-
Metode de nclzire a utilajelor Rcirea / nclzirea unui fluid
tehnologic se poate realiza fie utiliznd un al doilea fluid
tehnologic mai rece/mai cald (recuperare de cldur), fie cu ajutorul
unui agent termic corespunztor ales aparent mai scump!n cel de-al
doilea caz, agentul termic circul n circuit nchis (de ce?) ntre
utilajul care trebuie rcit / nclzit i o surs termic adecvat (de
regenerare).
-
nclzirea cu ageni termici gazoinclzirea cu gaze de ardere
dezavantaje:cldur specific mic i coeficient parial de transfer mic
gazele sunt purttori slabi de cldurprin cedare de cldur sensibil
temperatura lor scade continuu n timpul procesului de
nclzireposibilitate supranclziri localecontrolul temperaturii
dificilrandament termic sczut de ce se mai face?Metode de nclzire a
utilajelor
-
nclzirea cu vapori avantaje:cldura latent de vaporizare mare (n
comparaie cu cea sensibil cedat de gaze i lichide)coeficieni de
transfer foarte maritemperatur constant n timpul cedrii cldurii de
condensareevitarea supranclzirilornclzirea cu vapori de ap avantaje
specifice:cost redusneinflamabili, netoxici Metode de nclzire a
utilajelor
-
nclzirea cu vapori de ap dezavantaj:dependena drastic ntre
temperatura vaporilor de ap i presiunea acestora => utilizarea
lor este limitat de regul pn la valori ale temperaturii de nclzire
de aproximativ 200Cnclzirea cu vapori de ap se poate realizadirect
(prin barbotarea vaporilor n fluidul ce trebuie nclzit cu condiia
compatibilitii)indirect (nclzire cu serpentine imersate n lichid,
nclzirea prin serpentine exterioare, nclzirea prin manta, nclzirea
prin fascicul de evi, nclzirea prin jeturi de vapori, nclzirea cu
pompa de cldur) Metode de nclzire a utilajelor
-
nclzirea cu vapori de substane organice se utilizeaz atunci cnd
este necesar nclzirea la temperaturi mai mari dect cele ce pot fi
asigurate, n condiii economice, prin folosirea vaporilor de ap (se
utilizeaz n acest scop vapori ale unor substane organice mai greu
volatile dect apa amestecul eutectic difenil difenil-eter, 1-2-4-8
tetra-clor-difenil etc.)nclzirea cu vapori de mercur
Metode de nclzire a utilajelor
-
nclzirea cu ageni termici lichizi (volum specific mic i cldur
specific mare => conducte de diametru mic ce rezist la presiuni
mari)nclzirea cu ap cald pn la 80C, la presiune atmosferic sau la
presiuni mai mari pentru realizarea unor temperaturi superioare
(odat cu creterea temperaturii de nclzire crete i presiunea
agentului termic) Metode de nclzire a utilajelor
-
nclzirea cu uleiuri minerale permite nclzirea pn la aproximativ
300Cnclzirea cu lichide organice (difenil, difenil-eter, amestec
eutectic difenil-difenileter etc.) se aplic pentru realizarea unor
temperaturi cuprinse ntre 200 i 400Cnclzirea cu sruri topite se
practic atunci cnd este necesar nclzirea la temperaturi cuprinse
ntre 400 i 550C. Se utilizeaz n acest scop amestecuri eutectice de
azotai i azotii de sodiu i potasiu Metode de nclzire a
utilajelor
-
nclzirea cu bi de metale topite (amestecuri eutectice de plumb i
antimoniu, bismut, alcaline)nclzirea cu ageni termici
solizinclzirea cu bile n circulaienclzirea cu pulberinclzirea
electricnclzirea cu rezistene electricenclzirea cu radiaii
infraroiinclzirea prin cureni de inducienclzirea dielectricnclzirea
prin arc electricMetode de nclzire a utilajelor
-
Schimbtoare de cldur (SC)Schimbul (transferul) termic (de cldur)
operaia unitar termic cea mai rspndit (nclzire, rcire, evaporare,
distilare, condensare) n toate 3 sferele de prelucrare! Const n
trecerea cldurii (frigului!) de la un agent termic (frigorific!) la
un fluid tehnologic printr-un perete (transfer dublu!); mai modern
cuplarea a dou fluide tehnologice ns pot exista restricii de
ntlnire
-
Utilajele schimbtoare de cldur (sau terminologie raportat la
fluidul tehnologic dac ambele 2 sensuri, respectiv recuperator de
cldur pentru 2 ageni) cnd nu se numesc altfel, dup operaia care se
face (simultan!) ntr-o parte a peretelui evaporator, condensator,
(re)fierbtor etc.Conin dou incinte (trasee) prin care circul cele
dou fluide contactul dintre ele nu este direct (de cele mai multe
ori!) doar cldura va traversa peretele atenie la materialele de
construcie!Schimbtoare de cldur
-
Calculul termic al SC calcul de proiectare (dimensionare) calcul
de verificare (alegere) calcul regim de lucruCalculul de proiectare
se efectueaz la dimensionarea schimbtorului de cldur avnd ca scop
determinarea ariei de transfer de cldur (AT). Necunoscuta principal
este aria de schimb de cldur, iar necunoscuta secundar o temperatur
sau un debit (n zona agentului termic). Calculul de
(pre)dimensionare este urmat de calculul constructiv,
fluido-dinamic (mecanic) al aparatului.
-
Calculul termic al SCCalculul de verificare (dup alegere) se
aplic n cazul n care AT este dat (sau pre-dimensionat), mrimile
necunoscute fiind debitele sau dou temperaturi (ale agentului
termic). Acest tip de calcul se aplic dup alegerea unui SC
disponibil (standardizat) n vederea unei anume utilizri. Se verific
astfel dac acesta poate funciona n condiiile impuse de procesul
tehnologic. Urmeaz calculul mecanicCalculul regimului de funcionare
urmrete stabilirea concordanei ntre regimul de funcionare din
proiect i cel real (de exploatare), avnd ca scop obinerea
caracteristicilor reglajului aparatului (tehnic i mecanic). Mrimile
necunoscute sunt debitul i una din temperaturile agentului
termic.
-
Calculul schimbtoarelor de cldur n regim staionar (de regul)
ncepe cu BT:
Bilanul se face n puteri dup mprire la o durat (arbitrar);
ultima consecin este urmarea faptului c majoritatea proceselor sunt
izobare deci entalpia (specific, adic masic!) este mrimea
caracteristic numit i sarcin termic (heat duty). n plus, este
necesar ca referina s fie aceeai pentru toate diferenele
h!Pre-dimensionare
-
Entalpii (diferene de): pot fi sensibile sau latente de regul nu
se amestec cele dou tipuri: un fluid schimb numai un singur tip de
cldur (nu ambele, deoarece constructiv ar fi greu de realizat iar
operarea ar fi neeficient). Desigur c cellalt fluid poate schimba
cellalt tip de entalpie de exemplu, o incint realizeaz o
condensare, iar cealalt o nclzire sau acelai!Pre-dimensionare
-
Schema constructiv (i de circulaie) simplificat (model) eav n
eav sau eav dubl (double tube, shell-and-tube), cu cele dou
variante:echicurent (curent paralel), respectivcontracurentCapetele
utilajului cu i (uzual)Pre-dimensionare
T'1
T"1
T'2
T"2
Gm,1
Gm,2
-
Schimbtorul se dovedete a fi un utilaj (i operaia deci!) cu 4
cureni, de transfer (ca absorberul, usctorul, extractorul) numai c
se transfer cldur, ceea ce nu necesit contact direct Fazele suport
ale cldurii sunt chiar cele dou fluide (tehnologice sau ageni) i nu
mai sunt inerte, deoarece i schimb temperatura (sau starea de
agregare)Temperaturile agenilor asumate sauPre-dimensionare
-
Ageni termici buniS fie corespunztor din punct de vedere
termodinamic i anume: s aib conductivitate termic (T), densitate ()
i cldur specific (cp) mari, viscozitate dinamic () mic, cldur
latent de vaporizare (VH) mare de ce?S fie stabil termic, neagresiv
chimic, s nu formeze depuneri, sau dac le formeaz, s fie uor de
curat, s nu fie toxic sau explozivS fie ieftin i
disponibilOptimizare
-
Nu exist o regul cu privire la care din fluide la interior
considerente tehnologice diverse, de multe ori contrare, deci
problem de optimizare Criterii:mecanice: presiunea mai mare n
interior, fluidul mai murdar n interior (cruste, acces);termice:
cel mai apropiat de temperatura mediului (!) n exterior (pierderi,
protecie);chimice: fluidul coroziv, toxic, exploziv n interior
(protecie).Agenii termici (apa rece, aburul, aerul, sola, freonii
etc.) filtrai, curai, chimic ineri fiindc au fost tratai special
(apa este dedurizat etc.) exterior!Alegerea schemei de
circulaie
-
n realitate, pentru mbuntirea transferului se practic diverse
scheme mai complexe plus diferite amenajri: aripioare extinderi de
suprafa,fascicul multitubular pachet de evi + plac tubular n manta,
mai multe treceri sau evi n U (curent mixt), icane rezult curgeri n
curent ncruciat (crossflow)etc.Alegerea schemei de circulaie
-
*OUTT Curs 2*Clasificri
-
OUTT Curs 2OUTT Curs 2Schimbtor de cldur cu aripioare
-
Alegerea schemei de circulaiePosibiliti de curire: spaiul dintre
evi i manta este mai greu de curat, de aceea se recomand ca fluidul
mai curat s circule prin spaiul intertubular;
Coroziune: problemele de coroziune i condiiile de puritate a
fluidelor pot impune folosirea unor aliaje scumpe, de aceea este
recomandabil ca fluidele respective s curg prin evi i s se evite
construirea unei mantale din oeluri aliate;
-
Alegerea schemei de circulaiePresiune: fluidele cu presiuni mari
trebuie s circule prin evi, n caz contrar, mantalele solicitate la
presiune ridicat, datorit diametrelor lor vor avea perei groi i
costuri mari;Temperatur: fluidele cu temperaturi mari trebuie s
circule prin evi; temperaturile ridicate reduc eforturile
admisibile n materiale, efectul lor fiind similar efectului
presiunilor mari n stabilirea grosimii pereilor mantalelor; de
asemenea, plasarea fluidului mai cald n manta necesit o izolare
termic suplimentar;
-
Alegerea schemei de circulaieFluidele scumpe sau periculoase
trebuie s circule prin partea cea mai etan a schimbtorului de
cldur, adic prin evi;Debite: fluidul cu debitul mai mic ar trebui s
circule prin manta se evit astfel, construcia aparatului cu mai
multe treceri;Viscozitate, regim de curgere: valoarea criteriului
Reynolds pentru curgerea turbulent prin manta este de aproximativ
200, iar n evi de 10000; cnd curgerea n evi este laminar, ea poate
deveni turbulent n manta;
-
Alegerea schemei de circulaiePierderi de presiune: dac
pierderile de presiune prezint o importan deosebit i trebuie
determinate precis, atunci fluidul respectiv trebuie s circule prin
evi pierderile de presiune prin evi pot fi calculate cu o precizie
mai mare dect pierderile de presiune printre evi;etc. problem de
optimizare complex!
*