27325344 termotehnica si masini termice

8/8/2019 27325344 Termotehnica Si Masini Termice

1/247

T. MADARASAN B. APAHIDEAN I.GHIRANI.TEBEREAN P. UNGURESAN B. DUMA

M. BALAN

INDRUMATOR

pentru LUCRARI deTERMOTEHNICA si MASINI TERMICE

CLUJ-NAPOCA 2002

1


2/247

PREFATA

Aceasta lucrare reprezinta o editie noua,revazuta si completata a indrumatorului"Termotehnica si masini termice-Lucrari delaborator", autori A. Apahidean, T. Madarasan,I. Ghiran si I. Teberean, aparuta prin Atelierulde multiplicare al UTC-N in 2001.

Ideea transpunerii si difuzarii pe Internet aprezentei carti are la baza faptul ca BibliotecaUniversitatii Tehnice din Cluj-Napoca (UTC-N)achizitioneaza putine exemplare din materialeledidactice care apar. Ca urmare, dupa un an dela publicarea unei lucrari solicitate de multistudenti, se face simtita nevoia reeditariirespectivei lucrari. Aceasta este si situatiaIndrumatorului de Lucrari de Termotehnica siMasini Termice, care este folosit de studentii dela toate specializarile din cele trei facultati cuprofil mecanic, precum si de catre studentiiFacultatii de Electrotehnica ale UTC-N.

De asemenea se considera ca prin aceasta formade difuzare se aduce o modesta contributie lacrearea bazei pentru dezvoltareainvatamantului la distanta, care desigur, in aniice vin, se va raspandi din ce in ce mai mult. Alteavantaje ale publicarii pe internet a unei lucrarididactice le reprezinta posibilitatea de amodifica foarte operativ prezentarea lucrarilorcare se modernizeaza si costurile practic

neglijabile, legate de publicarea acestor carti.Indrumatorul prezinta lucrarile de laboratorintr-o forma usor acesibila studentilor care auin planul de invatamant disciplina deTermotehnica si Masini termice. Fiecare lucraretrateaza bazele teoretice ale procesului studiat,prezinta pe larg instalatia experimentala,inclusiv aparatura de masura, mersul lucrarii,prelucrarea si interpretarea rezultatelorexperimentale, precum si tabelul cu rezultatelefinale.O importanta deosebita se acordapreciziei de masurare. Pentru a se usuracalculul marimilor care intervin, indrumatorulmai contine si o serie de anexe cu principaleleproprietati termofizice ale celor mai utilizatiagenti termodinamici.

Au fost revazute toate lucrarile de laborator. S-au operat schimbarile impuse de modificarileaduse instalatiilor experimentale si s-au corectatunele scapari strecurate in editia precedenta.

Multumim pe aceasta cale tuturor acelora care,prin observatiilie si sugestiile facute, aucontribuit la imbunatatirea continutuluiindrumatorului de lucrari.

CUPRINS

Nr. TITLUL LUCRARII2


3/247

Lucr.1 MASURAREA TEMPERATURILOR

2 MASURAREA PRESIUNILOR

3 DETERMINAREA DEBITELOR PRIN METODA STRANGULARII

4 DETERMINAREA CALDURILOR SPECIFICE ALE SUBSTANTELOR GAZOASE

5 DETERMINAREA TITLULUI SI ENTALPIEI ABURULUI SATURAT UMED

6 DETERMINAREA CALDURII DE ARDERE A COMBUSTIBILILOR GAZOSI

7 DETERMINAREA MARIMILOR DE STARE ALE AERULUI UMED

8 DETERMINAREA CONDUCTIVITATII TERMICE A MATERIALELOR SOLIDE

9 DETERMINAREA EXPONENTULUI ADIABATIC AL GAZELOR PRIN METODA CLEMENT-DESORMES

10 DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE CONVECTIE TERMICA LA UN FASCICUL DE TEVI

11DETERMINAREA COEFICIENTULUI GLOBAL DE TRANSFER TERMIC SI A CONDUCTIVITATII TERMICE ECHIVALENTE LA UN CUPTOR DE INCALZIT ELECTRIC

12 ANALIZA COMPOZITIEI CHIMICE A GAZELOR ARSE

13 BILANTUL TERMIC AL SCHIMBATOARELOR DE CALDURA

14 BILANTUL TERMIC AL UNUI CAZAN DE ABUR

15 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR PRINCIPALE ALE UNEI

INSTALATII FRIGORIFICE CU COMPRESOR 16 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR PRINCIPALE ALE POMPELOR DE CALDURA

17 DETERMINAREA CURBEI DEBITULUI IN FUNCTIE DE RAPORTUL PRESIUNILOR SI BILANTUL TERMIC LA UN COMPRESOR CU PISTON

18 TRASAEA CURBELOR CARACTERISTICE INTERIOARE LA UN VENTILLATOR CENTRIFUGAL

19 INCERCARE SI REGLAREA POMPELOR DE INJECTIE

20 DETERMINAREA CARACTERISTICILOR DE TURATIE A MOTOARELOR CU ARDERE INTERNA CU PISTON

21 BILANTUL TERMIC AL UNUI MOTOR DIESEL IN PATRU TIMPI

22 ORGANOLOGIA MOTOARELOR CU ARDERE INTERNA CU PISTON, A TURBINELOR CU GAZE SI A COMPRESOARELOR

23 DETERMINAREA NEUNIFORMITATII DE DEBITARE A UNEI POMPE DE INJECTIE CU DISTRIBUITOR ROTATIV

24 SEPARAREA TERMICA A UNUI CURENT DE GAZ PRIN EFECT

3
http://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr01/L1.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr02/L2.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr03/L3.htmhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr04/L4.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr04/L4.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr05/L5.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr06/L6.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07/L7.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L08/lucr08..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L08/lucr08..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L09/lucr09..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L09/lucr09..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L10/lucr.10.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L10/lucr.10.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L11/lucr11.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L11/lucr11.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L11/lucr11.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L12/lucr12.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L13/lucr13.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L14/lucr14.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L15/lucr15.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L15/lucr15.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L16/lucr16.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L16/lucr16.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L17/lucr17.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L17/lucr17.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L18/lucr18.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L18/lucr18.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L19/lucr19.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L20/lucr20.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L20/lucr20.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L21/lucr21.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L22/lucr22.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L22/lucr22.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L23/lucr23.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L23/lucr23.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L24/lucr24.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr02/L2.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr03/L3.htmhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr04/L4.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr04/L4.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr05/L5.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr06/L6.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07/L7.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L08/lucr08..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L08/lucr08..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L09/lucr09..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L09/lucr09..htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L10/lucr.10.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L10/lucr.10.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L11/lucr11.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L11/lucr11.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L11/lucr11.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L12/lucr12.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L13/lucr13.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L14/lucr14.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L15/lucr15.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L15/lucr15.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L16/lucr16.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L16/lucr16.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L17/lucr17.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L17/lucr17.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L18/lucr18.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L18/lucr18.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L19/lucr19.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L20/lucr20.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L20/lucr20.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L21/lucr21.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L22/lucr22.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L22/lucr22.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L23/lucr23.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L23/lucr23.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L24/lucr24.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr01/L1.html


4/247

TURBIONAR

25 STUDIUL PROCESULUI DE COMPRIMARE INTR-UN EJECTOR.

26 SCHIMBUL GLOBAL DE CALDURA PRIN SUPRAFETE EXTINSE

27 INCERCAREA SI REGLAREA INJECTOARELOR

28 ANEXA I29 ANEXA II

1. MASURAREA TEMPERATURILOR

1.1. Notiuni generale

4
http://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L24/lucr24.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L25/lucr25.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L26/lucr26.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L27/lucr27.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/AnexaI/Anexa%20I.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/AnexaII/ANEXA%20II.htmhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L24/lucr24.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L25/lucr25.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L26/lucr26.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/L27/lucr27.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/AnexaI/Anexa%20I.htmlhttp://www.termo.utcluj.ro/termoluc/AnexaII/ANEXA%20II.htm


5/247

Temperatura este o marime de stare termica ce caracterizeaza gradul de incalzire al corpurilor

Pentru masurarea temperaturii se recurge la un corp termometric ale carui proprietati fizivariaza cu temperatura. Indicarea temperaturii se obtine prin stabilirea echilibrului termodinamintre corpul al carui temperatura se doreste a fi stabilita si corpul termometric, stare in ca

transferul de caldura dintre acestea se anuleaza.Metodele si aparatele folosite pentru masurarea temperaturii se clasifica in functie d proprietatea fizica a corpului termometric utilizata in acest scop. In general, se foloseste variaurmatoarelor proprietati fizice ale materialelor sau corpurilor termometrice functie temperatura:

-variatia dimensiunilor liniare ale unor corpuri solide cu temperatura (termometre cu tub si ttermometre cu lama bimetalica);

-variatia volumului functie de temperatura a unor lichide in tuburi capilare (termometre

lichid);-variatia presiunii functie de temperatura a unor vapori, gaze sau lichide aflate intr-un voluinchis (termometre manometrice);

-variatia functie de temperatura a rezistentei electrice a unor conductoare (termorezistente)semiconductoare (termistoare) (traductoare termorezistive);

-aparitia unei tensiuni termoelectromotoare (t.t.e.m.) la capetele libere a doua conductoadiferite, sudate intre ele, cand sudura se afla la temperatura de masurat iar capetele libere ltemperatura cunoscuta si constanta (termocupluri);

-actiunea termica si distributia spectrala a energiei radiate de un corp incalzit (pirometre optcu radiatie totala, pirometre optice cu benzi de radiatie, pirometre spectrale si pirometre dispersie sau de culoare);

-alte metode bazate pe variatia proprietatilor fizice si chimice ale corpurilor.

In general, aparatele care servesc pentru masurarea temperaturilor sub 660oC - se numesctermometre, iar peste 660oC,- pirometre. Domeniul de utilizare a principalelor aparate folosite pentru masurarea temperaturii sunt prezentate in tabelul 1.1.

