fisier-sef.pdf
-
Upload
laurentiu-nicu -
Category
Documents
-
view
244 -
download
1
Transcript of fisier-sef.pdf
-
Curs 1
==21
==
31 3
==1 41 3
=
11 (1
1 )
Prezenta spatiului mort determina un neajuns al compresorului ethnic si
anume: imposibilitatea de a comprima gazul pana la o valoare oricat de mare a
presiunii de refulare. Exista o valoare limita numita presiune maxima de
refulare().
Pentru acestea vom reprezenta pe aceeasi diagram pV 3 cicluri de
compresor tehnic cu presiuni de refulare din ce in ce mai ridicate.
<
<
>
>
-
Se constata ca o data cu cresterea presiunii de refulare are loc scaderea
volumului de gaz aspirat cocomitent cu reducerea volumului de gaz refulat. Astfel
se ajunge la situatia limita () in care volumul aspirat devine 0 la fel ca sic el refulat, deci compresorul numai aspira si numai debiteaza gazul, iar ciclul se
reduce la parcurgerea alternativa in sensuri opuse a politropiei: 1-2max.
Valoarea presiunii numita presiune maxima de refulare se determina din conditita Va=0 care este echivalenta cu = 0.
In cele ce urmeaza determina gradul de umplere :
=1 41 3
=1 3 + 3 4
1 3= 1 +
3 41 3
= 1 +1
43
1 33
= 1 + (1 43)
14 = 23
43= (
21)
143=
1
-
= 1 + (1 1)
= 0 = =1
1 + (1
1 ) = 0
= ( + 1
)
= 1 = 1 ( + 1
)
Compresorul in mai multe trepte
Ratiunile pentru care se recurge la comprimarea in trepte sunt in principiu
in numar de doua:
1. Existenta presiunii maxime de refulare care face ca atunci cand gazul
trebuie comprimat im mai multe trepte;
2. Temperatura ridicata a gazului la sfarsitul comprimarii atunci cand aceasta
se face pana la o presiune inalta determina degradarea uleiului de ungere si
inrautatirea ungerii care poate conduce la griparea masinii. Din aceasta
cauza gazul este supus unei raciri intermediare intre 2 trepte sucecesive.
Vom studia comprimarea in trepte pe exemplul unui compresor teoretic in 2
trepte cu racire intermediara pana la temperatura de aspiratie.
-
Gazul aspirat in treapta I la presiunea p1 este comprimat pana la presiunea
intermediara pi realizandu-se astfel raportul de comprimare =
1. 1-2x.
Inainte de a fi aspirat in treapa aIIa gazul este racit izobar in racitorul
intermediar R.I. pana ce temperatura devinbe egala cu cea de la aspiratie
T2x=T1; 2x-2x. In treapta aIIa gazul este comprimat de la pi la p2: = 2
; 2x-
2. Constatam ca racirea intermediara a gazului are drept consecinta scaderea
lucrului mecanic consumat de compresor realizandu-se astfel o economie de
lucru mecanic(aria hasurata).
Ne putem intreba cat trebuie sa fei pi, astfel incat economia de lucru
mecanic sa fei maxim. Acest lucru se obtine cand:
= 0
nI=nII=n
= I + II =
111 (1 I
1 ) +
122 (1 II
1 )
2 = 1 11 = 2
=
111 (2
1
1 )
= 0
(
1 +
1 ) = 0
1
=
[(1)
+ (2)
] = 0
(
1 + 2
) = 0
11
2
= 0 / +11
2(12)
= 0
2 = 12 = 12
1
=2
= 21
-
= = =
Pentru un consum minim de lucru mecanic rapoartele de comrimare pe
trepte trebuie sa fie egale intre ele si egale cu a raportului total =2
1
Prin generalizare: daca avem un compresor cu z trepte atunci conditia de
lucru mecanic minim este = = = 1
Rezulta expresia generala a lucrului mecanic pentru z trepte de comprimare:
=
111 (1
1 )
CURS 2
Cicluri teoretice ale turbomotoarelor cu gaze
Turbomotoarele cu gaze sunt masini termice construite dintr-un ansamblu
compresor-turbina, energia termica fiind obtinuta intr-o camera de ardere,
gazelle de ardere rezultate antrenand turbine. Exista 2 variante de turbomotoare
cu gaze, prima producand exclusive energie mecanica si fiind utilizata fie pentru
producerea energiei electrice fie pentru proopulsii in transporturile terestre si
navale iar a 2-a utilizata numai in propulsia aeriana genereaza atat energie
mecanica cat si energie cinetica a unui jet de gaze de ardere al carui effect
reaectiv este cel care propulseaza aeronava.
Puterile tipice ale turbomotoarelor cu gaze sunt intre 500kW si 270kW.
Randamentul fiind cuprins intre 35-37% la ciclulrile fara recuperare si peste
43% la ciclurile cu recuperare. Din acest punct de vedere turbomotoarele cu
gaze sunt comparabille cu motoarele Diesel. La puteri de pana la 10mW
performantele motoarelor sunt asemanatoare cu cele Diesel, dar la peste 10mW
vor avea performante superioare, ceea ce le face recomandabile pentru uteri mari
si foarte mari.
De asemeni regimul de vibratii este mult mai putin intens decat la
motoarele Diesel. Ca dezavantaje se enumera timpul de pornire mai lung,
material mai scumpe, tehnologii mai pretentioase si intretinere mai complicate.
Ciclul theoretic pe care il discutam poarta numele de ciclul Brayton (dupa
numele inginerului American care l-a brevetat).
Schema functional tipica a unui turbomotor cu gaze este urmatoarea:
-
Elemente:
Compresorul C. Aceste este de tip dinamic. Rolul lui este de a aspira aerul
atmospheric si de a-l comprima. =
Compresorul se afla pe acelasi ax cu turbine fiind antrenat de turbine.
Camera de ardere CA este o incinta in care intra aerul comprimat furnizat
de compresor; in acest aer fiind injectat combustibilul caree arde. Gazele
de ardere rezultate avand energie ridicata sunt trimise in turbine T in care
se destind generand cuplu de rotatie si producand astfel lucru mechanic
util.
Deoarece la iesirea din turbine gazelle de ardere au ina temperature ridicata
fiind purtatoarele unei energii termice mice inseminate care s-ar pierde la
evacuarea in atmosfera aceasta energie este reintrodusa in ciclu (recuperate) intr-
un schimbator de caldura gaze-aer numit recuperator de calduca (RC). In acest
RC (gazelle de ardere preincalzesc aerlu comprimat inainte ca acesta sa intre in
ramura de ardere. Efectul este cresterea randamentului termic al ciclului printr-o
utilizare mai lunga a caldurii.
Intr-o configuratie mai simpla recuperatorul poate lipsi dar randamentul
ciclului scade.
-
Ciclul Brayton fara recuperare
-
1-2 comprimare izentropica, care are loc in compresor
2-3 ardere izobara care are loc in camera de ardere la 2
3-4 destindere izentropica in turbine de la 2 1
4-1 proces fictive de inchidere a ciclului reprezentand o cedare izobara de
caldura, echivalenta cu evacuarea gazelor de ardere din turbine la presiunea
ambianta 1 in care acestea cedeaza prin amestecare aerul atmospheric caldura pe care o contin pan ace ajung la echilibrul termic cu acesta.
Randamentul termic:
= 1 |41|
23|41| = (4 1)
23 = (3 2) }
=> = 1 4 13 2
= 1 142 1
232 1
1 2 1
1
1
=2
2
1
=>1
2= (
1
2)
1
=
1
1
3 4 4
1
1
=3
2
1
=>41=32
-
= 1 1
1
Randamentul theoretic pt = 16 55%
Criteriul randamentului ridicat obtinut nu este primordial insa deoarece
cresterea lui conduce la scaderea lucrului mechanic ethnic si din aceasta cauza trebuie calculate un optim pentru care lucrul util produs de motor este maxim.
