indrumar laborator ifn

5/11/2018 Indrumar laborator IFN

1/32

TRAIAN FLOREA

INDRUMAR PENTRU LucRART DE LABORATORTERMOTEHNicA ~I INSTALATII FRIGORIFICE NAVALE

EDITURA ACADEMIEI NA VALE "MIRCEA CEL BATR.AN"CONSTANTA

- 2002 -


2/32

Conf. univ. dr. ing. TRAIAN FLOREA

.: lNDRUMAR PENTRU LucRARI DE LABORATORTERMOTEHNIcA ~I INSTALATII FRIGORIFICE NAVALE

EDITURA ACADEMIEI NAVALE "MIRCEA CEL BATRAN"CONSTANTA- 2002 -


3/32

Referent stiintific:Prof. univ. dr. ing. STOIAN PETRESCU

Sef catedra TERMOTEHNICA, MA~INI TERMICE ~I FRIGORIFICEUNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURE~TI


4/32

CUVANT INAINTE

Indrumarul de laborator se adreseaza studentilor din AcademiaNavala ''Mircea eel Batran" de la specializarile electromecanica navala siinginerie economics, dar poate fi utilizat si de ofiterii de la navele civile similitare.

Lucrarile de laborator t in seama de programa analitica aspecializarilor mentionate la disciplina Termotehnica si Instalatii frigorificenavale ~i urmaresc intelegerea fenomenelor care au loc in natura, ininstalatiile term ice ~i frigorifice navale. De asemenea studentii seobisnuiesc cu utilizarea unor aparate chiar instalatii, Unele dintre lucrari iidetermina pe acestia sa inteleaga unde sunt amplasate, cum functioneaza,care este r


5/32

CUPRINS

Determinarea debitului de gaze ,,~_,_(rDeterminarea umiditatii aerului cu ajutorulpsihrometrului Assman 8

'_Determinarea compozitiei gazelor de ardere cu ajutorulanalizorului de gazechimic Orsat. 12

r

r~Determinarea exponentului adiabatic al aerului .16Deterrninarea coeficientului global de schimb de caldurala radiatoare ~OInstalatia frigorifica eu 0 singura treapta de comprimare ~3 __Compresoare frigorifiee 25.,.-~Instalatia frigorific a eu comprimare de vapori In doua trepte 2_2-Instalatii frigorifice navale 2~

Bibliografie 30

3


6/32

DETERMINAREA DEBITULUI DE GAZEDebitul de gaze se va determina cu rotametre ~i diafragme

calculandu-se erorile din cadrul experientelor.Rotametrul

In conducta 1 se afla plutitorul 2. Gazul alcarui debit trebuie masurat se deplaseaza de jos in sus,ridicand plutitorul parra cand greutatea lui va fiechilibrata de diferenta de presiune a curentului de fluidinainte ~i dupa plutitor.

Inaltimea de deplasare a plutitorului va fiproportionala cu cantitatea de fluid care se scurge princonducta 1. Rotametrele sunt gradate, debitul de fluidfiind dat de inaltimea la care se afla plutitorul, Inaltime lacare se face citirea. Ele sunt pentru diverse fluide, (apa,

aer etc.). Fluidele pentru care nu sunt realizate rotametre speciale potutiliza alte rotametre, iar debitul se va calcula cu relatia:

Q =K .n .10-3 [m3/h), unde: n - numarul de diviziuni citite pe rotametru; K=in) - din diagrama data de fumizorul aparatului.

Debitmetrul de laminare (Diafragma)Masurarea debitelor

fluidelor in conducte cu ajutoruldiafragmelor se bazeaza pe variatiaenergiei potentiale a fluidului lascurgerea lui printr-o sectiunetransversala artificial ingustata a uneiconducte. Diafragma 1, montata ca infigura alaturata, produce 0 reducere asectiunii de trecere avand ca urmare 0crestere a vitezei de curgere in sectiunea diafragmei. Cele doua tuburi

manometrice 2 ~i 3 reunite, constituie un manometru diferential caremascara diferenta presiunilor fluidului inainte si dupa diafragma,

Aceasta diferenta de presiune (presiune diferentiala) esteproportionala cu viteza gazului si serveste la determinarea debitului.

Relatia de calcul utilizata este: a'[i.d2F= _ . K [rrr'zh], in care:0,798 r P

1 -

2

5


7/32

v - debitui de fluid, masurat in [m3/s]; h - presiunea diferentiala, masurata in [mm col. H20]sau [torr];0,81 IIIIIIIIV

a- eoefieientul de debit; sedetermina din diagrama alaturatafunctie de eoefieientul de contractiem, undej., =( ~ ) 2 ; D - diametrul eonduetei [em],(D=32mm); d diametrul orifieiuluidiafragmei [em], (d=26mm);

a

0,80

0,79

0,78

0,77 0,5 0,6 0,7 Ii - eoeficientul de corectie

pentru expansiune. Pentru h = 100 [mm col. Hg] si m ~ 0,3,6= 1,0sau se citeste din diagrama in functie de h si m utilizand datele dintabelull;

r - greutatea specifica a aerului: a - g = r = 1,293 [Kg/m3]; K p - coefieient de corectie pentru eompresie Kp =1,1.

