Curs 1

==21

==

31 3

==1 41 3

=

11 (1

1 )

Prezenta spatiului mort determina un neajuns al compresorului ethnic si

anume: imposibilitatea de a comprima gazul pana la o valoare oricat de mare a

presiunii de refulare. Exista o valoare limita numita presiune maxima de

refulare().

Pentru acestea vom reprezenta pe aceeasi diagram pV 3 cicluri de

compresor tehnic cu presiuni de refulare din ce in ce mai ridicate.

<

<

>

>

Se constata ca o data cu cresterea presiunii de refulare are loc scaderea

volumului de gaz aspirat cocomitent cu reducerea volumului de gaz refulat. Astfel

se ajunge la situatia limita () in care volumul aspirat devine 0 la fel ca sic el refulat, deci compresorul numai aspira si numai debiteaza gazul, iar ciclul se

reduce la parcurgerea alternativa in sensuri opuse a politropiei: 1-2max.

Valoarea presiunii numita presiune maxima de refulare se determina din conditita Va=0 care este echivalenta cu = 0.

In cele ce urmeaza determina gradul de umplere :

=1 41 3

=1 3 + 3 4

1 3= 1 +

3 41 3

= 1 +1

43

1 33

= 1 + (1 43)

14 = 23

43= (

21)

143=

1

= 1 + (1 1)

= 0 = =1

1 + (1

1 ) = 0

= ( + 1

)

= 1 = 1 ( + 1

)

Compresorul in mai multe trepte

Ratiunile pentru care se recurge la comprimarea in trepte sunt in principiu

in numar de doua:

1. Existenta presiunii maxime de refulare care face ca atunci cand gazul

trebuie comprimat im mai multe trepte;

2. Temperatura ridicata a gazului la sfarsitul comprimarii atunci cand aceasta

se face pana la o presiune inalta determina degradarea uleiului de ungere si

inrautatirea ungerii care poate conduce la griparea masinii. Din aceasta

cauza gazul este supus unei raciri intermediare intre 2 trepte sucecesive.

Vom studia comprimarea in trepte pe exemplul unui compresor teoretic in 2

trepte cu racire intermediara pana la temperatura de aspiratie.

Gazul aspirat in treapta I la presiunea p1 este comprimat pana la presiunea

intermediara pi realizandu-se astfel raportul de comprimare =

1. 1-2x.

Inainte de a fi aspirat in treapa aIIa gazul este racit izobar in racitorul

intermediar R.I. pana ce temperatura devinbe egala cu cea de la aspiratie

T2x=T1; 2x-2x. In treapta aIIa gazul este comprimat de la pi la p2: = 2

; 2x-

2. Constatam ca racirea intermediara a gazului are drept consecinta scaderea

lucrului mecanic consumat de compresor realizandu-se astfel o economie de

lucru mecanic(aria hasurata).

Ne putem intreba cat trebuie sa fei pi, astfel incat economia de lucru

mecanic sa fei maxim. Acest lucru se obtine cand:

= 0

nI=nII=n

= I + II =

111 (1 I

1 ) +

122 (1 II

1 )

2 = 1 11 = 2

=

111 (2

1

1 )

= 0

(

1 +

1 ) = 0

1

=

[(1)

+ (2)

] = 0

(

1 + 2

) = 0

11

2

= 0 / +11

2(12)

= 0

2 = 12 = 12

1

=2

= 21

= = =

Pentru un consum minim de lucru mecanic rapoartele de comrimare pe

trepte trebuie sa fie egale intre ele si egale cu a raportului total =2

1

Prin generalizare: daca avem un compresor cu z trepte atunci conditia de

lucru mecanic minim este = = = 1

Rezulta expresia generala a lucrului mecanic pentru z trepte de comprimare:

=

111 (1

1 )

CURS 2

Cicluri teoretice ale turbomotoarelor cu gaze

Turbomotoarele cu gaze sunt masini termice construite dintr-un ansamblu

compresor-turbina, energia termica fiind obtinuta intr-o camera de ardere,

gazelle de ardere rezultate antrenand turbine. Exista 2 variante de turbomotoare

cu gaze, prima producand exclusive energie mecanica si fiind utilizata fie pentru

producerea energiei electrice fie pentru proopulsii in transporturile terestre si

navale iar a 2-a utilizata numai in propulsia aeriana genereaza atat energie

mecanica cat si energie cinetica a unui jet de gaze de ardere al carui effect

reaectiv este cel care propulseaza aeronava.

Puterile tipice ale turbomotoarelor cu gaze sunt intre 500kW si 270kW.

Randamentul fiind cuprins intre 35-37% la ciclulrile fara recuperare si peste

43% la ciclurile cu recuperare. Din acest punct de vedere turbomotoarele cu

gaze sunt comparabille cu motoarele Diesel. La puteri de pana la 10mW

performantele motoarelor sunt asemanatoare cu cele Diesel, dar la peste 10mW

vor avea performante superioare, ceea ce le face recomandabile pentru uteri mari

si foarte mari.

De asemeni regimul de vibratii este mult mai putin intens decat la

motoarele Diesel. Ca dezavantaje se enumera timpul de pornire mai lung,

material mai scumpe, tehnologii mai pretentioase si intretinere mai complicate.

Ciclul theoretic pe care il discutam poarta numele de ciclul Brayton (dupa

numele inginerului American care l-a brevetat).

Schema functional tipica a unui turbomotor cu gaze este urmatoarea:

Elemente:

Compresorul C. Aceste este de tip dinamic. Rolul lui este de a aspira aerul

atmospheric si de a-l comprima. =

Compresorul se afla pe acelasi ax cu turbine fiind antrenat de turbine.

Camera de ardere CA este o incinta in care intra aerul comprimat furnizat

de compresor; in acest aer fiind injectat combustibilul caree arde. Gazele

de ardere rezultate avand energie ridicata sunt trimise in turbine T in care

se destind generand cuplu de rotatie si producand astfel lucru mechanic

util.

Deoarece la iesirea din turbine gazelle de ardere au ina temperature ridicata

fiind purtatoarele unei energii termice mice inseminate care s-ar pierde la

evacuarea in atmosfera aceasta energie este reintrodusa in ciclu (recuperate) intr-

un schimbator de caldura gaze-aer numit recuperator de calduca (RC). In acest

RC (gazelle de ardere preincalzesc aerlu comprimat inainte ca acesta sa intre in

ramura de ardere. Efectul este cresterea randamentului termic al ciclului printr-o

utilizare mai lunga a caldurii.

Intr-o configuratie mai simpla recuperatorul poate lipsi dar randamentul

ciclului scade.

Ciclul Brayton fara recuperare

1-2 comprimare izentropica, care are loc in compresor

2-3 ardere izobara care are loc in camera de ardere la 2

3-4 destindere izentropica in turbine de la 2 1

4-1 proces fictive de inchidere a ciclului reprezentand o cedare izobara de

caldura, echivalenta cu evacuarea gazelor de ardere din turbine la presiunea

ambianta 1 in care acestea cedeaza prin amestecare aerul atmospheric caldura pe care o contin pan ace ajung la echilibrul termic cu acesta.

Randamentul termic:

= 1 |41|

23|41| = (4 1)

23 = (3 2) }

=> = 1 4 13 2

= 1 142 1

232 1

1 2 1

1

1

=2

2

1

=>1

2= (

1

2)

1

=

1

1

3 4 4

1

1

=3

2

1

=>41=32

= 1 1

1

Randamentul theoretic pt = 16 55%

Criteriul randamentului ridicat obtinut nu este primordial insa deoarece

cresterea lui conduce la scaderea lucrului mechanic ethnic si din aceasta cauza trebuie calculate un optim pentru care lucrul util produs de motor este maxim.

