26
Determinareanecesarului de frig şi calculul parametrilor Instalaţiei frigorifice 1

Determinarea necesarului de frig

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Determinarea necesarului de frig

Determinareanecesarului de frig şi calculul parametrilor

Instalaţiei frigorifice

2013

1

Page 2: Determinarea necesarului de frig

Cuprins

CAP. 1 TEMA PROIECTULUI …………………………………………………...……..3

CAP. 2 DETERMINAREA NECESARULUI DE FRIG…………………………...…....4

2.1 Suprafaţautilă………………………………….………………………………....4

2.2 Norma de încarcarecuproduse…………………………………………………4

2.3 Cantitatea de căldurăpătrunsădinexterior………………………………...….6

2.4 Structura peretelui ……………………………………………………………....8

2.5 Necesarul de frigpentrurăcireaproduselor……………………………..…....9

2.6 Necesarul de frig pentruventilareaspaţiilor…………………………………...11

2.7 Necesarul de frigpentruacoperireapierderilor din timpulexploatării……...12

2.8 Sarcinafrigorifică………………………………………………………………..12

CAP. 3 CALCULUL PARAMETRILOR INSTALAŢIEI FRIGORIFICE…………...13

3.1 Evoluţiatemperaturiiînvaporizator…………………………………………....13

3.2 Evoluţiatemperaturiiîncondensator…………………………………………..14

3.3 Trasareaciclului de funcţionare al instalaţieifrigorifice………..…………….15

3.4Alegereacomponentelorinstalaţieifrigorifice……………………………….....16

3.4.1 Alegereavaporizatorului…………………………………………….….17

3.4.2 Alegereaseparată a compresoruluişicondensatorului ……………...18

CAP. 4 BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………… 20

2

Page 3: Determinarea necesarului de frig

CAP 1. TEMA PROIECTULUI

Să se determinenecesarul de frigpentruspaţiul TC1, dincadruldepozituluifrigorificprezentatîn figura

1, utilizatpentrucongelareacărnii de porc, la temperatura ti= -270C.

Dimensiunilespaţiuluifrigorificsunt :

lungimea L=14 m

laţimea l= 6 m

înalţimea h= 3,5 m

Se considerătemperaturaexterioară te=30 0C.

Dc3

Dc1 Tc1

l4 Tc2

Dc4

Dc2 Tc3

Tc4

Tc5 DR2

DR1

Tc6

l3

Figura 1.Tunelul de congelare Tc2

3

Page 4: Determinarea necesarului de frig

CAP 2. DETERMINAREA NECESARULUI DE FRIG

Necesarul de frigpentrurăcireaspaţiuluimenţionat se calculeazăpentru un interval de 24 h

folosindrelaţiarezultatădinbilanţultermic:

Q=Q1+Q2+Q3+Q4 [KJ/24 h] (1)

în care :

Q1= cantitatea de caldurăpătrunsădinexterior

Q2= necesarul de frigtehnologic

Q3= necesarul de frigpentruventilarecamere

Q4=necesarul de frigpentruacoperireapierderilordintimpulexploatării

2.1 Suprafaţautilă

Se determinăsuprafaţautilăadepozituluicurelaţia :

Su = Sβ [m2] => Su = 60 [m2]

S – suprafaţageometrică ; S = 84

β – coeficient de valoare ; β = 1,4

2.2 Cantitatea de produsestocate

Cantitatea de produse din spaţiul frigorific se determinăutilizândnorma de încărcarepeunităţile de suprafaţă din tabelul (1);

m = N x Su (3)m = masa de produse

4

Page 5: Determinarea necesarului de frig

N =norma de încărcareîn kg/m2 ; N = 600 kg/m2

Su = suprafaţaefectivă

m = 36.000 = 36 t

Tabelul 1. Norma de încărcarecuprodusepeunitatea de suprafaţă

5

Page 6: Determinarea necesarului de frig

2.3 Cantitatea de caldurăpatrunsădinexterior

Aceastăcantitate de căldură, datoratădiferenţelor de temperaturăşiradiaţieisolare, se determină cu relaţia:

Q1 = 86,4 x ∑i=1

n

ki x Si x ( ∆ti + ∆tr) [kj/24h] (4)

k – coeficient global de schimb de căldură al elementului “ i ”

i – pereţi,tavan,pardoseală; pereţii interior şi exterior au o structurămultistrat;

Figura 2. Structura multistrataunuipereteexterior

6

Page 7: Determinarea necesarului de frig

ʎ - coeficient de conductivitatetermică tencuialăexterioară ʎ1 = 1 W/mxgrd ; δ = 2 cm zidărie din betonexpandat ʎ2 = 0,23 W/mxgrd ; δ2 = 25 cm tencuialăsuport ʎ3 = 1,16 W/mxgrd ; δ3 = 2 cm bariera de vapori ʎ4 = 0,384 W/mxgrd ; δ4 = 3 cm izolaţie din polistiren ʎ5 = 0,04 W/mxgrd ; δ5 = 10 cm tencuială finite ʎ6 = 1,16 W/mxgrd ; δ6 = 2 cm

Figura 3. Structura multistrataunuipereteinterior.