TabelullC O EFIC IEN TU L D E C O REC TIE e PENTRU EXPANSIUNEPEN TRU A ER C OMPR IMAT UTILIZAND DIAFRAGMA

PRESIUNEA PRESIUNEA D IFERENT IALA.ABSOLUTA.p [mmcol. H2O]3 6

2 0,998 0,9823 0,992 0,9874 0,994 0,9905 0,995 0,9916 0,996 0,9918 0,996 0,99310 0,997 0,994

Fluidul de lueru este aerul produs de un eompresor. Se vorefeetua 6 - + - 10 masuratori, mentinandu-se constanta presiunea dinrezervorul eompresorului, pentru fieeare rnasuratoare.

Debitul masurat la rotametru este dat de suma debitelor eitite lafieeare rotametru.

6


8/32

Debitul mediu determinat eu rotametrele cat ~i eu diafragma vafi ea1culat:

Q mI Q ;; =1=---.n

I n mod normal, debitul masurat Qm l eu rotametrele trebuie sa fieegal eu eel determinat prin ealcul utilizand diafragma Qm2 . Eroarea va ficalculata eu relatia:

B = [ Q m l -Qm21 x 100[%],c;unde Qm p este debitul eel mai mic dintre Qm l ~iQ" ,2

La masurarea debitului de apa se vor utiliza rotametrelespeeifiee aeestui fluid. Debitul total va fi obtinut tot prin insumareadebitelor indicate de toate rotametrele.Pentru rotametrele din laborator K=1.

Rezultatele obtinute pe eale experimentala sunt treeute intr-untabel.Nr. RO T AMETRUL I ROT AMETRUL 2 RO TAMETRUL 3 DlAFRAGMAcrt.

M Q M Q m Q d h 8 Qdiv. m3/h div. m3/h div. mJ/h mm mm - m 2/h

12345

678910

7


9/32

DETERMINAREA UMIDITAlII AERULUICU AJUTORUL PSIHROMETRULUI ASSMANParametrii principali ai aerului umed sunt: presiunea,

temperatura, umiditatea, greutatea specifica, volumul specific si entalpia.Lucrarea presupune insusirea notiunilor, de catre studenti,

predate la curs si determinarea umiditatii aerului din laborator.Psihrometrul Assman

Precizia masuratorilor este functie deviteza de deplasare a aerului. De aceea, pentrumasuratori mai exacte se utilizeaza psihrometre deaspiratie. Un astfel de psihrometru este psihrometrulAssman. El este format din doua termometre cumercur, unul fiind uscat, celalalt umed.

Rezervoarele termometrelor sunt protejatede aparatorile metalice 1 care sunt montate excentricin tuburile 2. Tuburile 2 sunt insurubate de inelul 3,necomunicand cu aparatorile 1, astfel ca intreaparatorile 1 si tuburile 2 se formeaza un strat de aerce impiedica mcalzirea rezervoarelor. Aparatorile 1sunt legate de tubul 4 care dirijeaza aerul laventilatorul asezat la capatul dispozitivului 5,

ventilator ce este pus In miscare de un resort. Ventilatorul aspira aerul prinaparatorile 1 cu 0viteza de aproximativ 2,5m/s, aer care intra apoi in tubul4 si e refulat prin orificiul 6.

Rezervorul unuia din termometre este mentinut umed de tifonulimbibat cu


10/32

de roua ~i gasind presiunea de saturatie a vaporilor de apa, care corespundeacestei temperaturi (cu ajutorul unui tabel sau al unei diagrame illcare estedata relatia ce exista lntre P s si T , ale apei), se poate determina presiuneapartials a vaporilor de apa continuti in aerul umed, deci se afla umiditateaaerului.

Totusi, ill realitate, diferenta care apare lntre temperatura apeidin tifonul umed, cand el este racit, si temperatura aerului ambiant produceun aport de caldura tifonului umed din partea straturilor de aer vecine.Rezulta ca echilibrul (constanta temperaturii tifonului umed) nu sestabileste la temperatura de roua, ci la 0 temperatura cu ceva mai mare.Aceasta din urma se numeste temperatura tifonului umed.

Diferenta dintre temperatura tu a termometrului uscat sitemperatura tuma termometrului umed este proportionala cu umiditateaaerului: cu cat aerul este mai uscat, cu atst este mai mare diferenta tu-tum;In cazul in care aerul este saturat cu vapori de apa, avem tu=turri.deoarecepresiunea partiala a vaporilor de apa continuti in aer este egala cu presiuneade saturatie a vaporilor de apa la temperatura tu.

Variatia continutului in apa a aerului d, ill functie detemperaturile t, ~i tum,a fost stabilita in experiente ale caror rezultate suntdate sub forma de diagrama sau sub forma de tabele numite tabelepsihrometrice. Diagrama este realizata langa aparat, pe calc, si pot fi cititevalorile umiditatii,

Se va determina umiditatea aerului cu ajutorul psihrometruluifolosind relatia psihrornetrica, tabelele psihrometrice si diagrama I-x: se introduce tifon sau un material textil umed la rezervorul unuia din

termometre; se comprima arcul ventilatorului, punandu-se illmiscare ventilatorul; la intervale de circa 4 minute se citesc indicatiile celor 2 termometre; se vor efectua minimum cate 5 citiri ill minimum 3 locuri dinlaborator; se calculeaza umiditatea relativa prin cele 3 metode; rezultatele experimentale se tree ill tabel; se trag concluzii asupra celor 3 metode de determinare a umiditatii

relative.