Tabelul 1.1 Domeniile de utilizare ale unor aparate de masurat temperatura

Domeniul de masura

[ oC]

Materiale Aparat de masurat

0 1 2

5


6/247

- 30 ...+ 30

- 30 ...+ 500

- 30 ...+ 600

- 30 ...+ 750

pana la+ 1000

- 60 ...+ 100

- 70 ...+ 110

- 200 ...+ 30

Mercur

Mercur si atmosfera de azot

la 10 bar

Idem la 20 bar

Idem la 70 bar

Umplutura de galiu

Aliaj de mercur cu taliu

Umplutura de toluen

Umplutura de pentan tehnic

Termometre culichid

pana la+ 100

pana la+ 350

Umplutura de gaz lampant

Umplutura de mercur

Termometre cu

presiune de lichid

- 70 ...+ 30 Bioxid de carbon

+ 50 ...+ 180 Eter Termometre cu

- 30 ...+ 400 Hidrocarburi presiune de vapori

+ 350 ...+ 650 Mercur

+ 20 ...+ 600 Invar cu continut de 36% Ni Termometre cu

dilatarea metalelor

pana la+ 150 Fier

- 60 ...+ 150 Nichel

- 50 ...+ 150 Cupru Termorezistente

pana la+ 400 Wolfram

- 220 ...+ 500 Platina

pana la+ 100 Bismut-platina Termoelemente

6


7/247

pana la+ 600 Cupru-constantan

Tabelul 1.1 Continuare

0 1 2

pana la+ 600 Argint-constantan

pana la+ 700 Fier-constantan

pana la+ 900 Manganina-constantan Termoelemente

pana la+ 1000 Nichelcrom-constantan

pana la+ 1300 Nichel-nichelcrom

pana la+ 1600 Platina-platinarodiu

+ 700 ...+ 1400 (Cu diafragma) Pirometre de

+ 700 ...+ 2000 radiatie totala

+ 600 ...+ 1600 Pirometre de radia-

+ 600 ...+ 3000 ( Cu filtru fumuriu) tie monocromatica

+ 600 ...+ 2000 Con Seger

In sistemul international de unitati de masura, pentru masurarea temperaturii corpurilor, utilizeaza scara de temperatura termodinamica stabilita pe baza a sase temperaturi fireproductibile definite de starile de echilibru ale unor materiale la presiunea normala de 1013Pa. In cadrul acestei scari, unitatea de temperatura termodinamica este Kelvinul (K) definitfractiunea 1/273,16 din temperatura termodinamica a punctului triplu al apei.

In afara de temperatura termodinamica (T), exprimata in Kelvin (K), in sistemul internationalunitati de masura se foloseste si temperatura exprimata in scara Celsius (t), (ca unitate de mastolerata), intre ele existand relatia:

t = T - 273,15[ oC] . (1.1)

1.2. Descrierea aparatelor

7


8/247

Din multitudinea de aparate si metode folosite pentru masurarea temperaturii, in lucrare utilizeaza: termometrele de sticla cu lichid, termometrele electrice cu rezistenta, pirometretermoelectrice (termocupluri) si pirometrul cu radiatie cu disparitia partiala a filamentului.

Termometre de sticla cu lichid (figura 1.1.)

Masurarea temperaturii cu ajutorul termometrelor de sticla cu lichid se bazeaza pe variavolumului unui lichid (mercur, toluen, alcool etilic, eter de petrol, pentan) inchis intr-un tcapilar de sticla.

Fig.1.1. Termometre de sticla cu mercur:

a- cu contacte fixe

b- cu contacte mobile.

Cele mai utilizate termometre sunt cele cu mercur (- 38oC ... + 700oC). Dezavantajul acestoraconsta in faptul ca au inertie termica mare nefiind adecvate masurarii temperaturii in regvariabil.

Din punct de vedere constructiv se deosebesc: termometre capsulate, la care tubul capilar si scgradata sunt introduse impreuna intr-un tub de protectie, precum si termometre tija, a caror sceste gradata direct pe tubul capilar. In afara de acestea exista si alte constructii speciale ca exemplu: termometre cu contacte fixe, cu contacte mobile etc. Termometrele cu lichid indicorect temperatura numai atunci cand intreaga masa a lichidului termometric se afla temperatura care trebuie masurata, deci cand elementul sensibil este cufundat in intregime mediul de masurat. Daca coloana de mercur este incomplet cufundata in mediul de masurat,efectueaza corectia de temperatura t cu relatia:

t = n ( t - t1 ) [ oC] , (1.2)

in care: n este numarul de diviziuni ale portiunii necufundate a coloanei de mercur, exprimatgrade din scala termometrului;

t - temperatura indicata de termometru, inoC ;

8


9/247

t1 - temperatura firului capilar necufundat in mediul de masurat (de obicei egala cu ceamediului ambiant), inoC ;

- coeficientul de dilatare aparenta a lichidului termometric ( pentru mercur = 0,000166grd-1), in grd-1.

Corectia de temperatura se adauga temperaturii indicate de termometru.

Termometre electrice cu rezistenta

Functionarea acestor termometre se bazeaza pe variatia rezistentei electrice a metalelor temperatura. In figura 1.2 se prezinta variatia rezistentei electrice cu temperatura pentru catemateriale mai des utilizate.

Fig.1.2. Variatia rezistentei

electrice a metalelor in

functie de temperatura.

Aceste termometre se folosesc pe scara larga in industrie avand un domeniu larg de temperatu- 120oC ...+ 850oC.

Materialele din care se confectioneaza termorezistentele trebuie sa satisfaca urmatoarele condisa nu-si schimbe proprietatile fizice si chimice, coeficientul de variatie a rezistentei electrice temperatura sa fie mare, variatia rezistentei electrice cu temperatura sa fie cat mai liniara proprietatile materialului sa poata fi usor reproduse. Materialele care satisfac aceste cerinte s platina (- 183oC ...+ 700oC), cuprul, nichelul, fierul

(- 50oC ...+ 150oC) si unele aliaje.

Rezistenta electrica a conductoarelor utilizate variaza cu temperatura dupa relatia:

R t = R o ( 1 + a t + b t2 + c t3 + ...) , (1.3)

unde:

9


10/247

R t este rezistenta electrica la temperatura t,

R o - rezistenta electrica la temperatura de etalonare (in general 0oC),

a, b, c, ... - constante.

La majoritatea materialelor, pentru masurarea temperaturii se iau in considerare numai primdoua constante din paranteza relatiei precedente.

In practica, relatia de mai sus este utilizata sub forma ecuatiei lui

Callender:

, (1.4)

in care: R o, R 100, R t sunt rezistentele electrice ale materialului la 0oC; 100oC

si la temperatura t, - coeficient.

In figura 1.3 se prezinta schema de infasurare a unui termometru cu rezistenta din platina precum si aspectul exterior al termometrului (b).

Fig.1.3. Schema de infasurare si aspectul

exterior al unui termometru cu

rezistenta din platina.

Masurarea rezistentei electrice a elementului sensibil al termometrului se poate face cu ajutourmatoarelor instrumente electrice:

- punti echilibrate (fig.1.4) in care rezistentele R 1, R 2, R 3 sunt constante, iar la valoarea curentului prin galvanometru IG=0;

- punti neechilibrate (fig.1.5), la care curentul prin galvanometru10


11/247

IG =f (R t);

-logometre (fig.1.6), la care unghiul de deviere al cadrului mobil

t (R t);

-milivoltmetre digitale (electronice).

Fig.1.4. Schema de principiu

a puntii echilibrate.

Fig. 1.5. Schema de principiua puntii neechilibrate.

Fig.1.6. Schema de principiu

a unui logometru..

Pirometre termoelectrice

Termocuplul reprezinta un mijloc de masurare a temperaturii cu o larga raspandire datoriavantajelor pe care le ofera fata de alte mijloace de masurare a temperaturii si anume: are

11


12/247

constructie simpla, pret de cost redus, interval mare de masura (-200oC ... + 3000oC), poate ficonectat la diferite indicatoare, inregistratoare, semnalizare si comanda.

Termocuplul impreuna cu aparatul electric de masurat, poarta denumirea de piromettermoelectric. Masurarea temperaturii cu ajutorul termocuplurilor se bazeaza pe leg

fenomenelor termoelectrice. Tensiunea termoelectromotoare (t.t.e.m.), care apare in circuicelor doi conductori omogeni care compun termocuplul, este rezultatul actiunii concomitentefectului Thomson si a efectului Seebeck.

Efectul Thomson reprezinta aparitia unei t.t.e.m. Ea intr-un conductor "a" (fig.1.7) a carui capetese afla la temperaturi diferite:

, (1.5)

unde: a este coeficientul Thomson pentru conductorul respectiv.

Efectul Seebeck consta in aparitia unei t.t.e.m. ab(T1), ab(T2), la locul de contact al celor doiconductori "a" si "b".

T.t.e.m. totala care este functie numai de valorile temperaturilor T1 si

T2, se poate prezenta prin relatia:

Eab(T1,T2) t ab(T2) - ab(T1) + (1.6)

unde: eab(T1), eab(T2) sunt t.t.e.m.care apar la cele doua capete ale termocuplului ca rezultacomun al celor doua efecte.

Aplicatiile practice se bazeaza pe trei legi de baza empirice si anume:

- legea metalelor omogene.Intr-un circuit termoelectric format dintr-un singur metal omogen, poate aparea un curent termoelectric prin incalzirea acestuia;

- legea metalelor intermediare. Suma algebrica a t.t.e.m. intr-un circuit compus dintr-un numoarecare de materiale diferite este zero, daca intreg circuitul se afla la aceeasi temperatura;

- legea temperaturilor succesive sau intermediare. Daca doua metale omogene, de natura difer produc o t.t.e.m. E1, cand jonctiunile sunt la temperaturile T1 si T2 si o t.t.e.m. E2 cand jonctiunilesunt la temperaturile T2 si T3, t.t.e.m. generata cand jonctiunile sunt la temperaturile T1 si T3 va fi

E1 + E2.

12


13/247

Din aceste legi rezulta ca daca intre jonctiunile 1 si 2 (fig.1.8) se introduce un conductor prelungire, circuitul se comporta ca si cum nici nu ar exista cel de al treilea material.

Fig.1.7. Schema de principiu a unui termocuplu Fig.1.8. Circuit termoelectric elementar

. .

Daca una din temperaturi, de exemplu T2, se mentine constanta, t.t.e.m.rezultata depinde numai

de temperatura T1, adica:

Eab(T1, T2) =f (T1) . (1.7)

Circuitele termoelectrice utilizate pentru masurarea temperaturii (fig.1.8), se compun dtermocuplul format din doua materiale de natura diferita a si b sudate la jonctiunea 1 (suducalda), cablurile de prelungire CP confectionate din acelasi material ca si conductotermocuplului, care au rolul de a deplasa jonctiunea de referinta 2 (cu fluctuatii mari temperatura) in zona 2, unde temperatura poate fi mentinuta constanta, si aparatul pentmasurarea t.t.e.m. 3 (care de obicei este un milivoltmetru) conectat la jonctiunea de referinta pconductori de cupru.

Etalonarea milivoltmetrelor pentru termocupluri se face in general la temperatura de 0oC sau20oC a sudurii reci. Daca, in conditiile de masurare temperatura sudurii reci variaza in raport temperatura de etalonare se efectueaza corectia acesteia dupa relatia:

treal =tind + k (t1 - to) (oC) , (1.8)

unde:

treal este temperatura reala, inoC;

tind - temperatura indicata de aparat, inoC;

to - temperatura sudurii reci la etalonare (to t=0oC,in cadrul

lucrarii), inoC;

t1 - temperatura sudurii reci in timpul masurarii, inoC;13


14/247

k - coeficient care depinde de tipul termocuplului si de intervalul

de temperatura.

In tabelul 1.2 se dau valorile coeficientului k pentru cele mai uzuale termocupluri.

