ când nu se dspune de pă sufcentă pentru răcre în crcut deschs su când cest r conduce l soluţ tehnco-economce dezvntjose. Tempertur pe de răcre în sstemele de răcre în crcut închs este m rdctă decât tempertur pe dn râu. Vlore tempertur depnde de tpul de răctore folost. În tmpul ver, tempertur pe pote tnge vlor de până l 35 o C, fpt pentru cre rndmentul cclulu pote scde. Dferenţ de rndmente între o centrlă electrcă cu răcre în crcut deschs ş o centrlă electrcă cu răcre în crcut închs, cu turnur de răcre cu trj nturl, este de proxmtv %. Pompele de pă de răcre u o înălţme de refulre m mre l nstlţle în crcut închs (6-0 m) fţă de cele de l nstlţle în crcut deschs căror înălţme este de 6-0 m, trăgând după sne o mjorre de proxmtv % cote de consum servclor nterne le centrle electrce. Dferenţ de putere electrcă P ce este consumtă suplmentr în czul răcr în crcut închs se clculeză stfel: Se noteză: P d p putere electrcă pompe dn crcutul de răcre deschs, kw; P p - putere electrcă pompe dn crcutul de răcre închs, kw; D p debtul nomnl l pompe, kg/s; H înălţme de refulre pompe, m H O H p rndmentul pompe Astfel: P D H p p = [kw] 0η p P D H d p d p = [kw] 0η p P D H p p = [kw] 0η p P = P P p d p Dp = 0η p ( H H ) d [kw] 3. Răcre în crcut mxt Răcre în crcut mxt se relzeză prn suprpunere une nstlţ de răcre în crcut închs peste o nstlţe de răcre în crcut deschs. 45

46 Dtortă creşter puter centrlelor pe de-o prte ş lmtele nturle le surselor de răcre pe de ltă prte, crcutul de răcre mxt cu turnur de răcre s- doptt l tote centrlele construte după n /70. C ş l răcre în crcut deschs, p este cpttă dn râu, este decnttă în densptor ş este dusă pe mplsment prntr-o ducţune. În cs stelor este curăţt tot debtul de răcre ş este dusă p răctă în nstlţ. Conduct de pă rece, pompele ş conduct de pă cldă, sunt dmensonte dentc cu nstlţle crcutulu deschs. În cle pe clde se găseşte un puţ deversor dn cre bsorb pompele de răcre. Excesul de pă este evcut l râu prn conduct de evcure. Pompele de crculţe relzeză rdcre pe în sstemul de răcre. L răcre în crcut mxt se preferă c ceste să formeze o treptă seprtă cre funcţoneză num pe durt mpusă de debtul pe de răcre. Tempertur pe l ntrre în condenstor este o mede pondertă temperturlor pe provente de l râu ş de l turnurle de răcre. trdr tt Dt t = D D r t r tempertur pe l eşre dn condenstor: t = t t [ o C] Perderle de pă în crcutul de răcre În crcutul de răcre pr o sere de perder de pă cre trebue înlocute: - prn evporre; - prn ntrenre stroplor; - prn neetnşetăţ; - prn purjre. Debtul de pă cre se perde prn evporre, D e este dt de expres: edr t De = [kg/s] r unde: e cot de căldură cedtă prn evporre în sstemul de re; r căldur de vporzre pe l presune prţlă mede vporlor de pă dn erul umed cre trverseză răctorul, kj/kg; t dfetenţ de tempertură, o C; D r debtul de pă cre trece prn răctor, kg/s. 46

47 Perderle prn ntrenre stroplor D s, vrză mult după tpul sstemulu de răcre folost, fnd prctc nul l lcurle de răcre ş vând o vlore mxmă pentru bznele de stropre. Vlore procentulă mede rportulu D s /D r este de 0-3,5. Notând cu D p debtul de purjre, debtul totl de pă de dos în crcut este: D =D e D s D n D p Debtul de purjre este determnt de echlbrul cnttăţ de sărur dn crcut. Dcă se noteză cu d durtte temporră pe de dos ş cu d m durtte mxmă dmsă pentru p dn crcut, se pote scre blnţul sărurlor: ( D s D p D n ) d m D d = Ecuţe dn cre rezultă: D d = [kg/s] ( D D ) D p s dm n Observţe În generl D p re vlor între 5-0%, fără ţne sem de consumul de pă pentru evcure cenuş cre pote depăş debtul de purjre. 47

