79766835 Sisteme de Conducte

SISTEME DE CONDUCTE

Daniela POPESCU

Universitatea Tehnic Gheorghe Asachi Iai

Editura PIM Iai 2008

Refereni tiinifici: Prof. dr. ing. Eugen VOINEA Prof. dr. ing. Bogdan HORBANIUC Tehnoredactare: Daniela POPESCU Imagine copert: Planetary Engineering Group Earth. District heating: Engine waste heat in the district heating net (http://live.pege.org/2005-wood/district-heating-net.htm) Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a Romniei POPESCU, Daniela Sisteme de conducte Daniela Popescu Iai: PIM, 2008, Bibliogr. ISBN978-973-716-907-5

Cuvnt nainte

Lucrarea se adreseaz n primul rnd studenilor seciei de Maini i Sisteme Hidraulice i Pneumatice, dar este util i altor specializri, cum ar fi Energetic sau Instalaii n Construcii. Capitolul 1 cuprinde o descriere succint, nsoit de desene i fotografii, a elementelor componente ale sistemelor de conducte. Un accent deosebit este pus pe elementele specifice reelelor termice. Calculul hidraulic al sistemelor de conducte face obiectul capitolului 2. n cadrul acestui capitol pe lng probleme cu caracter general sunt prezentate i probleme specifice reelelor de transport i distribuie de ap rece, agent termic, abur, gaze naturale i aer. n capitolul 3 sunt prezentate metode de calcul de rezisten att pentru conducte clasice ct i pentru conducte preizolate. Capitolul 4 este dedicat calculului termic. Capitolul 5 prezint aspecte generale privind sistemele de alimentare centralizat cu energie termic. Lucrarea se ncheie cu numeroase anexe, care ofer studenilor interesai, informaii utile pentru ntocmirea proiectelor, lucrrilor de licen i de disertaie.

Daniela Popescu

CUPRINS Capitolul 1. Elemente componente ....................................................................... 9

1.1. evi ........................................................................................................... 10 1.2. Protecii ..................................................................................................... 13 1.3. Fitinguri..................................................................................................... 15 1.4. Elemente de asamblare ............................................................................. 20 1.5. Armturi .................................................................................................... 23 1.6. Suporturi ................................................................................................... 35

1.6.1. Suporturile mobile.............................................................................. 36 1.6.2. Suporturi fixe...................................................................................... 44

1.7. Compensatoare de dilatare........................................................................ 47 1.8. Soluii constructive de amplasare a conductelor de transport a agentului termic ............................................................................................................... 52

1.8.1. Reele termice subterane .................................................................... 52 1.8.2. Reele termice supraterane ................................................................. 57

1.9. Telegestiunea sistemelor de conducte ...................................................... 58 Capitolul 2. Calculul hidraulic ............................................................................ 60

2.1. Calculul hidraulic al pierderilor de sarcin............................................... 60 2.1.1. Calculul pierderilor de sarcin liniar. ............................................... 61 2.1.2. Calculul pierderilor de sarcin local................................................. 66

2.2. Curgerea fluidelor incompresibile n sisteme hidraulice sub presiune..... 67 2.2.1. Conducta simpl ................................................................................. 69 2.2.2. Conducte simple montate n serie ...................................................... 71 2.2.3. Conducte simple montate n paralel ................................................... 72

2.3. Reele de conducte .................................................................................... 73 2.3.1. Calculul hidraulic al reelelor de ap.................................................. 76 2.3.2. Calculul hidraulic al reelelor de transport produse petroliere........... 79 2.3.3. Calculul hidraulic al reelelor termice................................................ 79 2.3.4. Graficul piezometric al reelelor de ap fierbinte .............................. 87 2.3.5. Graficul piezometric al reelelor de condensat aferente reelelor de abur de presiune medie................................................................................. 90 2.3.6. Calculul hidraulic al reelelor de abur de presiune medie.................. 91 2.3.7. Calculul hidraulic al reelelor de gaze i aer ...................................... 94

Capitolul 3. Calculul mecanic ............................................................................. 99 3.1. Calculul grosimii pereilor conductelor .................................................. 101 3.2. Determinarea solicitrilor n conducte.................................................... 102

3.2.1. Solicitri i tensiuni primare ............................................................ 102

3.2.2. Solicitri i tensiuni secundare......................................................... 104 3.3. Calculul suporturilor ............................................................................... 105

3.3.1. Calculul distanei ntre suporturi ...................................................... 105 3.4. Calculul solicitrilor provenite din deplasri.......................................... 111 3.5.Calculul unei configuraii natural elastice ............................................... 113

3.5.1. Metodologia de calcul a configuraiei naturale n form de L ..... 116 3.5.2. Metodologia de calcul a configuraiei naturale n form de Z ..... 118 3.5.3. Calculul compensatoarelor curbate n form de U ....................... 121

3.5. Calculul mecanic al conductelor preizolate............................................ 123 3.5.1. Condiii specifice de proiectare a conductelor preizolate ................ 123 3.5.2. Pretensionarea conductelor............................................................... 127 3.5.3. Metodologii ...................................................................................... 131 3.5.4. Calculul forelor i a deplasrilor ..................................................... 133 3.5.5. Calculul practic al conductelor preizolate........................................ 135

Capitolul 4. Calculul termic .............................................................................. 144 4.1. Calculul pierderilor de cldur ............................................................... 144

4.1.1. Pierderi de cldur datorate neetaneitii sistemului ...................... 144 4.1.2. Pierderi de cldur prin transfer termic ctre mediul exterior ......... 145

4.2. Determinarea grosimii izolaiei termice ................................................. 156 4.2.1. Calculul grosimii izolaiei pentru o pierdere adimisibil de cldur156 4.2.2. Calculul termic pentru o cdere de temperatur impus .................. 157 4.2.3. Calculul grosimii izolaiei pentru o temperatur impus la suprafaa exterioar a izolaiei termice ...................................................................... 158 4.2.4. Calculul grosimii optime a stratului de izolaie termic .................. 159

Capitolul 5. Sisteme de alimentare centralizat cu energie termic ................. 161 5.1. Cogenerarea ............................................................................................ 161

5.1.1. Aspecte generale privind promovarea cogenerrii........................... 161 5.1.2. Scheme de principiu pentru surse de producere a cldurii prin cogenerare................................................................................................... 169

5.2. Msuri tehnice de mbuntire a sistemelor de alimentare centralizat cu cldur ............................................................................................................ 175 5.3. Determinare necesarului de cldur........................................................ 180

5.3.1. Determinarea necesarului de cldur pentru o cldire ..................... 180 5.3.2. Determinarea necesarului de cldur pentru un SACET ................. 183

5.4. Reglarea parametrilor intr-un sistem de alimentare centralizat cu energie termic............................................................................................................ 186

5.4.1. Puncte termice .................................................................................. 186 5.4.2. Module termice................................................................................. 203 5.4.3. Consideraii privind automatizarea SACET..................................... 213

Anexa 1.............................................................................................................. 215 Anexa 2.............................................................................................................. 220 Anexa 3.............................................................................................................. 224 Anexa 4.............................................................................................................. 225

Anexa 5.............................................................................................................. 226 Anexa 6.............................................................................................................. 228 Anexa 7.............................................................................................................. 229 Anexa 8.............................................................................................................. 232 Anexa 9.............................................................................................................. 233 Anexa 10............................................................................................................ 236 Anexa 11............................................................................................................ 238 Anexa 12............................................................................................................ 239 Bibliografie........................................................................................................ 241

1. Elemente componente

9

Capitolul 1 Elemente componente

Sistemele de conducte sunt ansambluri formate din dou sau mai multe conducte racordate ntre ele, utilizate la transportul i distribuia aceluiai agent de lucru. Agentul de lucru reprezint materialul n stare fluid sau fluidizat transportat prin conduct. Caracteristicile fluidului sunt reprezentate de natura, proprietile i parametrii acestuia. Caracteristicile fizico-chimice indic natura, starea de agregare, compoziia, agresivitatea chimic i sunt descrise de o serie de mrimi: concentraia, densitatea, granulaia, puritatea, viscositatea. Caracteristicile de transport evideniaz parametrii specifici circulaiei fluidului: debitul, presiunea, temperatura. Clasificarea conductelor se face n funcie de natura fluidelor transportate, de structura i dimensiunile conductelor, precum i de soluiile avute n vedere la amplasarea lor n teren. Dup rolul lor tehnologic, prile unui sistem de conducte se ncadreaz n patru grupe: elemente de conduct, protecii, suporturi, aparatur. Elementele de conduct se asambleaz ntre ele i formeaz, delimiteaz i etaneaz spaiul tubular destinat transportrii fluidului. Se mpart n: evi, fitinguri, armturi i elemente de asamblare. Proteciile asigur i menin integritatea suprafeelor interioare i exterioare ale conductei. Suporturile reprezint elementele mecanice prin intermediul crora sarcinile statice i dinamice care aparin conductei sunt preluate i transmise fie structurii de rezisten a construciilor, fie fundaiilor. Dup modul de transmitere a sarcinilor, acestea se clasific n suspensii i reazeme. Aparatele de msur i control sunt destinate msurrii i interpretrii mrimilor caracteristice de transport ale fluidelor. Din punct de vedere structural aparatura reunete dou subgrupe de dotri:

- elementele mecanice, care asigur racordarea traductoarelor; - aparatura propriu-zis format din traductoare, aparate i bucle de legtur

dintre acestea, care aparin instalaiei de urmrire, control, reglare i protecie.

Sisteme de conducte

10

Fig. 1.1. Elemente componente ale unui sistem de conducte.

1.1. evi

evile sunt utilizate la executarea tronsoanelor rectilinii ale traseelor de conducte. evile pentru conducte se confecioneaz din diverse mrci de oel, fonte, aliaje neferoase sau din materiale nemetalice. Alegerea materialelor conductelor se face pe baza unor criterii tehnice i economice care in seama de condiii tehnice de funcionare, compatibilitatea dintre fluidul transportat i conduct, proprietile mecanice ale materialelor, posibilitile de prelucrare, sudare i tratare.

evile din oel se execut din oel-carbon i aliat. Se recomand s se utilizeze urmtoarele mrci de oel:

OLT 35, OLT 45 STAS 8183; OLT 35K, OLT 45K, 16M03 STAS 8184; 10TiMoNrCr175, 10TiCr180 STAS 3583.

Pentru conductele de polietilen se recomand utilizarea polietilenei de nalt densitate cu structur reticular Pe-X conform DIN 16892.

Sortimentele de evi care se utilizeaz pentru conducte sunt: evi din oel fr sudur laminate la cald STAS 404/1; evi din oel fr sudur laminate la cald pentru temperaturi ridicate

STAS 404/3; evi din oel fr sudur, trase sau laminate la rece STAS 530/1;


11

evi din oel fr sudur, trase sau laminate la rece pentru temperaturi ridicate STAS 530/3;

evi din oel sudate longitudinal, pentru instalaii STAS 7656; evi din oel, sudate elicoidal, pentru conducte SR 6898/2.

