Infunctie de fluizi;

Calculul diferentei medii de temperatura a schimbatoarelor de caldura.

Diferenţa medie de temperatură se poatecalcula cu relaţia:

în care F este un factor de corecţie subunitar cu care se înmulţeşte diferenţa medie detemperatură a aparatului în contracurent, ∆med, considerată ca referinţă

kF

Pentru contracurent.

Media logaritmica. -----

Pentru scheme complicate de miscare relative aagentilor (mixteș.a) se calcula ca pentru contracurent și se introduce convectii in functie de raportul , ș.a.

41 .Schimbătoare de căldură

I. Introducere

Schimbătoarele de căldură reprezintă aparate care au drept scop transferul de căldură dela un fluid la altul în procese de încălzire, răcire, fierbere, condensare sau în alte procese termiceîn care sunt prezente două sau mai multe fluide cu temperaturi diferite

.

Din punct de vedere funcţional, numărul lor este foarte mare (ex.: preîncălzitoare de apăsau aer, răcitoare de ulei, distilatoare, vaporizatoare, condensatoare, radiatoare, etc.) însă principiul de funcţionare este acelaşi şi anume transferul de căldură de la un fluid la altul prinintermediul unui perete despărţitor.Există şi schimbătoare de căldură fără perete despărţitor între fluide, ca de exempluturnurile de răcire, camerele de pulverizare etc., dar calculul este mai complicat deşi principiulde lucru este acelaşi.Schematizat, un schimbător de căldură constă din două compartimente separate de un perete, prin fiecare circulând câte un fluid. Prin peretele despărţitor are loc transferul căldurii dela fluidul cald la cel rece. În timpul circulaţiei fluidelor prin cele două compartimente,temperatura lor variază, unul încălzindu-se celălalt răcindu-se. Temperaturile la intrarea înschimbătorul de căldură se notează cu indice prim iar cele la ieşire cu indice secund.

II. Clasificarea schimbătoarelor de căldură

1.După principiul de funcţionare

, schimbătoarele de căldură pot fi împărţite în treicategorii:- recuperatoare,- regeneratoare- prin amestec.În cele

recuperatoare

fluidul cald şi cel rece circulă simultan prin aparat, iar căldura estetransferată printr-un perete care separă fluidele. Cele mai întălnite schimbătoare de acest tip în industrie sunt generatoarele de abur, racitoare de apă (radiatoare), condesatoarele pentru diferitesubstanţe, etc.În cele

regeneratoare

, aceeaşi suprafaţă de schimb de căldură este expusă alternativfluidului cald şi rece, căldura preluată de la agentul cald fiind acumulată în pereţii aparatului şicedată apoi agentului rece, cum sunt aparatele cu umplutură metalică sau ceramică.Atât recuperatoarele, cât şi regeneratoarele sunt schimbătoare de căldură la care transferulse face indirect, prin intermediul unui perete (care are o anumită suprafaţă finită) şi de aceea semai numesc şi schimbătoare de căldură de suprafaţă.La schimbătoarele

de amestec

procesul de schimb de căldură se realizează prin contactuldirect şi amestecarea fluidului cald cu cel rece, rezultând un singur fluid cu proprietăţi termicemedii între cei doi agenţi disponibili iniţial. Schimbătoare de acest tip sunt turnurile de răcire,degazoarele, unele condensatoare, etc.Dintre aceste trei tipuri de schimbătoare, cele de primul tip, adică recuperatoarele

suntcele mai răspândite. Ele se realizează într-o gamă largă de soluţii constructive, de la cel maisimplu aparat tip ţeavă în ţeavă, până la unităţi complexe, cu suprafeţe de schimb extinse la miide metri pătraţi. Dintre soluţiile constructive cea mai des întâlnită în practică este cea cu ţevi înmanta (fig. 1.1), care asigură o bună compactitate, poate rezova probleme de schimb de orice tip(încălziri / răciri, vaporizări, condensări), iar tehnologia de execuţie pe care o reclamă este destulde accesibilă şi relativ ieftină.

Fig1.1

O soluţie constructivă deosebită este prezentată în fig. 1.2, unde prin montarea ţevilor deaducţiune în interiorul altor ţevi închise la capăt se dublează suprafaţa de schimb de căldură, fărăca gabaritul aparatului să crească prea mult

2.După felul în care se desfăşoară procesul în timp

, pot exista schimbătoare cuacţiune continuă (fig. 2.1 b, c) , la care schimbul de căldură se realizează la un regim termic permanent (sau stabilizat), şi

aparate cu acţiune discontinuă

(fig. 2.1 a) la care transferul decăldură are loc intermitent (aparate acumulatoare, în care căldura este înmagazinată când estedisponibilă şi livrată apoi la cerere) sau periodic (la aparatele regeneratoare care presupuntrecerea succesivă a agenţilor prin aparat).

Fluid caldF

3.După felul proceselor pe care le suportă agenţii termici

avem

aparate fără schimbarea stării de agregare

, dar şi

aparate la cere unul din agenţi îşi schimbă starea deagregare

la trecerea prin schimbător (se vaporizează sau condensează).

4.După felul suprafeţei de schimb de căldură

avem schimbătoare

cu ţevi

(tubulare),

cu plăci sau cu lamele

(fig. 4.1),

cu serpentine

(adică ţevi sau plăci spirale ca în fig. 4.2), sau

cu suprafeţe extinse

(cu nervuri, cu proeminenţe aciculare, cu promotori de turbulenţă, etc. – fig.4.3)

5. Dupa modului în care curg cele două fluide prin schimbător

există schimbătoarea)cu curgere paralelă în echicurent; b)cu curgere paralelă în contracurent;c)cu curgere încrucişată;

cu curgere mixtă.

Infunctie de fluizi;

-lichid-lichid.

-lichid-gaz.

-gaz-gaz.

-gaz-gaz.

-lichid-vapori.

-gaz-vapori.

III. Parametri de dimensionare şi funcţionare

1. Etapele de proiectare. Moduri de curgere a fluidelor prin schimbător

Proiectarea completă a unui schimbător de căldură cuprinde următoarele etape: –calculul termic şi hidrodinamic –calculul mecanic (de rezistenţă) – realizarea proiectului de execuţieCalculul termic urmăreşte determinarea suprafeţei de schimb de căldură şi a modului dedispunere a acesteia în spaţiu pentru realizarea unei sarcini termice impuse, pentru anumitedebite şi temperaturi ale fluidelor de lucru. Calculul hidrodinamic corelează aceste elemente cu pierderile de presiune admise şi cu energia de pompare a agenţilor termici, stabilind în final puterea necesară pompei de apă şi a ventilatorului de aer.Calculul mecanic alege soluţia constructivă, luând în considerare regimul de lucru,temperaturile şi presiunile de funcţionare, caracteristicile de coroziune ale fluidelor, compensareadilatărilor relative şi a eforturilor termice care pot să apară, precum şi legătura schimbătorului cualte echipamente.Proiectul de execuţie finalizează calculele precedente şi elaborează documentaţia defabricaţie a unui aparat cu preţ de cost cât mai scăzut în condiţii de calitate şi fiabilitate impusede beneficiar.În plus, în exploatare, schimbătoarele de căldură sunt supuse periodic unei analize a performanţelor de funcţionare, adică după efectuarea unor măsurători specifice se trece ladeterminarea unor indici privind calitatea transferului căldurii şi a pierderilor de căldură înmediul ambiant. În urma acestor analize se adoptă măsurile cele mai potrivite de ameliorare afuncţionării schimbătorului de căldură

.

2. Ecuaţiile de bază ale schimbătoarelor de căldură

Calculul termic al schimbătoarelor de căldură de suprafaţă se bazează pe următoareledouă ecuaţii principiale

:- ecuaţia de bilanţ termic:

-ecuatia de transmitere a caldurii

in care:

;

;

În fig. 2.1 se prezintă principalele mărimi care apar în calculul termic al schimbătoarelor de căldură de suprafaţă

Q1 Q2-fluxul de caldura cedat de agentul cald,respective primit de agentul rece,in W

Qp-pierderele de caldura ale aparatului in mediul ambient,in W

- coef de retinere a caldurii in aparat

Q- sarcina termica a aparatului de schimb de caldura, inW. De obicei Q=Q2

S- suprafata de schimb de caldura

L- lungimea totala a tevilor

Ks K1- coef global de transfer de caldura

t med –diferenta medie de temperature a agentilor termici

t1 t2 – temp medie in aparat a agentului rece si cald

G1 G2 – debitul masic de agent. inKg/s

Cp1 Cp2-caldura specifica la presiune constanta a agentului. J/(KgK)

W1 W2- capacitatea termica a agentului, W/K

-temp agentului cald la intrare si iesire

-temp agentului rece la intrare si iesire

-entalpiea specifica agentului cald

-entalpiea agentului rece

-variatiea de temperature in aparat a agentului

Indicii: 1-pentru fluid cald . 2-pentru fluid rece . ‘-pentru intrare in aparat . ‘’-pentru iesire din aparat

La aparatele cu supra fata de incalzire plana, coef global de schimb de caldura se determina cu relatia:

in care:

- coef de schimb global de caldura al aparatului curat, W/( K)

- coef de schimb de caldura prin convectie de la agent la perete si invers, W/( K)

- grosimea peretelui despartitor

Rsd1, Rsd2- rezistenta termica a depunirilor, ( K)/W

Rsd- rezistenta termica totala a depunirilor

Rs-rezistenta termica totala a aparatului cu depuneri

La aparatele tubulare, coef global de schim de caldura k se calculeaza cu expresia:

unde:

Pentru aparatele tubulare la care suprafaţa de schimb de căldură se exprimă, de regulă, casuprafaţă exterioară a ţevilor, coeficientul global de schimb de căldură raportat la aceastăsuprafaţă va fi

-coef global de schimb de caldura al aparatului curat

-coef de schimb de caldura prin convectie intre agentul termic si peretele tevilor, W/( K)

- diametrul tevilor

Rsdi, Rsde-rezistenta termica a depunirilor pe peretele interior si exterior, ( K)/WR1-rezistenta termica totala a aparatului cu depuneri, raportata la lungimea tevilor, ( K)/W

Date: 2015-12-11; view: 1214