9


11/32

Calculul erorilor:Fie N], N ], ... , N5 - valoarea determinarilor exeeutate. Se

calculeaza valoarea medie a determinarii eu relatia:NN mediu = - , unde:n N =NI +N2 + ... +Ns ;

n - numarul determinarilor.Se calculeaza apoi diferenta:

AI =Nmed -NIA2 =Nmed -N 2

As = N med - N 5 .Atunei eroarea relativa va fi data de relatia:Il2n{n -1)"' 1 r =

Se calculeaza eroarea relativa pentru eele 3 metode ~i se vortrage eoncIuzii asupra exactitatii lor.Tabel

DENUMIREA TEMPERATURA TEMPERATURANr. LOCULUIUNDE TERMOME- TERMOME- DETERMINAREA UMIDITATII RELATIVECrt. SE FACE TRULUI TRULUIDETERMINAREA USCAT UMEDCU CU

TABELA DIAGRA-ANALITIC PSIHRO- MAMETRlCA I-x

psum. p,usc. % % %mrnH mrnllg ff J r p r p

I Usa(Iaborator)2 Catedra(lab orator)3 Fereastra(Iaborator)

10


12/32

Tabela psihrometrica:Functie de temperaturile celor 2 tennometre din tabelul de

mai jos se extrage valoarea presiunii p, ce va fi utilizata la calcule.

lIp, TERMOMETRU USCA Ttorr

tO C 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 tO e10 9,20 l O a 1011 9,84 88 100 1112 10,51 78 89 i o o 1213 11,23 69 79 90 100 1314 11,98 60 70 79 90 100 1415 12,78 52 61 71 80 90 100 1516 13,63 46 54 63 71 81 90 100 1617 14,53 39 47 55 64 72 81 90 100 1718 15,47 34 41 49 56 65 73 82 91 100 1819 16,47 29 36 43 50 58 66 74 82 91 100 1920 17,23 24 30 37 44 51 59 66 74 83 91 l a o 2021 18,65 20 26 32 39 46 53 60 67 75 83 91 r o o 2122 19,82 16 2 2 28 34 40 47 54 61 68 76 84 92 100 2 223 21,07 13 18 24 30 36 42 48 55 62 69 76 84 92 100 2324 22,38 10 15 20 26 31 37 43 49 56 63 70 77 84 92 100 2425 23,76 7 12 17 22 27 32 37 42 50 57 63 70 77 84 92 100 2526 25,21 5 9 14 19 24 34 40 46 52 58 64 71 78 85 92 100 2627 26,74 3 7 II 16 21 25 30 36 41 47 52 57 65 71 78 85 93 100 2728 28,35 1 5 9 13 18 22 27 32 37 42 48 53 57 65 72 78 85 93 100 28

II


13/32

. . . .------DETERMINAREA COMPOZITIEI GAZELOR DE ARDERE

CU AJUTORUL ANALIZORULUI DE GAZE CHIMIC ORSAT< , Analiza gazelor de ardere indica procentul de gaze

combustibile care se gasesc In gazele arse (adica gradul de perfectiune alarderii din punct de vedere chimic) si permite detenninarea excesului deaer.

Aparatul eel mai intalnit este analizorul de gaze ORSAT.Un anumit volum (lOOcm3) de

gaze arse este adus succesiv In contact cudiferiti reactivi. Primul reactiv absoarbenumai dioxidul de carbon, & 1 doileaoxigenul ~i al treilea oxidul de carbon."Detenninarea participatiei volumetrice afiecarui component (C02, O2 si CO) ingazele arse se reduce deci la masurareavolumului de gaz absorbit de fiecare reactivin parte.

r> Biureta 1, de 1OOcm3, estegradata. Pentru a atenua variatiile detemperatura biureta este asezata intr-un tubde sticla cu apa 8. Biureta este incomunicatie, pe la partea inferioara, cu unvas de nivel 2. Vasul de nivel este umplutpartial cu un lichid compus din apaacidulata cu putin HCl sau apa saturata cuNaCI si colorata cu cateva picaturi de

metilorange. La partea superioara, biureta este in legatura cu tubul dedistributie 3. Acest tub pune in comunicatie biureta fie cu fiecare dintrevasele de absorbtie 4, 5 si 6, care contin reactivi, prin robinetele a, b, c,fie cu atmosfera sau cu proba de gaz, prinrobinetul cu trei cai 7. Fiecare din celetrei vase de absorbtie se compun din douatuburi de sticla: tubul de absorbtie 1 situbul auxiliar 2. Acestea comunica intreele prin partea de jos (fig. 2). Tuburileauxiliare 2, in care se acumuleaza solutiarespectiva cand tubul de absorbtie seumple cu gaz, sunt astupate cu cate undop de cauciuc prin care trece un tubscurt de sticla care face legatura cubalonul de cauciuc 4. Balonul are scopul

c b .~J [ ~ /- .I-,,- . . . . . . . . . . . . . . . . .~ u , - - - - - ~

~

k TFig_ 1Aparatul ORSA T

12

Fig . 2Vas de absorbtie


14/32

de a inrnagazina aerul dislocat prin intrarea reactivului in tubul auxiliaral vasului de absorbtie.