Pentru conducte de ap cald menajer se pot utiliza conducte de polietilen de mare densitate cu structur reticular rezistent la temperatur, Pe-X.

Alegerea materialelor conductelor se face pe baza unor criterii tehnice i economice de funcionare, compatibilitatea materialului cu fluidul transportat prin conducte, proprietile mecanice ale materialelor i modificarea proprietilor acestora cu parametrii de funcionare ai conductelor, posibilitile de prelucrare, tratare, sudare. irurile tipodimensiunilor specificate aparin diametrelor exterioare De i grosimii pereilor acestora s. Tipodimensiunile asimilate i nscrise n nomenclatorul de fabricaie al productorilor de evi acoper integral sau parial domeniile standardizate i sunt periodic actualizate. Tipurile de evi din oel fr sudur laminate conform STAS 404/1, STAS 404/3, STAS 530/1, STAS 530/3 i evile sudate elicoidal conform STAS 6898 sunt prezentate n anexa 1, iar n anexa 2 sunt prezentate dimensiunile standard ale conductelor uzuale conform normelor europene SR ENV 10220:2003. n anexa 3 sunt prezentate gamele de evi preizolate ISOPLUS. Sistemele de conducte pentru transportul i distribuia agentului termic utilizat la nclzire i preparare a apei calde de consum sunt instalaii complexe ce cuprind: conducte, elemente de legtur, coturi, ramificaii, reducii, armturi de nchidere i reglare, dispozitive de echilibrare, compensatoare de dilatare, dispozitive de aerisire i golire, reazeme fixe i mobile, sistem de depistare i localizare a avariilor i alte elemente de construcii specifice. Conductele de transport sunt constituite din evi din oel (trase sau sudate), izolate termic cu spum de poliuretan sau cu saltele din vat mineral (fig. 1.2). n ultimii ani se utilizeaz i evi din polietilen reticulat (flexibile) cu izolaie din polietilen (fig. 1.3).

Fig. 1.2. Conduct termic.

a - eav; b - termoizolaie; c - manta.

Sisteme de conducte

12

Fig. 1.3. Conducte flexibile Pe-X.

n figurile 1.4 i 1.5 sunt prezentate fotografii ale unor tipuri de conducte metalice preizolate.

Fig. 1.4. Conducte preizolate rigide.

Fig. 1.5. Conducte preizolate flexibile. ncepnd cu anul 1960, cnd au fost construite pentru prima oar n Danemarca, conductele preizolate au nlocuit treptat conductele izolate cu vat mineral. Soluia este considerat mai avantajoas din urmtoarele motive:

conductele pot fi ngropate direct n pmnt, soluie tehnic mai ieftin; pierderile de cldur sunt reduse; permit detectarea scurgerilor i zona n care s-au produs; numrul de puncte fixe i compensatoare este redus.

Produsele preizolate trebuie s respecte standardele europene: EN 253 sisteme de conducte preizolate industriale, EN 448 sisteme de racorduri


13

preizolate fitinguri preizolate industriale, EN 489 postizolarea conductelor preizolate.

Principalele firme productoare ce livreaz conducte preizolate n Romnia sunt: ISOPLUS, ABB, STIZO, THIC Pacani, Petrotub Izoterom Roman, etc. Sistemele de conducte termice pot fi pozate fie suprateran, fie subteran n canale sau ngropate direct n pmnt. Modalitatea de amplasare depinde de situaia caracteristic din teren, planurile urbanistice, traseele altor utiliti (cabluri electrice, ap potabil, canalizare, telefonie etc.).

1.2. Protecii Protecia anticoroziv Conductele reelelor se protejeaz anticoroziv prin msuri pentru prentmpinarea proceselor de coroziune, prin protecie pasiv i prin protecie activ electric. Prentmpinarea coroziunii are n vedere alegerea unor trasee deasupra nivelului apei subterane, prevederea de izolaii hidrofuge ale canalelor i ale plcilor acoperitoare, prevederea de instalaii de evacuare a apelor infiltrate, ventilarea canalelor. Protecia pasiv se realizeaz prin aplicarea pe suprafaa evii a unei acoperiri anticorozive. Protecia activ electric a conductelor mpotriva coroziunii sub aciunea curenilor vagabonzi se realizeaz prin mrirea rezistenei electrice de trecere ntre conducte i sol folosind un strat protector cu rezistivitate mare, flane izolatoare la intrarea reelelor termice la consumatori, drenaj direct polarizat sau intensificat, precum i prin aplicarea proteciei catodice cu surs.

Izolaia termic Conductele pentru transportul agentului termic sunt fie evi din oel

izolate cu vat mineral, fie evi metalice sau din material plastic termoizolate cu spum poliuretanic. n ambele variante constructive, izolaia termic este acoperit cu o manta de protecie. Termoizolarea zonelor de mbinare dintre conducte sau dintre acestea i fitinguri se efectueaz local. Grosimea izolaiei termice se determin prin calcule tehnico-economice.

Izolaia termic din spum rigid de poliuretan se realizeaz conform prescripiilor SR EN 253:2004. Adeziunea optim ntre spuma PUR i eava de transport respectiv manta reprezint un sistem legat" ce asigur o rezisten la forfecare optim, garantnd micarea unitar a sistemului eav de lucru spum PUR manta.

Proprietile fizice ale spumei de poliuretan trebuie s fie: coeficientul conductivitii termice < 0.027 W/mK la 50 C; densitatea total medie a spumei de-a lungul evii: minim 80 kg / m3; sistem celular nchis n proporie de 90%, conform ISO 4590;

Sisteme de conducte

14

rezisten la compresiune: 0.3 Mpa SR EN ISO 844/ 1998; rezistena la forfecare axial la temperatura 20 C : > 0.2 Mpa; absorbie maxim de ap fierbinte: mai puin de 10% din volumul iniial

timp de 90 minute.

Fig. 1.6. Spum din poliuretan (PUR).

Mantaua conductelor pozate aerian este din aluminiu, iar a celor amplasate subteran din plastic (polietilen, polipropilen). Mantaua conductelor preizolate subterane din polietilen are urmtoarele caracteristici:

densitate: minim 944 kg/m3 SR ISO 1183/1994; alungire la rupere: minim 350% n conformitate cu ISO 527; efort la curgere: minim 19 daN/mm2, conform ISO 527; stabilitate termic i timp de inducie: min 20min/200C SR ISO/TR

10837/1996; nu prezint deformaii permanente la variaia de temperatur conf. ISO

2506/1981; rezisten la agresiunea agenilor de mediu conf. ISO 4607/1978.

Mantaua se confecioneaz din tuburi PEHD (polietilen de nalt densitate) extrudare conform DIN 8074 i 8075 respectiv SR EN 253, cu prelucrarea suprafeelor interioare pentru asigurarea adeziunii ridicate a spumei cu mantaua PEHD.

Fig. 1.7. Manta de protecie din aluminiu pentru

conductele preizolate pozate aerian.


15

Fig. 1.8. Manta de protecie din PEHD pentru

conductele preizolate pozate subteran.

1.3. Fitinguri

Curbele, coturile, reduciile i ramificaiile constituie elemente de conduct definite cu termenul generic de fitinguri. Gama tipodimensional a fitingurilor se coreleaz cu procedeele de confecionare a acestora.

Coturile se confecioneaz din evi ndoite prin procedee de prelucrare la cald sau la rece. Forma lor constructiv este definit de unghiul de ndoire raza de curbur R, dimensiunile braelor B1, B2, lungimea poriunii rectilinii m1,m2 necesar pentru ndeprtarea capetelor de asamblare, lungimea de rabatare L care indic devierea traseului de conduct msurat fa de axa acestuia, diametrul exterior De, grosimea peretelui evii s (fig. 1.9). Curbele netede se confecioneaz din evi laminate cu Dn

Sisteme de conducte

16

Fig. 1.9. b. Detalii de cot.

Fig. 1.10. Detalii de evi curbate.

Fig. 1.11. a. Teuri egale i reduse.


17

Fig. 1.11. b. Teuri egale i reduse.

Fig. 1.12. Fitinguri n cruce egale i reduse.

Fig. 1.13. Reducii concentrice i excentrice.

Sisteme de conducte

18

Coturile conductelor preizolate (fig. 1.14 i fig. 1.15) se execut din evi trase, cu raza de curbur de cel puin 1,5Dn. Forma conturilor poate fi neted sau cu pliuri (cute). La diametre mari (n domeniul evilor sudate) coturile se realizeaz n construcie rigid, din segmente mbinate prin sudare. Prile curbate ale conductelor preizolate din oel sunt forjate conform DIN 2909/DIN 2605 varianta constructiv 3/R = 1,5 Dn, i respect cerinele EN 448, STAS 8804/2 respectiv STAS 8804/1.

Fig. 1.14. Cot preizolat. Fig. 1.15. Cot preizolat dublu.

Fig. 1.16. Reducie preizolat. Fig. 1.17. Ramificaie preizolat.

Reduciile (fig. 1.16) conductelor preizolate din oel sunt forjate, conform cerinelor EN 448, DIN 2609, STAS 8804/1 respectiv STAS 8804/8-92.

Materialele folosite la coturi, ramificaii i reducii preizolate trebuie s fie identice cu cele ale evilor i trebuie s aib extremitile curate de spum pe o lungime de 200 mm.

Ramificaiile (fig. 1.17) conductelor preizolate din oel sunt forjate,

conform cerinelor EN 448, DIN 2609, STAS 8804/1 respectiv STAS 8804/5,6-92.

n circuitele secundare se mai utilizeaz i conducte preizolate flexibile din

Pe-X la care conducta central este din material plastic, iar mantaua din


19

polietilen. Aceste conducte au urmtoarele avantaje: greutate redus, rezisten mare la coroziune, posibilitatea montrii direct n sol fr elemente de compensare. Menionm cteva firme productoare: WIRSBO PEX, GIACOFLEX, ECOFLEX, MICROFLEX, BRUGG SYSTEMS, LOGSTOR etc. Conductele flexibile utilizeaz elemente de legtur speciale cu ajutorul crora etanarea este realizat n interiorul evii. n anexa 4 se gsesc caracteristici tehnice pentru gama de produse Pe-X utilizate la reelele termice de distribuie. Figurile 1.18 i 1.19 prezint seciuni prin dou conducte n aceeai manta.

Fig. 1.18. Conducte flexibile ECOFLEX Thermo Twin.

Fig. 1.19. Conducte flexibile CALPEX DUO (Brugg Systems).

Sisteme de conducte

20

1.4. Elemente de asamblare

De regul, mbinarea conductelor din oel inclusiv a coturilor i ramificaiilor, se realizeaz prin sudur, i prin brazare pentru cazul evilor din oel zincat. mbinrile cu flane se recomand la racordarea evilor cu armturile turnate. Flanele pot fi mbinate cu evile fie prin sudur, fie direct pe eava bordurat, fie cu ajutorul unui inel sudat. mbinrile consolidate cu manoane se recomand pentru situaiile n care trebuie asigurat o calitate i o siguran deosebit (amplasare sub cile ferate, strzi cu trafic important). Conductele amplasate aerian sau n canale sunt susinute de reazeme fixe i mobile. Conductele preizolate i cele flexibile pot fi ngropate direct, sprijinirea fiind n acest caz uniform continu.

