Metode de nclzire a utilajelor Rcirea / nclzirea unui fluid tehnologic se poate realiza fie utiliznd un al doilea fluid tehnologic mai rece/mai cald (recuperare de cldur), fie cu ajutorul unui agent termic corespunztor ales aparent mai scump!n cel de-al doilea caz, agentul termic circul n circuit nchis (de ce?) ntre utilajul care trebuie rcit / nclzit i o surs termic adecvat (de regenerare).

nclzirea cu ageni termici gazoinclzirea cu gaze de ardere dezavantaje:cldur specific mic i coeficient parial de transfer mic gazele sunt purttori slabi de cldurprin cedare de cldur sensibil temperatura lor scade continuu n timpul procesului de nclzireposibilitate supranclziri localecontrolul temperaturii dificilrandament termic sczut de ce se mai face?Metode de nclzire a utilajelor

nclzirea cu vapori avantaje:cldura latent de vaporizare mare (n comparaie cu cea sensibil cedat de gaze i lichide)coeficieni de transfer foarte maritemperatur constant n timpul cedrii cldurii de condensareevitarea supranclzirilornclzirea cu vapori de ap avantaje specifice:cost redusneinflamabili, netoxici Metode de nclzire a utilajelor

nclzirea cu vapori de ap dezavantaj:dependena drastic ntre temperatura vaporilor de ap i presiunea acestora => utilizarea lor este limitat de regul pn la valori ale temperaturii de nclzire de aproximativ 200Cnclzirea cu vapori de ap se poate realizadirect (prin barbotarea vaporilor n fluidul ce trebuie nclzit cu condiia compatibilitii)indirect (nclzire cu serpentine imersate n lichid, nclzirea prin serpentine exterioare, nclzirea prin manta, nclzirea prin fascicul de evi, nclzirea prin jeturi de vapori, nclzirea cu pompa de cldur) Metode de nclzire a utilajelor

nclzirea cu vapori de substane organice se utilizeaz atunci cnd este necesar nclzirea la temperaturi mai mari dect cele ce pot fi asigurate, n condiii economice, prin folosirea vaporilor de ap (se utilizeaz n acest scop vapori ale unor substane organice mai greu volatile dect apa amestecul eutectic difenil difenil-eter, 1-2-4-8 tetra-clor-difenil etc.)nclzirea cu vapori de mercur

Metode de nclzire a utilajelor

nclzirea cu ageni termici lichizi (volum specific mic i cldur specific mare => conducte de diametru mic ce rezist la presiuni mari)nclzirea cu ap cald pn la 80C, la presiune atmosferic sau la presiuni mai mari pentru realizarea unor temperaturi superioare (odat cu creterea temperaturii de nclzire crete i presiunea agentului termic) Metode de nclzire a utilajelor

nclzirea cu uleiuri minerale permite nclzirea pn la aproximativ 300Cnclzirea cu lichide organice (difenil, difenil-eter, amestec eutectic difenil-difenileter etc.) se aplic pentru realizarea unor temperaturi cuprinse ntre 200 i 400Cnclzirea cu sruri topite se practic atunci cnd este necesar nclzirea la temperaturi cuprinse ntre 400 i 550C. Se utilizeaz n acest scop amestecuri eutectice de azotai i azotii de sodiu i potasiu Metode de nclzire a utilajelor

nclzirea cu bi de metale topite (amestecuri eutectice de plumb i antimoniu, bismut, alcaline)nclzirea cu ageni termici solizinclzirea cu bile n circulaienclzirea cu pulberinclzirea electricnclzirea cu rezistene electricenclzirea cu radiaii infraroiinclzirea prin cureni de inducienclzirea dielectricnclzirea prin arc electricMetode de nclzire a utilajelor

Schimbtoare de cldur (SC)Schimbul (transferul) termic (de cldur) operaia unitar termic cea mai rspndit (nclzire, rcire, evaporare, distilare, condensare) n toate 3 sferele de prelucrare! Const n trecerea cldurii (frigului!) de la un agent termic (frigorific!) la un fluid tehnologic printr-un perete (transfer dublu!); mai modern cuplarea a dou fluide tehnologice ns pot exista restricii de ntlnire

Utilajele schimbtoare de cldur (sau terminologie raportat la fluidul tehnologic dac ambele 2 sensuri, respectiv recuperator de cldur pentru 2 ageni) cnd nu se numesc altfel, dup operaia care se face (simultan!) ntr-o parte a peretelui evaporator, condensator, (re)fierbtor etc.Conin dou incinte (trasee) prin care circul cele dou fluide contactul dintre ele nu este direct (de cele mai multe ori!) doar cldura va traversa peretele atenie la materialele de construcie!Schimbtoare de cldur

Calculul termic al SC calcul de proiectare (dimensionare) calcul de verificare (alegere) calcul regim de lucruCalculul de proiectare se efectueaz la dimensionarea schimbtorului de cldur avnd ca scop determinarea ariei de transfer de cldur (AT). Necunoscuta principal este aria de schimb de cldur, iar necunoscuta secundar o temperatur sau un debit (n zona agentului termic). Calculul de (pre)dimensionare este urmat de calculul constructiv, fluido-dinamic (mecanic) al aparatului.