Tabelul 1.2. Valorile coeficientului k

T E R M O C U P L U L

Cromel-copel

Fier-

copel

Fier-

Constan-tan

Cupru-

Copel

Cupru-

Constan-tan

Cromel-

Alumel

Nichel-

Crom-

nichel

Platina

Rodiu- platina

0,067 0,056 0,053 0,046 0,040 0,040 0,040 0,006

Compensarea influentei variatiei temperaturii sudurii reci se poate face automat prin folosirunor dispozitive numite punti compensatoare (fig.1.9) alimentate la curent continuu, constantalcatuite din doua rezistente (R 1, R 2) independente de temperatura (din manganina sauconstantan) si doua rezistente (R t1, R t2) dependente de temperatura(Cu, Ni). Puntea estealimentata in curent continuu de la sursa S prin rezistenta aditionala R a necesara reglariicurentului in punte. Cand are loc modificarea temperaturii jonctiunii de referinta fata temperatura de etalonare, se dezechilibreaza puntea iar diferenta de potential, proportionalavariatia temperaturii care apare in diagonala CD, compenseaza t.t.e.m. dezvoltata de termocup

In tabelul 1.3 sunt prezentate termocuplurile cele mai uzuale si caracteristicile lor, iar in fig.1.ansamblul unui termocuplu pentru masurarea temperaturii in spatii inchise.

Fig.1.9. Compensarea automata

a variatiei de temperatura.

14


15/247

Fig.1.10. Termocuplu:

1-termoelectrozi; 2- teaca

de protectie; 3- cutia de co-

nexiuni; 4- placa de borne.

Tabelul 1.3.Termocupluri si caracteristicile lor

Limita de utilizare (oC) T.t.e.m.

Termocuplul Sim- Polaritatea Minima Maxima maxima

bol continuu intermitent (mV)

0 1 2 3 4 5 6

Fier-Constantan

J Fe +

Const -

-200 600 760 42,922

Cupru-Constantan

T Cu+

Const -

-270 400 400 20,869

Cromel-Constantan

E Cromel+Const -

-270 600 1000 76,358

Cromel-Alu-

Mel(NiCr- Ni)

K Cromel+

Alumel -

-270 1000 1370 54,807

Cupru-Copel - Cu+

Copel -

-200 100 100 4,721

Cromel-Copel

- Cromel+

Copel -

0 600 800 66,470

15


16/247

PtRh(lo%)

-Pt

S PtRh(l0)+

Pt -

0 1400 1760 18,612

PtRh(13%)-

Pt

R PtRh(13)+

Pt -

0 1400 1760 21,006

PtRh(30%)-

PtRh(6%)

(PtRh-18)

B PtRh(30)+

PtRh(6) -

0 1700 1820 13,814

PtRh(20%)-

PtRh(5%)

- PtRh(20)+

PtRh(5) -

0 1700 1790 12,509

IrRh(40%)-Ir - IrRh(40)+

Ir -

0 2000 2150 11,612

IrRh(5o%) Ir

- IrRh(50)+

Ir -

0 2000 2140 12,224

IrRh(60%) -

Ir

- IrRh(60)+

Ir -

0 2000 2100 11,654

Tabelul 1.3. Continuare

0 1 2 3 4 5 6

WRo(5%) -

WRo(25%)

- WRo(5)+

WRo(25) -

0 2300 2500 33,636

WRo(3%) - - WRo(3)+ 0 2300 2400 40,678

16


17/247

WRo(25%) WRo(25) -

Cromel -

FeAu(0,07)

- Cromel+

FeAu(0,07)-

-273 - 0 52,629

Termometru Digital

Tensiunea termoelectromotare care apare in circuit poate fi masurata si cu untermometru digital.Senzorul de temperatura este un termocuplu.

Acest aparat permite citirea temperaturii direct0C, 0F sau K.

Domeniul de masurare pentru termocuplul digital este 200-18000

C (depinde de tipultermocuplului) iar domeniul de tensiuni de la 10-75 mV.

Fig.1.11.Termometru Digital

Pirometre cu radiatie

Legile care stabilesc legatura dintre energia radiata si temperatura sunt legile radiatiei emiseStefan-Boltzmann si Plank. Aceste legi arata ca un corp radiaza energie termica la oritemperatura si ca o crestere a temperaturii provoaca o crestere a energiei radiate.

17


18/247

Dupa principiul lor de functionare pirometrele cu radiatie se impart in : pirometre cu radiatotala avand la baza legea Stefan-Boltzmann, pirometre optice cu disparitia filamentului (radiatie partiala) bazate pe legea lui Plank si pirometre fotoelectrice.

Pirometrele optice monocromatice cu disparitia filamentului sunt larg raspandite in practiindustriala deoarece sunt simple, suficient de robuste si usor de manevrat. Schema de principiunui pirometru optic cu disparitia filamentului este prezentata in figura 1.12. El se compudintr-o parte optica si una electrica. Partea optica se compune din: obiectivul 1, ocularul 2, filt3, sticla absorbanta 4 si diafragma 5. Partea electrica este formata din lampa pirometricareostatul 7, aparatul de masura 8, becul 9 pentru iluminarea scalei aparatului de masura, scala releul 11, bateriile uscate (de 1,5V) 12, butonul 13 pentru inchiderea circuitului electric aparatului de masura si butonul 14 pentru alimentarea becului. Masurarea temperaturii se fa prin compararea intensitatii radiatiei emise de corpul cercetat cu intensitatea radiatfilamentului lampii pirometrice a carei incandescenta se regleaza cu ajutorul reostatului. Cititemperaturii se efectueaza pe scala superioara a aparatului pana la temperatura de 1400oC. Pesteaceasta valoare este necesar a se introduce intre obiectiv si lampa pirometrica sticla absorbant

pentru evitarea volatilizarii filamentului. In felul acesta se pot masura temperaturi pana2000oC. Temperatura unui corp care nu este negru, masurata cu pirometrul optic monocromateste totdeauna mai mica decat temperatura reala a corpului. Corectiile de temperatura ce impun in asemenea cazuri se efectueaza cu relatia:

treal =tind + t [ oC] , (1.9)

unde: t este corectia de temperatura determinata din nomograma din figura 1.13, in carereprezinta coeficientul de absorbtie al corpului a carui temperatura se masoara si care se obtdin tabelul 1.4.

18


19/247

Fig.1.12. Schema unui

pirometru cu

radiatie partiala.

1.3. Mersul lucrarii

Masurarea temperaturii cu ajutorul termometrelor de sticla cu lichid se efectueaza asupmediului ambiant. Pentru masurarea temperaturii cu ajutorul termometrelor cu rezistenta

pirometrelor termoelectrice si a pirometrelor cu radiatie cu disparitia partiala a filamentului,foloseste instalatia din figura 1.14, a carei schema electrica este prezentata in figura 11.(Lucrarea 11). Dupa cuplarea instalatiei la reteaua de energie electrica cu ajutoruintrerupatoarelor 15 si 7, se efectueaza masurarea temperaturii cu ajutorul termorezistentelor Pt si Cu, pirometrului termoelectric din Pt-RhPt si a pirometrului cu radiatie partiala.

19


20/247

Fig.1.13. Nomograma pentru corectia temperaturii la pirometrul cu radiatie partiala.

1.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Valorile citite se vor trece in tabelul 1.5, dupa ce in prealabil s-au indicat caracteristicile si clade precizie a aparatelor. Se va efectua de asemenea corectarea temperaturilor cu ajutorrelatiilor (1.8) si (1.9).

Tabelul 1.4. Coeficientii de absorbtie ai unor materiale la diferitetemperaturi pentru =0,650

Materialul Temperatura[ oC]

0 1 2

20


21/247

Fier solid 1050 0,30

Fier lichid 1530 0,36

Cupru solid - 0,11

Cupru lichid 1100 0,15

Nichel - 0,37

Wolfram 1000 0,45

Wolfram 2000 0,43

Wolfram 3400 0,40

Carbon grafit 1000 0,90Carbon grafit 2000 0,85

Carbon grafit 3000 0,81

Otel topit - 0,40

Oxid de cupru 1000 0,80

Oxid de cupru 1100 0,60

Oxid de fier 800 0,98

Oxid de fier 1200 0,96

Oxid de nichel 800 0,96

Oxid de nichel 1300 0,85

Al2O3 900 0,20

Al2O3 1700 0,40

MgO 900 0,20

MgO 1700 0,45

Portelan - 0,25 - 0,50

21


22/247

Samota - 0,70 - 0,80

Valorile citite se vor trece in tabelul 1.5, dupa ce in prealabil s-au indicat caracteristicile si clade precizie a aparatelor. Se va efectua de asemenea corectarea temperaturilor cu ajutorrelatiilor (1.8) si (1.9).

Fig.1.14. Instalatia utilizata pentru masurarea temperaturii: 1- cuptor electric; 2- bare de silita; 3- termorezistente Pt; 4- termocuplu Pt-RhPt; 5- termorezistenta din Cu; 6- logometru; 7- intrerupator alimentare curent continuu; panou; 9- tablou de comanda; 10- reostat; 11- intrerupator alimentare retea; 12- logometru; 13- voltmetru; 1milivoltmetru; 15- intrerupator alimentare bare de silita; 16- ampermetru.

Tabelul 1.5. Rezultatele masuratorilor

Caracteristici Clasa

de pre-

cizie

Temperatura Modul

cum s-afacut

corectia

Aparatul Ele-

mentul

Limita demasurare

citita corectata

sensibil min. max. C K C K

Termometru desticla cu lichid

Hg

Termometre 1 Pt

22


23/247

cu 2 Pt

rezistenta 3 Pt

4 Cu

Pirometrutermoelectric

Pt-RhPt

Pirometru curadiatie partiala

23


24/247

2. MASURAREA PRESIUNILOR


Presiunea este un parametru de stare dintre cei mai importanti care caracterizeaza starea unfluid. Ea se defineste ca fiind raportul dintre forta cu care un fluid actioneaza asupra unsuprafete si aria acesteia. intr-un punct al fluidului considerat ca mediu continuu, presiunea eindependenta de orientarea suprafetei pe care se exercita, avind aceeasi valoare in toate directiSuprafetele orizontale sunt plane de presiune statica egala. in cazul fluidelor inchise intr-recipient, presiunea este independenta de forma geometrica a acestuia.

In interiorul fluidelor fiecare strat serveste drept suport pentru toate straturile de deasupra lui

cazul lichidelor presiunea determinata de aceste straturi poarta denumirea de presiuhidrostatica. Gazele fiind compresibile, actiunea dintre straturile care le compun face densitatea sa fie cu atit mai mare cu cit stratul este plasat mai jos. Prin urmare si presiunea stata gazului va creste in acelasi sens. in practica, intrucit densitatea gazelor este foarte mica comparatie cu cea a lichidelor, se poate considera ca presiunea gazelor dintr-un recipient eaceeasi in orice punct al acestuia

In natura si in instalatiile tehnice pot exista diferite tipuri de presiuni:

a) presiunea atmosferica p b. Presiunea exercitata de invelisul gazos care inconjoara globulterestru poarta denumirea de presiune atmosferica sau presiune barometrica. Aceasta variaza

altitudinea (datorita greutatii aerului), cu starea vremii (data de deplasarea maselor de aatmosferic) si cu pozitia geografica de pe globul terestru. Variatia densitatii aerului functie presiune a condus la necesitatea de a stabili o presiune de referinta numita presiune normaaceasta fiind presiunea corespunzatoare nivelului marii la latitudinea de 45o si temperatura de0oC si care are valoarea p N = 760 mmHg = 101325 Pa;

b) presiunea absoluta pa. Presiunea absoluta reprezinta presiunea unui fluid considerata fata dezero absolut de presiune. Este presiunea care se utilizeaza in toate relatiile termotehnice;

c) suprapresiunea ps. Cind in instalatiile tehnice presiunea absoluta este mai mare decit presiuneatmosferica, diferenta dintre acestea poarta denumirea de suprapresiune sau presiumanometrica;

d) depresiune pV. Cind in instalatiile tehnice presiunea absoluta este mai mica decit presiuneatmosferica, diferenta dintre acestea poarta numele de depresiune, subpresiune, vacuum s presiune vacuummetrica. Vidul, exprimat in procente din presiunea atmosferica, este:

24


25/247

[ % ] . (2.1)

Suprapresiunea si depresiunea, fiind exprimate in raport cu presiunea atmosferica, se mai numsi presiuni relative.

