Dimensionarea instalatiei cu comprimare mecanica de vapori de r717

DIMENSIONAREA INSTALATIEI CU COMPRIMARE MECANICA DE VAPORI DE R717

Se cere sa se proiecteze o instalatie frigorifica cu compresie mecanica cu NH₃ (R717), cunoscandu-se urmatoarele valori date de proiectare :

• Puterea frigorifica necesara:

• Sola este reprezentata de o solutie de etilen-glicol si apa (C₂H₃O₂ + H₂O), domeniul de temperatura incadrandu-se in domeniul:

• Agentul de racire utilizat la condensator este apa, si are urmatoarele temperaturi de intrare respectiv iesire:

1. CALCULUL TERMIC

determinarea parametrilor termodinamici ai ciclului teoretic

La calculul ciclului termodinamic al amoniacului s-a luat in considerare o instalatie care nu utilizeaza supraincalzirea agentului frigorific. Pentru determinarea temperaturii caracteristice de vaporizare, condensare si subracire s-au utilizat relatiile :

alegand urmatoarele valori:

Fig. 1.1. Variatia de temperatura a agentilor in vaporizator

Fig. 1.2.Variatia de temperatura a agentilor in condensator

Fig. 1.3. Variatia de temperatura a agentilor in subracitorul de lichid

In urma calculelor se determina urmatoarele valori ale temperaturilor caracteristice de vaporizare, de condensare si de subracire:

Cunoscand aceste valori au fost determinati toti parametrii termodinamici ai ciclului teoretic pentru instalatia cu compresie mecanica a vaporilor de amoniac. Datele sunt centralizate in tabelul 1. :

Tabelul 1.1. parametrii termodinamici ai instalatiei

puteri termice si energetice ale instalatiei

Puterea frigorifica masica:

Puterea frigorifica volumica:

Debitul masic de amoniac:

Puterea termica masica de condensare:

Puterea termica totala de condensare:

Lucrul mecanic masic de comprimare:

Puterea totala de compresie:

Puterea termica masica de subracire:

Puterea termica totala de subracire:

Bilantul energetic al instalatiei:

- determinarea coeficientului de performanta al instalatiei

Cunoscand debitul masic de amoniac si volumul vaporilor in aspiratia compresorului:

si ,putem determina debitul volumic in aspiratia compresorului:

2. ALEGEREA COMPRESORULUI PENTRU AMONIAC

Datele necesare pentru alegerea compresorului:

Presiunile de vaporizare si condensare si debitul volumic teoretic de amoniac:

Temperatura teoretica la aspiratia in compresor:

Deoarece trebuie realizat calculul pentru functionarea reala a compresorului este necesara determinarea gradului de livrare al compresorului:

a). Coeficientul spatiului mort: acest spatiu mort apare datorita limitarii cursei pistonului. Se aleg urmatoarele valori:

,unde c₀ este coeficientul relativ al spatiului mort (depinde ce constructia compresorului) iar m reprezinta indicele transformarii politropice ( m=1 pentru amoniac):

. Se calculeaza:

b). Coeficientul de laminare: Acest coeficient apare datorita pierderilor de presiune la curgerea vaporilor prin supape; in realitate compresorul va functiona cu o presiune mai mica in aspiratie ;deci putem calcula:

c). Coeficientul de incalzire: in aspiratia compresorului vaporii vor suferi o supraincalzire care la randul ei va produce o marire a volumului masic (rezulta un debit volumic mai mic la aspiratie in compresor):

d). Coeficientul de etanseitate: apare datorita pierderilor prin neetanseitatile compresorului.

