IZMJENJIVAI TOPLINE RASHLADNIH UREAJA

Da bi se toplota u rashladnom procesu prenijela s nie na viu temperaturu, potrebna su najmanje dva toplotna izmjenjivaa. Jedan od njih omoguuje da se toplota s hlaenog tijela prenese na radnu tvar procesa, a drugi da se toplota od radne tvari preda okoliu.Kod parnih procesa radna tvar mijenja agregatno stanje pri prolasku kroz ove izmjenjivae, pa se radi o isparivau i kondenzatoru.

Promjene temperatura u kondenzatoru i isparivau

Izmijenjena je toplina

gdje je k [W/m2 K] koeficijent prolaza topline, A [m2] povrina izmjenjivaa i Tm srednja temperaturna razlika koja se rauna kao

Temperatura T1 predstavlja kod kondenzatora ulaznu temperaturu medija koji hladi radnu tvar (npr. zrak iz okoline), a kod isparivaa ulaznu temperaturu hlaenog medija (npr. zrak u hladionici).Na te temperature obino nije mogue uticati.

KONDENZATORIKondenzator je dio instalacije za hlaenje u kome se kondenzuje para koju na pritisak kondenzacije sabija kompresor. Tipovi i konstrukcije kondenzatoraPrema nainu hlaenja kondenzatori se mogu podijeliti na:-kondenzatori hlaeni zrakomkondenzatori hlaeni vodomkondenzatori hlaeni zrakom i vodom koja ishlapljuje.Povrine za prijenos topline mogu biti glatke cijevi, orebrene cijevi ili profilirane ploe.

Kondenzatori hlaeni zrakomPrimjena je sve ira zbog sve veih problema s opskrbom vodom. Primjenjuju se za sve veliine rashladnih ureaja.Kondenzator se sastoji od vie redova (2 do 6) orebrenih cijevi. Radi ostvarivanja prisilne cirkulacije, a time i poveanja koeficijenta prijelaza topline na kuite se ugrauju ventilatori.

ematski prikaz kondenzatora a) s horizontalnim b) s vertikalnim strujanjem zraka, 1- ulaz zraka kroz zatitnu reetku; 2-izlaz zraka; 3- ulaz pare radne tvari; 4- izlaz kondenzata radne tvari; 5- ventilator s elektromotorom; 6- oplata kondenzatora; 7-orebrena cijevna sekcija

Radna tvar protie kroz cijevi promjera 6 do 20 mm.Koeficijenti prolaza topline svedeni na vanjsku povrinu kreu se oko k =15 30 [W/m2K].Ugrijavanje zraka T1 = 3 - 10 K, dok je temperatura kondenzacije za T1 = 12 - 18 K via od ulazne temperature zraka.

Ventilatori mogu biti aksijalni i radijalni.

Kondenzatori s aksijalnim ventilatorima i horizontalnim strujanjem zraka a) za vanjsku ugradnju na otvoren prostor b) za vanjsku ugradnju pod nadstrenicu

Kondenzator s aksijalnim ventilatorima i vertikalnim strujanjem zraka.

Kondenzator s radijalnim ventilatorima

Vodom hlaeni kondenzatoriPredstavljaju najekonominije rjeenje ako na raspolaganju stoji dovoljna koliina rashladne vode odgovarajueg kvaliteta i ako dovoenje vode do kondenzatora nije skupo.Kondenzatori s cijevnom zavojnicom u bubnju Rade se za male toplinske uinke (1 do 5 kW) i najjednostavnije rashladne ureaje. Mogue je koritenje topline vode ugrijane u bubnju (npr. potrona voda). Nedostatak je relativno velik pad pritiska radne tvari koja struji kroz cijevnu zavojnicu i mali koeficijent prijelaza topline sa strane vode. Ovaj se koeficijent moe poveati dodavanjem mjealice.

Postoji i varijanta kod koje voda struji kroz cijevnu zavojnicu, a radna tvar se kondenzira na unutarnjoj povrini plata (zrak) i na cijevnoj zavojnici (voda). U tom se sluaju bubanj koristi i kao sabirnik kapljevite radne tvari, ali je oteano ienje unutranje stijenke cijevi od kamenca.

Protustrujni kondenzatori tipa cijev u cijev

Jedna ili vie cijevi manjeg promjera u vanjskoj cijevi veeg promjera. Kroz unutranju cijev ili cijevi struji voda, a oko njih u unutranjosti vanjske cijevi kondenzira radna tvar. Kod viecijevnih kondenzatora poklopci na strani vode trebaju biti demontani radi ienja od vodenog kamenca.Ako se vanjska cijev savije u zavojnicu dobiva se koaksijalni kondenzator sa spiralno savijenom cijevi u cijevi.U unutranjoj cijevi protie voda, a oko nje, u platu vanjske cijevi kondenzira radna tvar.

Protustrujni kondenzatori. 1- ulaz vode; 2-izlaz vode; 3-ulaz pare RT; 4-izlaz kapljevine RT

Vie se elemenata protustrujnih kondenzatora moe meusobno povezati

Protustrujni kondenzator s vie elemenata: 1- ulaz vode; 2-izlaz vode; 3- ulaz pare RT; 4- izlaz pothlaene kapljevine RT; 5- sabirnik kapljevite RT; 6- ispust ulja

Kondenzator s cijevima u platu Grade se u svim veliinama. Radna tvar kondenzira na snopu cijevi, a voda protie kroz cijevi u jednom ili vie prolaza. Uobiajene su izvedbe s ravnim cijevima. Izvedbe su uglavnom horizontalne. Tamo gdje je na raspolaganju mali tlocrtni prostor za smjetaj cijevi mogu biti vertikalne, ali to smanjuje koeficijent prijelaza topline na strani radne tvari. Cijevi, promjera 19 do 25 mm, mogu biti glatke, ali su ee orebrene rebrima niskog profila (0,9 1,5 mm visine) i razmaka 0,64 1,3 mm. esto se poduzimaju mjere za poveanje prijelaza na unutranjoj strani cijevi (zavojnica, rebra i sl.).

Kondenzator s cijevima u platu: 1- ulaz vode; 2-izlaz vode; 3- ulaz pare RT; 4- izlaz kapljevite RT; 5- ispust ulja; 6- prikljuak za sigurnosne ventile; 7- prikljuak za izjednaenje pritiska; 8-prikljuak za manometar, termometar; 9- odvod nekondenzirajuih plinova; 10-ispust vode; 11-odzraivanje

Kondenzatori hlaeni zrakom i vodom koja ishlapljujeOvaj se nain hlaenja koristi u sluaju da na raspolaganju ne stoji dovoljna koliina rashladne vode. Toplina prelazi s radne tvari koja kondenzira u cijevima kondenzatora na vodu za hlaenje koja se raspruje po cijevima ili se slijeva preko njih. Voda predaje toplinu zraku tako da dio vode ishlapljuje oduzimajui toplinu preostaloj vodi. Voda koja se slijeva niz cijevi skuplja se u okapnici odakle se pumpom vraa natrag do sapnica za rasprivanje. Cirkulacija zraka moe biti prirodna (atmosferski kondenzatori; kropni kondenzatori) ili prisilna (evaporativni kondenzatori).

kropni kondenzator: 1- ulaz pare RT; 2- izlaz kapljevine RT; 3-dodavanje svjee nepripremljene vode; 4-recirkulacija vode pumpom; 5- razdjelnik za vodu; 6- sabirnik (okapnica) za vodu; 7- preljev vode

Zbog boljeg hlaenja ovakvi se kondenzatori postavljaju na nezatienim mjestima da bi se osiguralo dobro strujanje zraka. Postavljaju se uglavnom na krovovima objekata. Izrauju se od glatkih cijevi, glomazni su i teki.Danas se rjee koriste, uglavnom u industrijskim postrojenjima koja koriste nepripremljenu optonu vodu. Potrebno je esto ienje cijevi radi rasta algi i taloenja mulja. Radi pristupa u svrhu ienja potrebno je osigurati dovoljan razmak izmeu cijevnih sekcija. Postoje izvedbe s istosmjernim i suprotnosmjernim tokom radne tvari i rashladne vode.

Evaporativni kondenzator kropni kondenzator s prisilnom cirkulacijom zraka

Evaporativni kondenzator: 1- ulaz pare RT; 2- izlaz kapljevine RT; 3-dodavanje pripremljene vode; 4-recirkulacija vode crpkom i rasprivanje preko sapnica; 5- preljev vode; 6- ulaz zraka; 7- izlaz zraka; 8- odvaja kapljica; 9- ventilator; 10-cijevne sekcije (orebrene ili od glatkih cijevi)

U sabirnik za vodu (okapnicu) dodaje se omekana voda, kako bi nadoknadila vodu koja je ishlapila. Koliina ove vode je otprilike 5 15 % od optone koliine vode. Koliina optone vode je 50 100 l/m2 oplakivane povrine kondenzatora. Protok zraka kree se od 100 200 m3/h za 1 kW odvedene topline. Zbog relativno velikih brzina zraka (3-5 m/s) na izlazu se ugrauje eliminator kapljica. Protok zraka moe se ostvariti aksijalnim ventilatorima koji usisavaju zrak, ili radijalnim koji tlae zrak u evaporativni kondenzator. Ovi se kondenzatori koriste uglavnom u industrijskim postrojenjima s amonijakom (R 717).

Optono hlaenje ishlapljivanjem rashladni toranjOvo se hlaenje takoer koristi kada na raspolaganju ne stoji dovoljna koliina svjee vode.Tada se kondenzator (obino s cijevnim snopom u platu) povezuje s rashladnim tornjem. U rashladnom se tornju voda hladi na raun ishlapljivanja dijela vode. Kondenzator je smjeten u strojarnici, dok je rashladni toranj u slobodnoj okolini. Kao i kod evaporativnog kondenzatora potrebno je nadoknaivati vodu koja ishlapi (obino 2 4 % ukupnog protoka kroz toranj). Ispuna tornja slui za stvaranje velike povrine za izmjenu topline i tvari.

Optono hlaenje ishlapljivanjem: 1- ulaz pare RT; 2-izlaz kapljevine RT; 3- ispust ulja; 4- ulaz hladne vode; 5- izlaz tople vode; 6- sapnice za rasprivanje vode; 7- ulazokolinjeg zraka; 8- izlaz zasienog zraka; 9- dodavanje svjee vode; 10-ispuna tornja; 11- odvaja kapljica

Rashladni tornjevi s aksijalnim ventilatorima

Osnovni proraun kondenzatoraU prvom koraku prorauna potrebno je opredijeliti se za odreeni tip kondenzatora, vodei rauna o ekonominosti.Izbor se obavlja na osnovu:osobina pare koja se kondenzuje,koliina pare za kondenzaciju,karakteristika kondenzata,uslova rada (temperatura, pritisak, agresivnost fluida),krajnjeg efekta koji se eli postii (sa ili bez pothlaivanja, kondenzacija radi preiavanja gasova) i dr.

Kod proraunavanja odreenog tipa kondenzatora definiu se sljedei elementi:srednji koeficijent prelaza i prolaza topline,srednja logaritamska temperaturna razlika izmeu fluida,veliina povrine za razmjenu topline ipadovi pritiska u kondenzatoru, u ukupnom cjevovodu, sa strane oba fluida.Za praktine proraune pri brzinama pare < 10 m/s mogu se korisititi sljedee jednaine za odreivanje srednje vrijednosti koeficijenata prelaenja topline pri filmskoj kondenzaciji:

Kondenzacija pare na vertikalnom ravnom zidu ili oko cijevi:

Kondenzacija pare oko horizontalne cijevi:

gdje su:r(J/kg) latentna toplota kondenzacije (za temp. zasiene pare tp),(W/mK)- koeficijent toplotne provodljivosti filma kondenzata,(kg/m3) gustina filma kondenzata,(m2/s) kinematska viskoznost filma kondenzata,H(m) visina vertikalnog zida ili cijevi,d(m) spoljanji prenik cijevitp (K) i tz (K) temperatura zasiene pare i temperatura povrine zida.

Na razmjenu topline pri kondenzaciji pare utie brzina pare (poveavanjem brzine smanjuje se debljina sloja, a koef. prelaenja topline se poveava), stanje povrine (zaprljana povrina u odnosu na istu i glatku smanjuje koeficijent i do 30 %), primjese razliitih gasova (gas i zrak ne kondenziraju, pa na povrini stvaraju sloj kroz koji molekule prolaze samo difuzijom; 1% zraka u pari smanjuje i do 40 %). Ako se para kondenzuje na spoljanjoj strani cijevi situacija je jo izraajnija.Srednje logaritamske temperaturne razlike raunaju se kao i za svaki drugi izmjenjiva topline.

Za priblian proraun kondenzatora polazni podatak je ukupna koliina topline Q oduzeta odreenoj koliini pare:Q = Q`+Q``+Q```Q` - toplota koja se oduzme pregrijanoj pari pri temperaturi tpp na odreenom pritisku,Q``- toplota kondenzacije na temperaturi zasienja tpn iQ``` - toplota hlaenja kondenzata do krajnje granice tkk.Temperature tpp, tpn i tkk odreene su projektnim uslovima.Uz pretpostavku da treba kondenzovati Dp(kg/s) pregrijane pare temperature tpp, do temperature tpn, a zatim kondenzat ohladiti do temperature tkk, to se moe posmatrati kroz tri faze ( kao na slici):

slika

Faza hlaenja pp do zasienja, uz oduzimanje topline:Q`=Dpcv(tpp tpn)2. Faza kondenzacije sa oduzimanjem topline:Q``=Dpr3. Faza kondenzacije (hlaenje kondenzata) sa oduzimanjem topline:Q```=Dpcv(tpn tkk)

Koliina topline koju primi voda za hlaenje je:Q = Q`+Q``+Q```=Gcv(tvk tvp), gdje je G (kg/h) protok rashladne vode ulazne temperature tvp, a izlazne tvk.Vrijednosti za tvp odreene su projektom, a tvk i G se izraunavaju.Ovako podijeljen proces kondenzacije u tri faze je idealizovan, jer se u aparatima sve tri faze odigravaju istovremeno.Razmjena topline se odvija na ukupnoj povrini:

gdje su t(K) srednja logaritamska razlika odgovarajuih temperatura oba fluida, k (W/m2K) odgovarajui koeficijent prolaza topline.

Da bi se obavio proraun potrebno je odrediti temperature vode tv1i tv2, preko toplotnog bilansa vode na poetku i na kraju procesa:Q`=Gcv(tvk tv2)Q```= Gcv(tv1 tvp)

Koliina vode G odreuje se i toplotnog bilansa: