Procese complexe de tarnsfer de caldura

CUPRINSCap. 1ELEMENTE CARACATERISTICE ALE PROCESELOR TERMICE INDUSTRIALE1.1 Starea. Mrimi de stare1.2 Transformarea1.3 ProcesCap. 2PROCESE COMPLEXE DE TRANSFER DE CLDUR2.1 Moduri de transfer de cldur2.1.1 Conducia termic2.1.2 Radiaia termic2.1.3 Convecia termic2.2 Coeficientul global de transfer termic de cldura2.3 Mrimi i relaii la calculul transferului de cldur n regim constant ntre 2 fluide prin perei despritorifr surs interioar de cldur2.4 Intensificarea transferului de cldur n procesele termiceCap. 3SCHIMBTOARE DE CLDUR3.1 Noiuni de baz3.2 Clasificarea schimbtoarelor de cldur3.3 Calculul termic al SC3.3.1 Calculul de proiectare3.3.2 SC recuperativ in echicurent si contracurent fara schimbarea starii de agregare a agentilor termici3.3.3 Calculul termic de verificare a SC3.3.4 Schimbtoare de cldur recuperative cu circulaie mixt sau ncruciat fr schimbarea strii de agregarea agenilor termici3.3.5 Schimbtoare de cldur recuperative cu schimbarea strii de agregare a agenilor termici3.3.6 Schimbtoare de cldur cu amestec fr schimbarea strii de agregare a agenilor termici3.3.7 SC cu amestec, fara schimbarea starii de agregare a agentilor termici3.3.8 SC cu amestec cu schimbarea starii de agregare a agentilor termiciCap 4RECUPERATOARE DE CALDURA4.1 Definitii, clasificare, consideratii generale4.2 Recuperatoare cu evi netede din oel4.3 Recuperatoare cu proeminene aciculare4.4 Recuperatoare cu plci4.5 Recuperatoare termobloc4.6 Calculul termic al recuperatoarelorCap. 5REGENERATOARE DE CLDURCap. 6PROCESE I INSTALAII TERMICE INDUSTRIALE DE USCARE6.1 Generalitai6.2 Instalaii de uscare cu aer i gaze de ardere cu circulaie simpl6.3 Instalaia de uscare n circuit deschis cu surs suplimentar de cldurn camera de uscare6.4 Instalaie de uscare cu recirculare6.5 Instalaia de uscare n circuit nchis6.6 Instalaie de uscare n circuit inchis cu surs suplimentar de cldur inclusiv rcitor6.7 Instalatie de uscare cu tambur

- Procese i instalaii termice industriale -

- CURS 1 - Cap. 1 ELEMENTE CARACATERISTICE ALE PROCESELOR TERMICE INDUSTRIALE

1.1 Starea. Mrimi de stare

Pentru a caracteriza un sistem, se iau n considerare o serie de mrimi fizice care s reflecte nsuirile principale ale structurii lui. Suma acestor mrimi la un moment dat definete starea sistemului, denumite n literatura de specialitate mrimi de stare ori parametrii de stare. Aceste mrimi de stare au proprietatea de a fi independente ntre ele, fapt pentru care se numesc i mrimi fundamentale sau primare. n urma unor reacii funcionale specifice unui sistem, se obin alte mrimi care se numesc mrimi secundare sau derivate. Studiul oricrui sistem trebuie s nceap cu stabilirea variabilelor care s determine starea sistemului. Trebuie acordat o importan deosebit asupra seleciei parametrilor de stare astfel nct s nu se ajung n situaia cnd nu pot fi determinai n totalitate. Parametrii care descriu starea unui sistem pot fi intensivi sau extensivi. n primul caz, parametrii de stare nu depind de dimensiunile sistemului, n timp ce, n alt doilea caz, parametrii de stare au valori proporionale cu dimensiunile acestuia. Orice schimbare a strii unui sistem se caracterizeaz prin starea iniial, starea final i strile intermediare.

1.2 Transformarea

Orice schimbare a strii unui sistem se numete transformare. Strile intemediare prin care trece sistemul n cursul unei transformri este o stare de neechilibru care uneori nu poate fi controlat. O transformare real este o transformare de neechilibru din punct de vedere practic. Atunci cnd proprietile sistemului nu variz n timp, iar condiiile n care este plasat sistemul nu vaziaz nici ele n timp, se spune c sistemul este caracterizat printr-o stare de echilibru. Starea de echilibru apare ca un caz limit al transformrii de neechilibru, atunci cnd viteza de variaie a mrimilor de stare tinde ctre zero. Transformrile de echilibru, care presupun trecerea sistemului n mod succesiv prin stri de echilibru, se numesc transformri reversibile. Atunci cnd sistemul trece n mod succesiv prin stri de neechilibru, rezult c sistemul a trecut prin transformri ireversibile. n natur cat i n tehnic nu exist transformri reversibile. n tiin, au fost preferate ntotdeauna strile i transformrile de echilibru, datorit accesibilitii lor. Analiza sistemelor i implicit a instalaiilor termice se poate face printr-un studiu static, adic a strilor de echilibru i mai nou se face printr-un studiu dinamic, adic a strilor de neechilibru.


1.3 Proces

Toate transformrile n ansamblu pe care le realizeaz un sistem ntr-un interval de timp dat, constituie un proces. Ca i transformrile, procesele pot fi reversibile i ireversibile. Primul caz se refer la procesele ideale, procese luate ca modele simplificatoare ale proceselor reale, care sunt ireversibile. n funcie de natura cauzelor care le produc, ireversibilitile pot fi interne sau externe. Ireversibilitile interne sunt intrinseci proceselor care se desfaoar n cadrul sistemelor i a structurii lor funcionale. Ireversibilitile se datoresc urmatoarelor cauze:

Frecarea care se manifest n toate procesele termice i care determin o reducere a cmpului de presiuni pentru agentul termic sau n cazul proceselor mecanice de contact;

Diferena finit de temperatur care se manifest n mod special n cazul proceselor de transfer termic n echipamentele instalaiilor termice;

Amestecarea unor gaze de compoziie diferit, n cazul motoarelor cu ardere intern sau a unor instalaii energetice;

Arderea combustibilului, un proces esenial n funcionarea cazanelor de ap cald sau abur.

Ireversibilitile externe se manifest n cazul interaciunii dintre sistem i mediul ambiant, influennd prin aceasta n mod indirect, calitatea procesului realizat de ctre sistem. Principala cauz de producere a acestor ireversibiliti o constituie diferena finit de temperatur i presiune care caracterizeaz procesul de transfer de caldur i respectiv, de schimb de lucru mecanic cu mediul ambiant. Raportate la timp, procesele pot fi staionare sau nestaionare, iar analiza lor se poate face n regim static sau n regim dinamic. n primul caz, relaiile de calcul prin care se modeleaz desfurarea unui proces nu conin variabile de timp i este un caz limit a proceselor nestaionare, atunci cnd viteza de variaie a parametrilor de stare este mic.