Cunoscand toti acesti coeficienti, putem determina randamentul volumic al compresorului (gradul de livrare) si, implicit, debitul volumic real:

alegerea compresorului in functie de puterea frigorifica

Pentru alegerea compresoarelor in cadrul instalatiei cu amoniac s-au avut in vedere urmatoarele criterii:

puterea electrica consumata cat mai redusa

puterea frigorifica reala cat mai apropiata de cea din tema

spatiul tehnic necesar pentru amplasarea compresoarelor

investitie redusa

S-au avut in vedere pentru alegerea compresoarelor produsele Tehnofrig si Bitzer. Calculele sunt centralizate in tabelele 2.2. si 2.3. In urma compararii caracteristicilor tehnice, in cazul compresoarelor Tehnofrig cel mai eficient model pentru tema data este 6AW-100, iar dintre compresoarele Bitzer modelul ales este W6FA. Dintre cele doua tipuri modelul Bitzer are un gabarit semnificativ redus.

Deci vom alege un numar de 5 compresoare active Bitzer W6FA si unul de rezerva. In urma caracteristicilor tehnice ale acestui compresor recalculam marimile de proiectare:

Valorile calculate pentru amoniac:

Puterea frigorifica reala:

Debitul masic real de agent frigorific:

Puterea termica reala de condensare:

Puterea termica reala de subracire:

Tabelul 2.2. Alegerea compresoarelor – compresoare Tehnofrig

Tabelul 2.3. Alegerea compresoarelor – compresoare Bitzer

3. DIMENSIONAREA CONDENSATORULUI PETRU AMONIAC

Date necesare pentru dimensionarea condensatorului:

- puterea termica reala de condensare:

- temperatura de condensare:

- temperatura de intrare/iesire a apei de racire:

determinarea suprafetei de condensare

Alegem tevi din otel avand urmatoarele caracteristici: . Tinand cont de aceste valori putem determina:

Pentru un calcul corect al suprafetei necesare pentru transferul de caldura trebuie sa tinem cont influentele depunerilor de ulei si piatra:

pelicula de ulei:

stratul de piatra:

Determinam parmetrii termofizici ai amoniacului lichid si caldura latenta de condensare in functie de temperatura de condensare:

temperatura de condensare:

parametrii termofizici ai amoniacului:

caldura latenta de condensare:

In functie de temperatura medie a apei determinam parametrii termofizici ai acesteia:

temperatura medie a apei:

parametrii termofizici ai apei:

Pentru a determina suprafata de transfer de caldura a condensatorului utilizam urmatoarea relatie:

, unde: - reprezinta puterea termica reala de condensare

- reprzinta densitatea de flux termic la condensare

Se cunoaste ca la tansferul de caldura prin peretele tevii densitatea de flux termic se conserva. Obtinem:

; in acesta relatie nu se cunoaste temperatura peliculei de ulei , iar pentru aceasta trebuie determinate doua functii:

Determinam atat , cat si densitatea de flux termic cautata:

Determinarea functiei :

Consideram:

Obtinem:

Determinarea functiei :

Consideram:

Determinam criteriul Reynolds, cosiderand viteza apei :

Putem determina coeficientul coeficientul de transfer termic convectiv al apei:

Obtinem:

Deci, in final:

Rezolvand ecuatia , determinam ca pentru:

avem densitatea de flux termic:

Cunoscand toate aceste valori, acum se poate determina suprafata de transfer termic a condensatorului:

dimensionarea constructiva a condensatorului

Din calculele precedente sunt cunoscute urmatoarele valori:

In functie de aceste valori putem determina:

o      debitul masic de apa:

o      debitul volumic de apa:

o      numarul de tevi pentru o trecere:

Cunoastem lungimea fascicolului de tevi pentru un numar par de treceri:

- lungimea acestui fascicol trebuie sa se incadrese in intervalul

Diametrul mantalei rezulta in functie de asezarea tevilor, numarul si dimensiunea acestora:

, unde:

– coeficient dependent de numarul total de tevi

– pasul tevilor

– intervalul dintre tevi si manta

Pentru tipul de teava aleasa, cunoatem:

Se considera ca fiind raportul intre diametrul exterior si lungimea condensatorului. Raportul optim in functie de care trebuie sa se faca alegerea condensatorului tinde catre 0,2:

In functie de aceste valori intocmim urmatorul tabel pentru alegerea condensatorului:

Tabelul 3.1. Compararea si alegerea condensatorului

In urma alegerii facute s-au determinat urmatoarele valori:

dimensionarea principalelor racorduri

o      racordul pentru amoniac vapori:

Se alege conform STAS 404/80 teava .

o      racordul pentru amoniac lichid:

Se alege conform STAS 404/80 teava .

o      racordurile pentru apa de racire:

Se alege conform STAS 404/80 teava .