Pentru absorbirea dioxidului de carbon se utilizeaza solutieapoasa constand din 33% greutate KOH si 67% H20.

Solutia se obtine dizolvand 500g KOH intr-un litru de apadistilata.

Ca reactiv pentru absorbtia oxigenului se intrebuinteazasolutia alcalina de pirogalol C6H3(OH)3 ' Pentru absorbtia oxidului decarbon este utilizata solutia amoniacala

de clorura cuproasa . Umplerea vase lor de absorbtie cu reactiviSe umple vasul de nivel 2 (fig. 1) cu lichid. Se inchid

robinetele a, b, c si se deschide robinetul cu trei cai 7, astfel ca biuretasa comunice prin tubul de distributie 3 cu atmosfera.

Se umple biureta gradata cu lichid de inchidere prin ridicareavasului de nivel si apoi se inchide robinetul 7, intrerupandu-se in felulacesta legatura cu atmosfera.

Dupa ce vasul de nivel 2 se coboara pe masa, se deschiderobinetul a dintre vasul de absorbtie 4 si tubul de distilatie 3 ~i aerul dinvasul de absorbtie este aspirat in biureta gradata, In locul lichidului caretrece In vasul de nive!.

In momentul In care reactivul a ajuns in dreptul semnului desub robinetul a, se inchide robinetu!.

Pentru vasele eelelalte se rep eta operatia de umplere.Luarea probei de gazLuarea probei de gaz pentru analiza trebuie facuta dintr-un

loc unde compozitia gazelor reflecta procesul de ardere si unde esteexclusa influenta factorilor ocazionali.

Cel mai simplu sistem de' captare a probei se compune dindoua vase de sticla legate printr-un tub de cauciuc (fig. 3). Unuldintre vase 1 se umple eu lichid sieste legat cu tubul pentru prizagazelor. Creand 0 diferenta denivel intre vasul 1 si vasul 2,lichidul din interiorul vasului 1 sescurge in vasul 2 si in locullichidului patrund gazele de

2

Fig. 3Captator pentru proba de gaze ardere. Inchizand cu 0 olema

13


15/32

capatul tubului de cauciuc, se izoleaza 'in vasul 1 0 cantitate de gaz. Cavas de captare se folosesc si pipete de sticla (fig. 4) care reactioneaza lafel ca sistemul descris.

Conditia principala impusa sistemelor de captare a probei degaz este invariabilitatea compozitiei probei de gaz.

Deterrninarile se efectueaza conform principiului defunctionare descris la aparatul ORSAT.

I Calculul coeficientului de exces de aerIn mare, cornpozitia gazelor de ardere uscate este: CO2, O2,CO si azotul adus de aerul atmosferic utilizat pentru ardere. Prin analiza

gazelor arse, cu ajutorul aparatului ORSAT, se deterrnina participatiilevolumetrice (in procente) de CO2, CO, O2, procentul de N2determinandu-se prin diferenta:

N2= 100 - CO2 - O2 - CO [%] (1)Coeficientul de exces de aer se determina pomind de la relatiade definitie:I, La=- (2)Lmin'in care:

(L _ Ll I l i l l - cantitatea de aer teoretic necesara pentru ardere, in[Nm3 INm3] combustibil sau [Nm3 / K g ] combustibil;Q . . L - cantitatea reala de aer folosita Ja ardere combustibil, in[Nm3INm3] combustibil sau [Nm3 / K g ] combustibiI.

Dar:L = L m i l l + V L (3 )

unde:(L _ VL - cantitatea de aer in exces, in [Nm3INm3] combustibil sau[Nm3 / K g ] combustibiI.

La==-- (4)L-VLAerul total L folosit la ardere poate fi calculat in functie de

cantitatea de azot (N2) din gazele arse, stiind compozitia aerului uscat involume: 21% O2 si 79% N2

L = = N 2 V 1 (5)100 gllsc 0,79unde:

Q . . Vgllsc - volumul gazelor de ardere.

14


16/32

Aerul 'in exces VL se determina in functie de procentul deoxigen din gazele de ardere, cu observatia ca oxigenul din gaze le deardere provine in cazul arderii incomplete, atat din oxigenul in exces catsi din oxigenul dimas disponibil prin oxidarea incompleta a carbonului.Deoarece la Im3CO In gazele arse ramane disponibil 1m302, rezulta:

V = 2 -O,SCO .V 1 (6)L 100 gusc 0 21,Inlocuind valorile lui L si VL in relatia (4):

N20,79a = -------'-----

N2 __ 1_(0 -OSCO)0,79 0,21 2 ,N2 - 3,78(02 - O,SCO)

unde, tinand seama de relatia (1), rezulta:a = 100 - CO2 - 02 - CO (7)

100 - CO2 - 4,782 + 0,89COAceasta relatie este valabila pentru combustibilii care nu

contin oxigen si azot sau care contin cantitati neglijabile din acestesubstante,

Fractiunea de carbon incomplet oxidat:COf:. V = 100% [%] - indice le caracteristic arderii

CO2 +COincomplete.Cunoscand compozitia volumetrica a gaze lor rezultate din

ardere se poate usor detennina greutatea specifics a gazelor arse cufonnulele cunoscute de la amestecurile gazelor.

