Sistem de reglare automată a temperaturii de ieșire unui schimbător de căldură

A. Tema de proiectare

Sa se proiecteze un sistem de reglare automata a temperaturii de iesire unui schimbator de caldura cu amestec, in interiorul caruia se amesteca 2 debite, aflate la temperaturi diferite, ale aceluiasi fluid (apa).

B. Date de proiectare

NR.

CR. NOTATIE

MARIME UNITATE

MASURA VALOARE DESCRIERE

1. θe °C 55 Temperatura produslui util incalzit

2. θa °C 75 Temperatura agentului termic

3. Qa st m3/s 3 Debit agent termic nominal

4. Qa max m3/s 7,5 Debit maxim agent termic

5. Qa min m3/s 1,5 Debit minim agent termic

6. Qp m3/s 3 Debit produs util

7. V m3 1,3 Volum agent termic din vas

8. Ps bar 2 Presiunea sursei de presiune

9. Pc bar 0 Presiune consumator

10. ΔPl1max bar 0,35 Pierderi presiuni pe lungimea 1

11. ΔPl2 max bar 0,25 Pierderi presiuni pe lungimea 2

12. Lcd m 17 Lungimea conductei prin care circula

agentul termic

13. Laer m 25 Lungimea conductei de aer

14. daer mm 8 Diametrul conductei de aer

15.

Performante

impuse - σs ≤ 10 % (suprareglare mai mica de 10%)

- εst = 0 (eroare stationara nula)

- tr = 2•Tmax (timpul de raspuns cel mult egal cu dublul constantei de timp

a schimbatorului de caldura)

Cap.I. INTRODUCERE

1.1 Transfer de caldura

Transferul de căldură are loc sub influenţa unei diferenţe de temperatură. Principiul al doilea al termodinamicii stipulează că acest transfer se face de la sine doar de la temperatura mai înaltă la temperatura mai joasă.

Exista trei moduri distincte de transfer al caldurii: conductia, convectia, si radiatia.

Conductia termica reprezinta modul de transmitere a caldurii din aproape în aproape prin contactul direct dintre microparticulele corpului; se bazeaza pe

proprietatea diverselor corpuri de a conduce caldura. Pentru o anumita substanta, conductivitatea termica variaza cu starea de agregare, presiunea, temperatura, axele de cristalizare, umiditatea, porozitatea.

Relatia de baza a transferului de caldura prin conductie este legea lui Fourier:

Q= ­λS(dθ/dx)

unde:

Q este fluxul de caldura transferat prin conductie (W);

λ – conductivitatea termica a materialului (W/(m°C));

S – aria suprafetei izoterme de schimb de caldura masurata perpendicular pe directia de propagare a caldurii (m2);

-dθ/dx – cadera elementara de temperatura (gradientul temperaturii cu semn schimbat) (°C/m).

Conductivitatea termica , λ reprezinta coeficientul de proportionalitate din legea lui Fourier si este o proprietate fizica a materialelor.

Cateva valori pentru λ:

- gaze la presiune atmosferica λ = 0,006 0,22

- materiale izolante λ = 0,02 0,2

- materiale de constructii λ = 0,3 3

-aliaje λ = 14 300

Cu cât λ este mai mare, uniformizarea câmpului de temperaturi se face mai repede. Valori mari ale lui λ apar la metale.

Convecţia termică - este un mecanism de transmisie a căldurii caracteristic fluidelor care presupune deplasare ordonată de material. Straturile de fluid în contact cu o suprafaţă caldă se încălzesc prin conducţie şi, prin deplasare, transportă căldura în tot fluidul; în acelaşi timp, noi cantităţi de fluid rece iau locul celor calde.

Convecţia termică este întotdeauna însoţită de conducţie (în fluide poate exista conducţie practic fără convecţie, dacă volumul de fluid este foarte mic - material poros, de exemplu) şi de radiaţie (cu rare excepţii în cazul fluidelor opace, ca mercurul, de exemplu).

Convecţia termică este un fenomen foarte complicat, în general neliniar (de regulă este însoţit de turbulenţă), care se poate studia prin metodele similitudinii şi analogiei.

T1-T2 = Rth Pd ; Rth =1 / αc A

αc (W/m2•K) este coeficientul de schimb superficial prin convecţie – radiaţie; A este aria suprafeţei de contact cu fluidul;

T1 şi T2 sunt temperaturile suprafeţei calde şi ale flui-dului departe de corpul cald

Cateva valori pentru coeficientul α:

aer (convectie libera) α = 6 – 30

aer (convectie fortata) α = 30 – 500

apa,fierbere α = 3000 – 60000

abur,condensare α = 60000 – 120000

Radiaţia termică este un proces de transmisie a căldurii prin transformarea energiei calorice în energie radiantă (unde electromagnetice în principal în domeniul infraroşu) emisă în spaţiu.