48 CURS 8 INSTALAŢII DE USCARE În multe rmur ndustrle, pentru îmbunătăţre cltăţ mterlelor, în scopul mărr posbltăţ lor de utlzre, este necesră mcşorre umdtăţ cestor. Îndepărtre umdtăţ dn mterle se pote fce pe cle mecncă, chmcă su termcă. Defnţe Uscre este procesul termc prn cre mterlele îş mcşoreză umdtte prn evporre ceste. E se fce tât pe cle nturlă cât ş pe cle rtfclă. Uscre nturlă se relzeză l er în spţ specle, fără crculţe rtfclă su încălzre gentulu de uscre (erulu). Prezntă vntjul unu cost m redus, însă necestă o durtă m lungă ş o suprfţă însemntă de teren, fnd în celş tmp dependentă de stre erulu exteror. Uscre rtfclă re loc în uscător, dn cre gentul de uscre, cre bsorbt vpor de p dn mterl, este evcut pe cre rtfclă cu jutorul ventltorelor su ltor nstlţ de trj. Agentul de uscre este de semene încălzt su usct înnte de f ntrodus în cmer de lucru uscătore. 8.. PARAMETRII PRINCIPALI AI AERULUI UMED ŞI GAZELOR DE ARDERE Ce m mre răspândre între nstlţle de uscre o u cele cre folosesc c gent de termc erul su mestecul cestu cu gzele de rdere. Aerul umed este un mestec de gze: er usct ş vpor de pă. În studul erulu umed se defnesc următor prmetr: Presun Presune brometrcă, p b, presune erulu tmosferc măsurtă într-un numt punct geogrfc ş în numte condţ meteo. E reprezntă presune totlă mesteculu. În mod conventonl s- dms presune fzcă normlă eglă cu 760 mm Hg su 035 N/m măsurtă l nvelul măr, căre î corespunde lttudne zero; Presune prtlă vporlor de pă, p v presune pe cre r exerct-o vpor de p dn mestec dcă r ocup sngur, l ceeş tempertură, volumul întregulu mestec. 48

49 Observţe: presune prtlă re vlor cu tât m mr cu cât conţnutul de umdtte dn er este m rdct; Presune de sturte, p s presune prţlă mxmă vporlor de pă pentru o numtă vlore tempertur dtă mesteculu. Tempertur Pentru determnre stăr erulu umed se defnesc următorele tempertur: tempertur termometrulu usct, t tempertur măsurtă cu un termometru obsnut, de o numtă cls de precze, cu rezervorul usct ş protejt împotrv rdţe termce. tempertur termometrulu umed, t u m este cunoscută ş sub denumre de tempertură de sturţe dbtcă erulu umed; e se măsoră cu un termometru obşnut cu rezervorul de lchd termometrc înfăşurt în pânză de tfon îmbbtă în pă. tempertur punctulu de rouă, t r l răcre erulu l presune constntă l o numtă tempertură începe condensre vporlor de pă conţnuţ în er, cestă vlore tempertur reprezentând tocm tempertur punctulu de rouă. Umdtte erulu Pentru determnre umdtt erulu, se folosesc tre noţun: umdtte specfcă, umdtte bsolută, umdtte reltvă ş conţnutul de umdtte. Umdtte specfcă erulu umed, ξ, exprmă conţnutul de vpor de pă dntr-un klogrm de mestec: mv x ξ = = (8.) m m x v Umdtte bsolută,, reprezntă greutte vporlor de pă conţnuţ într-un metru cub de er umed, dec se măsoră prn denstte reltvă ρ v vporlor de pă dn mestec: p = ρ v v = R T [kg/m3 ] (8.) v Observţe: cestă noţune este rr folostă în tehnc uscăr. Umdtte reltvă (φ) se defneşte c fnd rportul dntre ms de vpor de p conţnuţ întrun metru cub de er umed ş ms de vpor de pă necesr pentru sturre celuş volum de er, l ceeş tempertură ş presune: 49

50 ρ vp ϕ = (8.3) ρ st Observţe: Pentru clculele tehnce le uscătorlor, erul umed este consdert în mod convenţonl, un gz perfect, căru se pot plc legle Boyle-Mrotte, Gy-Lussc ş lege presunlor prţle, conform căre presune erulu umed se compune dn presunle prţle le erulu usct ş le vporlor de pă contnuţ în er. Conţnutul de umdtte, x, este ms vporlor de pă, m v, conţnută în cnttte m de er usct, l o stre orecre dtă: m v x = [kg vpor de p/kg er usct] (8.4) m Observţe: ms de vpor de pă este rporttă l klogrmul de er usct ş nu l cel umed. Acest se fce cu scopul de uşur clculele, în tmpul trnsformărlor l cre este supus erul umdtte schmbându-se (ms mesteculu se schmbă), ms erulu usct rămânând constntă. Vlore numercă umdtăţ pote f clcultă, folosnd ecuţ Clpeyron pentru er ş vpor de pă: G R p pvp = [kg/kg er usct] (8.5) G R p p vp er vp x = = 0, 6 er vp er er Cpctte clorcă mscă specfcă Cpctte clorcă mscă vrză cu tempertur ş presune. Mjortte proceselor în cre c gent termc este utlzt erul sunt consderte zobre, vrţle de presune fnd neînsemnte. Funcţe de tempertură, pentru clculul cpctăţlor clorce med pentru vpor ş er, se pot folos relţle: t t c pv =,8584 0,0094 0,00373 [kj/(kgk)] (8.6) ( t ) c =,005, p 30 [kj/(kgk)] (8.7) Pentru domenul temperturlor obşnute (-0 0 C ş 80 0 C) se pot lu următorele vlor med: c p =,006 [kj/kgk] c pv =,863 [kj/kgk] 50

