Transfer de Căldură

I Dimensionarea unui schimbător de căldură;

I.1. Datele iniţiale şi cerinţele:

Într-un schimbător de căldură apa cu debitul masic G2, kg/s se încălzeşte de abur saturat uscat cu debitul masic G1, kg/s de la temperatura t ’2 până la temperatura t”2.

Temperatura aburului saturat se admite a fi aleasă reieşind din valoarea minima a căderii de temperatura în aparatul de schimb de căldură de 4,5 - 5,5 K (v. fig.6 ) însă nu mai mică decât 86-90 ˚C pentru preîncălzitorul de soluţie zaharoasă şi 109 - 110 ˚C - pentru preîncălzitorul de apa. Respectiv sa se determine presiunea aburului saturat uscat. Sa se întocmească bilanţul energetic, pe baza căruia sa se determine debitul masic al purtătorului de căldura şi sarcina termica a aparatului. Sa se calculeze diferenţa de temperatura medie a agenţilor termici ( a schimbătorului de căldură şi temperatura medie a mediului lichid ce se încălzeşte).

La viteza de curgere a lichidului prin ţevi. w2 si după diametrul interior al ţevilor di , sa se determine numărul de ţevi pentru o trecere a lichidului. Dimensiunile ţevilor sunt date sub forma de fracţie: în numărător - diametrul exterior, în numitor - grosimea ţevii - δP.

Sa se determine aria suprafeţei de schimb de căldura a aparatului cunoscându-se coeficientul global de schimb de căldură al aparatului k. Să se efectueze aranjamentul schimbătorului de căldură: alegerea lungimii a trecerii pentru mediul lichid l si a numărului de ţevi, reieşind dintr-o corespundere constructiva raţională. Principiul de funcţionare al aparatului este prezentat in figura 7_________. Prin cifre se arata succesiunea trecerilor. Numărul de treceri este de dorit a fi numere pare, această înlesneşte exploatarea şi confecţionarea aparatului.

Se dă:

G2=55 kg/s;

t’2=58 ˚C;

t”2=90 ˚C;

w2=1,05 m/s;

;

k=2300 ;

Se cere:

G1 - ?;

Q- ? ;

Δtmed- ?;

S - ?;

ntr - ?;

l- ?;

u- ?;

I.2. Determinarea debitului aburului, sarcinii termice, diferenţei de temperatură medie şi suprafeţei de schimb de căldură:

Alcătuim bilanţul termic al schimbătorului de căldură pentru a afla suprafaţa schimbătorului de căldură, sarcina termică şi debitul masic al aburului:

unde r =2216,8 – căldura latentă de condensare a aburului la t=115˚C;

ηr=1 – coeficient de reţinere a căldurii, în cazul nostru pierderi în mediul ambiant nu avem;

cp2=4,189 - capacitatea specifică a apei la presiune constantă şi temperatura de t2med= = ˚C;

Diferenţa de temperatură medie dintre agenţii termici:

˚C;

unde tmax şi tmin sunt reprezentate în figura 1.

˚C;

˚C;

Figura 1 Variaţia temperaturii cu mărirea suprafeţei

Calculăm sarcina termică:

;

Calculăm debitul masic de abur:

=> ;

Calculăm suprafaţa de schimb de căldură:

=>

I.3. Aranjamentul schimbătorului de căldură:

Numărul de ţevi ntr la curgerea prin ele a debitului de G2, kg/s de lichid cu viteza w2, m/s, se calculează conform ecuaţiei de continuitate a mediului lichid:

;

unde ρ2=974.8 - densitatea lichidului la temperatura de 74 ˚C.