4. DIMENSIONAREA VAPORIZATORULUI PENTRU AMONIAC

Date necesare pentru dimensionarea vaporizatorului:

- puterea termica reala de condensare:

- temperatura de vaporizare:

- agentul racit este solutie de etilen-glicol si apa (). Temperatura de intrare/iesire a agentului racit:

determinarea suprafetei de vaporizare

Alegem coeficientul global de transfer de caldura:

Alegem tevi din otel avand urmatoarele caracteristici: . Tinand cont de aceste valori putem determina:

Pentru un calcul corect al suprafetei necesare pentru transferul de caldura trebuie sa tinem cont influentele depunerilor de ulei:

pelicula de ulei:

Alegem viteza solei ca fiind:

Determinam diferenta de temperatura medie logaritmica:

Pentru temperaturile:

Determinam parmetrii termofizici ai solei in functie de temperatura medie a solei si temperatura de congelare:

temperatura de congelare:

temperatura medie a solei:

concentratia solutiei de etilen-glicol si apa () este de 35%

parametrii termofizici ai solei:

Determinam criteriul Reynolds, cosiderand viteza solei :

Calculam corectia lui Rahmm:

Putem calcula valoarea coeficientului de transfer termic conductiv:

Calculam rezistenta termica conductiva:

Considerand ca diferenta putem calcula coeficientul de convectie la vaporizarea amoniacului cu relatia Krujilin:

Putem calcula coeficientul global de transfer termic:

Calculam eroarea fata de coeficientul global de transfer termic initial:

Determinam coeficientul global de trransfer de caldura mediu:

In final putem determina suprafata de transfer de caldura necesara in vaporizator:

dimensionarea constructiva a vaporizatorului

Din calculele precedente sunt cunoscute urmatoarele valori:

In functie de aceste valori putem determina:

o      debitul volumic al solei:

o      numarul de tevi pentru o trecere:

Cunoastem lungimea fascicolului de tevi pentru un numar par de treceri:

- lungimea acestui fascicol trebuie sa se incadreze in intervalul

Diametrul mantalei rezulta in functie de asezarea tevilor, numarul si dimensiunea acestora:

, unde:

– coeficient dependent de numarul total de tevi

– pasul tevilor

– intervalul dintre tevi si manta

Pentru tipul de teava aleasa, cunoatem:

Se considera ca fiind raportul intre diametrul exterior si lungimea vaporizatorului. Raportul optim in functie de care trebuie sa se faca alegerea vaporizatorului tinde catre 0,2:

In functie de aceste valori intocmim urmatorul tabel pentru alegerea vaporizatorului:

Tabelul 4.1. Compararea si alegerea vaporizatorului

In urma alegerii facute s-au determinat urmatoarele valori:

dimensionarea principalelor racorduri

o      racordul pentru amoniac vapori:

Se alege conform STAS 404/80 teava .

o      racordul pentru amoniac lichid:

Se alege conform STAS 404/80 teava .

o      racordurile pentru sola:

Se alege conform STAS 404/80 teava .

DIMENSIONAREA SI ALEGEREA APARATURII AUXILIARE

1. Alegerea separatorului de ulei

Separarea uleiului din amestecul cu vaporii se realizeaza prin scaderea brusca a vitezei, prin schimbari de directie si prin parcurgerea unui strat de umplutura. Montarea separatoarelor de ulei se va face individual la fiecare compresor, deci se vor alege urmatoarele valori pentru determinarea diametrului minim al separatoarelor:

o      se scade brusc la o viteza de:

o      volumul masic la refuarea din compresor:

o      numarul compresoarelor active:

o      debitul masic de agent frigorific:

Determinam diametrul minim al separatorului de ulei:

Alegem un numar de 5 separatoare de ulei tip SU-300.