Calculul termic al SCCalculul de verificare (dup alegere) se aplic n cazul n care AT este dat (sau pre-dimensionat), mrimile necunoscute fiind debitele sau dou temperaturi (ale agentului termic). Acest tip de calcul se aplic dup alegerea unui SC disponibil (standardizat) n vederea unei anume utilizri. Se verific astfel dac acesta poate funciona n condiiile impuse de procesul tehnologic. Urmeaz calculul mecanicCalculul regimului de funcionare urmrete stabilirea concordanei ntre regimul de funcionare din proiect i cel real (de exploatare), avnd ca scop obinerea caracteristicilor reglajului aparatului (tehnic i mecanic). Mrimile necunoscute sunt debitul i una din temperaturile agentului termic.

Calculul schimbtoarelor de cldur n regim staionar (de regul) ncepe cu BT:

Bilanul se face n puteri dup mprire la o durat (arbitrar); ultima consecin este urmarea faptului c majoritatea proceselor sunt izobare deci entalpia (specific, adic masic!) este mrimea caracteristic numit i sarcin termic (heat duty). n plus, este necesar ca referina s fie aceeai pentru toate diferenele h!Pre-dimensionare

Entalpii (diferene de): pot fi sensibile sau latente de regul nu se amestec cele dou tipuri: un fluid schimb numai un singur tip de cldur (nu ambele, deoarece constructiv ar fi greu de realizat iar operarea ar fi neeficient). Desigur c cellalt fluid poate schimba cellalt tip de entalpie de exemplu, o incint realizeaz o condensare, iar cealalt o nclzire sau acelai!Pre-dimensionare

Schema constructiv (i de circulaie) simplificat (model) eav n eav sau eav dubl (double tube, shell-and-tube), cu cele dou variante:echicurent (curent paralel), respectivcontracurentCapetele utilajului cu i (uzual)Pre-dimensionare

T'1

T"1

T'2

T"2

Gm,1

Gm,2

Schimbtorul se dovedete a fi un utilaj (i operaia deci!) cu 4 cureni, de transfer (ca absorberul, usctorul, extractorul) numai c se transfer cldur, ceea ce nu necesit contact direct Fazele suport ale cldurii sunt chiar cele dou fluide (tehnologice sau ageni) i nu mai sunt inerte, deoarece i schimb temperatura (sau starea de agregare)Temperaturile agenilor asumate sauPre-dimensionare

Ageni termici buniS fie corespunztor din punct de vedere termodinamic i anume: s aib conductivitate termic (T), densitate () i cldur specific (cp) mari, viscozitate dinamic () mic, cldur latent de vaporizare (VH) mare de ce?S fie stabil termic, neagresiv chimic, s nu formeze depuneri, sau dac le formeaz, s fie uor de curat, s nu fie toxic sau explozivS fie ieftin i disponibilOptimizare

Nu exist o regul cu privire la care din fluide la interior considerente tehnologice diverse, de multe ori contrare, deci problem de optimizare Criterii:mecanice: presiunea mai mare n interior, fluidul mai murdar n interior (cruste, acces);termice: cel mai apropiat de temperatura mediului (!) n exterior (pierderi, protecie);chimice: fluidul coroziv, toxic, exploziv n interior (protecie).Agenii termici (apa rece, aburul, aerul, sola, freonii etc.) filtrai, curai, chimic ineri fiindc au fost tratai special (apa este dedurizat etc.) exterior!Alegerea schemei de circulaie

n realitate, pentru mbuntirea transferului se practic diverse scheme mai complexe plus diferite amenajri: aripioare extinderi de suprafa,fascicul multitubular pachet de evi + plac tubular n manta, mai multe treceri sau evi n U (curent mixt), icane rezult curgeri n curent ncruciat (crossflow)etc.Alegerea schemei de circulaie

*OUTT Curs 2*Clasificri

OUTT Curs 2OUTT Curs 2Schimbtor de cldur cu aripioare

Alegerea schemei de circulaiePosibiliti de curire: spaiul dintre evi i manta este mai greu de curat, de aceea se recomand ca fluidul mai curat s circule prin spaiul intertubular;

Coroziune: problemele de coroziune i condiiile de puritate a fluidelor pot impune folosirea unor aliaje scumpe, de aceea este recomandabil ca fluidele respective s curg prin evi i s se evite construirea unei mantale din oeluri aliate;

Alegerea schemei de circulaiePresiune: fluidele cu presiuni mari trebuie s circule prin evi, n caz contrar, mantalele solicitate la presiune ridicat, datorit diametrelor lor vor avea perei groi i costuri mari;Temperatur: fluidele cu temperaturi mari trebuie s circule prin evi; temperaturile ridicate reduc eforturile admisibile n materiale, efectul lor fiind similar efectului presiunilor mari n stabilirea grosimii pereilor mantalelor; de asemenea, plasarea fluidului mai cald n manta necesit o izolare termic suplimentar;

Alegerea schemei de circulaieFluidele scumpe sau periculoase trebuie s circule prin partea cea mai etan a schimbtorului de cldur, adic prin evi;Debite: fluidul cu debitul mai mic ar trebui s circule prin manta se evit astfel, construcia aparatului cu mai multe treceri;Viscozitate, regim de curgere: valoarea criteriului Reynolds pentru curgerea turbulent prin manta este de aproximativ 200, iar n evi de 10000; cnd curgerea n evi este laminar, ea poate deveni turbulent n manta;

Alegerea schemei de circulaiePierderi de presiune: dac pierderile de presiune prezint o importan deosebit i trebuie determinate precis, atunci fluidul respectiv trebuie s circule prin evi pierderile de presiune prin evi pot fi calculate cu o precizie mai mare dect pierderile de presiune printre evi;etc. problem de optimizare complex!

*