Perete interior

Aceeaşistructurămultistratfărăbarieră de vapori.

Relaţia de calculpentrucoeficientul global de transfer de căldurăeste:

7

Page 8: Determinarea necesarului de frig

K =

1

1ʆe

+ 1ʆ 1

+∑i=1

nδ 1ʎ 1

[grdx m2W

] ,unde:

ʆe – coeficient de transfer termic convective ( pentrusuprafaţadinspremediul exterior a pereţilor).

ʆe = 12 W/m2 pentrusuprafaţadinstpre interior a pereţilor pt. plafon K = 0,21 W/m2

pt.podea K = 0, 49 W/m2

2.4 Structura pereţilor

Si – suprafaţa element de structură (i)

∆ti – diferenţa de temperaturăexterioarăşiinterioarăfaţă de peretelerespectiv

∆ti = 0,7 x ∆ti

∆ti – diferenţa de temperatură la care se găseşteperetelerespectiv ; pentrupereţi exterior, plafoane, acoperiş diferenţa de temperaturăpentrucare se face

calcululeste de ∆t = ∆tc = 30 – ti ( temperaturaexterioară se consideră 30°C) pentrupereţiinteriori, plafoane, pardoseli ceseparădouăspatiifrigorificesimilarecalcululeste ∆t

= 0,4 x ∆tc pentrupereţiinteriori, plafoane, pardoseli care nu comunică ∆t = 0,6 x ∆tc

∆tr – diferenţa de temperaturăceţinecont de influenţaradiaţieisolare care se iaîncalculpentrupereţiiexteriorişiplafoanelecesuntşi a acoperişului.

∆tr = 0 °C pentrupereţiexteriori orientate spre N

∆tr = 5 °C pentrupereţiexteriori E,V,SE,SV

∆tr = 15°C pentrupereţiexteriorispre S

∆tr = 15 °C pt.plafoane,acoperiş,terasă

Q1 =86,4 x { L x h x [0,6 x (30-(-27) + 0] + 2 x l x h x [0,7 x (30-(-27) + 0] + L x h x [0,4 x (30-(-27) + 0] + 14 x 6 x 0,21 x [30-(-24) + 15] + 14 x 3,5 x 0,49 x [0,6 x (30-(-24) + 0] }=>Q1 = 86,4 x { 14 x 3,5 x [0,6 x (30-(-27) + 0] + 2 x 6 x 3,5 x [0,7 x (30-(-27) + 0] + 14 x 3,5 x [0,4 x (30-(-27) + 0] + 14 x 6 x 0,21 x [30-(-24) + 15] + 14 x 3,5 x 0,49 x [0,6 x (30-(-24)+0]

Q1 =86,4 x {1675+1675+1117,2

3,2624 + 1217,16 + 777,924} => Q1 =86,4 x( 1369,789 + 1217,16 +

777,924 )=> Q1 = 3364,873 x 86,4 =>Q1 = 290725,02 [kj/24h]

8

Page 9: Determinarea necesarului de frig

2.5 Necesarul de frigpentrurăcireaproduselor

Necesarul de frigtehnologic se determinăpentrucongelareacărnii de porc :

Q2`= m·[(ii-if)+28,35 ·Δm]în care :

m= cantitatea de produs

ii , if =entalpiiiniţiale respective finale înfunctie de temperaturainiţială aproduselor (tabel 2)(420C)

respectivceafinală (-270C)

9

Page 10: Determinarea necesarului de frig

Tabelul2.Entalpiaspecifică a unorprodusealimentare

Δm = pierderea de masă a produsului= 0,4

10

Page 11: Determinarea necesarului de frig

Tabelul 3.Pierderiîngreutateînprocesul de depozitare a cărnii

Q2` se majoreazăprinînmulţirecu 1,8 ; Q2 = 1,8 · Q2

`.

11

Page 12: Determinarea necesarului de frig

ii =354,5 KJ/kg

if = 232,3 KJ/kg

Δm = 0,4

Q2`= 12000·[(314- 4) +28,35 ·0,3]=3822060kW/24h

2.6 Necesarul de frig pentruventilareaspaţiilor

Prinintroducerea de aerproaspătînspaţiul frigorific se realizeazăunaport de aercald care trebuierăcit.

