CALCULUL DE PREDIMENSIONARE A

SCHIMBTORULUI DE CLDUR AP-

GAZ

1 Stabilirea naturii fluidului:

Agentul primar agentul care cedeaza caldura in incalzitor este conform

temei de proiectare apa.

Agentul secundar agentul care preia caldura in incalzitor este conform

temei de proiectare gazul metan .

2 Stabilirea debitelor G1 si G2 :

Debitul de apa G1 se va determina cu ecuatia de bilant termic al

incalzitorului de gaze in functie de celelalte marimi. In functie de caracteristicile

geometrice ale incalzitorului se va calcula viteza in sectiunea de trecere a apei a

carei marime se va compara cu vitezele limita recomandate in literatura de

specialitate. In literatura de specialitate se recomanda pentru apa urmatoarele

viteze limita: 0,5-6 m/s. Debitul de gaz metan G2 este conform temei de proiectare.

Similar ca la apa se va calcula viteza in sectiunea de trecere a gazelor 313h74d care

se va compara cu vitezele limita recomandate de literatura de specialitate: 20-

40m/s.

3 Stabilirea temperaturilor de intrare si de iesire:

Temperatura de intrare a apei va fi:

T1i=900C

Temperatura de iesire se va considera in prima aproximare:

T1e=700C

Temperatura gazului la intrare va fi conform temei de proiectare:

T2i= 20C

Conform temei de proiectare temperatura gazelor dupa laminare trebuie sa

fie minim 50C pentru a preintampina formarea criohidratilor si pentru a asigura o

buna functionare a regulatoarelor de presiune. Prin laminare gazelor de la 50 la 10

bar, temperatura va scadea datorita efectului Joules-Thomson.

Aceasta cadere de temperatura t se va calcula in functie de p1= 50 bar si

=50-10 = 40 bar

Din diagrama Joules-Thomson t=-150C

Deci : 50C =2

0C 150C + t2e de unde t2e= 18

0C

4 Alegerea tipului de incalzitor de gaze :

In cazul nostru incalzitorul de apa gaz care trebuie ales este un incalzitor cu

tevi in forma de U .

Acesta se caracterizeaza prin urmatoarele elemente:

material- metallic;

tipul incalzitorului este teava in teava ;

forma tevilor este in forma de U ;

directia de curgere este in curent mixt ;

Din punct de vedere al transferului de caldura incalzitorul este de tip

convectiv.

4.1.Descrierea functionala a incalzitorului de gaze

Apa (agentul primar) circula prin interiorul tevii cedand o parte din caldura

agentului secundar.

Gazele naturale (agentul secundar ) circula prin spatiul dintre tevi preluand o

parte din caldura apei.

Tevile in U sunt de sectiune circulara.

Pentru a se mari schimbul de caldura pe suprafata exterioara a tevii prin care

circula apa, se vor prevedea nervuri drepte cu grosime constanta, deoarece

coeficientul de transmisie a caldurii al gazelor este in general mult mai mic decat al

apei.

S-a ales ca agentul secundar, respectiv gazele naturale, sa circule

extratubular datorita potentialului termic mai redus decat al apei, ceea ce va

conduce la pierderi de caldura prin peretii exteriori mai mici.

Tevile care se utilizeaza sunt in general tevi netede , trase fara sudura cu lungimi cuprinse intre

1000-7000 mm.

Dilatatiile datorita diferentelor de temperatura sunt compensate datorita

formei in U a tevilor.

Din punct de vedere al circulatiei agentilor termici, incalzitorul de gaze este

in curent mixt, deoarece agentii isi schimba cel putin odata sensul de curgere,

respectiv are doua treceri spre deosebire de cele cu echicurent, contracurent sau

curent incrucisat care au o singura trecere.

Incalzitorul de gaze i curent mixt realizeaza un coeficient global de

transmitere a caldurii, K, mai mare decat incalzitoarele in echi si contracurent,

bineinteles in conditii comparabile privind temperaturile de intrare si de iesire ale

agentilor, precum si forma suprafetei de schimb de caldura.

Coeficientul de schimb de caldura este mai mare deoarece datorita schimbarii de directie a

agentilor termici creste gradul de turbulenta a fluidelor.

Acest lucru conduce pentru aceeasi cantitate de caldura la suprafete de

schimb de caldura mai mici, deci la gabarite mai reduse. Dezavantajele minore fata

de avantaje, ale incalzitoarelor cu doua treceri fata de incalzitoarele cu o singura

trecere sunt :

- cresterea rezistentelor hidraulice la trecerea agentilor termici prin aparat,

ceea ce conduce la consumuri mai mari de energie electrica pentru pompe pe

partea de apa, respectiv la micsorarea disponibilului de presiune pe partea de gaze.

Din punct de vedere a starii de agregare a agentilor termici incalzitorul de

gaze este de tip apa gaz.

In general se specifica mai intai agentul mai cald (apa) si in al doilea rand agentul mai rece

(gazul).

Materialele din care se va confectiona incalzitorul de gaze, precum si

dimensionarea lui, vor trebui sa tina cont de urmatorii parametrii:

temperatura agentilor termici:

temperatura mediului ambiant;

presiunea agentilor termici

Tinand cont de cele de mai sus incalzitorul de gaze se va numi generic astfel:

Incalzitor de gaze apa gaz cu tevi in U Pn 64

Pentru a putea trece mai departe la bilantul energetic si calculul termic al

incalzitorului de gaze se vor calcula dimensiunile geometrice.

4.2.Calculul dimensiunilor geometrice ale incalzitorului de gaze

Teava tip U- 75,5 6 (teava interioara)

Prin teava circula apa calda.

Conform STAS: de= 75,5 10 m

Di = 63,5 m

g = 6mm = 6 10 m

unde:

Sectiunea de trecere a apei prin teava este:

Si1= =3,1669 10 m2

Se1= = 4,477 10-3

m2

unde:

Si1= sectiunea interioara a tevii [m2]

Se1= sectiunea exterioara a tevii [m2]

Calculul suprafetei active de schimb de caldura

Lungimea activa a tevii exterioare se considera pana in axul racordului de

intrare gaze si va fi :

lteava= 4,780-0,250 = 4,53 m

unde:

lteava - lungimea activa a tevii

Lungimea curbei de 1800:

lc= 0,360 m

Lungimea totala a tevii U

L = 2 lteava+lc = 9,42 m

Suprafata activa a tevii interioare

S1 = = = 2,234 m2

In calcule se va neglija cotul pentru simplificare avand totodata si o rezerva.

In aceasta situatie dimensiunile sunt:

L = 2 lteava = 2 4,53= 9,06 m

S1 = = = 2,15 m2

Teava exterioara prin care circula gazele cu urmatoarele caracteristici:

de = 114 10-3

m

di = 99 10-3

m

g = 7,5 10-3

m

Sectiunea de trecere a gazelor 313h74d : Si2 (daca teava interioara nu are

nervuri):

Si2 = = 7,698 10-3

m2

Se2 =Si2-Se1 = 7,698 10-3

- 4,477 10-3

= 3,221x10-3

m2

Nervuri drepte cu grosime constanta:

Grosimea nervurii:

gn = 2x10-3

m

Inaltimea nervurii:

hn = 11x10-3

m

Lungimea nervurii:

ln = 4,45 m

Numar nervuri:

nn = 20 nervuri

Sectiunea transversala a unei nervuri

sn = gnxh = 2x10-3

x11x10-3

= 22x10-6

m2

Sectiunea de trecere a gazelor daca teava interioara are nervuri

s3 = si1-nnxsn = 3,221x10-3

-20x22x10-6

= 2,781x10-3

m2

Pentru aceasta sectiune diametrul echivalent este:

dech=

unde:

p diametrul sectiunii S3 tinand cont ca nervurile sunt distantate la 180

p =

unde:

hn inaltimea nervurii;

de diametrul exterior;

nn numarul de nervure;

di diametrul interior;

p = x20x x99x10-3

= 0,9882 m

dech= =11,257x10-3

m

- Suprafata totala Si dintre nervuri a peretelui suport al nervurilor (

suprafata bazei expusa gazelor dintre nervuri)

Si = S - nn x ln x gn

unde:

S suprafata exterioara a tevii interioare (U) pe lungimea nervurilor

S = xln

Si = x de x ln nn x ln x gn

Si = x 75,5 x 10-3

x 4,45 20 x 4,45 x 2x 10-3 = 0,8775 m2

Sn - Suprafata laterala a totalitatii nervurilor;

Sn = nn(2 x hn x ln + gn x ln)

Sn = 20(2 x 11 x 10-3

x 4,45 + 2 x 10-3

x 4,45) = 2,136 m2

S2- Suprafata nervurata S2

S2 = Si +Sn

S2 = 0,8775 +2,136 = 3,0135 m2

Tinand cont ca in calculele de mai sus s-a tinut seama numai de trecere si

cum teava in U are doua treceri, suprafetele se dubleaza:

Si = 2 x 0,8775 =1,755 m2

Sn = 2 x 2,136 = 4,272 m2

S2 = 2 x 3, 0135 = 6,027 m2

Coeficientul de nervurare Cn are urmatoarea formula de calcul:

Cn =

Cn = = 2,8