Procese de transfer Dna Ortan USAMVB A doua parte

8/8/2019 Procese de transfer Dna Ortan USAMVB A doua parte

1/45

Coeficientul de rezistentd local6 ( la intrarea fluidului in conductd are valoarea:

l4 E= 0,5 dacd conducta are margini ascu{ite;15

: 0,25 dacd conducta are pentru intrare margini rotunjite'

16 4= 1 pentru iegirea din conductd, in toate cazurile'

CURSS -9

TRANSPORTUL FLUIDELOR PRIN CONDUCTE

Transportul fluidelor este realizat in genere prin conducte sau retele. Reglarea

cantitdlilor sau debitelor de fluide care trec prin conducte se realizeazd' cu armdturi

specifice acestui scop. Gazele umplu toatd secliunea conductei, in timp ce in cazul

lichidelor avem de-a face cu doud cazuri:

17 curgere liberd - cazin care umplu sau nu secliunea conductei;18 curgere forfatd - cazin eare umplu toatd secliunea conductei.

Solidele se transportE fie dupd solubilizare (dizolvare) intr-un solvent lichid, fie prin

aotrenare intr-un fl uid (transport hidrodinamic).Pentru montarea conductelor se folosesc:

19 piese de legaturd" montate fix sau demontabile (fitinguri);

20 dispozitive de dirijare 9i regiare a debitelor (armlturi);

21 dispozitive de etan$are, numite garnituri de etangare'

Elemente caracteristice conductelor

Jevile gi accesoriile sunt caracterizate de:

22 diameful nominal Dn;

23 presiunea nominald Pn.

Dn, Pn precum gi indicagiile asupra materialului de construclie 9i lungimea

alcdtuiesc elementele care se prescriu in eomanda de liware.

presiunile de lucru trebuie sI he cel mult egale cu presiunea nominald. Presiunea


2/45


3/45

viteza de plutire (viteza curentului de fluid la care parlicula solidd este in stalede

nemigcare in plan vertical). Egalitatea dintre forfa gravitalionald (de susin jos):

Fr=v(p,-Pr)'sps: densitatea solidului (kgim3);

pr = densitatea fluidului (kg/rn3).

Ei forla datd de energia cineticd a fluidului, dejos in sus, cale are valoare:

Fz=A 4 ,,Lunde: A : aria suprafelei proiecliei pe un plan perpendicular pe direclia de

deplasarea fluidului;

co: viteza fluidului.

F'=Fz

v(p, - p)'s = 't'{'e,,V P'-Pr .,-A pt o

coo: viteza dePlutire

(n/s).

o consumul de energie la transportul hidrodinamic in ansamblu se manifestd la fel

ca la transportul fluidelor, ins[ in acest caz trebuie sd se lind sealna de ecualialui

Fanning corectati pentru tansportul bifazic:

^tatiLPt = r ; 7' otQ+ p'a) @ierderi prin frecare de-a lungui conductei)al-,An : F.J.py$+ p.a)P, -9' Z-Iryt''r

*'(pierderileprinrezistenfelelocale)

unde: lr = coeficientul de concentratie amestec (caracteristicmaterialului);

o = 0,3 - 2: eoe{tcient de rezisten!5'in cani transportului pneumatic tebuie si se asigure 9i energia necesar6

accelerdrii particulelor care pdtrund in conductE impreund cu aerul (asigurareaenergiei

cinetice). Consumul de energie provocat de acest fenomen se calculeazAcurelalia

)o)o=


4/45

o)2, ( ,,-r^)Lpn,=;-o[t.uT)

De asemenea,se realizeazd un consum de energie pentru menlinerea particulelor in

suspensie in cazul transportului pe verticald. Consumul de energie provocat de acest

fenomen se calculeazd eu rela{ia:

Lp, = p.g.p.lr. 'f0f -@p

TRANFER{JL DE CALDI.IRA

Nofuni fundamentale

Transferul de cildurd reprezint[ studierea modului in care se propagi cdldura

printr-un corp intre partea lui rece gi cea caldd sau intre doud corpuri cu temperaturi

diferite. Aceastd kecere are loc de la sine, motiwl fiind diferenla de potenlialtermometric (exemplu: conducta cu fluid cald/aerul din inc[pere - apare un transfer decdldurd ce poate fi fr6nat sau activat; penfiu frdnare, poate fiizolatd conducta).