CURSUL 3
GAZE REALE. VAPORI
Ipotezele prin care a fost introdus modelul gazului perfect nu mai sunt operante
n cazul gazelor reale, deoarece moleculele de gaz au volum propriu, au o structur
spaial asimetric i interacioneaz prin fore de atracie care determin o
component a energiei poteniale diferit de zero.
Dac un gaz perfect este teoretic compresibil la infinit, deoarece moleculele
sale sunt puncte materiale, vom vedea c n cazul unui gaz real, comprimarea
acestuia poate avea consecine n ceea ce privete modificarea strii de agregare.
Acest fapt poate fi evideniat, de exemplu: comprimarea izoterm a dioxidului de
carbon la temperaturi sub 31C.
-
Acest gaz a fost comprimat izoterm pentru prima oar de ctre fizicianul englez
Thomas Andrews, care a trasat izotermele unui gaz real i care de atunci se
numesc izoterme Andrews.
IZOTERMELE ANDREWS ALE UNUI GAZ PERFECT
Pentru a realiza comprimarea izoterm a dioxidului de carbon, Andrews a
nchis ntr-un cilindru de cuar o cantitate de dioxid de carbon, pe care l-a
comprimat foarte lent n timp ce n jurul cilindrului circula ap meninut la
temperatur constant. n acest fel se asigur condiia de izotermie a procesului.
Comprimarea izoterma a fost efectuat la temperaturi din ce n ce mai ridicate
i pentru fiecare din acestea, Andrews a trasat n coordonate p-V izoterma
respectiv. A rezultat o reprezentare ca n figura urmtoare:
t
- Presupunem exemplul comprimrii izoterme la temperatura t1
-
La stnga izotermei critice i a curbei limit inferioare km, este domeniul bazei
lichide. ntre cele dou ramuri ale curbei limit se afl domeniul bifazic (L+V).
n acest domeniu coexist att lichidul ct i vaporii. La dreapta izotermei critice
i a curbei limit superioar kn, este domeniul fazei gazoase. Acest domeniu
conine subdomeniul vaporilor, care este cuprins ntre curba limit superioar kn
i izoterma critic.
Prin convenie numim vapori strile gazoase n care substana poate fi
lichefiata prin comprimare izoterm.
z =
RT
z=1:GP
z=1:GR
ECUAIA VAN DER WAALS
Ecuaia van der Waals este prima ecuaie de stare a gazelor reale i a fost
dedus pe baza unor consideraii cinetice foarte simple.
n deducerea ecuaiei, van der Waals a presupus c se poate scrie o ecuaie
general de forma: p*v*=RT, formal similar ecuaiei de stare a gazelor perfecte.
Diferena a constatat n nelesul mrimilor din membrul stng, p* si v*.
= +
2
-
n care,
2 se numete presiune de coeziune i este o component a presiunii
totale , care se datoreaz forelor de atracie intermoleculare i care se adaug la presiunea cinetic din modelul gazului perfect.
n presiunea de coeziune,
2 depinde de natura gazului prin intermediul
constantei a.
v*=v-b
v* are semnificaia volumului accesibil moleculelor de gaz;
Din cauz c moleculele au un volum propriu, volumul accesibil este
diferena dintre volumul total al incintei v i volumul propriu al tuturor
moleculelor b care se numesc covolum.
( +
2 ) ( ) =
Se constat c ecuaia van der Waals, spre deosebire de ecuaia gazului
perefct, conine trei constante: a, b, R.
n acelai timp se constat c ecuaia este de gradul trei n variabila v.
Pentru a se verifica gradul de concordan ntre izotermele Andrews i
izotermele rezultate din ecuaia van der Waals (izoterme van der Waals), se
traseaz n p-v izotermele:
III: T>Tcr
-
II: T=Tcr
I: T0.
Plasarea poliedrului a-c-e se face pe baza regulii lui Maxwell, conform creia
ariile haurate s fie egale.
Ecuaia van der Waals a fost doar un punct de plecare, deoarece ulterior au
fost propuse alte ecuaii de stare, dar valabile pentru grupe de gaze asemntoare
i care descriu cu maxima acuratee comportarea gazelor respective.
Curs 4
Se numeste faza o portiune omogena apartinand unui sistem eterogen (exemplu: apa in
timpul inghetului are doua faze: lichida si solida). Fazele sunt delimitate prin suprafete de
separatie la nivelul carora proprietatile fizice ale substantelor sufera variatii bruste, in
salt/discontinuitati.
Exista o stare caracteristica fiecarei substante la care toate cele trei faze (solid, lichid,
vapori) coexista, aceasta se numeste punct triplu. Temperatura la care are loc trecerea
lichidului in stare de vapori, poarta numele de temperatura de saturatie.
-
Trecerea substantei dintr-o stare in alta se numeste tranzitie de faza. Ele se pot
schematiza recurgand la diagrama fazelor.
LT linie de topire
LV linie de vaporizare
LS linie de sublimare
T punct triplu
-
1 2 <
3 4 =
5 6 >
La presiuni subcritice, temperatura de saturatie creste cu cresterea presiunii la care are
loc procesul.
La presiunea critica, temperatura de saturatie este egala cu temperatura critica
La presiuni superioare presiunii critice, temperatura de saturatie nu mai creste, ci
ramane egala cu temperatura critica.
-
Vaporizarea la presiune constanta a unei substante pure
Consideram un kilogram de substanta pura (exemplu: apa distilata, dedurizata) pe care
o incalzim la diverse presiuni si urmarim modul in care varieaza volumul specific al
substantei, pentru aceasta vom inchide masa respectiva de lichid intru-un cilindru cu
piston etans asupra caruia exercitam o presiune constanta prin intermediul unei forte aplicate
asupra pistonului. Modificand forta, modificam presiunea la care are loc procesul. Vom
reprezenta cinci stari tipice ale sistemului la diverse momente ale procesului de incalzire.
In starea initiala 0, substanta se afla la temperatura t0 si ocupa volumul specific v0.
Incepem incalzirea, observam ca temperatura incepe sa creasca si deoarece oricare substanta
se dilata la incalzire, va avea loc o crestere mica a volumului specific (0-1). In starea 1,
temperatura t este egala cu temperatura de saturatie (ts), volumul specific este 1 > 0 si
incepe procesul de vaporizare. Pe masura ce vaporizarea avanseaza, temperatura ramane
egala cu temperatura de saturatie, dar lichidul se reduce ca pondere, crescand ponderea
vaporilor. Deoarece acestia sunt compresibili vs creste intr-o proportie mai insemnata (1-1
v), in asa fel incat la sfarsitul procesului (starea 1), temperatura inca este egala cu temperatura de saturatie, dar lichidul s-a transformat complet in vapori iar volumul specific
al acestora 1" 1
. In timpul procesului de vaporizare sistemuleste un sistem eterogen
alcatuit din lichid si vapori, ambele faze aflandu-se la temperatura de saturatie (ts), lichidul
aflat la inceputul vaporizarii (starea 1) se numeste lichid saturat. Vaporii aflati la sfarsitul
vaporizarii (starea 1) poarta numele de vapori saturati uscati, in aceasta stare, sistemul a
redevenit omogen, fiind format din faza gazoasa numita vapori. Deoarece intre cele doua
extreme (lichid saturat si vapori saturati uscati) sistemul este eterogen, nu-l putem numi nici
lichid si nici vapori si de aceea i-l vom numii vapori saturati umezi.
Daca incalzim in continuare vaporii saturati uscati rezultati (1-1si) constatam ca
temperatura incepe din nou sa creasca la fel ca si volumul specific si vom numi acesti acesti
-
vapori, vapori supraincalziti deci ca vaporii supraincalziti sunt vapori aflati la o temperatura mai mare decat temperatura de saturatie.