- CURS 2 - Cap. 2 PROCESE COMPLEXE DE TRANSFER DE CLDUR

2.1 Moduri de transfer de cldur Transferul de cldur reprezint schimbul de energie termic ntre 2 corpuri, 2 fluide, 2 puncte ca rezultat a unei diferene de temperatur ntre acestea. Transferul de cldur respect legile de baz ale termodinamicii cum ar fi: Legea I care exprim principiul conservrii energiei i Legea a II-a care d sensul natural al curgerii cldurii ntotdeauna de la sursa cu temperatura mai mare catre sursa cu temperatura mai mic. Transferul de cldur se face n trei moduri distincte:

- Conducie - Convecie - Radiaie

Conducia i radiaia reprezint procese de schimbare de cldur datorit unei diferene de temperatur. Convecia este un proces mai complicat, care pe lang un proces de cldur, implic i transferul de mas.

2.1.1 Conducia termic Conducia termic reprezint transferul direct de cldur n interiorul aceluiai corp material lipsit de micri aparente n masa cruia exist diferene de temperatur sau n corpuri definite atunci cand ntre acestea exist contact intim i diferene de temperatur. Transferul de cldur prin conducie are loc astfel:

a) La corpurile solide (metale, materiale ceramice de construcii i termoizolante) prin difuzia electronilor liberi;

b) La corpurile fluide (lichide i gazoase) prin ciocniri elastice din aproape n aproape ntre molecule sau atomi, poziia reciproc a acestora rmnnd aceeai n spaiu.

2.1.2 Radiaia termic Radiaia termic este procesul prin care cldura este transformat de la un corp cu temperatura mai mare la un corp cu temperatura mai mic, corpurile fiind separate n spaiu.

Schimbul de cldur prin radiaie se datoreaz naturii electromagnetice a energiei transferate sub form de cuante de energie i se realizeaz de la distan fr contact ntre corpuri.

2.1.3 Convecia termic Convecia termic reprezint procesul de transfer termic de cldur prin aciunea combinat a conduciei termice, a acumulrii de energie termic i a micrii de amestec. Convecia este cel mai important proces de transfer de cldur ntre o suprafa solid i un fluid (lichid sau gaz) ntre care exist contact direct.


Transferul de cldur prin convecie are loc n cteva etape. Transferul de cldur de la un perete mai cald la un fluid mai rece, de la suprafaa peretelui la particulele de fluid adiacente acesteia. Energia termic astfel trasferat mrete temperatura i energia intern a acestor particule de fluid. Aceste procese se desfoare n stratul de fluid de lng perete, denumit strat limit. n continuare, aceste particule cu energie mai mare de deplaseaz ctre regiuni cu temperatura mai scazut unde prin amestesc cu alte particule transmit o parte din energia lor. Convecia este deci un proces de transfer de energie, mas i impuls. Energia este nmagazinat n particulele de fluid i transportate ca rezultat al micrii acestora. Procesele industriale de transfer de cldur sunt procese complexe n care apar simultan 2-3 din modurile fundamentale de schimb de cldur.

2.2 Coeficientul global de transfer termic de cldur Majoritatea cazurilor practice de schimb de cldur ntre dou fluide implic un perete despritor astfel ncat transferul de cldur se realizeaz prin aciunea combinat a conduciei, conveciei si radiaiei.

n practic apar 2 cazuri distincte de procese de schimb de cldur: a) Procese de schimb de cldur la temperaturi ridicate, unde intervin conducia, convecia i

radiaia. Ex: Cuptoare, cazane de abur, etc.

b) Procese de schimb de cldur la temperaturi normale coborte unde radiaia poate fi neglijat.

Ex: Vaporizatoare, condensatoare, schimbtoare de cldur n domeniul frigorific. Schimbul de cldur ntre 2 fluide printr-un perete despritor are loc astfel:

a) De la fluid la perete sau invers prin convecie sau eventual prin radiaie b) Prin perete prin conducie

Pentru a lua n considerare ntregul schimb de cldur se definete un coeficent global de schimb de cldur. Cu ajutorul acestui coeficient global de schimb de cldur pentru un perete plan, respectic cilindric, se poate scrie ecuaia debitului/fluxului de cldur schimbat ntre cele dou fluide astfel:

= (1 2) [] = (1 2) []

n aceste dou relaii: S suprafaa peretelui plan ks [W/mK] L lungimea peretelui cilinidric [m] t1 temperatura fluidului cald t2 temperatura fluidului mai rece


k reprezint inversul rezistenei termice totale la transfer de cldur printr-un perete plan sau perete cilindric.

= 1, ; = 1,

Schimbul de cldur dintre fluid i perete se desfaoar n dou feluri: - Prin convecie - Prin convecie i radiaie

n al 2-lea caz, = +

= 0 1004 1004 2

e factorul de emisie al peretelui C0 coeficient de radiaie al corpului negru Tf, tf temperatura fluidului [K,C] Tp, tp temperatura peretelui [K,C]

2.3 Mrimi i relaii la calculul transferului de cldur n regim constant ntre 2 fluide prin perei despritori fr surs interioar de cldur


Rezistena termic de conducie: - Pentru peretele plan:

1 = 11 ; 2 = 22 2 - Pentru peretele cilindric:

1 = 12 1 ln21 ; 2 = 12 2 ln32 2

Rezistena termic de convecie: Depunerile lor prin natura fizico-chimic sunt fenomene complexe care depind de procesul de transmitere a cldurii, condiii de funcionare, materialele pereilor i structura suprafeei de schimb de cldur i de concepia aparatului, a schimbtorului de cldur.


Din punct de vedere al transmiterii de cldur reprezint rezistene termice suplimentare prin conducie nseriate cu rezistena termic a peretelui metalic. Rezistena termic a depunerilor metalice:

, = 2

n aceast relaie: d grosimea depunerilor metalice [m] d 0,5 2 [W/mK]

Acest coeficient de conductibilitate d a fost stabilit pe baza datelor experimentale. n mod practic, considerarea rezistenie termice a depunerilor s-a facut pe baza unor valor determinate practic prin experimentri. n manualele de specialitate se arat i se trateaz valorile lui Rs,d pentru unele fluide, schimbtoare de cldur i condiiile de funcionare.

Rezistena termic a depunerilor: - Pentru peretele plan:

, 1 = 11 ; , 2 = 22 2 - Pentru peretele cilindric:

, = 1 + ,1 + ,1 + ,2 + 2

Coeficientul global de schimb de cldur: - Pentru peretele plan:

= 1, 2 - Pentru peretele cilindric:

= 1, 2 Fluxul termic specific:

- Pentru peretele plan: = = (1 2) = (1 2), 2

- Pentru peretele cilindric: = = (1 2) = (1 2),


Debitul fluxului de cldur:

- Pentru peretele plan: = = = (1 2) []

- Pentru peretele cilindric: = = = (1 2) []

coeficient de conductibilitate termic [W/mK] grosimea stratului de material [m] d diametrul peretelui cilindric [m] L lungimea peretelui cilindric [m] S suprafaa de schimb de cldur [m2] t si t temperatura i diferena de temperatur [K/C]


- CURS 3 -

2.4 Intensificarea transferului de cldur n procesele termice

Mrirea debitului de cldur transferat pe suprafaa unui perete unui fluid adiacent se realizeaz practic prin mrirea suprafeei de contact cu fluidul. Mrirea debitului de cldur se realizeaz prin extinderea suprafeei de schimb de cldur a peretelui prin nervuri de diferite forme, cum ar fi:

a) Cu seciune transversal constant, adic cu nervuri drepte longitudinale, cilindrice sau aciculare.

b) Cu seciune transversal variabil, nervuri cilindrice transversale, elicoidale, triunghiulare, parabolice, etc.

