Sistem de reglare automată a temperaturii la un schimbător de căldură cu parametri concentrați

Tema de proiectare: Să se proiecteze un sistem de reglare automată a temperaturii produsului util la un schimbător de căldură cu parametri concentraţi.

Datele de proiectare:

1. temperatura produsului util încălzit: e[oC] = 40;

2. temperatura agentului termic: a[oC] = 75;

3. debitul de agent termic nominal: Qan[m3/h] = 6;

4. debitul de agent termic maxim: Qamax[m3/h] = 7.5;

5. debitul de agent termic minim: Qamin[m3/h] = 4;

6. debitul de produs util: Qp[m3/h] = 4.5;

7. volumul de agent termic din vas: V[m3] = 1;

8. presiunea sursei de presiune: ps[bar] = 1.7;

9. presiunea la consumator: pc[bar]= 0;

10. pierderi de presiune pe conducta de agent termic înainte de robinetul de reglare: pl1max[bar]= 0.25;

11. pierderi de presiune pe conducta de agent termic după robinetul de reglare: pl2max[bar]= 0.35;

12. lungimea conductei prin care circulă agentul termic: Lcd[m] = 20;

13. lungimea conductei de aer (unificat): Laer[m] = 35;

14. diametrul conductei de aer: daer[mm] = 10;

Performanţele impuse:

- suprareglare mai mică de 10% :   10% ;

- eroare staţionară nulă : st = 0 ;

- timpul de răspuns cel mult egal cu dublul constantei de timp a schimbătorului de căldură : tr  2*Tsc ;

Cap.1 INTRODUCERE

1.1. Generalitati despre schimbul de caldura

In multe procese tehnologice se impune asigurarea unui anumit regim termic in utilajele instalatiei, ceea ce se poate realiza prin incalzire sau racire. In unele procese tehnologice o serie de produsi rezulta sub forma de vapori, care pentru a fi utilizati ulterior trebuiesc condensati. Sunt si cazuri in care unii produsi necesita vaporizarea inainte de efectuarea unei opreatii oarecare, ceea ce se realizeaza prin fierbere. Aceste operatii se realizeaza cu ajutorul unor utilaje specifice, denumite generic schimbatoare de caldura.

Reglarea transferului de energie, aplicată în foarte multe procese

tehnologice trebuie să respecte primul principiu al termodinamicii – legea conservării energiei – indiferent de forma concretă sub care se prezintă energiile respective care intervin(1).

Potrivit acestui principiu si cu referire la procesele termice:

- căldura introdusă în proces = căldura înmagazinată în proces + căldura ce iese din proces;

Transferul de căldură se poate realiza în mai multe feluri:

- prin amestecarea directă a unor fluide (sau gaze):

- prin transferul căldurii de la un fluid la altul (asigurând separarea celor două fluide) :

- prin transferul căldurii unui încălzitor electric;

1.2 Schimbatoarele de caldura pot fi clasificate dupa anumite criterii:

- Dupa operatia termica:

1. incalzitoare

2. racitoare

3. condensatoare

4. fierbatoare

5. calorifere

6. cazane de abur

- Dupa sensul de circulatie al fluidului

1. in echicurent

2. in contra curent

3. in curent mixt

4. in curent incrucisat

- Dupa modul in care se realizeaza schimbul termic intre fluide

1. schimbatoare de caldura de suprafata in care fluidul care schimba caldura intre ele sunt despartite de o suprafata solida

2. schimbatoare de caldura de amestec in care transferul de caldura se realizeaza prin contactul direct dintre fluide

3. schimbatoare de caldura generatoare care sunt aparate termice cu functionarea in doua faze

Transferul de căldură e un fenomen neliniar si cu distributie spatială.

1.3 Descrierea procesului tehnologic :

Procesul tehnologic constă în amestecul a două debite de acelasi fluid, si anume apa. Procesul tehnologic este descris în figura 1.

Mărimile de intrare în proces sunt:

- Qa – debitul de agent termic

- a – temperatura agentului termic

- Qp – debitul de produs util

- p – temperatura produsului util