Curs.1Principala sursa de energie termica o reprezinta Soarele.Se mai adauga energia nucleara(fisiune) si cea geotermala.Functionarea EIT se bazeaza pe transferul de caldura.Conditia esentiala pentru realizarea transferului de caldura intre 2 puncte sau 2 corpuri este existenta unei diferente de temperatura intre cele 2 puncte sau cele 2 corpuri.Sensul natural al transferului de caldura este de la punctul/corpul cu temperatura mai ridicata la cel cu temperatura mai mica.Acest transfer de caldura se realizeaza fara consum suplimentar de energie.In practica exista si instalatii in care se realizeaza transferul caldurii in sens invers celui natural(de la rece la cald) dar pentru aceasta e necesar un consum suplimentar de energie. Transferul de caldura se poate realize in 3 moduri:-prin conductie termica;-prin convectie termica;-prin radiatii.Primele 2 modalitati presupun un contact direct(material) intre corpurile care realizeaza schimbul de caldura.Radiatia termica nu implica neaparat un contact material intre corpuri.a) Conductia termica-are loc in corpurile solide sau in interiorul fluidelor care nu sunt in stare de miscare macroscopica.Conductia e determinata de agitatia moleculara,moleculele sau atomii cu energie cinetica mai mare ciocnindu-se cu moleculele sau atomii invecinati le cedeaza acestora o parte din energia lor cinetica.Procesul inceteaza cand la nivel macroscopic energia cinetica medie a moleculeleor sau atomilor din corpul respective se uniformizeaza.b) Convectia termica- are loc in interiorul fluidelor in miscare macroscopica sau la contactul dintre un fluid si un corp solid.Ea este un process complex implicand atat deplasarea de substanta cat si conductie termica in interiorul fluidului si radiatie termica intre molecule.c) Radiatia termica- se realizeaza prin intermediul undelor electromgn.,presupunand conversia energiei termice a corpului emitator in energie radianta,emisia acesteia sub forma elmag.,captarea energiei radiante de catre corpul receptor si reconversia energiei radiante in energie termica.In general temperatura intr-un punct oarecare al unui corp este in functie de pozitia corpului respectiv si de timp.In coordonate carteziene Totalitatea temperaturilor punctelor unui corp reprezinta campul de temperatura al corpului respectiv.Punctele care au aceeasi temperatura constiuie o suprafata izoterma.Suprafetele izoterme din interiorul unui corp nu se intersecteaza.Suprafetele izoterme sunt fie inchise in interiorul corpului,fie deschise(cele care ajung la suprafata exterioara).D.p.d.v. al dependentei

temperaturii de timp deosebim 2 tipuri de procese termice:- procese termice stationare - procese termice nestationareIn primul caz temperatura in orice punct al corpului respectiv nu depinde de timp ci numai de pozitia geometrica .In aceste procese si suprafetele izoterme sunt fixe in spatiu.In cele nestationare temperatura depinde si de timp astfel suprafetele izoterme sunt variabile atat ca pozitie cat si ca forma.Diferenta de temperatura dintre 2 suprafete izoterme masurate pe distanta normala la cele 2 suprafete si raportata la distanta dintre suprafete poarta numele de gradient de temperatura.

-este o marime vectoriala avand directia normala la suprafata izoterma considerata si sensul spre suprafata cu temperatura mai mare.Cantitatea de caldura schimbata de 2 corpuri o vom nota cu si se masoara in [J];in practica se mai foloseste Kcal~ 4180 J.In majoritatea cazurilor vom folosi notiunea de flux termic Q care reprezinta

caldura schimbata in unitatea de timp [W] ; se mai foloseste kcal/h=

In majoritatea cazurilor transferul caldurii se realizeaza printr-o suprafata de schimb de caldura si in acest caz se foloseste notiunea de flux termic specific q care reprezinta fluxul termic schimbat pe unitatea de suprafata. [W/ ], F-suprafataSunt si situatii cand [W/m],L-lungimea suprafetei Transferul caldurii prin conductie

La baza conductiei termice sta legea lui Fourier: [W]Fluxul termic transmis printr-o suprafata F pe directia normala la aceasta e proportional cu gradientul de temperatura ,coeficientul de proportionalitate poarta numele de coeficient de conductibilitate termica.

[W/m*gradC][kcal/m*h*gradC]~1,16 [W/m*gradC]

Conductibilitatea termica a corpurilor variaza in limite foarte largi de la

pentru gaze pana la sute [W/m*gradC] pentru metale.

D.p.d.v. al conductibilitatii termice,materialele se impart in 2 categorii mari: -materiale termoizolante(sub 3-4[W/m*gradC]);-materiale termoconductoare(peste 3-4[W/m*gradC]).Cele mai bune materiale termoizolante sunt gazelle dar si unele materiale solide si conductibilitatea termica a materialelor solide e cu atat mai mica cu cat porozitatea lor e mai mare.In ceea ce priveste materialele termoconductoare cele mai bune in ordine descrescatoare sunt:Au,Ag,Cu,Al,otel.Cuprul se foloseste in cazuri mai rare avand cateva dezavantaje:-e scump;-are rezistenta mecanica redusa;-nu poate fi folosit la temperatura mari.Aluminiul are conductibilitate mai mica decat cuprul dar rezistenta mecanica e deasemenea mai redusa.Cel mai folosit in practica e otelul avand rezistenta mecanica mare,conductibilitate termica satisfacatoare(44[W/m*gradC]),relativ ieftin.In general conductibilitatea termica a oricarui material e variabila cu temperatura si se poate scrie , -coeficient de variatie a conductibilitatii cu temperatura.Pentru a nu se complica calculele in majoritatea cazurilor se foloseste conductibilitatea termica medie in intervale de timp in care lucreaza materialul respectiv. Ecuatia diferentiala a conductiei termice (legea lui Fourier generalizata)Consideram un corp omogen si izotop

-sunt aceleasi in interiorul corpuluiIn interiorul acestui corp consideram un paralelipiped de dimensiuni dx,dy,dz.Fig.1Alegem un interval de timp la un moment oarecare al procesului.Prin suprafata ABCD,in intervalul considerat intra pe directia normala(pe directia x)

prin conductie termica cantitatea de caldura:

Ca urmare a acestui aport de caldura,temperatura pe directia x va creste cu devenind ;prin fata opusa A’B’C’D’ va iesi prin conductie termica

cantitatea de caldura rezulta atunci surplusul de

caldura iesit din paralelipiped pe directia x :

Repetand rationamentul pe directiile y si z se va obtine

rezultand astfel surplusul total de caldura iesit din paralelipiped prin conductie termica

Deoarece paralelipipedul e parasit de o cantitate de caldura,temperatura lui va

varia in intervalul de timp considerat cu

-ecuatia diferentiala a conductiei pentru corpuri omogene si izotrope fara sursa interioara de calduraMarimea “a” poarta numele de difuzivitate termica ce caracterizeaza inertia termica a unui corp(capacitatea de a se incalzi sau raci mai repede/incet).Unitatea de masura pentru “a” este [ ]. Daca corpul are o sursa interna de caldura atunci in ecuatia de bilant termic apare si caldura furnizata de aceasta:Consideram conductia in regim stationar(temperatura intr-un punct oarecare e constanta in timp )=>ecuatia diferentiala pentru corpul fara sursa interna de caldura devine:

-si deoarece “a” e o marime nenula =>Deoarece procesul are loc in regim stationar,fluxul termic pe o directie oarecare este acelasi si procesul are loc fara acumulare de caldura.Consideram conductia printr-un perete plan de grosime ;si ca grosimea peretelui este mult mai mica in raport cu celelate dimensiuni si vom considera transferul caldurii intre cele 2 suporturi.

Transmiterea caldurii se va face pe directia normala si daca notam cu “x” aceasta directie atunci temperatura va fi in functie numai de x.

Legea de variatie a temperaturii:

De-a lungul axei x temperatura are o variatie liniara descrescatoare. Fig.2

-fluxul termic transmis prin conductie intre cele 2 fete ale peretelui

[W/ ]

Marimea se noteaza si reprezinta rezistenta termica la conductie a peretelui plan.

Curs 2Rezistenta termica a unui perete multisrat : Consideram un perete multistrat din n straturi cu grosimea δ1 …δn si conductibilitatile termice λ1… λn. Consideram ca intre straturi contactul este perfect a. i. transmisia caldurii de la un strat la celalat se face numai prin conductie termica. Fluxul termic specific

transmis prin primul strat al peretelui 1

1

211

tptp

qp

2

2

322

tptp

qp

……

n

n

nnn

tptpqp

1

. Fig.1Dk vom csd. ca procesul are loc in regim termic stationar at acesta se desfasoara fara acumulare de caldura si sensul fluxului termic este pe directia

normala la perete. Ca urmare a acestui fapt fluxurile termice specifice tb sa fie egale: qqqq pnpp ...21

Explicitand diferenta de temperatura din expresiile fluxurilor termice specifice

obtinem:

n

j j

j

n

n

nn

tptpqqtptp

1

11

1

111 ....

Rezistenta termica echiv. a cond a unui perete plan format din mai multe

straturi este egala cu suma rezistentelor stratului respectiv.

n

jjRR

1

Rezistenta termica a unui perete cilindric:m

di

deR ln

2

1

grad C/W Fig2. La fel ca in cazul peretelui multistrat R a unui perete cilindric multisrtat:

jj

n

j di

deR ln

2

11 rez termica va fi suam rez fiecarui strat.

In cazul peretelui cilindric, fluxul termic se raporteaza la lungime deci

R

ttq pnp 11

[W/m], iar fluxul termic total transmis Q=q*L [W].

Convectia termicaO intalnim in cazul unui fluid in miscare sau in cazul unui fluid si un perete solid. Procesul de convectie, este determinat de deplasarea fluidului, deplasare care poate fi determinat de doua cauze.- existenta unei diferente de temperatura intre diversele straturi ale fluidului si ca urmare particulele din straturile cu temp mai mica si densitate mai mare, vor cobora, iar cele din straturile cu temp. mai mare avand densitate mai mica vor urca. Aceasta deplasare fiind “datorata” unei cauze naturale, interne a fluidului - convectie naturala.- existenta unei diferente de presiune intre doua zone ale acestuia.Aceasta diferenta de presiune este exterioara fluidului si ca urmare in acest caz – convectia este fortata.Transferul caldurii prin convectie este caracterizat prin coeficientul de transmisie a calduri prin convectie

α CmW

02Determinare coeficientului de convectie se face cu ajutorul numarului lui Nusselt

l

Nu

λ –conductibilitatea termica a fluidului la temp de lucrudaca temp este variabila in masa fluidului atunci se foloseste care se ia egala u:

diametrul – daca sectiunea de curgere a unui fluid este un circuit plinsau – diametrul hidraulic echivalent daca sectiunea de curgere nu este circulara sau nu este un cerc plin

diam.hidraulic echivalent se calculeaza dupa relatia P

Fdh

4

F- aria sectiunii de curgereP – perimetrul “udat” de fluidIn cazul peretilor plani, se ia egala cu inaltimea peretelui, pt peretii verticali si egala cu, latura cea mai mica, in cazul peretilor la orizontala.La randul lui, nr lui Nusselt se det. Fct.d prin alte numere criteriale, functie de tipul de convectie.Pt. convectia naturalaNu=f (Gr, Pr)Gr – de la GrasshofPr - vine de la PrandtlAceasta functie este o relatie empiricaConvectia naturala este :Cnvectia naturala In spatiul limitat siconvectia naturala in spatiu nelimitat.Spatiul limitat – cand grosimea stratului de fluid este mult mai mica decat straturile celor 2 dimSpatiul nelimitat – cele 3 dimensiuni ale fluidului sunt comparabile.Convectia fortata este dependenta de regimul de curgere ca urmare:Nu=f (Re,Pr)Fluxul termic specific, transmis de la fluid la un perete plan, se determina cu relatia lui Newtonq=α ( pf tt ) [W/ 2m ]iar fluxul termic total:Q=q.F [w] F- aria peretelui in contact cu fluidul

In cazul peretilor cilindrici

q=π.d.α( pf tt ) [W/ 2m ]Q=q.L [W]d- diametrul perete pe fara aflata in contact cu fluidulL-lungimea pereteluiInstalatii termice bazate pe transferal de caldura:Fct lor implic existenta a 2 fluide aflate la temperature diferite si intre care exista un perete solid care prmite numai schimbul de caldura intre fluid, impiedicand amestecul lor.Fluidul aflat la o temperatura mai mare il vom numi agent termic incalzitor sau primar(1). Marimile aflate la temperature mai mica il vom numi agent secundar sau agent incalzit(2).In ceea ce priveste folosit in aceste instalatii se pot intalni 2 situatii:>cand sunt impuse de procesul tehnologic in care este inclus aparatul respectiv;>cand pot fi alese liber: la alegerea ag. Termic se urm. Respect. unor conditii:- sa aiba densitate, cald. specifica, caldura latenta,si coef.de transmisie termicaa caldurii prin convectie mare;- vascozitate mica, san u aiba actiune coroziva si eroziva asupra mat. Peretelui;- sa nu formeze depuneri pe perete;- sa fie cat mai ieftin. m=δ↑*V↓Cald latenta: cant. de cald. cedata sau primita de unitatea de masa la schimbarea starii.Vascozitate mica pierderi de presiuni mici inseamna consum de energie mic pt vehicularea fluidului.Principalii ag. termici: apa; aburul; aerul; gazele de ardere.Apa:Indeplineste cam toate conditiile numai sa fie pura (dar cont. saruri, si oxigen si deci tb sa fie deminaralizata si degazata). Are avantajul ca poate fi transportata la distante mari (zeci de Km) cu pierderi relativ mici de caldura dk izolatia este corespunzatoare. In mod normal pierderile de temp ar tb sa fie sub 0,1 grade C /Km. Pt a ramane in stare lichida la temperature ridicate este necesara cresterea presiunii.Aburul:are propritati termice bune. Nu contine saruri, cald. latenta de condens este foarte mare si => transp. o cant. mare de cald. , iar temp de condensare este cst. dk si presiunea este cst. Acest fapt simplifica mult procesele de reglare a temperaturii. Poate fi transp. la distante de ordinul Km.Aerul si gazele de ardere:au propr. termice mai putin bune decat apa si aerul, sunt corozive dar pot fi folos la temp oricat de mari.Schimbatoare de caldura:Sunt ap termice care fct. fie ca ap. independente, fie ca elem. componente ale unor instalatii mai complexe. Transf. de cald intre cele 2 fluide este un process complex implicand practic toate cele 3 forme de transf. a cald. Transf de cald de la agentul primar la perete se face prin convectie si radiatie. In calculele practice dk temp fluidului nu este prea mare se poate neglija radiatia considerand numai convectia.Transf de cald intre cele 2 fete ale

peretelui se poate realize prin conductie termica. Taransf de la perete la ag secundar se realiz prin convectie si radiatie.Clasificarea sch. de caldura:Dupa directia de curgere a celor 2 fluide: -sch cu curgere paralela care poate fi echicurent sau contracurent; -sch cu curgere incrucisata; -mixta (alterneaza); Dupa forma suprafetei de schimb: -sch tubulare (tevi circulare); -sch cu placi (suprafata este realiz din placi plane cu striatii).

Curs 3 Solutii constructive pt aparate (schimbatoare)Schimbatoarea tubulare de constructie rigida Fig.1

-sectiune printr-un scimbator cu curgere paralela in echicurent si o singura trecere Elemente componente: -1-1’-racorduri de intrare iesire pt fluidul care circula prin interior ; 3-camera de distributie pt acesta; 4-tevi supr. de schimb de caldura; 5-camera de colectare a fluidului ce circula prin tevi ; 2-2’- racordul de intrare iesire a fluidului ce circula printre tevi; 6-placi tubulare de fixare a fascicolului de tevi; 7-mantaua aparatului ;8-capace frontale. Mantaua si capacele frontale au rol de separator fata de exterior placile tubulare-rol de separare a celor 2 fluide. Fixarea tevilor in placile tubulare se poate face prin sudura sau mandrinare. Fixarea prin sudura:-avantaj:etansietate; -dezavantaj: o imbinare nedemontabila nu permite inlocuire in caz de defect sudura se foloseste in cazurile speciale unde este essential separarea fluidelor. Fixarea prin mandrinare: -avantaj:demontabila ; -dezavantaj: nu este perfect etansa. Suprafata exterioara a aparatului se acopera cu un strat izolant pt a se reduce pierderile de temp spre ext. grosimea stratului de izolant se allege in urma unui calcul tehnico-ec. tinand seama de faptul ca pe deoparte prin cresterea grosimii se reduce pierderea de caldura dar creste pretul izolatiei –se urmareste obt minimului cheltuielilor totale. Pt a obt un aparat: Fig2 . Pt a realiza un aparat cu mai multe treceri se folosesc niste pereti longitudinali incomplete Fig3. –schimbator de caldura tubular in contracurent cu 2 treceri pt fiecare fluid; -camerele de distributie si colectare separate prin peretele 7 ;- spatial dintre fascicole este despartit de peretele incomplete 6 numit si cana; - in mod normal se fac cel mult 4 treceri. La aparate cu 3 treceri, camerele longitudinale sunt la 120 . Pt 4 treceri placile sunt dispuse la 90 . Pt a realiza circulatie mixta se folosesc si cane transversale acesta sunt niste discuri cu diametrul = cu diam mantalei din care este decupat un sector Fig4. Sicanele de tipul astfel se monteaza ca nr functie de lungimea aparatlui. Acestea se pun din 0,5 0,6 m . Curgearea mixta este superioara dpdv al transportului de caldura deoarec se realizeaza o turbulenta pronuntata a fluidului ce trece printre tevi . Avantaj – reducerea dimensiunilor = pret mic . Schimburile repetate de

directia a curgerii=> pierderi suplimentare de presiune–consum marit de energie pt pompare.Schimbatoare de caldura de constructie eleastica. Intalnite in cazul folosirii presiunii si temp mari de regula, temp mantalei sunt diferite si ca urmare tendinta de dilatare este diferita din formula: l=l (1+ t) => o alungire la temp l=l-l . La scimbatoarel rigide tevile si mantaua sunt fixate intre ele si ca urmare dilatarea ansamblului (tevi-manta) va avea o val cuprinsa intre dilatarea tevilor libere si dilatarea mantalei adik: < < tevile sunt supuse la compresie (de manta) mantaua este supusa la intindere(de tevi). Legea lui Coock –efortul unitary este proportional cu alungirea relative: =E* l - l l’’= l’- lm In peretel tevilor apare o forta suplim. longitudinala ,de naturatermica care se aduna vectorial cu forta radiala det de presiunea fluidului din interior. Din acest motiv se recurge la schimbatoare de caldura elastice. Acestea sunt de 2 tipuri: cu placa tubulara mobile si cu tevi in forma de U. Fig.5. Placa tubulara 3 este fixa in raport cu mantaua, iar placa tubulara 4 impreuna cu camera de intoarcere 5 est mobile in raport cu mantaua. 6= inel de etansare nu permite trecerea fluidului ce circula printre tevi.Schimbatoare cu placi. Real din placi plane (ondulate) care, sunt parcurse pe cele 2 fete, de cele 2 fluide.Fig6. REGULA- In lichide nu trebuie sa fie lichide in gaze nu trebuie sa fie lichide. Placile sunt orizontale si au la cele 4 colturi 4 gauri de diametru relative mare si din dispunere una peste alta, se creeaza 4 canale verticale prin care ies cele 2 fluide. Intre placi se prevad garniturile 3 care au rol de distantare si etansare fata de exterior, deasemenea , fiecare garniture de etansare este prevazuta cu unele a si b care alterneaza pe diagonala-rol de opturare a unuia din fluide. Placile care repr. Supr. de schimb, sunt aflate intre cele 2 placi extreme , de grosime mare cele 2 placi fiind stranse puternic pe placa de schimb.Aceste schimbatoare au avantajul ca dimensiunile sunt mai mici decat cele tubulare,pot fi demontate usor si suprafata de schimb de caldura este variabila prin adaugarea sau scoaterea de placi. Dezavantaj- scumpe placile de inox, pierderi de presiune mai mari.Fig7. Schimbatoarele de constructie semielastica ,sunt asemanatoare cu cele rigide singura deoseb e faptul ca mantaua este din 2 trensoare pare sunt legate printr-o lentila de dilatare care este un dispozitiv real din material elastic si care poate prelua alungiri intre anumite limite. Fig8.

Curs4.Calculul termic al schimbatoarelor de calduraLa baza calculului termic stau:-ec de transfer a caldurii Q=K* t* F ec de bilant termic-dQ=- *G1*Cp1* t1=+-G2*Cp2* t2 (fig 1 si fig 2).Cele 2 ec sunt scrise pt un

elemnt de suprafata dF si pt situatia cand fluidele nu-si schimba starea .In graficul 1 este repr variatia temp celor 2 fluide de-a lungul celor 2 suprafete de schimb pt curgerea paralela in echicurent.In graficul 2 este repr variatia temp celor 2 fluide de-a lungul celor 2 suprafete de schimb pt curgerea paralela in contracurent.S-a notat cu t1

’si cu t1”temp de intrare iesire a agentului primar…t2

’si t2

” temp de intrare/iesire a agentului secundar… t1-variatia temp agentului primar pe elemental de suprafata considerat (se obs ca termenul se ia cu semnul minus)… t2-variatia temp agentului secundar(pt curgerea in echicurent termenul se ia cu plus iar pt curgerea in contracurent considerand ca origine a suprafetei sectiunea de intrare a agentului primar termenul se ia cu minus).Din acest motiv in ec de bilant termic in fata lui t1 se pune semnul minus iar in fata lui t2 se ia semnul plus pt echicurent si semnul minus pt contracurent…t1 si t2

sunt temp locale ale ag primar respectiv secundar pe elementul de suprafata F.

t=t1-t2 –diferenta locala de temp (marime variabila de –a lungul suprafetei de schimb)…K-coef global de schimb de caldura[W/cm2 0C].. -rand. aparatului prin care se tine seama de pierderile de caldura specifice mediului ambient(valori =0.98-0.99)..G1.G2-debite de agent primar/secundar [kg/sec]…Cp1,Cp2-caldurile specifice [J/kg 0C].In cazul in care unul din fluide este gaz de regula se inlocuieste debitul masic cu debitul volumic exprimat in N*m2/sec(normal metro cub pe secunda) si caldura specifica [J/N*m3 0C].Normal m3 –volumul ocupat de gaz in conditii normale (P0 105N/m2 1 atm 10 metri coloana de apa=pa iar t0=00C).Trecerea de la conditii normale la conditii reale de lucru din formula

.Integram ecuatia Q=K* t* F si se obtine

si considerand coef global constant de-a

lungul intregii suprafete de schimb se obtine Q=K*F0* t med [W] unde: t med-

diferenta de temp medie logaritmica.. t med = unde cea mai mare

diferenta locala de temperatura ; -cea mai mica dif locala de temp.Aceste valori extreme ale diferentei locale se inregistreaza la inceputul respective la sfarsitul suprafetei de schimb .La curgerea paralela in echicurent,

; .La curgerea in contracurent poate fi situatia din figura sau ca san u fie probleme scriem:

.Marimea Q poarta numele de sarcina aparatului respectiv…In a doua ecuatie: Q=- *G1*Cp1* t1= G2*Cp2* t2.Se integreaza intre limitele 0 si Q

si

t2’-t2”-pt echicurent si t2”-t2’ pt contracurent.Dupa integrare rezulta Q=

[W].functie de ceea ce sa urmareste calculul termic poate fi de proiectare si/sau verificare.In calculele de proiectare se cunosc :-parametrii intare/iesire ale celor 2 fluide si se urmareste determinarea marimii suprafetei de schimb si configuratia acesteia.Cand este vorba de un schimbator de incalzire a unui fluid atunci pentru acesta se cunosc debitul,temperaturile de intrare,iesire debitul agentului incalzitor,temperatura de intrare.Din ecuatia de bilant termic rezulta temperature de iesire a agentului secundar si sarcina termica Q.Se calculeaza coeficientul global->suprafata de shimb.Pentru configuratia suprafetei de schimb se stabileste diametrul tevilor.Se stabileste care fluid circula prin interiorul tevilor(considerente-pentru schimb lichid -lichid-agentul primar circula prin interior) –pentru schimbator abur-lichid aburul circula prin exterior printre tevi; -pentru schimbator gaz-lichid gazul circula prin exterior si in acest gaz special pe suprafata exterioara a tevilor se prevad nervuri longitudinale sau aripioare transversale pentru extinderea suprafetei de schimb pe partea gazului deoarece acesta are coeficient de convectie mult mai mic decat lichidul.Dupa stabilirea fluidului care circula prin interiorul tevilor si diametrul tevilor(diametrul este normalizat si standardizat)si reprezinta diametrul interior al tevii.Se determina numarul de tevi in paralel din ecuatia de continuitate pentru fluidul care circula prin interiorul tevilor.Ecuatia de continuitate G= unde

-densitatea(kg/m3),S-aria sectiuni de curgere S= (m2),W-viteza de curgere(m/s).In relatie mai intervine “n” numarul tevilor G se scoate n.Viteza de curgere se stabileste in urma unui calcul tehnico economic tinandu-se cont de:-prin cresterea vitezei se mareste coeficientul de transmisie a caldurii prin convetie(se micsoreaza aria suprafetei de schimb de caldura =dimensiunile aparatului scad-costurile scad); -pe de alta parte prin cresterea vitezei cresc pierderile de presiune(sunt proportionale cu patratul vitezei)si corespunzator creste consumul de energie pentru vehicularea fluidului.De aceea viteza se allege astfel incat sa rezulte un minim pentru cheltuielile totale care contin valorea aparatului si valoarea energiei pentru pomparea fluidului.Pentru apa se recomanda viteze intre 1 si 3 m/s.Valorile spre 3 m/s se aleg atunci cand apa are un continut mare de impuritati.Avand astfel numarul tevilor din ecuatia de

transfer a caldurii se determina marimea suprafetei si rezulta lungimea tevilor. F0=n* unde n-numarul tevilor;L-lungimea tevilor;d-diametrul interior.Intrucat L nu trebuie sa depaseasca 3-4m daca valoarea calculata este mai mare atunci schimbatorul se face cu mai multe treceri.Numarul de treceri z=Lcalc/(3 4).Din ecuatia de continuitate pentru fluidul care circula printre tevi se

determina diametrul mantalei.G= unde S= .Daca sunt z

treceri atunci in relatie n se inmulteste cu z. -gradul de umplere ia valori intre 0,6-0,8.In ceea ce priveste asezarea tevilor pe placa tubulara exista 2 moduri:a)dispunerea in corridor-tevile sunt asezate in varfurile unor patrate sau dreptunghiuri.fig3; b)dispunerea in esicher-este asezare in straturi successive fig4

Curs 5.Calculul termic al schimbatoarelor cu schimbarea starii agentilor.Pot fi intalnite 3 situatii:-cand agentul primar isi schimba starea(trece din abur supraincalzit in abur saturat-uscat,apoi condenseaza iar condensul e subracit);-cand agentul secundar,in stare lichida e preincalzit,pana la temperature de satuartie,vaporizat iar vaporii sunt supraincalziti;-cand ambii agenti isi schimba starea.Temperatura de saturatie:-tot cuna cu temp de fierbere sau condensare,e o marime dependenta de natura substantei si de presiune.Temp de saturatie creste odata cu cresterea presiunii.Lichidele aflate la o temp sub temp de saturatie se numesc lichide subracite.Se considera un lichid la o temp mai mica temp de saturatie si mentinem presiunea constanta.Acest lichid e incalzit.Ca urmare,temp lui creste pana ajunge la temp de saturatie.Daca se continua incalzirea,incepe procesul de firebere,temp ramanand constanta.Daca vasul cu lichid e inchis,atunci in interiorul lui vom avea un amestec lichid+vapori la temp de saturatie.Acest amestec se numeste vapori saturati umezi.Continutul amestecului e exprimat prin notiunea de TITLU(x) si el arata,cati vapori sunt in amestec(%).Daca x=0,7=>30%-lichid si 70%-vapori.Se mai foloseste o notiune complementara:umiditatea u:u=1-x.Caontinuand incalzirea,la un moment dat,intreaga cantitate de lichid sa vaporizat,moment in care,titlul devine 1,si vaporii se numesc vapori saturati uscati(sunt inca la temp de saturatie).Continuand incalzirea,se spune ca vaporii se supraincalzesc rezultand vapori supraincalziti.Desfasurarea inverse a procesului inseamna desupraincalzire adica,recirea vaporilor supraincalziti pana la temp de saruratie.Urmeaza condensatia-avem amestec de vapori-lichide.Se ajunge la situatia in care toti vaporii au condensate rezultand un lichid la saturatie(sau condens).Daca continua racirea rezulta subracirea condensului.(fig1).Pt n calcul

exact,”aparatul” se imparte in 3 zone:zona de deasupra incalzire(I);zona de condensare(II);-zona de subracire(III).Aceasta,deoarece,coeficientul de transmisie a caldurii prin convectie,depinde foarte mult de starea fluidului.In degeral,pt lichide,e mai mare decat pt vapori iar,in timpul condensarii e si mai mare decat in cazul lichidelor.Pt a putea face calculele pe fiecare zona,mai trebuie determinate,temp intermediare ale fluidului care nu-si schimba starea.Acestea se obtin din ecuatile de bilant termic,scrise pt fiecare zona.In aceste ecuatii se inlocuiesc pt fluidul care isi schimba starea produselor CpDt seinlocuiesc cu variatia de entalpie.Entalpia(isau h) reprezinta continutul de caldura a unui kg de substanta luand ca reper de temp,temp de zero grade Celsius.Exista in literature ptapa-abur,tabele si diagrama din care se poate determina entalpia in functie de presiune si temp.Pt zona(I) ecuatia de bilant termic:QI=ηG1(i’1-i’’)=G2*Cp2*(t2a-t2)=>t2a;i’’-rotatia standard pt entalpia aburului uscat saturat.Avem toate marimile pt a calcula prima zona.Pt zona a II-a:QII=ηGp*(i’’-i’)=G2Cp2*(t2b-t2a)=>t2b;i’-entalpia apei la saturatie.(i’’-i)=r->caldura latenta de condensare;t2b-pt aceasta zona se tine seama de faptul ca pe zona de agent primar temp=const=temp de saruratie.Pt zona aIII-a:QIII=ηG1*(i’-i1’’)=G2Cp2*(t2’’-t2b).In situatiile cand temp de intrare-iesire ale agentului rpimar nu difera cu mai mult de 15÷200C de temp de saturatie se poate admite ca temp pe partea acestuia e constanta si egala cu temp de saturatie(nu se mai imparte aparatul in cele 3 zone).Temp reale se iau in consideratie,totusi,numai la calculul sarcinii termice,adica in ecuatia de bilant termic.In acest caz,ecuatia de bilant termic va fi:Q=ηG1*(i1’-i1’’)=G2Cp2(t2’’-t2b),unde entalpiile i1’ si i1’’ sunt in functie de presiune si de temp reale t1’ si t1’’.In cazul al II-lea,atunci cand agentul secundar isi schimba starea,vom avea o zona de preincalzire,unde temp lui creste de la val de intrare t2’ la temp de saturatie t2S apoi zona de fierbere –unde temp=const=t2S.Apoi zona de supraincalzire –temp creste la vaporilor de t2S->t2’’.Si aici se poate face aceeasi aproximatie ca in primul caz daca t2’ si t2’’ nu difera mai mult de 15÷200C de t2S.Exemplu:cazanul de abur(din centralele termice).Agentul primar-gazele de ardere nu-si schimba starea.Agentul secundar-apa(de alimentare) care la iesirea cazanului e abur supraincalzit:t=500÷6500C(p-2-300 Atm).Dpdv al randamentului,temp aburului trebuie sa fie cat mai mare.η=1-T2/T1;η-centralelor cu turbine cu abur max 42%.

Curs 6 EXPANDOARESunt aparate folosite, fie pt recuperarea caldurii din condensuri uzate, fie pt extragerea urmelor de abur din condens.Pt prima situatie, avem EXPANDORUL DE PURJAPt a 2-a situatie, avem EXPANDORUL DE TRATARE CONDENS

Expandorul de PURJALa cazanele de abur, in zona de separatie a aburului de apa de fierbere, se aduna saruri, mai ales sub forma de spuma si pt a se mentine ca;itatea apei din czan se evacueaza continuu un debit de 2-4% din debitul aburului la cazan, din zona in care concentratia de saruri e mai mare. Aceste debit de purjare, se afla la temp de fierbere corespunzatoare temperaturii din cazan, deci, are un continut mare de caldura(300 grad.Celsius)Expandorul de TRATARE CONDENSCa o regula, in conductele de condens nu trebuie sa existe urme de abur deoarece acesta sa acumuleaza in punctele inalte ale conductiei si formeaza dopuri de abur- blocand circulatia , ingreunand circulatia – apar vibratii.Functionarea expandorului: fig 1 Debitul de purjare cu presiunea ridicaa, practice egala cu presiunea din cazan si aflat la temp de fiervere coresp acestei presiuni, trece prin reductorul de [resiune (R.P) unde se coboara presiunea la . Ca urmare a acestui fapt o parte din condens va fierbe, se va vaporiza, la iesirea din reductor va rezulta apa-abur.Nici un lichid nu poate ramane in stare lichida la o temp mai mare decat cea de fierbere.

Caldura sensibila corespunzatoare diferentei de temp. se transforma in caldura latenta de vaporizare vaporizarea unei parti din debit

Amestecul lichid-

vapori de la iesirea de la reductorul de presiune, intra in expandor prin racordul (1) care este dispus tangential, la mantaua aparatului ca urmare, acest amestec va urma o miscare circulara si , particulele de lichid, avand masa mai mare , sunt aruncate de forta centrifuga pe manta si se preling pe partea inferioara a ap.unde, sunt evacuate prin (5). Aburul se colecteaza pe zona axiala (centrala) urca prin tubul central (3) gol la interior, trece apoi prin separatorul de picatura (4) si este evacuate prin (6) si, prin conducta (7) se avacueaza periodic condensul retinut de filtru.In cazul expandorului de purja, aburul de la iesire este introdus in circuitul centralei (se recupereaza astfel caldura). Daca presiunea din cazan este foarte mare (200-300 atm) atunci, un singur expandor nu poate realiza o recuperare eficienta a caldurii. In asemenea cazuri, se folosesc instrumente expandoare in

doua trepte, adica condensul de la iesirea primei trepte trece prin alt redactor de presiune si mai apoi trece prin alta serie de separare(recuperare).

Raportul nu trebuie sa fie mai mare de 10.

Regula si la compresoare.Pt calculul expandorului, se determina mai intai, debitele de condens si abur de la iesire. Pt aceasta, se scrie ecuatiile de bilant masic si ecuatiile de bilant termic. Ecuatia de bilant masic: Ecuatia de bilant termic: (ec. pt. orice bilant energetic)In cazul nostrum, vom avea:

Obs:In literetura exista tabele cu parametrii apei si aburului la saturatie, functie de presiune sau temperature. Tabelele au fost calculate de un rus Vukalovici.In aceste ecuatii :

= - functie de = -(este abur)- functie de

-dar functie de - pierderile de caldura prin mantaua aparatului

Functie de si exista relatii empirice de determinare a dimensiunilor aparatelor.

= debit purjat a aburului = debit purjat a condensului

VAPORIZATOAREAparate folosite fie pt concentrarea solutiilor lichid-solid, ajungandu-se chiar pana la obtinerea solidului uscat fie pt obtinerea lichidului pur.Pt. primul caz: Obtinerea sarurilor din apa de mare Obtinerea zaharului

Pt a 2-a situatie:Tratarea apei necesara in centralele electrice.Pt cazul unor debite foarte mari (Iesalnita, Rovinari, etc)Clasificarea vaporizatoarelor:

1. dupa regimul de lucru:-vaporizatoare cu functionare continua-vaporizatoare cu functionare intermitentaLa vaporizarea cu functionare continua se introduce continuu o solutie dedurizanta si se evacueaza continuu, sol. concentrata si, vaporii lichidului respective.La vaporizarea cu functionare intermitenta, exista un ciclu de functii: -la inceput, se introduce solutia proaspata -nu se mai introduce solutia -pe parcursul ciclului de functionare se elimina continuu numai vaporii lichiduluiSolutia concentrata se elimina la sf ciclului. Vaporizatoarele alternative se folosesc fie pt prelucrarea unor cantitati mici de solutie, fie pt situatiile cand, solutia concentrate are vascozitate mare si practic nu mai curge . Dupa presiunea de partea solutiei, exista vaporizatoare cu presiune ridicata (10 -16 bar):-vaporizatoare atmosferice(1,1 -2,2 bar)-vaporizatoare cu depresiune (p < 1Atm)Acestea se folosesc rar, deoarece desi au un consum de caldura mai mic decat celelalte, necesita insa o inst.suplimentara pt crearea si mentinerea depresiunii.Acestea, se folosesc in cazul substantelor care se degradeaza la temperaturi ridicate.Pt. situatiile cand se prelucreaza debite mari de solutie, se folosesc instalatii vaporizatoare in mai multe trepte.In cazul acestor instalatii, agentul incalzitor se introduce numai la prima treapta iar, celelalte trepte sunt incalzite cu vaporii de la treptele precedente.Functie de sensul relativ de circulatie a solutiei si vaporilor intre trepte, exista instalatii cu circulatie in echicurent si circulatie in contracurent. Fig. 2 (curs 6 - circulatia in echicurent)Fig. 3 (curs 6 – circulatia in contracurent) Se prefera schema in echicurent deoarece ,solutia concentrata se evacueaza coborata la temperatura scazuta (privit relativ).Schema in contracurent , se foloseste in cazul solutiilor care prin concentrare isi maresc vascozitatea .In acest caz, temperatura solutiei creste de la treapta (n) la treapta (1), iar vascozitatea creste odata cu cresterea temperaturii.Deoarece presiunea pe partea solutiei este crescatoare de la ultima treapta spre prima, sunt necesare pompele de circulatie si .Presiunile in treptele instalatiei (pe partea solutiei) sunt descrescatoare de la prima la ultima treapta.

De regula presiunea din treapta (n) este usor mai mare decat cea atmosferica, iar in treptele inferioare, presiunile se aleg din considerent de transfer a caldurii.Se fixeaza o presiune in ultima treapta: Acestei presiuni, ii corespunde temperatura de fierbere a solutiei: In treapta (n) solutia e incalzita cu vaporii secundari proveniti de la treapta (n-1) si pt ca transferul de caldura sa se faca de la vapori la solutie trebuie ca temp. de condensare sa fie mai mare ca la temp. de fierbere a solutiei.

Acesti vapori provin din secundarul treptei (n-1), deci ei vor avea presiunea de acolo. Si atunci cunoscand si natura substantei se determina presiunea din treapta (n-1).

Curs 7.Solutii constructive pentru vaporizareVaporizare cu virculatie orizontala Fig 1

Se folosesc pt solutii care,in timpul fierberii formeaza spuma. Spuma care se formeaza, se comporta ca o bariera pt vaporii de solvent dar, pt ca suprafata libera este mare vaporii reusesc sa strapunga aceasta spuma.concentratia substantei dizolvate este mai mare in apropierea suprafetei libere si de aici, se va evacua solutia concentrata (prin racordul 2). Nivelul solutiei in vaporizator trebui sa fie trebuie sa fie relative constant, deasupra racordului 2. Solutia proaspata (diluata) se introduce prin racordul 1 vin in contact cu suprafata incalzitoare 5-5’. Cand fierbe, din aceasta se ridica vaporii de solventi care sunt selectati prin “domul” 3 apoi evacuati prin racordul 4.Vaporizare cu circulatie verticala. Fig 2Solutia proaspata se introduce prin 2, coboara prin tubul central 4 de diametru mare dupa care urca prin tuburile 5, de diametru mic in care este incalzita si adusa in stare de fierbere. La iesirea tuburilor 5, rezulta un amestec lichid-vapori, cu vapori 3-5%. La iesirea din tuburi, are loc o usoara expandare care, favorizeaza separarea vaporilor din solutie, vapori care sunt colectati in domul 6 si evacuate prin racordul 7. Solutia nevaporizata, impreuna cu solutia proaspata, reintra in circuit.Circulatia interna a solutiei (descendenta-ascendenta)se realizeaza pe baza diferentelor de greutate specifica dintre solutia, relativ rece din tubul central si amestecul lichid-vapori din tuburile incalzitoare (termosifon). In zona inferioara a aparatului unde viteza de circuit este mica, se produce decantarea solutiei concentrate care, avand dens mai mare, coboara in partea inferioara si apoi evacuata prin 3. In spatiu dintre tevi si manta, circula agentul incalzitor 1-1 (circulatie mixta). In situatiile cand, dif de greutate specifica nu mai este suficenta pt asigura circulatia interna a solutiei. In asemenea situatii , se

folosesc vaporizatoare cu circulatie fortata o pompa asigurand circulatia interna. fig 3.Calculul vaporizatoarelorAre ca scop det marimi suprafetei de schimb de caldura. Pt aceasta, se scriu ec de bilant masic total si de bilant masic pt subst dizolvata, de care se det, debitele de vapori secundare si de solutie concentrata de la iesire. Fig 4.Ca date de intrare, se considera debitul solutiei de la intrare G2, concentratia acesteia δ21 si concentratia la iesire δ22. Scriindu-se ecuatia de ansamblu: G2=G2’+ Gv

G2*δ21= G2’* δ22 → G2’, Gv

Apoi se scrie ecuatia de bilant termic pe partea de solutie: G2 * i2 +Q= G2’* i2’+Gv *iv , in care G2, i2 – caldura introdusa cu

substanta proaspata; Q – caldura primita de la agentul incalzitor; G2’* i2’- caldura evacuata cu solutia concentrate; Gv *iv – caldura evacuata cu vapori secundari.

Entalpiile se exprima functie de temperature, concentratie, presiune. Cu exceptia vaporilor pentru lichide, entalpia i=c*t(t-temperataura)

C= caldura specifica – se determina fct de caldura specifica ale solventului lichid pur si componentei solide dizolvate pure si de concentratie.

C=(1-δ) * Ce +δ * Cs

Caldura primta de solutie Q, reprezinta practice sarcina termica a aparatului si din ecuatia de transfer a caldurii.

Q= k*F*∆tmed

Se determina marimea suprafetei de schimb (F).Diferenta de temperatura medie logariitmica se calculeaza considerand ca pe partea agentului primar temp.este practic constanta si egala cu temp.lui de saturatie.

∆tmed =

t2’-t2”- temp de intrare/iesire ale solutieiFunctie de sarcina termica, se determina si debitul de agent termic incalzitor.Q=η *G1 (i1’-i1”)Echipamente termice bazate pe transferul de caldura si masaIn cazul acestor echipamente, cei doi agenti termici (primari si secundari) vin in contact direct si intre ei are loc atat schimb de caldura det.de dif.de temp. cat si schmib de substanta det.de existenta unei dif.ale concentratiei. Din aceasta categorie fac parte: - degazoarele; - instalatii de uscare; - turnuri de racier.

Schimbul de substanta intre doua faze: intre faza lichida – faza gazoasaSchimbul de substanta este det.de difuzie moleculara si de difuzie de turbulenta. Difuzia moleculara se realizeaza pe baza agitatiei termice a moleculelor det.de existenta unei diferente de concentratie intre 2 zone din interiorul lichidului.Difuzia moleculara exista atat timp cat exista diferenta de concentratie si se realiz.in sensul diminuarii diferentei de concentratie (omogenizare). Ex: dizolvarea unei lingurite de zahar in ceai.Viteza de desf.a difuziei moleculare este influentata de temperature solutiei, dar este mica. Viteza este influentata diferit in functie de natura substantei. Procesul este asemanator convectiei termice naturale.Difuzia de turbulenta este deter.de deplasarea masei de lichid datorita unei cause interne. Viteza de desf.a difuziei turbulente este mult mai mare ca cea a difuziei moleculare si este direct proportionala cu viteza de deplasare a masei (maselor) de lichid. Fig. 4 Consideram un lichid L in contact direct cu atmosfera gazoasa. Atmosfera este compusa din doua gaze din care A este solubil in lichid iar B insolubil in lichid.Suprafata libera a lichidului mai poarta numele de interfata. Se mai considera ca atat volumul lichidului cat si volumul atmosferei sunt sufficient de mari ptr.a nu fi influentate sensibl de schimbul de substanta. De o parte si de cealalta a interfetei se formeaza 2 straturi limita, unul lichid si altul gazos in care concentratiile componentelor A si B sunt variabile si diferite de celelalte de restul atmosferei respectiv, restul lichidului. Grosimea celor 2 straturi limita depinde de temperatura si de viteza relativa a atmosferei-lichid. Fluxul de substanta care trece prin difuzie moleculara prin unitatea de suprafata pe directia normala la suprafata este proportionala cu gradientul concentratiei.Nm = - ∆ ; ∆= coefficient de difuzie molecularaFluxul de substanta care trece de difuzia de turbulenta:Nt= ; - componenta vitezei pe directia normala la suprafata considerate

Fluxul total va fi suma acestora: N= = - ∆ ; Revenind la cazul nostru rezulta ca din atmosfera se deplaseaca catre interfata componenta A :NA= A - ∆ ; Respective componenta B:

NB= B - ∆ =0(zero) deoarece am considerat ca substanta B este insolubila.Din ecuatia de stare a gazelor perfectepV= RTobtinem concentratia = inlocuind in NA si NB obtinem:

NA= wx

NB= wx = 0.Din legile amestecurilor gazoase presiunea totala a unui amestec = cu suma presiunilor partiale ale componentelor. P= PA + PB = constPresiunea partiala a unei componente este presiunea unei componente pe care ar avea-o daca ar ocupa singura spatial acelui amestec.Diferentiind avem: dp=0 si dpA = - dpB si PA= p-pB

Introducem in expresia lui NA

NA= p- p + si ramane ca

NA = p w x = si introducem in expresia lui NA

NA= *

NA ( ) = -

NA *dx = -

NA , unde x - grosimea stratului limita gazosp -reprezinta presiunea partiala a componerntei A in natmosfera in afara stratului limitaP - presiunea partiala a componentei A in strat limita la contactul cu integrala

- continuare –(schimbul de substanta intre doua faze )- a doua integrala este : ln (p-pA)

NA=Introducem notiunea de presiune medie logaritmica:

PB,n= rezulta ca : Deoarece am

presupus temperat. constanta si atmosfera suficient de mare pt a nu fi influentata de schimbul de subst. toate marimile din fata parantezei sunt constante si pot fi inglobate intr-un coef Kg-coef de schimb de substanta atmosfera-suprafataPutem scrie: NA=

unde F-aria suprafetei de contact lichid-atmosferaRelatia este “grozava” dar inutilizabila deocamdata ,deoarece Pa,i-este necunoscut si imposibil de masuratPt aceasta ,se considera schimbul de subst intre interfata si lichid. Printr-un rationament “analog”, se ajunge la o relatie de forma:NA= unde kl-coef de schimb de subst interfata –lichid;

componentei A in masa lichidului in afara stratului limitaconcentratia comp A, in stratul limita imediat sub interfata

Conform Legii Henry, presiunea partiala a unui gaz dizolvat intr-un lichid este proportionala cu concentratia lui: ; H-constanta lui Henri,creste odata cu temperatureNA=Se mai face aproximatia ca , in reg stationar Pa,l in atmosfera este egala cu PA,I

in lichid .

; notam paranteza

cu 1/kNA=k NA=kFDaca diferenta e pozitiva = dizolvare gaz in lichid Daca este negativa=proces invers – desorbtia gaz din lichid Degazoare Sunt aparate folosite pt, reducerea pe cale termica a concentratiei unor gaze din lichide, fie in scopul imbunatatirii calitatii lichidului,fie in scopul obtinerii unor gaze pretioase. In energetica, degazoarele se folosesc la “degazarea” apei de alimentare a cazanelor ,fie pt degazarea apei din adios din magistralele de termoficare.

Dintre gazele dizolvate in apa cel mai nedorit este oxigenul , deoarece, produce corodarea supraf. metalice.Acest proces, este catalizat de prezenta apei, care mareste viteza de oxidare.In afara degazarii termice, deoarece aceassta nu este completa , se foloseste si degazarea chimica cu compusi ai hirdrazinei (NH4). Aceasta reactioneaza cu oxigenul si rezulta H2O si N2.De regula se face degazare combinata: - mai intai termica – pt eliminare oxygen- mai apoi chimica- pt eliminarea “resturilor”Pt a se realiza o degazare cat mai eficienta, trebuie ca, diferenta de presiune sa fie negativa ca sa avem absorbtia , lucru ce se realizeaza pe 2 cai:- prin marirea presiunii partiale a gazelor din lichid- prin reducerea presiunii lor in atmosfera din degazorMarirea presiunii partiale in lichid, se face prin incalzirea acestora deoarece se mareste constanta lui Henry si se mareste presiunea partiala.Temperatura de incalzire, nu trebuie insa sa atinga, temperatura de fierbere. De aceea, in practica , se recomanda ca, temp de incalzire sa fie cu 0,25 pana la 10 gradC mai mica decat temp de fierbere coresp temperat din degazor.Reducerea presiunii din atmosfera se realizeaza pe 2 cai:-prin crearea unei atmosphere ce nu contine gazul ce urmeaza a fi dezsorbit si-prin inlaturarea continua a gazelor dezsorbiteCea mai potrivita atmosfera este cea formata din vaporii lichidului. De aceea, la degazarea apei, incalzirea ei se face cu abur.Tot din expesia schimbului de subst., rezulta pt a mari debitul de gaze dezsorbite, trebuie marita supraf. de contact lichid- atmosfera. Aceasta se realizeaza prin curgerea lichidului in interiorul degazorului sub forma de suvita sua sub forma de pelicula sau sub forma de picaturi sau combinate.Clasificare: - dupa presiunea de lucru: degazoare atmosferice(presiuni 1,1 - 1,2 – 2,1 bari) degazoare cu presiune ridicata (10-16 bari) degazoare cu vid sau cu depresiuneCele mai folosite sunt insa degazoarele atmosferice.Degazoarele cu vid- sunt superioare d pd v termic – consum scazut de temp si d p d v al degazarii (mai avansata) dar necesita o instalatie suplimentara pt crearea si mentinerea depress si mai trebuie o f buna etanseizare a degazorului- dupa modul de marire a suprf de contact :

-degazoare cu site si suvite-degazoare peliculare-degazoare cu stropire-degazoare combinateFig 1-degazor schemaApa de degazat intra prin conducta 1 si ajunge prin taleru 2 care este prevazut cu nr mare de orificii cu diam. De cca 4 cm – nr de orificii rezulta din ecuatia de curgere si debit.Nivelul apei in taler, trebuie sa fie de cca 0,1 m a.i. viteza de iesire a apei din orificii sa corespunda unei curgeri turbulente, fapt ce genereaza dezsorbtia gazelor. Distanta dintre doua talere consecutive, nu trebuie sa depaseasca 0,4 m pt a nu se rupe suvitele.Numarul talerelor rezulta din calculul de degazare.In sens invers apei, circula aburul incalzitor bare , este distribuit de conductanta inelara 4.In cea mai mare parte, aburul incalzitor condenseaza. Aburul necondensat (abur de scapari) este eliminate la partea sup impreuna cu gazele desorbite. Apa degazata este colectata in rezervorul degazorului care face corp comun cu degazorul. De aici e preluata de pompa si trimisa prin preincalzitoare de inalta presiune.Rezervorul degazorului are mai multe roluri: 1.colecteaza apa, atunci cand , din anumite motive debitul de apa scade si 2. asigura necesarul de apa cand debitul de abur are tendinta de a creste.Ca pozitie in spatiu , degazorul este la cota cea mai inalta in hala. Pompa care preia apa este la cota 0.Turnuri de racireAcestea au rol de a raci, apa de racire din diverse instalatii . Are rolul a de a elimina caldura “deseu” din aplicatii. Intr-o centrala CET ,apa de racire este utilizata in 3 locuri principale :- pt racirea condensatorului (debite mari- sute de mii de debitul de abur este 40 60 ori mai mare ca la iesire)- racitoarele de ulei de ungere ale turbinei si generatoarelor.Obsevatie : Caldura preluata repr. Cam 2% din energie (energia pierduta prin frecare ) repr cam 2% din energia electrica furnizata de generatorul electric.Aerul umed

Aerul atmosferic are intotdeauna un continut de umiditate care se paote afla functie de temperatura in oricare din cele 3 stari, respective vapori, stare lichida(ceata), stare solida(promoroaca).Continutul de umiditate, x, se masoara in Kg apa/ Kg aer uscat.Aceasta marime nu este suficeienta pt a caracteriza comportarea aerului umed si efectul acestuia asupara organismelor vii sau asupra instalatiilor. Din acest motiv se introduce o alta notiune, umiditate relativa, , si este definit ca raportul dintre presiunea partiala a vaporilor din masa de aer considerata si presiunea de saturatie a vaporilor.

In functie de valoarea umiditatii relative putem avea aer uscat ( =0), aer nesaturat (0< <1), aer in domeniul cetii( =1) si surplusul de umiditate este sub forma lichida.Umiditatea relativa este in fct de temp, continutul de umiditate este const.Daca se raceste at pres de saturatie se micsoreaza => umiditatea rel creste.La un moment dat, la o anumita temperatura, presiunea de saturatie=pres vaporilor, aerul devine saturat. Daca se continua racirea deoarece pres partiala a vaporilor nu poate fi mai mare ca pres de saturatie surplusul de umiditate va condensa si se va forma ceata.Temperatura la care =1 se num temperatura punctului de roua.Temperatura gazelor de ardere nu trebuie sa scada sub pct de roua.Gradul de saturatie , X-cont de umiditate al aerului

Xs - cont de vapori al aerului saturat

>1, X : Xs - vapori X-Xs –lichid sau solid sau ambele

Determinarea parametrilor aerului umed se poate face pe cale analitica(legile fizicii) dar aceasta cale este destul de greoaie sau pe cale grafica folosind diagrama Mollier, sau diagrama i-x . Pe aceasta diagrama sun trasate mai multe familii de curbe.Planul diagramei este impartit in 2 regiuni de curba de saturatie =1. Regiunea de deasupra curbei corespunzatoare aerului nesaturat iar regiunea de sub regiunea de saturat corespunde cetii. O familie de curbe este cea de umiditate relativa (0.9, 0.8,….), o familie de drepte paralele, de entalpie ct. O a 3-a familie este tot de drepte dar cu panta mai crescatoare si sunt izoterme. Izoterma de

0este orizontala iar celelate cu panta crescatoare. Mai sunt dreptele de presiune partiala a vaporilor.Pt a defini o masa de aer umed este suficient sa se cunoasca 2 paramatri(i,x) (i,

) (i,t)Instalatii de uscareSunt folosite pt extragerea totala sau partiala a umiditatii din materiale pt a imbunatati calitatea acestora. Umiditatea dintr-un material se afla in 2 forme : 1)Umiditate legata chimic si umiditate legata fizic. Legaturile chimice se stabilesc in procesul de formare al materialului si sunt ft puternice. De regula eliminarea umiditatii chimice are drept efect modificare proprietatilor materialului. Nu se ia in considerare umiditatea chimica.2) Umiditatea legata fizic este reprezentata de umiditatea legata de porii materialului sau de suprafata acestuia. Legaturile fizice sunt foarte slabe si pot fi rupte usor fie pe cale mecanica prin presare, centrifugare, stoarcere fie pe cale termica, incalzire.In functie de modul cum se realizeaza incalzirea materialului exista mai multe tipuri de instalatii de uscare: uscatoare convective, usctoare cu incalzire prin radiatie, uscatoare cu incalzire prin contact, uscatoare cu incalzire cu curenti de inalte frecventa. In toate cazurile eliminarea umiditatii evaporata din spatiul de uscare se face cu aer. In cazul uscatoarelor convective aerul are si rolul de agent incalzitor. La acestea aerul atmosferic trece mai intai print-o baterie de incalzire (schimbator de caldura aer-apa) , dupa care intra in spatiul de uscare unde cedeaza caldura materialului supus uscarii. Caldura folosita la evaporarea umiditatii si vaporii sunt preluati de aer dupa care se evacueaza in atmosfera. Materialul umed se aseaza in asa fel incat suprafata lui de contact cu aerul sa fie cat mai mare.La uscatoarele cu incalzire prin contact, materialul umed vin in contcat direct cu o suprafata incalzita.Uscatoarele cu incalzire prin radiatie se folosesc in special pt uscarea pieselor vopsite. Incalzirea se face cu lampi care radiaza infra-rosu. Incalzirea incepe de la piesa supprt a stratului de vopsea.Uscatoarele cu incalzire prin inalta frecventa se folosesc pt materialele de dimensiuni mari (grinzi, blocuri ceramice) si in acest caz incalzirea incepe din interiorul materialului insa consumul de energie electrica al generatorului de inalta frecventa este ft mare din cauza randamentului mic al conversiei. In majoritatea cazurilor se foloseste un procedeu combinat, incalzire de inalta frecventa + uscare convectiva. Inalta frecventa creeaza gradientul de

temperatura care determina migrarea umiditatii din interior spre suprafata de unde este apoi evaporata pe cale convectiva.

Curs 10. Instalatii termice cu circuit internSe numesc asa deoarece realizeaza transferul caldurii in sens invers celui natural respective de la un mediu cu temperatura mai coborata spre un mediu cu temperatura mai ridicata.Pentru a se realiza acest transfer este necesar un consum suplimentar de energie, cel mai des este sub forma de energie electrica sau energie termica. Energia consumata suplimentara se regaseste in cea mai mare parte in energia cedata mediului cu temperatura mai ridicata. In functie de temperatura la care evolueaza agentii de lucru instalatiile cu ciclu invers se clasifica in pompe de caldura si instalatii frigorifice.In cazul pompelor de caldura ag. de lucru evolueaza in general la temperatura superioara temperaturii mediului ambiant iar in cazul instalatiilor frigorifice temperatura agentilor de lucru sunt in cea mai mare parte inferioare temperaturii ambientului.Un caz aparte il reprezinta instalatiile de climatizare care pot functiona in ambele sensuri respective in timp de iarna functioneaza ca pompe de caldura iar in timpul verii ca instalatii frigorifice.

Fig. 1 T0 – temperatura ambiantaIn cazul instalatiilor frigorifice agentii de lucru preiau unitatea de caldura Q2 de la un mediu cu temperatura coborata.T’2 si cedeaza mediului ambiant cantitatea de caldura Q1 care daca se neglijeaza pierderile este egala cu suma calduri preluate de la mediu rece Q2 si en. laminara pentru fct inslatatiei w –

Q1=Q2+WDpdv al instalatiilor frigorifice Q2 reprezinta caldura utila iar W en consumata. Caldura extrasa din modelul rece Q2 se mai numeste productie de frig.Calitatea procesului este def. prin notiunea de eficienti energetici

E=util/comund = Q2/WPompa de caldura este folosita in general pentru a inobila caldura provenita din diverse instalatiiCaldura elem se afla la o temperatura coborata apropiata de temperature ambianta si inobilarea consta in ridicarea temperatiruu ei.In cazul pompei de caldura, caldura extrasa de la ….. nu valoreaza nimic.Caldura utila este de data aceasta iar constanta W.Neglijeaza pierderile in mediul ambient

Figura 2

- compesorul (c) antrenat de un motor electric n, condensatorul are o presiune ridicata, ventilul de laminar VL si vaporizatorul de presiune V.o Functionarea : agentul de lucru in stare de vapori cu presiune bogata este preluat de compresorul c care ii mareste presiunea ca urmare a energiei cinetice ……. .In continuare gazul trece in condensator unde vaporii sunt supraincaziti, condensati iar condensul este subracit de acizi, trece prin ventilul de laminar unde sufera o destindere si ca urmare i se reduce presiunea. Mai departe intra in vaporizator de joasa presiune unde preia caldura din incinta frigorifica si se vaporizeaza si ciclul se repeta.Presiunea coborata P1 se allege astfel incat temperatura de fierbere corespunzatoare lui P1 sa fie < decat temperatura din incinta frigorifica aceasta pt ca transformarea caldurii sa se faca de la incinta la agentii de lucru.Presiunea ridicata P2 trebuie sa fie suficient de mare pt ca temperatura de condensare corespunzatoare lui P2 sa fie mai mare ca temperatura ambianta.Ca agenti de lucru in instalatiile frigorifice se foloseste rule care au temp de fierbere f coborata. Principalii agenti frigorifici fae, sunt : amoniacul si freonii.Amoniacul are proprietati termice f bune, temperatura de fierbere la presiune atmosferica este -36 grade C, dar este toxic iar in concentratii mari are efect letal.In plus este usor inflamabil si in contact cu aerul are caracter exploziv. Nu se foloseste in instalatii fara supraveghere.Freonii – (C.F.C.) (clor, flor, carbon) – sunt compusi organici. Au proprietati termice mai proaste decat amoniacul, temperatura de fierbere este de -30 grade C la presiunea atmosferica dar sunt inflamabili si toxici.

Figura 3 Instalatie cu absorbtiePt. functionarea instalatiei este necesar la gentii de lucru sa existe impreuna cu un solvent lichid. Solventul trebuie ales astfel incat sa prezinte afinitate totala fata de agentul de lucru (sa se amestece in x c prop.) Sa nu reactioneze chimic cu el si sa aiba temp de fierbere mult mai mare ca a agentului de lucru astfel incat sa ramana in stare lichida la temperatura uzuala din instalatie. Perechile folosite current sunt: amoniac – apa

Freoni – dimetil, etil tehoetilen – glucol Apa – agentii de lucru Bromura de sodium – solvent

Elementele componente aflate sub linia punctata sunt la presiune coborata P, iar cele de deasupra la presiune ridicata P2. Trecerea in … este facuta de pompa iar trecerea in ale ventile linitare Vl1, Vl2.La presiunea coborata sunt absorbitoare si vaporizoterme iar la presiune ridicata, fierbatoare T defragmentorul D si condensatorul K.Fct. Instalatiei. Solutia concentrata de la

iesirea fierbatorului este preluata de pompa p care ii mareste presiunea trece prin schimbatorul SC unde se preincalzeste si apoi intra in fierbatorul F unde se continua incalzirea.Din solutia se repara in principal vaporii ag. de lucru care au temp de fierbere mai coborata dar acesti vapori contin si urme de vapori de solvent, acest amestec intra in defragmentor unde sufera o racire partiala si ca urmare vaporii de solvent vor …….revine la fierbator. Vaporii agentului de lucru astfel curatati in defragmentor ajung la condensator unde sunt condensati trec prin Vl2 unde li se reduce presiunea, condensul ajunge in vaporizator unde preia caldura din incinta frigorifica si fierbe iar vaporii revin la absorbitor.Solutia diluata de la iesirea fierbatorului trece prin schimbatorul S3 unde se raceste preincalzinal solutia bogata trece apoi prin ventilul de limitare unde i se reduce presiunea, se revine la absorbitor unde se intalneste cu vapori ag. de lucru pe care ii … si astfel ciclu se reia. Pt a se mari viteza de dizolvare absorbitorul este racit.