Daca se reprezinta in diagrama p-V aceste procese de vaporizare izobara la diverse
valori ale presiunii, rezulta figura:
Cu cat presiunea este mai ridicata cu atat diferenta v-v este mai redusa in timp ce
temperatura de saturatie creste. La atingerea presiunii critice v=v=vcr, (temperatura de
saturatie) ts=tcr si vaporizarea are loc instantaneu (lichidul trece brusc in vapori fara starile
intermediare de vapori saturati umezi). La presiuni supracritice v=v care sunt mai mici
decat vcr, dar ts=tcr. Vaporizarea are loc deasemeni instantaneu fara starile intermediare de
vapori saturati umezi. Constatam ca am obtinut aceeasi diagrama p-V ca in cazul
comprimarii izoterme unui gaz real, rezultand aceleasi doua ramuri ale curbei limita
(superioara si inferioara). Curba limita inferioara este curba de inceput a vaporizarii si se
obtine punctele notate cu prim, iar curba limita superioara este curba de sfarsit a vaporizarii
si se obtine unind punctele notate cu secund.
-
O diagrama similara se obtine reprezentand procesele de vaporizare izobara in
coordonate T-s.
Deoarece procesul de vaporizare este izobar = si aplicand aceasta ecuatie procesului de vaporizare = " . Numim aceasta caldura latenta de vaporizare si o
notam cu:
= "
Deoarece procesul este si izoterm, atunci pe baza principiului II al termodinamicii
rezulta ca:
-s'=r
Ts r=Ts(s" )
-
Curs 5
Consideram un proces oarecare de vaporizare izobara care il reprezentam in diagrama
T-s.
=
= 0} => =
=
0-1(Incalzire in faza lichida):
01 = 1 0
1-1(Vaporizare):
11" = = 1" 1
"
1-1SI(Incalzire in faza gazoasa; supraincalzire):
11 = 1 1
= 01 + + 1"1 = 1 0
In diagram T-s, caldura totala este aria de sub procesul 0-1SI
= " = (" )
=> Cele doua componente ale temperaturii latente de vaporizare:
= " - caldura interna de vaporizare si este componenta care corespunde modificarii energiei interioare a substantei de la starea de lichid
saturat (cu incicele ), la starea de vapori saturati uscati ().
= (" ) - caldura externa; are semnificatia unui lucru mecanic izobar cheltuit pentru marirea volumului specific al substantei de la starea de lichid
saturat pana la cea de vapori saturati uscati.
-
La fel ca si in cazul diagramei p-V, punem in evidenta domeniile fazelor in diagram
T-s.
L(lichid): de la curba limita inferioara
Km si izoterma critica Tcr.
G(gaz/vapori): aflat deasupra
izotermei critice si la dreapta curbei limita
superioare Kn.
L+V(lichid si vapori): intre cele doua
ramuri ale curbei limita.
Titlul vaporilor
Daca substanta este omogena atunci oricare din perechile care se pot forma cu cei trei
parametri de stare (p,V,T) este suficient pentru a determina in mod univoc starea
substantei.
Daca substanta este eterogena atunci doar o pereche de parametri din cei trei nu mai
este suficienta pentru determinarea univoca a starii.
Din aceasta cauza este necesara introducerea unui nou parametru de stare, acela:
concentratia masica a celor doua faze, adica ponderea masica de stare in ansamblul
eterogen format din cele doua faze. La vaporizare sistemul eterogen se numeste vapori
saturati umezi si este alcatuit din fazele lichid saturat si vapori saturati uscati. Notam cu m
si m masele celor doua faze si cu m, masa totala a sistemului.
= +"
Definim cele doua concentratii masice astfel: ponderea masica a fazei gazoase
(vaporii saturati uscati notati cu x) poarta numele de titlu a vaporilor.
="
+"="
Ponderea masica a lichidului saturat notat cu y, se numeste umiditate.
=
+"=
Cele doua concentratii nu sunt independente, deoarece + = 1, si de aceea numai una din cele doua concentratii este variabila independent, convenind ca aceasta sa fie titlul
-
x. Astfel titlul vaporilor va reprezenta parametrul de stare suplimentar necesar definirii
univoce a starii vaporilor saturati umezi.
Din motiv de ordin practice cu privire la calculul cu marimile vaporilor, au fost
construite tabele de valori in care marimile importante pentru valori sunt inscrise.
Deoarece luarea in considerare si a titlului, complica in mod inacceptabil structura si
modul de lucru cu tabelele, vom gasi in stare tabelara doar marimile pentru system omogen
(lichid saturat si vapori saturati uscati; lichid la temperatura mai mica decat temperatura de
saturatie si vapori supraincalziti). Prima categorie de tabele (lichid saturat si vapori saturati
uscati) poarta numele de tabele de vapori saturati. A doua categorie (lichid sub temperatura
de saturatie si vapori supraincalziti) poarta numele de tabele cu vapori supraincalziti.
1. Tabele de vapori saturati exista in doua variante:
Tabele functie de temperatura: in care se cunoaste temperatura de
saturatie
Tabele functie de presiune: la care se cunoaste presiunea de saturatie
2. Tabele de vapori supraincalziti:
Presiunea este luata ca parametru. Pentru marimile de stare ale vaporilor saturati
umezi se utilizeaza marimile pentru cele doua faze (lichid saturat; vapori saturati uscati)
care se gasesc in tabelele de vapori saturati si o relatie care le leaga prin intermediul
titlului.
Fie A pentru sistemul eterogen vapori saturati umezi, respectiv A si A pentru cele
doua faze care ii alcatuiesc. Scriem: = + "
Rescriem in marimi masice/clasice:
= +""
Impartim prin m, si rezulta:
=
+
"
=>
a=ya'+xa"
= 1 } => = + (" )
Pe baza acestei relatii generale putem particulariza pentru marimile de stare ale
vaporilor saturati umezi: {
= + ( )
= + ( ) = +
= + ( ) = +
=
Cresterea functionalitatii unei diagrame pentru vapori de tipul p-V sau T-s se asigura
prin trasarea in domeniul bifazic a unei familii de curbe, numite curbe de titlu constant. In
-
aceasi ordine de idei, curbele limita inferioare si superioare, vor devein curbe de titlu
constant adica: x=0 pentru Km si x=1 pentru Kn.
Curs 6
Parametrii si marimile pentru vapori precum si reprezentarea proceselor si
a ciclurilor si interpretarea acestora sunt posibile sunt posibile facant apel la
niste intrumente grafo-analitice numite diagrame pentru vapori.
Acestea se impart in 2 categorii :
-diagrame generale ( Pv si T-s)
-Diagrame specific unor clase de aplicatii in care intervin vaporii,acestea sunt
diagram a h-s utilizata in cazul instalatiilor energetice cu vapori, respective lg p-
h utilizata la instalatiile frigorifice cu comprimare mec, de vapori.
-
In cele ce urmeaza vom face o reprezentare a fiecareia dintre cele 4
diagrame cu trasarea curbelor parametrice importante.
H-S:
Aceasta diagrama este utila in cazul instalatiilor de turbine cu abur,
deoarece permite o usoara def a lucrului mechanic isentropic de destindere in
turbine prin mas. Pe vertical a lungimii segmentului de dr. care uneste starea
initiala si finala.
LG P-H:
Diagrama este utilizata la instalatiile frigorifice cu comprimare mec. de
vapori prezinta avantajul ca marimile energetice( caldura schimbata si lucru
mechanic)se determina usor, deoarece procesele respective se reprezinta prin
segment de dreapta orizontala a caror lungime se masoara usor pe abscisa.
Vaporii sunt agentul de lucru care este utilizat in 2 clase de mas. si
instaltii termice
a.Instalatii energetice cu vapori
-
b.Instalatii si mas. frigorifice cu comprimare mec. de vapori. vom studia
ciclurile acestor instalatii in urmatoarele 2 capitole.