CURSUL 3

GAZE REALE. VAPORI

Ipotezele prin care a fost introdus modelul gazului perfect nu mai sunt operante

n cazul gazelor reale, deoarece moleculele de gaz au volum propriu, au o structur

spaial asimetric i interacioneaz prin fore de atracie care determin o

component a energiei poteniale diferit de zero.

Dac un gaz perfect este teoretic compresibil la infinit, deoarece moleculele

sale sunt puncte materiale, vom vedea c n cazul unui gaz real, comprimarea

acestuia poate avea consecine n ceea ce privete modificarea strii de agregare.

Acest fapt poate fi evideniat, de exemplu: comprimarea izoterm a dioxidului de

carbon la temperaturi sub 31C.

Acest gaz a fost comprimat izoterm pentru prima oar de ctre fizicianul englez

Thomas Andrews, care a trasat izotermele unui gaz real i care de atunci se

numesc izoterme Andrews.

IZOTERMELE ANDREWS ALE UNUI GAZ PERFECT

Pentru a realiza comprimarea izoterm a dioxidului de carbon, Andrews a

nchis ntr-un cilindru de cuar o cantitate de dioxid de carbon, pe care l-a

comprimat foarte lent n timp ce n jurul cilindrului circula ap meninut la

temperatur constant. n acest fel se asigur condiia de izotermie a procesului.

Comprimarea izoterma a fost efectuat la temperaturi din ce n ce mai ridicate

i pentru fiecare din acestea, Andrews a trasat n coordonate p-V izoterma

respectiv. A rezultat o reprezentare ca n figura urmtoare:

t

Presupunem exemplul comprimrii izoterme la temperatura t1

La stnga izotermei critice i a curbei limit inferioare km, este domeniul bazei

lichide. ntre cele dou ramuri ale curbei limit se afl domeniul bifazic (L+V).

n acest domeniu coexist att lichidul ct i vaporii. La dreapta izotermei critice

i a curbei limit superioar kn, este domeniul fazei gazoase. Acest domeniu

conine subdomeniul vaporilor, care este cuprins ntre curba limit superioar kn

i izoterma critic.

Prin convenie numim vapori strile gazoase n care substana poate fi

lichefiata prin comprimare izoterm.

z =

RT

z=1:GP

z=1:GR

ECUAIA VAN DER WAALS

Ecuaia van der Waals este prima ecuaie de stare a gazelor reale i a fost

dedus pe baza unor consideraii cinetice foarte simple.

n deducerea ecuaiei, van der Waals a presupus c se poate scrie o ecuaie

general de forma: p*v*=RT, formal similar ecuaiei de stare a gazelor perfecte.

Diferena a constatat n nelesul mrimilor din membrul stng, p* si v*.

= +

2

n care,

2 se numete presiune de coeziune i este o component a presiunii

totale , care se datoreaz forelor de atracie intermoleculare i care se adaug la presiunea cinetic din modelul gazului perfect.

n presiunea de coeziune,

2 depinde de natura gazului prin intermediul

constantei a.

v*=v-b

v* are semnificaia volumului accesibil moleculelor de gaz;

Din cauz c moleculele au un volum propriu, volumul accesibil este

diferena dintre volumul total al incintei v i volumul propriu al tuturor

moleculelor b care se numesc covolum.

( +

2 ) ( ) =

Se constat c ecuaia van der Waals, spre deosebire de ecuaia gazului

perefct, conine trei constante: a, b, R.

n acelai timp se constat c ecuaia este de gradul trei n variabila v.

Pentru a se verifica gradul de concordan ntre izotermele Andrews i

izotermele rezultate din ecuaia van der Waals (izoterme van der Waals), se

traseaz n p-v izotermele:

III: T>Tcr

II: T=Tcr

I: T0.

Plasarea poliedrului a-c-e se face pe baza regulii lui Maxwell, conform creia

ariile haurate s fie egale.

Ecuaia van der Waals a fost doar un punct de plecare, deoarece ulterior au

fost propuse alte ecuaii de stare, dar valabile pentru grupe de gaze asemntoare

i care descriu cu maxima acuratee comportarea gazelor respective.

Curs 4

Se numeste faza o portiune omogena apartinand unui sistem eterogen (exemplu: apa in

timpul inghetului are doua faze: lichida si solida). Fazele sunt delimitate prin suprafete de

separatie la nivelul carora proprietatile fizice ale substantelor sufera variatii bruste, in

salt/discontinuitati.

Exista o stare caracteristica fiecarei substante la care toate cele trei faze (solid, lichid,

vapori) coexista, aceasta se numeste punct triplu. Temperatura la care are loc trecerea

lichidului in stare de vapori, poarta numele de temperatura de saturatie.

Trecerea substantei dintr-o stare in alta se numeste tranzitie de faza. Ele se pot

schematiza recurgand la diagrama fazelor.

LT linie de topire

LV linie de vaporizare

LS linie de sublimare

T punct triplu

1 2 <

3 4 =

5 6 >

La presiuni subcritice, temperatura de saturatie creste cu cresterea presiunii la care are

loc procesul.

La presiunea critica, temperatura de saturatie este egala cu temperatura critica

La presiuni superioare presiunii critice, temperatura de saturatie nu mai creste, ci

ramane egala cu temperatura critica.

Vaporizarea la presiune constanta a unei substante pure

Consideram un kilogram de substanta pura (exemplu: apa distilata, dedurizata) pe care

o incalzim la diverse presiuni si urmarim modul in care varieaza volumul specific al

substantei, pentru aceasta vom inchide masa respectiva de lichid intru-un cilindru cu

piston etans asupra caruia exercitam o presiune constanta prin intermediul unei forte aplicate

asupra pistonului. Modificand forta, modificam presiunea la care are loc procesul. Vom

reprezenta cinci stari tipice ale sistemului la diverse momente ale procesului de incalzire.

In starea initiala 0, substanta se afla la temperatura t0 si ocupa volumul specific v0.

Incepem incalzirea, observam ca temperatura incepe sa creasca si deoarece oricare substanta

se dilata la incalzire, va avea loc o crestere mica a volumului specific (0-1). In starea 1,

temperatura t este egala cu temperatura de saturatie (ts), volumul specific este 1 > 0 si

incepe procesul de vaporizare. Pe masura ce vaporizarea avanseaza, temperatura ramane

egala cu temperatura de saturatie, dar lichidul se reduce ca pondere, crescand ponderea

vaporilor. Deoarece acestia sunt compresibili vs creste intr-o proportie mai insemnata (1-1

v), in asa fel incat la sfarsitul procesului (starea 1), temperatura inca este egala cu temperatura de saturatie, dar lichidul s-a transformat complet in vapori iar volumul specific

al acestora 1" 1

. In timpul procesului de vaporizare sistemuleste un sistem eterogen

alcatuit din lichid si vapori, ambele faze aflandu-se la temperatura de saturatie (ts), lichidul

aflat la inceputul vaporizarii (starea 1) se numeste lichid saturat. Vaporii aflati la sfarsitul

vaporizarii (starea 1) poarta numele de vapori saturati uscati, in aceasta stare, sistemul a

redevenit omogen, fiind format din faza gazoasa numita vapori. Deoarece intre cele doua

extreme (lichid saturat si vapori saturati uscati) sistemul este eterogen, nu-l putem numi nici

lichid si nici vapori si de aceea i-l vom numii vapori saturati umezi.

Daca incalzim in continuare vaporii saturati uscati rezultati (1-1si) constatam ca

temperatura incepe din nou sa creasca la fel ca si volumul specific si vom numi acesti acesti

vapori, vapori supraincalziti deci ca vaporii supraincalziti sunt vapori aflati la o temperatura mai mare decat temperatura de saturatie.

