Instalatii termice proiect

INSTALATII TERMICE PROIECT

Date initiale

Sa se intocmeasca forma constructiva si sa se determine suprafata de schimb de caldura pentru un schimbator apa-apa format din tronsoane cu circulatia agentilor termici in contracurent.   

Calculul termic preliminar

Se calculeaza diferenta medie logaritmica de temperatura

∆tmax=t1i-t2e=50.4°C

∆tmin=t2e-t2i=35°C

∆tmed ∆tmax-∆tmin) / ln(∆tmax/∆tmin)=42.7°C

Diferenta de temperatura medie a agentului primar si secundar   

δt1=t1i-t1e=45.5°C

δt2=t2e-t2i=30.1°C

tm1=74.75°C

tm2=32.05°C

Caldurile specifice

cp1=3.996+2.096*10^-3*tm1=4.21 kj/kgk

cp2=3.996+2.096*10^-3*tm2= 4.06 kj/kgk

Debit masic al agentului primar

M1=Q ηr*cp1*(t1i-t1e)=10.55 kg/s

Debit masic al agentului secundar

M2=Q ηr*cp2*(t2e-t2i)=16.54 kg/s

Se aleg dimensiunile tevilor   

de=20 mm

δ=2 mm

di=16 mm

Se alege coeficientul global de schimb de caldura (800 - 1200 W/K*m²)  

ks'=1000 W/K*m²

Se alege o suprafata de schimb de caldura 

S₀'=Q ks' *Δtmed)=47.25 m²

Se alege lungimea unui tronson al SC (maxim 32 m)

L'= 4 m

Se calculeaza numarul de tevi pe tronson  

n'=S0' *2/(π*(de+di)*L')=208.7

Se aproximeaza (rotunjeste) valoarea astfel obtinem:   

n'=209

Se alege viteza de curgere a agentului primar

w1=0.8 m/s

Se calculeaza densitatea agentului primar

ρ1=1021.2-0.62*tm1=974.85 kg/m³

Se calculeaza suprafata de curgere a agentului primar  

S1=M1 ρ1*w1)=0.0135 m²

Se calculeaza numarul de tevi pe tronson  

n''=4*S1/(π*di² *w1)=83.97

Se rotunjeste valoarea obtinandu-se : 

n''=84

Se alege din tabel numarul de tevi (valoare cuprinsa intre n' si n'' )

n=127

Se calculeaza diametrul interior al mantalei  

Di=s(n1-1)+de+2*k0=0.35 m

Pentru k0 se alege o valoare intre 0.008 si 0.0012 m =>

k0= 0.008 m

n1 reprezinta numarul de tevi de pe diagonala cea mai mare a hexagonului

(se alege din tabel functie de numarul de tevi pe tronson)'

n1=13

s se calculeaza cu formula: s=de+x, unde x are valoarea cuprinsa intre 0.006 si 0.0016

x=0.006m

s=0.026m

Se alege grosimea mantalei

δm=0.003 m

Se calculeaza diametrul exterior al mantalei 

De=Di+2*δm=0.356 m

Se calculeaza sectiunea de curgere pentru agentul secundar

S2=π/4*(Di² -n*de²)=0.056 m² 

Se calculeaza densitatea agentului secundar  

ρ2=1021.2-0.62*tm2=1001.32

Se calculeaza viteza de curgere a agentului secundar

w2=M2 ρ2*S2)=0.294 m/s

Calculul termic definitiv

Vascozitatea agentului primar

tm1<80°C => ν1=2.453*10^-5*tm1^-0.96

ν1=0.367*10^-6 m²/s

Conductivitatea termica a agentului primar

tm1<80°C => λ1=0.7244+7.442*10^-4 *tm1 W/m*K

λ1=0.557 W/m*K

Criteriul Prandtl pentru agentul primar

tm1<80°C => Pr1=4.65-0.032*tm1

Pr1=2.407

Criteriul Reynolds pentru agentul primar

Re1=w1*di/ν

Criteriul Nusselt pentru agentul primar 

Nu1=c*Re^m *Prⁿ=150.6

Valorile coeficientilor c,m si n se iau din tabele anexate :

c=0.0263

m=0.8

n=0.33

Coeficientul de convectie pentru agentul primar   

α1=Nu1*λ1/di=5242.76 W/m²*K

Diametru hidraulic echivalent al agentului secundar 

Dechi=4*S/P=4*S2 /π*(Di+n*de)=0.035 m

Vascozitatea pentru agentul secundar

tm2<80°C => ν1=2.453*10^-5*tm2^-0.96

ν2=0.858*10^-6 m²/s

Conductivitatea termica a agentului secundar

tm2<80°C => λ2=0.7244+7.442*10^-4 *tm2 W/m*K

λ2=0.239 W/m*K

Criteriul Prandtl pentru agentul secundar

tm2<80°C => Pr2=4.65-0.032*tm2

Pr2=3.68

Criteriul Reynolds pentru agentul secundar

Re2=w2*Dechi/ν

Criteriul Nusselt pentru agentul secundar  

Nu2=c*ε ε2*Re2^m *Pr2ⁿ *(Pr2/Prp)^0.25=732.34

Valorile coeficientilor c,m,n,ε1, 2 si Prp se iau din tabele anexate :

c=0.21

ε

m=0.62

ε

n=0.38

Prp=3.7

Coeficientul de convectie pentru agentul primar   

α2=Nu2*λ2/Dechi=5000.27W/m²K

Rezistenta termica a peretelui tevii

R=δ/λOL=4*10^-5 m²K/W

λOL se ia din tabelul anexat : λOL= 50

Rezistenta depunerilor de piatra 

Rp=Rpe+Rpi= 36*10^-5 m²/K

Coeficientul global de schimb de caldura  

ks=1/(1/α α δ λOL+Rp)=780.19 W/m²K

Suprafata totala de schimb de caldura

S0=Q ks*Δtmed)=60.54 m²

Lungimea SC   

L=S0*2 n*π*(di+de))=8.43 m 

Numarul de tronsoane (z)

Alegem lungimea unui tronson intre 2 si 4 m :

l=3

z=3