Ciclurile instalatiilor energetice cu vapori
Instalatiile energetice cu vapori sunt instalatii termine de foarte mare
complexitate in care agentul de lucru(apa) este vaporizat, vaporii rezultati
destinzandu-se intr-o trubina in care produce lucru mecanic si dupa care sunt
readusi in stare lichida prin condensare si apoi ciclul se reia.
Facem mentiunea ca utlizand vaporizarea si condesarea agentul de lucru
devine posibila realizarea practica a ciclului carnot, lucru care era imposibil
folosindca agent de lucru un gaz.
Acest lucru se datoreaza faptului ca procesele de vaporizare si condensare
izobare au loc la temperature constant(temperaturi de saturatie), astfel devine
posibila realizarea practica a proceselor izotermne ale ciclului.
2-3: - contensare isobar-izoterma
4-1: - vaporizare isobar-izoterma
-
Randamentul termic:
Lc= 1 - Tsr/TSC max
Desi asigura randamentul termic maxim posibil ciclul carnot cu vaporii nu este
utilizat deoarece apar o serie de inconveniente care anuleaza avantajul
randamentului max.
Din aceasta cauza se renunta la ciclul carnot si rezulta un ciclu perfectionat de
randament mai bun. Acest ciclu se numeste ciclu RANKIN cu supraincalzire.
-
Instalatia este compusa din:
-generatorul de abur G.A, care este un aparat termic, schimbator de caldura in
care lichidul este incalzit isobar pana la temperature de vaporizare, dupa care
este vaporizat iar vaporii rezultati sunt supraincalziti. Are doua parti si anume :
sistemul vaporizator in care are loc incalzirea si vaporizarea, respective
supraincalzitorul (S.I) in care are loc supraincalzirea vaporilor.
* generatoarele de abur folosesc ca sursa de caldura fie energia termica
dezvoltata prin arderea unui combustibil conventional, fie caldura dezvoltata in
reactive nucleara de fisiune a unui combustibil nuclear. Cele cu combustibil s.n
cazane
-turbina cu abur (T.A) Este o masinarie rotativa cu palate, rotorice si statice, in
care aburul supraincalzit se destined producand energie mecanica. Turbina este
cuplata la un generator electric (G.E) care transforma energia mecanica in
energie electric ape care o injecteaza in reteaua de distributie trifazata.
-condensatorul (K) este un aparat schimbator de caldura in care vaporii care
parasesc turbine cedeaza caldura apei de racier condensandu-se.
-
-pompa (P) de condensate care are roul de a ridica presiunea lichidului care
pareseste condensatorul pana la valoarea pres. de lucru din generatorul de aburi.
Descrierea ciclului:
- Aburul supraincalzit avand presiunea p1 si temperature T1 furnizat de
G.A intra in T.A procesul 1-2 este destinderea izentropica a aburului in
turbine de la p1 la p2, prin destundere aburul se raceste devenind saturat
uscat si apoi umed . La iesirea din turbine are titlul x2. Acest titlu trebuie
sa fie > 0,9 pentru a reduce efectul eroziv al picaturilor de apa asupra
paletelor turbinei. Procesul 2-3 este condensarea isobar-izoterma la p2 si
Ts2 in condesatorul K. Apa de racier a K preia caldura latenta de
condensare de la abur, acesta isi creste umiditatea pana ce devine lichid
saturat (starea 3). Procesul 3-4 este ridicarea presiuneii in pompa P a
lichidului de la p2 la p3.Procesul este practice izocor si este isentropic.
- In diagram T-s pct. 3 si 4 practic se confunda, deoarece in faza lichida
izobarele sunt extrem de apropiate ele practice confundadu-se cu curba
limita inferioara. In realitate reprezentarea este ca in ultima figura.
- La un factor de ridicare a presiunei a apei de 104 rezulta T4-T31K
Procesele 4-5 , 5-6 si 6-1 au loc izobar la p1 in G.A. 4-5 si 5-6 in sistemul
vaporizator si 6-1 in supraincalzitor, 4-5 este incalzit pana la temperature
de saturatie Ts1 a lichidului 5-6 este vaporizarea la Ts1=ct, iar 6-1 este
supraincalzit de la Ts1 pana la T1.
-
CURSUL 7
Calculul randamentului termic al ciclului Ranking cu
supraincalzire
In diagram T-S q1-caldura primtita sursa calda reprezinta caldura totala necesara
incalzirii pana la atingerea temperaturii de saturati(4-5)vaporizarii(5-
6),respective supraincalzirea pana la T1(6-1).
Caldura cedata sursei reci q2 este caldura evacuata prin intermediul
condesatorului catre mediul ambient prin apa de racier,reprezinta caldura totala
de condensare a aburului cu titlul 2 care paraseste turbina.
Plecand de la definitia t=1-|2|
1
Deoarece procesele sunt izobare(2-3,4-5,5-6,6-1)conform principiului I
q=dh-vdp rezulta relatia q=hf-hi
-
Prin urmare q1=h1-h4 rezulta t=1-2314
=142 +3
14
t=12(43)
14
OBSERVATIE!
Deoarece temperaturile punctului 3 si 4 sunt foarte apropiate in diagram T-S
cele doua puncte practice se confunda rezulta ca si valoarile entalpiilor sunt
extreme de apropiate h4h3=>h4-h30 => t=12
13 .
Lucrul mechanic ciclic este suma algebrica dintre lucrul mecanic dezvoltat in
turbina si lucrul mecanic consumat in pompa: lc=lT+lP=lT-|lP|
Pentru determinarea lucrului mecanic in turbine si pompa (lucrul mecanic
tehnic) aplicam ecuatia principiului intai al termodianmici
q-lt=h(am neglijat variatiile energiei cinetice si potentiale).
Deoarece ambele procese sunt izentropice(adiabat-reversibile)=>lt=-h=hi-hf.
Drept urmare lcin turbina lT=h1-h2.In terminologia specifica turbinelor cu abur
diferit h1-h2 poarta numele de cadere termica a turbine=> lp=h3-h4
lp 0=>
lc=lT=> Pteoretic=mlT=m(h1-h2).
Cazul discutat de noi pana acum se refera la destinderea adiabat reversiblia in
turbine(izentropic), in realitate destinderea ireversibila facandu-se cu crestere de
entropie.
-
(r ) S1=S2
(i )S1l
iT
Prin cazul destinderii ireversibile(reale) turbine dezvlota un lucru mecanic mai
mic decat in cazul destinderii reversibile(ideale).Ireversibilitatile determina
scaderea lucrului mecanic dezvlotat de turbine.
Ireverssibilitatea procesului din turbine are drept consecinta cresterea titlului
aburului la iesirea x2i>x2r ceea ce este bine.
Gradul de ireversibilitatea al procesului este reflectat de un indice numit
randament isentropic sau randament intern al turbine.
s=
=
12
12< 1 .
-
Acesta este raportul dintre lucru mecanic ireversibil dezvoltat si lucru mecanic
reversibil.Uzual o turbine bine proiectata are un randamnet izentropic0,82.
In cele ce urmeaza ne presupunem sa studiem care sunt caile de marire a
randamentului termic al ciclului. Aceste cai se impart in 2 categorii.
A Cai generate care decurg din analiza termodinamica a ciclurilor respective.
B Cai specific aplicabile doar ciclului Ranking cu supraincalzire.
A Caile generale de marire a radamentului termic rezulta dintr-o operatiune
numita canalizarea ciclului care consta in inlocuirea ciclului analizatt cu un ciclu
Carnot care produce aceleasi efecte.
Fie un ciclu oarecare cu diagram T-S
QSC= 2
1()q=TSC(s2-s1) => C=
1
21 q =
qsc
S2S1
2
1() => TSR=
1
21
q =|qSR|
S2S1
2
1() =>
t= etc =1-
-
In baza echivalentei intre ciclul Carnot astfel construite si calculate initial
tragem concluzia ca marirea randamentului teric al ciclului initial se poate
realize fie crescand TSC,fie reducant TSR .
t {1. TSC 2. TSR
In virtutea concluziei precedente constatam ca marirea temperaturii medii la
sursa calda Ranking se poate face fie crescand TS1 fie T1 iar reducerea TSR se
poate face reducand TS2.
