SCHIMB{TOARE DE C{LDUR{

SCHIMBTOARE DE CLDUR

1. Noiuni de baz

Definitie: Schimbtoarele de cldur sunt aparate care au drept scop transferul de cldur ntre dou fluide cu temperaturi diferite, n cadrul proceselor de nclzire, rcire, fierbere, condensare etc.

ntr-o instalaie tehnologic, aparatele de S.C. funcioneaz ca aparate principale cnd constituie pri determinante ale procesului tehnologic sau ca aparte secundare cnd sunt introduse instalaii din motive de economie de cldur sau de substan.

Performanele unui SC (suprafaa de TT minim i pierderi de sarcin rezonabile) sunt influenate de urmtoarele categorii de factori:

a) datele procesului tehnologic - care determin sarcina termic de SC

b) varabilele de proiectare - regimul de curgere, diametrul hidraulic echivalent, schema de curgere etc., pot mri cioeficientul global de rnsfer termic sau s reduc suprafaa de ST

c) proprietile fizice ale fluidelor i peretelui despritor

(, cp, ( (, S.C. ( / ( ( s.c. (!

Mediile sau fluidele purttoare de cldur ntre care se reazlizeaz TT se numesc ageni termici:

- primari (cald)la un S.C.

- secundari (rece)

Agenii termici utlizai n schimbul de cldur sunt: aburul, apa cald sau rece, gaze de ardere, aerul, uleiurile, soluii de sruri, metale topite, combinaii organice silicioase, cei mai frecvent folosii sunt: apa, aburul i gazele de ardere. Acetia au (, cp, r mari, ( mic, realiznd un schimb de cldur intens.

2. Clasificare schimbului de cldur se face dup criterii ce in seama de destinaia ap. S.C., de particularitile de funcionare ale acestorai de caracteristicile lor constructive:

CriteriuTip aparat

- mod de transmitere a clduriiSC:

- prin (de) suprafa (recuperative) - ag1/perete/ag2

- regenerative (cu umplutur ce acumuleaz cldura ag. cald i o cedeaz apoi ag. rece)

- cu amestec - amestecarea celor dou ag.

regim de lucruSC:

- n regim staionar cu funcionare continu (SC recuperative prin suprafa i cu amestec)

- n regim nestaionar, cu funcioanre discontinu (SC regenerative, cu acumulare)

transform ri fizice sau chimice ale agenilor termici n procesul de SCSC:

- fr schimbarea stprii de agregare : pre nclzitoare; nclzitoare: rcitoare; SC recupereaz proprietile propriu-zise

- cu schimbarea strii de agregare: condensatoare; evaporatoare

schema de curgere a agenilor termiciSC:

- n echicurent

- n contracurent

- n curent ncruciat - unul din ageni curge - pe direcia de curgere a celuilalt

- n curent mixt - unul schimb direcia de mai multe ori

numr de treceri ale agenilor termiciSC:

- o trecere

- mai multe treceri - perei transversali schimbare sens micare

material de construcieSC:

- metalice

- ceramice

poziie aparatSC:

- verticale

- orizontale

configuraie S de TTSC:

- tubulare

- cu plci

- spirale

- cu suprafa extins (aripioare, nervuri)

modul de preluare a dilataiei termiceSC:

- rigide - fr compensarea dilataiei

- semielastice - cu compensare parial

- elastice - compensare total a dilataiei

mod de asamblareSC

- dintr-un element

- din mai mutle elemente

destinaie- prenclzitoare

- condensatoare

- evaporatoare

- rcitoare

3. Dimensioarea tehnologic a SC recuperatoare cu funcioanre continu n regim staionar

Dimensionarea SC presupune efectuarea calculului termic, hidraulic, mecanic i economic ale aparatului

1. Calculul termic

Prin calculul termic al SC se nelege determinarea analitic a schimbului de cldur care se poate realiza ntr-un SC ntre cei doi ageni termici

Pentru SC recuperatoare de suprafa se pot efectua dou tipuri de calcule termice:

a) calculul de proiectare cnd pentru un fluid termic dat se urmrete determicare suprafeei de schimb de cldur

b) calculul de verificare cnd pentru un SC dat de o suprafa de S de C cunoscut, se urmrete determinarea fluxului termic, posibil de realizat, verificndu-se astfel condiiile de lucru ale aparatului.

3.1.1. Ecuaiile de baz ale SC pentru ambele variante sunt:

1. Ecuaia de bilan termic:

unde Q1 - fluxul de cldur cedat de agentul cld.:

- t ag. cald la intrare n aparat

- t. ag. cald la ieirea din aparat

Q2 - fluxul de cldur primit de agentul rece

Qp - fluxu de ag. de cldur pierdut de aparat n mediul ambiant aut.

(r - coeficient de reinere a cldurii n aparat

G - debite masice

cp - cldura specific

(t - variaia temperaturii

Q - sarcina termic a aparatului, de obicei Q = Q2

2. Ecuaia de transmitere a cldurii:

- temperatura medie

S - suprafaa de schimb de cldur

ks - coeficient global / suprafaa de TT

- coeficient global / lungimea evilor

L - lungimea total a evilor schimbtoare de cldur (pentru aparate tubulare)

Reamintim c:

Pentru aparate tubulare:

Relaiile de legtur ntre

Domeniul practic de variaie al coeficientul global de schimbare de cldur kS

Tip aparatFluid caldFluid recekS

Aparat fr schimbarea strii de agregareApAp850 - 170

ApSoluie de sare550 - 1150

Aparate nclzitoareAburAp1400 - 4250

AburAp2000 - 4250

AburSoluie organiz550 - 1150

Aparate condensatoareAburAp2000 - 4250

Solveni organici saturaiAp300 - 1150

3.1.2. Diagrame de temperatur. Diferen medie de temperatur

Variaia temperaturii agenilor termici n lungul suprafeei de nclzire a aparatelor este rezentat grafic n diagrame convenionale de tipul t-f(S), al cror caracter depinde de schema de curgere a aparatului i de raportul produselor

= capaciti termice ale fluidului.

a) SC cu curgerea paralel ( n echicurent) - EC

b) SC cu curgere paralel n contracurent (CC)

Debitul de cldur pentru elemente de suprafa este:

dt2 < 0 pentru c agentul cald i micoreaz temperatura n lungul elem. de suprafa dS.

(1)

(2)

(4)(3)

(5)sau

(6)

din (4)

(7)

(8)Limitele de integrare difer funcie de schema de circuit:

Echicurent:Contracurent:

Din ecuaia calorimetric

:

- agent cald

- agent rece

ntruct

i

Echicurent:

Din grafic :

Contracurent:

n cazurile cnd

,

* Determinarea suprafeei de TT n calculul termic de proiectare se face cu relaia:

Pentru aparate cu schema de curgere mai complicat (curent ncruciat CJ sau mixt CM) diferena medie de termperatur se calculeaz cu netoda factorului de corecie F:

Factorul F=f(P, R, schema de curgere)

i se determin din grafic cu alura funcie de temperaturile adimensionale P i R.

3.1.3. Algoritmul calculului de proiectare al SC de suprafa

Nr. crt.DateNecunoscuteAlgoritm de calcul:

1

(bil.term.)(

(schema de curgere (F(

(kC(S

2

(bil.term.)(

(schema de curgere (F(

(kC(S

3

(bil.term.)(

(schema de curgere (F(

(kC(S

4

(bil.term.)(

(schema de curgere (F(

(kC(S

5

G1(bil.term.)(

(schema de curgere (F(

(kC(S

6

G2(bil.term.)(

(schema de curgere (F(

(kC(S

Schema pentru determinarea kS:- materiale + geom.ap.(regim de curgere (

( kS

Calculul de proiectare presupune cunoaterea unor temperaturi, a debitelor masice i termice ( temperatura intrare, ieire, S sau Q, toate temperaturile, un debit masic ( Gi, S

3.2. Calculul hidraulic al SC tubulare- urmrete determinarea pierderilor de presiune, a pierderile i energiei de pompare att pentru fluidul cald ct I epntru cel rece.

1. Pierderea de presiune n evi.

- > 0 - pentru un fluid n curgere descendent

- < 0 - pentru un fluid n curgere ascendent

2. Pierderea de presiune n spaiul dintre evi

N - numrul de rnduri de evi n direcia curgerii

( - funcie de aex. evi

102 < Re < 5 . 104:- aezare paralel:

( = 0,33 Re-0,2max

- aezare alternant:

( = 0,75 Re-0,2max

PAGE 2

_982881718.unknown

_982909170.unknown

_982910516.unknown

_982910860.unknown

_982911251.unknown

_982911456.unknown

_982911572.unknown

_982911360.unknown

_982911402.unknown

_982911308.unknown

_982910973.unknown

_982911074.unknown

_982910969.unknown

_982910971.unknown

_982910968.unknown

_982910629.unknown

_982910734.unknown

_982910856.unknown

_982910859.unknown

_982910754.unknown

_982910854.unknown

_982910730.unknown

_982910732.unknown

_982910729.unknown

_982910627.unknown

_982910628.unknown

_982910626.unknown

_982910625.unknown

_982909841.unknown

_982910394.unknown

_982910514.unknown

_982910515.unknown

_982910512.unknown

_982910511.unknown

_982910312.unknown

_982910352.unknown

_982909951.unknown

_982909360.unknown

_982909531.unknown

_982909616.unknown

_982909446.unknown

_982909278.unknown

_982909298.unknown

_982909195.unknown

_982908293.unknown

_982908854.unknown

_982909028.unknown

_982909119.unknown

_982908910.unknown

_982908578.unknown

_982908749.unknown

_982908682.unknown

_982908358.unknown

_982908520.unknown

_982908115.unknown

_982908226.unknown

_982908262.unknown

_982908199.unknown

_982908059.unknown

_982908076.unknown

_982908049.unknown

_982907992.unknown

_982880476.unknown

_982881197.unknown

_982881544.unknown

_982881641.unknown

_982881665.unknown

_982881602.unknown

_982881364.unknown

_982881446.unknown

_982881238.unknown

_982880668.unknown

_982881082.unknown

_982881178.unknown

_982880977.unknown

_982880562.unknown

_982880595.unknown

_982880538.unknown

_982879978.unknown

_982880145.unknown

_982880219.unknown

_982880323.unknown

_982880170.unknown

_982880091.unknown

_982880119.unknown

_982880022.unknown

_982879654.unknown

_982879910.unknown

_982879945.unknown

_982879710.unknown

_982879860.unknown

_982879527.unknown

_982879623.unknown

_982879470.unknown