CALCULUL COSURILOR DE FUM

Cosurile de fum sunt supuse unui calcul de dimensionare tehnologica, unui calcul static si unuia termic. In calulul termic se studiaza: - transimiterea caldurii prin peretii cosului si stabilirea temperaturii intr-un punct oarecare; - calculul eforuturilor orizontale si verticale provenite din incalzirea cosului. Calculul de dimensionare tehnologica are ca scop stabilirea exacta a parametrilor geometriei cosului in functie de cerintele tehnologice: producerea tirajului necesar pentru intretinerea procesului de ardere; evacuarea gazelor in anumite conditii de temperatura, compozitie, siguranta functionala. Calculul de predimensionare presupune cunoasterea cantitatii gazelor ce se evacueaza si tirajul rezultat din calcule termotehnice, precum si viteza de evacuare a gazelor pe gura cosului. Viteza de evacuare a gazelor se presupune normala pentru valori cuprinse intre 8 si 15 m/s. Inaltimea unui cos se determina din conditiile ca tirajul produs de cos, impreuna cu tirajul realizat de un amplificator introdus in cadrul instalatiei, sa fie superior rezistentelor intampinate la gratarul aflat la imbinarea dintre canal si cos. Calculul termic se efectueaza datorita faptului ca peretele cosului de fum este supus diferentei de temperatura. In calcul se are in vedere atat captuseala de protectie cat si grosimea stratului de izolare termica. Diferenta de temperatura t rezulta din calculul conductivitatii termice: t= tbi tbet=

Unde:

tbi=te + (ti-te)

are urmatoarele valori:

unde:

reprezinta aportul straturilor de protectie termica, izolatie, gol de aer ventilat sau neventilat;

b este coeficientul de conductivitate termica al betonului, in W/mK (kcal/mC); i este coeficient de transmisie a caldurii gazelor arse la suprafata de protectie interioara a peretelui cosului de fum, in W/ m2K, (kcal/mC); e este coeficientul de transmisie a caldurii prin radiatie intre suprafata exterioara a cosului la mediul ambiant, in W/ m2K,(kcal/m2C).

Pentru cazuri practice pot fi considerate urmatoarele valori:b= 1,74 W/mK; i= 0,75 W/mK pentru zidaria obisnuita; i= 0,95 W/mK, pentru zidaria antiacida; b= 0,80 W/mK pentru zidaria de caramida refractara cu continut slab de alumina; i= 0,90 W/mK pentru zidaria de caramida refractara. Coeficientul de transmisie se calculeaza astfel: i = ic + ir unde: i, ir sunt prezentate ca valori rezultate din grafice, in functie de temperatura, viteza gazului si diametrul interior al stratului de protectie; e= 18 W/m2K- valoarea medie.Sectiunile verticale ale peretilor cosurilor de fum sunt solicitate la incalzirea neuniforma t. Calculul la actiunea variatiei de temperatura se face utilizand un element cu lungime unitara.

Pentru elementul in stare deformata: Pe de alta parte, intre raza de curbura a axei deformate si momentul de incovoiere din variatiile de temperatura exista relatia:

in care:t= 10-5 este coeficientul de dilatare termica t lim= kt x t diferenta limita de temperatura, egala cu diferenta reala de temperatura majorata cu un coeficient kt (kt = 1,25, dupa Murasov); h - grosimea peretelui de beton armat; Ba rigiditatea sectiunii pentru zona intinsa

Actiuni considerate in calcul:

- incarcari gravitationale- incarcari din vant, ca suma dintre componenta statica si componenta fluctuanta; - incarcari date de actiunea seismica; actiunea diferentei de temperatura intre interior si exterior. Temperatura aerului exterior este data de standarde, iar temperatura aerului interior este data prin tema tehnologica. In calculul static se fac urmatoarele verificari:

1. Verificarea la starea limita de rezistenta;

2. Verificarea la deschiderea fisurilor;

3. Verificarea la starea limita de deformatie.Sageata la varf este H/250.Calculul cosurilor de fum este deosebit fata de ala ltor sisteme constructive, prin faptul ca acestea:

- au inaltimea mare si sectiune transversala redusa;

- sunt exploatate la temperaturi ridicate (100800C).In afara eforturilor datorate temperaturii, cosurile de fum sunt solicitate la forte orizontale date de vant, forte verticale produse de greutatea proprie si a zidariei de productie.Calculul se efectueaza atat la sarcini statice cat si la oscilatiile produse de actiunea dinamica a vantului si cutremurului. In acest sens, dimensiunile cosului de fum se aleg astfel incat sa fie inlaturat fenomenul de rezonanta. Rezistenta limita a betonului este inflentata de variatia de temperatura, si anume: Rpr = mb*Rpr*b unde: mb = 0,85 (coeficientul conditiilor de lucru); b = 0,75 pentru t 125C;b = 0,50 pentru 125C < t < 200C. Rezistenta limita de intindere a armaturii : Ra = ma*Ra*a unde: ma = 0,7 - 0,85 (pentru sectiuni orizontale si 0,85 pentru sectiuni verticale); a = 1 pentru t = 100C; 0 = 0,85 pentru t = 200C. Modulul de elasticitate al betonului este: Ebt = *Eb unde:

functie de temperatura Modulul de elasto-plasticitate in conditiile exploatarii betonului la temperaturi inalte rezulta: Eat = a* Ea in care: a = 1 pentru t = 100C;a = 0,95 pentru t = 200C.Calculul cosurilor de fum se efectueaza pe tronsoane de 5-10 m inaltime.Pentru fiecare tronson se calculeaza sectiunea orizontala si logitudinala cea mai solicitata.In calculul static se tine seama de greutatea proprie a cosului, de vant si de cutremur.In calculul static trebuie studiate urmatoarele:

- caracteristicile de rezistenta ale materialelor;

- determinarea eforturilor;

- stabilitatea la rasturnare;

- calculul fundatiei.Fundatia cosului de fum Fundatia, de regula, este de tip radier si, in cazuri speciale, se poate realiza o fundatie pe piloti. Adancimea fundatiei este mare, fiind determinata de dimensiunile canalului de fum.Placa radierului este scoasa in consola fata de cosul de fum si, in multe situatii, pentru a nu depasi o grosime medie, se utilizeaza rigidizarile locale (nervuri). Placa radierului se armeaza cu armatura dubla dispusa radial si inelar. Odata dimensiunile placii de fundare stabilite,grosime si armarea ei se fac considerand ca placa este in consola, rezemata concentric pe conturul peretilor cosului si actionand de jos in sus cu o sarcina uniform distribuita avand ca valoare pe cea de la mijlocul placii in consola.In calculul placii de fundare trebuie considerata prevederea:

Coeficientul de siguranta la rasturnare k trebuie sa fie mai mare decat 1,5. Cosurile de fum sunt constructii cu centrul de greutate amplasat sus, fata de nivelul talpii de fundatie. Tasarea neuniforma a terenului respectiv a fundatiei, aduce sporuri suplimentare importante de incarcare pe teren si poate conduce chiar la pierderea stabilitatii. Fundatiile cosurilor foarte inalte se proiecteaza ca placi de fundare cu nervuri. Placile pot avea o grosime de 30-100 cm,iar nervurile pot fi cu inaltime de pana la 5-7 m si chiar mai mult.

Nervurile trebuie bine legate la partea superioara cu un inel armat, in grosime cosului,si care este supus la compresiune.Materiale utilizate. Clasa minima de beton C15/81, armat cu PC60, PC52, OB37. Pentru fundatia cosului, daca H>100 m,nu se admite fundarea de suprafata.Conditia de rezistenta este:at Ra

Unde Ra este rezistenta de calcul a armaturii.Atunci cand Ra>20tlim, conditia de rezistenta este satisfacuta si armatura inelara se dispune constructiv.Sectiunile orizontale sunt solicitate la eforturi axiale de compresiune N din incarcarile verticale, la momente inconvoietoare M si la forte taietoare T din actiunea vantului, a cutremurului si a excentritatilor accidentale, la momente inconvoietoare mt din diferenta de temperatura t, la momente inconvoietoare mc din console inelare si la momente incovoietoare mx datorate perturbarii starii de membrana in zona de legatura cu fundatia. In metoda starilor limita, calculul sectiunilor inelare pline sau cu goluri se efectueaza tinand seama de actiunea simultana a lui N si M.

Principii de baza in calculul cosurilor.Cosurile de fum sunt constructii inalte cu dimensiuni transversale reduse pentru care asigurarea rezistentei si stabilitatii este adesea greu de realizat.Ele au pozitii in plan obligate de specificul industriilor pentru care se executa, astfel ca adesea trebuie amplasate in regiuni in care pamantul are o rezistenta redusa si trebuie sa se recurga la fundatii grele, radiere, piloti.In afara de cele amintite, cosurile de fum functioneaza la temperaturi ridicate, care provoaca solicitari importante in beton si armatura si adesea, fisurare puternica betonului. Eforturile obtinute prin calculul static si cele obtinute prin calculul termic trebuie insumate, iar valorile reultante nu trebuie sa duca la depasirea coeficientului de siguranta necesar lucrarii.In calculul termic trebuie studiate mai multe probleme distincte, si anume:

-transmiterea caldurii prin peretii cosului si stabilirea temperaturii intr-un punct oarecare al peretului;

-calculul eforturilor orizontale din pereti, provenite din incalzirea cosului;

-calculul eforturilor verticale din pereti provenite din incalzirea cosului.In calculul termic al cosurilor se fac in mod curent ipoteze simplificatoare, admise in mod general de standardele de calcul. Printre acestea se poate cita aceea ce prevedea a se considera uneori temperatura exterioara a aerului cu valoarea t=00C, precum si admiterea pentru coeficientii de conductibilitate termica a zidariei si betonului a unor valori medii acoperitoare.

In calculul static se tine seama de greutatea proprie a cosului, de vant si de cutremur.Data fiind natura constructiei, se va tine seama in calcul atat de rezistenta cat si de stabilitatea cosului, care, la constructii inalte si inguste, sunt adesea dificil de asigurat.In calculul static vor trebui sa se dezvolte:

- caracteristicile de rezistenta ale materialelor utilizate;

- determinarea sarcinilor: greutate proprie, vant, cutremur;

-determinarea eforturilor pentru diferite ipoteze de incarcare;

- verificarea rezistentei in diferite puncte;

- verificarea stabilitatii la rasturnare;

- calculul fundatiei.Verificarea rezistentei si stabilitatii se face in urmatoarele ipoteze de incarcare:

- actiuni permanente;

- actiuni fundamentale;

- actiuni permanente plus influenta temperaturii, 50% vant si actiunea seismica.