A.1. TSC
A.1.1 Ts1-Cresterea TS1 se obtine ridicand presiunea superioara a ciclului p1.
X2< x2
Crestrea presiunii p1 are ca efect secundar negative scadera titlului x2,fapt care
are consecinte negative asupra condtitiilor de lucu in treptele finale ale
turbine,datorita continutului ridicat de apa al aburului,acesta fiind sub forma de
-
picaturi care lovesc cu viteza foarte mare paletel fixe si mobile ale turbine avand
un efect de coroziune care in timp te distruge.
Datorita acestui efect eroziv titlul fiind trebuie sa fie de minim de 0,9 ceea ce
limiteaza gama de valori pentru TS1.In plus cresterea presiunii P1 implica o
crestere a solicitarii mecanice in piesele statile ale partii de inalta presiune.In
prinicipal tubulatura cazanului.
Curs 8
1
Cresterea temperaturii de supraincalzire are drept consecinta favorabila
marirea titlului aburului la iesirea din turbina, deci per ansamblu aceasta cale de
marire a randamentului este benefica. Cu toate acestea intervine si aici o limitare
care este de ordin tehnologic si se refera la partea de inalta temperatura a
turbinei (paletele rotunde din primele trepte).
n3 = 60f /p, f - frecventa rotatiei, p - nr de perechi de poli ai generatorului;
f = 50 Hz , p = 1n = 3000 rot/min
-
In exploatarea curenta temperatura maxima de supraincalzire a aburului
este limitata la 650 grade C datorita unui fenomen numit flugi de inalta
temperatura al materialului paletelor in contact cu aburul de temperatura inalta,
fenomen care inseamna alungirea in dom. plastic a paletei sub actiunea
combinata a temperaturii inalte si a solicitarilor axiale datorate fortei centrifuge,
din aceasta cauza paletele din primele trepte sunt din OL austenitic, consturile
de fabricatie extrem de ridicate.
A2. Tsr:
La SR (condesatorul turbinei) schimbul de caltura este izobar, izoterm la
p2 si Ts2 si deci rezulta ca trebuie sa scadem temperatura de condensare, ceea ce
inseamna scaderea presiunii p2.
Reducerea presiunii din condesator si deci a temperaturii de saturatie Ts2
are un efect secundar negativ care consta in scaderea titlului starii finale, cu
toate acestea insa nu aceasta este limitarea care opereaza in acest caz, de o
limitare de ordin principal, aceasta consta in raportul in care se afla Ts2 si
temperatura mediului ambiant.
Pentru ca procesul din schimbul de caldura din condesator sa aiba loc in
sensul dorit, adica cedarea caldurii latente de condensare de catre abur catre
-
med. ambiant Ts2 > temperatura ambianta. In plus pentru a nu rezulta un
condensator de dim. exagerat de mari diferenta de temperatura dintre aburul din
instalatie si apa de racire trebuie sa fie de minim 5 grade C.
Plecand de la aceste conditii rezulta ca nu putem cobori constant de mult
temperatura Ts2.
Dupa ce am epuizat aceste cai de eficientizare a ciclului ne putem gandi si
la caile specifice de marire a randamentului care sand legate de caracteristicile
parametrilor ai aburilor Rankin de supraincalzire.
Aceste cai specifice sunt urmat:
B. Cai specifice
B1. Resupraincalzirea
- aceasta metoda consta in destinderea partiala a aburului intr-un corp al turbinei
urmata de o noua supraincalzire (numita resupraincalzire / supraincalzire
intermediara) si destinderea intr-un alt carp al turbinei. Datorita complicatiilor
const. se practica maximum resupraincalzirea
Supraincalzitorul cazanului ale 2 corpuri (2 trepte) Si1 si Si2 in care Si1
este suprancalzitorul propriuzis, iar Si2 este resupraincalzitorul. aburul la
presiune p1 este suprancalzit in prima treapta pana la temperatura T1 (starea a) si
se destinde a corpul de inalta presiune CIP pana la presiune intermediara pi
ajungand in stare de abur saturat uscat (stare b). In cont. intra in treapta a 2-a Si2
deasupra incalzitorului in care este resupraincalzit izobar (la pi) pana la
temperatura T1 si urmeaza destinderea in corpul de joasa presiune CVP. Se
observa ca resupraincalzitorul conduce si la o marire a titlului starii finale (x2 >
x2').
= 1
|2|
1
-
|2| = 2 3
1 = 3 + 1
=
3 + 1 2 + 31 3 +
=1 2 + 1 3 +
=1 21 3
Deoarece daca la un raport se aduna atat la numarator, cat si la numitor aceeasi
cantitate, vol raportului creste, constatand ca in cazul nostru aceasta cond. este
indeplinita deoarece in expresia randamentului termic al aburului Rankin am
adaugat un numitor si numarator ha si hb.
>
B2. Preincalzirea regenerativa
- ideea metodei consta in preluarea unor fractiuni din debitul total de abur care
se destinde in turbina in anumite pct. ale turbinei numite prize si utilizarea
acestui abur la preincalzirea condensatorului care vine de la condesator. spre
exemplificare vom prezenta cazul instalatiei cu 2 prize
-
Prizele de abur sunt orificii din carcasa turbinei astfel calibrate incat sa permita
trecerea unor fractiuni de debit bine det. Daca pp. ca prin turbina trece 1kg abur,
at in priza 1 este prelevata fractiunea alfa 1 la presiune px1, iar in a 2-a priza
fractiunea alfa 2 la presiune px2.
Dupa a 2-a priza (la iesirea din turbina) debitul 1, 1-alfa1-alfa2, iar intre cele 2
prize 1-alfa1.
Fractiunea alfa 2 din a 2-a priza se amesteca cedand caldura
condesatorului care vine de la condesator, proces care are loc in preincalzitorul
regerativ pr1 care este un schimb de caldura cu amestec. Pentru ca sensul de
circulatie sa fie cel corect, al aburului si condesatului, inainte de pr2 este
necesara intercalarea pompei de condensat P2 care indica presiunea
condesatorului de la valoarea p2 din condesator pana la valoarea px2 a aburului
din a 2-a priza rezulta condesat cu parametrii 32 care se amesteca in PR1 cu aburul din prima priza avand presiune 1 > 2, motiv pentru care este necesara pompa de condensat p1, daca amestecarea condesatorlui cu presiune
1 intra in pompa principala PP care ii ridica presiunea pana la valoarea p1.
Pentru un ciclu cu n preincalziri regenerative expresia randamentului termic
este:
=
1 2 ( 2)=1
1 3 ( 3)=1
>
Numarul maxim de preincaziri regenerative este de 11.
B.3. Cogenerare(Termoficare)
Consta in producerea simultana de energie electrica si enrgie termica.
Deoarece intr-un ciclu Rankin o cantitate uriasa de caldura evacuate in mediul
ambiant la condensator, datorita temperaturii scazute aceasta caldura nu poate fi
utilizata. Ideea cogenerarii este de a face ca energia termica evacuate din ciclu sub
forma de caldura sa fie energie utila. In acest fel randamentul global al instalatiei
devine teoretic =100%, deoarece caldura primita de la sursa calda este integral
valorificata sub forma de energie electrica si energie termica utila.
Din aceasta cauza cogenerarea este foarte mult utilizata:
Schemele sunt in principiu doua:
-
B.3.1 Turbine cu priza:
B.3.2 Turbine cu contra
presiune:
Ciclul teoretic al instalatiilor frigorifice cu
comprimare mecanica de vapori
-
Generalitati:
Racirea este procesul in care un corp de o anumita temperatura este pus in
contact cu un altul de temperatura inferioara in scopul extragerii de caldura de la
primul, daca temperatura, daca procesul are loc la temperatura ale corpurilor mai
mari decat temperatura mediului ambiant, atunci procesul are loc spontan. Daca
insa corpul care trebuie racit trebuie sa atinga o temperatura mai mica decat
temperatura mediului ambiant, atunci procesul se desfasoara doar cu consum de
energie din exterior si vorbim despre obtinerea frigului artificial.
