Încalzirea apei într-un generator termoinductiv sau într-un transformator de încalzire
T5.2.1 Datele initiale ale proiectului
În cele doua cazuri principiul este acelasi. Sistemul este constituit dintr-un transformator trifazat a carui înfasurari secundare sunt realizate din 1 sau mai multe tuburi din OL inox conectate în paralel, acestea fiind în scurtcircuit, sarcina transformatorului este data numai de rezistenta electrica a tuburilor.Tuburile cuplate hidraulic în paralel formeaza serpentine prin care circula apa de încă 16216q164q ;lzit.
Generatorul termoinductiv |
Transformatorul de încalzire |
Reglarea puterii se realizeaza cu ajutorul tiristoarelor pe durata reglabila a unui numar întreg de semiperioade, care scurtcircuiteaza înfasurarile secundare. Comutatia se realizeaza sistematic la trecerea prin zero a undei de curent sinusoidal, asigurând-se eliminarea parazitiilor si realizânu-se un factor de putere bun, însa cu mentinera fenomenului de Flicker. Reglajul puterii se obtine cu o inductanta saturabila, conectata în primar în serie cu fiecare înfasurare a transformatorului, înfasurari cuplate toate în D |
Scopul aplicatiei este de a studia caracteristicile termice si electrice ale unei spire în forma de serpentina care se constituie ca o spira din secundarul transformatorului. |
Neglijând în 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
înfasurarii primare sau secundare în gol sau în 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 într-o spira din secundar;
Rezistenta unei spire din secundar;
Valoare efectiva a curentului în înfasurarea secundara;
Parametrii principali care influenteaza puterea disipata pri efect Joule într-o spira din secundar;
Trasarea curbelor:E=f(rf).R=f(rf) , I=f(rf)
, r=f(rf) atunci
când 0,1mrf
0,2m.
2) Caracteristicile termice
Încarcarea specifica Ws , puterea transmisa tubului spre apa pe unitatea de suprafata
Diferenta de temperatura DTS între intrarea si iesirea apei dintr-o spira;
Temperatura DT=Ttub-Tapa cunoscând ca:
h=
3) Calculul rapid al unui transformator de încalzire. Sa se determine caracteristicile unui transformator stiind ca :
cele trei faze sunt alimentate în paralel;
diferenta de temperatura între 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 ÎT |
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 |
vâscozitatea 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
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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 în serpentina pe secundarul transformatorului |
în care lungimea unei spire în serpentina: iar dectiunea tubului considerat de grosime e Considerând situatiile practice când:
|
Sunt date în 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 în tabelul cu rezultate finale. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 4 - Valoarea puterii disipate prin efect Joule într-o spira din serpentina circuitului secundar |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Puterea utila de încalzire a fluidului în circulatie prin tubul în serpentiina constituit ca circuit secundar |
|
Sunt date în tabelul cu rezultate finale. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 5 - Determinarea încarcarii specifice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Încarcarea specifica pe suprafata interioara a tubului: AI=pDils neglijând pierderile termice. |
|
Se vor da ulterior prin date tabelare si grafic centralizat. |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pasul 6 - Determinarea diferentei de temmperatura între intrarea si iesirea apei din serpentina |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Definire |
Formule de calcul |
Rezultate numerice |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cresterea în 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 - vâscozitatea 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 utilizând 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 când v=1m/s); numarul de spire secundare =6; f.e.m. prin secundar =100 V; curentul în înfasurari = 2,6KA(pentru rf=13,2 cm si o spira) puterea aparenta în primar =800KVA. |
Puterea minima necesara pentru a asigura un DTs= K P= DTsxrvxC= KW |
T.2.4 Analiza rezultatelor. Concluzii
|