51 Entlp erulu umed Se v stbl entlp mesteculu, er usct ş vpor de pă: pentru er usct: pentru vpor de pă: h =cp t [kj/kg er usct] h v =rcp v t [kj/kg vpor] (8.8) Dcă erul umed conţne pă în stre lchdă în exces fţă de sturţe, expres de clcul entlpe devne: ( r c t) ( x x )( r c t) h = c t x [kj/kg er usct] (8.9) p s pv Dcă erul umed re o umdtte m mcă de 0 o C conţne prtcule de gheţă su fulg de zăpdă, entlp erulu umed re expres: ( r c t) ( x x )( r c t) în cre: c l cpctte clorcă mscă pe în stre lchdă; c l =465 [kj/kgk] r g căldur ltentă de îngheţre pe; r g =333 [kj/kg] c g cpctte clorcă specfcă gheţ; c g =,05 [kj/kgk] s g g h = c t x [kj/kg er usct] (8.0) p s pv s g g În czul utlzăr gzelor de rdere c gent de uscre, pentru determnre entlpe ş conţnutulu de umdtte l cestor, este necesr să se cunoscă compozţ combustblulu. Acest se pote rport l ms s de lucru, orgncă su combustblă. Pentru trnsformre compozţe combustblulu dntro msă în lt, se pot utlz coefcenţ dţ de ltertur de specltte. Cnttte teoretcă de er usct necesră pentru rdere unu klogrm de combustbl se pote determn cu relţle: - pentru combustblul sold su lchd L l l ( S O ) l l 0 = 0,5C 0,343H 0, 043 [kg/kg] (8.) cu C l, H l, S l, O l conţnutul de crbon, hdrogen, sulf s oxgen, în procente dn ms de lucru combustblulu; - pentru combustblul gzos: 5

52 L 0 n m =,38 0,079CO 0,48H 0,44H 4 S Cm H n O [kg/kg] (8.) m n cu CO, H, H S, C m H n, O conţnutul de oxd de crbon, hdrogen sulfurt, hdrocrbur ş oxgen, în % dn ms totlă. Conţnutul de umdtte l gzelor de rdere se clculeză cu formul: Gvp x = [kg/kg gze uscte] (8.3) G g.u. Entlp mesteculu de gze de rdere ş er cre este utlzt în nstlţ de uscre este: I Q η c t λl I s f c c 0 0 = [kj/kg. g.u.] (8.4) G gu unde: Q s este putere clorfcă superoră combustblulu, în kj/kg; η f rndmentul rder combustblulu în focr; c c, t c căldur specfcă, respectv tempertur combustblulu, în kj/kg o C ş în o C; λ coefcentul de exxes de er; I 0 entlp erulu, în kj/kg. Clculul nstlţlor de uscre convectve cu er În nstlţle convectve de uscre mterlul umed ntră în contct cu gentul de uscre erul cld su gzele de rdere, de l cre prmeşte prn convecţe căldur necesră procesulu de uscre. Blnţur msce Ecuţ blnţulu msc l mterlulu supus uscăr re form generlă: M & M& [kg/s] (8.5) = M cu M debtul mterlulu ntrt în uscător; M debtul mterlulu eşt dn uscător; M ms pe elmnte dn mterl în procesul de uscre, rporttă l untte de tmp. 5