In general aceasta poarta numele de refrigerare si ansamblul de metode,
tehnici, procedee, masini si instalatii de producere a frigului artificial poarta
numele de tehnica frigului.
In functie de intervalul de temperatura in care se desfasoara procesele de
refrigerare vom intalni urmatoarele aplicatii:
t > 30C - pompe de caldura (PC)
5 < < 30 climatizare
200 < < 5 frig industrial
< 200 frig adanc sau Criogenie
Metodele de obtinere a frigului artificial se impart in doua mari categorii:
A. Metoda fara agent
- Care nu utilizeaza un agent frigorific
- Nu au aplicatii in frigul industrial
B. Metode cu agent
B.1 Circuit deschis:
- in care agentul frigorific dupa ce a fost adus la temperatura prescrisa este pus
in contact cu mediul supus racirii, preia caldura de la acesta si apoi este
aruncata/nu se mai foloseste.
Metode:
- Evaporarea apei
- Solutii refrigerente
- Utilizarea ghetii
B.2 Circuit inchis:
- agentul frigorific este racit intr-o parte a instalatiei, apoi pus in contact cu
mediul supus racirii, prei caldura de la acesta, si apoi cedeza aceasta caldura
mediul ambiant, dupa care ciclul se reia.
-
B.2.1 Fara schimbare de stari de agregare:
- ciclurile frigorifice cu aer (Bell-Colman)
B.2.2: Cu schimbarea starii de agregare:
- in acest caz agentul frigorific trece alternativ dein faza lichida in faza de
vapori
- aceasta medota este cea mai utilizata
- comporta trei variante functie de modul in care se face comprimarea
vaporilor:
Prin comprimare mecanica intr-un compresor
Prin ejectie de abur
Prin absorbtie
Ejectia de abur este cel mai putin utilizata.
Agentii frigorifici
Definitie: Agentul frigorific este un agent termodinamic in stare fluida care are
rolul de a prelua caldura de la mediul supus racirii si de a o ceda mediului ambiant.
In prezent se cunosc aproximativ 30 de agenti frigorifici si deoarece nici
unul dintre acestia nu poate indeplini toate cerintele pentru agentul frigorific ideal,
ei vor fi utilizati fiecare corespunzator proprietatilor celor mai favorabile in acel
tip de aplicatii in care aceste proprietati in care aceste proprietati sunt esentiale.
Clasificarea:
1.Dupa structura chimica:
- conform acestiu criteriu intalnim uramatoarele clase de agenti:
a) compusi organici: H2O, NH3, CO2, SO2
b) hidrocarburi: CH4, C2H6, C3H8, C4H10
-
c) freoni rezulta din hidrocarburi in care atomii de H din molcula sunt complet
sau partial inlocuiti cu atomi de halogene(F, C, Br)
c.1) CFC cloro-fluoro-carboni
c.2) HCFC hidrogen-cloro-fluoro-carboni
c.3) HFC hidrogen-fluoro-carboni
d) amestecuri azeontrope/zentrope de freoni
- cele azeontrope au punct de fierbere in timp ce cele zeotrope fierb intr-un
interval de temperatura.
Exista o conventie internationala de simbolizare a agentilor frigorifici care
stabileste reguli precise. Pentru ca freonii sunt cei mai utilizati vom exemplifica
pe cazul acesta:
CmHnFpClq
Simbolizarea se face scriind R(F)-(m-1)(n+1)p
Compusii anorganici: R-178; R-717
Observatie:
Freonii au fost descoperiti si sintetizatu in anii 30 ai secolului trecut.
Datorita proprietatilor extrem de favorabile(aproape de perfectiune) au captatat o
extindere extrem de mare, practic echipand marea majoritate a masinilor si
instalatiilor frigorifice. In anii 70 insa s-a constatat ca gaura din stratul de ozon
care protejeaza Pamantul impotriva radiatiilor UV de la Soare este cauzata de
CFC si HCFC, prin atomii de Cl, motic pentru care utilizarea acestora a fost trptat
restransa si in prezent este interzisa.
Freonii afectand atat structura de ozon(CFC si HCFC), cat si clima la nivel
global prin intermediul efectului de sera(toti freonii), singurii agenti frigorifici
care nu au efecte fiin hidrocarburile(care sunt insa inflamabile), acestea din urma
vor ramane ca unici agenti frigorifici in majoritatea instalatiilor.
CURS 10
INSTALATII FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANICA DE VAPORI
-aceste instalatii fac parte din metodele de obtinere a frigului artificial cu
agent in circuit inchis ,in principiu agentul frigorific din instalatie in stare de
-
vapori este comprimat,cedeaza caldura mediului ambiant ,condensandu-se
,lichidul rezultat sufera un proces de laminare ,temperatura scazandu-i in mod
semnificativ dupa care se vaporizeaza absorbind caldura de la incinta care trebuie
racita .
Schema de baza a instalatiei precum si reprezentare cilcului in diagrama T-
s si lg p-h sunt prezentate :
-
Instalatia este compusa din urmatoarele elemente:
-
Compresorul c.p. care are rolul de a comprima vapori de agent de la presiunea p0 din vaporizator pana la presiunea pk din condensator.De obicei este un compresor cu piston.
Compresor Scroll:
-condensatorul k este un schimbator de caldura prin intermediul caruia
vaporii de agent comprimati avand temperature mai ridicata decat temperatura
mediului ambiant ii cedeaza caldura acestuia.Vaporii fiind supraincalziti se racesc
pana la temperatura de saturatie , dupa care condenseaza. La iesirea din
condensator agentul frigorific este in stare de lichid saturat.
-subracitorul -SR este un schimbator de caldura cu rolul de a raci in mod suplimentar agentul in stare lichida,racire care se realizeaza cu ajutorul apei de
racire
-condensatorul si subracitorul lucreaza la presiunea pk ,realizata in compresor.
-VL ,ventilul de laminare este o portiune ingustata a traseului lichidului in care acesta isi reduce presiunea de la pk la p0.Drept urmare la iesirea din VL agentul de lucru este in stare de vapori saturati umezi cu titlul scazut.
-SL,separator de lichid. Este o butelie in care are loc separarea gravitationala a lichidului de vapori.Scopul este de a evita aspirarea de catre
compresor de picaturi de lichid care formeaza o perna de lichid deasupra
pistonului ,care lichid fiind incompresibil poate provoca distrugerea pistonului.
V-vaporizator si reprezinta incinta care trebuie racita,lichidul care patrunde in vaporizator are temperature mai scazuta decat cea pe care trebuie sa o realizam
si atunci preia caldura realizand efectul de racire si vaporizandu-se.La iesirea din
V mai pot exista inca picaturi de lichid revaporizat motiv pentru care este necesara separarea acestora in SL
Ciclul este compus din urmatoarele procese:
-agentul frigorific in stare de vapori saturati uscati(1) avand presiunea p0 din vaporizator sin temperature T0 este aspirat de compresor.Procesul 1-2 este comprimarea izentropica a vaporilor de agent de la p0 la pk si are loc in compresor. La iesirea din compresor (2) vaporii de agent sunt supraincalziti avant
temeperatura T2.Procesul 2-2 se numeste desupraincalzire. Temperatura vaporilor scazant pana la temperature Tk prin cedare de caldura catre mediul ambiant. Procesul 2-3 este condensarea vaporilor care are loc izobar si izoterm
-
in starea 3 agentul frigorific este in stare de lichid saturat. Procesele 2-2 si 2-3
izobare la pk au loc in condensatorul K , in proces cedandu-se caldura qk .