2. Alegerea separatorului de lichid

Este utilizat la instalatiile cu amoniac pentru protectia compresorului la instalatiile cu amoniac conta patunderii picaturilor de lichid rezultate dintr-o vaporizare incompleta si antrenate de vaporii aspirati. Prin schimbari bruste de directie si o micsorare puternica a vitezei, are loc o separare gravimetrica a picaturilor:

o      se scade brusc la o viteza de:

o      volumul masic la refuarea din compresor:

o      debitul masic de agent frigorific:

Determinam diametrul minim al separatorului de ulei:

Alegem un separator de lichid SLV 700.

3. Alegerea rezervorului de lichid

Este utilizat la instalatiile cu amoniac cat si la cele cu freon, de putere medie sau mare, este amplasat sub condensator la o cota care sa asigure scurgerea libera a lichidului. Rezervorul de lichid are doua scopuri:

in caz de avarie acumuleaza volumul de agent frigorific lichid din instalatie, pentru a se putea facilita interventia si depanarea

stocheaza surplusul de agent frigorific lichid atunci cand consumatorul solicita o sarcina termica mai mica decat cea nominala; cantitatea stocata serveste ulterior acoperirii varfurilor de sarcina.

o      Determinarea volumului intertubular al vaporizatorului:

Date necesare:

:

Calculul efectiv:

o      Determinarea volumului intertubular al vaporizatorului:

Date necesare:

:

Calculul efectiv:

o      Volumul subracitorului de lichid:

Cunoscand urmatoarele grade de umplere ale elementelor instalatiei:

putem determina volumul de lichid din instalatie:

Si, in final, volumul necesar al rezervorului:

Deci alegem un rezervor de amoniac lichid Tehnofrig tip TRL – 4000.

4. Dimensionarea subracitorului de lichid

Date de calcul

Pentru dimensionarea subracitorului de lichid vom relua urmatoarele date de calcul determinate anterior:

o      Determinam debitul volumic de apa de racire:

o      Cunoastem temperatura apei de racire:

Calculul termic

Se considera subracitorul de tip SCC confectionat din tuburi concentrice si , ce formeaza tronsoane inseriate montate suprapus. Apa de racire circula prin tubul inerior iar amoniacul prin spatiul dintre cele doua tuburi.

o      determinam viteza apei in tubul interior:

o      determinam viteza agentului frigorific in spatiul dintre tuburi:

o      Pentru temperatura medie a amoniacului:

;

determinam parametrii termofizici ai acestuia:

o      Determinam criteriul Reynolds, cosiderand viteza apei si diametrul echivalent :

o      Putem determina coeficientul coeficientul de transfer termic convectiv al apei:

Pentru un calculul suprafetei necesare pentru transferul de caldura trebuie sa tinem cont influentele depunerilor de ulei si piatra, cat si de caracteristicile materialului:

pelicula de ulei:

stratul de piatra:

peretele tevii:

Calculam rezistenta termica conductiva:

In functie de temperatura medie a apei determinam parametrii termofizici ai acesteia:

temperatura medie a apei:

parametrii termofizici ai apei:

Determinam criteriul Reynolds:

Calculam corectia lui Rahmm:

Putem calcula valoarea coeficientului de transfer termic conductiv:

Determinam coeficientul global de transfer de caldura:

Determinarea temperaturii medii logaritmice:

Cunoscand aceste valori putem determina suprafata necesara de transfer de caldura:

In urma acestei valori calculate alegem subracitorul de lichid SCC-3.5 (Frigotehnica Bucuresti)cu o suprafata de schimb de caldura de .

Alegerea pompelor pentru sola

Pentru alegerea pompelor trebuie sa cumoastem debitul de fluid si inaltimea de pompare necesara: