PROIECT DE DIPLOMA

UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ-NAPOCA FACULATAEA DE MECANICA

CATEDRA DE TERMOTEHNICA SI MASINI TERMICE

PORUTIU CRISTIAN

2 0 0 1

Instalatie cu acumulare de gheata pentru prelucrarea laptelui cu capacitate de

300l/h (600l/zi)

Autor : student Porutiu Cristian

Indrumator : Conf. Dr. ing. Mugur Balan

Utilizarea frigului artificial în industria laptelui si a produselor lactate

Calculul necesarului de frigin procesele tehnologice

Determinarea puterii frigorifice a instalatiei

Calculul termic al instalatiei frigorifice

Proiectarea vaporizatorului

Proiectarea condensatorului.

Tehnologia de fabricare a placii tubulare

Calculul economic

TEMATICA ABORDATA

Generalitati – utilizarea frigului artificial in industria laptelui-aspecte ale tratamentului frigorific

Refrigerarea in bidoane-folosita la punctele de colectare , ptr. cantitati reduse de lapte

Refrigerarea in vrac cu serpentine- folosita la ferme sau puncte de stocare si prelucarae

Metode de refrigerare in vrac Refrigerare in vrac cu perete dublu- in peretele dublu vaporizeaza agent frigorific sau circula apa rece

Refrigerare in vrac cu serpentine – serpentinele sunt sudate pe pertele interior al vanei-VARIANTA ALEASA

Refrigerare in schimbatoare de caldura cu placi – folosite pe scara larga in industria laptelui

Calculul necesarului de frig

• Lapte integral • Recepţie • Curăţare de impurităţi • Preîncălzire • Smântânire • Smântână• Pasteurizare (71…74)° C• Răcire (3…4 )° C• Normalizare• Ambalare• Depozitare (4…6) ° C• Livrare

• Recepţie lapte • Curărţire• Smântânire• Normalizare smântână• Pasteurizare min. + 85 °C• Răcire circa + 6 °C• Ambalare bidoane• Depozitare (4…8) °C• Maturare fizică(4…8) °C, 24 h• Livrare

Schema tehnologica de obtinere a laptelui pasteurizat de consum

Schema tehnologica de obtinere a smantanei de consum nefermentate

Cantitatile de lapte si de smantana obtinute

dupa procesul de smantanire sunt :

- lapte cu 2 % grasime – 284 litri

- smantana cu 30 % grasime – 16 litri

Procesul de racire al laptelui la receptie – se efectueaza intr-un schimbator de caldura cu placi rezulta Qp1

Calculul necesarului de frig pentru racirea laptelui dupa pasteurizare,

si a smantanei ( separate si dupa pasteurizare )

Schema de principiu a pasteurizatorului de lapte

S-au determinat:

Qp2 necesar procesului de racire al laptelui (in ultimul sector al pasteurizatorului)

Qp3 necesar racirii smantanii separate intr-un schimbator cu placi,

Qp4 necesar smantanii pasteurizate

Determinarea puterii frigorifice a instalatiei

Variatia puterii frigorifice in procesul de prelucrare a laptelui

Diagrama de calcul a puterii frigorifice

τ[h]22 24

Calculul instalatiei frigorifice, alegerea agentului frigorific

Schema instalatiei frigorifice

Ciclul de functionare al instalatiei frigorifice

- s-a ales o instalatie frigorifica intr-o treapta de comprimare cu subracitor regenerativ si laminare

- s-a efectuat succesiv calculul termic pentru 3 agenti frigorifici R22, R134a si R404A,

- rezultand in final performante mai bune pentru R22 -agent de tranzitie (HCFC)

- R404A(R125/143a/134a,44/52/4)

R134a-CH2FCF3 -agenti ecolocici

Programul de calcul si simulare pentru instalatii frigorifice CoolPack

Programul are urmatoarele functii:

- utilitati privind refrigerarea

- utilaje frigorifice: analiza ciclurilor

- utilaje frigorifice: proiectare

- utilaje frigorifice: evaluari

- utilaje frigorifice: dinamica

A fost elaborat de Universitatea Tehnica din Danemarca / 2000

Se gaseste gratuit pe internet la adresa: www.et.dtu.dk./CoolPack

Studiu ptr. alegerea agentului frigorific in Coolpack

Se prezinta diagramele logp-i(h) pentru cei trei agenti frigorifici R134a, R404A, R22 pe baza carora s-a efectuat calculul termic pentru instalatia frigorifica

R134a R404A R22(AGENTUL ALES)

- ciclul real al instalatiei frigorifice

proiectate

- interfata cu rezultatele calculului

pentru cei trei agenti in conditiile

de lucru ale insataltiei,

- rezulta performante mai bune

pentru R22

Interfata a programului cu valori de intrare si rezultate in instalatie

Interfata cu dimensiunile tevilor pe toata instalatia, coeficientul de debit al compresorului si valoarea subracirii

Schema instalatiei frigorifice

SP- separator de picaturiPP- presostat combinatT- termostat de gheataM1- manometru (1...16) barM2- manometru (1...24) bar

C- motocompresor frigorific semiermeticK - condensator multitubular orizontalSr - schimbotor de caldura regenerativFD- filtru deshidratorIC- indicator de curgere si umiditateV - ventil electromagneticVR- ventil de reglaj termostaticD- distribuitor de lichidVA- ventil de reglare a presiunii de condensareV- vaporizator acumulator de gheataB- bazin izolatA- agitatorP- pompa de recirculare a apei glaciale

Instalatia frigorifica-desen de ansamblu

Calculul fluxurilor energetice in instalatia frigorifica

Dupa alegerea agentului frigorific s-au calculat fluxurile de caldura si puterile necesare in instalatie pentru :

- compresor

- condensator

- vaporizator

- subracitor regenerativ

Calculul de alegere al schimbatorului de caldura regenerativ

Schimbator de caldura regenerativ reprezentat schematic Diagrama de temperaturi

Din diagrama de temperaturi se calculeaza diferenta medie logaritmica , conform careia

s-a ales schimbatorul tip HE 4.0 produs de catre ICPIAF S.A., pentru care firma

garanteaza valoarea k·S= 11,0 W/˚C

Calculul de alegere a compresorului

Criteriul de alegere :

- sa asigure debitul masic si volumic necesar conform calculului termic al instalatiei

- ptr. conditiile de lucru impuse: raportul de comprimare H =3.94 coeficientul de debit λ = 0,72

S-a ales un motocompresor ermetic SC15/15 CM produs de firma Danfoss

Diagrama coeficientului de debit

Alegerea aparatelor auxiliare in instalatia frigorifica

- Ventilul de reglaj termostatic se alege functie de

puterea frigorifica a instalatiei Q0=2,1 kW

temperatura de vaporizare a agentului to= -10 ˚C, TEX2- 0.7. Cod 068Z3211

diferenta de presiune Δp= 10,45 bar;

agentul de lucru R22

- Ventilul electromagnetic se alege functie de

puterea frigorifica a instalatiei EVR 3 cod 032F2053

agentul frigorific R22,

- Filtrul deshidrator se alege

puterea frigorifica a instalatiei

agentul frigorific R22 DN 032 cod 023U4034

ptr. conducta ф6

Alegerea aparatelor auxiliare in instalatia frigorifica

- Ventilul de reglaj al presiunii functie de

debitul de apa de racire υ=1,44 mc/h WVFX 25 cod 3N4100

- Separatorul de picaturi functie de

viteza vaporilor ICIPIAF- SLV 2,5

- Indicatorul de curgere si umiditate functie de

diametrul conductei de lichid - SGI 6 cod 014 - 0007

- Manometru ptr.R22, cu domeniul de presiuni(1…16 )bar

- Manometru ptr.R22, cu domeniul de presiuni (1…24) bar,

- Presostat combinat tip KP 15 cod 60-1241

- Termostat de gheata cod 077B0220

- Pompa de recirculare se alege functie de

- debitul de apa glaciala necesara pasteurizarii

- caderea de presiune din instalatie JCR/ 03 M-Belton

Proiectarea vaporizatorului

- calculul termic al vaporizatorului

- calculul constructiv al vaporizatorului

- dimensionarea bazinului

- calculul izolatiei termice

Calculul termic al vaporizatorului

Inel gheata

Teava vaporizator

δg

δg=15mm- grosimea inelului de gheata

Lungimea L a serpentinei trebuie sa asigure simultan trei conditii:

L1 - sa asigure acumulare necesarului de frig ptr.perioada de suprasarcina

L2- sa asigure puterea frigorifica a instalatiei la grosimea maxima a inelului de gheata

L2- sa permita topirea intregii cantitati de gheata la suprasarcina

L= max(L1,L2,L3)

Dimensionare unei serpentine,numarul de injectii de lichid

Pentru freonul R22 la temperatura de vaporizare si puterea frigorifica rezulta 2 injectii de lichid

Dimensiunile unei serpentine

- din calcule rezulta : 2x6 treceri orizontale si dimensiunile conform figurii

- lungimea totala a serpentinei acumulatoare de gheata Lt = 63 m

Dimensionarea bazinului

Dimensiunile bazinului rezulta in functie de dimensiunile serpentinelor,

Volum util bazin 1,353 mc

Alegerea izolatiei bazinului,calculul grosimii izolatiei

Izolatia utilizata : rasina poliuretanica expandata cu freon R11

Grosimea izolatiei rezultate δiz = 4 cm asigura coeficientul global de transfer termic ales k= 0,45 W/mpK

δ δ δ

λ

λ

λ

Vaporizator - desen de ansamblu

Proiectarea condensatorului

- Calculul termic

- Calculul constructiv

- Calculul fluidodinamic

- Calculul de rezistenta

Calculul termic al condensatorului

Diagrama de temperaturi a condensatorului

Condensatorul este de tip multitubular orizontal racit cu apa

Numarul de tevi la o trecere n=2

Regimul de curgere este turbulent

Densitatea de flux termic transmis se determina cu ajutorul relatiilor criteriale

Determinarea grafoanalitica a densitatii de flux termic transmis

Metodologia de determinare grafoanalitica a qse Determinarea grafoanalitica a qse si tp

Determinarea grafoanalitica a q reprezinta esenta calcului termic al condensatorului,

Calculul constructiv al condensatorului

Geometria placii tubulare

δ D’

Pasul dintre tevi t = 15 mm

Distanta dintre tevi δ = 3 mm

Distanta pana la manta u = 5 mm

Numarul de treceri z = 8

Lungimea unei treceri L = 1,393 m

Numarul total de tevi n =16

Numarul de tevi pe latura hexagonului a = 4

Diametrul cercului circumscris hexagonului

D´= 0,082 m

Mantaua virolata din tabla la ф 82

t

Calculul fluidodinamic al condensatorului

S-au calculat pierderile totale de presiune in tevile condensatorului

In cazul de fata exista pierderi locale si liniare de presiune

Pierderile totale de presiune Δp= 0,44 bar

Calculul de rezistenta al condensatorului

Mantaua - element cilindric supus la

presiune pe partea interioara, cu sudura

transversala ,

- se verifica si la incovoiere plana

Capacul plan se verifica la incovoiere

plana datorata presiunii interioare

Calculul de rezistenta a placii tubulare

Detaliu placa tubulara Suprafata de calcul a placii tubulare (f)

Placa tubulara se verifica la incovoiere pe suprafata de calcul f

Condensator- desen de ansamblu

Tehnologia de fabricare a placii tubulare

Calculul economic

S-a stabilit pretul instalatiei pe baza consumului de material si manopera .

S-au calculat manopera (conform legislatiei), pentru stabilirea pretului produsului final

S-a efectuat o comparatie cu un produs al firmei YORK (instalatie cu acumulare de frig in bile ceramice)

Inceputul a fost greu

Continuarea cu (tare multe) nedumeriri

La sfarsit cred ca am “batut” proiectul