EEc_Curs 9-10_TCald

7/25/2019 EEc_Curs 9-10_TCald

1/11

Echipamente electrocasnice

NOTIUNI DE TRANSMITEREA CALDURII

Transmiterea caldurii studiaza fenomenele si schimbul de caldura dintre doua sau

mai multe corpuri intre care exista diferente de temperatura.

In general in procesele de transmitere a caldurii se urmareste:

- determinarea fluxului termic transmis pe unitatea de suprafata sau lungime;

- obtinerea randamentului termic maxim;

- reducerea la minim a pierderilor de caldura.

Transmiterea caldurii intre doua sau mai multe corpuri se realizeaza prin conductie,

convectie si radiatie termica.

1. CONDUCTIA TERMICA

Legea fundamentala a conductiei termice este legea Fourier. onductia terrnica este

caracteristic! corpurilor solide si reprezint! schimbul de caldura in interiorul corpurilor sau

intre corpurile aflate in contact termic intim.

Enunt. "ensitatea de flux termic este proportionata cu gradientul temperaturii.

gradt# = sau$

# = %&'m()

unde: - flux termic %&);

# - densitate de flux termic;

* - coeficient de conductie termica +conductivitate termica %cal'mh);

$ - suprafata de schimb de caldura %m().

iar gradientul temperaturii reprezinta variatia temperaturii dupa direc/ia normalei la

suprafata de schimb de caldura:

dndtgradt=

0entru studiul condu iei termice este necesar sa se cunoasca natura si geometria

suprafetei de schimb de caldura.

1.1.Conductia termica prin perete plan

"aca se considera un perete plan omogen si se cunosc grosimea acestuia +1,

coeficientul de conductie termica +* si temperaturile celor doua fete +tp2, tp(, se pot calcula

fluxul termic +3 si densitatea de flux termic +#.

4(


2/11


Fig.2. 0erete plan omogen

0rin definitie:

dn

dt# =

Integrand aceasta relatie rezulta:

cx#

tx +=

aceasta ecuatie reprezentand ecuatia distributiei temperaturii in perete plan omogen, este

ecuatia unei drepte si deci distributia va fi liniara.

$stfel, la 2px tt,5x == iar la (px tc#

t,x =+

== , diferenta

= #tt (p2p

6ezulta:t

(p2p(p2p6

tttt#

=

=

si

$# = %&)

unde 6teste rezistenta termica a peretelui plan omogen.

"aca peretele este neomogen, cunoscand coeficientii de conductie termica a

materialelor diferite ce compun peretele n(2 ...,, , grosimea acestor materiale

n(2 ...,, si masurand 2pn(p2p t...,t,t + , respectand conditia de unidirectionalitate a

fluxului ##...## n(2 ==== , se demonstreaza ca:

=

+

=

+ =

=

n

2i

ti

2pn2p

n

2i i

i

2pn2p

6

tttt#

$# =

47


3/11


Fig. (. 0erete plan neomogen

In unele cazuri se poate inlocui peretele plan neomogen eu un perete plan omogen cu

grosimea = i si cu conduetivitatea termica eehivalenta e .

$stfel,

e

n

2i i

i

=

= si deci

=

=

=

=

=n

2i i

i

n

2i

i

n

2i i

i

e

1.2. Condutia termica prin perete cilindric

"aca consideram un cilindru omogen eu diametrele interior si exterior d2, d(, de

lungime l, eu coeficientul de conductie termica si masurand temperaturile peretelui

interior si exterior tp2, tp(, se pot determina fluxul termie si coefieientul de conductie

termica.

