Seminar Ouia 1.pptx

Operații unitare II As.Dr. Ing. Valentina Gogulancea [email protected] Consultații: Joi, 10:00 – 18:00 F203

Operații unitare II Punctaj: 60 p lucrari 10 p prezenta 30 p teme+activitate

Obiective • recapitulare: transfer termic prin conductie & convectie + coeficienti de transfer termic •schimbatoare de caldura: tipuri constructive •rezolvarea unor bilanțuri termice pentru schimbătoare de căldură tubulare cu circulație în echi & contracurent

Transfer termic Transfer termic printr-un perete plan

Qtransf  K  A  T

Coeficientul global de transfer termic Grosimea peretelui [m]

K

Coeficient partial de transfer termic: fluid 1 – perete [W/(m2K)]

1

1

1



Coeficient partial de transfer termic: perete – fluid 2 [W/(m2K)]

 1   2 Conductivitatea termica a peretelui [W/(mK)]

Transfer termic Peretii unui cuptor sunt confectionati dintr-un material izolator cu conductivitatea termica 0.18 W/(mK). Daca temperatura din interiorul cuptorului este 300 oC si temperatura maxim permisa a suprafetei exterioare a cuptorului este 50 oC, determinati grosimea necesara a stratului de izolatie. Consideram ca la exteriorul cuptorului aerul are o temperatura de 25 oC iar coeficientii partiali de transfer termic pentru aer si pentru gazele de ardere sunt egali, cu valoarea de 15 W/(m2K).

Schimbătoare de căldură •Utilaje de transfer termic care transmit caldura de la un mediu (fluid) catre altul • schimbatoare de amestec • schimbatoare de suprafata

Schimbator de caldura teava in teava (tubular)

Schimbătoare de căldură • schimbatoare de suprafata

Schimbator de caldura cu fascicul tubular

Schimbătoare de căldură • schimbatoare de suprafata

Schimbator de caldura cu placi

Schimbătoare de căldură • schimbatoare de suprafata

Schimbator de caldura in spirala

Schimbătoare de căldură (T1,e  T2 ,e )  (T1,i  T2 ,i ) Tm  (T1,e  T2 ,e ) ln (T1,i  T2 ,i )

A c Gm Q k

aria suprafeței de transfer termic căldură specifică fluid debit masic fluid debit termic coeficient total de transfer termic

Q  Gm,1  C1  ( t1,i  t1,e )  Gm,2  C2  ( t2 ,i  t2 ,e )  K  A  Tm

Schimbătoare de căldură

T1 intrare > T2 intrare T1 iesire > T2 iesire

Schimbătoare de căldură (T1,e  T2 ,i )  (T1,i  T2 ,e ) Tm  (T1,e  T2 ,i ) ln (T1,i  T2 ,e )

A cp Gm Q K

aria suprafeței de transfer termic căldură specifică fluid debit masic fluid debit termic coeficient total de transfer termic

Q  Gm,1  c p,1  (T1,i  T1,e )  Gm,2  c p,2  (T2 ,e  T2 ,i )  K  A  Tm

Schimbătoare de căldură 1. Într-un schimbător de căldură, apa de presă necesară difuziei este încălzită de la temperatura de 200C la 450C cu ajutorul apei de condens care are temperatura de intrare în schimbător de 900C şi cea de ieşire de (a) 500C (b) 450C (c) 650C. Să se determine diferenţa medie de temperatură din schimbător atât pentru circulaţia celor două fluide în echicurent, cât şi pentru circulaţia în contracurent. 2. Într-un schimbător de căldură tubular condensează abur saturat cu presiunea de 3.5 bar şi debitul G2=0.7 kg/s. Apa care circulă prin interiorul ţevilor se încălzeşte de la 200C la 900C. Să se calculeze diferenţa medie logaritmică pentru acest schimbător şi debitul apei de răcire

Schimbătoare de căldură 1. Într-o fabrică de conserve, apa pentru necesităţi tehnologice este încălzită într-un preîncălzitor de la 20 °C la 70 °C cu gaze de ardere având temperatura 160 °C şi căldura specifică 1050 J/kgK. Debitul de apă este 1.25 kg/s iar cel de gaze este 5 kg/s. Coeficientul total de transfer de căldură este k=120 W/m2K. Să se calculeze aria de transfer a preîncălzitorului pentru circulaţia în echicurent şi în contracurent si temperatura de iesire a gazelor de ardere capa (t )  4225  0,0998t  0,01t 2 , J  kg 1  K 1

Q  Gm,1  c p1  (T1,i  T1,e )  Gm,2  c p 2  (T2 ,e  T2 ,i )  K  A  Tm

Schimbătoare de căldură Q  Gm,1  c p1  (T1,i  T1,e )  Gm,2  c p 2  (T2 ,e  T2 ,i )  K  A  Tm

Tm 

( T1,e  T2 ,e )  ( T1,i  T2 ,i ) ( T  T2 ,e ) ln 1,e ( T1,i  T2 ,i )

Q  Gm,1  C1  (T1,i  T1,e )  Gm,2  C2  (T2 ,e  T2 ,i )  K  A  Tm

Schimbătoare de căldură 2. Un schimbător de căldură țeavă în țeavă cu circulație în contracurent este folosit ca răcitor de distilat într-o instalație de rectificare de mică capacitate. Schimbătorul are țeava interioară din oțel (λp=46,5 W/m grd) cu diametrul interior di=30 mm, grosimea peretelui țevii fiind δp=1 mm. Lungimea schimbătorului este L=20 m. Prin țeava interioară circulă distilatul care intră cu 90°C și iese cu 50°C, iar prin țeava exterioară circulă apă rece care intră cu 20°C. Distilatul are debitul G1=0,1 kg/s și căldura specifică medie c1=2500 J/(kg grd). Apa de răcire are debitul G2=0,095 kg/s și căldura specifică c2=4000 J/(kg grd). Coeficientul parțial de transfer termic de la distilat la peretele schimbătorului are valoarea α1=500 W/m2 grd.

Ce valoare are coeficientul total de transfer termic în schimbător? Ce valoare are coeficientul parțial de transfer termic de la peretele schimbătorului la apa de răcire? Ce suprafata de transfer termic ar fi necesara pentru curgerea in echicurent?

Schimbătoare de căldură 2. Un schimbător de căldură țeavă în țeavă cu circulație în contracurent este folosit ca răcitor de distilat într-o instalație de rectificare de mică capacitate. Schimbătorul are țeava interioară din oțel (λp=46,5 W/m grd) cu diametrul interior di=30 mm, grosimea peretelui țevii fiind δp=1 mm. Lungimea schimbătorului este L=20 m. Prin țeava interioară circulă distilatul care intră cu 90°C și iese cu 50°C, iar prin țeava exterioară circulă apă rece care intră cu 20°C. Distilatul are debitul G1=0,1 kg/s și căldura specifică medie c1=2500 J/(kg grd). Apa de răcire are debitul G2=0,095 kg/s și căldura specifică c2=4000 J/(kg grd). Coeficientul parțial de transfer termic de la distilat la peretele schimbătorului are valoarea α1=500 W/m2 grd.

Q  Gm,1  C1  (T1,i  T1,e )  Gm,2  C2  (T2 ,i  T2 ,e )  K  A  Tm