Pentru calculul debitului de cldur prin suprafeele extinse cu nervuri, se utilizeaz relaii de calcul n care intervin nite relaii criteriale. n literatura de specialitate se gsesc aceste relaii de calcul care sunt n general semiempirice. n practic, n construcia schimbtoarelor de cldur, pentru intensificarea schimbului de cldur i reducerea gabaritului acestora, se utilizeaz evi nervurate. Acestea pot fi cu nervuri exterioare asemntoare cu filetul unui urub, iar cu nervuri interioare n lungul evii sau evi cu nervuri stelate n seciune. La transferul de cldur de la un fluid la gaze sau aer, se folosesc schimbtoare de cldur cu suprafa extins pe partea de gaz sau aer special pentru a intensifica schimbul termic.

Cap. 3 SCHIMBTOARE DE CLDUR

3.1 Noiuni de baz

Schimbtoarele de cldur sunt aparate destinate transferului de cldur de la unii ageni termici la ali ageni termici. n schimbtoarele de cldur se pot desfura diverse procese termice cum ar fi: variaia temperaturii, vaporizare, condensare, topire, solidificare sau chiar procese termice combinate, mult mai complexe. Aceste aparate pot funciona n instalaiile industriale ca organe principale cnd reprezint pri componente ale unor procese tehnologice sau ale unor procese exclusiv termice sau ca organe secundare introduse n instalaii din motive de economie de cldur sau de substan.

Mediile sau fluidele purttoare de cldur ntre care se realizeaz transferul de cldur poart numele de ageni termici.

La un schimbtor de cldur se deosebesc: agentul termic primar (cald) reprezentat de fluidul cu temperatura mai ridicat i agentul sau agenii termici secundari (reci) reprezentai de fluide cu temperatura mai coborat.


Caracteristicile fizice ale agenilor termici determin intensitatea schimbului de cldur, compactitatea, fiabilitatea, sigurana n exploatare i economicitatea n exploatare a schimbtoarelor de cldur.

n vederea realizrii unui schimb de cldur ct mai intens i deci a unor aparate ct mai compacte, agenii termici trebuie s aib urmtorii parametrii: greutate specific mare, cldur specific ridicat, vscozitate mic, cldur latent de vaporizare mare, s nu formeze depuneri pe suprafeele de schimb de cldur i s fie stabili din punct de vedere termic.

Agenii termici cei mai frecvent folosii sunt: apa, aburul, gazele de ardere, agenii frigorifici, aerul, apa, uleiul, etc.

Alegerea agenilor termici se face pe baza unui studiu n care se are n vedere pe lang condiiile specifice impuse de procesul tehnologic n care este implementat schimbtorul de cldur i avantajele sau dezavantajele pe care le presupune utilizarea unuia sau altuia dintre agenii termici disponibili n fiecare caz n parte.

3.2 Clasificarea schimbtoarelor de cldur

Clasificarea schimbtoarelor de cldur se face dup diverse criterii:

a) Dup modul de transmitere a cldurii:

- Schimbtoare de cldur de suprafa sau recuperative la care transferul de cldur de la agentul primar la cel secundar se realizeaz prin intermediul unui perete despritor cu conductivitate termic ridicat, innd cont c procesul de recuperare al cldurii cedate de agentul termic primar este continuu, aceste schimbtoare de cldur se mai numesc i recuperative;

- Schimbtoare de cldur regenerative la care agenii termici trec succesiv prin aparat. Agentul termic primar, cnd trece prin schimbtor cedeaz o cantitate de cldur umpluturii metalice a acestuia, iar apoi cnd trece agentul secundar acesta preia acea cantitate de cldur cedat de agentul primar;

- Schimbtoare de cldur de amestec n care transferul de cldur se realizeaz prin amestecarea celor doi ageni termici, primar i secundar.

b) Dup regimul de lucru al aparatului: - Schimbtoare de cldur n regim staionar cu funcionare continu, cum ar fi

recuperatoare cu sau fr amestecul agenilor termici; - Schimbtoare de cldur n regim nestaionar cu aciune discontinu. Din aceast grup

fac parte schimbtoarele de cldur de tip regenerativ precum i cele de tip cu acumulare de cldur.


c) Dup transformrile fizice sau chimice ale agenilor termici:

- Schimbtoare de cldur fr schimbarea strii de agregare a agenilor termici la trecere prin

aparat; - Schimbtoare de cldur cu schimbarea strii de agregare a unuia sau a ambilor ageni

termici la trecerea prin aparat ca exemplu elocvent sunt condensatoarele i vaporizatoarele instalaiilor frigorifice;

- Schimbtoare de cldur n care agenii termici sufer transformri chimice la trecerea prin aparat.

d) Dup schema de curgere a agenilor termici: - Schimbtoare de cldur n echicurent n care agenii termici curg n aceeai direcie i

sens; - Schimbtoare de cldur n contracurent n care agenii termici au aceeai direcie dar

sensuri opuse de curgere; - Schimbtoare de cldur n curent ncruciat n care unul din agenii termici curge

perpendicular pe direcia de curgere a celuilalt; - Schimbtoare de cldur n curent mixt n care unul din agenii termici ii schimb de mai

multe ori direcia i sensul de curgere fa de cellalt agent.


n aceste scheme, indicele 1 este pentru agentul primar, indicele 2 este pentru agentul secundar, indicele prim este pentru intrarea fluidului n schimbtorul de cldur, iar indicele secund este pentru ieirea fluidului din schimbtorul de cldur.

e) Dup numrul de treceri ale agenilor termici: - Schimbtoare de cldur cu o singur trecere; - Schimbtoare de cldur cu mai multe treceri n care unul sau ambii ageni termici sunt

obligai prin perei despritori (icane), prin perei despritori longitudinali sau transversali fa de axa aparatului s-si schimbe succesiv sensul de micare. Se recomand numr par de treceri (2; 4; 6; 8; 10; 12)

f) Dup materialul de construcie folosit: - Schimbtoare de cldur metalice; - Schimbtoare de cldur ceramice.

g) Dup poziia aparatului:

- Schimbtoare de cldur verticale - Schimbtoare de cldur orizontale

h) Dup configuraia suprafeei de schimb de cldur:

- Schimbtoare de cldur cu evi tubulare sau multitubulare; - Schimbtoare de cldur cu plci; - Schimbtoare de cldur cu suprafaa extins (cu aripioare sau cu nervuri); - Schimbtoare de cldur cu serpentine sau evi n spiral.

i) Dup modul de preluare a dilataiilor termice:

- Schimbtoare de cldur rigide Schimbtoarele de cldur multitubulare ( vaporizatoare

sau condensatoare pt chillere) care nu permit compensarea dilatrii termice a elementelor ce le compun;

- Schimbtoare de cldur semielastice care permit o compensare parial a dilatrii; - Schimbtoare de cldur elastice care permit compensarea total a dilatrilor termice.

j) Dup modul de asamblare:

- Schimbtoare de cldur formate dintr-un singur element; - Schimbtoare de cldur formate din mai multe elemente modulate asamblate ntre ele.


k) Dup destinaia aparatului: - Prenclzitoare destinate prenclzirii diferitelor medii lichide sau gazoase; - Condensatoare destinate condensrii vaporilor diverselor substane; - Vaporizatoare destinate vaporizrii diverselor substane; - Rcitoare destinate rcirii gazelor sau lichidelor; - nclzitoare destinate nclzirii diferitelor medii lichide sau gazoase.

