determinarea necesarului de frig
Post on 23-Dec-2015
240 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Determinareanecesarului de frig şi calculul parametrilor
Instalaţiei frigorifice
2013
1
Cuprins
CAP. 1 TEMA PROIECTULUI …………………………………………………...……..3
CAP. 2 DETERMINAREA NECESARULUI DE FRIG…………………………...…....4
2.1 Suprafaţautilă………………………………….………………………………....4
2.2 Norma de încarcarecuproduse…………………………………………………4
2.3 Cantitatea de căldurăpătrunsădinexterior………………………………...….6
2.4 Structura peretelui ……………………………………………………………....8
2.5 Necesarul de frigpentrurăcireaproduselor……………………………..…....9
2.6 Necesarul de frig pentruventilareaspaţiilor…………………………………...11
2.7 Necesarul de frigpentruacoperireapierderilor din timpulexploatării……...12
2.8 Sarcinafrigorifică………………………………………………………………..12
CAP. 3 CALCULUL PARAMETRILOR INSTALAŢIEI FRIGORIFICE…………...13
3.1 Evoluţiatemperaturiiînvaporizator…………………………………………....13
3.2 Evoluţiatemperaturiiîncondensator…………………………………………..14
3.3 Trasareaciclului de funcţionare al instalaţieifrigorifice………..…………….15
3.4Alegereacomponentelorinstalaţieifrigorifice……………………………….....16
3.4.1 Alegereavaporizatorului…………………………………………….….17
3.4.2 Alegereaseparată a compresoruluişicondensatorului ……………...18
CAP. 4 BIBLIOGRAFIE………………………………………………………………… 20
2
CAP 1. TEMA PROIECTULUI
Să se determinenecesarul de frigpentruspaţiul TC1, dincadruldepozituluifrigorificprezentatîn figura
1, utilizatpentrucongelareacărnii de porc, la temperatura ti= -270C.
Dimensiunilespaţiuluifrigorificsunt :
lungimea L=14 m
laţimea l= 6 m
înalţimea h= 3,5 m
Se considerătemperaturaexterioară te=30 0C.
Dc3
Dc1 Tc1
l4 Tc2
Dc4
Dc2 Tc3
Tc4
Tc5 DR2
DR1
Tc6
l3
Figura 1.Tunelul de congelare Tc2
3
CAP 2. DETERMINAREA NECESARULUI DE FRIG
Necesarul de frigpentrurăcireaspaţiuluimenţionat se calculeazăpentru un interval de 24 h
folosindrelaţiarezultatădinbilanţultermic:
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 [KJ/24 h] (1)
în care :
Q1= cantitatea de caldurăpătrunsădinexterior
Q2= necesarul de frigtehnologic
Q3= necesarul de frigpentruventilarecamere
Q4=necesarul de frigpentruacoperireapierderilordintimpulexploatării
2.1 Suprafaţautilă
Se determinăsuprafaţautilăadepozituluicurelaţia :
Su = Sβ [m2] => Su = 60 [m2]
S – suprafaţageometrică ; S = 84
β – coeficient de valoare ; β = 1,4
2.2 Cantitatea de produsestocate
Cantitatea de produse din spaţiul frigorific se determinăutilizândnorma de încărcarepeunităţile de suprafaţă din tabelul (1);
m = N x Su (3)m = masa de produse
4
N =norma de încărcareîn kg/m2 ; N = 600 kg/m2
Su = suprafaţaefectivă
m = 36.000 = 36 t
Tabelul 1. Norma de încărcarecuprodusepeunitatea de suprafaţă
5
2.3 Cantitatea de caldurăpatrunsădinexterior
Aceastăcantitate de căldură, datoratădiferenţelor de temperaturăşiradiaţieisolare, se determină cu relaţia:
Q1 = 86,4 x ∑i=1
n
ki x Si x ( ∆ti + ∆tr) [kj/24h] (4)
k – coeficient global de schimb de căldură al elementului “ i ”
i – pereţi,tavan,pardoseală; pereţii interior şi exterior au o structurămultistrat;
Figura 2. Structura multistrataunuipereteexterior
6
ʎ - coeficient de conductivitatetermică tencuialăexterioară ʎ1 = 1 W/mxgrd ; δ = 2 cm zidărie din betonexpandat ʎ2 = 0,23 W/mxgrd ; δ2 = 25 cm tencuialăsuport ʎ3 = 1,16 W/mxgrd ; δ3 = 2 cm bariera de vapori ʎ4 = 0,384 W/mxgrd ; δ4 = 3 cm izolaţie din polistiren ʎ5 = 0,04 W/mxgrd ; δ5 = 10 cm tencuială finite ʎ6 = 1,16 W/mxgrd ; δ6 = 2 cm
Figura 3. Structura multistrataunuipereteinterior.