Daca se reprezinta in diagrama p-V aceste procese de vaporizare izobara la diverse

valori ale presiunii, rezulta figura:

Cu cat presiunea este mai ridicata cu atat diferenta v-v este mai redusa in timp ce

temperatura de saturatie creste. La atingerea presiunii critice v=v=vcr, (temperatura de

saturatie) ts=tcr si vaporizarea are loc instantaneu (lichidul trece brusc in vapori fara starile

intermediare de vapori saturati umezi). La presiuni supracritice v=v care sunt mai mici

decat vcr, dar ts=tcr. Vaporizarea are loc deasemeni instantaneu fara starile intermediare de

vapori saturati umezi. Constatam ca am obtinut aceeasi diagrama p-V ca in cazul

comprimarii izoterme unui gaz real, rezultand aceleasi doua ramuri ale curbei limita

(superioara si inferioara). Curba limita inferioara este curba de inceput a vaporizarii si se

obtine punctele notate cu prim, iar curba limita superioara este curba de sfarsit a vaporizarii

si se obtine unind punctele notate cu secund.

O diagrama similara se obtine reprezentand procesele de vaporizare izobara in

coordonate T-s.

Deoarece procesul de vaporizare este izobar = si aplicand aceasta ecuatie procesului de vaporizare = " . Numim aceasta caldura latenta de vaporizare si o

notam cu:

= "

Deoarece procesul este si izoterm, atunci pe baza principiului II al termodinamicii

rezulta ca:

-s'=r

Ts r=Ts(s" )

Curs 5

Consideram un proces oarecare de vaporizare izobara care il reprezentam in diagrama

T-s.

=

= 0} => =

=

0-1(Incalzire in faza lichida):

01 = 1 0

1-1(Vaporizare):

11" = = 1" 1

"

1-1SI(Incalzire in faza gazoasa; supraincalzire):

11 = 1 1

= 01 + + 1"1 = 1 0

In diagram T-s, caldura totala este aria de sub procesul 0-1SI

= " = (" )

=> Cele doua componente ale temperaturii latente de vaporizare:

= " - caldura interna de vaporizare si este componenta care corespunde modificarii energiei interioare a substantei de la starea de lichid

saturat (cu incicele ), la starea de vapori saturati uscati ().

= (" ) - caldura externa; are semnificatia unui lucru mecanic izobar cheltuit pentru marirea volumului specific al substantei de la starea de lichid

saturat pana la cea de vapori saturati uscati.

La fel ca si in cazul diagramei p-V, punem in evidenta domeniile fazelor in diagram

T-s.

L(lichid): de la curba limita inferioara

Km si izoterma critica Tcr.

G(gaz/vapori): aflat deasupra

izotermei critice si la dreapta curbei limita

superioare Kn.

L+V(lichid si vapori): intre cele doua

ramuri ale curbei limita.

Titlul vaporilor

Daca substanta este omogena atunci oricare din perechile care se pot forma cu cei trei

parametri de stare (p,V,T) este suficient pentru a determina in mod univoc starea

substantei.

Daca substanta este eterogena atunci doar o pereche de parametri din cei trei nu mai

este suficienta pentru determinarea univoca a starii.

Din aceasta cauza este necesara introducerea unui nou parametru de stare, acela:

concentratia masica a celor doua faze, adica ponderea masica de stare in ansamblul

eterogen format din cele doua faze. La vaporizare sistemul eterogen se numeste vapori

saturati umezi si este alcatuit din fazele lichid saturat si vapori saturati uscati. Notam cu m

si m masele celor doua faze si cu m, masa totala a sistemului.

= +"

Definim cele doua concentratii masice astfel: ponderea masica a fazei gazoase

(vaporii saturati uscati notati cu x) poarta numele de titlu a vaporilor.

="

+"="

Ponderea masica a lichidului saturat notat cu y, se numeste umiditate.

=

+"=

Cele doua concentratii nu sunt independente, deoarece + = 1, si de aceea numai una din cele doua concentratii este variabila independent, convenind ca aceasta sa fie titlul

x. Astfel titlul vaporilor va reprezenta parametrul de stare suplimentar necesar definirii

univoce a starii vaporilor saturati umezi.

Din motiv de ordin practice cu privire la calculul cu marimile vaporilor, au fost

construite tabele de valori in care marimile importante pentru valori sunt inscrise.

Deoarece luarea in considerare si a titlului, complica in mod inacceptabil structura si

modul de lucru cu tabelele, vom gasi in stare tabelara doar marimile pentru system omogen

(lichid saturat si vapori saturati uscati; lichid la temperatura mai mica decat temperatura de

saturatie si vapori supraincalziti). Prima categorie de tabele (lichid saturat si vapori saturati

uscati) poarta numele de tabele de vapori saturati. A doua categorie (lichid sub temperatura

de saturatie si vapori supraincalziti) poarta numele de tabele cu vapori supraincalziti.

1. Tabele de vapori saturati exista in doua variante:

Tabele functie de temperatura: in care se cunoaste temperatura de

saturatie

Tabele functie de presiune: la care se cunoaste presiunea de saturatie

2. Tabele de vapori supraincalziti:

Presiunea este luata ca parametru. Pentru marimile de stare ale vaporilor saturati

umezi se utilizeaza marimile pentru cele doua faze (lichid saturat; vapori saturati uscati)

care se gasesc in tabelele de vapori saturati si o relatie care le leaga prin intermediul

titlului.

Fie A pentru sistemul eterogen vapori saturati umezi, respectiv A si A pentru cele

doua faze care ii alcatuiesc. Scriem: = + "

Rescriem in marimi masice/clasice:

= +""

Impartim prin m, si rezulta:

=

+

"

=>

a=ya'+xa"

= 1 } => = + (" )

Pe baza acestei relatii generale putem particulariza pentru marimile de stare ale

vaporilor saturati umezi: {

= + ( )

= + ( ) = +

= + ( ) = +

=

Cresterea functionalitatii unei diagrame pentru vapori de tipul p-V sau T-s se asigura

prin trasarea in domeniul bifazic a unei familii de curbe, numite curbe de titlu constant. In

aceasi ordine de idei, curbele limita inferioare si superioare, vor devein curbe de titlu

constant adica: x=0 pentru Km si x=1 pentru Kn.

Curs 6

Parametrii si marimile pentru vapori precum si reprezentarea proceselor si

a ciclurilor si interpretarea acestora sunt posibile sunt posibile facant apel la

niste intrumente grafo-analitice numite diagrame pentru vapori.

Acestea se impart in 2 categorii :

-diagrame generale ( Pv si T-s)

-Diagrame specific unor clase de aplicatii in care intervin vaporii,acestea sunt

diagram a h-s utilizata in cazul instalatiilor energetice cu vapori, respective lg p-

h utilizata la instalatiile frigorifice cu comprimare mec, de vapori.

In cele ce urmeaza vom face o reprezentare a fiecareia dintre cele 4

diagrame cu trasarea curbelor parametrice importante.

H-S:

Aceasta diagrama este utila in cazul instalatiilor de turbine cu abur,

deoarece permite o usoara def a lucrului mechanic isentropic de destindere in

turbine prin mas. Pe vertical a lungimii segmentului de dr. care uneste starea

initiala si finala.

LG P-H:

Diagrama este utilizata la instalatiile frigorifice cu comprimare mec. de

vapori prezinta avantajul ca marimile energetice( caldura schimbata si lucru

mechanic)se determina usor, deoarece procesele respective se reprezinta prin

segment de dreapta orizontala a caror lungime se masoara usor pe abscisa.

Vaporii sunt agentul de lucru care este utilizat in 2 clase de mas. si

instaltii termice

a.Instalatii energetice cu vapori

b.Instalatii si mas. frigorifice cu comprimare mec. de vapori. vom studia

ciclurile acestor instalatii in urmatoarele 2 capitole.

Ciclurile instalatiilor energetice cu vapori

Instalatiile energetice cu vapori sunt instalatii termine de foarte mare

complexitate in care agentul de lucru(apa) este vaporizat, vaporii rezultati

destinzandu-se intr-o trubina in care produce lucru mecanic si dupa care sunt

readusi in stare lichida prin condensare si apoi ciclul se reia.

