Īncalzirea apei īntr-un generator termoinductiv sau īntr-un transformator de īncalzire
T5.2.1 Datele initiale ale proiectului
Īn cele doua cazuri principiul este acelasi. Sistemul este constituit dintr-un transformator trifazat a carui īnfasurari secundare sunt realizate din 1 sau mai multe tuburi din OL inox conectate īn paralel, acestea fiind īn scurtcircuit, sarcina transformatorului este data numai de rezistenta electrica a tuburilor.Tuburile cuplate hidraulic īn paralel formeaza serpentine prin care circula apa de īncă 16216q164q ;lzit.
Generatorul termoinductiv |
Transformatorul de īncalzire |
Reglarea puterii se realizeaza cu ajutorul tiristoarelor pe durata reglabila a unui numar īntreg de semiperioade, care scurtcircuiteaza īnfasurarile secundare. Comutatia se realizeaza sistematic la trecerea prin zero a undei de curent sinusoidal, asigurānd-se eliminarea parazitiilor si realizānu-se un factor de putere bun, īnsa cu mentinera fenomenului de Flicker. Reglajul puterii se obtine cu o inductanta saturabila, conectata īn primar īn serie cu fiecare īnfasurare a transformatorului, īnfasurari cuplate toate īn D |
Scopul aplicatiei este de a studia caracteristicile termice si electrice ale unei spire īn forma de serpentina care se constituie ca o spira din secundarul transformatorului. |
Neglijānd īn prima aproximare pierderile de flux magnetic se poate spune ca fluxul de inductie magnetica printr-o sectiune dreptunghiulara a circuitului magnetic este practic egal cu fluxul printr-o spira a īnfasurarii primare sau secundare īn gol sau īn sarcina. Serpentina este realizata din OL inox cu r Wm.
T5.2.2 Cerintele proiectului
1) Caracteristicile electrice
Valoarea efectiva a f.e.m. E indusa īntr-o spira din secundar;
Rezistenta unei spire din secundar;
Valoare efectiva a curentului īn īnfasurarea secundara;
Parametrii principali care influenteaza puterea disipata pri efect Joule īntr-o spira din secundar;
Trasarea curbelor:E=f(rf).R=f(rf) , I=f(rf) , r=f(rf) atunci cānd 0,1mrf 0,2m.
2) Caracteristicile termice
Īncarcarea specifica Ws , puterea transmisa tubului spre apa pe unitatea de suprafata
Diferenta de temperatura DTS īntre intrarea si iesirea apei dintr-o spira;
Temperatura DT=Ttub-Tapa cunoscānd ca:
h=
3) Calculul rapid al unui transformator de īncalzire. Sa se determine caracteristicile unui transformator stiind ca :
cele trei faze sunt alimentate īn paralel;
diferenta de temperatura īntre apa la intrare si la iesire este Dq=50K
temperatura DT=25 K la presiunea atmosferica.
Pentru tratarea numerica a proiectului sunt date urmatoarele:
Caracteristici electrice |
Caracteristici termice |
Caracteristici geometrice |
tensiunea de alimentare =tensiunea retelei pe ĪT |
conductivitatea apei a=0,68 W/mK |
rf=0,1/0,12/0,15/0,2 m |
frecventa f=50Hz |
masa volumica a apei rv=103 Kg/m3 |
Kf=0,8 |
valoarea de referinta a inductiei magnetice =1,7 T |
vāscozitatea dinamica a apei m=3*10-4 Kg/ms |
a=0,2 m |
|
caldura masica a apei C=4,6*103 J/KgK |
De=42,4*10-3 m |
viteza de curgere a apei v=1/2 m/s |
DI=36,6*10-3 m |
|
|
h=0,15 m |
T5.2.3 Algoritm de calcul pas cu pas
Pasul 1 - Determinarea fortei electromotoare indusa |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, unde: f(t)-fluxul inductiei magnetice.Tensiunea alimentarii transformatorului fiind sinusoidala, fluxul este sinusoidal si unde: w pf si deci valoarea fictiva:-
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Forta electromotoare indusa |
|
Vezi tabelul si graficul de mai jos |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Se obtin pentru diferite valori ale lui rf urmatoarele date:
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 2 - Rezistenta unei spire din secundarul transformatorului |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rezistenta electrica a tubului hidraulic, considerata ca spiralat īn serpentina pe secundarul transformatorului |
īn care lungimea unei spire īn serpentina:
iar dectiunea tubului considerat de grosime e
Considerānd situatiile practice cānd: rezulta:
|
Sunt date īn tabelul cu rezultate finale. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 3 - Valoarea efectiva a intensitatii curentului electric prin circuitul secundar al transformatorului |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Valoarea efectiva a curentului indus prin tubul hidraulic |
unde se mentine conditia:
|
Sunt date īn tabelul cu rezultate finale. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 4 - Valoarea puterii disipate prin efect Joule īntr-o spira din serpentina circuitului secundar |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Puterea utila de īncalzire a fluidului īn circulatie prin tubul īn serpentiina constituit ca circuit secundar |
|
Sunt date īn tabelul cu rezultate finale. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 5 - Determinarea īncarcarii specifice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Īncarcarea specifica pe suprafata interioara a tubului: AI=pDils neglijānd pierderile termice. |
|
Se vor da ulterior prin date tabelare si grafic centralizat. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 6 - Determinarea diferentei de temmperatura īntre intrarea si iesirea apei din serpentina |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cresterea īn temperatura apei care circula prin tubul constituit ca circuit secundar. Debitul fluidului este:
|
|
Se vor da ulterior prin date tabelare si grafic centralizat. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 7 - Determinarea temperaturii pe pielea tubului rezistiv |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coeficientul de schimb termic convectiv:
unde: l- conductivitatea termica (=0,68 W/mK); gv - masa volumoica a apei (=103 kg/m3); m - vāscozitatea dinamica a apei (=3x10-4 kg/ms); c - caldura masica a apei (=4,6x103 J/kgK); v - viteza de curgere a apei (m/s) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Coeficientul de schimb termic convectiv pentru doua viteze de curgere |
|
Se dau prin date tabelare si grafic centralizat de mai jos. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Supratemperatura rezistorului fata de temperatura fluidului |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 8 - Calculul rapid al unui transformator termoinductiv utilizānd graficul de mai sus |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Pentru calculul direct se calculeaza debitul necesar: p/4xDi2xVx3=3,16x10-3 m3/s Sau considerat unele date determinate anterior: rf=13,2 cm (corespunzator lui DT 25 K cānd v=1m/s); numarul de spire secundare =6; f.e.m. prin secundar =100 V; curentul īn īnfasurari = 2,6KA(pentru rf=13,2 cm si o spira) puterea aparenta īn primar =800KVA. |
Puterea minima necesara pentru a asigura un DTs= K P= DTsxrvxC= KW |
T.2.4 Analiza rezultatelor. Concluzii
|