Perete interior
Aceeaşistructurămultistratfărăbarieră de vapori.
Relaţia de calculpentrucoeficientul global de transfer de căldurăeste:
7
K =
1
1ʆe
+ 1ʆ 1
+∑i=1
nδ 1ʎ 1
[grdx m2W
] ,unde:
ʆe – coeficient de transfer termic convective ( pentrusuprafaţadinspremediul exterior a pereţilor).
ʆe = 12 W/m2 pentrusuprafaţadinstpre interior a pereţilor pt. plafon K = 0,21 W/m2
pt.podea K = 0, 49 W/m2
2.4 Structura pereţilor
Si – suprafaţa element de structură (i)
∆ti – diferenţa de temperaturăexterioarăşiinterioarăfaţă de peretelerespectiv
∆ti = 0,7 x ∆ti
∆ti – diferenţa de temperatură la care se găseşteperetelerespectiv ; pentrupereţi exterior, plafoane, acoperiş diferenţa de temperaturăpentrucare se face
calcululeste de ∆t = ∆tc = 30 – ti ( temperaturaexterioară se consideră 30°C) pentrupereţiinteriori, plafoane, pardoseli ceseparădouăspatiifrigorificesimilarecalcululeste ∆t
= 0,4 x ∆tc pentrupereţiinteriori, plafoane, pardoseli care nu comunică ∆t = 0,6 x ∆tc
∆tr – diferenţa de temperaturăceţinecont de influenţaradiaţieisolare care se iaîncalculpentrupereţiiexteriorişiplafoanelecesuntşi a acoperişului.
∆tr = 0 °C pentrupereţiexteriori orientate spre N
∆tr = 5 °C pentrupereţiexteriori E,V,SE,SV
∆tr = 15°C pentrupereţiexteriorispre S
∆tr = 15 °C pt.plafoane,acoperiş,terasă
Q1 =86,4 x { L x h x [0,6 x (30-(-27) + 0] + 2 x l x h x [0,7 x (30-(-27) + 0] + L x h x [0,4 x (30-(-27) + 0] + 14 x 6 x 0,21 x [30-(-24) + 15] + 14 x 3,5 x 0,49 x [0,6 x (30-(-24) + 0] }=>Q1 = 86,4 x { 14 x 3,5 x [0,6 x (30-(-27) + 0] + 2 x 6 x 3,5 x [0,7 x (30-(-27) + 0] + 14 x 3,5 x [0,4 x (30-(-27) + 0] + 14 x 6 x 0,21 x [30-(-24) + 15] + 14 x 3,5 x 0,49 x [0,6 x (30-(-24)+0]
Q1 =86,4 x {1675+1675+1117,2
3,2624 + 1217,16 + 777,924} => Q1 =86,4 x( 1369,789 + 1217,16 +
777,924 )=> Q1 = 3364,873 x 86,4 =>Q1 = 290725,02 [kj/24h]
8
2.5 Necesarul de frigpentrurăcireaproduselor
Necesarul de frigtehnologic se determinăpentrucongelareacărnii de porc :
Q2`= m·[(ii-if)+28,35 ·Δm]în care :
m= cantitatea de produs
ii , if =entalpiiiniţiale respective finale înfunctie de temperaturainiţială aproduselor (tabel 2)(420C)
respectivceafinală (-270C)
9
Tabelul2.Entalpiaspecifică a unorprodusealimentare
Δm = pierderea de masă a produsului= 0,4
10
Tabelul 3.Pierderiîngreutateînprocesul de depozitare a cărnii
Q2` se majoreazăprinînmulţirecu 1,8 ; Q2 = 1,8 · Q2
`.
11
ii =354,5 KJ/kg
if = 232,3 KJ/kg
Δm = 0,4
Q2`= 12000·[(314- 4) +28,35 ·0,3]=3822060kW/24h
2.6 Necesarul de frig pentruventilareaspaţiilor
Prinintroducerea de aerproaspătînspaţiul frigorific se realizeazăunaport de aercald care trebuierăcit.