14 . 03. Qot3 . Pi-rt ar&^ 4.t"b. adeuLr& -lrn_er.uq aC .^,r,Anrr.tgerteoholo.. d{ N.&l,r.[

q>,r.uol) ar.^ e-n e4$"- SC eA qrn"o,*q , P. +m&{rhuhN' 4r sq k( f* (*"" & +qluhr\ & &!a"a.^!r&rtnuicr :o Q*&crrl ar U"rn ctoxr , crruoo#,

JS*"*lqsj,t

-&

tNurr\- A. .u.f truku ib. qrn^[eft tu]*rrry r c.[el$r,l!Xircfurq:.q.. rauuuSf'onrA- q' &,th 4h,',"^ - Jr

"^tfi""f- ds rrultito n-c. & ts f '( t^o^+ &\nurre-\ '.

dQ.: -\".pn,dtr :

r .a.c . a{ *r..q t+,* ^r4^ &dq:_ k"d,scdr-t)

t\rtn-t ,for, dgbrt&& ryqocrl,cr

"0r.tq1"l

xs}e\larL a-vX( lrt'\-hrq+n & &crt6

"P,, tp. -tr aflrc$'"" 'n;r-- 4u'tr'luz^r ffi&- 7+ &rn"u.rrcr L*t+ /r,J.$*tt ., At,

-

r,rraltt\olgo^

Ae.c-ru^&ohr' 0\nJq\t-r114lx$rr>uii :T. 0\rt,.{,c$^{'o\^

"qrn - 'l* t*P*5YNnf

.t.{S.

dt, -) Q, &oalqc-q ,er( c$\;4\d{Af, a-s &1.Uu.-rU

6t.,t* c^ry 6,r.r.,-'c+sê-an{ ft-,t^f ,.\^ \Jr-"t-" ds^k.Ar ^.1t""+- JS-K oufflex,rr$ dr*rr d{ AanufL frrcru-r-c'q- ('e"l,rt^t*, c{r

qdnd^^^", ) L\,)/*Er"],dQ = 4L6ft,r! 7 $-Uxv.! ,&&rudeA & cng&^,r f w iAu,J .to .,t, *-T- T, U,** , wcuuo[or. L tt u

ncJ,

*) lnchS+n"a ad, A ',Q :" - rd., . opr. ( g,' _ t, ) : .,,., " -fr, tLrrLw j awJ,a= K-S.at.'".- twiawJ.

t)

tt ,t)! ,-y *f &ruN,.L f..*urh- Qa inrlnol"re , eq,ooq&'n.- s.X _& od.*u6(s$L tn I "cl ,

tl ., tl ,--f oF, &n-rx-ic a,qr,\^dq^ qs- /\dt4c\.!q t%fu\dr',,,.,, Sc Lr;"c).

ats.\ -

dry"ô^+ 4r fu?' '>t^vdti -b7at-Yllrrrtd I (t) ,S- ,*t^^f .& G-^.aJ aûx"r-r,td- aL SC L*T,

*) qc- & BT ^- lloe rlchte-:Q-bwq.(t,"-tl )- w{(tJ, -tj) Lw,Au/]

W I ) \A}z - *êla^vu0r,trftuJt*eptr AoLr tlpste &uCuf o og-&vu,^r yt*,we , aw)/wd.$_ Lwlrc,,dut/t

At."r,. -) 4"^+a & *rh-I Sc ) ncl^rurq- A^ ""tS^

o- ede^ 9, oq , t)L,urr'crtJ

9 Sc h!-c.*-tu-&r ln,.. .ec,Ur-eÂlî* :^' qsdLt[euî^,.to.l"Aurho}t!.*A "*d\i' &

a+puerert frn-u)^t-l

dd: K( t,-t.).Js :--rnrL4..Fq.dtrI ldar +, =-

t *.'yr-- dq

S

I

S+4s

do. y!

-)

Urrn.^t

I

II

I

I

t

*4-

+ i\r\ )*I . dq F - T , srar-rr\c- r,alr^^do^' , ee^,'t^u,t Qofu P "crr'crzu,trt ra)'| E f co*S'\a-cuasrA '

-,:::1,- e"(tr-t') tt t) otswl: tr.- T,at

J &(q-t )[' ("q-t, E_ FG,(fr:L t) _li.o

at'o0

- atu.r,ox

-- at-u^iy.l-

-> co/a1tour.-q,,.rt I

,""ffi : k't'(fr +fu),!rr*, At*rrroo :_ K.s t _t_ * -( \Afrrruin- tW{ Nz)

*)tr,h,

Ceuta.,oAU.,tlUA :

+/ -

tJ',+;'-tl

{ru atrnqv

Atuo* 1Z4t u*r,.n

tJ^ifAN' At.rrt ?-Aturo.r" r' AL urivt

e_,

3) Ql,[uou-L trran.u c- d{ t'oolU o* SC

L.,"1.

oP,, \-' f\.lrq ) m3u \ilt r \lt/{ -qc7^^,\,^o.-0ur+uA A.y\ W AaL\ "y*"f.[& o qs0.srr.qd

o- c^1'..- e. .gr"ii.' ftnrt,rrtcr' "t"hn- U t;lw

-> t.

+ t."-tJ' :e-+(,* b){.J -

tjc a^s'Ctno- e!.ltc,r'e :

r r_tJ,l,nt- -{tl''-tl

4 +J\-u:. K's (fr

-k.S tn Wlfe- *, ('r "/r)rl tJ

q =- -

wr ( +,,'-{l ) - wz Ltr,'_ q)tl'-tl : !,- tq'-q)w1J-*i' = 'tl L.(q',- rt).{w4L +J' =q\ -+ l!_ (rl _ r,,,)\r.'

>+rgrr"nfu t" , qt, ,.,ru 1 ryT* trr{A orooc,r,hftuf oa*f cU o'^.otrnvt art.e. L>


- CURS 5 -

3.3.4 Schimbtoare de cldur recuperative cu circulaie mixt sau ncruciat fr schimbarea strii de agregare a agenilor termici

n cazul circulaiei ncruciate sau mixte, temperatura de ieire att a agentului termic primar ct i a celui secundar nu mai are o valoare mic 1

",respectiv 2", ci vor avea o temperatur medie a celor dou fluxuri de cdur, adic 1", 2". Diagramele de circulaie a fluxului de cldur ct i a celor de calcul se reprezint astfel:

Soluia analitic de calcul a schimbului de cldur pentru curent ncruciat sau curent mixt fiind greoaie de aplicat, se recurge la o metod simplificat pe baz de similitudine care pornete de la valori


medii ale agenilor termici pe ntreaga seciune de ieire a suprafeei schimbtorului de cldur. Se cunosc relaiile schimbului global al fluxurilor termice astfel:

=

= 1 (1 1) = 2 (2 2) 1 21 2

= 1 (1 2) 1 11 2 = 2 (1 2) 2 21 2

= tmc diferena de temperatur medie logaritmic n cazul curgerii n contracurent

= 1 (1 2) = 2 (1 2)

=

= = t factor de convecie

= 2 21 2

= 1 11 2

1 (1 1) = 2 (2 2)

Valoarea lui W este legat de valoarea lui P, prin relaia:

2 = 1


n unele manuale este o relaie = (;). Valorile lui t, sau F, sunt determinate pe baz analitic sau experimental fiind trasate n diagrame pentru scheme de curgere. n cazul calculului de proiectare, trebuie s se determine suprafaa de schimb de cldur cu relaia: =

n cazul calculelor de verificare, trebuie verificat fluxul de cldur cu relaia:

= 3.3.5 Schimbtoare de cldur recuperative cu schimbarea strii de agregare a agenilor

termici n cazul schimbrii strii de agregare a agenilor termici cum ar fi: abur care condenseaz, agent frigorific care condenseaz, ap care fierbe, sau agent frigorific ce se vaporizeaz, diferena de temperatur medie logaritmic este aceeai att pentru curgerea n echicurent ct i n contracurent.


