Contoare de caldura

CONTOARE DE CALDURA

1. Notiuni generale

Contoarele de caldura sunt utilizate la masurarea cantitatii de caldura livrate unui consumator in instalatiile de termoficare si in instalatiile in care agentul termic este apa. Ele permit supravegherea continua a functio­narii unor astfel de instalatii, asigurand prin aceasta o utilizare mai eco­nomica a lor. Afara de aceasta, contoarele de caldura dau posibilitatea sa se tina o evidenta sigura a cantitatii de caldura livrate unui consumator.

In prezent, in majoritatea cazurilor, cantitatea de caldura livrata consumatorilor unei retele de termoficare se masoara prin inregistrarea separata a temperaturii apei din conductele de tur si de retur cu ajutorul unor pirometre termoelectrice inregistratoare, si a debitului de apa cu aju­torul unor apometre integratoare. Aceasta metoda de masurare a cantitatii de caldura are ca dezavantaj principal faptul ca necesita un calcul foarte amplu.

Cu toate avantajele evidente pe care le prezinta utilizarea contoarelor de caldura, ele nu sunt folosite pana in prezent pe scara larga.

Problema masurarii cantitatii de caldura se reduce la stabilirea valo­rilor instantanee ale produsului dintre cantitatea de apa ce trece si diferenta dintre temperatura apei in conductele de tur si de retur, si la integrarea in timp a acestor produse. Cantitatea de caldura, in kilocalorii, primita de un consumator intr-un interval anumit de timp t = x_x - f₂ se exprima prin ecuatia

in care ceste caldura specifica a apei, in kcal/kgf-grd; Y -  greutate specifica a apei, in kgf/m³; tj si f₂ - temperatura apei in tevile de tur si de retur, in °C ; q_v si q_g debitul de apa in unitati de volum, respectiv de greutate.

Rezulta de aici ca contoarele de caldura trebuie sa fie compuse dintr-un aparat care masoara debitul de apa, dintr-un dispozitiv pentru masurarea diferentei dintre temperatura apei de tur si a celei de retur, si un dispozitiv multiplicator si  integrator.

Pentru masurarea debitului de apa se utilizeaza de obicei contoare de viteza si, mai rar, manometre diferentiale.

Pentru masurarea diferentei dintre temperatura apei de tur si a celei de retur se utilizeaza termometre manometrice, termocupluri, termometre cu rezistenta si termometre de dilatare.

Eroarea totala a contorului de caldura se compune din erorile apometrului, cele ale aparatului cu care se masoara diferenta de temperatura si cele ale mecanismului multiplicator. Aici intra si eroarea legata de variatia greutatii specifice si a caldurii specifice cu temperatura, deoarece la gradarea contoarelor de caldura, caldura specifica si greutatea specifica sunt considerate constante. In majoritatea cazurilor eroarea indicatiilor contoarelor de cal­dura este de rt 34% din limita superioara de masurare.

2. Constructia contoarelor de caldura

Contoarele de caldura pot fi executate atat ca aparate mecanice cat si ca aparate electrice. Contoarele de caldura electrice se impart la randul lor in doua grupe principale: contoare de caldura fara sursa straina de curent si contoare de caldura cu sursa straina.

La contoarele de caldura din prima grupa, energia electrica necesara pentru alimentarea schemei de masurare este generata   fie de catre aparatul

Fig. 1. Contorul de caldura mecanic

pentru masurarea diferentei de temperatura, fie de aparatul pentru masurarea debitului de apa. Contoarele de caldura din grupa a doua primesc energia electrica din exterior, de obicei de la o retea de curent alternativ.

In fig. 1 este reprezentat schematic contorul de caldura mecanic .

. Pe placa sunt montate doua tevi metalice paralele si fixate rigid intre ele la unul din capete prin blocul prins de placa

In aceste tevi inchise la ambele capete sunt introduse si fixate pe partea blocului cele doua tevi de circulatie si de diametru mai mic (teava care se afla in teava nu se vede in figura). Tevile de circulatie sunt ceva

mai scurte dacit tevile principale, re fetele frontale ale tevilor si sunt su­date racordurile de legatura si

Capetele libere ale tevilor principale sunt legate la parghia cu ajutorul dis­pozitivului diferential aratat in fig. Pe aceasta parghie este fixat mecanismul contor actionat cu ajutorul rolei cuplata prin frictiune la discul ac­tionat de apometrul cu rotor spiral. In partea opusa a mecanismului contor este fixat acul indicator In felul acesta, contorul de caldura este preva­zut, afara de contorul de caldura, cu o scara suplimentara si un ac indicator pentru indicarea diferentei dintre tempe­ratura apei de tur si a celei de retur in conductele retelei termice.

Cu ajutorul liniilor de legatura, te­vile principale si cele de circulatie se racordeaza la conductele de tur, respec­tiv de retur ale retelei termice, pentru ca prin ele sa treaca o cantitate relativ mica de apa de tur si de retur.

Tevile si incalzindu-se la tem­peratura apei de tur si a celei de retur se dilata in mod diferit, rotind astfel parghia si o data cu ea mecanismul contor si acul indicator, cu un anumit unghi. In felul acesta tevile si au rolul unui termometru diferential de dilatare.

Trebuie aratat ca relatia dintre va­riatia lungimii tevilor metalice si tem­peratura este liniara si de aceea unghiul de deplasare a parghiei este propor­tional cu diferenta dintre temperatura apei de tur si a celei de retur.

Deviatia parghiei cu un anumit unghi fata de reperul zero provoaca o deplasare a rolei de frictiune a mecanis­mului contor de la centrul discului spre marginea sa. Cum turatia discului este proportionala cu debitul de apa, iar deplasarea rolei cu diferenta dintre

temperatura apei de tur si a celei de retur, turatia acesteia va fi propor­tionala cu produsul acestor marimi sau cu cantitatea de caldura.

Liniile de legatura ale aparatului trebuie racordate la conductele retelei termice astfel, incat caderea .de presiune intre punctele lor de racordare sa fie suficienta pentru a se asigura un debit suficient de apa prin tevile contorului de caldura, in schema din fig. 2 caderea de presiune necesara este creata cu ajutorul diafragmelor.

Pentru verificarea in conditii de exploatare a pozitiei de zero a acului indicator si totodata a rolei de frictiune a contorului de cal­dura, care in acest caz trebuie sa fie in centrul discului si sa nu se ro­teasca, se utilizeaza puntea cu ro­binetul La deschiderea acestui robinet, apa din conducta de tur trebuie sa treaca prin ambele tevi si, din cauza aceasta, diferenta de temperatura indicata de aparat tre­buie sa fie nula. Aceste contoare de caldura trebuie gradate individual la o instalatie speciala sau in conditii de exploatare. Eroarea indicatiilor acestui contor de caldura este de ± 33,5%.

In cele ce urmeaza sunt examinate doua tipuri de contoare de caldura electrice. infig. 3 este prezentat schematic un contor de caldura cu cadru cazator.

Pentru masurarea debitului de apa care curge prin retea se utilizeaza la acest contor de caldura un apometru cu rotor spiral. Diferenta dintre temperatura apei de tur si a celei de retur se masoara cu o termobaterie diferentiala, formata din cinci termocupluri diferentiale legate in serie. Pentru claritate, in schema din fig. 3 este reprezentat numai un singur termocuplu  diferential.

Ca dispozitiv multiplicator se utilizeaza, la acest contor de caldura, mecanismul cu cadru cazator.

Pe axul rotit de apometrul se afla excentricul La fiecare rotatie completa a excentricului, careia ii corespunde o cantitate bine determinata de apa, cadrul se ridica si coboara o singura data. Cursa de jos a cadrului este limitata de deviatia acului milivoltmetrului, care este proportionala cu diferenta de temperatura. Cursa in sus a cadrului este limitata de un opritor, intr-o pozitie care corespunde acului milivoltmetrului pentru o diferenta de temperatura egala cu zero. Cu cat unghiul de deviatie al acului este mai mare, cu atat cursa cadrului este mai mare, deoarece muchia sa inferioara este oblica. Numarul de curse ale cadrului este proportional cu debitul de apa, iar cursa sa cu diferenta de temperatura.

Oscilatia cadrului se transmite cu ajutorul unui clichet si al unei roti de clichet la mecanismul contor care marcheaza debitul de caldura masurat.

Afara de mecanismul contor pentru indicarea debitului de caldura, aparatul este prevazut cu un indicator al diferentei de temperatura si cu un alt mecanism contor pentru inregistrarea debitului de apa, astfel ca pot fi verificate toate marimile ce determina indicatiile contorului de caldura.

La contorul de caldura electric reprezentat schematic in fig. 4, diferenta dintre temperatura apei de tur si a celei de retur se masoara cu ajutorul termometrelor cu rezistenta R₁ si R_? legate dupa o schema dife­rentiala la bobinele B₁ si B₂ ale unui contor inductiv. Campurile magnetice ale bobinelor B_t si B₂ sunt orientate astfel ca fluxurile magnetice sa fie opuse intre ele; ele dau un flux magnetic rezultant <P₁ proportional cu diferenta de temperatura t_± Valoarea celui de al doilea flux magnetic este determinata de curentul ce trece prin bobina B a contorului inductiv.

Turatia n a discului D al contorului inductiv este proportionala, la o frecventa constanta a curentului, cu raportul fluxurilor magnetice O_x si <I>2; adica

tinand insa seama ca

<d_1==Ci. («_x-y . u

Si

<&₂ = c₂ . u

in care U este tensiunea in bobinajul secundar al transformatorului T, se obtine:

n = C₃ (h-ti).

Prin urmare, viteza de rotatie a discului contorului inductiv este proportionala cu diferenta de temperatura si nu depinde de tensiunea U.

Apometrul cu rotor spiral folosit la masurarea debitului de apa are un dispozitiv de contact, la a carui inchidere se amorseaza releul de timp ET. Acest releu inchide la randul sau circuitul electromagnetului EM care an­greneaza discul D prin mecanismul de transmitere MT cu mecanismul contor MC, din care cauza timpul total de conectare a mecanismului con­tor este proportional cu debitul de apa. Indicatiile mecanismului contor A/C sunt proportionale cu produsul dintre diferenta de temperatura si debitul de. apa, adica debitul de caldura livrata consumatorului.