Facem mentiunea ca utlizand vaporizarea si condesarea agentul de lucru

devine posibila realizarea practica a ciclului carnot, lucru care era imposibil

folosindca agent de lucru un gaz.

Acest lucru se datoreaza faptului ca procesele de vaporizare si condensare

izobare au loc la temperature constant(temperaturi de saturatie), astfel devine

posibila realizarea practica a proceselor izotermne ale ciclului.

2-3: - contensare isobar-izoterma

4-1: - vaporizare isobar-izoterma

Randamentul termic:

Lc= 1 - Tsr/TSC max

Desi asigura randamentul termic maxim posibil ciclul carnot cu vaporii nu este

utilizat deoarece apar o serie de inconveniente care anuleaza avantajul

randamentului max.

Din aceasta cauza se renunta la ciclul carnot si rezulta un ciclu perfectionat de

randament mai bun. Acest ciclu se numeste ciclu RANKIN cu supraincalzire.

Instalatia este compusa din:

-generatorul de abur G.A, care este un aparat termic, schimbator de caldura in

care lichidul este incalzit isobar pana la temperature de vaporizare, dupa care

este vaporizat iar vaporii rezultati sunt supraincalziti. Are doua parti si anume :

sistemul vaporizator in care are loc incalzirea si vaporizarea, respective

supraincalzitorul (S.I) in care are loc supraincalzirea vaporilor.

* generatoarele de abur folosesc ca sursa de caldura fie energia termica

dezvoltata prin arderea unui combustibil conventional, fie caldura dezvoltata in

reactive nucleara de fisiune a unui combustibil nuclear. Cele cu combustibil s.n

cazane

-turbina cu abur (T.A) Este o masinarie rotativa cu palate, rotorice si statice, in

care aburul supraincalzit se destined producand energie mecanica. Turbina este

cuplata la un generator electric (G.E) care transforma energia mecanica in

energie electric ape care o injecteaza in reteaua de distributie trifazata.

-condensatorul (K) este un aparat schimbator de caldura in care vaporii care

parasesc turbine cedeaza caldura apei de racier condensandu-se.

-pompa (P) de condensate care are roul de a ridica presiunea lichidului care

pareseste condensatorul pana la valoarea pres. de lucru din generatorul de aburi.

Descrierea ciclului:

- Aburul supraincalzit avand presiunea p1 si temperature T1 furnizat de

G.A intra in T.A procesul 1-2 este destinderea izentropica a aburului in

turbine de la p1 la p2, prin destundere aburul se raceste devenind saturat

uscat si apoi umed . La iesirea din turbine are titlul x2. Acest titlu trebuie

sa fie > 0,9 pentru a reduce efectul eroziv al picaturilor de apa asupra

paletelor turbinei. Procesul 2-3 este condensarea isobar-izoterma la p2 si

Ts2 in condesatorul K. Apa de racier a K preia caldura latenta de

condensare de la abur, acesta isi creste umiditatea pana ce devine lichid

saturat (starea 3). Procesul 3-4 este ridicarea presiuneii in pompa P a

lichidului de la p2 la p3.Procesul este practice izocor si este isentropic.

- In diagram T-s pct. 3 si 4 practic se confunda, deoarece in faza lichida

izobarele sunt extrem de apropiate ele practice confundadu-se cu curba

limita inferioara. In realitate reprezentarea este ca in ultima figura.

- La un factor de ridicare a presiunei a apei de 104 rezulta T4-T31K

Procesele 4-5 , 5-6 si 6-1 au loc izobar la p1 in G.A. 4-5 si 5-6 in sistemul

vaporizator si 6-1 in supraincalzitor, 4-5 este incalzit pana la temperature

de saturatie Ts1 a lichidului 5-6 este vaporizarea la Ts1=ct, iar 6-1 este

supraincalzit de la Ts1 pana la T1.

CURSUL 7

Calculul randamentului termic al ciclului Ranking cu

supraincalzire

In diagram T-S q1-caldura primtita sursa calda reprezinta caldura totala necesara

incalzirii pana la atingerea temperaturii de saturati(4-5)vaporizarii(5-

6),respective supraincalzirea pana la T1(6-1).

Caldura cedata sursei reci q2 este caldura evacuata prin intermediul

condesatorului catre mediul ambient prin apa de racier,reprezinta caldura totala

de condensare a aburului cu titlul 2 care paraseste turbina.

Plecand de la definitia t=1-|2|

1

Deoarece procesele sunt izobare(2-3,4-5,5-6,6-1)conform principiului I

q=dh-vdp rezulta relatia q=hf-hi

Prin urmare q1=h1-h4 rezulta t=1-2314

=142 +3

14

t=12(43)

14

OBSERVATIE!

Deoarece temperaturile punctului 3 si 4 sunt foarte apropiate in diagram T-S

cele doua puncte practice se confunda rezulta ca si valoarile entalpiilor sunt

extreme de apropiate h4h3=>h4-h30 => t=12

13 .

Lucrul mechanic ciclic este suma algebrica dintre lucrul mecanic dezvoltat in

turbina si lucrul mecanic consumat in pompa: lc=lT+lP=lT-|lP|

Pentru determinarea lucrului mecanic in turbine si pompa (lucrul mecanic

tehnic) aplicam ecuatia principiului intai al termodianmici

q-lt=h(am neglijat variatiile energiei cinetice si potentiale).

Deoarece ambele procese sunt izentropice(adiabat-reversibile)=>lt=-h=hi-hf.

Drept urmare lcin turbina lT=h1-h2.In terminologia specifica turbinelor cu abur

diferit h1-h2 poarta numele de cadere termica a turbine=> lp=h3-h4

lp 0=>

lc=lT=> Pteoretic=mlT=m(h1-h2).

Cazul discutat de noi pana acum se refera la destinderea adiabat reversiblia in

turbine(izentropic), in realitate destinderea ireversibila facandu-se cu crestere de

entropie.

(r ) S1=S2

(i )S1l

iT

Prin cazul destinderii ireversibile(reale) turbine dezvlota un lucru mecanic mai

mic decat in cazul destinderii reversibile(ideale).Ireversibilitatile determina

scaderea lucrului mecanic dezvlotat de turbine.

Ireverssibilitatea procesului din turbine are drept consecinta cresterea titlului

aburului la iesirea x2i>x2r ceea ce este bine.

Gradul de ireversibilitatea al procesului este reflectat de un indice numit

randament isentropic sau randament intern al turbine.

s=

=

12

12< 1 .

Acesta este raportul dintre lucru mecanic ireversibil dezvoltat si lucru mecanic

reversibil.Uzual o turbine bine proiectata are un randamnet izentropic0,82.

In cele ce urmeaza ne presupunem sa studiem care sunt caile de marire a

randamentului termic al ciclului. Aceste cai se impart in 2 categorii.

A Cai generate care decurg din analiza termodinamica a ciclurilor respective.

B Cai specific aplicabile doar ciclului Ranking cu supraincalzire.

A Caile generale de marire a radamentului termic rezulta dintr-o operatiune

numita canalizarea ciclului care consta in inlocuirea ciclului analizatt cu un ciclu

Carnot care produce aceleasi efecte.

Fie un ciclu oarecare cu diagram T-S

QSC= 2

1()q=TSC(s2-s1) => C=

1

21 q =

qsc

S2S1

2

1() => TSR=

1

21

q =|qSR|

S2S1

2

1() =>

t= etc =1-

In baza echivalentei intre ciclul Carnot astfel construite si calculate initial

tragem concluzia ca marirea randamentului teric al ciclului initial se poate

realize fie crescand TSC,fie reducant TSR .

t {1. TSC 2. TSR

In virtutea concluziei precedente constatam ca marirea temperaturii medii la

sursa calda Ranking se poate face fie crescand TS1 fie T1 iar reducerea TSR se

poate face reducand TS2.

A.1. TSC

A.1.1 Ts1-Cresterea TS1 se obtine ridicand presiunea superioara a ciclului p1.

X2< x2

Crestrea presiunii p1 are ca efect secundar negative scadera titlului x2,fapt care

are consecinte negative asupra condtitiilor de lucu in treptele finale ale

turbine,datorita continutului ridicat de apa al aburului,acesta fiind sub forma de

picaturi care lovesc cu viteza foarte mare paletel fixe si mobile ale turbine avand

un efect de coroziune care in timp te distruge.

Datorita acestui efect eroziv titlul fiind trebuie sa fie de minim de 0,9 ceea ce

limiteaza gama de valori pentru TS1.In plus cresterea presiunii P1 implica o

crestere a solicitarii mecanice in piesele statile ale partii de inalta presiune.In

prinicipal tubulatura cazanului.

Curs 8

1

Cresterea temperaturii de supraincalzire are drept consecinta favorabila

marirea titlului aburului la iesirea din turbina, deci per ansamblu aceasta cale de

marire a randamentului este benefica. Cu toate acestea intervine si aici o limitare

care este de ordin tehnologic si se refera la partea de inalta temperatura a

turbinei (paletele rotunde din primele trepte).

n3 = 60f /p, f - frecventa rotatiei, p - nr de perechi de poli ai generatorului;

f = 50 Hz , p = 1n = 3000 rot/min

In exploatarea curenta temperatura maxima de supraincalzire a aburului

este limitata la 650 grade C datorita unui fenomen numit flugi de inalta

temperatura al materialului paletelor in contact cu aburul de temperatura inalta,

fenomen care inseamna alungirea in dom. plastic a paletei sub actiunea

combinata a temperaturii inalte si a solicitarilor axiale datorate fortei centrifuge,

din aceasta cauza paletele din primele trepte sunt din OL austenitic, consturile

de fabricatie extrem de ridicate.

A2. Tsr:

La SR (condesatorul turbinei) schimbul de caltura este izobar, izoterm la

p2 si Ts2 si deci rezulta ca trebuie sa scadem temperatura de condensare, ceea ce

inseamna scaderea presiunii p2.

Reducerea presiunii din condesator si deci a temperaturii de saturatie Ts2

are un efect secundar negativ care consta in scaderea titlului starii finale, cu

toate acestea insa nu aceasta este limitarea care opereaza in acest caz, de o

limitare de ordin principal, aceasta consta in raportul in care se afla Ts2 si

temperatura mediului ambiant.

Pentru ca procesul din schimbul de caldura din condesator sa aiba loc in

sensul dorit, adica cedarea caldurii latente de condensare de catre abur catre

med. ambiant Ts2 > temperatura ambianta. In plus pentru a nu rezulta un

condensator de dim. exagerat de mari diferenta de temperatura dintre aburul din

instalatie si apa de racire trebuie sa fie de minim 5 grade C.

Plecand de la aceste conditii rezulta ca nu putem cobori constant de mult

temperatura Ts2.

Dupa ce am epuizat aceste cai de eficientizare a ciclului ne putem gandi si

la caile specifice de marire a randamentului care sand legate de caracteristicile

parametrilor ai aburilor Rankin de supraincalzire.

Aceste cai specifice sunt urmat:

B. Cai specifice

B1. Resupraincalzirea

- aceasta metoda consta in destinderea partiala a aburului intr-un corp al turbinei

urmata de o noua supraincalzire (numita resupraincalzire / supraincalzire

intermediara) si destinderea intr-un alt carp al turbinei. Datorita complicatiilor

const. se practica maximum resupraincalzirea

Supraincalzitorul cazanului ale 2 corpuri (2 trepte) Si1 si Si2 in care Si1

este suprancalzitorul propriuzis, iar Si2 este resupraincalzitorul. aburul la

presiune p1 este suprancalzit in prima treapta pana la temperatura T1 (starea a) si

se destinde a corpul de inalta presiune CIP pana la presiune intermediara pi

ajungand in stare de abur saturat uscat (stare b). In cont. intra in treapta a 2-a Si2

deasupra incalzitorului in care este resupraincalzit izobar (la pi) pana la

temperatura T1 si urmeaza destinderea in corpul de joasa presiune CVP. Se

observa ca resupraincalzitorul conduce si la o marire a titlului starii finale (x2 >

x2').

= 1

|2|

1

|2| = 2 3

1 = 3 + 1

=

3 + 1 2 + 31 3 +

=1 2 + 1 3 +

=1 21 3

Deoarece daca la un raport se aduna atat la numarator, cat si la numitor aceeasi

cantitate, vol raportului creste, constatand ca in cazul nostru aceasta cond. este

indeplinita deoarece in expresia randamentului termic al aburului Rankin am

adaugat un numitor si numarator ha si hb.

>

B2. Preincalzirea regenerativa

- ideea metodei consta in preluarea unor fractiuni din debitul total de abur care

se destinde in turbina in anumite pct. ale turbinei numite prize si utilizarea

acestui abur la preincalzirea condensatorului care vine de la condesator. spre

exemplificare vom prezenta cazul instalatiei cu 2 prize

Prizele de abur sunt orificii din carcasa turbinei astfel calibrate incat sa permita

trecerea unor fractiuni de debit bine det. Daca pp. ca prin turbina trece 1kg abur,

at in priza 1 este prelevata fractiunea alfa 1 la presiune px1, iar in a 2-a priza

fractiunea alfa 2 la presiune px2.

Dupa a 2-a priza (la iesirea din turbina) debitul 1, 1-alfa1-alfa2, iar intre cele 2

prize 1-alfa1.

Fractiunea alfa 2 din a 2-a priza se amesteca cedand caldura

condesatorului care vine de la condesator, proces care are loc in preincalzitorul

regerativ pr1 care este un schimb de caldura cu amestec. Pentru ca sensul de

circulatie sa fie cel corect, al aburului si condesatului, inainte de pr2 este

necesara intercalarea pompei de condensat P2 care indica presiunea

condesatorului de la valoarea p2 din condesator pana la valoarea px2 a aburului

din a 2-a priza rezulta condesat cu parametrii 32 care se amesteca in PR1 cu aburul din prima priza avand presiune 1 > 2, motiv pentru care este necesara pompa de condensat p1, daca amestecarea condesatorlui cu presiune

1 intra in pompa principala PP care ii ridica presiunea pana la valoarea p1.

Pentru un ciclu cu n preincalziri regenerative expresia randamentului termic

este:

=

1 2 ( 2)=1

1 3 ( 3)=1

>

Numarul maxim de preincaziri regenerative este de 11.

B.3. Cogenerare(Termoficare)

Consta in producerea simultana de energie electrica si enrgie termica.

Deoarece intr-un ciclu Rankin o cantitate uriasa de caldura evacuate in mediul

ambiant la condensator, datorita temperaturii scazute aceasta caldura nu poate fi

utilizata. Ideea cogenerarii este de a face ca energia termica evacuate din ciclu sub

forma de caldura sa fie energie utila. In acest fel randamentul global al instalatiei

devine teoretic =100%, deoarece caldura primita de la sursa calda este integral

valorificata sub forma de energie electrica si energie termica utila.

Din aceasta cauza cogenerarea este foarte mult utilizata:

Schemele sunt in principiu doua:

B.3.1 Turbine cu priza:

B.3.2 Turbine cu contra

presiune:

Ciclul teoretic al instalatiilor frigorifice cu

comprimare mecanica de vapori

Generalitati:

Racirea este procesul in care un corp de o anumita temperatura este pus in

contact cu un altul de temperatura inferioara in scopul extragerii de caldura de la

primul, daca temperatura, daca procesul are loc la temperatura ale corpurilor mai

mari decat temperatura mediului ambiant, atunci procesul are loc spontan. Daca

insa corpul care trebuie racit trebuie sa atinga o temperatura mai mica decat

temperatura mediului ambiant, atunci procesul se desfasoara doar cu consum de

energie din exterior si vorbim despre obtinerea frigului artificial.

In general aceasta poarta numele de refrigerare si ansamblul de metode,

tehnici, procedee, masini si instalatii de producere a frigului artificial poarta

numele de tehnica frigului.

In functie de intervalul de temperatura in care se desfasoara procesele de

refrigerare vom intalni urmatoarele aplicatii:

t > 30C - pompe de caldura (PC)

5 < < 30 climatizare

200 < < 5 frig industrial

< 200 frig adanc sau Criogenie

Metodele de obtinere a frigului artificial se impart in doua mari categorii:

A. Metoda fara agent

- Care nu utilizeaza un agent frigorific

- Nu au aplicatii in frigul industrial

B. Metode cu agent

B.1 Circuit deschis:

- in care agentul frigorific dupa ce a fost adus la temperatura prescrisa este pus

in contact cu mediul supus racirii, preia caldura de la acesta si apoi este

aruncata/nu se mai foloseste.

Metode:

- Evaporarea apei

- Solutii refrigerente

- Utilizarea ghetii

B.2 Circuit inchis:

- agentul frigorific este racit intr-o parte a instalatiei, apoi pus in contact cu

mediul supus racirii, prei caldura de la acesta, si apoi cedeza aceasta caldura

mediul ambiant, dupa care ciclul se reia.

B.2.1 Fara schimbare de stari de agregare:

- ciclurile frigorifice cu aer (Bell-Colman)

B.2.2: Cu schimbarea starii de agregare:

- in acest caz agentul frigorific trece alternativ dein faza lichida in faza de

vapori

- aceasta medota este cea mai utilizata

- comporta trei variante functie de modul in care se face comprimarea

vaporilor:

Prin comprimare mecanica intr-un compresor

Prin ejectie de abur

Prin absorbtie

Ejectia de abur este cel mai putin utilizata.

Agentii frigorifici

Definitie: Agentul frigorific este un agent termodinamic in stare fluida care are

rolul de a prelua caldura de la mediul supus racirii si de a o ceda mediului ambiant.

In prezent se cunosc aproximativ 30 de agenti frigorifici si deoarece nici

unul dintre acestia nu poate indeplini toate cerintele pentru agentul frigorific ideal,

ei vor fi utilizati fiecare corespunzator proprietatilor celor mai favorabile in acel

tip de aplicatii in care aceste proprietati in care aceste proprietati sunt esentiale.

Clasificarea:

1.Dupa structura chimica:

- conform acestiu criteriu intalnim uramatoarele clase de agenti:

a) compusi organici: H2O, NH3, CO2, SO2

b) hidrocarburi: CH4, C2H6, C3H8, C4H10

c) freoni rezulta din hidrocarburi in care atomii de H din molcula sunt complet

sau partial inlocuiti cu atomi de halogene(F, C, Br)

c.1) CFC cloro-fluoro-carboni

c.2) HCFC hidrogen-cloro-fluoro-carboni

c.3) HFC hidrogen-fluoro-carboni

d) amestecuri azeontrope/zentrope de freoni

- cele azeontrope au punct de fierbere in timp ce cele zeotrope fierb intr-un

interval de temperatura.

Exista o conventie internationala de simbolizare a agentilor frigorifici care

stabileste reguli precise. Pentru ca freonii sunt cei mai utilizati vom exemplifica

pe cazul acesta:

CmHnFpClq

Simbolizarea se face scriind R(F)-(m-1)(n+1)p

Compusii anorganici: R-178; R-717

Observatie:

Freonii au fost descoperiti si sintetizatu in anii 30 ai secolului trecut.

Datorita proprietatilor extrem de favorabile(aproape de perfectiune) au captatat o

extindere extrem de mare, practic echipand marea majoritate a masinilor si

instalatiilor frigorifice. In anii 70 insa s-a constatat ca gaura din stratul de ozon

care protejeaza Pamantul impotriva radiatiilor UV de la Soare este cauzata de

CFC si HCFC, prin atomii de Cl, motic pentru care utilizarea acestora a fost trptat

restransa si in prezent este interzisa.

Freonii afectand atat structura de ozon(CFC si HCFC), cat si clima la nivel

global prin intermediul efectului de sera(toti freonii), singurii agenti frigorifici

care nu au efecte fiin hidrocarburile(care sunt insa inflamabile), acestea din urma

vor ramane ca unici agenti frigorifici in majoritatea instalatiilor.

CURS 10

INSTALATII FRIGORIFICE CU COMPRIMARE MECANICA DE VAPORI

-aceste instalatii fac parte din metodele de obtinere a frigului artificial cu

agent in circuit inchis ,in principiu agentul frigorific din instalatie in stare de

vapori este comprimat,cedeaza caldura mediului ambiant ,condensandu-se

,lichidul rezultat sufera un proces de laminare ,temperatura scazandu-i in mod

semnificativ dupa care se vaporizeaza absorbind caldura de la incinta care trebuie

racita .

Schema de baza a instalatiei precum si reprezentare cilcului in diagrama T-

s si lg p-h sunt prezentate :

Instalatia este compusa din urmatoarele elemente:

Compresorul c.p. care are rolul de a comprima vapori de agent de la presiunea p0 din vaporizator pana la presiunea pk din condensator.De obicei este un compresor cu piston.

Compresor Scroll:

-condensatorul k este un schimbator de caldura prin intermediul caruia

vaporii de agent comprimati avand temperature mai ridicata decat temperatura

mediului ambiant ii cedeaza caldura acestuia.Vaporii fiind supraincalziti se racesc

pana la temperatura de saturatie , dupa care condenseaza. La iesirea din

condensator agentul frigorific este in stare de lichid saturat.

-subracitorul -SR este un schimbator de caldura cu rolul de a raci in mod suplimentar agentul in stare lichida,racire care se realizeaza cu ajutorul apei de

racire

-condensatorul si subracitorul lucreaza la presiunea pk ,realizata in compresor.

-VL ,ventilul de laminare este o portiune ingustata a traseului lichidului in care acesta isi reduce presiunea de la pk la p0.Drept urmare la iesirea din VL agentul de lucru este in stare de vapori saturati umezi cu titlul scazut.

-SL,separator de lichid. Este o butelie in care are loc separarea gravitationala a lichidului de vapori.Scopul este de a evita aspirarea de catre

compresor de picaturi de lichid care formeaza o perna de lichid deasupra

pistonului ,care lichid fiind incompresibil poate provoca distrugerea pistonului.

V-vaporizator si reprezinta incinta care trebuie racita,lichidul care patrunde in vaporizator are temperature mai scazuta decat cea pe care trebuie sa o realizam

si atunci preia caldura realizand efectul de racire si vaporizandu-se.La iesirea din

V mai pot exista inca picaturi de lichid revaporizat motiv pentru care este necesara separarea acestora in SL

Ciclul este compus din urmatoarele procese:

-agentul frigorific in stare de vapori saturati uscati(1) avand presiunea p0 din vaporizator sin temperature T0 este aspirat de compresor.Procesul 1-2 este comprimarea izentropica a vaporilor de agent de la p0 la pk si are loc in compresor. La iesirea din compresor (2) vaporii de agent sunt supraincalziti avant

temeperatura T2.Procesul 2-2 se numeste desupraincalzire. Temperatura vaporilor scazant pana la temperature Tk prin cedare de caldura catre mediul ambiant. Procesul 2-3 este condensarea vaporilor care are loc izobar si izoterm

in starea 3 agentul frigorific este in stare de lichid saturat. Procesele 2-2 si 2-3

izobare la pk au loc in condensatorul K , in proces cedandu-se caldura qk .

Procesul 3-4 se numeste subracire si are loc in pk in subracitorul SR. Subracirea se face cedand caldura apei care circula prin serpentine subracitorului.

Aceasta avand temperatura sub temperature mediului ambiant asigura racirea

suplimentara a agentului frigorific.

Procesul 4-5 are loc in ventilul de laminare VL si consta in scaderea presiunii agentului de la pk la p0. Acest lucru se datoreaza portiunii ingustate a traseului , iar procesul are loc la entalpie constanta.Spunem ca laminarea este un proces

izentropic.

q45 45 = 5 4 + +

q45 = 0

45 = 0

= = 0 5 4 = 0 5=4 =

La parasirea ventilului de laminarea agentul frigorific este sub forma de

vapori saturati umezi avand titlu redus. In separatorul de lichid are loc segregarea

celor 2 faze sub actiunea gravitatiei: lichidul se acumuleaza la partea inferioara,iar

vaporii umplu spatiul de deasupra.

Separarea lichidului este procesul 5-6.

Procesul 6-1 reprezinta vaporizarea izobar-izoterma(la p0 si la T0) a lichidului separate care are loc in vaporizatorul V. Prin vaporizarae este absorbita caldura

q realizandu-se astfel efectul frigorific.Vaporii rezultati sunt returnati in

separatorul de lichid din cauza ca pot antrena picaturi de lichid.Pentru a evita

aspirarea acestora de catre compresor se recurge la Solutia returnarii in separatorul

de lichid in acest fel vaporii care parasesc separatorul vor fi complet lipsiti de faza

lichida.

Eficienta frigorifica a ciclului se calculeaza plecand de la definitia :

=0

||

0 =

0 = 1 5

|| = 2 1

=1 52 1

Cerinta maririi lui 0 pentru a mari eficienta a ciclului explica din ce cauza recurgem la subracire.

In ciclul fara subracire efectul util este caldura 0 in timp ce in ciclul de subracire efectul util este 0

. In ambele situatii consumul de lucru mecanic este

acelasi.

0 > 0

0

||>

0

||

>

In calitate de sursa pentru subracire poate fi utilizat insusi agentul frigorific al

carui vapori au temperatura T0 la iesirea in vaporizator pot fi utilizati in vederea subracirii lichidului care pleaca din condensator.Spunem ca realizam un ciclu

frigorific cu regenerare.

Lichidul care paraseste condensatorul cu starea 3 este subracit (3-4) cedand

caldura () vaporilor de agent care parasesc vaporizatorul. Acestia se supraincalzesc (6-1) dupa care sunt comprimati.Separatorul de lichid nu mai este

necesar deoarece supraincalzeste.In SRR ne asigura ca nu vom avea lichid aspirat

de compresor.

CURS 11

Aerul umed

-este un agent termodinamic foarte mult utilizat in instalatii de climatizare precum

si in instalatii industriale, cum ar fi de exemplu instalatiile de uscare ale

materialelor.

Deoarece in timpul proceselor la care este supusa proportia de vapori de apa din

aer se poate modifica, rezulta ca aerul umed este un amestec gazos de compozitie

variabila motiv pentru care abordarea acestuia se face in mod diferit de cea a

amestecurilor gazoase cu compozitie fixa.

Proportii termofizice ale aerului umed.

A. Compozitia - poate fi vazuta ca un amestec format din 2 componente :-

componenta uscata(a) numita si aer uscat, respectiv vaporii de apa(v)

Componenta uscata are compozitia fixa in care in proprtii volumice vor fi

prezente N(=78%) O2(=21%) si alte gaze(1%).

Aceste alte gaze sunt Ar , Co2, H2 ,He ,O3 ,Xe ,Ne ,So2;

De aceea admitem ca aerul uscat este compus din: 79% N si 21% o2.

2.Presiunea coform legii lui Dalton p. va fi suma presiunilor partiale ale celor

doua componente.

P=pa+pv

La o temperatura data presiunea partiala a vaporilor 0

3.Temperatura in cazul aerului umed vorbim de 3 temperaturi ale acestuia care

difera prin conditiile in care se masoara.

a.temperatura termometrului uscat t care este si temperatura efectiva a aerului

este temp. Masurata cu un termometru a carui rezervor este ecranat termic.

b.temperatura termometrului umed t`- este temperatura masurata cu un

termpometru cu rezervor ecranat termic dar care este invelit intru-un material textil

imbibat cu apa. Daca aerul este nesaturat termometrul umed va arata o temperatura

Suprasaturare x>xs x-xs condenseaza

4.2 Umiditatea relativa (l) raportul dintre masa vaporilr cotinuti in aer si masa

maxima posibila la temperatura respectiva(adica la saturatie).

=mv/mvs

PvV=mvRvT

PsV=mvsRvT

= =

5.Cp - in gama uzuala de temperaturi de lucru cald. specifice mediiale aerului

uscat si vaporilor.

Cpa=1.006KJ/KgK (1)

Cpv=1.836KJ/KgK (2)

(1);(2)

= + 1 +

=1.006 + 1.836

1 +

6. Entalpia (h)

Facand conventia ca la 0C h=0 atunci la t0C ha=Cpat=1.006t, iar hv=r+Cpvt

hv=2500+1.836t

r=2500 KJ/Kg - caldura latenta de vapori a apei

h=1.006t+2500x+1.836tx

CURS 12

Diagrama h-x (MOLLIER)

La baza constructiei acestei diagrame se afla relatia pentru entalpie h =1.006t + 2500x + 1.863tx, dar aceasta diagram are o particularitate care rezulta din urmatoare constatare.

Daca diagram este una normala cu axele ortogonale, atunci domeniul util

(al aerului umed nesaturat) este cel hasurat.

Deoarece acest domeniu este foarte restrans MOLLIER a avut ideea de al

dilata rotind in jos cu un anumit unghi reteaua de drepte h=constant.

Curbat de saturatie = 1, este locul geometric al starilor aerului saturat. Deasupra este domeniul aerului nesaturat, iar dedesubt este domeniul aerului

suprasaturat, numit si domeniul de ceata.

In acest domeniu aerul suprasaturat cu vapori si din cauza ca nu poate

contine maximul posibil pentru starea de saturatie, surplusul de umiditate

condenseaza sub forma de ceata.

Indiferent daca aerul este nesaturat sau suprasaturat el va tinde in mod

spontan sa devina saturat, daca este nesaturat se va imbogati cu vapori pana ce

atinge starea de saturatie; daca este suprasaturat va devein saturat prin

condensarea surplusului de umiditate.

In domeniul aerului nesaturat intalnim curbele = si izotermele t=constant. Acestea sunt drepte a caror panta este proportional cu temperature.

Izoterma de 0 este orizontala. Pe unele diagrame la partea inferioara este trasata o

dreapta inclinata numita dreapta presiunilor partiale cu ajutorul careia se

determina presiunea partial a vaporilor de apa din aer.

Modul de lucru cu diagram:

Fie o stare A a aerului nesaturat determinat prin temperature si umiditatea relative (HIGROMETRU)

Preliungim izoterma pana pe = 1, obtinem punctual B care corespunde starii de satuarti a aerului la temperatura care este presiunea partiala maxima pentru temperatura respectiva.

Coborand pe = din punctul A pana pe curba de saturatie obtinem punctul C care corespunde starii aerului rezultata in urma umidificarii

adiabatice si care estet starea aerului umed din zona rezervorului termometrului

umed.

Prin urmare temperatura punctului C este temperatura termometrului umed

t. = (), adica continutul de umiditate la saturatie pentru temperatura termometrului umed, iar presiunea de satuartie corespunzatoare.

Coborand pe = din A pana pe curba de saturatie obtinem punctul D. Procesul prin care aerul ajunge dein A in D este o raciere la =, prin care aerul devine in final saturat cu vapori.

Tinand cond de defintia temperaturii punctului de roua rezulta ca

temperatura punctului D este tocmai temperatura punctului de roua.

Raportul de termo-umiditate:

Procesele aerului umed se reprezinta in diagrama prin segment de dreapta:

die 2 stari

1(1, 1)

2(22)

Procesul 1-2 va reprezenta segmental de dreapta care uneste cele 2 stari.

Def: Se numeste raport de termoumiditate (), raportul dintre variatia entalpiei aerului si variatia continutului de umiditate intr-un process al aerului

umed.

12 =h

x=2 121

Denumirea este justificata de faptul ca procesele aerului umed sunt procese

simultane de schimbare de caldura si umiditate si se reprezinta in diagrame prin

segmente de dreapta.

Raportul de termoumiditate nu este altceva decat panta dreptei procesului

fata de directia dreptei de entalpie constante. Pentru o determinare usoara a lui unele diagrame sunt prevazut cu o scala unghiulara al carei pol este O.

Pentru determinare lui 12 ducem prin pol paralela la directia acestuia si citim pe scala valoarea corespunzatoare.

In functie de valoarea lui si de sensul schimbarii de caldura si de umiditate procesele se impart in 4 categorii avand drept corespunzatoare 4 regiuni

de diagrame.

I. Procese de incalzire cu umidificare

II. Procese de incalzire cu uscare

III. Procese de racire cu uscare

IV. Procese de racire cu umidificare

Procesele aerului umed

1. x= constant aceste procese au loc atunci cand aerul este in contact cu

o suprafara mai calda( incalzire la x=constant) sau cu o suprafata mai

rece, dar a carei temperatura este mai mare decat temperatura punctului

de roua.

1-2:incalzire la x=constant

1-3:recire la x=xonstant

Constatam ca prin incalzire umiditatea relativa scade, iar pein racire

aceasta creste. Daca temperatura supra 4 < , atunci procesul numai este la x=constant, deoarece aerul se raceste pana la temperatura

punctului de roua (punctul 4) se face pe curba de saturatie( are loc condensarea

surplusului de umiditate astfel incat 4 < )

= 0 =

12 = 21 = (1.006 + 1.863)(21)

Curs 13

Umidificarea adiabatica

Este procesul prin care aerul nesaturat in contact cu apa tinde sa se satureze

absorbind vaporii rezultati din evaporarea apei. Din cauza ca presiunea partiala a

vaporilor din aerul nesaturat este mai mica putem spune ca evaporarea apei este

procesul prin care vaporii tind sa atinga presiunea maxim posibila adica presiunea de

saturatie . Umidificarea adiabatica are loc atunci cand in aerul nesaturat se

pulverizeaza apa , procesul este adiabatic deoarece caldura necesara evaporarii apei

este preluata de la insusi aerul in care are loc pulverizarea. Scriem principiul I al

termodinamicii:

= = 0 = 0

} = 0 =

Un alt exemplu de umidificare adiabatica il constituie evaporarea apei din panza

care imbraca rezervorul termometrului umed , aerul absoarbe acesti vapori care

sunt produsi pe baza absorptiei de caldura latenta care este luata de la rezervorul

termometrului motiv pentru care temperatura indicata de acesta scade si se

stabilizeaza la valoarea numita temperatura a termometrului umed atunci cand aerul

din vecinatatea rezervorului a devenit saturat cu vapori.

Fie un proces de umidificare adiabatica de la starea initiala 1 de parametrii h1 si

1 pana la starea 2 cu 2

Umidificarea adiabatica sta la baza celei mai utilizate metode de determinare a

starii aerului umed (metoda psihrometrica). Aceasta presupune masurarea

simultana a temperaturii termometrului uscat (t) si a temperaturii termometrului

umed (t) cu ajutorul unui aparat, numit psihrometru si utilizeaza diagrama Mollier.

Procesul de amestecare a doua cantitati de aer

umed

Fie doua cantitati de aer umed: m1 cu (x1,h1), respectiv m2 cu (x2,h2). Prin

amestecare rezulta: mM cu (xM,hM) care trebuie determinat.

Starea amestecului se poate determina cu diagrama cat si cu relatii analitice.

In prealabil scriem cele 3 ecuatii de bilant.

1. Masic: m1 + m2 = mM

2. Termic: m1h1+m2h2=(m1+m2)hM

3. Umiditate: m1x1+m2x2=(m1+m2)xM

a. Grafic

1( 1) = 2(2 )

1( 1) = 2(2 )}

1 1

=2 2

1 1

= 2 2

1 = 2

Egalitatea celor doua rapoarte de termoumiditate, ne spune ca cele doua

segmente 1M si M2 au aceasi panta, deci sunt unul in prelungirea celuilalt si rezulta

ca punctul M se afla pe segmentul de dreapta 1-2.

Notam: 12

= (= )

12= 12

12

=21

=1

}

12=1

Rezulta ca punctul M imparte segmentul 1-2 intr-un raport invers raportului de

amestec. Aceasta regula este o regula generala, valabila pentru orice tip de

amestec in care intervin doi participanti cu proprietati diferite si poarta numele de

regula parghiei.

b. Analitic

Rescriem ecuatia de bilant termic, respectiv de umiditate, impartindu-le pe

fiecare la m2, obtinem:

1 + 2 = ( + 1) =1 + 2 + 1

=1 + 2 + 1

Instalatii de climatizare

In cele mai multe situatii este nevoie de controlul temperaturii si umiditatii

aerului intr-un spatiu oarecare:

a. Daca spatiul respectiv este rezidential sau destinatie social culturala

atunci temperatura si umiditatea aerului trebuie sa se situeze intre niste

elemente care corespund confortului termic .

b. Daca respectivul spatiu este un spatiu in care au loc procese

tehnologice care impun anumite valori de temperatura si umiditatii aerul

interior va indeplini diverse criterii .

Rezulta deci ca o instaltie de climatizare este o instalatie care trebuie sa

furnizeze aer care amestecandu-se cu aerul interior sa conduca la obtinerea

temperaturii si umiditatii impuse .

Aerul produs de instalatie numit aer climatizat va trebui sa preia surplusul

sau deficitul de caldura si surplusul sau deficitul de umiditate => astfel

temperatura si umiditatea impusa .

Deficitul de caldura sau degajarile precum degajarile sau deficitul de umiditate

din spatiul respectiv pot avea cele mai diverse cauze.

Schema generala a unei instalatii de climatizare

CC - centrala de climatizare VI - ventilator de introducere

CA - camera de amestec VE - ventilator de evacuare

FA - filtru de aer GI - gura de introducere

BPI - baterie de preincalzire GE - gura de evacuare

CU - camera de umidificare AE - aer exterior

PC - pompa de circulatie AC - aer climatizat

SP - separator de picaturi AI - aer interior = AEv aer evacuat

BR baterie de racire AR - aer recirculat

BRI - baterie de reincalzire CR - clapeta de reglaj

Prezenta diferitelor tipuri de baterii(sch. de cald ) se explica prin aceea ca

este extrem de dificil daca nu imposibil de reglat un proces direct . In urma caruia

prin schema de caldura si umiditatea aerului exterior sa devina aer climatizat cu

parametrii impusi . Reglarea , controlul si implicit automatizarea acestora sunt

posibile decat realizand procese intermediare de incalzire care sunt separate de

umidificare . Procese care sunt mult mai usor de controlat .

Spunem ca procesele din centarala de climatizare sunt procese de tratare

complexa a aerului.

Determinarea debitului de aer climatizat se face pe baza parametrilor impusi

si plecand de la valoarea calculata ale degajarilor si consumurilor de caldura si

umiditate .

Mv debit de umiditate

Ecuatia de bilant termic a incaperii este urmatoarea :

+ + = + +

( ) = + ( )

= +

Q sacrina termica a incaperii

- sarcina de umiditate

Q + hv surplus de caldura

=

Daca scriem ecuatia bilnatului de umiditate

( ) = =

=

= + }

=

=