Pentru echicurent (e) i contracurent (c) se poate scrie relaia:

= = max minlnmaxmin = max minlnmaxmin Deoarece: tmax e = tmax c

tmin e = tmin c

n cazul n care ambii ageni termici ii schimb starea de agregare, calculul suprafeei de schimb de cldur se face pe poriuni cu diferene medii logaritmice de temperaturi corespunztoare. Coeficienii termici globali se determin cu ajutorul relaiilor criteriale stabilite pe baz experimental i muli dintre ei se gsesc n manualele cursului de termotehnic, capitolul Transmisia cldurii i n manualele de schimbtoare de cldur.

3.3.6 Schimbtoare de cldur cu amestec fr schimbarea strii de agregare a agenilor termici n schimbtoarele de cldur prin amestec transferul de cldur i de mas are loc direct fr a intervenii....

Din punct de vedere constructiv, ele se pot mprii n dou grupe: a) Coloane sau camere de amestec fr umplutur, n care lichidul este pulverizat n amestecul

gazos.

Ex. Camera de umidificare de la instalaia de condiionat aer.


1 Diuze de pulverizare a apei 2 Separator de picturi 3 Baterie de nclzire

4 Motoventilator 5 Pomp pentru ap

ll 04.?-o\3. ?t-rr- er r" 6

b-ae .

SC e, qtu^r&c )o. oe. fuLArr'q^'

l\l l\\ : ).trr zrl_l:?7tl

9 qtRoqMq Mr- \r^'ptl&{A,6lio-c}}A^.I

ol\_

-+5*

^)by

arR.Do^^d / c.onurl-l- d* qiq*ftc- +*- + rreltt c,uar f,Sor'.r,,..tx-tr,-l- horJ- *lFddr CNA c-one-q{{,

kdto o.olzr. \rarud.--?J

\r*Neh\A.t^- $a^rtbtol.rL

l"fn.Apa. c[&{

\ -

d.tun-q V*I\^/qoru o"pf&- d^--rJt [\ro-Qr'wa& qd'&*"^d c-oac-odo.-i- pT{ fi-*p{

h -

to oa^,n_ S- .ffn5-

- c*koci\^d

==) S d,WJrerL E- CeJ.nVztd eLgt[oxr-

(=*. -trr,^.cn & A&it.\) .

^

- Nu.,*s qlc0q{ (rl-.a*Uga,- agcozsdb- t\.pal"$e\ & 'cl*r af6h

- di.,+ \FJi,Nhiasl'r opd5

- rn'ls{opsn pa fuqcr,r.ousoLq Y(6 \!w1peu.IIll.{

+ -

dlny.sUhv d.J o&Crrn, errof{ F^*^f*hfI - EHr"yx^^vr ,

l{ I t\r l\\ l\r tu

_44Fdv *--r"Z

+ e.ncl-qcftrl &\^*4r n-ll' A &t(ut'c-t' qi{ *l}*\a;-/ut,AA or-o* @r @ t^ ^?Jl"V ,r"r.f***k1^'

+ ,r^yCdmt^oi ^( +* dA fe, ^,r *^itfi^"+o,f"#"ri'"r 6il'r' "':l'2'inY

-, nrtafrnde-Aui" aD/@ /o-E&\ + rl*ea.uU-1- na"r*U

gflr toy,Auyr"SgL

tua1

e-) ep"r."r" f"!"ulgt e- [-o.rr* r*tu -b4,* /a'er^!okr-qfd tAcrf o\l

t A.$r

U_t---Aalu

,

{u*,rnhl

\g"qc-Lroh.[\d

el.r qlr..o;&c & \_u!ra\yzlre+*rr. n^aJt",

.dcrbffc{,urf ?AAS

,lr o. a/tq;ifu c,t-r 0 ,, ,loer^ iq^^-[o & crbffc{,ud*"Y ' a.r-rd'rr o-

4 -

it.,4telst 4-q&

- cdrco\6

b "r1l\4 cftinJatcr csrrco\it&,*(. *'L5t^)

.10r

*$ IFF\ SCAoivu',tf

ci,\[

"Prtt

Btea^4l, .{-[qru-(,u,r 7Q hl,urL :

fv\

, L tri..pL.-tit=(-,qfh\- ,y1-\a rrni , cpff=",

- &ttt-[.r rfigft{a. ttql

^,1 .cotau,rugr nlroHot

["cJo'turq'0h tA/ur\,

t V?".?') trl^{ ('ar^ 6tlkfr

, [rr]/ xg r

-

dL c$&,,I-(Ta^u^-Ac.{.o-

&'"r-r-c/.Lq+h

* f Arc&h*acI

\py d^ mt4fuJ& & cb0du^6tu! . dulaYh r^#r.ttrr.o-rtfql , _Qqd{ rd4thr.,6 &, d"&^"- :> &.0_Q.

,*r\t,,,

S4

+ P-acrrlprtodcol.e d& cbCIdlnC

4.t .I9k4- , e"nrrnr&rqiltr

,SA 3 eotorsr4-{,r(&,cr\ cft(^,Â';:\a(th' Pfuoflô'csruq,zil.;ffif

#l *f:-" -eo^fl*a^.ar*rsq=9 0o44q{ & a,rd.r^q #*ffi tf, oba.Irrr\q

-t*ffi,ffim.-> d.,tF- lvLe/.,ul &

're t\ln^l D\r &,

toqlrj*cct {l- q-n-{-rr.s o. \,,..-.-^.*a,tluuaAcf

cEt&4{,i I ruc.11ôdoq}d\r) E) >of A Ggq,reqse +^,o^rrorwdXa 0* (srllr-eq,A)2)

+ .cra- ntrot^ r r-r_e{;ahh di ed&AC ^,< fi\{34r.on^..T_o f .r-octuiqha+^)q t'q* d, @ 6rq.,X, nkatu^*t A n-&crgr-, , t--cm'At tr,. a +\ h',Y*=sY

D hrc *Jr""d) nl,a _ Ar,taz\ruâL

) dr?" rvadu! & 1,_r.xJttlatqctctu Ld ) )-LaA. tuLdcL0rh{- ffi ;.If*f"'& \cr, -.(\q km. e,, g,n' a,*fud+ ( Ah.\ drr;_ Ep \ rc-*,rLL(&) k{.c c, fwrvtLd.a /,,da-Qfra< (...c"["f",

e-) hre . &),r f-Q-dol, 'd.) h.L. fu""nrgb&t s_

-> lr.{zt- ;d aufrc- ur*L/ cvrCI-rr aut'9h brdfu el-L -?-AId-r atdtXy racur. 4fruUrrO^' Aa46-o ;4^- /t+

eOftCuor-:) *ruls4tt ("I{ rtaafou?bC&.. @ 4'w,tfia/{ q\

{aactcl& alndotl 4-\ ry / ,f.r,tr.if *u nac$f ::

*6-


- CURS 7 -

4.2 Recuperatoare cu evi netede din oel

Se confecioneaz n general din evi laminate din oel carbon obijnuit i mai rar din oel termorezistent. Fluidul gazos prenclzit poate s circule att prin interiorul evilor ct i prin exteriorul lor. Aceste recuperatoare cu evi se folosesc n special la cuptoarele pentru care temperatura gazelor de ardere a cror cldur se recupereaz nu depete 600 C.