53 Ţnând sem de defnţ umdtăţ bsolute ş notând cu u ş u umdtte bsolută mterlulu l ntrre, respectv, l eşre dn nstlţe, debtul mterlulu complet usct cre crculă prn nstlţe pote f scrs c: M M& M& us u u & = = (8.6) Debtul erulu umed cre crculă prn uscător este lcătut dn debtul erulu usct, M er ş debtul umdtăţ M er x, x fnd conţnutul de umdtte. Deorece erul pre umdtte îndepărttă dn mterl, conţnutul de umdtte l cestu în uscător creşte. Notându-se cu x 0 conţnutul de umdtte l erulu cre ntră în uscător ş cu x conţnutul de umdtte l erulu cre ese dn uscător, blnţul msc pe uscător este: ( x ) = M& M ( x ) M& & & [kg/s] (8.7) M er 0 er relţe scrsă în potez bsenţe perderlor de er prn neetnşetăţle nstlţe (M er =0). Blnţul msc l umdtăţ pe uscător este: m er M& = M & er = x x 0 [kg er/kg pă] Blnţul termc l nstlţe de uscre teoretce Instlţ de uscre teroretcă se crcterzeză prn: - perder de căldură nule în medul mbnt; - temperturle mterlulu l ntrre ş eşre dn nstlţe egle cu 0 o C; - lps btere de încălzre în cmer de uscre. Ecuţ blnţulu termc l cmere de uscre este: M& h Q = M& er 0 er h unde Q este fluxul termc prmt de er în bter de încălzre; h 0, h, h entlp erulu l ntrre în nstlţe, l eşre dn bter de încălzre ş l eşre dn nstlţe; M er debtul erulu usct cre crculă prn nstlţe Deorece ecuţ blnţulu termc l cmere de uscre este: M& h = M& er er h rezultă că, în czul nstlţe teoretce, h =h. Concluze: procesul de uscre se desfăşoră cu menţnere constntă entlpe erulu. 53

54 Consumul specfc de energe termcă l nstlţe, q, este defnt c energ termcă consumtă pentru elmnre unu klogrm de umdtte dn mterl. C urmre, în czul nstlţe teoretce, q = m er ( h h ) = m ( h ) 0 er h0 Observţe: În nstlţ de uscre teoretcă se consumă energe termcă pentru încălzre gentulu de uscre ş pentru vporzre umdtăţ dn mterl. Blnţul termc l nstlţe de uscre rele Ecuţ blnţulu termc pe nstlţ de uscre relă cu funcţonre contnuă este: Q b Q l M& er h M& cm tm M& cptm M& trctr ttr = M& er h M& sup 0,,,,, cm,ttr, Q fluxul termc ntrt în nstlte cu mterlul umed Observţ. Debtul erulu usct s- consdert constnt s-u negljt perderle de er prn neetnşetăţle nstlţe;. Fluxul termc perdut în medul mbnt se clculeză folosnd ecuţ de trnsfer termc între erul dn nterorul nstlţe ş erul dn exterorul ceste. p 8.. TIPURI CONSTRUCTIVE DE INSTALAŢII DE USCARE Uscre nturlă Uscre nturlă re loc sub nfluenţ unor fctor nturl c: presune prţlă vporlor de pă su încălzre produselor dtortă căldur trnsmsă de rzele solre. Efcenţ uscăr nturle depnde de tempertur ş umdtte reltvă erulu, de vterz curentulu de er, de stre produsulu Uscre rtfclă Reprezntă ce m utlztă metodă de uscre produselor ndustrle, clsfcre nstlţlor făcându-se în funcţe de modul în cre se trnsmte căldur de l gentul de uscre l mterlul supus uscăr: Uscre cu jutorul căldur (uscre termcă) ce m răspândtă, bzându-se pe proprette erulu de se încălc cu vpor de pă în procent dn ce în ce m mre odtă cu creştere tempertur. 54

55 Uscre termcă se relzeză în mod dfert în funcţe de modul de trnsmtere căldur l produsele supuse uscăr: trnsmtere căldur prn conductbltte relztă tunc când exstă contct între produse ş suprfţ încălztă. Dezvntje: nu sgură o încălzre unformă; nu grnteză menţnere cltăţ produselor; necestă un consum rdct de combustbl. trnsmtere căldur prn convecţe relztă prn contctul drect între gentul de uscre ş produse, contct relzt prn trecere gentulu dn strtul de produse, relzându-se concomtent încălzre cestor ş bsorbre vporlor de pă elberţ. trnsmtere căldur prn rdţe relztă tunc când produsele bsorb rdţle emse de surs de căldură. Tpur de surse de rdţ: lămp cu rdţ nfrroş, tubur cermce cu rezstenţă electrcă, rdţ cu rzătore de gze fără flcără (cu rdere ctltcă); încălzre prn curenţ de înltă frecvenţă relztă prn dspunere produselor în jurul unu condenstor formt dn două plăc metlce l cre se legă o sursă de curent lterntv de înltă frecvenţă. Avntj: încălzre debuteză în nterorul prtculelor ş se trnsmte către strturle exterore cee ce, prn unformzre cre se obţne, contrbue l scurtre durte uscăr. Procesul de uscre cuprnde două etpe dstncte: - uscre strtulu superfcl l corpulu cre se produce prn evporre prtculelor de pă dn medt propere suprfeţe de contct; - deplsre umdtăţ dn nterorul corpulu spre suprfţ de contct cu erul. Consecnţă: pr în strturle profunde le produsulu grdenţ presun prţle pe dtortă fenomenelor dn cplrele produsulu poros. Uscre în crcut deschs Agentul de uscre încărct cu umdtte prelută de l corpul supus uscăr este elmnt în tmosferă, fgur 6.. În cmer de uscre se ntroduce mterlul umed cu ms (m w u ), l tempertur t u, cu m ms mterlulu usct ş w u conţnutul de umdtte 55