Procesul 3-4 se numeste subracire si are loc in pk in subracitorul SR. Subracirea se face cedand caldura apei care circula prin serpentine subracitorului.
Aceasta avand temperatura sub temperature mediului ambiant asigura racirea
suplimentara a agentului frigorific.
Procesul 4-5 are loc in ventilul de laminare VL si consta in scaderea presiunii agentului de la pk la p0. Acest lucru se datoreaza portiunii ingustate a traseului , iar procesul are loc la entalpie constanta.Spunem ca laminarea este un proces
izentropic.
q45 45 = 5 4 + +
q45 = 0
45 = 0
= = 0 5 4 = 0 5=4 =
La parasirea ventilului de laminarea agentul frigorific este sub forma de
vapori saturati umezi avand titlu redus. In separatorul de lichid are loc segregarea
celor 2 faze sub actiunea gravitatiei: lichidul se acumuleaza la partea inferioara,iar
vaporii umplu spatiul de deasupra.
Separarea lichidului este procesul 5-6.
Procesul 6-1 reprezinta vaporizarea izobar-izoterma(la p0 si la T0) a lichidului separate care are loc in vaporizatorul V. Prin vaporizarae este absorbita caldura
q realizandu-se astfel efectul frigorific.Vaporii rezultati sunt returnati in
separatorul de lichid din cauza ca pot antrena picaturi de lichid.Pentru a evita
aspirarea acestora de catre compresor se recurge la Solutia returnarii in separatorul
de lichid in acest fel vaporii care parasesc separatorul vor fi complet lipsiti de faza
lichida.
Eficienta frigorifica a ciclului se calculeaza plecand de la definitia :
=0
||
0 =
0 = 1 5
|| = 2 1
-
=1 52 1
Cerinta maririi lui 0 pentru a mari eficienta a ciclului explica din ce cauza recurgem la subracire.
In ciclul fara subracire efectul util este caldura 0 in timp ce in ciclul de subracire efectul util este 0
. In ambele situatii consumul de lucru mecanic este
acelasi.
0 > 0
0
||>
0
||
>
In calitate de sursa pentru subracire poate fi utilizat insusi agentul frigorific al
carui vapori au temperatura T0 la iesirea in vaporizator pot fi utilizati in vederea subracirii lichidului care pleaca din condensator.Spunem ca realizam un ciclu
frigorific cu regenerare.
-
Lichidul care paraseste condensatorul cu starea 3 este subracit (3-4) cedand
caldura () vaporilor de agent care parasesc vaporizatorul. Acestia se supraincalzesc (6-1) dupa care sunt comprimati.Separatorul de lichid nu mai este
necesar deoarece supraincalzeste.In SRR ne asigura ca nu vom avea lichid aspirat
de compresor.
CURS 11
Aerul umed
-este un agent termodinamic foarte mult utilizat in instalatii de climatizare precum
si in instalatii industriale, cum ar fi de exemplu instalatiile de uscare ale
materialelor.
Deoarece in timpul proceselor la care este supusa proportia de vapori de apa din
aer se poate modifica, rezulta ca aerul umed este un amestec gazos de compozitie
variabila motiv pentru care abordarea acestuia se face in mod diferit de cea a
amestecurilor gazoase cu compozitie fixa.
Proportii termofizice ale aerului umed.
A. Compozitia - poate fi vazuta ca un amestec format din 2 componente :-
componenta uscata(a) numita si aer uscat, respectiv vaporii de apa(v)
Componenta uscata are compozitia fixa in care in proprtii volumice vor fi
prezente N(=78%) O2(=21%) si alte gaze(1%).
Aceste alte gaze sunt Ar , Co2, H2 ,He ,O3 ,Xe ,Ne ,So2;
De aceea admitem ca aerul uscat este compus din: 79% N si 21% o2.
2.Presiunea coform legii lui Dalton p. va fi suma presiunilor partiale ale celor
doua componente.
P=pa+pv
La o temperatura data presiunea partiala a vaporilor 0
-
3.Temperatura in cazul aerului umed vorbim de 3 temperaturi ale acestuia care
difera prin conditiile in care se masoara.
a.temperatura termometrului uscat t care este si temperatura efectiva a aerului
este temp. Masurata cu un termometru a carui rezervor este ecranat termic.
b.temperatura termometrului umed t`- este temperatura masurata cu un
termpometru cu rezervor ecranat termic dar care este invelit intru-un material textil
imbibat cu apa. Daca aerul este nesaturat termometrul umed va arata o temperatura
-
Suprasaturare x>xs x-xs condenseaza
4.2 Umiditatea relativa (l) raportul dintre masa vaporilr cotinuti in aer si masa
maxima posibila la temperatura respectiva(adica la saturatie).
=mv/mvs
PvV=mvRvT
PsV=mvsRvT
= =
5.Cp - in gama uzuala de temperaturi de lucru cald. specifice mediiale aerului
uscat si vaporilor.
Cpa=1.006KJ/KgK (1)
Cpv=1.836KJ/KgK (2)
(1);(2)
= + 1 +
=1.006 + 1.836
1 +
6. Entalpia (h)
Facand conventia ca la 0C h=0 atunci la t0C ha=Cpat=1.006t, iar hv=r+Cpvt
hv=2500+1.836t
r=2500 KJ/Kg - caldura latenta de vapori a apei
h=1.006t+2500x+1.836tx
CURS 12
-
Diagrama h-x (MOLLIER)
La baza constructiei acestei diagrame se afla relatia pentru entalpie h =1.006t + 2500x + 1.863tx, dar aceasta diagram are o particularitate care rezulta din urmatoare constatare.
-
Daca diagram este una normala cu axele ortogonale, atunci domeniul util
(al aerului umed nesaturat) este cel hasurat.
Deoarece acest domeniu este foarte restrans MOLLIER a avut ideea de al
dilata rotind in jos cu un anumit unghi reteaua de drepte h=constant.
Curbat de saturatie = 1, este locul geometric al starilor aerului saturat. Deasupra este domeniul aerului nesaturat, iar dedesubt este domeniul aerului
suprasaturat, numit si domeniul de ceata.
In acest domeniu aerul suprasaturat cu vapori si din cauza ca nu poate
contine maximul posibil pentru starea de saturatie, surplusul de umiditate
condenseaza sub forma de ceata.
Indiferent daca aerul este nesaturat sau suprasaturat el va tinde in mod
spontan sa devina saturat, daca este nesaturat se va imbogati cu vapori pana ce
atinge starea de saturatie; daca este suprasaturat va devein saturat prin
condensarea surplusului de umiditate.
In domeniul aerului nesaturat intalnim curbele = si izotermele t=constant. Acestea sunt drepte a caror panta este proportional cu temperature.
Izoterma de 0 este orizontala. Pe unele diagrame la partea inferioara este trasata o
dreapta inclinata numita dreapta presiunilor partiale cu ajutorul careia se
determina presiunea partial a vaporilor de apa din aer.
Modul de lucru cu diagram:
-
Fie o stare A a aerului nesaturat determinat prin temperature si umiditatea relative (HIGROMETRU)
Preliungim izoterma pana pe = 1, obtinem punctual B care corespunde starii de satuarti a aerului la temperatura care este presiunea partiala maxima pentru temperatura respectiva.
Coborand pe = din punctul A pana pe curba de saturatie obtinem punctul C care corespunde starii aerului rezultata in urma umidificarii
adiabatice si care estet starea aerului umed din zona rezervorului termometrului
umed.
Prin urmare temperatura punctului C este temperatura termometrului umed
t. = (), adica continutul de umiditate la saturatie pentru temperatura termometrului umed, iar presiunea de satuartie corespunzatoare.
Coborand pe = din A pana pe curba de saturatie obtinem punctul D. Procesul prin care aerul ajunge dein A in D este o raciere la =, prin care aerul devine in final saturat cu vapori.
Tinand cond de defintia temperaturii punctului de roua rezulta ca
temperatura punctului D este tocmai temperatura punctului de roua.