Mufe i izolri locale pentru conducte preizolate mbinarea conductelor preizolate, inclusiv a celor din Pe-X se face prin

mufare. Izolaia durabil i impermeabil a mbinrilor sudate se realizeaz prin intermediul mufelor (manoanelor) termocontractibile (fig. 1.20 1.21) conform standardului EN 489 pentru conducte preizolate. Materialul mufei este din polietilen de nalt densitate (PEHD) termocontractibil n cazul diametrelor nominale de pn la 400 mm sau polietilen de nalt densitate termocontractibil reticular pentru diametre nominale peste 400 mm.

Fig. 1.20. Manon termoductibil. Fig. 1.21. Manon sudabil.

Fig. 1.22. Cciul de capt.


21

Fig. 1.23. Cciul de capt pentru conducte preizolate duble.

Cciulile de capt (fig. 1.22 i fig. 1.23) se folosesc pentru protejarea

prii frontale a izolaiei, mpotriva inundrii capetelor de eav la intrarea n cldiri, cmine de vizitare, sau n locul unde se mbin conducta preizolat cu conducta clasic.

Inelele de etanare se folosesc pentru etanarea dintre eava preizolat i

zidul de beton la intrarea n cmine de vizitare, canale de expansiune, respectiv cldiri. Sunt confecionate dintr-un cauciuc cu profil special.

Fig. 1.24. Inel de etanare. Cuple Pentru ramificaiile conductelor preizolate din Pe-X se utilizeaz cuple speciale pentru prinderea conductelor, protejate de cochilii pentru ramificaii care sunt umplute cu spum PUR dup montaj. Cuplele se utilizeaz i pentru conectarea a dou conducte.

Fig. 1.25. Cupl de conexiune. Fig. 1.26. Cupl pentru schimbare de direcie.

Sisteme de conducte

22

Fig. 1.27. Cupl de reducere. Fig. 1.28. Cupl de capt.

Fig. 1.29. Cupl n T pentru ramificaie.

Fig. 1.30. Cochilii pentru ramificaie.


23

1.5. Armturi Armturile reprezint elemente de conduct prin intermediul crora

circulaia fluidelor este controlat, dirijat, i reglat.

Fig.1.31. Robinete cu sertar.

Fig. 1.32. Robinet cu sertar.

1 - tij; 2 - inel de ghidare; 3 - capac; 4 - garnitur etanare; 5 - uruburi de fixare a capacului; 6 - corpul robinetului; 7 - sertar; 8 - flane.

Sisteme de conducte

24

Robinete de nchidere Robinetul cu sertar (fig. 1.31 i 1.32) are seciunile de trecere ale vanei

perpendiculare pe direcia de curgere a fluidului. Circulaia fluidului se efectueaz fr modificarea direciei i este permis n ambele sensuri.

Robinete cu ventil Orificiul de trecere al robinetului este plasat ntr-un plan orizontal sau

oblic (fig. 1.33). Ambele poziii impun modificarea corespunztoare a direciei de curgere a fluidului.

Circulaia fluidului este permis ntr-un singur sens. De regul, sensul de curgere a fluidului este cel la care presiunea fluidului la robinetul nchis acioneaz sub ventil, pentru a se reduce cuplul necesar la deschidere.

Fig. 1.33. Robinet cu ventil.

1 - corp; 2 - ventil, 3 - scaunul ventilului; 4 - capac; 5 - tij. Robinete cu obturator sferic Robinetul sferic (fig. 1.34) are avantajul c asigur o nchidere ferm i

pierderi locale reduse, datorit unei rezistene hidraulice reduse.

Fig. 1.34. Robinet sferic.


25

Robinetul de reglare cu clapet fluture Dispozitivul de reglare se execut sub forma unei clapete care basculeaz

pe axa tijei de antrenare, Tija este prevzut cu dou lagre de alunecare i unul sau dou lagre de rostogolire (fig. 1.35).

Fig. 1.35. Robinet de reglare cu clapet fluture. Robinetul de reinere cu clapet Robinetul (fig. 1.36) se deschide prin bascularea clapetei. Sensibilitatea

clapetei poate fi crescut prin echiparea robinetului cu o contragreutate exterioar.

Fig. 1.36. Robinet de reinere cu clapet.

Sisteme de conducte

26

Robinete de reglare i control Un robinet de control creeaz o cdere de presiune suplimentar n circuitul hidraulic pentru a realiza debitele cerute. Debitul circulat depinde de cderea de presiune pe robinet conform relaiei

1000= pKq V (1.1)

unde, VK - coeficientul de debit;

- densitate [kg/m3]; q - debitul [m3/h];

p - cderea de presiune [bar]. Valoare maxim a coeficientului VK se obine pentru poziia complet deschis a robinetului. Aceast valoare corespunde debitului msurat n m3/h al unui fluid cu densitatea 3dm/kg1= , care trecnd prin robinetul de reglare produce o pierdere de presiune de 1 bar. Robinetele de control se aleg astfel nct valoarea coeficientului VK s asigure debitul nominal n condiiile nominale de funcionare. Coeficientul de debit VSK este valoarea lui VK la cursa nominal a tijei de acionare (h=100), prevzut n catalogul productorului pentru o serie constructiv de robinete. Pentru calculul coeficientului de debit VSK la deschiderea maxim a ventilului trebuie s se cunoasc: Q [m3/h] - debitul maxim vehiculat; pi [daN/cm2] - pierderea de sarcin din instalaie; pr [daN/cm2] - pierderea de sarcin admis pe robinet; pS [daN/cm2] - pierderea disponibil minim din sistem n zona de racordare; [kg/dm3] - densitatea fluidului vehiculat.

rVS p

QK = max [m3/h]. (1.2)

Caracteristica intrinsec a unui robinet de control reprezint variaia

debitului funcie de cursa tijei de acionare h n condiiile unei cderi de presiune constant prin robinet, egal cu 10 m H2O (fig. 1.37).

Un robinet de control cu o caracteristic liniar are teoretic o variaie liniar cnd VK variaz proporional cu variaia cursei tijei de acionare. La debite mici, caracteristica neliniar a radiatoarelor duce la deformarea caracteristicii vanei, caracteristica real fiind diferit de cea teoretic. Caracteristica intrinsec este logaritmic cnd coeficientul VK variaz proporional cu logaritmul cursei tijei de acionare.


27

Fig. 1.37. Compensarea neliniaritii caracteristicii unitii terminale prin adoptarea unei caracteristici neliniare inverse pentru robinetul de reglare.

Alegerea unui robinet de control se efectueaz pentru condiii nominale de

funcionare, adic cu robinetele de control n poziia complet deschis i o cderea de presiune minp (fig. 1.38). Pe msur ce robinetul se nchide, cderea de presiune crete, caracteristica devenind neliniar. Gradul de distorsionare depinde de raportul

max

min

pp

= , (1.3)

denumit autoritatea vanei.

Fig.1.38. Presiunea diferenial aplicat robinetului de control depinde de gradul de deschidere a acestuia.

Sisteme de conducte

28

Fig.1.39. Modificarea caracteristicii liniare a unui robinet n funcie de autoritatea sa.

n figura 1.39 este prezentat modul n care o caracteristic liniar este distorsionat n funcie de valorile diferite ale parametrului . Literatura de specialitate recomand 5.0= ca o valoare minim acceptabil. Cu alte cuvinte, valoarea cderii de presiune nregistrat cnd robinetul de control este complet deschis i funcioneaz la parametri nominali, trebuie s fie cel puin jumtate din valoarea cderii de presiune total pe circuit. Caracteristica ideal pentru un robinet de reglare este cea care compenseaz caracteristicile rezistenelor locale din circuit. n fig. 1.40 se prezint o caracteristic logaritmic.

Dac 5030 ,...,= este indicat o caracteristic logaritmic a robinetului. Dac 8050 ,...,= este indicat o caracteristic liniar a robinetului.

Robinetele de reglare pot fi alese i n afara acestor limite. n reelele secundare i n instalaiile termice interioare sunt utilizate

robinete specifice cu rol de reglare sau/i de echilibrare. Caracterizarea unei vane se efectueaz prin determinarea valorii unor parametri specifici.


29

Fig. 1.40. Modificarea caracteristicii EQM a unui robinet n funcie de autoritatea sa.

Fig. 1.41. Ventil manual pentru radiatoare

Sisteme de conducte

30

Fig. 1.42. Ventil sferic.

Modernizarea instalaiilor de nclzire nseamn n primul rnd reglarea

cantitii de cldur conform cerinelor consumatorului. n figura 1.41 este prezentat un ventil manual pentru radiatoare, cu posibilitate de presetare a debitului. Pentru nchidere/izolare, n instalaiile de nclzire se recomand utilizarea ventilului sferic (fig. 1.42).

Ventilele termostat (fig. 1.43) montate pe radiatoare sunt uniti destinate controlului temperaturii n ncperi. Principiul de funcionare const n utilizarea unui senzor integrat cu lichid care se dilat la creterea temperaturii n ncpere, indiferent de surs, i acioneaz prin intermediul unui capilar spiralat asupra gradului de deschidere a robinetului. Temperatura interioar dorit se stabilete prin rotirea capului termostat. Dispozitivul nu necesit energie exterioar.

Robinetele de echilibrare cu dou ci sunt dispozitive des utilizate pentru echilibrarea reelelor termice de distribuie. Robinetul de echilibrare hidraulic se monteaz pe conducta tur a instalaiilor de nclzire i lucreaz n concordan cu regulatorul de presiune diferenial. Acest tip de robinet este utilizat pentru echilibrare i presetare precum i ca punct de msurare, punctele de msurare fiind cu autoetanare (anexa 5).


31

Fig. 1.43. Ventil termostat.

Regulatorul de presiune diferenial este un element al sistemului automat, montat pe conducta de retur nclzire pentru a nlocui diafragmele care serveau la echilibrarea reelei de termoficare. Spre deosebire de diafragme, regulatoarele de presiune diferenial adapteaz cderea de presiune la valoarea prescris n funcie de presiunile de intrare i de ieire din punctul termic. Domeniul de aplicabilitate al regulatoarelor de presiune diferenial este dat de sistemele de nclzire. Regulatoarele de presiune diferenial au funcii de control a presiunii difereniale i a reglrii cderii de presiune. Regulatoarele de presiune pot fi folosite ca punct de msur precum i pentru nchidere sau golire.

Sisteme de conducte

32

Fig. 1.44. Robinet de echilibrare tip STAD. Vanele de reglare prezentate n anexa 5 sunt cele mai utilizate pe piaa romneasc productorul acestora fiind Tour & Andersson. Robinetele cu trei ci (anexa 6) permit o reglare eficient a reelei termice nlocuindu-le cu succes pe cele cu dou ci. Pot avea dou funcii distincte: funcie de amestec i funcie de ocolire.

Fig. 1.45. Reglarea cu ajutorul robinetelor cu trei ci cu rol de amestec. Robinetele cu trei ci avnd funcie de amestec sunt utilizate pentru alimentarea unui circuit cu debit constant i temperatur variabil. Debitul primar cu temperatura tp este amestecat cu agentul secundar de pe conducta de retur cu temperatura tr n proporia necesar pentru a obine temperatura de amestec necesar ts. Cnd racordul E se deschide, racordul L se nchide n


33

aceeai proporie. Al treilea racord rmne deschis. Dac racordul E este nchis, nu poate fi extras energie din primar, temperatura ts devenind egal cu tr. Schema prezentat n figura 1.45 poate fi creat prin utilizarea a dou robinete cu dou ci (fig. 1.46). Prin urmare, o van cu trei ci poate fi reprezentat de dou vane cu dou ci lucrnd n opoziie.

Fig. 1.46. Utilizarea robinetelor cu dou ci n locul unui robinet cu trei ci cu rol de amestec.

Fig. 1.47. Seciune prin robinet cu trei ci cu funcie de amestec.

Robinetele de reglare cu trei ci cu funcie de ocolire sunt utilizate pentru alimentarea unui circuit cu un debit variabil i temperatur constant, meninnd debitul primar constant.

Sisteme de conducte

34

Fig. 1.48. Reglajul cu ajutorul robinetelor cu trei ci cu rol de ocolire.

Debitul primar este transmis prin racordul E sau bypass-at prin racordul L. n principiu, el este constant. Vana de echilibrare STAD-1 amplasat pe conducta cu debit constant, limiteaz debitul prin crearea unei pierderi de sarcin constant. Cum vana cu trei ci din circuitul de distribuie este utilizat pentru meninerea constant a debitului primar pentru evitarea interaciunii ntre circuite, este logic s se ia orice msur care este necesar pentru a satisface acest obiectiv. Acest lucru este realizat prin montarea unei vane de echilibrare STAD-3 n by-pass pentru a crea o pierdere de sarcin echivalent cu cea a lui C pentru acelai debit. Astfel, debitul primar este neschimbat dac racordul E sau L este complet deschis deoarece rezistenele hidraulice n serie cu aceste racorduri au aceeai valoare.

Vanele cu trei ci sunt, de obicei, proiectate pentru a realiza funcia de amestec prin intermediul a dou intrri i o ieire. Utilizarea lor pentru ocolire cu o intrare i dou ieiri poate genera circulaia apei ntr-o direcie invers celei planificate, crend o cretere semnificativ a nivelului de zgomot i a vibraiilor vanei. De aceea, vana cu trei ci cu rol de ocolire se plaseaz n circuitul de ntoarcere aa cum se prezint n figura 1.48.


35

Fig. 1.49. Seciune prin robinet cu trei ci cu funcie de ocolire. 1.6. Suporturi Funcionarea unei conducte sau a unui sistem de conducte este

caracterizat de apariia simultan sau succesiv a numeroase fore, momente i deplasri: greutatea proprie, greutatea fluidului la parametrii de lucru, reaciunile provocate de curgerea fluidului, greutatea izolaiei termice i a materialului de protecie aferent, deplasrile datorate dilatrii i contraciei termice, sarcinile exterioare induse de mediul ambiant.

Suporturile se clasific dup: - deplasrile permise n suporturi fixe i mobile; - modul de preluare i transmitere a sarcinilor n suspensii i reazeme.

Fig. 1.50. Vedere transversal sistem de conducte de termoficare. 1 - cmin de vane; 2 - compensator; 3 - aerisire;

4 - punct de colectare scurgeri; 5 - drenare.

Sisteme de conducte

36

Fig. 1.51. Sistem de conducte de termoficare. Pri componente.

1.6.1. Suporturile mobile Suporturile care permit deplasarea conductei pe una sau mai multe direcii sunt denumite suporturi mobile. Cnd deplasarea are loc ntr-o singur direcie, reazemul este ghidat. Exist diverse variante constructive: cu frecare prin alunecare, cu frecare prin rostogolire (reazeme cu role, rulouri) etc. Reazemele mobile sunt utilizate pentru transmiterea greutii conductelor termice asupra construciilor portante, ele asigurnd n acelai timp libertatea deformaiilor determinate de variaiile de temperatur ale agentului termic. La diametre mici de conduct, 50 150 mm, sunt preferate suporturile mobile alunectoare, avnd un coeficient de frecare oel pe oel de 0,3...0,6. Un asemenea suport este prezentat n fig. 1.52.

Suporturile mobile cu role (rulante) se utilizeaz pentru conducte cu diametrul de peste 150 mm, montate aerian sau subteran n canale vizitabile. Eforturile longitudinale suportate de construcii portante sunt mult reduse prin aceast tehnologie, coeficientul de frecare fiind 0,03...0,1. n figurile 1.53 1.56 sunt prezentate diverse variante constructive de suporturi mobile cu role i arc.


37

Fig. 1.52. Reazem mobil cu frecare prin alunecare.

Conductele de nalt, medie i joas presiune cu diametre de sub 600 mm, montate la nlime se susin cu ajutorul suspensiilor. Suspensiile se fixeaz pe poriunile orizontale sau verticale ale traseului de conduct, fie cu eclise sudate, fie cu bride. Conducta se suspend cu ajutorul unor tirani i crlige. Suspensiile conductelor ce transport agent termic pot avea i dispozitive elastice suplimentare pentru preluarea deplasrilor pe vertical. Suporturile cu suspensie (articulaie i arc) se utilizeaz n situaii speciale pentru conducte care fac schimburi de direcie n planul vertical, precum i n punctele n care conductele fac deplasri dup trei direcii.

Sisteme de conducte

38

Fig.1.53. Suport dublu mobil cu rol.

Fig. 1.54. Suport mobil cu un arc.


39

Fig. 1.55. Suport mobil cu arc i rol.

Fig. 1.56. Suport mobil cu dou arcuri i rol.

Sisteme de conducte

40

Fig.1.57. Suspensie monofilar Fig.1.58. Suspensie monofilar cu ureche, muf i brid. cu tij cu arc i brid.

1- Ureche 1- Tij cu arc 2- Crlig 2- Crlig 3- Tij cu filet drept 3- Grind 4- Muf cu filet 4- Tij cu filet 5- Tij cu filet stng 5- Brid 6- Grind 6- Tirant 7- Brid 7- Piuli 8- Tirant 8- Piuli


41

Fig.1.59. Suspensie monofilar Fig. 1.60. Suspensie bifilar

cu ureche, ghidaj cu arc i brid. cu piuli i suport.

1- Ureche 1- Tij cu filet 2- Crlig 2- Crlig 3- Ghidaj cu arc 3- Ureche 4- Tij cu filet 4- Grind 5- Grind 5- Suport 6- Brid 6- Piuli 7- Tirant 8- Piuli

Sisteme de conducte

42

Fig.1.61. Suspensie bifilar cu ureche, Fig.1.62. Suspensie bifilar ghidaj cu arc, grind i suport. cu piuli, ghidaj cu arc, consol i dublant. 1-Ureche 1- Tij cu filet 2- Crlig 2- Crlig 3- Grind 3- Consol 4- Suport 4- Dublant 5- Ghidaj cu arc 5- Ghidaj cu arc 6- Tirant 6- Piuli 7- Tirant

n cazul utilizrii conductelor preizolate, modul de sprijinire pe reazeme mobile este similar cu cel menionat pentru conductele clasice, cu respectarea recomandrilor furnizate de productori. n figura 1.63 sunt prezentate schematic tipurile principale de suporturi mobile utilizate la conductele preizolate.


43

Tabel 1.1. Exemple de simbolizare a suporturilor rezemate

Tip Simbolizare

Suport fix

Suport glisant

Suport glisant ghidat

Rulant ghidat

Rulant

Suport fix

Suport ghidat

Sisteme de conducte

44

Fig.1.63. Principalele tipuri de suporturi mobile pentru conducte preizolate.

1.6.2. Suporturi fixe

Suporturile fixe sunt elemente prin care se rigidizeaz reelele termice (fixare de elemente de construcie, stlpi, estacade, blocuri de ancoraj montate n sol).

Fig. 1.64. Suport cu brid i postament fix.


45

Fig. 1.65. Suport U fix.

Fig. 1.66. Suport L fix. Suporturile fixe solidarizeaz anumite puncte ale conductelor cu construciile portante i trebuie prevzute pe traseul conductelor, astfel nct ntre dou fixri consecutive s existe un singur dispozitiv sau sistem de compensare a dilatrii conductelor. Figurile 1.64 1.66 prezint principalele tipuri de suporturi fixe. Punctele fixe subterane pentru conducte preizolate sunt scuturi din beton armat ncastrate n teren sau n pereii canalelor (fig. 1.67). Conductele sunt legate rigid cu scutul de beton armat prin intermediul unor plci opritoare din oel, sudate. n cazul amplasrii conductelor n canale circulabile sau supraterane, suporturile fixe au forma unor construcii metalice solidarizate cu conductele respective prin sudur sau cu uruburi.

Sisteme de conducte

46

n cazul conductelor preizolate utilizarea punctelor fixe este recomandabil n urmtoarele situaii:

- pentru dirijarea direciei deformaiilor (de exemplu: n faa curbelor cu unghiuri mici, n cazul configuraiilor L i Z etc.);

- condiii deosebite de teren (de exemplu: teren cu pant mare).

Vedere frontal.

Vedere lateral. Vedere n plan.

Fig.1.67. Suport fix din beton pentru conducte preizolate.


47

Forele care acioneaz asupra reazemelor fixe sunt: greutatea conductelor, frecarea pe reazemele mobile, reaciunile elastice din compensatoarele de dilatare i forele datorate presiunii interne.

1.7. Compensatoare de dilatare Datorit dilatrii conductei aflate n exploatare, traseul unei reele termice trebuie prevzut cu compensatoare pentru preluarea deformaiilor. Compesatoarele pot fi: natural elastice, cu presgarnitur sau lenticulare.

Compensatoarele natural elastice sunt trasee de conduct realizate prin schimbri de direcie. Compensatoarele natural elastice sunt delimitate de reazemele fixe prevzute de o parte i de alta a schimbrilor de direcie, la distane convenabil alese. Pe traseele sistemelor de conducte se pot ntlni compensatoare n form de U, L sau Z, capabile s se deformeze n domeniul elastic sub influena variaiilor de temperatur a agentului termic (fig. 1.68).

1.68. Compensatoare naturale elastice n form de U, L i Z. n figura 1.69 sunt prezentate soluii tehnice recomandabile pentru

sisteme complexe ce cuprind dou conducte de nclzire din eav de oel preizolat i dou conducte ce transport ap cald de consum din Pe-X.

Sisteme de conducte

48

Fig.1.69. Detaliu compensator U pentru sisteme de conducte preizolate.

Compensatoare cu presgarnitur

Se utilizeaz pentru preluarea deformaiilor tronsoanelor rectilinii de conducte, n situaiile n care nu se dispune suficient spaiu pentru amplasarea compensatoarelor curbate n form de U. Etanarea necesar pentru aceste compensatoare se realizeaz cu ajutorul unei garnituri. Acestea prezint avantajul unor dimensiuni i rezistene hidraulice reduse (fig. 1.70). Principalul dezavantaj este c necesit ntreineri periodice pentru a se asigura o etanare corespunztoare i creeaz posibilitatea ncrcrii reazemelor fixe cu fore de presiune interioar.


49

Fig. 1.70. Compensator axial cu presgarnitur: 1 pahar; 2 corp; 3 inel fix; 4 inel mobil,

5 garnitur (azbest); 6 inel de presiune (presetup).

Compensatoare lenticulare (cu burduf) n condiii dificile de montare a conductelor se utilizeaz compensatoare lenticulare n scopul prelurii deformaiilor. Pentru preluarea deformaiilor ntr-o direcie perpendicular pe ax se utilizeaz compensatoare lenticulare axiale (fig. 1.71), pentru preluarea deformaiilor elementului lenticular se recomand compensatoare laterale (fig. 1.72), iar pentru preluarea unei rotaii unghiulare compensatoarele unghiulare (fig. 1.73). n figura 1.74 i n tabelul 1.2 este prezentat un compensator pentru conducte preizolate produs de firma ISOPLUS.

Fig. 1.71. Compensator lenticular axial: a simplu; b dublu.

Sisteme de conducte

50

Fig. 1.72. Compensator lenticular lateral: a articulate cu cuple rotative; b articulate cu cuple sferice.

Fig. 1.73. Compensator de dilatare lenticular unghiular: a cu cupl de rotaie; b cu articulaie cardanic.


51

Fig. 1.74. Compensator pentru conducte preizolate.

Tabel 1.2. Dimensiuni compensatoare ISOPLUS

DN da s da Da sD M LL um F A G [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [N/mm] [cm2] [kg]

20 26,9 3,2 56,0 125 34,5 1000 275 50 176 9,7 1,8 25 33,7 3,2 56,0 125 34,5 1000 275 50 176 9,7 1,8 32 42,4 2,6 73,0 140 33,5 1000 275 50 204 15,1 2,0 40 48,3 2,6 73,0 140 33,5 1000 275 50 177 16,3 2,0 50 60,3 2,9 86,0 160 37,0 1000 275 50 224 25,9 2,4 65 76,1 2,9 106,0 180 37,0 1000 335 70 219 42,1 3,8 80 88,9 3,2 122,0 180 29,0 1000 345 70 180 67,8 5,4 100 114,3 3,6 139,7 225 42,6 1200 390 80 212 109,9 7,6 125 139,7 3,6 168,3 250 40,8 1200 400 80 226 159,9 9,7 150 168,3 4,0 193,7 280 43,1 1200 475 100 261 230,5 15,4 200 219,1 4,5 268,0 355 43,5 1200 515 120 361 383,9 24,0 250 273,0 5,0 323,9 400 38,0 1200 515 120 362 594,0 31,5 300 323,9 5,6 355,6 450 47,2 1400 660 140 353 834,2 51,5 350 355,6 5,6 406,4 500 46,8 1400 650 140 617 1004,3 60,0 400 406,4 6,3 457,2 560 51,4 1400 650 140 505 1310,0 75,5 450 457,2 6,3 508,0 630 61,0 1400 660 150 528 1656,1 86,0 500 508,0 6,3 560,0 670 55,0 1400 660 150 537 2042,8 93,0 600 610,0 7,1 675,0 800 62,5 1500 690 150 864 2937,8 162,0

Sisteme de conducte

52

1.8. Soluii constructive de amplasare a conductelor de transport a agentului termic

Amplasarea reelelor termice se poate face subteran n canale termice,

subteran direct n sol i aerian. De regul, se prefer amplasarea subteran. Montarea suprateran (aerian) este admis n urmtoarele situaii: n incinte i pe platforme industriale, n afara ansamblurilor de cldiri civile, n situaia unui nivel permanent ridicat al apelor freatice, n condiii locale speciale.

1.8.1. Reele termice subterane Conductele termice pot fi ngropate direct n teren sau amplasate n canale

circulabile, semicirculare sau necirculabile. Amplasarea direct n sol se utilizeaz n cazul conductelor din oel preizolate termic i n cazul conductelor din polietilen Pe-X preizolate. n cazul conductelor din oel izolate cu vat mineral sau n cazul n care conductele izolate clasic sunt nlocuite cu conducte preizolate n cadrul unor lucrri de reabilitare sau modernizare se prefer varianta cu montare n canale. Reelele termice subterane se monteaz de regul la adncimi de 0,6 2,5 m.

Canale vizitabile Canalele circulabile sau vizitabile pot cuprinde pe lng reeaua termic

propriu-zis mai multe tipuri de reele: conducte de alimentare cu ap, cabluri de for, cabluri de telecomunicaii. Montarea conductelor n canale circulabile asigur accesul personalului de ntreinere, ns este o soluie foarte costisitoare. Investiia se justific numai n cazul unui numr mare de conducte, cu trasee paralele, n incinta marilor ntreprinderi industriale i la limita centralelor de termoficare. Pereii canalelor vizitabile se execut din beton armat, din blocuri de beton sau din zidrie de crmid.

Dimensiunile minime ale unui canal circulabil (fig. 1.75) sunt: nlime 1,80 m, lime 0,6 m. Canalele vizitabile sunt prevzute cu iluminat artificial i ventilare pentru ca temperatura din interiorul canalului s nu depeasc 40oC. Pe traseu se prevd trape i guri de acces la distane de maximum 200 metri, la capetele de reea i la schimbrile de direcie.

Canale semicirculabile

Canalele semicirculabile sunt utilizate atunci cnd spturile pentru repararea conductelor sunt excluse sau de evitat (subtraversri de strzi, ci ferate etc.). Dimensiunile minime ale unui canal semicirculabil sunt: nlime 1,6 m, lime 0,5 m (fig. 1.76). Conductele se monteaz pe suporturi prinse pe radier sau pe pereii canalului.


53

Fig. 1.75. Canal circulabil din beton armat monolit.

Fig. 1.76. Canal semicirculabil.

Canale necirculabile Canalele necirculabile (fig. 1.77) reprezint soluia cea mai des ntlnit n ara noastr. De regul, sunt executate din crmid sau beton armat cu seciuni dreptunghiulare, ns pot fi i ovale sau cilindrice. n canalele nevizitabile cu scuturi de beton pentru suporturi fixe, se prevede o gur de vizitare n amonte i gol n scutul de beton pentru scurgerea eventualelor ape de infiltraie.

Sisteme de conducte

54

Fig. 1.77. Canal necirculabil.

Montarea canalelor se efectueaz n general, deasupra nivelului apelor freatice. Atunci cnd aceast soluie nu este posibil este necesar izolarea hidrofug cu 50 centimetri deasupra nivelului maxim al apelor. Pentru evitarea infiltraiilor subterane, n zonele canalelor care se gsesc sub nivelul acestora se recomand construirea de drenaje i puuri absorbante. Canalele trebuie s aib pante de scurgere a apelor de infiltraie n sens longitudinal de minim 2o/oo. La punctele de nivel minim se prevd legturi la canalizarea general i clapete contra refulrii. n lungul canalelor termice trebuie prevzute rosturi de tasare i de dilataie la cel mult 40 metri distan.

Instalaiile anexe ale reelelor termice montate n canal Prin instalaii anexe ale reelelor de termoficare se neleg instalaiile de golire, instalaiile de ventilare i instalaiile electrice necesare pentru asigurarea exploatrii normale a reelelor. a) Instalaii de golire Instalaiile de golire se compun din legturile i armturile montate n cuvele amplasate n punctele de golire de pe traseele reelelor de termoficare i din conductele i tuburile din font dintre aceste cuve i punctele de scurgere a apei. b) Instalaii de ventilare

Instalaiile de ventilare se compun din elementele ce se prevd pentru canale termice semicirculabile i circulabile i n cmine, pentru a nu se depi temperatura de 35oC n interior.

c) Instalaii de evacuare a apelor de scurgere Canalele reelelor termice subterane se prevd cu instalaii de evacuare a

apei rezultate din infiltraii, golirea i evacuarea conductelor. Canalele se prevd cu pant de minim 5o/oo ctre punctele de evacuare.


55

Conducte preizolate montate direct n sol Soluia este n curs de implementare n ara noastr, n Europa de Vest fiind preponderent. Conductele preizolate se monteaz pe suporturi din poliuretan, saci de nisip, dulapi de lemn, ntr-un strat de nisip cu granulaia 0,5 4 mm, care depete cu minimum 10 cm partea superioar a mantalei de protecie a conductei cu diametrul cel mai mare. n figura 1.78 i n tabelul conex 1.3 sunt prezentate informaii privind amplasarea conductelor preizolate ISOPLUS. Aa cum rezult din tabelul 1.3 adncimea de pozare a conductelor preizolate variaz n intervalul 0,97 m 2,6 m n funcie de diametrul conductei. Diferena ntre nivelul terenului i nivelul stratului de nisip este recomandabil s se situeze ntre 0,8 m 1,2 m. Limea anului depinde de numrul i diametrul conductelor. Distanele minime dintre conducte sau ntre conduct i marginea anului variaz ntre 100 mm la diametre mici, pn la 900 mm la diametre de conduct de 1200 1300 mm.

Fig. 1.78. Seciune transversal printr-o reea de conducte preizolate.

Sisteme de conducte

56

Tabel 1.3. Indicaii amplasare conducte preizolate

Diametrul conductei

Grosime strat

acoperire Adncime sol Minimum Lime sptur

Da UH T M B [mm] [m] [m] [mm] [m]

65 0,80 0,97 100 0,43 75 0,80 0,98 100 0,45 90 0,80 0,99 150 0,63

110 0,80 1,01 150 0,67 125 0,80 1,03 150 0,70 140 0,80 1,04 150 0,73 160 0,80 1,06 200 0,92 180 0,80 1,08 200 0,96 200 0,80 1,10 200 1,00 225 0,80 1,13 200 1,05 250 0,80 1,15 200 1,10 280 0,80 1,18 300 1,46 315 0,80 1,22 300 1,53 355 0,80 1,26 300 1,61 400 0,80 1,30 400 2,00 450 0,80 1,35 400 2,10 500 0,80 1,40 400 2,20 560 0,80 1,46 500 2,62 630 0,90 1,63 500 2,76 670 0,90 1,67 600 3,14 710 1,00 1,81 600 3,22 800 1,00 1,90 700 3,70 900 1,20 2,20 700 3,90 1000 1,20 2,30 800 4,40 1100 1,20 2,40 800 4,60 1200 1,20 2,50 900 5,10 1300 1,20 2,60 900 5,30

n figura 1.79 se poate observa o variant de amplasare a unui sistem de conducte de termoficare, ce conine patru conducte: dou tur retur pentru nclzire i dou tur retur pentru ap cald de consum.


57

Fig. 1.79. Detaliu de seciune printr-o reea termic de distribuie.

1.8.2. Reele termice supraterane

Amplasarea suprateran a conductelor termice este o soluie recomandabil numai n zone situate n afara perimetrului construibil al localitilor, pe platformele i n incintele industriale, de-a lungul cilor ferate, a cilor de comunicaii, a rurilor, a canalelor deschise i n culoare tehnologice. Amplasarea aerian se execut pe stlpi de beton armat sau metalici. Stlpii de susinere trebuie s asigure gabaritul de liber trecere n zonele de supratraversare sau pot fi i de mic nlime dac exist condiii, pe construcii rezultate dintr-o fundaie din beton simplu i un cuzinet din beton armat. La pozarea aerian a reelelor termice pe suporturi de mic nlime, distana minim de la sol pn la partea inferioar a termoizolaiei finite a conductelor este de 0,3 m.

Fig. 1.80. Amplasarea aerian a conductelor la nlime mic: 1 cuzinet.

Sisteme de conducte

58

Fig. 1.81. Amplasarea aerian a conductelor termice pe stlpi prefabricai din beton armat:

a, b stlpi n form de T; c stlp dublu T; d stlp portal; e stlp dublu portal.

1.9. Telegestiunea sistemelor de conducte n vederea unei administrri economice i eficiente n condiii de siguran mrit i protecie a mediului, sistemele complexe de conducte se prevd cu sisteme teleinformatice de monitorizare i conducere operativ de tip SCADA. Unitile de baz ale unui sistem de control i monitorizare de acest tip cuprind aparate de comand, msur, control, semnalizare i sisteme de transmitere la distan a datelor achiziionate. Obiectivele generale urmrite de un sistem dispecer de supraveghere i conducere operativ trebuie s asigure:

- furnizarea n timp real a datelor; - optimizarea transportului i distribuiei; - depistarea operativ a avariilor; - optimizarea funcionrii instalaiilor tehnologice; - prelungirea duratei de via a echipamentelor; - asigurarea interfeei tranzacionale cu furnizorii i consumatorii de agent

termic; - mbuntirea calitii serviciilor furnizorilor n raport cu consumatorii; - creterea eficienei economice.

Funciile realizate prin intermediul telegestiunii sunt: funcii operative de reglare, supraveghere, comand, protecie i ghid operator; funcii semioperative de optimizare, autodiagnoz, programare on-line a sistemului, mentenan; funcii neoperative de documentare, protocolare i optimizare off-line.

Sistemele complexe de conducte se prevd cu un dispecer central, gestionat de un dispecer coordonator, care supravegheaz i conduce n timp real ntreaga reea.


59

Nivelurile de conducere cuprind: - nivelul 1 de culegere date; - nivelul 2 de conducere distribuit; - nivelul 3 de conducere centralizat.

Detalii privind automatizarea sistemelor de alimentare centralizat cu agent termic se gsesc n cap. 5.4.3. Sistemul SCADA se utilizeaz frecvent n rile vestice, n ara noastr implementarea lui fiind ntr-o faz de nceput. n ultimii ani i n Romnia reelele termice sufer un proces de modernizare. Se utilizeaz sisteme simple de supraveghere, a cror unic scop este prevederea scurgerilor. Sistemul de supraveghere a unui sistem de conducte trebuie s aib trei funciuni fundamental distincte: supravegherea reelei de conducte, localizarea defectului, evaluarea defectului. Detectarea scurgerilor din conducte este posibil datorit existenei n interiorul materialului izolator a unor conductori electrici. La apariia umezelii rezistena electric dintre conductorii de Cu, montai n materialul izolator n timpul procesului de fabricaie i conducta de oel se modific, defectul aprut putnd fi localizat cu ajutorul unui reflectometru de impulsuri. Supravegherea sistemului de conducte se bazeaz pe precizarea strii de umiditate a materialului izolaiei termice prin msurarea rezistentei izolaiei. Dac rezistena izolaiei coboar sub o limita prestabilit se produce o semnalizare. Pe lng aceste sarcini specifice de supraveghere sistemul verific independent dac circuitul sensibil este nchis i prin aceasta funcionalitatea lanului de msurare este garantat. Aparatele de localizare indic locul defectului n procente din lungimea total a conductei pe care este instalat circuitul sensibil. Evaluarea defectelor de umiditate se poate efectua n faza incipient i astfel se asigur un interval de timp suficient de mare pentru programarea optimal a msurilor necesare de remediere. Exist aparate speciale pentru supravegherea lucrrilor de montaj care permit obinerea de informaii diverse asupra calitii izolaiei termice nc de la nceputul exploatrii reelei.

Sisteme de conducte

60

Capitolul 2 Calculul hidraulic

2.1. Calculul hidraulic al pierderilor de sarcin Calculul hidraulic al reelelor, indiferent de natura fluidului (ap rece, ap fierbinte, abur, gaze, aer comprimat) implic n primul rnd calculul pierderilor de sarcin. Pierderea de sarcin exprim procesul de disipare a energiei curentului de fluid. n literatura de specialitate, subiectul reprezint o mbinare ntre abordri teoretice i experimentale. Pierderea de sarcin se calculeaz printr-o relaie de forma

g

Vhr 2

2

= , (2.1) unde este un coeficient adimensional, denumit coeficient de pierderi de sarcin i V viteza medie a fluidului n conduct. Pierderile de sarcin sunt liniare i locale. Calculele hidraulice se efectueaz respectnd principiul suprapunerii efectelor, pierderile de sarcin totale fiind determinate ca suma dintre pierderile liniare i cele locale. Factorii care influeneaz pierderile de sarcin liniar ntr-un sistem de conducte sunt:

Lungimea conductei. Pierderea de sarcin liniar este direct proporional cu lungimea L a curentului de fluid.

Raza hidraulic. Pierderea de sarcin este invers proporional cu raza hidraulic, R. Raza hidraulic este definit ca raportul ntre seciunea fluidului i perimetrul udat. n cazul conductelor circulare

4D=R , (2.2)

unde D reprezint diametrul conductei.

2. Calculul hidraulic

61

Viteza medie. Legea de variaie a pierderilor de sarcin liniar dh cu viteza medie V depinde de regimul de micare: n regim laminar exist o dependen liniar ntre pierderi i viteza medie, iar n regim turbulent pierderile sunt proporionale cu viteza medie la o putere cuprins ntre 1,75 i 2.

Natura fluidului. Influena naturii fluidului este descris prin densitatea i coeficientul dinamic de viscositate . Rugozitatea suprafeelor solide. Pierderea liniar de sarcin este

influenat de rugozitatea pereilor. Rugozitatea depinde de natura materialului i de modul de prelucrare a suprafeelor. Rugozitatea poate fi clasificat n rugozitate artificial (executat n condiii de laborator printr-un procedeu de lipire a unor granule de nisip de diametru constant pe peretele interior neted al conductei) i rugozitate natural sau tehnic (ntlnit n conductele i canalele reale). Rugozitatea artificial se descrie prin: - rugozitatea absolut 2/k= care exprim nlimea caracteristic a

granulelor de nisip de diametru k fixate cu adeziv pe pereii netezi ai conductelor, n scopul efecturii de studii experimentale n condiii de laborator;

- rugozitatea relativ exprimat ca raportul dintre rugozitatea absolut i raza hidraulic R. Uneori este definit ca raportul ntre rugozitatea absolut i diametrul conductei D.

Rugozitatea natural este neregulat. Aprecierea nlimii asperitilor fiind o problem dificil se utilizeaz noiunea de rugozitate echivalent e , pentru a descrie nlimea asperitilor artificiale care n condiii similare de curgere ar produce o pierdere de sarcin egal cu cea produs de rugozitatea natural. Rugozitatea variaz n timp n funcie de natura materialului din care este alctuit conducta i de proprietile fizico-chimice ale fluidului transportat. n anexa 7 se pot observa valorile rugozitii absolute pentru diverse tipuri de conducte i canale. 2.1.1. Calculul pierderilor de sarcin liniar. Relaia general pentru calculul pierderilor de sarcin liniar este

g

VfLhd 2

2=

R [m], (2.3)

unde f este denumirea coeficientului de sarcin liniar.

Sisteme de conducte

62

Pentru conducte circulare, relaia se ntlnete sub forma

g

VDLhd 2

2

= [m], (2.4) cunoscut n literatur drept relaia lui Darcy-Weissbach.

Tabel 2.1. Relaii pentru calculul pierderilor liniare de sarcin.

Denumire Relaie de calcul Domeniu de valabilitate Formula Hagen

Poiseuille DRe64= 2300


63

Formula lui evelev

b

b vc

Da

+= -

Formula lui evelev pentru

conducte de transport a

apei

b

b ve

Dd

+= 1 -

Tabel 2.2. Valoarea coeficienilor din formulele lui evelev.

Coeficieni

Domeniu de utilizare a b c d e

Conducte noi de oel mbinate prin sudur (k=0.011 mm) 0.312 0.226

61091 . 0.0159 0.684Conducte noi de font mbinate

prin mufe sau nfiletare (k=0.2 mm)

0.863 0.284 610550 . 0.0144 2.36 Conducte vechi de oel sau font mbinate prin mufe sau nfiletare

(k=1 mm) pentru m.v

610081 , respectiv pentru ap sm.v 21

0.021 0.3 11 +=+ve

vc

Conducte vechi de oel sau font mbinate prin mufe sau nfiletare

(k=1mm) pentru m.v

610081 > , respectiv pentru ap sm.v 21<

1.0 0.3 61051 . 0.0179 0.867

O alt formulare a relaiei de calcul a pierderilor de sarcin liniar a fost

determinat prin similitudine

22 VCLhd R

= , (2.5) unde C este coeficientul lui Chzy. Coeficientul de pierderi de sarcin liniar este un parametru adimensional ce depinde de regimul de curgere a fluidului, descris prin numrul Re i rugozitatea pereilor k. Literatura de specialitate cuprinde numeroase metode de calcul a acestui parametru. Pn n prezent au fost stabilite peste 140 de formule, multe din ele cu caracter empiric i cu domeniu limitat de valabilitate. n tabelul 2.1 sunt prezentate cteva dintre cele mai uzuale.

Sisteme de conducte

64

Fig. 2.1. Diagrama Moody.


65

O alt metod adeseori preferat de determinare a pierderilor de sarcin liniar este utilizarea diagramelor practice de calcul. Analiza diagramei lui Moody, pentru calcule hidraulice n conducte tehnice (fig. 2.1), ofer avantajul c poate furniza explicaii privind comportarea hidraulic diferit la diverse numere Reynolds (Re) i diverse rugoziti.

Curgerea unui fluid formeaz n vecintatea unui perete un strat limit a crui grosime variaz n funcie de regimul de micare. n regim laminar, grosimea stratului limit este suficient de mare pentru a acoperi asperitile, rugozitatea peretelui neinfluennd curgerea. n acest caz, numai valoarea numrului Re influeneaz curgerea, fenomen ilustrat de formula lui Darcy de calcul a coeficientului de pierderi liniare

Re64= . (2.6)

Valorile coeficientului lui Darcy se pot citi de pe dreapta corespunztore

numerelor Re

Sisteme de conducte

66

2.1.2. Calculul pierderilor de sarcin local Pierderile de sarcin locale caracteristice zonelor de micare cu grad ridicat de neuniformitate se calculeaz cu relaia

g

Vh locloc 2

2

= [m]. (2.7)

Coeficientul adimensional de pierderi de sarcin loc depinde de forma rezistenei hidraulice, care genereaz neuniformitatea i de structura curentului de fluid, caracterizat de numrul Re. Pentru o anumit form de rezisten hidraulic, dependena coeficientului

loc de numrul Re prezint un caracter complicat, diferit funcie de tipul rezistenei. n figura 2.2 se disting trei zone:

- zona micrii laminare, n care coeficientul loc variaz liniar cu numrul Re;

- zona micrii complet turbulente, n care loc nu mai depinde de numrul Re;

- zona de tranziie, n care modul de variaie este complicat, specific fiecrui tip de rezisten hidraulic.

Fig. 2.2. Dependena coeficientului de pierderi locale de numrul Re.

Uneori, pentru calculul pierderilor locale de sarcin se folosete noiunea de lungime echivalent. Prin lungime echivalent se nelege o lungime fictiv


67

de curent n lungul creia s-ar realiza o pierdere liniar de sarcin egal cu cea considerat local. Fenomenele de curgere n rezistene locale sunt complexe, determinarea valorii coeficientului de rezisten local fiind dedus de regul prin ncercri experimentale. n anexele 8 i 9 sunt prezentate valorile coeficientului de rezisten local loc pentru diverse tipuri de rezistene hidraulice. Pentru calcule practice mai complete se recomand a se consulta lucrarea lui Idelcik. Rezistenele hidraulice locale pot fi fixe, din aceast categorie fcnd parte coturile, curbele, diafragmele i variabile, din aceast categorie fac parte robinetele, vanele, ventilele. Rezistenele variabile se caracterizeaz prin variaia parametrului loc n funcie de modificarea formei, i n funcie de legea de manevr aferent dispozitivului de reglare. 2.2. Curgerea fluidelor incompresibile n sisteme hidraulice sub presiune Sistemul hidraulic sub presiune reprezint un ansamblu de conducte, rezervoare i dispozitive destinate s asigure curgerea unui fluid sub presiune. Principalele elemente ale unui sistem hidraulic sub presiune sunt arterele i nodurile. Artera reprezint un tronson de conduct i nodul o seciune care delimiteaz una sau mai multe artere. n proiectarea, realizarea i exploatarea sistemelor hidraulice sub presiune apar probleme de dimensionare, de determinare a parametrilor hidraulici, de echilibrare i de stabilitate. Problemele de dimensionare constau n determinarea diametrelor conductelor cnd se cunosc cotele piezometrice n noduri, debitele pe tronsoane i elementele geometrice ale sistemului de conducte. Dimensionarea sistemelor se efectueaz prin identificarea unei soluii optime att din punct de vedere tehnic ct i economic. Dintre condiiile tehnice menionm: viteza fluidului este limitat superior n funcie de destinaia cldirii pentru a se evita producerea zgomotelor, dimensiunile conductelor sunt standardizate. Dintre criteriile economice cele mai importante sunt: valoare minim a investiiilor, cheltuieli minime cu energia de pompare, necesar minim de materiale. Problema optimizrii unui sistem de conducte este dificil chiar i din punct de vedere matematic, deoarece const n rezolvarea unei probleme de programare neliniar i minimizarea unei funcii obiectiv, innd cont de o serie de restricii. Una dintre metodele moderne utilizate cu succes n ultimii ani este teoria grafurilor. Aplicarea ei este complicat, solicitnd cunotine complexe. Pentru sisteme hidraulice mici, ntlnite curent n practic, literatura de specialitate recomand metode mult mai simple. Problemele de determinare a parametrilor hidraulici (presiuni, debite, cote piezometrice) utilizeaz relaii bazate pe legea conservrii energiei i ecuaia de

Sisteme de conducte

68

continuitate. Una din problemele matematice care pot surveni n determinarea parametrilor hidraulici este un numr de ecuaii diferit de numrul de necunoscute, la care se adaug dificultile inerente rezolvrii ecuaiilor neliniare de gradul II. Echilibrarea hidraulic const n identificarea unei soluii de alegere a geometriei sistemului (valoarea modulelor de rezisten local) care s conduc la parametri hidraulici impui (o anume repartiie de debite). Problemele de stabilitate constau n asigurarea parametrilor hidraulici cerui (debite de consum, presiuni de serviciu) n condiii diverse de exploatare a sistemelor hidraulice. n funcie de tipul sistemului hidraulic i gradul de precizie necesar se poate opta pentru un anumit model de calcul. Modelul conductelor scurte utilizeaz relaiile de calcul sub forma lor complet, fr a introduce simplificri. Se utilizeaz cu precdere n calculul hidraulic al instalaiilor complexe industriale, cu trasee de vitez mare i rezistene locale semnificative, cum ar fi instalaiile de ventilare i climatizare. Modelul conductelor scurte fr termeni cinetici utilizeaz relaia energiilor neglijnd termenii cinetici. Se utilizeaz cu precdere n sistemele prin care fluidul circul cu viteze reduse, cum sunt instalaiile interioare de nclzire, de alimentare cu ap cald, ap rece. Modelul conductelor lungi utilizeaz relaia energiilor, neglijnd termenii cinetici i pierderile locale de sarcin. Se utilizeaz n sisteme hidraulice mari cum ar fi: instalaiile exterioare de distribuie a apei, magistrale pentru transportul fluidelor. Modelul conductelor lungi, cu pierderi locale de sarcin neglijeaz numai termenii cinetici i apreciaz pierderile locale ca fiind un procent din pierderile liniare, n funcie de tipul arterei. Descrierea modelelor de fluid implic cunoaterea unei terminologii specifice hidraulicii. Sarcina hidrostatic HS reprezint distana de la planul de referin la planul manometric sau barometric

+=pzH S , (2.8)

n care z reprezint cota punctului i /p nlimea piezometric. Termenii din relaia (2.8) sunt energii specifice medii obinute prin raportarea fluxurilor energetice la debitul gravimetric al curentului de fluid. Unitatea de msur este metrul.


69

Sarcina hidrodinamic reprezint energia particulei raportat la greutatea ei n cmpul gravitaional

g

VpzH d 2

2

++= . (2.9) Cota piezometric HP este definit ca energia potenial a particulei raportat la greutatea ei

+=pzH P . (2.10)

Calculele hidraulice ale sistemelor de conducte implic cunoaterea sarcinii sistemului H*, definit ca diferena dintre cota piezometric n seciunea de intrare 1 i cota piezometric n seciunea de ieire 2,

+= 2121 ppzz*H . (2.11)

Linia energetic LE este curba reprezentativ a sarcinii hidrodinamice n lungul curentului. Linia piezometric LP este curba reprezentativ a cotei piezometrice n lungul curentului. 2.2.1. Conducta simpl

Conducta simpl este un sistem hidraulic unifilar de diametru constant, avnd consumator numai la ieire. Relaia Bernoulli ntre seciunea de intrare 1 i cea de ieire 2

=++++=

++n

i gV

gV

DL

gVpz

gVpz

1

22

22

2222

2

2111

1 2222 [m]. (2.12)

Figura 2.3 prezint graficul piezometric (LP) i graficul energetic (LE)

pentru o conduct simpl. n calcule hidraulice se prefer adesea n locul coeficientului Darcy

utilizarea noiunii de modul de rezisten M, care se determin cu relaia

41

2 12

08260Dg

VDL.M

n

i

+=

=. (2.13)

Sisteme de conducte

70

Dimensiunea modulului de rezisten este [M]=L-5T2, iar unitatea de msur n S.I. este s2/m5.

Pierderea total de sarcin se determin n acest caz cu formula

221 MQhr = , (2.14)

unde Q reprezint debitul volumic msurat [m3/s]. Modulul cinetic se pot deduce din analiza termenului cinetic

22

2QM

gV

c= . (2.15) Considernd modulele cinetice Mc1 i Mc2, corespunztoare seciunilor de

intrare i respectiv de ieire se definete modulul global de rezisten

12 cc MMM*M += . (2.16)

Sarcina sistemului se determin cu formula

2QM*H *= . (2.17)

Fig. 2.3. Conduct simpl.


71

n unele lucrri de specialitate, pentru calculul pierderilor liniare de sarcin se recomand utilizarea noiunii de modul specific de rezisten, care se determin cu relaia

25108260

KD.

LMM L === . (2.18)

Dimensional, modulul specific de rezisten [ LM ]=L

-6T2, unitatea de msur n S.I. fiind s2/m6.

Modulul de debit transportat la pant unitar [K]=L3T-1 se msoar n m3/s.

2.2.2. Conducte simple montate n serie

Se consider un sistem de conducte format din n conducte simple montate n serie. n acest caz, valoarea debitului pe traseu este aceeai n toate punctele, ns vitezele n diverse seciuni sunt diferite.

Modulul de rezisten total este suma modulelor de rezisten pe tronsoane

=

= ni

iMM1

, (2.19)

iar

=

==n

iir MQMQh

1

2221 . (2.20)

Pierderile de sarcin ntr-un sistem de conducte legate n serie se pot

determina i cu formula lui Darcy

=

+= n

i iloc

i

iiir D

Lg

Vh1

2

21 2. (2.21)

Un sistem hidraulic format din mai multe conducte legate n serie se calculeaz similar ca o conduct simpl al crui modul echivalent de rezisten este egal cu suma modulelor conductelor simple care alctuiesc sistemul.

Sisteme de conducte

72

Fig. 2.4. Conducte simple montate in serie. 2.2.3. Conducte simple montate n paralel

ntr-un sistem de n conducte simple montate n paralel trebuie respectate condiiile:

suma debitelor care intr ntr-un nod este egal cu suma debitelor care ies din acel nod (ecuaia continuitii)

nQ......QQQ +++= 21 ; (2.22)

pierderile de sarcin pentru toate conductele montate n paralel, situate

ntre dou noduri, sunt egale

rnrrrBrA h.......hhhh ===== 321 . (2.23)


73

Fig. 2.5. Conducte simple montate n paralel. Relaiile anterioare se pot scrie i sub forma

=

= ni

iQQ1

(2.24)

222

22211 QMQM.....QMQM pnn ==== , (2.25)

unde MP reprezint modelul echivalent al montajului paralel.

Rezult

=

= ni iP MM 1

11 . (2.26)

Se observ c montajul paralel se poate reduce la o conduct simpl

echivalent cu modulul de rezisten definit de MP.

2.3. Reele de conducte Reelele de conducte sunt sisteme hidraulice formate dintr-un numr de

conducte dispuse ntr-o configuraie geometric impus. Dup configuraia geometric se clasific n trei categorii:

Sisteme de conducte

74

reele ramificate, la care dou noduri oarecare din sistem pot fi unite ntre ele prin artere ce formeaz un singur traseu;

reele inelare (buclate), la care dou noduri oarecare pot fi unite prin artere ce formeaz cel puin dou trasee;

reele mixte.

Fig.2.6. Reea ramificat.

Fig. 2.7. Reea inelar.

Fig. 2.8. Reea mixt.


75

Din punct de vedere al fluidului transportat reelele de conducte pot fi: - reele exterioare de distribuie a apei reci; - reele de distribuie a gazelor naturale; - reele de termoficare; - instalaii interioare de ap, nclzire sau gaze; - sisteme de ventilare sau condiionare; - diverse instalaii tehnologice, etc.

Alegerea vitezei fluidului printr-o conduct se face pe baza unui calcul tehnico-economic care se bazeaz pe determinarea energiei de pompare corespunztoare pierderilor calculate, diametrul i grosimea conductei care determin valoarea investiiilor, natura fluidului transportat. n tabelul 2.3 sunt date unele valori ale vitezelor recomandate pentru diverse tipuri de conducte.

Tabelul 2.3. Viteze recomandate

Tipul conductei Viteza

recomandat [m/s]

Ap Conducte de aspiraie n pompe, t70oC 0,6 1 Idem, de refulare 1,5 4 Conducte de transport al apei calde i fierbini 1,5 3 Reele urbane de ap cald i fierbinte 0,8 2 Circuitul de ap de rcire, conducte de ducere 1,5 2,5 Idem, de ntoarcere 2 3 Conducte de aspiraie de splare a cenuii 0,5 1 Idem, de evacuare 1,7 2,5 Abur Conducte de medie i joas presiune (p < 15 bar) 15 20 Conducte principale (p=12...35 bar) 40 70 Conducte principale (p=40...125 bar) 30 60 Conducte secundare (p=10...40 bar) 20 40 Conducte secundare (p=90...120 bar) 35 40 Conducte pentru debit mic 30 40 Conducte pentru debit mediu 40 50 Conducte pentru debit mare 50 65 Conducte principale de abur saturat 30 40 Conducte secundare de abur saturat 20 30 Conducte de abur pentru nclzire (p=1...3 bar) 20 40 Conducte de abur uzat (de eapare) 80 100

Sisteme de conducte

76

Gaze Conducte de aer de aspiraie pentru compresoare 15 20 Idem, de refulare 25 30 Canale de aer de aspiraie pentru ventilatoare 12 16 Idem, de refulare 15 20 Conducte (canale) de aspiraie de gaze arse 15 25 Idem, de refulare 20 30 Produse petroliere Conducte de aspiraie pentru iei negru 0,5 0,8 Conducte de presiune pentru iei greu 1 1,5 Conducte pentru iei uor 1,2 1,6 Conducte de ducere (sub presiune) de ulei de ungere 1,5 2 Conducte de ntoarcere (scurgere) de ulei de ungere


77

Se consider o lungime oarecare l i corespunztor acestei seciuni, o lungime elementar dl. Pentru ntregul sistem de lungime L, debitul consumat QC are expresia

=L

C lsqQ0

)d( . (2.28)

Fig. 2.10. Conduct cu debit uniform distribuit.

Pierderea elementar de sarcin

( ) llqQMh LLr d(s)d 20= , (2.29)

unde m modulul specific de rezisten (pe unitatea de lungime).

Pentru rezolvare trebuie s se cunoasc modul de variaie a mrimilor m i q n funcie de variabila de integrare l.

n cazul particular al conductei de diametru constant i cu debit consumat uniform distribuit, relaia (2.29) devine

( ) +== 2200 31d)d( CCLLL Lr QQQQMllsqQMh . (2.30)

Sisteme de conducte

78

Fig. 2.9. Diagrama de calcul a conductelor de apa rece.


79

Notnd

2231

CCf QQQQQ += , (2.31)

se poate scrie

2fr MQh = (2.32)

i pierderea de sarcin pentru o conduct cu debit uniform distribuit se poate calcule prin aceeai metod ca i pentru o conduct simpl prin care ar trece un debit echivalent de calcul fQ .

2.3.2. Calculul hidraulic al reelelor de transport produse petroliere

Calculul hidraulic al produselor petroliere lichide (ieiul, uleiurile, motorina, pcur, petrolul, benzina) este influenat de modificarea proprietilor fizice cu variaia temperaturii i compoziia acestora. Unele produse petroliere necesit nclzirea prealabil i implicit izolarea termic a conductei pentru meninerea temperaturii n timpul transportului.

Spre deosebire de curgerea altor fluide, produsele petroliere se caracterizeaz de regul printr-un regim de micare laminar (formula 2.6), ceea ce determin o energie de pompare ridicat.

n literatura de specialitate, se utilizeaz att recomandri de calcul a pierderilor prezentate n tabelul 2.1, recomandri ale vitezelor de transport a fluidului prezentate n tabelul 2.3, ct i formule specifice tipului de fluid transportat. De exemplu, pierderea de presiune care apare la curgerea debitului de benzin

8748518511149..

.hn

DBLQ.p = , (2.33)

unde 150125...B = pentru conducte curate de benzin.

2.3.3. Calculul hidraulic al reelelor termice

Reelele termice sunt reele de ap fierbinte ce transport i/sau distribuie agentul termic. Reelele termice care transport agentul termic de la centrala electric de termoficare la punctele sau modulele termice de imobil sunt denumite reele primare, iar cele care distribuie apa fierbinte de la punctele termice la consumatori se numesc reele secundare. Reelele termice se compun

Sisteme de conducte

80

din conductele propriu-zise i fitingurile aferente, termoizolaia conductei i protecia acesteia, elemente pentru preluarea eforturilor provenite din dilatare, armturi, elemente de susinere, sistemul de msur, control i localizare a avariilor, elemente auxiliare de construcie. n stabilirea configuraiei i traseului reelei se pot adopta scheme de distribuie ramificate, inelare sau mixte. Practica de proiectare din Romnia recomand configuraia cu scheme ramificate, soluie adecvat numai n cazul reelelor termice alimentate dintr-o singur surs. Reelele de termoficare din Europa de Vest utilizeaz i reele inelare, cu mai multe surse de cldur racordate la acelai sistem de conducte. Metoda conduce la o siguran n funcionare i eficien sporit. n stabilirea traseului reelei se urmrete obinerea unei lungimi minime, cu numr ct mai redus de intersecii cu drumuri, ci ferate, canale i posibiliti maxime de autocompensare. Se vor avea n vedere restriciile impuse de cldirile, proprietile, drumurile sau cile de acces din zon i distanele minime fa de alte instalaii existente. Calculul hidraulic poate fi de dimensionare sau de verificare. Calculul hidraulic de dimensionare stabilete dimensiunile diametrelor conductelor i valorile pierderilor de sarcin la debite nominale. Calculul hidraulic de verificare analizeaz consecinele din punct de vedere hidraulic a nlocuirii unor tronsoane de conduct sau a modificrii parametrilor sursei. Efectuarea calculului hidraulic necesit informaii privind planul i configuraia reelei, natura agentului termic din reea i parametrii acestuia, soluia de reglare a furnizrii cldurii, sarcinile termice nominale pe procese consumatoare de energie termic la fiecare consumator. n urma efecturii calculului se determin distribuia presiunilor n sistemul de conducte, regimurile de funcionare i caracteristicile principale necesare alegerii schemelor de racordare i echipamentelor din punctele termice. Calculul hidraulic este nsoit, de cele mai multe ori, de un calcul economic comparativ care s analizeze n ce msur scderea costurilor de investiii prin alegerea de diametre mai mici afecteaz creterea cheltuielilor cu energia de pompare, aferent debitelor mai mari. Calculul hidraulic al reelelor termice utilizeaz modelul conductelor lungi, cu pierderi locale de sarcin. Pierderilor locale de sarcin sunt considerate ca fiind 20...30% fa de cele liniare n cazul reelele cu agent termic ap fierbinte i de 60...70% n cazul reelelor cu agent termic abur. Regimul de curgere se presupune a fi deplin turbulent. Spre deosebire de alte tipuri de sisteme de conducte, calculul hidraulic al reelelor termice trebuie s aib n vedere i problema echilibrrii hidraulice a tuturor circuitelor. Pe baza planului de situaie, schemelor de racordare la reea a consumatorilor, necesarului de cldur, parametrilor nominali ai agentului termic primar i ai celui secundar se elaboreaz schemele de calcul hidraulic i se calculeaz debitul maxim de agent termic necesar fiecrui abonat.


81

Debitele de ap fierbinte m& preluate de fiecare consumator depind de sarcinile termice i de parametrii nominali de temperatur ai proceselor ce consum cldur

ac

ac

v

v

i

itc

Qtc

Qtc

Qm ++=&&&

& [t/h], (2.34)

unde

iQ& , vQ& , acQ& sarcinile termice necesare pentru procesele de nclzire, ventilare i ap cald de consum [W];

c cldura masic [J/kgK]; ti, tv, tac ecarturile de temperatur n regim nominal pe fiecare proces

consumator de cldur [K]. De regul, regimul de curgere a apei fierbini este ptratic, calculul

coeficientului de pierderi liniare , fiind recomandabil a se efectua cu relaia Prandtl Nikuradse

22141

1

+

=

ekDlg,

, (2.35)

unde ke rugozitatea echivalent [mm]; D diametrul conductei [mm]. n cazul utilizrii conductelor noi cu diametre relativ mici sau a celor date de curnd n exploatare, valoarea redus a rugozitii sugereaz existena unui regim preptratic, coeficientul de pierderi liniare fiind recomandabil a se calcula cu relaia lui Frenkel

+=

9081673

21,

eRe.

D.klg , (2.36)

unde Re este numrul Reynolds corespunztor regimului de curgere n sistemul de conducte.

n cazul utilizrii conductelor flexibile coeficientul pierderilor liniare de sarcin se calculeaz cu relaia

2370221000320 ,Re.. += , (2.37)

Sisteme de conducte

82

valabil pentru 104 < Re < 108. Pierderile locale pe reelele care transport ap fierbinte se consider 25% din cele liniare pe magistral i 30% pe branamente i ramificaii.

Alegerea diametrelor conductelor se face pe astfel nct pierderea de sarcin s se nscrie ntre anumite limite n funcie de tipul tronsonului:

- 30...60 Pa/m pentru magistral; - 80...100 Pa/m pentru ramificaii; - 150...300 Pa/m branamente.

n practica de proiectare alegerea diametrelor se efectueaz cu diagrame de calcul (figurile 2.11.a,b,c,d). n ultimii ani se prefer ns, utilizarea programelor de calcul specializate n dimensionarea reelelor termice.


83

Fig. 2.11. a. Diagram pentru calculul hidraulic al conductelor din oel pentru

reelele termice: domeniul Dn65 Dn250.

Sisteme de conducte

84

Fig. 2.11. b. Diagram pentru calculul hidraulic al conductelor din oel pentru reelele termice: domeniul Dn250 Dn1000.


85

Fig. 2.11.c. Diagram pentru calculul hidraulic al conductelor reelelor termice:

domeniul 162,2 252,3 pentru evi Wirsbo PEX i Wirsbo evalPEX. Temperatura apei +70oC.

Sisteme de conducte

86

Fig. 2.

79766835 Sisteme de Conducte

Documents

Transcript of 79766835 Sisteme de Conducte