Presiunile precizate anterior pot fi reprezentate schematic in figura 2.1, relatiile de legatura dinacestea fiind urmatoarele:

Fig.2.1. Schema domeniilor

de masurare a presiunilor .

1. in cazul suprapresiunilor:

pa = p b + ps , (2.2)

2. in cazul depresiunilor:

pa = p b pv , (2.3)e) presiunea statica pst .Presiunea statica reprezinta presiunea care se exercita pe suprafata plande separare dintre doua mase de fluid aflate in miscare;

f) presiunea totala ptot . Daca intr-un curent de fluid se introduce un obstacol viteza fluiduluidevine zero iar intreaga energie cinetica specifica a fluidului se manifesta sub forma de presiuPresiunea din acest punct de oprire (de stagnare) poarta denumirea de presiune totala;

g) presiunea dinamica pdin . Presiunea dinamica se defineste ca diferenta dintre presiunea totala scea statica dintr-o sectiune transversala printr-un curent de fluid,

pdin = ptot - pst , (2.4)

fiind functie de viteza w si densitatea a fluidului prin relatia:

pdin = (2.5)25


26/247

2.2. Descrierea aparatelor de masurat presiunea

Clasificarea aparatelor de masurat presiunea este data in tabelul 2.1.

Tabelul 2.1 Clasificarea aparatelor de masurat presiunea

Criteriul de

clasificare

Tipul aparatului

Dupa principiul

de functionare

cu lichid - cu tub in forma de U

- cu tub si rezervor: cu tub vertical

cu tub inclinat

- micromanometre cu compensare (Askania)

- cu doua lichide manometrice

- diferentiale

cu element

elastic

- cu tub Bourdon

- cu membrana

- cu capsula

- cu burduf

cu piston

si greutati

- simplu

- cu piston diferential

- cu piston echilibrat

Electrice - cu traductoare electrice (rezistive, inductive,

tensometrice, piezoelectrice, capacitive)

- cu traductoare pneumatice

- cu traductoare de presiune utilizate in sistemele

de reglare automate

Tabelul 2.1. Continuare,

26


27/247

Criteriul de

clasificare

Tipul aparatului

Combinate

- cu plutitor

- cu tor oscilant

- indicatoare de vid

- cu clopot

- diferentiale

Dupa su- bordonarea

metrologica

- etaloane

- de lucru

In raport cu

presiunea

atmosferica

- manometre si micromanometre care masoara suprapresiuni

- vacuummetre si microvacuummetre care masoara depresiuni

- manovacuummetre si micromanovacuummetre care

masoara atit suprapresiuni cit si depresiuni

Dupa afisarea

rezultatului

masurat

- indicatoare cu indicare continua

cu indicare discontinua- inregistratoare

- indicatoare- inregistratoare

Dupa

domeniul

de presiune

- de presiune relativa (manometre, vacuummetre,

manovacuummetre)

- de presiune absoluta joasa (de compresie, termoelectrice, cu

ionizare, radioactive)Dupa locul

de masurare

- cu indicare locala

- cu transmitere la distanta a indicatiei

27


28/247

Dupa tipul

protectiei

- care lucreaza in conditii normale (obisnuite)

- cu protectii speciale (impotriva fluidelor corosive, presiuni-

lor pulsatorii, socurilor de presiune, temperaturilor mari, etc.)

a. Aparate cu lichid

Avind o constructie simpla, aparatele cu lichid se utilizeaza pe scara larga pentru masurar presiunilor. Principiul de functionare se bazeaza pe legea fundamentala a hidrostaticcomparindu-se presiunea de masurat cu presiunea hidrostatica a unei coloane de lichid (mercapa, alcool etilic etc.). Se utilizeaza pentru masurarea suprapresiunilor (manometredepresiunilor (vacuummetre), suprapresiunilor si depresiunilor (manovacuummetre) diferentelor de presiune (manometre diferentiale).

1) Aparate cu tub U . Constructiv, sunt cele mai simple aparate fiind compuse dintr-un suportrigid 1 pe care sunt fixate cele doua brate ale tubului din sticla 2 si scara gradata 3 (fig.2.2).

Fig.2.2. Manometru cu tub U.

In cazul majoritatii aparatelor, intreg ansamblul este protejat de o cutie metalica 4 prevazutasticla de protectie. La partea superioara se pot prevedea doua robinete de izolare 5 si un robi pentru egalizarea presiunilor 6. Daca nivelul lichidului in ambele ramuri ale tubului este acel presiunea din rezervor va fi egala cu presiunea atmosferica (fig.2.3.,a). Considerind echilibcoloanei de lichid manometric la nivelul A-A (fig.2.3,b), presiunile din cele doua ramuexprimate in unitati de lungime ale coloanei de lichid, vor fi egale rezultind:

pa = p b + h , (2.6)

unde h este presiunea hidrostatica data de greutatea coloanei de lichid dintre cele doua niveexprimata in unitati de lungime ale coloanei de lichid. Comparind relatia (2.6) cu relatia (2rezulta h = ps, aparatul masurind in acest caz o suprapresiune.

28


29/247

Asemanator, montajele din figurile 2.3, c, d, servesc pentru masurarea depresiunilor pv respectiva diferentelor de presiune dintre doua rezervoare p.

2) Aparate cu rezervor si tub vertical . Acestea inlatura inconvenientul care apare la aparatele cutub U datorita necesitatii a doua

Fig.2.3. Moduri de

utilizare a

tubului U.

citiri, dificultati care cresc mai ales cind presiunea variaza. Principial, aceste aparate suconstruite la fel ca cele de tip U, unul dintre tuburi fiind insa inlocuit cu un rezervor de sectiumult mai mare decit sectiunea celuilalt tub (fig.2.4).

Fig.2.4. Manometru cu

rezervor si tub vertical.

Valoarea presiunii este data de relatia :

p = pa - p b = g h = g h1 , (2.7)

unde:

29


30/247

h1 este nivelul lichidului manometric fata de reperul zero al scarii

gradate;

h - diferenta dintre nivelul lichidului din tub si cel din rezervor.

in practica se alege D> > d astfel incit influenta raportului d2/ D2 sa poata fi neglijata.

3) Aparate cu rezervor si tub inclinat . Aceste aparate, numite si micromanometre, se utilizeaza pentru masurarea presiunilor sau a depresiunilor reduse de ordinul milimetrilor coloana de apa

Spre deosebire de aparatele cu rezervor si tub vertical, la aceste aparate tubul este inclinat fataorizontala cu un unghi putindu-se obtine deplasari mari ale lichidului manometric in tub la presiuni reduse.

Relatia (2.7) este valabila si in cazul acestor aparate. Din figura 2.5 rezulta:

h1 = l sin , (2.8)

unde l este lungimea coloanei de lichid din tub fata de reperul zero.

Fig.2.5. Micromanometru

cu tub inclinat. Principiu

de functionare.

Neglijind influenta raportului d2 / D2 rezulta:

p = g h1 = g l sin = k g l [ N/m2] , (2.9)

sau:

p = k l [ mm H2O] , (2.10)

unde k = sin este o constanta pentru o anumita valoare a unghiului , ea fiind inscrisa pe sectorul circular 1 al aparatului (fig.2.6) .

Aparatul se compune dintr-un postament 2 pe care este montat rezervorul 3 care se afla comunicatie cu tubul din sticla 4. Tubul se poate roti in plan vertical prin intermediul bucsei pozitia acestuia fiind fixata pe sectorul circular 1 cu ajutorul unei armaturi si a unei tije 6. ajutorul suruburilor 7 si 8 si a nivelelor 9 si 10 se realizeaza reglarea la zero a aparatului.

30


31/247

Fig.2.6.Micromanovacuum-

metru cu rezervor si

tub inclinat.

b) Aparate cu element elastic

Aparatele cu element elastic de masurare au o raspindire larga in cele mai diverse ramuri atehnicii avind un domeniu foarte intins de masurare, de la presiuni de ordinul milimetrilcoloana de apa pina la mai mult de 10.000 bar. Sunt in acelasi timp robuste, constructelementului de masurare precum si manipularea fiind simpla, iar precizia satisfacatoaElementul elastic poate fi de tip tub Bourdon (simplu, dublu curbat, elicoidal, spiralat etcmembrana, capsula sau burduf.

Principiul de functionare al acestor aparate se bazeaza pe deformarea elastica sub actiunsuprapresiunii asupra suprafetei active a unui element de masurare. Majoritatea acestor aparau elementul elastic de tip tub Bourdon (fig.2.7). Suprapresiunea determina deplasarea capatuliber al

tubului 1 transmitind miscarea prin intermediul unei tije 2 si a unui sistem


tub simplu curbat.

31


32/247

dintat 3 la un ac indicator 4 care se deplaseaza in fata unei scari gradate 5.

Manometrele cu membrana (fig.2.8) au elementul sensibil constituit dintr-o membrana de otecu ondulatii circulare concentrice. Sub actiunea suprapresiunii, membrana se curbeaza in sus sub actiunea depresiunii aceasta se curbeaza in jos.

Printr-o tija 2 legata de centrul membranei 3 si a unui angrenaj 4, miscarea se transmite unuiindicator 5.


membrana.

Capsula (fig.2.9), ca element de masurare, poate fi cu actiune unilaterala sau bilaterala, fiiformata din doua membrane lipite intre ele, care permit deformarea datorita actiunii presiunii.

Fig.2.9. Modul de lucru a unei

capsule manometrice.

Burduful elastic (fig.2.10) se mai numeste si tub ondulat. Este format

32


33/247

dintr-un tub cilindric cu ondulatii uniforme. Supus la actiunea presiunilor din interiorulexteriorul lui, inaltimea acestuia va creste sau va scadea, determinind deplasarea acului indicat

Fig.2.10. Modul de lucru

a unui element elastic tip

burduf pentru manometre.

c) Aparate cu piston si greutati

Aparatele cu piston si greutati se utilizeaza in special ca aparate etalon datorita performante

deosebite ale acestora. Principiul de functionare se bazeaza pe legea lui Pascal, presiunlichidului manometric din interiorul cilindrului 1 (fig.2.11) fiind echilibrata de presiunea data d

Fig.2.11. Manometru cu piston.

piesele calibrate 2, care se aseaza pe talerul 3 al pistonului 4. La echilibru, valoarea presiunii edata de relatia:

, (2.11)

unde G este suma fortelor corespunzatoare greutatilor pistonului cu taler si a

pieselor calibrate asezate pe acesta, in N;

Aa aria activa a pistonului, in m2;

r 1, r 2 raza pistonului respectiv a cilindrului, in m.