-
Raportul de termo-umiditate:
Procesele aerului umed se reprezinta in diagrama prin segment de dreapta:
die 2 stari
1(1, 1)
2(22)
Procesul 1-2 va reprezenta segmental de dreapta care uneste cele 2 stari.
-
Def: Se numeste raport de termoumiditate (), raportul dintre variatia entalpiei aerului si variatia continutului de umiditate intr-un process al aerului
umed.
12 =h
x=2 121
Denumirea este justificata de faptul ca procesele aerului umed sunt procese
simultane de schimbare de caldura si umiditate si se reprezinta in diagrame prin
segmente de dreapta.
Raportul de termoumiditate nu este altceva decat panta dreptei procesului
fata de directia dreptei de entalpie constante. Pentru o determinare usoara a lui unele diagrame sunt prevazut cu o scala unghiulara al carei pol este O.
Pentru determinare lui 12 ducem prin pol paralela la directia acestuia si citim pe scala valoarea corespunzatoare.
In functie de valoarea lui si de sensul schimbarii de caldura si de umiditate procesele se impart in 4 categorii avand drept corespunzatoare 4 regiuni
de diagrame.
-
I. Procese de incalzire cu umidificare
II. Procese de incalzire cu uscare
III. Procese de racire cu uscare
IV. Procese de racire cu umidificare
Procesele aerului umed
1. x= constant aceste procese au loc atunci cand aerul este in contact cu
o suprafara mai calda( incalzire la x=constant) sau cu o suprafata mai
rece, dar a carei temperatura este mai mare decat temperatura punctului
de roua.
1-2:incalzire la x=constant
1-3:recire la x=xonstant
Constatam ca prin incalzire umiditatea relativa scade, iar pein racire
aceasta creste. Daca temperatura supra 4 < , atunci procesul numai este la x=constant, deoarece aerul se raceste pana la temperatura
punctului de roua (punctul 4) se face pe curba de saturatie( are loc condensarea
surplusului de umiditate astfel incat 4 < )
-
= 0 =
12 = 21 = (1.006 + 1.863)(21)
Curs 13
Umidificarea adiabatica
Este procesul prin care aerul nesaturat in contact cu apa tinde sa se satureze
absorbind vaporii rezultati din evaporarea apei. Din cauza ca presiunea partiala a
vaporilor din aerul nesaturat este mai mica putem spune ca evaporarea apei este
procesul prin care vaporii tind sa atinga presiunea maxim posibila adica presiunea de
saturatie . Umidificarea adiabatica are loc atunci cand in aerul nesaturat se
pulverizeaza apa , procesul este adiabatic deoarece caldura necesara evaporarii apei
este preluata de la insusi aerul in care are loc pulverizarea. Scriem principiul I al
termodinamicii:
= = 0 = 0
} = 0 =
Un alt exemplu de umidificare adiabatica il constituie evaporarea apei din panza
care imbraca rezervorul termometrului umed , aerul absoarbe acesti vapori care
sunt produsi pe baza absorptiei de caldura latenta care este luata de la rezervorul
termometrului motiv pentru care temperatura indicata de acesta scade si se
stabilizeaza la valoarea numita temperatura a termometrului umed atunci cand aerul
din vecinatatea rezervorului a devenit saturat cu vapori.
-
Fie un proces de umidificare adiabatica de la starea initiala 1 de parametrii h1 si
1 pana la starea 2 cu 2
-
Umidificarea adiabatica sta la baza celei mai utilizate metode de determinare a
starii aerului umed (metoda psihrometrica). Aceasta presupune masurarea
simultana a temperaturii termometrului uscat (t) si a temperaturii termometrului
umed (t) cu ajutorul unui aparat, numit psihrometru si utilizeaza diagrama Mollier.
Procesul de amestecare a doua cantitati de aer
umed
Fie doua cantitati de aer umed: m1 cu (x1,h1), respectiv m2 cu (x2,h2). Prin
amestecare rezulta: mM cu (xM,hM) care trebuie determinat.
Starea amestecului se poate determina cu diagrama cat si cu relatii analitice.
In prealabil scriem cele 3 ecuatii de bilant.
1. Masic: m1 + m2 = mM
-
2. Termic: m1h1+m2h2=(m1+m2)hM
3. Umiditate: m1x1+m2x2=(m1+m2)xM
a. Grafic
1( 1) = 2(2 )
1( 1) = 2(2 )}
1 1
=2 2
1 1
= 2 2
1 = 2
Egalitatea celor doua rapoarte de termoumiditate, ne spune ca cele doua
segmente 1M si M2 au aceasi panta, deci sunt unul in prelungirea celuilalt si rezulta
ca punctul M se afla pe segmentul de dreapta 1-2.
Notam: 12
= (= )
12= 12
12
=21
=1
}
12=1
Rezulta ca punctul M imparte segmentul 1-2 intr-un raport invers raportului de
amestec. Aceasta regula este o regula generala, valabila pentru orice tip de
-
amestec in care intervin doi participanti cu proprietati diferite si poarta numele de
regula parghiei.
b. Analitic
Rescriem ecuatia de bilant termic, respectiv de umiditate, impartindu-le pe
fiecare la m2, obtinem:
1 + 2 = ( + 1) =1 + 2 + 1
=1 + 2 + 1
Instalatii de climatizare
In cele mai multe situatii este nevoie de controlul temperaturii si umiditatii
aerului intr-un spatiu oarecare:
a. Daca spatiul respectiv este rezidential sau destinatie social culturala
atunci temperatura si umiditatea aerului trebuie sa se situeze intre niste
elemente care corespund confortului termic .
b. Daca respectivul spatiu este un spatiu in care au loc procese
tehnologice care impun anumite valori de temperatura si umiditatii aerul
interior va indeplini diverse criterii .
Rezulta deci ca o instaltie de climatizare este o instalatie care trebuie sa
furnizeze aer care amestecandu-se cu aerul interior sa conduca la obtinerea
temperaturii si umiditatii impuse .
Aerul produs de instalatie numit aer climatizat va trebui sa preia surplusul
sau deficitul de caldura si surplusul sau deficitul de umiditate => astfel
temperatura si umiditatea impusa .
Deficitul de caldura sau degajarile precum degajarile sau deficitul de umiditate
din spatiul respectiv pot avea cele mai diverse cauze.
Schema generala a unei instalatii de climatizare
-
CC - centrala de climatizare VI - ventilator de introducere
CA - camera de amestec VE - ventilator de evacuare
FA - filtru de aer GI - gura de introducere
BPI - baterie de preincalzire GE - gura de evacuare
CU - camera de umidificare AE - aer exterior
PC - pompa de circulatie AC - aer climatizat
SP - separator de picaturi AI - aer interior = AEv aer evacuat
BR baterie de racire AR - aer recirculat
BRI - baterie de reincalzire CR - clapeta de reglaj
Prezenta diferitelor tipuri de baterii(sch. de cald ) se explica prin aceea ca
este extrem de dificil daca nu imposibil de reglat un proces direct . In urma caruia
prin schema de caldura si umiditatea aerului exterior sa devina aer climatizat cu
parametrii impusi . Reglarea , controlul si implicit automatizarea acestora sunt
posibile decat realizand procese intermediare de incalzire care sunt separate de
umidificare . Procese care sunt mult mai usor de controlat .
Spunem ca procesele din centarala de climatizare sunt procese de tratare
complexa a aerului.
Determinarea debitului de aer climatizat se face pe baza parametrilor impusi
si plecand de la valoarea calculata ale degajarilor si consumurilor de caldura si
umiditate .
-
Mv debit de umiditate
Ecuatia de bilant termic a incaperii este urmatoarea :
+ + = + +
( ) = + ( )
= +
Q sacrina termica a incaperii
- sarcina de umiditate
Q + hv surplus de caldura
=
Daca scriem ecuatia bilnatului de umiditate
( ) = =
-
=
= + }
=
=