Necesarul de frig Q3 pentruventilareaspaţiilor este dat de relaţia :
Q3= V ·a · ρi ·(ie-ii ) [KJ/24h]în care :
V= volumulcamerei
a= 4 schimburi de aerpezi
ie, ii = entalpiileaeruluidinexteriorşiinterior
Pentruie se considerăumiditatea de 60 % afară la 30 0C
Pentru iiumiditatearelativă se consideră85% şitemperatura 00C
ρi = densitateaaeruluidininterioruldepozituluicalculatăcurelaţia :
ρi=1 ,01325⋅105
287⋅t i= 1 ,01325⋅100000
287⋅(−27+273,15 )=101 ,325
70 ,645=1 ,43kg /m3
Entalpiile se determinăcudiagramaMoliere.
V= L · l· h= 14·6 ·3,5= 294 m3
ie= 72 KJ/ kg
a= 4
ii = -27 KJ/ kg
Q3 = 294·4 ·1,43 ·[72- (-27)] = 166486KJ/24 h
12
2.7 Necesarul de frig pentruacoperireapierderilor din timpulexploatării
Se calculează cu relaţia “0” pentru a acoperiraportul de caldurăprin :
deschideriiuşilor
personalului
sursele de iluminare
motoarelorelectrice
Se utilizează o relaţieaproximativă :
Q4 = (0,1 …0,4) Q1 undecoeficienţii se alegînfuncţie de suprafaţaspaţiului :
>300 m2coeficientuleste 0,1
150< S< 300 m2 coeficientuleste 0,2
80< S< 150 m2 coeficientuleste 0,3
80< S coeficientuleste 0,4
S= L ·l= 14 ·6 = 84 m2rezulta Q4 = Q1 ·0,2 =290725,02· 0,2 =58145,004 KJ/24 h
Necesarul total de frigpentruincintafrigorificăstudiată este conformrelaţiei (1)
Q = Q1+ Q2 + Q3+ Q4 = KJ/24 h =>Q= 3822060+290725,02+166486+ 58145,004 =4337416,32 KJ/24 h
2.8 Sarcinafrigorifică
13
Se calculeazăconsiderând ca timpul de funcţionare al instalaţieifrigorificepentruspaţiulconsiderat
este 22 h pentruproduselecongelate.
Rezultatul se majoreazăcu 5% pentrua compensa pierderile de caldură de la compresor la
condensator.
Relaţia de calcul este :Φ= Q
τc⋅3600⋅1 ,05=4337416 ,32⋅1 ,05
22⋅3600=57 ,40kW
CAP. 3 CALCULUL PARAMETRILOR INSTALAŢIEI FRIGORIFICE
Răcirea spaţiului frigorific se realizează cu aer, condensatorul instalaţiei frigorifice este răcit
cu apă.
Se cunosc următoarele date preliminare:
exponenţii politropici ai comprimării şi destinderii mc= 1,15 şi md= 1,08
coeficientul spaţiului mort τ = 0,03
3.1 Evoluţia temperaturii în vaporizator
Se considerăcătemperaturaaerului la intrareaînvaporizatorestetemperatura din depozit (figura 4).
Fig. 4. Variaţia temperaturilor în vaporizatorul instalaţiei frigorifice
tai = temperatura aerului la intrarea în vaporizator
14
tai = t i
Δt a0 este 3…5 0C
Δt tot 0 este 4…5,5 0C
Rezultă că temperatura de vaporizare se calculează cu relaţia t0=tai−Δt tot 0
În această etapă se neglijează supraîncălzirea vaporilor în vaporizator (procesul 2-3).
Presiunea p1 corespunzătoare temperaturii de vaporizare t0 se determină cu utilitarul Saturation
Table din Cool Pack.
t0 = -28-8 = -35°C
p1 = 0,734 Bar
3.2 Evoluţia temperaturii în condensator
Se considerătemperaturaaerului la intrareaîncondensator.
Temperatura aerului la intrarea în condensator :
taik=t e= 30 0C
Fig. 5 Evoluţia temperaturii în condensator
Creşterea de temperatură tak este de 5…10 0C, iar diferenţa maximă a temperaturilor în
condensator Δt totk este 10…20 0C .
Rezultă că temperatura de condensare se calculează cu relaţia:
15
t k=taik+Δt totk=30 +12 = 420C (12)
Se neglijează în această etapă procesul de subrăcire 3-4. Cu ajutorul tabelelor de saturaţie din
pachetul Cool Pack se determină presiunea de condensare p2.
p2= 10,720 Bari
3.3 Trasarea ciclului de funcţionare al instalaţiei frigorifice
Se utilizează CoolPack pentrutrasareadiagrameiîncoordonatelelogaritmpresiune-
entalpie.Secalculeazăsau se alegurmătoarele date preliminare .
a) Coeficientul de umplere a compresoruluiînfuncţie de existenţaspaţiului mort:
λ=1−τ [( p2
p1)1/md
−1], în care:
md = 1,08
τ = 0,03
λ=1−0 ,03⋅[(10,720,665 )
1/1,08
−1]=1−0 ,357=0 ,643
b) Temperatura de refulare a vaporilor de agent frigorific din compresor
T ref=T 0⋅( p2
p1)mc−1
mc
, în care:
T0 = 273,15 – 33= 240,15 K
T ref=238 ,5⋅16 ,71201,15-11,15 =240 ,15⋅16 ,120
0,151,15 =240 ,15⋅16,1200,130
T ref=68,830C
c) Folosindpachetul Cool Pack se traseazăciclul de funcţionareintroducând ca date
iniţialetemperatura de vaporizare ,condensare, sarcinafrigorificăşicoeficientul de umplere.
Se considerăcăinstalaţiafrigorifică are schimbătorintern de căldurăşigradul de supraîncălzire a
vaporilorΔTSH = 8K si gradul de subracire a lichidului ΔTSC = 4 K
temperatura de supraîncălzire ΔTSH este 8K, iar temperatura de subrăcire ΔTSC este 4 K.
16
Ciclul de funcţionare al instalaţiei frigorifice este prezentat în Anexa 1.
Anexa. 1. Ciclul de funcţionare al instalaţiei frigorifice
Qe [kW] = 57,50
Qc [kW] = 90,987
m [ k/s] = 0,445
V [m^3/h] = 33,484
W [kW] = 33,484
Volum eficient n_vol = 0,64
3.4 Alegerea componentelor instalaţiei frigorifice Gunter-Bitzer
17
3.4.1 Alegerea vaporizatorului
Pentru alegerea vaporizatorului se utilizează programul Güntner din care se alege utilitarul
pentru acest schimb de căldură introducându-se următoarele date iniţiale prezentate în Anexa 2.
Anexa. 2 Date iniţiale
Date iniţiale:
18
sarcinafrigorifică φ= 57,50 kW
tipulagentului: Rr04a
temperatura de vaporizare to =-350C
temperatura de condensare tk =420C
gradul de subrăcire al lichidului ΔTSC =4 K
gradul de supraîncălzire al vaporilor ΔTSH =8 K
temperaturainterioară ti =-270C
Programuloferă o listăcuschimbătoarele de căldură care îndeplinesccondiţiileimpuse.
Criteriul de alegere este raportuldintredebitul de aerrefulatşivolumulspaţiuluifrigorific care
trebuiesă se încadrezeîntre 150 şi 300 pentrutunelele de congelare. Astfel se alegevaporizatorul S-
GHN 080.2H/37-AHJ50.M avândurmătoriiparametriprezentaţiînAnexa 3.Vaporizatorul.
Anexa. 3 Vaporizatorul
3.4.2 Alegerea compresorului şi a condensatorului
19
Se utilizează programul Bitzer utilitarul CONDENSING UNITS, în care se introduc următoarele
date:
puterea termică la condensator Qc = 90,984
tipulagentuluifrigorificutilizat: Rr04a
temperatura de condensare tk =42 0C
temperatura aerului exterior te = 30 0C
umiditatea relativă a aerului exterior în valoare de 65 %
Se folosesc 4 grupuri compresor – condensator prezentaţi în Anexa 4 .
20
CAP. 4 BIBLIOGRAFIE
1. Porneală S., Calculul depozitelor frigorifice, http://www.termo.utcluj.ro/ufa/ufapdf/ufa07.pdf
2. Prof. dr. ing. MugurBalan, Instalaţiifrigorifice, UniversitateaTehnică din ClujNapoca,
http://www.termo.utcluj.ro/if/if.pdf
3. CoolPack Software, source:
http://en.ipu.dk/Indhold/refrigeration-and-energy-technology/coolpack.aspx
4. Bitzer software, source: http://www.bitzer.de/eng/productservice/software/3
5. Guntner Software, source:
http://217.29.32.151/guntner.us/products/guntner-product-calculator-mpc-selection-software/
21
top related