Detenninarea continutului O2, CO2, CO si a excesului de aerse efectueaza eu relatiile prezentate functie de valorile obtinuteexperimental.

15


17/32

DETERMINAREA EXPONENTULUI ADIABATICALAERULUI

I.Consideratii generaleExponentul adiabatic k al unui gaz este raportul intre caldura

specifica la presiune constanta cp si caldura specifica la volum constantCV'

Cunoasterea lui kdeterminarea prin cal cui aspecifice la volum constant CV ,determinat experimental.

Experimentuldepinde de natura gazului.

Aparatul pentru determinarea .exponentului adiabatic constituit dintr-o

pompa P capabila sa creeze 0 suprapresiune (eventual 0 depresiune) fatade presiunea atmosferica, intr-un recipient R, suprapresiune citita latubulmanometric Cll mercur M.

La inceputul experientei robinetul cu trei cai r se afla inpozitia de a asigura legatura intre pompa, recipient si tubul manometric.Nu va exista nici 0 diferenta de nivel deoarece pompa este oprita.

Se pornestepompa si se rotesterobinetul astfel incat seinchid cornunicarile intrepompa, recipient si tubmanometric. Se oprestepornpa. Se citestediferenta de nivel indicatade tubulmanometric.Se lasa 37-5minute sa se stabilizezeaerul din recipient. Seroteste robinetul rpunandu-se in legaturarecipientul cu tubulmanometric. Se citestediferenta de niveI Ia tubuImanometric. De aceasta

r

Fig. 1

16

Ck =_pC v

permitecalduriigreu de

adiabatic k

p2

4 1 T,

vFig. 21-2 - compresie adiabatica;2-3 - racire izocora;3-4 - destindere adiabatica;4-5 - incalzire izocora;5-1 - revenire 1a conditiile initiale,


18/32

data diferenta de nivel va fi mai mica dedit cea initiala, Pompa estereglata sa asigure un anumit debit si 0 anumita presiune. Se reiaexperienta realizandu-se 6..;- 10 determinari,

Prin operatiile efectuate s-au realizat urmatoarele transformarisimple de stare ale aerului, indicate In diafragma.

Practic, pentru determinarea exponentului adiabatic estesuficient a considera numai doua transformari din succesiuneaenumerata, de exemplu destinderea adiabatica 3-4 si incalzirea izocora 4-5.

Presupunand ca aceste transformari au un caracter reversibilsi ca aerul are proprietatile gazului perfect, se poate scrie:

{b _ pentru destinderea adiabatica 3-4:T 3k-IP 3 k

sau pentru ca: T3 = T , si P 4 = PI(1)

k-I

r ; = [ P 3 ] k ( 1 ' )' T ; P 4

f 2 , _ pentru incalzirea izocora s-S:t: P sT 4 P 4

(2)sau pentru ca: T ; = 1;

(2')

Din relatiile 1 ' si 2' rezulta:[~:= ~ >au ~: = [ ~ : f ' (3)Relatia 3 se mai poate scrie:

17


19/32

Notand eu:Pl - P I =/l.P I sirelatia 3' devine: k

Sp [ Sp ] " - 1+--1= 1+__PI P I

(4)

Dezvoltand in serie si neglijand tennenii la puteri superioare(~P I ~P2)' se obtine:

~PI I < : ~P2 ()1+-=1 +-_.-- sau ~PI 1< :-1 =k ~P2PI I < : -1 PIde unde:

~(5).

Consideriind numai erorile accidentale survenite la masurareasuprapresiunilor, expresia erorii relative se obtine imediat pnnlogaritmare si diferentierea ecuatiei 5.

Pentru comoditate, notam: ~PI =h , si ~P2 =h2 Rezulta:

~k dh , dh , - dh2 _ 1 2 . dh , dh2 (6)+k h I h. - h2 h I h , - h2 h. - h2sau In marimi finite:

!J.h2 !J.h l !J.h2[i = - - . - - - - - ' - - + ----=--h I h I - h2 h I - h2Consideriind ca:

(7)

/sh, =!J.h2 =!J .h ,rezulta:

18


20/32

Nr. Sp, /) .P2crt. k e(mmHg) (mmHg)1.2.3.4.5.

\

6.7.8 .

9.10.

Din tabelul de mai sus, rezulta valorile medii:limed.