33


34/247

d) Aparate cu traductoare electrice si pneumatice,

Partile principale ale unor astfel de aparate sunt: 1- elementul sensibil, asupra caruia actionea presiunea de masurat, el putind fi: element elastic, tub U, rezervor si tub, tor oscilant, vase plutitor, clopot etc. ; 2- traductorul, care preia de la elementul sensibil marimea rezultata p

aplicarea presiunii de masurat si o converteste intr-o marime electrica sau pneumatica; aparatul de masurat, care masoara valoarea marimii electrice, indicatia fiind data in unitati presiune.

Aceste aparate sunt utilizate indeosebi pentru transmiterea la distanta a indicatiiloTraductoarele utilizate pentru masurarea presiunii pot fi: rezistive, inductive, tensometric piezoelectrice, capacitive, pneumatice, cu radiatii etc.

2.3. Mersul lucrarii

Lucrarea consta din masurarea diferitelor tipuri de presiuni intilnite in tehnica, prin utilizaraparatelor de masura montate pe standurile din laborator:

a) masurarea presiunilor aerului debitat de un compresor, a aburului dintr-o retea, printermediul manometrelor cu element elastic de tip Bourdon;

b) masurarea diferentei de presiune data de o diafragma montata pe o conducta de aer, ajutorul manometrului cu lichid tip U;

c) masurarea presiunii vacuummetrice dintr-un recipient, presiune realizata de catre o pompa

vid, utilizind manometrul cu lichid de tip U;d) masurarea presiunii atmosferice cu ajutorul barometrului cu mercur si a barometrului aneroi

a. masurarea presiunii dinamice la trecerea aerului printr-un canal,

prin intermediul micromanometrului cu tub inclinat, precum si a presiunii statice, cu ajutomanometrului cu lichid tip U.

2.4. Prelucrarea rezultatelor

Valorile presiunilor masurate cu aparatele indicate mai sus se centralizeaza in tabelul 2.2, unitatile de masura in care au fost etalonate aparatele de masura, precum si valorile transformin sistemul international de unitati de masura. Se calculeaza de asemenea, presiunea absolutacazurile a, c precum si a presiunii totale in cazul e, de la punctul 2.3.

34


35/247

Tabelul 2.2. Valori masurate si calculate

Nr.

crt.

Tipul presiunii Simbol Unitatea demasura

Valori

aparat S.I. 1 2 3

1. Suprapresiune pa -

- N/m2

2. Depresiune Pv -

- N/m2

3. Presiune atmosferica

(barometrica, locala)

p b -

- N/m2

4. Diferenta de presiune p -

- N/m2

5. Presiune

absoluta

Cazul 1 pa - N/m2

6. Cazul 2 pa - N/m2

7. Presiune dinamica pdin -

- N/m2

8. Presiune statica pst -

- N/m2

9. Presiune totala ptot -

- N/m2

35


36/247

3 DETERMINAREA DEBITELOR PRIN

METODA STRANGULARII

3.1. Calculul debitului

Intr-o conducta cu aria sectiunii A1, parcursa de un fluid incompresibil cu densitatea si vitezamedie wm, debitul masic se calculeaza cu relatia:

Dm = .A1. wm [ kg/s] (3.1)

Masa fluidelor fiind aceeasi in doua sectiuni diferite ale conductei (in regim stationar), rezulta

.w1.A1 = .w2 .A2. (3.2)

Ecuatia lui Bernoulli in doua sectiuni ale conductei este:

(3.3)

de unde:

(3.4)

Tinand seama ca sectiunea A2din dreptul contractiei maxime (fig.3.1,a), nu este egala cusectiunea Ao din dreptul orificiului diafragmei, se poate scrie raportul subunitar numit coeficiende contractie a vanei de lichid:

(3.5)

in care s-a notat : m = Ao/A1 si se numeste coeficient de strangulare.

Deci:

w1= .m.w2,

iar:

36


37/247

(3.6)

Fig.3.1. Procesul curgerii intr-o conducta cu dispozitive de strangulare: a).diafragma; b).ajutaj;c).tub Venturi.

si

(3.7)

Relatia (3.7) exprima valoarea vitezei in dreptul contractiei maxime. Din cauza viscozitatiifluidului si a frecarii lui de peretii conductei si de diafragma, apare o pierdere de viteza de carese tine seama prin coeficientul . Deoarece si nu sunt determinati in mod separat, seintroduce in locul acestora coeficientul , numit coeficient de debit, definit de expresia:

(3.8)

Debitul masic in dreptul contractiei maxime se calculeaza cu relatia:

37


38/247

[ kg/s] , (3.9)

iar, debitul volumic:

[ m3/s] . (3.10)

Pentru fluidele compresibile este necesar sa se tina seama de variatia densitatii si de procesul ddetenta care are loc dupa dispozitivul de strangulare. Coeficientul , numit coeficient deexpansiune tine seama de aceasta corectie. Factorul de corectie se obtine din nomograme infunctie de exponentul adiabatic k al gazului, de tipul aparatului de strangulare si de raportul presiunilor p/p1, respectiv (p1-p2)/p1. Deoarece la masurarea debitelor raportul p/p1, variazain anumite limite, se va lucra cu o valoare medie ( p/p1)med , apreciind initial limita de variatie a presiunilor.

In cazul fluidelor incalzite are loc si o crestere a sectiunii Aoa dispozitivului de masura. Deaceasta variatie a sectiunii de trecere se tine seama prin coeficientul de corectie k t (vezi tabelul3.1). Cu acestea vom avea:

[ kg/s] , (3.11)

respectiv: [ m3/s] . (3.12) {n relatiile (3.11), (3.12) Ao seintroduce in m2, in kg/m3 si p1 respectiv p2 in N/m2.

Tabelul 3.1 Coeficientul de corectie k t pentru diafragme

Tempera-

tura (oC)

Otel Alama si

bronz

Tempera-

tura (oC)

Otel Alama

si bronz

20 1,000 1,000 300 1,007 1,011

100 1,002 1,003 350 1,009 1,013

150 1,003 1,005 400 1,011 1,015

200 1,005 1,007 450 1,012 1,017

250 1,006 1,009 500 1,014 1,019

38


39/247

Valoarea lui pentru aer se obtine din diagrama din figura 3.2 in functie de valoarea lui 2,unde 2 = m = Ao/A1 = d2o/d21.

Valoarea lui in functie de presiune, pentru abur supraincalzit este data in tabelul 3.2.

Fig.3.2. Coeficientul , pentru k = 1,4 (aer).

{n coeficientul de debit se cuprind si influentele: vitezei fluxului de fluid dinaintea orificiului,cele ale neliniaritatii repartitiei vitezelor de la ax la perete in sectiunea de masurare, cele alescaderii presiunii in unghiurile marginale inainte si dupa sectiunea de strangulare, ale rugozitatsi prin intermediul lui Re, ale viscozitatii. Astfel se considera:

= f ( Re, m ) .

Tabelul 3.2 Variatia lui cu presiunea, pentru abur supraincalzit

p l pmax , [ mmH2O]

[ bar ] 5.000 10.000 20.000 5000 10.000 20.000

39


40/247

2=0,2 2=0,5

2 0,959 0,954

4 0,980 0,959 0,977 0,954

6 0,987 0,973 0,946 0,985 0,970 0,938

8 0,990 0,980 0,959 0,989 0,977 0,954

10 0,992 0,984 0,968 0,991 0,982 0,964

20 0,996 0,992 0,984 0,995 0,991 0,982

40 0,998 0,996 0,992 0,998 0,995 0,991

80 0,999 0,998 0,996 0,999 0,998 0,995

Nota: In trecut s-a considerat ca pentru un anumit raport m = d2o/d21

= Ao/A1 si peste un anumit numar Re, ramane constant. Cercetari de laborator riguroase audemonstrat ca nu este constant . {n consecinta s-au intocmit tabele si pentru cazul Re> 106.

Pentru diafragma cu prize de presiune la fata coeficientul de debit se calculeaza cu relatia:

= o .r Re [ -] (3.13)

unde:

o este coeficientul de debit pentru conducte netede, a carui valoare

se da in tabelul 3.3;

r Re - factor de corectie care tine seama de rugozitatea relativa a

conductei, de si de Re din amonte de diafragma.

Valoarea lui r Rese calculeaza cu relatia:

(3.14)

cu urmatoarele exceptii:

40


41/247

- daca Re 106, se va lua r Re= r o,

- daca Re 104, se va lua r Re= 1 .

Valoarea lui r o se ia din tabelul 3.4, in care k r reprezinta rugozitatea medie a tevilor, dat in tabelul

3.5, iar d1 este diametrul conductei in mm.3.2. Descrierea instalatiei si mersul lucrarii

Instalatia folosita pentru masurarea unui debit de aer refulat de un compresor (2) antrenat decatre motorul (1) este redata in figura 3.3.

Pentru atenuarea impulsurilor de presiune in vederea asigurarii unui

regim stationar de curgere prin conducta, s-a intercalat in circuit rezervorul

tampon (3).Tabelul 3.3 Coeficientul de debit o pentru diafragme cu prize de presiune la fata

4 Re 4

5.103 104 2.104 3.104 5.104 105 106 107

0,0025 0,603 0,600 0,599 0,599 0,598 0,598 0,598 0,597 0,0025

0,003 0,604 0,600 0,600 0,600 0,599 0,599 0,599 0,598 0,003

0,004 0,605 0,601 0,601 0,601 0,600 0,600 0,600 0,599 0,004

0,005 0,606 0,602 0,602 0,602 0,601 0,601 0,600 0,599 0,005

0,01 0,611 0,606 0,605 0,604 0,603 0,603 0,602 0,602 0,01

0,02 0,619 0,613 0,611 0,608 0,607 0,607 0,606 0,606 0,02

0,03 0,627 0,620 0,616 0,613 0,612 0,612 0,611 0,610 0,03

0,04 0,634 0,626 0,621 0,618 0,617 0,616 0,615 0,614 0,04

0,05 0,632 0,626 0,623 0,622 0,620 0,619 0,618 0,05

0,06 0,637 0,631 0,627 0,626 0,624 0,622 0,621 0,06

0,07 0,643 0,636 0,632 0,630 0,628 0,626 0,625 0,07

41


42/247

0,08 0,648 0,641 0,636 0,634 0,632 0,630 0,629 0,08

0,09 0,653 0,646 0,641 0,638 0,636 0,634 0,633 0,09

0,10 0,658 0,650 0,645 0,642 0,640 0,637 0,636 0,10

0,11 0,663 0,655 0,650 0,647 0,644 0,641 0,640 0,11

0,12 0,668 0,659 0,654 0,651 0,647 0,645 0,644 0,12

0,13 0,674 0,664 0,659 0,655 0,651 0,649 0,648 0,13

0,14 0,679 0,668 0,663 0,659 0,655 0,652 0,651 0,14

0,15

0,684 0,673 0,668 0,663 0,659 0,656 0,655 0,15

0,16 0,689 0,677 0,672 0,667 0,663 0,660 0,659 0,16

0,17 0,695 0,682 0,677 0,671 0,667 0,664 0,663 0,17

0,18 0,700 0,687 0,681 0,675 0,671 0,667 0,666 0,18

0,19 0,705 0,692 0,685 0,679 0,675 0,671 0,670 0,19

0,20 0,710 0,696 0,689 0,683 0,679 0,675 0,674 0,20

0,21 0,716 0,701 0,694 0,688 0,683 0,679 0,678 0,21

0,22 0,721 0,705 0,698 0,692 0,687 0,683 0,682 0,22

0,23 0,726 0,710 0,703 0,696 0,691 0,687 0,685 0,23

0,24 0,731 0,714 0,707 0,700 0,695 0,691 0,689 0,24

0,25 0,737 0,719 0,712 0,705 0,699 0,695 0,693 0,25

0,26 0,742 0,723 0,716 0,709 0,703 0,699 0,697 0,26

42


43/247

0,27 0,748 0,728 0,721 0,714 0,708 0,703 0,701 0,27

Tabelul 3.3 , continuare.