56 Fgur 8.. Uscre în crcut deschs Debtul de er ntrodus este m cu umdtte x ş tempertur t. Crculţ corpulu supus uscăr ş erulu în cmer de uscre pote f în echcurent su contrcurent vrntă de prefert dn punct de vedere l economctăţ. În tmpul procesulu de uscre creşte cnttte de pă conţnută în er cu umdtte extrsă dn corp: M (x -x )=W u Pentru ccelerre procesulu în cmer de uscre se ntroduce o cnttte de căldură Q [W]: ( h h ) m c ( t t ) Q = m 443 u 4443 u u 4u W 3 ucutu (8.5) crestere de entlpe erulu cre se nclzeste cldur folost pentru nclzre corpulu supus uscr cldur contnut de umdtte evport Uscre în trepte În multe stuţ, pentru se evt deformre su chr deterorre corpulu supus uscăr, se mpune uscre în m multe trepte. Acest stuţe se întâlneşte ş în czurle când corpul spus uscăr re o formă m complctă su este îmbbt neunform cu umdtte. Schem de prncpu uscăr în trepte este prezenttă în fgur 8.. Aerul se preîncălzeşte în fecre preîncălztor până l o numtă tempertură t d, dmsă de procesul de uscre (ntur corpulu, conţnutul de umdtte, vtez de uscre dmsă). 56

57 Fgur 8.. Uscre în trepte S, S, S 3 preîncălztore de er; u, u, u 3 cmerele de uscre. Procesul de uscre în trepte presupune furnzre unor cnttăţ de energe termcă dn ce în ce m mc, erulu în preîncălztore, pe măsură ce sunt prcurse treptele de uscre. Uscre în crcut închs Aerul utlzt c gent de uscre, prelut drect dn tmosferă, re prmetr t, x ş h vrbl în funcţe ded condţle meteorologce le momentulu. Vrţ prmetrlor de stre erulu în tmpul procesulu de uscre re nfluenţe negtve supr stbltăţ cestu. Acest lucru este însă evtt dcă o prte dn erul evcut dn cmer de uscre este mestect cu er prospăt ş rentrodus în crcut, fgur 8.3. Fgur 8.3. Uscre în crcut închs 57

58 În schmbătorul de căldură S mestecul de er recrcult prmeşte căldură până tnge tempertur dmsă de procesul de uscre. Instlţ de uscre cu recuperre căldur Consumul de energe termcă în nstlţle de uscre este reltv rdct, cee ce condus l relzre de nstlţ cu recuperre căldur dn erul evcut în tmosferă, fgur 8.4: Fgur 8.4. Instlţe de uscre cu recuperre căldur O prte dn căldur conţnută în debtul D A de er evcut în tmosferă este recupertă în schmbătorul de căldură S în cre procesele de trnsfer de căldură se relzeză l ttlul termodnmc constnt, x=ct. Procesul de lucru relzt în nstlţ de uscre În cmer de rdere se produce rdere combustblulu în prezenţ erulu. Gzele de rdere rezultte se mestecă în cmer cu er, formând mestecul de er ş gze de rdere. Prmetr erulu tmosferc sunt: - umdtte reltvă, ϕ 0, %; - tempertur t 0, o C; - conţnutul de umdtte, x 0, g/kg; - entlp h 0, kj/kg. Prmetr mesteculu er-gze de rdere: - umdtte reltvă ϕ < ϕ 0; - tempertur t >t 0 ; - conţnutul de umdtte, x >x 0 (se dugă vpor de pă rezultţ prn rdere combustblulu); - entlp h >h 0. 58

59 Fgur 8.5. Schem de funcţonre une nstlţ de uscre Amestecul er gze de rdere este nsuflt în cmer de uscre 3 în cre se flă mterlul supus uscăr Prmetr mterlulu supus uscăr sunt: - greutte totlă, G 0 ; - tempertur, t 0 ; - umdtte u 0, %. Prn trecere mterlulu prn cmer de uscre cest se încălzeşte dtortă schmbulu de căldură c re loc între gentul de uscre ş cest. C urmre, o prte dn p conţnută de el se evporă fnd prelută de gentul de uscre. L eşre dn cmer de uscre prmetr mterlulu usct vor f: - greutte G <G 0 ; - tempertur t >t 0 ; - umdtte u <u 0. Prmetr gentulu de uscre l eşre dn cmer de uscre vor f: - umdtte reltvă ϕ >ϕ ; - tempertur t <t ; - conţnutul de umdtte x >x ; - entlp h <h. Dn cmer de uscre mterlul trece în cmer de răcre 4, unde este răct sub cţune erulu tmosferc cre se deplseză prn cmeră. În generl, se pote spune că între două puncte crtce ccelerţ procesulu de uscre este constntă, dec vtez de uscre vrză lnr. 59

60 CURS 9 INSTALAŢII DE VAPORIZARE Defnţe Vporztorele sunt nstlţ termce în cre se relzeză concentrre soluţlor prn ferbere. În procesul de ferbere, o prte dn dzolvnt vporzeză, vpor obţnuţ evcuţ dn prt, r concentrţ soluţe creşte; procesul pote f contnut până l complet îndepărtre dzolvntulu dn soluţe ş crstlzre substnţe dzolvte. Instlţle de vporzre m pot f foloste în vedere trtăr termce pe ş pentru producere de bur secundr utlzt în scopur tehnologce în cest dn urmă cz nstlţ purtând denumre de trnsformtore de bur. Încălzre soluţlor se pote fce utlzând orcre gent termc. Cu tote ceste burul este gentul termc cre ş- găst ce m lrgă utlzre în nstlţle de vporzre dtortă propretăţlor sle termodnmce fvorble entlpe rdctă, coefcent de trnsmtere căldur prn convecţe mre, tempertură de condensre constntă, dând totodtă posbltte relzăr de nstlţ în m multe trepte. Exstă însă czur când, dtortă temperturlor mr de febere soluţlor, utlzre burulu de înltă presune pote deven neeconomcă, fnd m ndctă utlzre c gent termc prmr gzelor de rdere su genţlor termc orgnc. Instlţle de vporzre, după prncpul de funcţonre, u multe elemente comune cu nstlţle în cre re loc vporzre pe, procesul de vporzre soluţlor pose fnd dfert însă prncpl de vporzre pe pure.. Propretăţle soluţlor bnre Solvent (dzolvnt) lchdul cre dzolvă soldul, în czul două lchde solventul fnd lchdul cu ce m mre concentrţe. Solvt (dzolvt) celltă prte componentă soluţe. Concentrţ une soluţ: notând cu G ms solventulu ş cu G ms substnţe dzolvte, concentrţ procentulă, b, se defneşte c fnd: b G G G = [%] (9.) 60

61 Concentrţe de sturţe concentrţ lmtă pentru o tempertură dtă soluţe peste cre substnţ soldă nu se m dzolvă. Observţe: solubltte creşte, în mjortte czurlor, cu tempertur. Sstem omogen (soluţe) este consttut dntr-o sngură fză, de obce lchdă. Soluţ re ceeş concentrţe, ş dec denstte, în întreg msă ş nu pote f seprtă în componente fără consum de lucru mecnc. Sstem eterogen sstem consttut dn m multe fze, ce pote f seprt în componente pe cle pur mecncă. Substnţe mscble substnţe ce se mestecă omogen în orce proporţe; Substnţe prţl mscble substnţe cre se mestecă omogen num în numte proporţ Zonă de mscbltte ncompletă - regune în cre mestecul nu este omogen. Căldur specfcă de dzolvre, c d cnttte de căldură ce trebue dtă su este cedtă în procesul dzolvăr unu klogrm de substnţă soldă, stfel c tempertur mesteculu să rămână eglă cu tempertur nţlă componentelor. Căldur specfcă de dzolvre depnde de ntur substnţe solde dzolvte, solventulu ş de concentrţ soluţe. Căldur specfcă de crstlzre, r cr cnttte de cădură cre se degjă l crstlzre dn soluţe klogrm de substnţă soldă. Tempertur de ferbere soluţe depnde de propretăţle fzco-chmce le substnţe dzolvte ş le solventulu, de concentrţe ş de presune. Tempertur de ferbere soluţe este totdeun m mre decât tempertur de ferbere solventulu pur.. Ecuţ de trnsfer termc În vporztorele încălzte ndrect, prn ntermedul unu perete cre sepră gentul de încălzre de soluţe, trnsferul termc se relzeză în cmer de încălzre prn convecţe l condensre vporlor, conducţe prn perete ş convecţe l vporzre soluţe, procese l cre se dugă conducţ prn strturle de depuner formte pe perete. Ecuţ de trnsfer termc într-un vporztor este: Q=kSt u [W] (9.) unde Q este srcn termcă prtulu (flux termc trnsfert între flude prn suprfţ de trnsfer termc), [W]; k coefcentul globl de trnsfer termc, [W/(m K)]; S r suprfeţe de trnsfer termc, [m ]; 6

62 t u dferenţ utlă (su ctvă) de tempertură, [ o C]. Coefcentul globl de trnsfer termc se clculeză cu relţ : k = [W/ (m K)] (9.3) δ Rd, b Rd, s αc λ α f în cre α c este coefcentul de trnsfer termc l condensre re vlor de W/(m K), pentru obţnere de vlor rdcte le cestu urmărndu-se sgurre evcuăr condenstulu ş gzelor necondensble dn cmer de încălzre; α f coefcentul de trnsfer termc l ferbere, fnd dependent de propretăţle termofzce le soluţe, modul de crculţe soluţe, înălţme l cre începe ferbere soluţe, motv pentru cre nu exstă un model nltc complet pentru clculul cestu; δ- grosme suprfeţe de trnsfer termc; λ conductvtte termcă mterlulu suprfeţe de trnsfer termc; R d,b rezstenţ termcă depunerlor formte pe suprfţ în contct cu burul de încălzre; R d,s rezstenţ termcă depunerlor formte pe suprfţ în contct cu soluţ. Coefcentul globl de trnsfer termc este nfluenţt în mre măsură de stre de curăţene suprfeţe tât pe prte burulu de încălzre cât ş pe prte soluţe în ferbere. Depunerle formte pe suprfţ în contct cu burul de încălzre sunt mult m reduse decât cele formte pe suprfţ în contct cu soluţ. Dferenţ utlă de tempertură t u într-un vporztor este dferenţ dntre tempertur de sturţe burulu de încălzre t b ş tempertur de ferbere soluţe t s : t u =t b -t s [ o C] (9.4) De regulă clculul termc l unu vporztor re c dte nţle tempertur de sturţe burulu de încălzre t b (su presune) ş tempertur (su presune) vporlor secundr (sturţ) l ntrre cestor în condenstor (su în trept următore de vporzre, în czul une nstlţ cu m multe corpur, t c.) 3. Blnţul termc l nstlţe de vporzre cu un corp Blnţul termc, stblt conform prncpulu conservăr energe, re l bză blnţul msc. El se utlzeză pentru determnre consumulu de energe termcă (bur de încălzre) pentru vporzre soluţe. 6

63 Ecuţ blnţulu termc l nstlţe de vporzre într-o treptă în czul bsenţe crstlzăr este: m & shs m& bhb = m& sf hsf m& vhv m& bhc Qconc Q p [W] (9.5) cu: m b - debtul burulu de încălzre, [kg/s]; m s, m sf - debtul soluţe nţle, respectv soluţe fnle, [kg/s]; m v - debtul vporlor secundr rezultţ, [kg/s]; h b entlp burulu de încălzre; h s entlp soluţe nţle (l ntrre în prt); h sf entlp soluţe fnle (l eşre dn prt); h c entlp condenstulu rezultt dn burul de încălzre; Q conc energ termcă degjtă-bsorbtă prn concentrre soluţe, rporttă l untte de tmp; Q p fluxul termc perdut în medul mbnt, O ltă relţe de clcul pentru debtul vporlor secundr în funcţe de m b ş m s : m & scs = m& sf csf m& vc (9.6) cu c căldur specfcă mede pe în ntervlul de tempertur 0 o C ş t f, c =400 J/(kgK). Combnând relţle se obţne: hb h t t c f m& v = m& b m& scs [kg/s] (9.7) hv ct f hv ct f m & v = αm& b βm& s cu notţle: hb hc α = - coefcent de vporzre, reprezentând cnttte de pă vporztă pe sem hv ct f energe termce cedte de un klogrm de bur de încălzre; t t f β = cs - coefcent de utovporzre, reprezentând cnttte de vpor de pă hv ct f formţ prn utovporzre unu klogrm dn soluţ cre ntră în prt. 63

64 4. Crter de clsfcre nstlţlor de vporzre Prncplele crter după cre se pot clsfc nstlţle vporztore sunt: pozţ suprfeţe de schmb de căldură; confgurţ e; presune de lucru; regmul de crculţe; tpul crculţe; tpul gentulu termc. După prncpul de funcţonre: - prte cu funcţonre contnuă lmentte neîntrerupt cu soluţe dlută, obţnându-se prn vporzre o soluţe cu o concentrţe m mre, soluţe evcută contnuu dn prt; - prte cu funcţonre ntermtentă sunt încărcte ş golte de soluţe num în perodele de oprre nstlţe. După numărul de corpur: - nstlţ de vporzre cu un corp; - nstlţ de vporzre cu m multe corpur. După modul de lmentre cu bur prmr: - nstlţ de vporzre obşnute întregul debt de bur prmr ntră în prmul corp l nstlţe; - nstlţ de vporzre cu corp zero l cre se utlzeză bur prmr cu m mulţ prmetr. Acest schemă utlzeză burul prmr cu prmetr m rdcţ într-un prm corp numt corp zero, burul secundr dn cest corp împreună cu burul prmr cu prmetr m coborâţ pătrunzând în corpul următor (trept întâ); - nstlţ de vporzre cu corpur suplmentre - burul prmr este ntrodus în prlel în două corpur. După schem de deplsre reltvă vporlor încălztor ş soluţe de vporzt: - nstlţ de vporzre în echcurent burul prmr, secundr ş soluţ crculă în ceeş drecţe, scurgere soluţe cre se concentreză fnd sgurtă de dferenţ de presune dn două corpur successve. Dezvntj: pe măsură ce soluţ se concentreză, tempertur e scde, mb fctor contrbund l mărre vscoztăţ ş dec l reducere vteze de crculţe soluţe; 64

65 - nstlţ de vporzre în contrcurent recomndte în czul vporzăr soluţlor vâscose, l cre pe măsur creşter concentrţe se măreşte ş tempertur soluţe, ntensfcându-se stfel schmbul de căldură; - nstlţ de vporzre cu lmentre în prlel utlzte în czul soluţlor cre crstlzeză, l cre în czul schemelor echcurent su contrcurent r pute pre percolul înfundăr conductelor ; - nstlţ de vporzre în curent mxt. După ntur gentulu de încălzre: - nstlţ încălzte cu bur cele m frecvent întâlnte; - cu gze de rdere su ule pentru tempertur rdcte; - cu pă su electrc 65

66 După modul de crculţe l soluţe: - prte cu crculţe nturlă; - prte cu crculţe forţtă. Dntre tpurle de prte vporztore ce m mre răspândre u căpătt-o cele încălzte cu bur. În funcţe de confgurţ suprfeţe de schmb de căldură ş de tpul crculţe ele pot f: - prte vporztore cu cămşă de bur construte pentru funcţonre ntermtentă, în vedere concentrăr unor soluţ gresve su l cre pot pre crstle în procesul vporzăr. Dezvntj: funcţoneză cu un coefcent de schmb de căldură redus. - prte vporztore cu serpentne prezntă o suprfţă de schmb de căldură m mre ş dec un coefcent globl de schm de căldură m rdct. Dezvntj: curăţre dfclă suprfeţe serpentne de eventulele depuner. - prte vporztore cu ţev orzontle burul de încălzt crculă prn nterorul ţevlor r soluţ supusă concentrăr în spţul dntre ţev. Aplcbltte: pentru vporzre soluţlor cre nu crstlzeză. Dezvntj: slb crculţe soluţe, cee ce conduce l formre de depuner în spţul dntre ţev. Aprt vporztor cu ţev orzontle ţev de încălzre; corpul prtulu; 3 ntrre soluţe dlute; 4 evcure soluţe concentrte; 5 evcure condenstulu; 6 ntrre burulu prmr - prte vporztore vertcle cu crculţe nturlă crculţ soluţe se dtoreză dferenţe între denstte lchdulu în ţevle de crculţe ş mesteculu lchd-vpor dn ţevle de vporzre. Construcţle moderne (fgur 5.4. c, d) se relzeză cu ţev vporztore de până l 5 m, ţevle de crculţe fnd neîncălzte ş scose în fr corpulu prncpl, relzându-se stfel vteze de crculţe m mr (până l 3 m/s) ntensfcâduse stfel ş schmbul de căldură. 66

67 Aprte vporztore vertcle cu crculţe nturlă cu ţevă cu crculţe centrlă; b cu cmeră de vporzre suspendtă; c cu ţevă de crculţe exteroră; d cu seprtor ş ţevă de crculţe seprtă cmeră de încălzre; seprtor; 3 ţevă de crculţe; 4 seprtor de pcătur; 5- ntrre bur; 6 stă; 7 lmentre cu soluţe bnră; 8 eşre soluţe concentrte; 9 eşre condenstulu; 0 lmentre pă pentru spălre prtulu - prte vporztore cu crculţe forţtă utlzte în specl pentru vporzre soluţlor vâscose l cre crculţ nturlă este dfclă. Crculţ este sgurtă de pompe centrfuge tngându-se vteze de,5 3,5 m/s, cee ce conduce l ntesfcre schmbulu de căldură. Apr însă cheltuel suplmentre pentru sgurre pompăr, proporţonle cu cubul vteze de crculţe. - prte vporztore pelculre nstlţ cu crculţe smplă lchdulu, foloste l concentrre soluţlor cre nu crstlzeză ş cre sunt sensble l tempertur înlte. Pot f construte cu pelculă scendentă su cu pelculă coborâtore. Observţe: pentru obţnere efectulu termc mxm, l vporzre pelculră lungme ţevlor trebue să fe de 6 8 m, prn cest mărndu-se vtez emulse prn ţev ş mcşorându-se grosme pelcule. Dezvntje: dfcultte montjulu ş reprţlor, cpctte lmttă de cumulre cre fce dfclă sgurre une productvtăţ constnte ş une concentrăr unforme soluţe. 67