Schimbator electric de caldura cu trecere directa de curent

tehnica mecanica

ALTE DOCUMENTE

SISTEMUL DE FRANARE

CONFECTII METALICI

Instrumentele Optice

Verificarea claritatii la aparatele reflex (SLR)

RETELE ELECTRICE SI ELEMENTE DE RETEA

Matritarea

Ce ar trebui sa mai cumperi odata cu centrala termica

FISA DE DETERMINARE A PERFORMANTEI FINANCIARE

Masurari electrice

TESTE NEPARAMETRICE PENTRU DATE NOMINALE

Schimbator electric de caldura cu trecere directa de curent

T5.1.1 Datele initiale ale proiectului

Tubul cu trecere de curent marcheaza o noua generatie de încalzitoare electrice: cea de schimbatoare electrice. Principiul este simplu: se faciliteaza trecerea unui fluid de tratat printr-un tub clasic supus unei diferente de potential, fluidul si curentul care circula prin incinta lor naturala, îsi schimba energie. Tubul se încalzeste prin efect Joule în timp ce fluidul se încalzeste prin transfer de caldura cu ajutorul convectiei fortate. Avantajele aceste tehnici sunt multiple: suplete, simplitate, fiabilitate si în plus un concept nou de transfer al caldurii, la o putere termica fixa. Deasemeni, tratamentul termic al produsului se stapâneste total si sunt limitate efectele de îmbâcsire. Caracteristica lui principala rezida prin faptul ca schimbul termic se realizeaza cu flux termic impus (fixând tensiunea ce se aplica la bornele tubului, se determina puterea de încalzire transferata fluidului). Functionarea lui termica este fundamental diferita fata de un schimbator prin care se impune o temperatura fixa a unui fluid utilizat ca vector de caldura si la care puterea transferata produsului de tratat depinde de conditiile de transfer. Tubul prezinta o anumita rezistenta electrica si se încalzeste prin efect Joule dupa legea:

Rezistenta tubului reprezinta o marime care depinde de caracteristicile geometrice si de natura materialului:

Tubul are un perete cald care cedeaza energia sa fluidului prin transfer termic al caldurii. Transferul poate avea loc, fie prin convectie fortata, fie prin radiatie, în cazul aplicatiilor la temperaturi ridicate.

T5.1.2 Cerintele proiectului

Proiectarea unui produs tehnologic nou pentru fluide cu compor 757x2312h tare reologica care se impune identificata. Cerintele unui proiect nou de schimbator de cadura electric care utilizeaza tuburi cu trecere directa de curent, sunt:

Analiza naturii si caracteristicilor reologice ale fluidului de tratat termic;

Determinarea parametrilor de performanta termica cu cunoasterea debitului masic de produs de tratat;

Determinarea caracteristicilor constructive ale schimbatorului;

Determinarea caracteristicilor si parametrilor electrici de alimentare, protectie, comanda si reglare proces;

Determinarea parametrilor si caracteristicilor functionale ale schimbatorului electric, cu evidentierea caracteristicilor hidraulice.

Dat fiind multitudinea aplicatiilor si a diferentieii modului de tratare în functie de natura si comportarea reologica a fluidului de tratat, în aceasta expunere nu au fost utilizate date numerice concrete.

T5.1.3 Algoritm de calcul pas cu pas

Pasul 1 - Analiza naturii si parametrilor reoloigici ai fluidului

Produsele pot fi definite prin proprietatile fizice care depind de parametrii globali, precum puterea termica si calitatea data de consemnele de tratament. Aceste proprietati fizice sunt:

masa volumica;

caldura specifica;

conductivitatea termica;

reologia fluidului: newtonian sau ne-newtonian.

Proprietati	Unitatea de masura	Variabila dependenta	Observatii
masa volumica r	[Kg/m³]	viteza	cu debit masic fix
caldura specifica c_p	[J/Kg C]	puterea termica necesara	pentru Ts fix P=m c_p(Ts-Te)
conductivitatea termica l	[W/ C m²]	temperatura peretelui tubului	intervine în calculul numarului Nusselt
vâscozitatea m	[Pa s]	-pierderile de presiune -temperatura peretelui tubului

Calitatea corespunzatoare a unui produs depinde de puterea particulelor, fragilitatea lui functie de temperatura (înegrire, coagulare...) si de posibilitatile lui de îmbâcsire (sedimentare, prinderi de arsuri pe perete...). Un fluid alimentar prezinta în general o comportare reologica complexa, ca de exemplu vâscozitatea lor depinde nu numai de temperatura ci si de viteza de curgere. Se disting doua familii de fluide:

fluide numite "newtoniene" a caror vâscozitate este functie doar de temperatura;

fluide "ne-newtoniene" a caror vâscozitate este functie atât de temperatura cât si de viteza de curgere.

Pentru caracterizarea acestui fenomen introducem doua notiuni:

gradientul de viteza, care reprezinta o diferenta între vitezele fluidului în doua puncte (de exemplu între stratul de la perete si miezul fluidului);

gradul de îmbâcsire, care reprezinta pierderea de presiune necesaraobtinerii gradientului de viteza (sau care este provocat de acest gradient de viteza).