19


21/32

DETERMINAREA COEFICIENTULUI GLOBALDE SCHIMB DE CALDURA LA RADIATOARE

Schem a instalatie i si m odul de realizare al transferului de dU durii

Radiatorul este com pus din 12 elem enti cu suprafata de rad ia ti ea fiecaruia de O ,22m 2. E lem en tii si cilin dru l C1 su nt plin i cu apa in tro du saprin conducta C2m c are s e a fH i te rmome tru1 T2 ale caru i valo ri po t fi . cititela p anou l P u nd e se afla in dica to ru l Is . Apa din cilindrul C ] este Incalz itacu rez is ten ta R, iar tem peratu ra acesteia este redata de termometrul T] laindicatorull, de pe panoul P. Ten siune a, re sp ec tiv in te ns ita te a c ure ntu lu is un t c itite la voltme tru l V, am perm etru 1A . In circu itu l electric se m ai aflaun re os ta t R, pen tr u mod ific ar ea in ten sita tii e u ren tu lu i e le ctric . A limen ta re acu energ ie electrica se realizeaza de la 0 sursa cu tensiunea 220V .P rin in calz irea apei din cilin dru l C , vo lumu l specific al acesteiava scadea realizandu-se circulatia naturala prin e lementii r ad ia to ru lu idin spre partea su perio ara a acesto ra catre eea in ferio ara, deci se realizeaz ao deplasare a apei calde prin acesti elem enti. Va avea loe procesu l detransfer de caldu ra prin convectie de la apa fiarta la peretele elem entului,urm at de eel de conductie prin acesta si din nou convectie de la elem entcatre m ediu l am b ian t. P en tru a n u in flu en ta tran sferu l de caldu ra, cilin dru lC este iz olat term ic .20


22/32

Mod de lucruse verifica daca radiatorul este plin cu apa;se executa montajul electric conform schemei;se conecteaza instalatia la sursa la sursa de alimentare cu energieelectrica;cu ajutorul reostatului R, (initial la rezistenta maxima) se stabilestevaloarea intensitatii curentului electric la care se efectueaza primadeterminare;se citeste temperatura aerului din laborator, la un termometru situat lao distanta suficient de mare de radiator;se urmareste cresterea temperaturii apei din radiator citindu-se valorileindicate de termometrele TJ si Ti, facandu-se media aritmetica aacestora sau se asteapta pana regimul termic s-a stabilizat (TJ =T2);se noteaza valorile pentru tensiune si intensitate;se modifica intensitatea curentului la 0 alta valoare prin intermediul.reostatului Re, notandu-se toate valorile inc1usiv temperaturile pentrunoua valoare a intensitatii curentului electric;pentru fiecare valoare a intensitatii curentului electric se fac cate sasecitiri ale celorlalte marimi electrice si termice;marimile citite se tree in tabel.

Nr. I [A] v [v] S[m2] t m e d r C ] c.rct Q[w] K [wlm2grad]crt.123456 ,

I~ t bIt T ; + T 2 T T daca . Ia e t m e d es e --- sau t m e d = ] = 2 aca se aJunge a2regimul stationer.Calculul coeficientului global de schimb de caldura

Cantitatea de caldura preluata de la sursa electrica va fiQ =P =UI, iar cea cedata de radiator Q =K' S ( tm e d - ta er).Deci,

21


23/32

adicaUIK= .

S(tmed - taer)Pentm 0 valoare a intensitatii curentului electric (ex. 11) vor fi 6

valori ale lui K. Deci, coeficientul global de transfer de caldura va fi:K 1 +K z +K ~+K 4 +K 5 +K 6K J = = 6Similar se vor obtine K//, K III, K J V , K v pentmhs,hhAtunci, coeficientul global de schimb de caldura la radiatoare

vafi:K J .1 1 -.; -1 2 +K ll1 -1 3 + K JV -1 4 - , .1 5K=----"-__;__--___;_----'--_;_--'----II+12 +13 +14 +1 5

Functie de tmed se va obtine 0 curba a lui K de forma:K

tmedElementii radiatorului utilizati la experienta sunt din fouta. Daca

radiatorul este executat din alte materiale (otel, aluminiu, etc.) se vor obtinealte valori pentru K , iar curba din diagrama K-tmed va avea alta alura,

22


24/32

INSTALATIA FRIGORIFIcAcu 0 SINGuRA TREAPTA DE COMPRIMARELucrarea are drept scop determinarea parametrilor in punctele

caracteristice, intelegerea functionarii instalatiei frigorifice siposibilitatea cresterii capacitatii frigorifice a acesteia prin subracireaagentului precum si prin scaderea presiunii de vaporizare.

10

I II I

Agentul frigorific vaporizat invaporizatorul Veste comprimatin compresorul C I sau C 2, primul realizand 0comprimare mai redusa fatade eel de-al doilea, functie de pozitia deschisa a robinetilor R1 sau R2. Apoi,agentul este trimis in condensatorul Kunde are loc 0 condensare izobaraurmata de una izobar-izotermaFunctie de pozitia deschisa a robinetilor R3 si R4 are loc sau nusubracirea agentului frigorific, care va fi laminat in ventilul de laminareVL. ~iapoi vaporizat in vaporizatorul Vmlde preia caldura qode la mediulcare trebuie racit; In procesul de condensare agentul frigorific cedeazacaldura q1 mediului ambiant.