Schem: recuperatoare cu 4 treceri ce se monteaz pe canalul vertical de evacuare a gazelor de ardere dintr-un cuptor de tratament termic.

DESEN

Diametrul evilor este de 1214 mm iar lungimea lor este limitat la 0,80,9 m pentru a evita ncovoierea lor datorit dilatrilor termice. Acest recuperator poate nclzi aerul pn la temperaturi de 250300 C atunci cnd temperatura gazelor de ardere este de 500600 C. Schema de circulaie a aerului i gazelor poate fi n echicurent i curent ncruciat. Aceste recuperatoare cu evi netede se pot construi n diferite variante n funcie de configuraia aparatului furnizor de cldur i de temperatura la care lucreaz.

4.3 Recuperatoare cu proeminene aciculare

Se execut din font.

Proeminenele ce au o form aerodinamic-acicular pot fi situate pe suprafee interioare n contact cu aerul prenclzit i pe suprafaa exterioar n contact cu gazele de ardere. Proeminenele mresc suprafaa de nclzire i mresc turbulena fluidelor gazoase, ceea ce mbuntete sensibil condiiile de schimb de cldur. Aceste proeminene sunt tipizate ct si construcia acestor recuperatoare.

4.4 Recuperatoare cu plci

Acest tip de recuperatoare se folosesc ca prenclzitoare de aer n instalaiile de cazane, cuptoare tehnologice, turbine de gaze, etc.

Se execut din tabl de oel aliat cu Cupru, cu grosimi de 24 mm, i distana dintre plci de la 1320 mm i o lungime a plcilor de pn la 5 m.

DESEN


4.5 Recuperatoare termobloc

Se utilizeaz n special la cuptoarele mici, pentru forj la care arderea nu se termin n cuptor i la care alte tipuri de recuperatoare ar avea o durat de funcionare mai redus.

Termoblocurile constau din 2 fascicole de evi dispuse perpendicular care sunt solidarizate ntre ele prin intermediul unei carcase metalice n care se toarn font topit. Prin unul din fascicole circul aerul ce se prenclzete.

4.6 Calculul termic al recuperatoarelor

Calculul de proiectare al unui recuperator const n determinarea suprafeei de nclzire S precum i a principalilor parametrii funcionali i constructivi. Pentru un recuperator existent, calculul de verificare const n determinarea temperaturii finale de prenclzire a aerului ta sau a temperaturii gazelor de ardere la evacuarea din recuperator tg.

Suprafaa de schimb de cldur se calculeaz cu relaia:

= [; ] Ecuaia de bilan termic:

= = ( ) g debitul gazelor de ardere ce intr n recuperator [kg/s]

a debitul de aer prenclzit n recuperator [kg/s]

ig', ig entalpia gazelor de ardere corespunztoare temperaturii de intrare tg i a temperaturii de ieire tg din recuperator [kJ/kg]

ia', ia entalpia aerului corespunztore temperaturii de intrare ta i a temperaturii de ieire ta din recuperator [kJ/kg]

factor care ine seama de cldura cedat de recuperator mediului ambiant

k coeficientul global de transfer de cldur [W/m2K]

a) Coeficientul de transfer de cldur se raporteaz la suprafaa pe partea de aer

= 11

+ + 2 b) Coeficientul de transfer de cldur se raporteaz la suprafaa pe partea gazelor


= 11

+ + 2 a coeficient de convecie pe partea aerului [W/m2K]

g coeficient de convecie pe partea gazelor [W/m2K]

p coeficient de conductibilitate termic a peretelui recuperatorului [W/mK]

p grosimea peretelui recuperatorului [m]

Sa suprafaa pe partea aerului [m2]

Sg suprafaa pe partea gazelor [m2]

Coeficientul de convecie a, g se determin cu relaii criteriale ce se gsesc n literatura de specialitate.

Cap. 5 REGENERATOARE DE CLDUR

Sunt schimbtoare la care suprafaa de nclzire primeste i cedeaz cldur n mod periodic, fr ca s se separe gazele de ardere de fluidul gazos care se nclzete.

Se clasific dup 3 criterii, adic dup modul de funcionare, dup materialele din care sunt confecionate i dup tipul constructiv.

a) Dup modul de funcionare:

- Regeneratoare cu funcionare continu care livreaz continuu aer cald

- Regeneratoare cu funcionare intermediar

b) Dup materialele din care sunt confecionate:

- Metalice

- Ceramice

c) Dupa tipul constructiv:

Cu funcionare continu:


- Regeneratoare cu umplutur metalic sau ceramic rotativ

- Regeneratoare cu pat mobil de bile

- Regeneratoare cu pat fluidizat n micare

- Regeneratoare cu aerosoli

Cu functionare intermediar:

- Regeneratoare cu umplutur fixa, realizate n exclusivitate din material ceramic

- Regeneratoare cu umplutur din crmizi normalizate

- Regeneratoare cu umplutur din crmizi fasonate

- Regeneratoare cu pat fix de bile

Cea mai larg aplicabilitate au gasit-o urmtoarele regeneratoare:

a) Metalice rotative, la cazane, la cuptoare din industria prelucrrii ieiului, la instalaii cu turbine cu gaze n care nclzesc aerul pn la 450 C;

b) Cu funcionare intermediar ce au umplutur fix la cuptoarele SIEMENS-MART, la cuptoare pentru topirea sticlei, la furnale. Aceste regeneratoare pot nclzi aerul pn la 2050 C;

c) Cu funcionare continu avnd pat mobil de bile ce pot furniza aer prenclzit pn la 1750 C;

Calculul termic al regeneratoarelor se bazeaz pe relaii de calcul stabilite experimental, combinate cu relaii criteriale specifice.

Cap. 6 PROCESE I INSTALAII TERMICE INDUSTRIALE DE USCARE

6.1 Generalitai

Procesele de uscare se refer la ndeprtarea apei (umiditii) de la suprafaa i din interiorul corpurilor umede.

n studiul i controlul proceselor de uscare, umiditatea materialului se exprim prin raportul ntre masa de ap coninut n material i masa corpului uscat.

=

[%]


w masa de ap din material [kg]

usc masa corpului uscat [kg]

U umiditatea materialului [kg umiditate/kg material uscat]

Cele mai cunoscute i rspndite procese de eliminare a umiditii este uscarea convectiv, datorit simplitii procesului i multiplelor posibiliti de a obine cu cheltuieli reduse o cantitate bun a uscrii ntr-un timp scurt.

6.2 Instalaii de uscare cu aer i gaze de ardere cu circulaie simpl

Principiul de funcionare al instalaie de uscare cu aer sau amestec de aer gaze de ardere const n preluarea unei cantiti de umiditate de ctre agentul termic de la materialul supus uscrii dup care urmeaz ndeprtarea parial sau total din usctor a agentului de uscare.