Necesarul de frig Q3 pentruventilareaspaţiilor este dat de relaţia :

Q3= V ·a · ρi ·(ie-ii ) [KJ/24h]în care :

V= volumulcamerei

a= 4 schimburi de aerpezi

ie, ii = entalpiileaeruluidinexteriorşiinterior

Pentruie se considerăumiditatea de 60 % afară la 30 0C

Pentru iiumiditatearelativă se consideră85% şitemperatura 00C

ρi = densitateaaeruluidininterioruldepozituluicalculatăcurelaţia :

ρi=1 ,01325⋅105

287⋅t i= 1 ,01325⋅100000

287⋅(−27+273,15 )=101 ,325

70 ,645=1 ,43kg /m3

Entalpiile se determinăcudiagramaMoliere.

V= L · l· h= 14·6 ·3,5= 294 m3

ie= 72 KJ/ kg

a= 4

ii = -27 KJ/ kg

Q3 = 294·4 ·1,43 ·[72- (-27)] = 166486KJ/24 h

12

Page 13: Determinarea necesarului de frig

2.7 Necesarul de frig pentruacoperireapierderilor din timpulexploatării

Se calculează cu relaţia “0” pentru a acoperiraportul de caldurăprin :

deschideriiuşilor

personalului

sursele de iluminare

motoarelorelectrice

Se utilizează o relaţieaproximativă :

Q4 = (0,1 …0,4) Q1 undecoeficienţii se alegînfuncţie de suprafaţaspaţiului :

>300 m2coeficientuleste 0,1

150< S< 300 m2 coeficientuleste 0,2

80< S< 150 m2 coeficientuleste 0,3

80< S coeficientuleste 0,4

S= L ·l= 14 ·6 = 84 m2rezulta Q4 = Q1 ·0,2 =290725,02· 0,2 =58145,004 KJ/24 h

Necesarul total de frigpentruincintafrigorificăstudiată este conformrelaţiei (1)

Q = Q1+ Q2 + Q3+ Q4 = KJ/24 h =>Q= 3822060+290725,02+166486+ 58145,004 =4337416,32 KJ/24 h

2.8 Sarcinafrigorifică

13

Page 14: Determinarea necesarului de frig

Se calculeazăconsiderând ca timpul de funcţionare al instalaţieifrigorificepentruspaţiulconsiderat

este 22 h pentruproduselecongelate.

Rezultatul se majoreazăcu 5% pentrua compensa pierderile de caldură de la compresor la

condensator.

Relaţia de calcul este :Φ= Q

τc⋅3600⋅1 ,05=4337416 ,32⋅1 ,05

22⋅3600=57 ,40kW

CAP. 3 CALCULUL PARAMETRILOR INSTALAŢIEI FRIGORIFICE

Răcirea spaţiului frigorific se realizează cu aer, condensatorul instalaţiei frigorifice este răcit

cu apă.

Se cunosc următoarele date preliminare:

exponenţii politropici ai comprimării şi destinderii mc= 1,15 şi md= 1,08

coeficientul spaţiului mort τ = 0,03

3.1 Evoluţia temperaturii în vaporizator

Se considerăcătemperaturaaerului la intrareaînvaporizatorestetemperatura din depozit (figura 4).

Fig. 4. Variaţia temperaturilor în vaporizatorul instalaţiei frigorifice

tai = temperatura aerului la intrarea în vaporizator

14

Page 15: Determinarea necesarului de frig

tai = t i

Δt a0 este 3…5 0C

Δt tot 0 este 4…5,5 0C

Rezultă că temperatura de vaporizare se calculează cu relaţia t0=tai−Δt tot 0

În această etapă se neglijează supraîncălzirea vaporilor în vaporizator (procesul 2-3).

Presiunea p1 corespunzătoare temperaturii de vaporizare t0 se determină cu utilitarul Saturation

Table din Cool Pack.

t0 = -28-8 = -35°C

p1 = 0,734 Bar

3.2 Evoluţia temperaturii în condensator

Se considerătemperaturaaerului la intrareaîncondensator.

Temperatura aerului la intrarea în condensator :

taik=t e= 30 0C

Fig. 5 Evoluţia temperaturii în condensator

Creşterea de temperatură tak este de 5…10 0C, iar diferenţa maximă a temperaturilor în

condensator Δt totk este 10…20 0C .