I

a) Cazul cand agentul frigorific nu este supus unei subraciri.Vaporii din vaporizatorul V care au temperatura respectivpresiunea indicata de termometrul TJ ~imanometrul sz, sunt comprimati in

compresorul CJ , robinetul R J fiind deschis iar R 2 inchis. Procesul estereprezentat in diagrama T-s prin izentropa 1-2. Vaporii comprimati voravea temperatura indicata de termometrul T2 ~i presiunea indicata demanometrul M2. Robinetul R3 fiind indus si R4 deschis agentul frigorificnu va trece prin subracitorul S.R. ~i termometrul T5 va arata aceeasitemperatura ca T3. Agentul trece prin ventilul de laminare VL., procesreprezentat prin izentalpa 4-5, in starea finala avand temperatura indicatade termometrul T6 si apoi este vaporizat in vaporizatorul V, procesreprezentat prin transfonnarea izobar-izoterma 5-1. Cantitatea de caldera

23


25/32

preluata de la mediul care trebuie racit, deci capacitatea frigorifica qo, vafi data de aria 1-5-srsr1.

b) Cazul cand agentul frigorific este supus unei subraciri,Fata de situatia anterioara, agentul frigorific este supus laaceleasi transformari, dar robinetul R4 este inchis si R3 deschis astfel incat

are loc si 0 subracire in subracitorul S.R In diagram a I-s, 1-2 estecomprimare izentropa, 2-3 condensare izobara, 3-4 condensare izobar-izoterma, 4-6 subracire pe curba caracteristica de stare (curba limitainferioara), 6-7 izentalpa, 7-1 vaporizare izobar-izoterma.

Capacitatea frigorifica qo va fi data de aria 1-7- S r S r 1, adica maimare decat cea din cazul anterior. Temperaturile ~ipresiunile vor fi cititela aceleasi termometre si manometre. Este evident ca subracirea agentuluifrigorific conduce la cresterea capacitatii frigorifice si implicit la crestereaeficientei frigorifice.

c) Cazul cand agentul frigorific este supus unei subraciri, darvaporizarea se realizeaza la 0presiune mai redusa decat incazurile anterioare.

Robinetii R2 si R3 sunt deschisi iar robinetii R } si R, sunt inchisi,Procesul de comprim are se va realiza de la 0presiune P9 mai redusa decatP l. Deci 9-10 comprimare izentropa, 10-2-3 condensare izobara, 3-4condensare izobar-izoterma, 4-6 subracire, 6-7-8Iaminare, 8-9 vaporizareizobar-izoterma. Temperaturile si presiunile se citesc la aceleasi aparate.Capacitatea frigorifica qo este data de aria 9-8-ss -s r9, adica mai mica decatin cazul anterior, deci si eficienta frigorifica este mai redusa dartemperatura mediului care trebuie racit este mult mai scazuta.

Stiind ca agentul de lucru este R21, studentii vor determinavalorile temperaturilor si presiunilor pentru fiecare caz in parte si apoi, cuajutorul diagramelor, pentru acest agent vor fixa punctele caracteristice aleciclului obtinand, logic, un ciclu similar celui prezentat dar cu valorileobtinute experimental.

T}lC] T2lC] T3lCJ TSlCJ T6lCJ P l [bar] P2 [bar]~Cazul a)Cazul b)Cazul c)

24


26/32

COMPRESOARE FRIGORIFICEStudentii vor demonta (si apoi it vor monta) un compresor

frigorific naval si un compresor frigorific al unui frigider.Apoi . vor executa desenele tehnice pentru cele dona

compresoare.I n acest mod se va intelege prineipiul de functionare al acestoraprecum ~imodul de intretinere allor.

Studentii au posibilitatea de a studia cum functioneaza uncompresor prevazut cu supape si unul eu clapeti.

I

rl

25


27/32

INSTALATIA FRIGORIFIc.~. eu eOMPRIMARE DE VAPORI, iN DOUA TREPTEScopul lucrarii este de a determina principalele marimi in

punctele caracteristice ale instalatiei precum.si intelegerea de catre studentia functionarii acesteia, determinarea eficientei frigorifice.

Termometrul T6 va indica temperatura de vaporizare a agentuluifrigorific in instalatie iar termometrul Tl va indica temperatura desupraincalzire a vaporilor obtinuti invaporizator, unde are loc 0vaporizareizobar-izoterma 6-1 urmata de 0 supraincalzire izobara a vaporilor 1-1 '.Vaporii SIDlt comprimati in prima treapta a compresorului C] pana lapresiunea intermediara P i citita la manometrul M 2, adica procesul esteizentropic 1 '-2. La aceasta presiune are loc racirea izobara 2-3 in racitorulintennediar R.J . pana la temperatura indicata de termometrul T 3. Agentulfrigorific este comprimat la s=ct, in treapta a doua a compresorului C2,pana la presiunea de condensare Pc corespunzatoare starii 4, indicata demanometrul M4 si temperatura citita la termometrul T4. Urmeazacondensarea izobara 4-4' urmata de cea izobar-izoterma 4 '-5, incondensatorul K, a carei temperatura este cititii la termometrul T5.

Procesul de subracire 5-5' realizat pe curba limita inferioara serealizeaza prin scaderea temperaturii agentului p a n a la temperatura indicatade tennometrul T5', in subracitorul SR. Ciclul este inchis de procesul delaminare ce are loc in ventilul de laminare VL. pana la temperatura cititala tennometrul T6, temperatura corespunzatoare procesului de vaporizaredin vaporizatorul V (PI ' fiind presiunea de vaporizare).Agentul frigorific este R21.

Valorile citite pentru temperaturi si presiuni se tree intr-untabel (tabelul dat exemplu contine valori apropiate de cele ce se obtin,da r categoric nu vor fi acestea inurma masuratorilor).

26

._...__I I

T

s


28/32

STAREA l' 2 3 4 5 5' 6MARlMEAP[MPaJ 0,3112 1,3525T[KJ 248 300 426 308 303 233

Utilizand diagrama T-s pentru agentul frigorific se vordetermina marimile ce nu au fost citite la aparatele de miisura obtinandu-seun tabel ce va contine valorile presiunilor si temperaturilor in punctelecaracteristice (si in acest tabel valorile trecute sunt apropiate de celemasurate respectiv determinate din diagrame, dar nu vor fi acestea).

STAREA I' 2 3 4 5 5' 6MARlMEAP[MPaJ 0,07155 0,3112 1,1322 1,3525 1,3525 1,3525 0,07159

T[KJ 248 351 300 426 308 303 233H[IqIKg] 1362 1570 1681 1726 1472 267 267

In tabelul anterior au fost trecute si valorile entalpiilor extrasedin diagrama 19 p-h pentru agentul utilizat in care s-au folosit sitemperaturile ce au fost fie masurate fie determinate.Cu valorile determinate pentru entalpii pot fi calculate: lucrul mecanic tehnic specific de comprimare a agentului in treapta

de joasa presiune:I c, = h , - h I' (1570 -1362 =208IqIKg)

lucrul mecanic tehnic specific de comprimare a agentului in treaptade inalta presiune:I e =h4-h32lucrul mecanic tehnic specific total de comprimare:I I I = I e +l;I 2sarcina termica specifics a agentului la racirea intermediara:qSR = h2 -h3sarcina termica specifica a agentului de condensare-racire:qed-SR =h4 - h..

caldura specifica preluata de la mediul ce trebuie racit:

27


29/32

~----------::::-~------=- ..........----~----~- ..

qo = h I' -h6 eficienta frigorifica a ciclului:

qoEf =T z I eficienta ciclului Carnot inver sat realizat intre aceleasi limite detemperaturi:

Tv T6E = =---eTc-Tv T5-T6unde: Tc - temperatura de condensare

Tv - temperatura de vaporizaregradul de reversibilitate al ciclului.

Ef1 7 rev =E (acesta va fi subunitar deoarece intotdeauna Ef


30/32

INSTALATII FRIGORIFICE NAVALELucrarea se executa atat ill laborator cat si la bordul navelor

scoala ale Academiei Navale.Studentii studiaza, inteleg principiul de functionare si executa

schitele instalatiilor frigorifice cu comprimare mecanica de vapori si euabsorbtie preeum si a eomponentelor acestora. Ei vor identifiea si vorrealiza schitele pentru:

eondensator;vaporizator;ventil de laminare;eondensator;detentor cu piston;grup condensator-vaporizator.

De asemenea, studentii vor explica functionarea acestora dar vorindica i principalii parametri la care functioneaza fieeare din aeestecomponente ale instalatiilor frigorifice.

In cadrul lucrarii se va stabili loeul unde este amplasat fiecareelement al instalatiei precizand daca el preia caldura de la mediul caretrebuie racit, cedeaza caldura mediului ambiant, etc., adica rolul fiecamia,

29


31/32

BmLIOGRAFIE[1][2][3][4][5][6][7][8]

Kirillin V.A., Termodinamica, Ed. Tehnica, 1985Popa B., Termotehnicii si masini term ice, Ed. Tehnica, 1964Pimsner V., Termodinamicd tehnica, Ed. Didactica, 1976Leonachescu N., Termodinamicd, Ed. Tehnica, 1978Carabogdan Gh., Instalatii term ice industriale, Ed. Tehnica, 1979Radcenco Vs., Te rmod i nam i c a tehnicd, Ed. Tehnica, 1994Petrescu S., Lectures on New-Sources of Energy, Finland, 1991Feidt M., Thermodynamique et optimisation energetique, Paris,1987Walker G., Cryocoolers, New York, 1983Florea T., Roman C., Instalaiii frigorifice navale, Ed. Muntenia,Constanta, 1994Florea T., Roman c., Florea E., Transfer de cdldurd :ji masa,Ed. Muntenia, 1994Florea T., Roman c., Studiu energetic, Ed. Muntenia, 1995Florea T., Roman C., Riicirea motoarelor navale, Ed. Muntenia,1995

[9][10]

[11]

[12][13][14] Florea T., Regenerarea caldurii in masinile term ice, Ed. Muntenia

& Leda, 2001[15] Florea T., Petrescu S., Costea M., Energy Conversion, BucknellUniversity, Lewisburg PA, 2002

30


32/32

- ,

"

,*

. .

- : 4 ,

indrumar laborator ifn

Documents

se vorefeetua

care se afla plutitorul

laborator t

pentru h

sau se citeste din diagrama

eu comprimare

apa se vor utiliza rotametrele

debitul masurat qm