Familia de fluide este:

Fluide newtoniene

Fluide pseudoplastice

Fluide reo-groase

Fluide cu prag

unde factorul de comportare n < 1

iar k reprezinta consistenta

Vâscozitatea devine:

unde factorul de comportare n > 1

cu τ_s [Pa]

Definire

Formule de calcul

Rezultate numerice

Gradientul de viteza

Gradul de îmbâcsire, pentru un tub drept cilindric

Vâscozitatea aparenta

Fluidele ne-newtoniene se pot numi si fluide "newtoniene cu vâscozitate aparenta identica". Toate calculele se pot astfel efectua cu aceasta vâscozitate aparenta.

Observatie: Aceasta vâscozitate reprezinta una medie, iar curgerea nu mai corespunde cazului unui fluid newtonian.

Pentru un fluid cu o lege de putere:

Pentru un fluid cu prag:

daca τ_s << τ se neglijeaza pragul si se utilizeaza formula de mai sus;

daca τ_s τ, cu si considerând

se obtine

Pasul 2 - Determinari termice ale schimbatorului

În acest scop este suficient de calculat urmatorii trei parametrii esentiali ai functionarii:

debitul de tratat, m [Kg/h];

temperatura la intrare, Te [ºC];

temperatura dorita la iesire, Ts [ºC];

masa volumica, ρ [Kg/m³];

(masa volumica se poate determina usor, cântarind un vas gol si apoi plin, la un volum precis, observând diferenta de greutate:

caldura specifica, c_p [J/Kg ºC];

(se masoara c_p contorizând timpul necesar pentru a încalzi 1 Kg de produs la 10 sC cu o putere data, ca de exemplu cu o plita electrica de 1 kW. C_p este dat de relatia

conductivitatea termica, λ [W/m ºC];

(în general conductivitatea termica a unui produs se situeaza între 0,4 - 0,5 [W/m sC], pentru produse groase si 0,6 [W/m ºC] pentru apa)

vâscozitatea, μ [Pa s].

(pentru a masura vâscozitatea în general se utilizeaza vâscozimetrul care permite determinarea evolutiei vîscozitatii cu temperatura. Daca dispunem de un punct de functionare în regim laminar (Re = ( VD/ 2000), vâscozitatea se poate determina cunoscând pierderile de presiune si

Definire

Formule de calcul

Rezultate numerice

Puterea termica necesara

unde: m - masa fluidului de tratat (kg);

T_s,T_e - temperaturile fluidului la iesire si la intrarea în schimbator.

Fluxul termic la suprafata de schimb

Temperatura maxima a peretelui

Regimul de curgere se determina prin calcularea numarului lui Reynolds:

daca Re < 2000, regimul de curgere este laminar. Se determina numarul lui Graetz cu formula:

Se defineste numarul lui Nűsselt ce caracterizeaza coeficientul de schimb termic ca:

daca G_z < 80, Nű = 4,36;

daca G_z > 80, ,

unde μ_p este vâscozitatea calculata la temperatura peretelui (într-o prima aproximare μ_pse poate neglija).

Vezi diagrama anexata

daca Re > 2000, regimul de curgere este turbulent. Se determina numarul lui Nűsselt cu formula:

de unde se poate obtine temperatura maxima a peretelui:

Pasul 3 - Determinari constructive ale schimbatorului

Definire

Formule de calcul

Rezultate numerice

Diametrul hidraulic

d_ech. = diametrul sectiunii echivalente;

d_h = diametrul hidraulic;

d_i = diametrul interior echivalent;

d_e = diametrul exterior echivalent;

S_e = sectiunea echivalenta;

P_m = perimetrul metalului udat;

S_m. = sectiunea transversala a tubului.

Lungimea schimbatorului

unde: V - volumul schimbatorului )m³).

Grosimea peretelui tubului în concordanta cu grosimea efectului pelicular

unde: m_r - permeabilitatea magnetica relativa a materialului tevii;

f - frecventa curentului.

Pasul 4 - Determinari ale parametrilor electrici ai schimbatorului

Definire

Formule de calcul

Rezultate numerice

Rezistenta electrica

Intensitatea maxima a curentului electric

Coeficientul de majorare de 10% este introdus pentru acoperirea pierderilor termice la exterior.

Tensiunea de alimentare

Pasul 5 - Determinari ale parametrilor functionali ai schimbatorului

Definire

Formule de calcul

Rezultate numerice

Caderea de presiune pe circuitul hidraulic

Pierderile de presiune sunt date de formula:

unde: L - lungumea liniara plus coturile;

f - coeficient de frecare.

daca Re < 2000	daca Re > 2000

Volumul schimbatorului

Viteza de curgere a fluidului

Timpul de stationare în schimbator

Gradul de îmbâcsire

T5.1.4 Analiza rezultatelor. Concluzii.

Organigrama de determinare a coeficientului de schimb termic convectiv

Document Info

Accesari: 3383
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta

Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul:
in pagina web a site-ului tau.

eCoduri.com - coduri postale, contabile, CAEN sau bancare

Politica de confidentialitate | Termenii si conditii de utilizare