Rezultă că temperatura de condensare se calculează cu relaţia:

15

Page 16: Determinarea necesarului de frig

t k=taik+Δt totk=30 +12 = 420C (12)

Se neglijează în această etapă procesul de subrăcire 3-4. Cu ajutorul tabelelor de saturaţie din

pachetul Cool Pack se determină presiunea de condensare p2.

p2= 10,720 Bari

3.3 Trasarea ciclului de funcţionare al instalaţiei frigorifice

Se utilizează CoolPack pentrutrasareadiagrameiîncoordonatelelogaritmpresiune-

entalpie.Secalculeazăsau se alegurmătoarele date preliminare .

a) Coeficientul de umplere a compresoruluiînfuncţie de existenţaspaţiului mort:

λ=1−τ [( p2

p1)1/md

−1], în care:

md = 1,08

τ = 0,03

λ=1−0 ,03⋅[(10,720,665 )

1/1,08

−1]=1−0 ,357=0 ,643

b) Temperatura de refulare a vaporilor de agent frigorific din compresor

T ref=T 0⋅( p2

p1)mc−1

mc

, în care:

T0 = 273,15 – 33= 240,15 K

T ref=238 ,5⋅16 ,71201,15-11,15 =240 ,15⋅16 ,120

0,151,15 =240 ,15⋅16,1200,130

T ref=68,830C

c) Folosindpachetul Cool Pack se traseazăciclul de funcţionareintroducând ca date

iniţialetemperatura de vaporizare ,condensare, sarcinafrigorificăşicoeficientul de umplere.

Se considerăcăinstalaţiafrigorifică are schimbătorintern de căldurăşigradul de supraîncălzire a

vaporilorΔTSH = 8K si gradul de subracire a lichidului ΔTSC = 4 K

temperatura de supraîncălzire ΔTSH este 8K, iar temperatura de subrăcire ΔTSC este 4 K.

16

Page 17: Determinarea necesarului de frig

Ciclul de funcţionare al instalaţiei frigorifice este prezentat în Anexa 1.

Anexa. 1. Ciclul de funcţionare al instalaţiei frigorifice

Qe [kW] = 57,50

Qc [kW] = 90,987

m [ k/s] = 0,445

V [m^3/h] = 33,484

W [kW] = 33,484

Volum eficient n_vol = 0,64

3.4 Alegerea componentelor instalaţiei frigorifice Gunter-Bitzer

17

Page 18: Determinarea necesarului de frig

3.4.1 Alegerea vaporizatorului

Pentru alegerea vaporizatorului se utilizează programul Güntner din care se alege utilitarul

pentru acest schimb de căldură introducându-se următoarele date iniţiale prezentate în Anexa 2.

Anexa. 2 Date iniţiale

Date iniţiale:

18

Page 19: Determinarea necesarului de frig

sarcinafrigorifică φ= 57,50 kW

tipulagentului: Rr04a

temperatura de vaporizare to =-350C

temperatura de condensare tk =420C

gradul de subrăcire al lichidului ΔTSC =4 K

gradul de supraîncălzire al vaporilor ΔTSH =8 K

temperaturainterioară ti =-270C

Programuloferă o listăcuschimbătoarele de căldură care îndeplinesccondiţiileimpuse.

Criteriul de alegere este raportuldintredebitul de aerrefulatşivolumulspaţiuluifrigorific care

trebuiesă se încadrezeîntre 150 şi 300 pentrutunelele de congelare. Astfel se alegevaporizatorul S-

GHN 080.2H/37-AHJ50.M avândurmătoriiparametriprezentaţiînAnexa 3.Vaporizatorul.

Anexa. 3 Vaporizatorul

3.4.2 Alegerea compresorului şi a condensatorului

19

Page 20: Determinarea necesarului de frig

Se utilizează programul Bitzer utilitarul CONDENSING UNITS, în care se introduc următoarele

date:

puterea termică la condensator Qc = 90,984

tipulagentuluifrigorificutilizat: Rr04a

temperatura de condensare tk =42 0C

temperatura aerului exterior te = 30 0C

umiditatea relativă a aerului exterior în valoare de 65 %

Se folosesc 4 grupuri compresor – condensator prezentaţi în Anexa 4 .

20

Page 21: Determinarea necesarului de frig

CAP. 4 BIBLIOGRAFIE

1. Porneală S., Calculul depozitelor frigorifice, http://www.termo.utcluj.ro/ufa/ufapdf/ufa07.pdf

2. Prof. dr. ing. MugurBalan, Instalaţiifrigorifice, UniversitateaTehnică din ClujNapoca,

http://www.termo.utcluj.ro/if/if.pdf

3. CoolPack Software, source:

http://en.ipu.dk/Indhold/refrigeration-and-energy-technology/coolpack.aspx

4. Bitzer software, source: http://www.bitzer.de/eng/productservice/software/3

5. Guntner Software, source:

http://217.29.32.151/guntner.us/products/guntner-product-calculator-mpc-selection-software/

21