4 Re 4

5.103 104 2.104 3.104 5.104 105 106 107

0,28 0,753 0,733 0,726 0,718 0,712 0,707 0,705 0,28

0,29 0,758 0,728 0,731 0,723 0,716 0,711 0,709 0,29

0,30 0,763 0,743 0,735 0,727 0,720 0,715 0,713 0,30

0,31 0,769 0,748 0,740 0,732 0,725 0,719 0,717 0,31

0,32 0,775 0,753 0,745 0,736 0,729 0,723 0,721 0,32

0,33 0,781 0,759 0,750 0,741 0,734 0,728 0,725 0,33

0,34 0,786 0,764 0,755 0,745 0,738 0,732 0,729 0,34

0,35 0,792 0,770 0,760 0,750 0,743 0,736 0,733 0,35

0,36 0,798 0,775 0,765 0,755 0,748 0,740 0,738 0,36

0,37 0,781 0,770 0,761 0,753 0,744 0,742 0,37

0,38 0,786 0,775 0,766 0,757 0,748 0,747 0,38

0,39 0,792 0,780 0,772 0,762 0,753 0,751 0,39

0,40 0,797 0,786 0,777 0,767 0,757 0,756 0,40

0,41 0,804 0,793 0,783 0,773 0,763 0,76 0,41

Tabelul 3.4 Valori ale lui r o pentru diafragme cu prize de presiune la fata

d1 / k r

43


44/247

2 2400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3400

0,05 1,001 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,05

0,1 1,002 1,001 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,1

0,2 1,003 1,002 1,001 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,2

0,3 1,006 1,004 1,002 1,001 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 0,3

0,4 1,009 1,006 1,004 1,002 1,001 1,000 1,000 1,000 1,000 0,4

0,5 1,014 1,009 1,006 1,004 1,002 1,001 1,000 1,000 1,000 0,5

0,6 1,020 1,013 1,009 1,006 1,003 1,002 1,001 1,000 1,000 0,6

0,64 1,024 1,016 1,011 1,007 1,005 1,003 1,002 1,001 1,000 0,64

Reglarea debitului de aer se realizeaza prin robinetul (5). Termometrul (6) si manometrul culichid (7) servesc pentru masurarea temperaturii, respectiv a presiunii statice a aerului inainte dintrarea in diafragma (8).

Dupa pornirea compresorului si atingerea unui regim stationar de curgere a aerului prin conduc(presiune constanta in rezervorul 3) se trece la citirea indicatiile aparatelor. Se citesc:temperatura aerului, presiunea statica si caderea de presiune pe diafragma la manometrul (9).

Presiunea si temperatura mediului ambiant se masoara cu un barometru respectiv cu untermometru de laborator.

Fig.3.3. Instalatia experimentala


Problema importanta care se pune, in afara citirii corecte ale valorilor marimilor de baza careintervin in calculul si masurarea debitelor cu ajutorul dispozitivelor de strangulare, este

44


45/247

determinarea valorii coeficientului de debit , a coeficientului de expansiune , precum si adensitatii aerului la conditiile de lucru.

Deoarece standul este dotat cu diafragma care are diametrul nominal sub 50 mm, se va lucra cu si , determinat pentru fiecare masuratoare efectuata ( deci si variabil, utilizandu-se

relatiile de calcul (3.13), (3.14), tabelele si diagramele prezentate).Coeficientul de strangulare al diafragmei este:

m = 2 = d2o/d21 = (10 / 20)2 = 0,25.

Criteriul Re se calculeaza cu relatia:

, (3.15)

in care: d1 = 2.10-2 m; Dv - debitul volumic de aer in m3/s, in prima incercare pentru standulexistent se ia Dv = 0,003 m3/s ; aer - viscozitatea cinematica a aerului care se da : 0oCaer =13,3.10-6 m2/s si 100oCaer = 23,2.10-6 m2/s, pentru temperatura masurata se va face o interpolareliniara (s-a neglijat influenta presiunii asupra viscozitatii, in cazul de fata).

Tabelul 3.5 Valori medii, orientative ale rugozitatii k r dupa

STAS 7347/1-74

Materialul conductei Conditii de executie si exploatare k r

[ mm]

Conducte noi, trase la rece, fara sudura < 0,03

Conducte noi, trase la cald, fara sudura

Conducte noi, rulate, fara sudura

Conducte noi, sudate longitudinal

0,05...0,10

O T E L Conducte noi, sudate elicoidal

Conducte putin ruginite

0,10

0,10...0,20

Conducte pronuntat ruginite 0,20...0,30

Conducte cu depuneri mici 0,50...2,00

45


46/247

Conducte cu depuneri mari(strat gros) > 2

Conducte noi,acoperite cu bitum

Conducte utilizate, acoperite cu bitum

0,03...0,05

0,10...0,20

Conducte cu acoperiri electrochimice 0,13...0,15

Densitatea aerului se calculeaza cu relatia:

[ kg/m3] , (3.16)

unde: p b este presiunea barometrica locala, in bar; pm - presiunea manometrica a aerului dinconducta de masurare, in bar ; po = 1,01325 bar;

t - temperatura aerului masurata la intrarea in dispozitivul de masura, inoC.

Debitul de aer se va determina cu relatiile (3.11), (3.12).

Valorile marimilor masurate, determinate si calculate vor fi trecute in tabelul 3.6.

Cu relatia (3.17) se determina abaterea coeficientului fata de valoarea stabilita initial pentru ase vedea cu ce eroare s-ar fi lucrat in ipoteza ca: 1 = initial= constant:

[ %] . (3.17)

Nota: Pentru Redl > 104 aceste erori sunt relativ mici. Se mentioneaza faptul ca asupra debituluise mai pot efectua si determinarea altor erori de masura provenite din: determinarea lui , devariatia densitatii aerului cu p si t, de calitatea muchiei diafragmei si altele care nu fac obiectul prezentei lucrari.

Tabelul 3.6 Rezultatele masuratorilor si calculelor

Nr.

crt.

Marimea U.M. Nr. determinarilor

1 2 3 4 5

1. t oC

46


47/247

2. p1 mm Hg

N/m2

3. p2 mm Hg

N/m2

4. p N/m2

5. m= 2 -

6. Red1 -

7. o -

8. r Re - 9. -

10. -

11. kg/m3

12. Dv m3/s

13. Dm kg/s

14. Dvo m3 N / s

15. %

De asemenea, se precizeaza ca pentru o prima evaluare a debitului se adopta i = o = init .Daca este mai mare de 0,5 %, se calculeaza din nou debitul recalculand , dupaexemplul urmator :

Se apreciaza ca debitul de aer ce trece prin diafragma este Dv= 0,003 m3/s. Se calculeaza:

;

.

47


48/247

Pentru:

,

din tabelul 3.3 se obtine o = 0,637.

S-a masurat:

t=20oC; p b = 0,995 bar; pm = 1 bar; p1-p2 = 100 mm Hg = 13333 N/m2.

Se calculeaza:

kg/m3

.Pentru k r = 0,05 si d1 = 20 mm se obtine din tabelul 3.4, cu 2 = 0,25 (respectiv pentru d1/k r =400), r o = 1,0045, iar conform relatiei (3.14) se obtine r Re = 1,000425381; pe de alta parte curelatia (3.13) avem = o . r Re = 0,637 . 1,000425381 = 0,637271. Din figura 3.2, pentru p1 =2 bar si 2 = = 0,25 si pmax = 5000 mm H2O, obtinem =0,959; cu aceste date, pentru

k t = 1, utilizand relatia (3.12) rezulta:

m3/s

valoarea mult diferita fata de cea initiala.

Se recalculeaza prin aceeasi metoda:

w1 = 64,808 m/s; Red1 = 84.828; se obtine o = 0,625; respectiv,

r Re = 1,00321 si 1 = 0,627 , va rezulta:

% > 0,5,

ceea ce inseamna ca pentru calcule se va adopta valoarea ultima a lui , adica 1 = 0,627,reluandu-se din nou masuratorile si calculele pana la respectarea conditiei impuse ca 0,05 % fata de ultima valoare luata in considerare.

48


49/247

Obs. Dispozitivele moderne de masurare au in componenta lor minicalculatoare de proces, careefectueaza automat aceste calcule si trimite rezultatele la afisare pe un ecran sau la uninregistrator.

4. DETERMINAREA CALDURILOR SPECIFICE ALE

SUBSTANTELOR GAZOASE


Cantitatea de caldura necesara pentru ridicarea temperaturii unui corp cu un grad poartadenumirea de capacitate calorica. Capacitatea calorica a unui corp este un parametru extensiv,depinzand de masa si natura acestuia. Capacitatea calorica a unitatii de cantitate de substanta snumeste caldura specifica sau capacitate calorica specifica. Valoarea ei nu depinde de cantitatede substanta, fiind o proprietate intensiva a corpurilor.

Caldura specifica c, sau capacitatea calorica specifica, a unei substante omogene, reprezintaenergia termica necesara unitatii de cantitate din acea substanta pentru a-si mari temperatura cuun grad fara ca procesul sa produca o schimbare de faza sau de stare de agregare. Cantitatea de

caldura schimbata de un corp de masa m in intervalul de temperatura (T1 - T2) este data derelatia:

Q12 = m ( T2 T1) [ J ], (4.1)

de unde rezulta expresia caldurii specifice:

[J / (kg K)] (4.2)

Potrivit relatiei (4.2) caldura specifica este o marime care depinde de unitatea de cantitate desubstanta, de intervalul de temperatura si de natura procesului termic.

Din punct de vedere a unitatii de cantitate de substanta luata in considerare, caldurile specificeutilizate in tehnica, pot fi:

a) calduri specifice masice, c, in J / (kg K) ;

49


50/247

b) calduri specifice raportate la metru cub normal, c N, in J /(m3 N K) ;

c) calduri specifice molare, CM , in J /( kmol K).

Caldura specifica raportata la unitatea de volum c, [J /(m3 K)], este utilizata foarte rar inaplicatiile practice.

Relatiile intre aceste tipuri de calduri specifice sunt:

CM = M c = VM c N [J / (kmol K) ], (4.3)

unde: M este masa moleculara a substantei[ kg/kmol] ,

VM = 22,414 - volumul molar [ m3 N/kmol] ,

c N = N c [J / (m3

N.