Modurile elementare de transfer de cilduri

1. Transfer de cilduri conductiv sau prin conducfie inseamnd trecerea cdlduriiprin contactul direct al particulelor unui corp. Ea are loc ca rumare a transfemlui de

energie cineticd de la o moleculd la alta vecind ei. Presupune o imobilitate a corpului, in

interiorul c5ruia existd un gradient de temperahud $i este caracteristicd corpurilor solide.


5/45

2. Transfer de cilduri convectiv sau prin convectie inseamnd transferulcdldurii dintr-un punct in altul prin amestecul unei cantitdti de fluid din masa lui cu altul

de temperaturd diferitd din altd parte. Deci, convectia presupune obligatoriu o migcare a

corpului prin care trece cdldura gi deci este specificd corpurilor in stare fluidE.

Conveclia este intotdeauna insolitd 9i de conductivitate deoarece deplasarea

particulelor din corp nu elimind contactul dintre ele.

Transferul conductiv de c5.lduri ce insolegte transferul convectiv este denumit

termodifuzie, pentru a-l particul anza fal1 de cel conductiv prin corpuri imobile.

3. Transfer de c5ldurl radiant sau radiafie termicl este transport-ul de c6ldur6

de ia un corp la altul prin unde electromagnetice, cu condilia ca mediul ce le separd sd fie

transparent pentru radiafiile termice.

Mecanismul: transfornarea unei pdr{i a energiei interne a corpului in energieradianti care se propagd sub forrrl de unde elechomagnetice in spalii gi care, intAlnind

celilalt corp, se retransformd in energie termicd la zona de contact cu el.

Mirimi caracteristice transferului de clldurl(no{iuni din: termodinamic5., hidrodinamici gi electrodinamicd)

1. CAmpul de temperaturi este totaiitatea valorilor temperaturilor la un moment

oarecare r. El este o func{ie de pozilia punctului considerat gi de timp.

t = 1Q,r)

unde: / = vectorul de pozigie al punctului considerat;t = momentul la care punctul are temperahra t.2. Suprafafa izotermi este locul geometric al tuturor punctelor de temperaturd t

din corpul considerat. Suprafefele izoterme dint-un corp:

- au o pozi$e fixE in timp in cazul regimului permanent;

, - au o pozilie variabild in timp in caanl regimului tanzitoriu.

cc)


6/45

3. Regimui permanent sau tranzitoriu de transfer de elldurla). Regimul permanent de transfer de cildurl este regimul la care

corpul considerat este in echilibru termic:

Q printit = Q,,,to, (pozifia suprafelelor izoterme este fixd in timp)

Corpul nu-gi schimbd temperatura.

b). Regimul tranzitoriu de transfer de cildurl este caracteristicperioadei de incdlzire, respectiv rdcire a corpurilor gi, ca urmare:

- c[]dura primiti > clldura cedat6 (incdlzire) sau- cdldura primiti < cdldura cedatd (rdcire)

Pozilia suprafelelor izoterme se schimb5.. Pentru un interval de timp foarte mare (infinit),

regimul tranzitoriu ineeteazd., corpul ajungind la un regim permanent.

4. Gradient de temperaturl

La intersectia a doud suprafefe izoterme infinit apropiate cu un plan intr-o direclie

oarecare, se constatd o variafie de temperaturi care, raportatS la lungime, are valoarea:

gradT=lim4{=altar-ro 7\/ Al

Acest raport este maxim cind direclia I este de fapt normala la suprafelele izoterme.

Gradientul de temperaturd este modulul unui vector cu direc{ia perpendiculari pe

dou[ izoterme infinit vecine.

5. Fluxttl termic sau debitul de cilduri este c5.ldura ce trece printr-un corp sause schimbd intre doud corpuri, in unitatea de timp. Fluxul termic este de natura unei

puteri gi se exprime in SI inW.

@=

(cantitatea de cdldurd raportatd la timpul in care a fost transmisd)

6. Ftuxul termic unitar sau densitatea fluxului termic este fluxul elementar de

c[ldurd A(D care trece prin elementul de suprafap AA, perpendicular pe aceast4 inunitatea de timp.

^QAt


7/45

^ -A@'' - M 1w/m2)Fluxul termic este propo(ional cu gradientul de temperatur[ iar fluxul tetmic unitar cu

aria suprafefei prin care are loc transferul qi gradientul de temperaturd.

TRANSFERUL DE CALDURA PRIN RADIATIE

Transferul de cd.ldurd prin radiagie face parte din grupa fenomenelor in care cele

doud sisteme intre care are loc t'ansportui de energie sunt la distanld. Elementui debazd

pentru transferul de cildurd prin radialie este energia radiantl care trece de la un sistemla altul.

Fiecare corp, la orice temperatur5, emite gi primegte continuu radialii. Energia

radiantd este rezultatul unor excitalii interatomice complexe. Principala cauzd. a acestor

excitalii este temperatura corpului. Cantitatea de energie radiatd de un corp variazd cu

temperatura iui.

Purtitorul de energie radianti care trece de la un sistem la alt sistem sunt undele

electromagnetice de diferite lungimi de undd. Dinke aceste4pentru transferul de

cdldurd prezinti interes numai radialiile care sunt absorbite de corpuri gi care, prin

absorblie, se transformd in energie caloricS-

Radiafiile care au in cea mai mare mdsurd aceste proprietlfi sunt ceie infrarogii qi

mai pufin cele luminoase. Radia{iile infrarogii au lungimea de undd cuprinsd intre 7,6'10-7

gi 5'104 m. Acest domeniu este cuprins infre undele hertziene de foarte inalt6 frecvenfd

care au I > 5'104 m gi radialiile luminoase care au l. intre 4.rc'7 gi 7,6'10-7m.Radiafiile infrarogii sunt de aceeagi natur6 cu radialiile luminoase:

29. se propag[ rectiliniu;

30 se reflectd;

31 se refractS;

32 se polaizeaz6..

Din energia radiantd ajuns[ la suprafala unui corp, o parte este absorbitd, alta este

reflectat[ qi altd parte tece prin corp.


8/45

Energia:

33 radiati absorbit[ se transforml in cildurd;

34 reflectatd sau care trece printr-un corp gi ajunge la alte corpuri gi poate fi

absorbitd de acestea.

Ca rezultat al transformarii energiei radiate in energie caloricd are loc transferul

de cdlduri prin radialie. Procesul fizic de transfonnare a energiei radiate absorbite in

energie caloricd sebazeazd pe oscilalia fo4ate a electronilor, moleculelor sau sistemelor

de molecule ale corpului care primegte energia radiatd. Un rol important il au fenomenele

de rezonanle ale moleculelor sau sistemelor de moleeule.

Radialiile absorbite pe suprafafa corpului pdtrund mai mult sau mai pulin in

adAncimea acestuia gi apoi se transformd in energie caloricd care se manifestd prinridicarea temperaturii corpului. AdAncimea de pdtrundere depinde mai mult de tipul

materialului gi mai pulin de lungimea de und6.

Puterea de emisie la temperatura datd este cantitatea de energie radiatd. de un

corp care se gdsegte la ternperatura f K) in unitatea de timp gi pe unitatea de suprafa!5"in mediul exterior care are ternperatura 0 (K).

Puterea de emisie se noteazd de obicei cu E gi are aceeaqi ecuafie de dimensiuni Si

aceleagi unit6ti de misurd ca flr:xui termic unitar, reprezentdnd de fapt fluxul radiantunitar al corpului respectiv.

Cantitatea totald de energie ndiat6, poate fi exprimatd gi ca suma energieiabsorbite, reflectate qi trecute prin corp. Astfel,

sarl impdrlind prin E:

E^+E^*Er=g

HHHu/ up uT

-+i+_-:- = IEEE(1)

(coeficientul de absorbfie al corpului);

(coeficienhrl de reflexie al corpului);

(coeficientul de transmisie al corpului respectiv),

tru/

-=A-

EoT= P,LE,: =T_L

Daci notim:


9/45

relalia (1) devine:

Qr*P,t?,.=|

Mdrimile respective sunt adimensionale gi au valori intre 0 gi L

Comportarea corpurilor la radiafii

Corpurile, sub aspectul energiei radiate absorbite, reflectate sau transmise, se

comportd diferit. Unele corpwi permit sd fie traversate de intreaga cantitate de energie

radiatdgi secaracteizeazdprin q= 1 $i Q,= P, =0 -.orpuri diatermane. Alte corpuri

sunt opacepentru trecerea radialiilor rr

=0

-corpuri atermane. Corpurile atermane:

35 absorb toatd energia radiatd gi se transformd in energie caloricd: or: 1; p,:0;

36 reflectd intreaga cantitate de energie radiatd gi au p, = 1; o, = 0.

Corpurile cu Or = 1 sunt percepute ca negnr absolut iar cele cu pr : 1 ca albabsolut.

in naturl nu existd corpuri perfect diatermane sau perfect atermane sau negnr

absolut sau alb absolut. ln practicS, aceste noliuni sunt convenfionale. Negnrl de fum,

negrul de platin6, oleiul oxidat care nu are zuprafala netedi se apropie de negru absolut 9i

au o,r: 0,90 - 0,95.Unele corpuri absorb par,tial energia radiati de orice lungime de undd iar altele

(de exemplu gazele) absorb numai energia radiat[ de o anumiti lungime de und5"

realizAnd in acest fel o absorbfie selectivl.

Corpurile care absorb numai o parte din energia radiatE de orice lungime de undd

se numesc corpuri cenugii gi au o, = constanL

Energia radiatl de un corp

Energia radiati de corpul negru absolut este datd de ecua{ia lui Stefan-Boltzrnann:m4Lo=Oo.l

unde: T = temperatura corpului (K);


10/45

o0 : constantd de radialie a corpului negru absolut; r,o= 5,72'L0-8 W/(m2'K1)Dacd notdm cu Cs :5,'72 Wi(rn2'K4), scriem:

Eo =Cof+)'\100/Aceastd ecualie se poate scrie gi pentru corpurile cenugii:

D -.(r\^, = e,(.100J

unde: C', = e'Co; e: coeficient de ernisie'Prin legea lui Stefan-Boltzmann se determind puterea de emisie radiatd de un corp

in toate direqiile gi are sannificalia de flux termic unitar, care mai este numit qi

intensitate de radia(ie.

Temperatura maximd pe care o poate atinge corpul iradiat dupa Tiller gi Grober se

determind cu relagia:

Tu =T^.+unde: T4: temPeratura aeruiui;

4: intensitatea de radiafie;eo = coeftcient de emisie;

g = coeficientul de pozifie a suprafelei radiate fa!6 de sursa de radia{ie;

o: coeficientul par,tial de Fansfer de clldurd prin convectie.

Transferul de cilduri prin radiafie intre doui corpuri solide, separate de un mediuneabsorbant

O parte din energia radiatE, datorite reflexiei, se reintoarce la sursd 9ifrdneazd

prin aceasta procesul de tansfer de cdldurd.

Pentnr calcul se utilizeazi metoda emisiei efective care inglobeazd emisia unei

suprafele gi toate reflexiile repetate.

Transferul de cdldurd inte doud suprafele plane gi paralele este dat de diferenla

emisivitdlilor efective ale celor doud corpuri:


11/45

Q= AlE,u - Ez"r) ,,,Energia emisi efectiv de corpul 1, tindnd seama de energia reflectatd de corpul 2

este:

E,rr =4, +(t -er)Er,r t.- -r/-tet e)iar energia emisd de corpul 2, lin6nd seama de aceleagi conditii:

E:r, = f, + (t - cr)E,,* / \- -z t-tet (3)inlocuind in (2) valoarea lui E2.1din (3), oblinem:

E,"r =r, +(t -t)Vr+(t-er)a,ulEtrf

=E, + E" + Ev

-EzE,"f

-rEz + trerEr",

-Er"ft,

r _E,ifr(t-a,)- tel' et+2-f2

gi, procedAnd la fel pentu determinarea lui Ez.r, se obline:

E={ =!'+(t-t')z'q+2-tzi::locuind valorile 1ui E1"s ti Ez"r in relalia (1) se obline:

g= {t!'-"a-\\rr+e2-Fz)z - r4

En = t.cr.[* ICum \iuu/ , se imparte relalia de rnai sus prin raezld numlrdtor qi

En =c.fa.)'numitor gi se inlocuiegte t "\100/ 9i se obline:

11-+--lt tz (4)

sau considerdnd:

Q=


12/45

I

,l-t-.,

="''.+__l

tt 2

relafia (4) devine:

Crr=+'/111111..-r^. t,q* tr--, 1.1-1noe: '! uCD: coeficientul redus de radiatie al sistemului

[rr lo /r \alQ=C,r.Fr,-A,ll+ | -l + I I'LUoo/ uoo/ I

Fzr : factor de corecfie geomet'ic (cand suprafelele nu sunt infinite gi nu sunt paraleleinte ele)

Cand relalia de transfer de cdldurl hebuie pusd sub formd generalE" ea se pune

sub forma:

fz - ra / m ralo = e,..c".Alf lL I -t ir-l I

L\1oo/ \1oo/ IAceastd relatie se poate pune qi sub forma:

Q = d,oa .Ar(f, -fr)

c,2.F,,[fl']'-fg.)'le^,t = "''L!i*l-,tnj lunde: (rt -r')

i:TRANSFERUL DE CALDUN,I PNN*I CONDUCTIE ' .' I I , '


13/45

Transferul de cdldurd prin conducfie se reahzeazdin medii solide. Ecualia debazd

care determindtransferul de cdldurd prin conductie este tegea lui Fourier:

Q= '2" A'Zat1,: coeficient de conductibilitate termici (W/m'K);

A: aria secliunii (m2);t: temperatura (K).

care se bazeazd pe principiul al Il-lea al termodinamicii gi aratd cd drumul urmat de

fluxul termic este cel de minima rezistenld, respectiv cel mai scurt drum intre doud

suprafele izoterme invecinate, drum determinat de gradientul de temperaturd.

Coeficientul de conductibilitate termici L sau conductivitatea termici este o

constantd de material gi are o importanld deosebitd pentru fenomenele de conducfie. in SI

)u are caunitate de mdsur[ W(m'K), are ecuafia dimensionale MLTJO'I sau ML/T''O 1T =

temperaturd; 0 : ti-p) gi are valori cuprinse intre 0,003 Si 400 W/(m'K). L pentnr metaleeste diferit de 1. pentru nemetale.

in func1ie de l, materialele nemetalice se impart in:

37 izoknte termic:1. ,p,I

Presiunea totall a amestecului este suma presiunilor par,tiale ale componenfilor p;.

Legea lui Raoult

Presiunea parfial[ in fazA gazoasd a unui component dintr-un amestec omogen de lichideideale este egal6 cu produsul intre presiunea de vapori a lichidului pur la temperatura de fierbere a

amestecului (P) gi frac\ia molari a componentului in faza lichidd a amestecului (x;):

Pentru amestec binar:

Pi = xi'Pi

Pr=xr'PrlPz=xz'rrl=y,= p-P,x,+xr=l I Pr-P,h* Pz= Pl

Volatilitatea unui component i dintr-un amestec este raportul dintre presiunea parfiald pi lifraclia molari a componentului respectivinfazl Iichid6.


45/45

P,- P,'x, = p,^i xi

Volatilitatea relativl o este raportul dintre volatilitatea a doi componenti dintr-un amestec.

O," =LP2

Variaf ia presiunilor parfiale gi a presiunii totale a unui amestec binar la o temperatura data infunclie de compozilia lichidului poate fi prezentatd sub forma unei diagrame, denumita diagramapresiunilor.

Procese de transfer Dna Ortan USAMVB A doua parte

Documents

Transcript of Procese de transfer Dna Ortan USAMVB A doua parte