SCHEMA

Aerul rece este prelevat din mediul ambiant de ctre ventilatorul 3, este nclzit n bateria de nclzire 1 i circul n contracurent cu materialul supus uscrii, absorbind o parte din umiditatea materialului dup care este eliminat din usctor.

Din bilanul de material se poate stabili consumul specific de aer:

1 1 + 1 1 = 2 2 + 2 2 a1, a2 debitele de intrare/ieire [kg/s]

m1, m2 debitul masic de material [kg/s]

Umiditatea evacuat sau diferena de umiditate:

= 2 2 1 1 Debitul masic de aer ce parcurge instalaia este considerat constant n instalaia teoretic, adic:

1 = 2 = = (2 1) = (2 1) = 1(2 1) =

= 1(2 1)

=


Bilanul termic teoretic se stabilete n ipoteza lipsei pierderilor de cldur n mediul nconjurtor, a egalitii temperaturilor de intrare i ieire a materialului supus uscrii i lipsei nclzirii suplimentare n camera de uscare.

Fluxul de cldur necesar nclzirii aerului:

= (1 0) [; ] Bilanul termic teoretic n camera de uscare:

1 1 = 2 2 Debitul masic de material uscat:

2 = 1 Deoarece a1= a2= a rezult c i1=i2, adic procesul de uscare se desfoare la entalpie constant.

Consumul specific de cldur:

=

= (1 0)

= (2 0) = 1 0

2 1= 1 0 2 0


- CURS 8 -

= (1 0) [] 1 = 2 = 0 1

1 = 2 2 1 = 2

Procesul instalaiei de uscare simpl cu aer

Consumul speficic de cldur:

=

= (1 0)

= (1 0) sau

= 1 02 1

= 1 02 0

Sunt instalaii de uscare n care agentul termic este un amestec de aer i gaze de ardere. Temperatura t1 a amestecului este stabilit de condiiile tehnologice. Cu o relaie stabilit


experimental se calculeaz valoarea excesului de aer i coninutul de umiditate a amestecului la intrarea n camera de uscare.

Aici este reprezentat procesul instalaiei de uscare cu aer i gaze.

1 Focar 2 Camera de amestec

3 Motoventilator 4 Camera de uscare


i aici n diagrama procesului de uscare cu amestec de gaze de ardere i aer, uscarea se reprezint la entalpie constant (x1=x2) fiind astfel un proces teoretic. n realitate, toate procesele de uscare se desfoar dup procese reale i nu teoretice.

6.3 Instalaia de uscare n circuit deschis cu surs suplimentar de cldur n camera de uscare

Calculul teoretic i totodat termic al usctoarelor are drept scop stabilirea consumurilor de agent termic i de cldur n strans dependen cu tehnologia uscrii, cu parametrii de funcionare i tipul instalaiei. Spre deosebire de usctorul teoretic prezentat ca instalaie de uscare cu circulaie simpl, la procesul de uscare real apar pierderi, respectiv surse suplimentare de cldur QS prin bateriile montate n camera de uscare.

1 Motoventilator

2 Difuzor (confuzor)

3 Baterie de nclzire principal

4 Robinet cu 3 ci

5 Baterie de nclzire suplimentar

6 Camera de uscare


Procesul de uscare cu nclzire suplimentar n diagrama i-x

Bilanul material al produselor supuse uscrii:

1 = 2 + n aceast relaie Mm1 si Mm2 reprezint debitele de material la intrare i la ieire din instalaie in kg/s.

U cantitatea de umiditare eleminat n procesul uscrii [kg/s]

Cantitatea de umiditate eliminat:

= 1 2 = 1 1 2100 2 = 2 1 2100 1 U1 si U2 sunt umiditile relative ale materialului supus uscrii [%]


Bilanul umidittii n instalaia de uscare:

1 1100 + 1 = 2 2100 + 2 =

Pierderile sau consumul de cldur prin nclzirea materialului:

= 2 2 2 1 1 1 = 2 2 (2 1) 1 []

Pierderile sau consumul de cldur prin nclzirea utilajului de transport al materialului supus uscrii:

Sunt situaii n care materialul este transportat cu crucioare ce introduc n camera de uscare variaia parametrilor.

Un exemplu de transport este camera de uscare pentru scnduri.

= (2 1) [] Mtr debitul masic al pieselor mobile din instalaia de transport, adic masa acelor piese raportate la timpul de uscare [kg/s]

ctr cldur specific a materialului din care sunt cofecionate piesele instalaiei de transport [kJ/kg K]

ttr1, ttr2 temperatura iniial i final a pieselor instalaiei de transport la intrare i la ieire din camera de uscare [C]

Pierderea de cldur ctre mediul exterior:

Fluxul de cldur total ce se transmite ctre mediul exterior rezultat din nsumarea fluxurilor termice transmise prin pereii camerei de uscare.

= [] n aceast relaie:

k coeficientul global de transfer termic prin pereii camerei de uscare [W/m2K]

S suprafaa peretelui [m2]


t diferena de temperatur dintre interiorul i exteriorul camerei [C, K]

Bilanul termic pentru camera de uscare:

1 + = + + + 2 []

(2 1) = + + []

=> fluxul de cldur cedat de bateria de nclzire suplimentar

Bilanul termic specific pentru camera de uscare:

(2 1) = ( + + )

=

[ ]

= = 2 12 0 = 1 + +

qs consumul specific de cldur suplimentar dat de bateria de cldur suplimentar [kJ/kg]

= = 2 2 (2 1) 1 qm pierderea specific de cldur a materialului supus uscrii [kJ/kg]

= qtr consumul specific de cldur a utilajului de transport [kJ/kg]

= =


- CURS 9 -

Bilanul termic specific:

(2 1) = + 1 ( + + ) Consumul specific de cldur raportat la materialul uscat:

= 2 2

(2 1)

= (2 1) = + 1 ( + + ) =

= 1

= 12 1

n desfurarea procesului de uscare pot aprea 3 situaii:

a) q > 0, adic, cldura introdus suplimentar i cu materialul depete suma pierderilor, adic i2>i1. Aceasta spune c entalpia la ieirea din instalaie este mai mare dect la intrare n procesul real.


Temperatura aerului la ieire din instalaie tD este mai mare dect n cazul procesului teoretic cu temperatura tC.

b) q < 0, adic cldura introdus suplimentar nu este sufiecient pentru acoperirea pierderilor. Cldura introdus compenseaz n totalitate pierderile, deci i2=i1. n aceast situaie procesul real este identic cu procesul teoretic. Consumul specific de cldur total al instalaiei de uscare se compune din suma consumurilor specifice n bateria de nclzire principal i n cea secundar.

Consumul specific n bateria principal de nclzire:

= (1 0) Consumul specific n bateria secundar de nclzire:

(2 1) = + 1 ( + + ) = 2 12 0 + + + ; 1


Consumul total va fi:

= + + =

Debitul masic de material rezultat n urma uscrii:

2 = 1 , = 1 1 2

Debitul total de aer vehiculat in instalatia de uscare:

= = 6.4 Instalaie de uscare cu recirculare

La acest tip de instalaii de uscare, procesul de uscare se efectueaz cu recircularea parial a agentului de uscare. La ieirea din usctor, curentul de aer sau gaze se mparte n dou: o parte se elimin n atmosfer, iar restul reintr n uscator prin bateria principal de nclzire sau chiar direct n uscator.


1 Motoventilator

2 Confuzor (camera de amestec)

3 Baterie de nclzire

4 Camera de uscare

5 Crucior cu material

Procesul:

A1 M nclzire preliminar

M B1 nclzire n bateria 3

B1 C1 Uscare

C1 M Rcirea aerului recirculat

Factorul de recirculare:

=

ar debitul masic de aer recirculat [kg/s]


a debitul masic de aer ce intr n instalaia de uscare [kg/s]

Entalpia amestecului:

= 0 + 21 + Coninutul de umiditate al amestecului de aer:

= 0 + 21 + + = 0 + 2 n (x2 xam) = xam x0

= 02

= 1 1

< 1 Procesul de uscare teoretic este reprezentat prin conturul A1 M B1 C1 M

Consumul specific de aer, notat cu l este:

= 12 1

= 12 = 1 + 2 + 2 2 = 1 + 2 0 = (1 + )

Consumul specific de cldur este dat de relaia:

= (2 ) Acest tip de usctor cu recirculare prezint o serie de avantaje:

a) Diferene mici de temperatur ntre intrarea i ieirea agentului de uscare; b) Creterea vitezei de deplasare a agentului termic prin usctor; c) Micorarea consumului de cldur pentru aceleai valori alte temperaturii aerului la

intrarea i ieirea din instalaie.

6.5 Instalaia de uscare n circuit nchis


1 Motoventilator

2 Confuzor


4 Baterie de nclzire suplimentar

5 Camera de ucare

6 Crucior cu materiale

7 Ua de acces

8 Condensator (Baterie de racire)

PROCESUL:

A1 B1 nclzire

B1 C1 Uscare preliminar

C1 F

F A1 Rcire cu uscare final cu condensarea apei din aerul recirculat (=100)


- CURS 10 -

6.5 Instalaie de uscare n circuit inchis cu surs suplimentar de cldur inclusiv rcitor

1 Motoventilator

2 Confuzor


4 Baterie de nclzire secundar

5 Crucior cu materiale

6 Camer de uscare

7 U de acces

8 Condensator (Baterie de rcire)

Procesul:

A1 B1 nclzire

B1 C1 uscare preliminar

C1 F

F A1 rcire cu uscare final cu condensarea apei din aerul recirculat (=100%)


Entalpia aerului la ieirea din bateria de nclzire principal:

1 = 1,006 1 + 1 (2500 + 1,863 1) Umiditatea ce se elimin din material:

= 1 1 2100 2 , Debitul specific de aer L:

= 12 1

Coninutul de umiditate x2 se determin la intersecia izotermei t2 cu umiditatea relativ 2.

2 = (2,2) Debitul masic total de aer:

= = ,


Pierderea specific de cldur cu nclzirea materialului supus uscrii:

= 2 (2 1) = 1 (2 1) 2 = 1 ,

Pierderea specific de cldur cu nclzirea mijlocului de transport:

= (2 1) Pierderea specific de cldur ctre mediul exterior:

= tm - diferena medie logaritmic [K,C] S suprafaa [m2] k coeficientul de transfer termic global [W/m2K] Consumul specific n bateria de nclzire principal:

= (1 0) Consumul specific de cldur la bateria de ncalzire secundar:

= (2 1) 1 + ( + + ) Consumul specific total de cldur din instalie:

= + Consumul total de cldur:

= ,, = + = ,, = ,,


Fluxul de cldur preluat de condensator:

= (2 0) = (2 1) [, ] Debitul apei de rcire al condensatorului:

= , Bilanul termic specific pe instalaie:

+ + + = + = Bilanul termic privind fluxirile de cldur cedate i primite:

+ = + + + sau

= + + + Debitul volumic de aer aspirat:

= = 3 ,3 = Ma si L reprezint debitul masic de aer aspirat [kg/s, kg/h] v volumul specific al aerului aspirat de ventilator [m3/kg] Relaia semiempiric a volumului specific:

= ( + 0 ) 0(1 + 0) 0 0,981 105 3 n aceast relaie: Ra = 287 este constanta generala a aerului uscat; Rv = 461,5 este constanta general a vaporilor de ap; pn =735,6 torr presiunea aerului din atmosfer (presiunea atmosferic) p0 presiunea aerului aspirat de ventilator. Puterea absorbit de motorul electric al ventilatorului (notat cu P):

= 102

[]


n aceast relaie: L debitul masic aspirat de ventilator [kg/h] H cderea de presiune pe ventilator [bar] v randamentul ventilatorului me randamentul motorului electric

6.6 INSTLATIE DE USCARE CU TAMBUR

Acest tip de instalii se utilizeaz pentru uscarea materialelor purverulente sau granulate cu granulaie fin n industria materialelor de constructii (ex: ciment) n industria chimic, etc.

(DESEN LUCRAREA 4/5)

1 Buncr de alimentare

2 Inele de rulare

3 Cilindru rotatitv

4 Coroan (roata dintata)

5 Sistem de antrenare cu motoreductor

6 Colector

7 Baterie de nclzire

8 Tubulatur pentru aer

9 Motoventilator

nclinarea cilindrului este n general de 6 faa de orizontal, fiindc aerul i produsul purverulent merg n sens invers.

DATE INIIALE: Mm1 debitul iniial de produs umed [kg/s, kg/h]

U1 umiditatea iniial a produsului supus uscrii [%]

U2 umiditatea final a produsului [%]

t0 temperatura aerului la intrare n instalaie prin ventilator i n bateria de nclzire [C]

0 umiditatea relativ a aerului la intrare [%]

t1 temperatura la ieirea din bateria de nclzire [C]

1 umiditatea relativ a aerului cald la ieirea din bateria de nclzire [%]

tm1 temperatura produsului la intrare n instalaie [C]

tm2 temperatura produsului la ieire din usctor [C]

cm1 cldura specific a materialului la intrare [kJ/kgK]

= 1 1 2100 2 , Cantitatea sau debitul de produs uscat:

2 = 1 ,

GRAFIC

= + + [/] Pierderile de cldur cu nclzirea materialului

qm = [ Mm2*cm*(tm2-tm1)] / U [kJ/kg]

qs = 0, qtr = 0

Pierderea de cldur ctre exterior

qext =[k*S*tm ]/ Mu

k coeficientul de tranfer termic global [W/m2K]

S suprafaa de schimb de cldur [m2]

t - Diferena medie logaritmic de temperatur [C]

Mu masa cilindrului

Debitul specific de cldur :

q = ca*t1 (qm+qext) < 0

ca cldur specifica a aerului, ca = 4,187 [KJ/KgK]

Se construiete politropa procesului real determinnd segmentul C0 E0

CoEo = q (x2-x0) [kJ/kg]

Din punctul B se duce politrop B E0

A-B incalzire

B-C1 uscare

Debitul masic specific de aer

l = 1/ (x2-x0) = 1 /(x2-x1) [kg/kg]

Debitul total de aer

L =Ma= l*U [kg/s, kg/h]

Consumul specific de cldur

q = i1-i0 / (x2-x0 ) kJ/Kg

Fluxul total de cldur (consumul total de cldur pentru realizarea uscrii)

Q = q*U [kJ/h, kW]

Cunoscnd debitul total de aer, se alege ventilatorul. Cunoscnd consumul total de cldur se alege bateria de nclzire cu abur sau ap cald.

Documents

Procese complexe de tarnsfer de caldura