Fig. 7. 0erete cilindric

0ornind de la relatiiledx

dt# = rezulta:

dr

dtlr($# ==

8otam eu tr temperatura pe o raza oarecare, integram si obtinem eeuatia de

distributie a temperaturii pentru un perete cilindric omogen:

44


4/11


crlnl(

t r +=

care la limita da temperaturile peretilor interior si exterior:

crlnl(

t 22p +

= ; crln

l(t

((p

+

=

$stfel diferenta

( )(2(p2p rlnrlnl(

tt +=

unde rezulta:

t

(p2p

2

(

(p2p

6

tt

d

dlnl(

2

tt =

=

si$

# =

6t- rezistenta termica a peretelui cilindric omogen data de relatia:

2

(t

d

dln

l(

26

=

0entru un cilindru neomogen, respectand conditia de unidirectionalitate a fluxului

==== n(2 ... rezulta:

== +

=

=

n

2it

(p2p

n

2i

i

2i

(p2p2

6

tt

ddln(

2

tt

Observatie: 0entru pereti cilindrici, de obicei se calculeaza fluxul termic raportat la

2m lungime si se defineste ca flux termic liniar +32.

2. CONVECTIA TERMICA

onvectia termica reprezinta transferul de caldura intre o suprafata si un fluid. Legea

fundamentala a convectiei termice este legea lui 8e9ton, data de relatia:

fp tt$ = %&)

unde: 3 - flux termic;

- coeficient de convectie %&'m(grad);

$ - suprafata de schimb de caldura %m();

tp, tf - temperatura peretelui respectiv a fluidului %o).

onvectia termica poate fi:

- convectie libera, la care deplasarea lichidului are loc datorita diferentei de densitatecreata intre suprafata si fluid;

4


5/11


- convectia fortata la care deplasarea fluidului are loc datorita unei actiuni mecanice

+pompa in cazul lichidelor sau ventilator in cazul gazelor.

onvectia fortata poate fi fara schimbarea starii de agregare a fluidului sau cu

schimbarea starii de agregare respectiv prinfierbere (vaporizare) sau condensare.

. RADIATIA TERMICA

6adiatia termica reprezinta schimbul de caldura dintre un lichid si o suprafata solida

prin intermediul undelor electromagnetice, corpurile prezentand proprietatea de a absorbi

si de a reflecta a anumita cantitate de caldura.


6/11


Fig. .

0entru determinarea densitatii de flux si a fluxului termic se ia in considerare atat

procesul de convectie termica cat si cel de radiatie termica. In acest caz densitatea de flux

va fi:

( )

+=+=

4f

4p

ofprc255

t

255

ttt###

(m

&

iar fluxul de caldura:

$# = %&)

!.2. Tran#$erul de caldura intre doua $luide #eparate de un perete de#partitor

a. Separate plin perete plan omo%en

Fig. E. 0erete plan omogen

In acest caz se cunosc +t,+t,, (f(2f2 si se vor determina (p2p t,t,,#

Con'ectia termicadintre fluidul cald si fata stanga a peretelui:

2p2f22 tt# =

Con'ectia termicaprin perete omogen:

='

tt#

(p2p(

Con'ectia termicadintre fata dreapta a peretelui si fluidul rece:

(f2p(7 tt# =

4A


7/11


0unand conditia de unidirectionalitate a fluxului + ##...## n(2 ==== , rezulta relatia

pentru calculul densitatii de flux termic:

( )(f2f

(2

(f2f tt-22

tt# =

++

=

unde -coeficient total de schimb de caldura pentru perete.

"aca peretele este neomogen:

( )(f2fnn

2i i

i

(2

(f2f tt-

...22

tt# =

++

+

=

=

(. Separat prin perete cilindlic omo%en

In acest caz se cunosc +t,+t,, (f(2f2 si se vor determina (p2p t,t,,# .

Fig. A. 0erete cilindric omogen

Con'ectia termicadintre fluidul cald si peretele interior al cilindrului:

ldtt 22p2f22 =

Conductia termicaprin peretele omogen:

2

(

(p2p(

d

dlnl(

2

tt

=

Conductia termicadintre fata dreapta a peretelui si fluidul rece:

( ) (f(p((7 ttld =

0unand conditia de unidirectionalitate a f2uxului + ==== n(2 ... rezulta

relatia pentru calculul fluxului termic:

( )(f2f

2

(

((22

(f2f tt-

d

dlnl(

2

ld

2

ld

2

tt=

+

+

=

4


8/11


"aca peretele cilindric este neomogen, atunci f2uxul termic va fi dat de relatia:

( )(f2fn

2i i

2i

i2n(i2

(f2f tt-

d

d

lnl(

2

ld

2

ld

2

tt=

++

=

=+

+

). I*OLATII TERMICE

).1. +eneralitati

Izolatiile termice sunt folosite pentru micsorarea sau eliminarea schimburilor

termice intre diferite medii.

onditiile pe care trebuie sa le indeplineasca materialele termoizolante:

- sa aiba conductibilitate termica redusa;

- sa fie rezistente 'a presare;

- sa aiba higroscopicitate redusa;

- sa nu fie atacate in timp de ciuperci sau mucegaiuri si sa nu putrezeasca;

- sa aiba pret de cost redus si durata de viata mare.

lasificarea materialelor termoizolante se face dupa mai multe criterii:

- #tructura:granulo-fibroase,granulo-poroase, celulare;

- $orma: bucati, placi, blocuri, cilindri, semicochilii, segmenti, plase, saltele;

- materialul de (a&a: anorganice+pe baza de azbest, vata minerala, vata de sticla,

organice+placi de turba, fibre lemnoase, pluta, polistiren, poliuretan, ampora;

- %reutatea #peci$ica: foarte usoare +2=-255g'm7 usoare +2(-755g'm7, grele

+455-E55 g'm7;

- %radul de comprimare+la sarcina specifica de 5,5( gf'cm(: moi +tasare mai mare

de 75G,semirigide+E-75G, rigide+EG;

- coe$icientul de conducti(ilitate termica %cal'mho

la (o

):slab conducatoare

+5,5, medii conducatoare+5,2, cu conductibilitate termica ridicata+5,2.

).2. Materiale pentru i&olatii

In constructia aparatelor electrocasnice, o utilizare relativ ridicata o au poliuretanul,

vata de sticla si polistirenul expandat.

,oliuretanul ri%id.


9/11


sunt inectate cu un aparat special in niste volume sau direct pe suprafetele de izolat.

=puma poliuretanica poate fi utilizata si pentru izolatii fonice.

0rin proprietatile si caracteristicile pe care le poseda +greutate specifica 5-

E5g'm7, coeficient de conductibilitate termica *C5,5(-5,57= g'mh o, rezistenta la

compresie ( gf'm(, rezistenta la incovoiere gf'm(, temperatura de utilizare -2A5...

DA5J, poliuretanul este considerat cel mai bun material de izolatie termica si in special

izolant frigorific.


10/11


Fig.

"aca texteste temperatura medie a lunii cele mai calde din locul de amplasare a

aparatului eleetrocasnie +aparat de racire, in aeest caz, atunci densitatea de flux termic va

fi:

2pextext tt# =

nde ttt ext2p = si ( )intext tt-# =

"eci:

2pextext2 tt# =

e

(p2p

(

tt

#

=

iz

iz

7p(p7

tt#

=

( )int7int4 tt# =

0unand conditia de unidirectionalitate a fluxului +#2C#(C#7C#4C#, rezulta relatia

pentru calculul densitatii de flux termic:

intiz

iz

eext

intext

22

tt#

+

+

+

=

relatie din care se deduce valoarea grosimii izolatiei 1iz.

(. ,entru conducte circulare

In acest caz, grosimea izolatiei +1 iz sa determina prin incercari. =e adopta o valoare

pentru diametrul izolatiei dizsi se calculeaza grosimea izolatiei din relatia:

2


11/11


Fig. H

(

dd (iziz

=

$ceasta valoare se introduce in relatia de mai os care stabileste fluxul termic liniar +3 2

definita anterior, relatie obtinuta in aceleasi ipoteze ca la punctul a.

izextiz

(

iz(

2

2int

intext

2pextizext2

d

2

d

dln

(

2

d

dln

(

2

d

2

tt

ttd

+

+

+

==

In aplicatiile practice, pentru calculul grosimilor de izolatiei +1iz se folosesc

nomograme.

(

EEc_Curs 9-10_TCald

Documents

Transcript of EEc_Curs 9-10_TCald