K)], (4.4)unde: N este masa specifica a substantei in conditii normale, in kg/m3 N .

Din punct de vedere al intervalului de temperatura, caldurile specifice pot fi:

a) calduri specifice reale sau instantanee, c, c N, CM;

b) calduri specifice medii,

Din punct de vedere a naturii transformarii realizata de substanta, pentru practica prezinta interurmatoarele calduri specifice:

a) calduri specifice la presiune constanta, , c Np, CMp,

;

b) calduri specifice la volum constant , cv, c Nv , Cmv , ,

Dependenta dintre caldurile specifice este data de relatiile lui Robert

Mayer:

- pentru gazul perfect:

c p - cv = R [J / (kg K)]; (4.5)50


51/247

- pentru gazele reale:

[J / (kg K) ]; (4.6)

unde:

R este constanta particulara a gazului perfect, in J / (kg K) ;

- coeficientul real de dilatare volumica, in grd-1;

- coeficientul de compresibilitate termica, in Pa-1.

La corpurile solide si lichide are importanta practica numai caldura specifica la presiune

constanta, . La corpurile gazoase c p se determina experimental iar caldura specifica la volumconstant, cV, rezulta prin calcul folosind relatiile (4.5) si (4.6).

4.2. Descrierea instalatiei si mersul lucrarii

In figura 4.1 este reprezentata schematic instalatia cu ajutorul careia se determina calduraspecifica a substantelor gazoase, a gazului metan in cazul prezentei lucrari.

Fig.4.1. Instalatia pentru determinarea caldurii specifice a

51


52/247

gazului metan.

Instalatia se compune din schimbatorul de caldura 1, calorimetrul 2, si contorul de gaz metan 3

In serpentina schimbatorului de caldura 1, gazul metan primeste caldura de la fluidul calorime

aflat in interiorul acestuia care este incalzit cu ajutorul arzatorului 4.Temperatura ti si volumul V ale gazului metan la intrarea in schimbatorul de caldura 1, sedetermina cu termometrul cu lichid 5 si contorul 3.

La intrarea in calorimetrul 2 se masoara presiunea statica pst cu manometrul cu lichid 6 sitemperatura t1 cu termometrul 7.

In calorimetrul 2, gazul metan cedeaza caldura ansamblului calorimetric. Temperatura t2 aacestuia la iesirea din calorimetru se masoara

cu termometrul 8.

Temperatura initiala to si finala t a apei din calorimetru se determina cu termometrul de precizie9, citirea efectuandu-se prin intermediul unei lupe 10. Pentru uniformizarea temperaturii apei dcalorimetru se foloseste agitatorul 11 antrenat de motorul electric 12.

Caldura specifica la presiune constanta a gazului metan se determina considerand calorimet2 ca incinta adiabatica. Ecuatia calorimetrica a acestuia este:

Q1 = Q2 [J] , (4.7)

unde:

Q1 este cantitatea de caldura cedata de gaz ansamblului calorimetric, in J;

Q2 - cantitatea de caldura primita de elementele calorimetrului, in J.

Cantitatile de caldura a1 si a2 se determina cu relatiile:

[J ] , (4.8)

[ J ] , (4.9)

unde:

m este cantitatea de gaz metan care trece prin calorimetru, in kg;

52


53/247

- caldura specifica la presiunea constanta medie, in J / (kg K);

t1, t2 - temperatura gazului metan la intrare respectiv la iesire din calorimetru, inoC;

mi - masa componentului i al ansamblului calorimetric, in kg;

- caldura specifica la presiune constanta, medie, a componentului i al ansambluluicalorimetric, in J / (kg K);

to, t - temperatura initiala respectiv finala a apei din calorimetru inoC.

in relatia (4.9) se noteaza cu C si poarta denumirea de capacitate calorica acalorimetrului:

[ J / K ] . (4.10)

Din relatiile de mai sus rezulta:

[ J / (kg K) ] . (4.11)

Cantitatea de gaz metan ce trece prin instalatie se determina cu relatia:

m = N V N , [ kg ] , (4.12)

in care:

[m3 N ] , (4.13)

unde: N este masa specifica a gazului metan la starea normala, in kg/m3 N;

V - volumul de gaz la starea de masurare determinat cu ajutorul contorului 3, in m3;

V N - volumul de gaz metan redus la starea normala, in m3 N;

T N = 273,16 K - temperatura la starea normala, in K;

Ti = ti + 273,16 - temperatura gazului metan la starea de masurare, in K;

53


54/247

pst - presiunea statica a gazului metan la starea de masurare, in Pa;

p b - presiunea barometrica, in Pa;

p N = 101325 Pa - presiunea la starea normala, in Pa.

Marimile masurate si calculate se centralizeaza in tabelul 4.1.

Tabelul 4.1 Valori masurate si calculate

Nr. M a r i m e a Simbol U.M. V a l o r i

crt. 1 2 3 media

1. Temperatura medie a gazuluimetan la intrare

t1 oC

2. Temperatura medie a gazuluila iesire

t2 oC

3. Temperatura initiala a apei to oC

4. Temperatura finala a apei t oC

5. Masa specifica a gazului

metan la starea normala

N kg/m3 N

6. Presiunea barometrica p b Pa

7. Suprapresiunea gazului pst Pa

8. Temperatura gazului me-

tan la starea de masurare

Ti K

Tabelul 4.1 Continuare,

Nr. M a r i m e a Simbol U.M. V a l o r i

crt. 1 2 3 media

54


55/247

9. Volumul de gazmetan la starea demasurare

V m3

10. Volumul de gazmetan redus lastarea normala

V N m3 N

11. Cantitatea de gazmetan

m kg

12. Capacitateacalorica a

calorimetrului

C J / K

13. Caldura specificala

presiune constanta

J/(kg K)

14. Constanta particulara a

gazului perfect

R J/(kg K)

15. Caldura specifica

lavolum constant

J/(kg K)

16. Caldura specificamolara

J/(kmol K)

17. Exponentuladiabatic al

gazului metan

-

55


56/247

5. DETERMINAREA TITLULUI SI ENTALPIEI

ABURULUI SATURAT UMED

5.1.Notiuni generale

Pentru a deosebi diversele stari de umiditate ale aburului saturat umed la o aceiasi presiune, s-aales o marime noua reprezentand participatia masica a vaporilor de masa mv, in amestecul devapori si lichid (mv + m) si

care se numeste titlul vaporilor:

[ -] . (5.1)

Diferenta:

y =1 - x[ -] , (5.2)

reprezinta umiditatea vaporilor saturati de titlu x.

Se va nota cu indicele ( ) marimile corespunzatoare lichidului de pe curba de saturatie, iar cuindicele (" ) marimile referitoare la aburul saturat

uscat.

Entalpia masica a aburului saturat umed se determina cu relatia:

hx= (1-x) h + x.h" = h + x .lv [ kJ/kg] (5.3)

Entalpia masica a lichidului h la starea de saturatie este:

56


57/247

[ kJ/kg] . (5.4)

in relatiile (5.3) si (5.4) s-a notat cu: lv- caldura masica de vaporizare, in kJ/kg; - caldura

masica medie la presiune constanta a apei care este de si t - temperaturade incalzire a apei, inoC.

Entalpia aburului saturat uscat este:

h" = h + lv . [ kJ / kg] . (5.5)

Determinarea titlului si entalpiei aburului saturat umed se face prin doua metode: prin metodacalorimetrului cu laminare si prin metoda calorimetrului cu apa.

5.2. Descrierea instalatiilor si mersul lucrarii

a. Metoda calorimetrului cu laminare

Aburul saturat umed produs de un cazan, la trecerea printr-un dispozitiv de strangulare (1), alcalorimetrului (2), (fig.5.1), sufera o laminare (fenomen de entalpie constanta). In fenomenul dlaminare, presiunea aburului scade brusc, avand loc o supraincalzire a aburului.

Fig.5.1. Schema instalatiei cu calorimetru de laminare: 1- dispozitiv

de strangulare; 2- calorimetru; 3- manometru; 4, 5- termometre.

Masurand presiunea p1 inainte de laminare, la manometrul (3), temperatura t2 si presiunea p2dupa laminare, cu termometrul (4) si manometrul (5), adica starea finala a aburului (abur

57


58/247

supraincalzit), cunoscand presiunea initiala si procesul care are loc, se poate determina titlul sientalpia aburului saturat umed pe cale grafica sau analitica.

Determinarea titlului si entalpiei aburului saturat umed, pe cale grafica, se face cu ajutoruldiagramei h-s (fig.5.2).

Se stabileste punctul 2, corespunzator aburului supraincalzit de parametrii p2 si t2 (masurati), dincare se duce o dreapta paralela cu axa 0s

(dreapta de h = ct), pana la intersectia cu izobara aburului saturat umed p1, gasind punctul 1.Curba de titlu constant x, care trece prin punctul 1 indica chiar titlul aburului saturat umed cauIar entalpia aburului saturat umed hx corespunzatoare punctului 1 se citeste de asemenea dinaceeasi diagrama

Fig.5.2. Reprezentarea procesului de laminare in diagrama h-s.

Pentru o intelegere mai completa a acestui proces s-a trasat desfasurarea lui si in diagrama T-s(fig.5.3). Din aceasta rezulta ca procesul de laminare este de entalpie constanta, si intrucat esteun proces ireversibil, desfasurarea acestuia se face cu o crestere de entropie s.

Determinarea corecta a titlului x si a entalpiei h1x a aburului saturat umed din punctul 1 se face

atunci cand punctul final 2 se gaseste in zona aburului supraincalzit (intre 2s si 2) sau la limita,chiar pe curba aburului saturat uscat (adica in punctul 2s).

Pe cale analitica, titlul x si entalpia aburului saturat umed, se determina pe baza caracteristiciilaminarii:

h1x = h2 , [ kJ/kg] , (5.6)

58


59/247

care arata ca entalpia aburului inainte de laminare este egala cu entalpia aburului dupa laminarcu conditia ca vitezele inainte si dupa laminare sa fie egale sau foarte putin diferite.

Entalpia aburului supraincalzit h2 se determina din tabele, corespunzator temperaturii si presiuniimasurate cu aparatele 4 si 5

Fig.5.3. Reprezentarea procesului de laminare in diagrama T-s.

Entalpia aburului saturat umed este:

h1x = h1 + x . lv1 = h1 + x ( h"1 - h1) . (5.7)

Din ecuatiile (5.6) si (5.7) se obtine:

. (5.8)

Marimile h1si lv1 se gasesc in tabele pentru presiunea p1 a aburului saturat umed, initial masuratacu manometrul 3.

b) Metoda calorimetrului cu apa.

Instalatia necesara (fig.5.4) pentru determinarea titlului si entalpiei aburului saturat umed secompune din: calorimetrul cu apa (1), termometrul (2), agitatorul (3), robinetul de alimentare (

59


60/247

separatorul de apa (5), termometrul (6) si manometrul (7). {n prealabil se determina capacitatecalorica a calorimetrului cu relatia:

[ kJ / K ] (5.9)

unde: mi reprezinta masa partilor componente ale calorimetrului, in kg;

ci reprezinta caldurile masice la presiune constanta ale acestora, in kJ/(kg.K).

Fig.5.4. Schema instalatiei pentru metoda calorimetrului cu apa;

1-calorimetru; 2- termometru; 3- agitator; 4- robinet; 5- separator de apa; 6- termometru; 7- manometru.

Se introduce in calorimetru m1 kg de apa si se masoara temperatura de echilibru din aparat, to inoC. Sistemul apa-calorimetru contine caldura:

Q1 = ( m1. ca + C ) to [kJ]. (5.10)

Daca se introduce in calorimetru m2 kg de abur saturat umed de temperatura si presiunecunoscuta cantitatea de caldura cedata de abur este:

Q2 = m2( h1x - ca t) = m2 (h

+ x lv1 - ca t) [kJ], (5.11)in care: t este temperatura finala de echilibru din calorimetru care se citeste la termometrul (2)oC ; ca = 4,1863 kJ / (kg.K), caldura masica a apei.

Cantitatea de caldura preluata de ansamblul calorimetrului, va fi:

Q3 = ( m1 ca + C ).( t - to ) [kJ]. (5.12)60


61/247

Din egalitatea relatiilor (5.11) si (5.12) se obtine:

, (5.13)

in care restul marimilor au semnificatia fizica prezentata la punctul a.

Avand determinata valoarea lui x, conform relatiei (5.13), se determina:

hx = h1 + x lv1 [kJ / kg]. (5.14)


Rezultatele masuratorilor se trec in tabelul 5.1 si se vor compara valorile obtinute pentru titlu sentalpie prin cele doua metode. In tabel se trec si valorile extrase din diagrame sau tabele deabur.Tabelul 5.1 Determinarea entalpiei si titlului aburului saturat umed

Metoda calorimetrului cu laminare Metoda calorimetrului cu apa

Marimea Unit. de

masura

I II III Marimea Unit. de

masura

I II III

p1 bar C kJ / K

p2 bar m1 kg

t2 oC to oC

h kJ / kg t oC

lv1 kJ / kg h1 kJ / kg

x grafic kJ / kg

analitic m2 kg

hx grafic

kJ/kg

x -

analitic hx kJ / kg

61


62/247

kJ/kg

6.DETERMINAREA CALDURII DE ARDERE A

COMBUSTIBILILOR GAZOSI

6.1. Determinarea caldurii de ardere a combustibililor gazosi princurent de apa

6.1.1. Consideratii generale

Caldura de ardere (puterea calorica, impropriu denumita) a unui combustibil reprezintaenergia termica degajata prin arderea completa a unitatii de cantitate din combustibiluldat [ kJ/(m3 N.kg) sau kmol] . Dupa starea in care se gaseste apa in produsele arderiiconform STAS 3361-62 se deosebesc: caldura de ardere superioara (Qs) si caldura deardere inferioara (Qi), intre acestea existand relatia:

Qi = Qs - lv . w [kJ/kg] (6.1)

in care lv este caldura medie de vaporizare, in kJ/kg, (lv 2512 kJ / kg); iar w - cantitateade vapori de apa din produsele arderii, in kg vapori/kg combustibil. Caldura de ardere poate fi determinata intr-un calorimetru la volum constant (Qv), sau la presiune constanta(Q p).Deoarece diferenta dintre Qv si Q p este mica, practic se lucreaza cu Qi, fara a se tineseama de procesul termodinamic sub care se degaja energia termica in proceselerespective. La determinarea puterii calorice prin curent de apa, caldura de arderesuperioara redusa la starea normala se calculeaza cu relatia:

[kJ / m3 N] , (6.2)

unde: m este cantitatea de apa in kg; c pa = 4,1863 kJ/kg.grd - caldura masica pentru apa; tesi ti - temperatura apei la iesire si la intrare in calorimetru, inoC; Vo - volumul gazelor inainte de ardere redus la starea normala, in m3 N; f m - factor de corectie a indicatiilor debitmetrului.

62


63/247

[m3 N], (6.3)

in care: V este volumul de gaze inainte de ardere la starea de masurare, in m3; T, p sunttemperatura si presiunea gazelor arse la starea de masurare, in K respectiv bar.

Caldura de ardere inferioara redusa la starea normala este:

[kJ / m3 N], (6.4)

unde: Vgo este volumul de gaze arse raportat la starea normala, iar

wc - cantitatea de condensat in kg.

6.1.2. Instalatia de masura

Fara a se face o descriere detaliata a instalatiei de masura, se precizeaza elementelecomponente ale acesteia: debitmetru, termometru, manometru cu lichid, racord, palnie,regulator de presiune, arzator, calorimetru propriu zis, conducte, filtru, robineti, conducde prea-plin, dispozitiv de umezire a aerului, vas de colectare, vas gradat, cantar,contragreutati.

6.1.3. Mersul lucrarii. Determinarea factorului de corectie a

debitmetrului

Presiunea gazului se regleaza intre 20 ... 40 mm H2O, arzatorul se aprinde dupa ce aculindicator al debitului a facut o rotatie completa, debitul de gaz se regleaza la 100 litri / hceea ce corespunde la transmiterea a

3165 160 kJ / h.

In tabelul 6.1 se indica timpul necesar pentru o rotatie a acului indicator al debitmetrulucorespunzator transmiterii a 3165 kJ / h.

Aerul se va regla cu rondela arzatorului, astfel incat flacara sa fie albastra.

Se stabileste circuitul de apa al calorimetrului, se pregateste vasul de colectare a apei sivasul gradat, arzatorul se introduce cu grija in calorimetru si se urmareste flacara printr-oglinda metalica.

Factorul mediu de corectie a debitmetrului (a valorii citite la debitmetru), se determina crelatia:

63


64/247

, (6.5)

unde: n reprezinta numarul de litri de gaz scurs, iar este factorul de corectie al unulitru, daca acul indicator arata "z" litri ( deci nu se citeste exact un litru, ci mai mult saumai putin), operatia se repeta pentru doua sau trei rotatii complete, (n litri).

Tabelul 6.1

Timpul necesar pentru o rotatie a acului indicator

al debitmetrului corespunzator transmiterii a 3165 kJ / h

Puterea calorica agazului

Pentru debitmetru cu cadran de

3litri 5 litri

[kJ / m3 N] [ secunde ]

29.304 94 150

33.490 108 175

37.677 121 200

41.863 134 225

46.049 148 250

50.236 161 270

58.608 187 310

66.981 215 352

75.353 241 400

83.726 270 450

92.099 296 495

100.471 324 540

64


65/247

Not a: Temperatura gazelor arse la iesirea din calorimetru trebuie sa fie foarte apropiata dtemperatura mediului ambiant; in acest caz Vo Vgo.

6.1.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Marimile masurate si calculate se trec in tabelul 6.2.

Tabelul 6.2 Valori masurate.

1. Gazul Gaz metan, etc.

2. Mediul ambiant Temperatura (oC) ta =

Presiunea barometrica (bar) p b=

3. Starea gazului in

debitmetru

Temperatura (oC) tg =

Presiunea manometrica(bar) pg=

Presiunea absoluta (bar) p = p b+ pg=

4. Temperatura gazelor la iesirea din calorimetru

(oC) si in (K)

t = T =

5. Factorul de corectie f m =

6. Cantitatea de gaz

arsa in timpul

unei determinari

Citita : V (l)

Redusa la starea normala Vo [ m3 N]

7. Temperatura apei la intrarea si iesirea din calorimetru[ oC]

Determinarea I II III

ti te ti te ti te

65


66/247

1

2

3

Temperatura medie[ oC]

t [ oC]

8. Cantitatea de apa colectata[ kg]

9. Caldura de ardere superioara |s

[ kJ / m3 N]

10 Cantitatea de condens colectataw [ kg]

11 Volumul gazelor arse,

Vgo [ m3 N]

12 Caldura de ardere inferioara |i

[ kJ / m3 N]

Rezultatele obtinute se compara cu cele recomandate in literatura de specialitate.

6.2. Determinarea puterii calorice a combustibililor

gazosi cu calorimetru indicator si inregistrator

6.2.1. Consideratii generale

La baza metodei automate pentru determinarea caldurii de ardere sta de asemenea principiul dupa care, intr-o incinta adiabata, cantitatea de caldura cedata prin ardereagazului este preluata integral de un curent continuu de apa.

Caldura de ardere superioara a gazului la starea de masurare este data de relatia:

[ kJ / m3] , (6.6)

66


67/247

in care: Q este cantitatea de caldura primita de apa, in kJ; V-cantitatea de gaz, in litri; mcantitatea de apa, in kg; c = 4,1863 kJ/(kg.K); t - diferenta de temperatura a apei laintrarea, respectiv la iesirea din calorimetru, inoC.

S-a prevazut ca raportul (raportul intre cantitatea de apa si cea de gaz ce trece pricalorimetru) sa fie constant. Rezulta ca:

[ kJ / m3] . (6.7)

Pentru c = ct., se considera k 1 = k.c, deci :

[ kJ / m3] , ( 6.8)

iar,

[ kJ / m3] , ( 6.9)

unde: q este caldura de vaporizare a apei de condensatie obtinuta prin arderea a unui m3de gaz, exprimata in kJ / m3, determinabila cu relatia:

[ kJ / m3] , ( 6.10)

in care wc este masa condensului in kg.

Caldura de ardere superioara raportata la starea normala este:

[ kJ / m3 N] (6.11) iar caldura de ardere inferioararaportata la starea normala este:

[ kJ / m3 N ] , (6.12)

unde, factorul de corectie F se calculeaza cu relatia :

, (6.13)

67


68/247

in care : To = 273 K ; po = 1,01325 bar ; T = t+ 273 K si p = p b + pm , in bar; p b fiind presiunea barometrica si pm - presiunea manometrica din conducta de alimentare cu gazdupa regulatorul de presiune, in bar.

6.2.2. Instalatia experimentala

In figura 6.1 este prezentata schema calorimetrului indicator si inregistrator pentrudeterminarea caldurii de ardere.

6.2.3. Mersul lucrarii

Lucrarea isi propune de a verifica valoarea caldurii de ardere a combustibilului, citita laaparatul indicator si inregistrator. Se compara valorile caldurii de ardere citite, respectiv

inregistrate cu valoarea determinata prin metoda neautomata. Deoarece raportul esteconstant la calorimetrul automat, se pot face citirile la termometre si milivoltmetre,independent de determinarile cantitat ilor de apa si gaz.

6.2.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

Modul de prelucrare a rezultatelor se arata printr-un exemplu de calcul. Pentru un gazoarecare s-a determinat m kg de apa, corespunzand la trei rotatii complete ale contorulude gaz, astfel: masa totala = 5,650 kg; masa vasului = 1,210 kg; diferenta= 4,440 kg.Aceste valori reprezinta media a trei determinari. Pentru o rotatie a contorului de gazcorespunde 4,440 / 3 = 1,48 kg gaz. Cantitatea de gaz aferenta este de 4 litri, iar corectadupa foaia de etalonare a aparatului este de 3,96 litri. Temperatura apei la intrare: ti =9,

27325344 termotehnica si masini termice

Documents