1. Consumo di calore per il riscaldamento dell'aria di mandata

Q t =L∙ρ aria. ∙dall'aria ∙(t dentro - t fuori),

Dove:

ρaria - densità dell'aria. La densità dell'aria secca a 15°C al livello del mare è di 1.225 kg/m³;
con aria – calore specifico dell’aria pari a 1 kJ/(kg∙K)=0,24 kcal/(kg∙°C);
t int. – temperatura dell'aria all'uscita del riscaldatore, °C;
t avv. – temperatura dell'aria esterna, °C (temperatura dell'aria del quinquennio più freddo con probabilità 0,92 secondo la Climatologia delle Costruzioni).

2. Flusso del liquido refrigerante per riscaldatore

G= (3.6∙Q t)/(s in ∙(t pr -t arr)),

Dove:
3.6 - fattore di conversione da W a kJ/h (per ottenere la portata in kg/h);
G - consumo di acqua per il riscaldamento del riscaldatore, kg/h;
Q t – potenza termica del riscaldatore, W;
с в – capacità termica specifica dell'acqua pari a 4.187 kJ/(kg∙K)=1 kcal/(kg∙°С);
t ave – temperatura del liquido di raffreddamento (linea retta), °C;
t avv. – temperatura del liquido di raffreddamento (linea di ritorno), °C.

3. Selezione del diametro dei tubi per la fornitura di calore al riscaldatore

Consumo di acqua per il riscaldamento , kg/h

4. Diagramma I-d del processo di riscaldamento dell'aria

Il processo di riscaldamento dell'aria nel riscaldatore avviene a d=const (con contenuto di umidità costante).

La temperatura dei gas di scarico dietro la caldaia dipende dal tipo di combustibile bruciato, dalla temperatura dell'acqua di alimentazione t n in, dal costo stimato del combustibile C t , la sua ridotta umidità

Dove

Sulla base dell'ottimizzazione tecnica ed economica, in termini di efficienza nell'uso del carburante e del metallo della superficie di riscaldamento della coda, nonché di altre condizioni, sono state ottenute le seguenti raccomandazioni per la scelta del valore
riportati nella tabella 2.4.

Dal tavolo 2.4, valori più piccoli della temperatura ottimale dei gas di scarico vengono selezionati per combustibili economici e valori più grandi per combustibili costosi.

Per caldaie a bassa pressione (R ne .≤ 3,0 MPa) con superfici riscaldanti di coda, la temperatura dei fumi non deve essere inferiore ai valori indicati in tabella. 2.5, e il suo valore ottimale viene selezionato sulla base di calcoli tecnici ed economici.

Tabella 2.4 – Temperatura ottimale dei fumi per caldaie

con una produttività di oltre 50 t/h (14 kg/s) durante la combustione

combustibili a basso contenuto di zolfo

Temperatura dell'acqua di alimentazione t n in, 0 C	Ridotto contenuto di umidità del carburante

Tabella 2.5 – Temperatura fumi per caldaie a bassa pressione

produttività inferiore a 50 t/h (14 kg/s)

	, 0C
Carboni con ridotto contenuto di umidità E gas naturale
Carboni con
Olio combustibile ad alto contenuto di zolfo
Torba e scarti di legno

Per le caldaie dei tipi KE e DE, la temperatura dei fumi dipende fortemente da t n in. Alla temperatura dell'acqua di alimentazione t n = 100°C,
, e a t n = 80 ÷ 90 0 C diminuisce a valori
.

Quando si bruciano combustibili a base di zolfo, in particolare olio combustibile ad alto contenuto di zolfo, esiste il pericolo di corrosione a bassa temperatura del riscaldatore ad aria con una temperatura minima della parete metallica t st inferiore al punto di rugiada t p dei gas di scarico. Il valore t p dipende dalla temperatura di condensazione del vapore acqueo t k alla loro pressione parziale nei gas di scarico PH 2 O, dal contenuto ridotto di zolfo S n e ceneri A n nel combustibile di lavoro

, (2.3)

Dove
- potere calorifico inferiore del combustibile, mJ/kg o mJ/m 3.

La pressione parziale del vapore acqueo è

(2.4)

dove: P=0,1 MPa – pressione dei fumi all'uscita della caldaia, MPa;

r H 2 O – frazione volumetrica del vapore acqueo nei gas di scarico.

Per eliminare completamente la corrosione in assenza di misure protettive particolari, il tst dovrebbe essere superiore di 5 – 10°C t pag , tuttavia, ciò comporterà un aumento significativo su di lei importanza economica. Pertanto, aumentano contemporaneamente e la temperatura dell'aria all'ingresso del riscaldatore .

Temperatura minima della parete, a seconda dei valori preselezionati E determinato dalle formule: per riscaldatori d'aria rigenerativi (RAH)

(2.5)

per aerotermi tubolari (TVA)

(2.6)

Quando si bruciano combustibili solidi a base di zolfo, è necessaria la temperatura dell'aria all'ingresso del riscaldatore d'aria prendere non inferiore a k, determinato in base al PH 2 O.

Quando si utilizzano oli combustibili ad alto contenuto di zolfo, un mezzo efficace per combattere la corrosione a bassa temperatura consiste nel bruciare l'olio combustibile con un piccolo eccesso d'aria ( = 1,02 ÷ 1,03). Questo metodo di combustione elimina praticamente completamente la corrosione a bassa temperatura ed è riconosciuto come il più promettente, tuttavia richiede un'attenta regolazione dei dispositivi del bruciatore e un migliore funzionamento della caldaia.

Quando si installano cubi TVP sostituibili o guarnizioni a freddo sostituibili (RVP) nelle fasi fredde del riscaldatore d'aria, sono consentiti i seguenti valori di temperatura dell'aria in entrata: nei riscaldatori d'aria rigenerativi 60 – 70°C e nei riscaldatori d'aria tubolari 80 – 90°C.

Per preriscaldare l'aria ai valori , prima di entrare nel riscaldatore d'aria, vengono solitamente installati riscaldatori a vapore, riscaldati dal vapore selezionato proveniente dalla turbina. Vengono utilizzati anche altri metodi per riscaldare l'aria all'ingresso del riscaldatore d'aria e misure per combattere la corrosione a bassa temperatura, vale a dire: ricircolo di aria calda all'aspirazione del ventilatore, installazione di aerotermi con un refrigerante intermedio, evaporatori di gas, ecc. Per neutralizzare i vapori di H 2 SO 4 vengono utilizzati additivi di vario tipo, sia nei fumi della caldaia che nel combustibile.

La temperatura del riscaldamento dell'aria dipende dal tipo di combustibile e dalle caratteristiche del focolare. Se non è necessario un elevato riscaldamento dell'aria a causa delle condizioni di essiccazione o di combustione del carburante, si consiglia di installare un riscaldatore d'aria monostadio. In questo caso, la temperatura ottimale dell'aria delle caldaie elettriche, a seconda della temperatura dell'acqua di alimentazione e dei gas di scarico, è determinata approssimativamente dalla formula

Con una disposizione del riscaldatore d'aria a due stadi, la temperatura dell'aria dietro il primo stadio viene determinata utilizzando la formula (2.7), e nel secondo stadio del riscaldatore d'aria l'aria viene riscaldata da questa temperatura alla temperatura dell'aria calda adottata secondo la tabella. 2.6.

Tipicamente, con un valore di t AC >300°C viene utilizzata una disposizione a due stadi di un riscaldatore d'aria in un “taglio” con stadi di economizzatore d'acqua. In questo caso la temperatura dei gas davanti allo stadio “caldo” del riscaldatore d'aria non deve superare i 500°C.

Tabella 2.6 – Temperature di riscaldamento dell'aria per caldaie

produttività oltre 75 t/h (21,2 kg/s)

Caratteristiche del focolare	Grado di carburante	"Temperatura dell'aria. °C
1 Focolari con abbattimento scorie solide con circuito chiuso di preparazione polveri	Pietre e carboni magri Carboni bruni di frese.
2 forni con rimozione delle scorie liquide, incl. con cicloni orizzontali e preforni verticali per l'essiccazione del combustibile con aria e l'alimentazione delle polveri con aria calda o agente essiccante	AS, carboni bruni PA Carboni di pietra e Donetsk magri
3 Durante l'essiccazione del combustibile con gas in un circuito chiuso di preparazione delle polveri, durante la rimozione delle scorie solide lo stesso per l'asportazione delle scorie liquide	Carboni bruni	300 – 350 xx 350 – 400 xx
4 Quando si essicca il combustibile con gas in un circuito aperto per la preparazione della polvere durante la rimozione delle scorie solide Per la rimozione delle scorie liquide	Per tutti	350 – 400 xx
5. Focolari da camera	Olio combustibile e gas naturale	250 – 300 x x x

x Con torba ad alto contenuto di umidità/W p > 50%/ prendere 400°C;

xx Valore più alto per elevata umidità del carburante;

xxx Il valore di gv viene controllato utilizzando la formula.

Modifica del ricircolo dei fumi . Il ricircolo del gas è ampiamente utilizzato per espandere l'intervallo di controllo della temperatura del vapore surriscaldato e consente di mantenere la temperatura del vapore surriscaldato anche a bassi carichi della caldaia. IN Ultimamente Anche il ricircolo dei fumi sta guadagnando terreno come metodo per ridurre la formazione di NOx. Viene utilizzato anche il ricircolo dei fumi nel flusso d'aria davanti ai bruciatori, che è più efficace in termini di soppressione della formazione di NO x.

L'introduzione di gas di ricircolo relativamente freddi nella parte inferiore del forno porta ad una diminuzione dell'assorbimento di calore delle superfici riscaldanti per radiazione e ad un aumento della temperatura dei gas all'uscita dal forno e nei condotti convettivi, compresi la temperatura dei fumi. Un aumento del flusso totale dei fumi nella sezione del percorso dei gas prima che i gas vengano portati in ricircolo aiuta ad aumentare i coefficienti di scambio termico e la percezione del calore delle superfici riscaldanti convettive.

Riso. 2.29. Variazioni della temperatura del vapore (curva 1), della temperatura dell'aria calda (curva 2) e delle perdite con i fumi (curva 3) in funzione della quota di ricircolo dei fumi g.

Nella fig. La tabella 2.29 mostra le caratteristiche della caldaia TP-230-2 quando si modifica la proporzione del ricircolo del gas nella parte inferiore del forno. Ecco la quota del riciclo

dove V rts è il volume dei gas prelevati per il ricircolo; Vr - volume di gas nel punto di selezione per il ricircolo senza tenere conto di V rc. Come si vede un aumento della quota di ricircolo ogni 10% porta ad un aumento della temperatura dei fumi di 3-4°C, Vr - dello 0,2%, temperatura del vapore - di 15° C, e la natura della dipendenza è quasi lineare. Queste relazioni non sono uniche per tutte le caldaie. Il loro valore dipende dalla temperatura dei gas ricircolati (luogo in cui vengono prelevati i gas) e dal metodo della loro introduzione. Scarico dei gas ricircolati in parte in alto il forno non pregiudica il funzionamento del forno, ma porta ad una significativa diminuzione della temperatura dei gas nella zona del surriscaldatore e, di conseguenza, ad una diminuzione della temperatura del vapore surriscaldato, sebbene il aumenta il volume dei prodotti della combustione. Lo scarico dei gas nella parte superiore del forno può essere utilizzato per proteggere il surriscaldatore dall'esposizione a sostanze inaccettabili alta temperatura gas e riducendo la formazione di scorie del surriscaldatore.

Naturalmente l'utilizzo del ricircolo del gas porta ad una diminuzione non solo dell'efficienza. lordo, ma anche di efficienza al netto del gruppo caldaia, in quanto provoca un aumento del consumo di energia elettrica per il proprio fabbisogno.

Riso. 2.30. Dipendenza della perdita di calore dovuta alla sottocombustione meccanica dalla temperatura dell'aria calda.

Variazione della temperatura dell'aria calda. Una variazione della temperatura dell'aria calda è il risultato di una variazione della modalità operativa del riscaldatore d'aria dovuta all'influenza di fattori quali variazioni della pressione termica, del coefficiente di trasferimento del calore, del gas o del flusso d'aria. Aumentando la temperatura dell'aria calda aumenta, anche se di poco, il livello di calore rilasciato nel focolare. La temperatura dell'aria calda ha influenza notevole sulle caratteristiche delle caldaie funzionanti con combustibile a bassa potenza volatile. Una diminuzione di ^ g.v in questo caso peggiora le condizioni per l'accensione del combustibile, la modalità di essiccazione e macinazione del combustibile, porta ad una diminuzione della temperatura della miscela d'aria all'ingresso dei bruciatori, che può causare un aumento delle perdite dovute alla sottocombustione meccanica (vedi Fig. 2.30).

. Modifica della temperatura di preriscaldamento dell'aria. Il preriscaldamento dell'aria davanti al riscaldatore d'aria viene utilizzato per aumentare la temperatura della parete delle sue superfici riscaldanti al fine di ridurre l'effetto corrosivo dei gas di combustione su di esse, soprattutto quando si bruciano combustibili ad alto contenuto di zolfo. Secondo PTE, quando si brucia olio combustibile allo zolfo, la temperatura dell'aria davanti ai riscaldatori d'aria tubolari non deve essere inferiore a 110 ° C e davanti ai riscaldatori rigenerativi - non inferiore a 70 ° C.

Il preriscaldamento dell'aria può essere effettuato facendo ricircolare aria calda all'ingresso dei ventilatori, tuttavia ciò riduce l'efficienza della caldaia a causa dell'aumento del consumo di elettricità per la sabbiatura e dell'aumento della temperatura dei fumi. Pertanto è consigliabile riscaldare l'aria a una temperatura superiore a 50°C in aerotermi funzionanti con vapore selezionato o acqua calda.

Il preriscaldamento dell'aria comporta una diminuzione dell'assorbimento di calore del riscaldatore d'aria a causa della diminuzione della pressione termica, della temperatura dei fumi e dell'aumento della perdita di calore. Il preriscaldamento dell'aria richiede inoltre costi energetici aggiuntivi per fornire aria al riscaldatore. A seconda del livello e del metodo di preriscaldamento dell'aria, per ogni 10° C di preriscaldamento dell'aria, l'efficienza. variazioni lorde di circa 0,15-0,25% e la temperatura dei gas di scarico di 3-4,5 ° C.

Poiché la quota di calore prelevato per il preriscaldamento dell'aria rispetto alla potenza termica delle caldaie è piuttosto elevata (2-3,5%), la scelta dello schema ottimale di riscaldamento dell'aria è Grande importanza.

Aria fredda

Riso. 2.31. Schema di riscaldamento dell'aria a due stadi nei riscaldatori con acqua di rete e vapore selezionato:

1 - riscaldatori di rete; 2 - la prima fase di riscaldamento dell'aria con acqua di rete dell'impianto di riscaldamento; 3 - seconda fase di riscaldamento dell'aria; 4 - pompa per fornire acqua di rete di ritorno ai riscaldatori; 5 - acqua di rete per il riscaldamento dell'aria (schema per periodo estivo); 6 - rete idrica per il riscaldamento dell'aria (schema per il periodo invernale).

L'umanità conosce pochi tipi di energia: energia meccanica (cinetica e potenziale), energia interna (termica), energia di campo (gravitazionale, elettromagnetica e nucleare), chimica. Vale la pena sottolineare l'energia dell'esplosione...

Energia del vuoto ed energia oscura, che esiste ancora solo in teoria. In questo articolo, il primo della sezione Ingegneria del Calore, cercherò di utilizzare un linguaggio semplice e accessibile esempio pratico, parla del tipo di energia più importante nella vita delle persone - di energia termica e di farla nascere in tempo Energia termica.

Poche parole per comprendere il ruolo dell'ingegneria termica come branca della scienza che si occupa di ottenere, trasferire e utilizzare l'energia termica. La moderna ingegneria termica è emersa dalla termodinamica generale, che a sua volta è una branca della fisica. La termodinamica è letteralmente “caldo” più “potenza”. Pertanto, la termodinamica è la scienza del “cambiamento di temperatura” di un sistema.

Un'influenza esterna su un sistema, che modifica la sua energia interna, può essere il risultato dello scambio di calore. Energia termica, che viene acquisito o perso dal sistema a seguito di tale interazione con l'ambiente, viene chiamato quantità di calore e si misura in unità SI in Joule.

Se non sei un termotecnico e non ti occupi quotidianamente di problematiche di ingegneria termica, quando le incontri, a volte senza esperienza, può essere molto difficile comprenderle rapidamente. Senza esperienza, è difficile persino immaginare le dimensioni dei valori richiesti della quantità di calore e potenza termica. Quanti Joule di energia sono necessari per riscaldare 1000 metri cubi d'aria da una temperatura compresa tra -37˚С e +18˚С?.. Quale potenza della fonte di calore è necessaria per farlo in 1 ora?.. Oggi possiamo rispondi “immediatamente” a queste domande non così difficili “Non tutti sono ingegneri. A volte gli specialisti ricordano addirittura le formule, ma solo pochi sanno applicarle nella pratica!

Dopo aver letto questo articolo fino alla fine, sarai in grado di risolvere facilmente problemi industriali e quotidiani reali legati al riscaldamento e al raffreddamento di vari materiali. Comprendere l'essenza fisica dei processi di trasferimento del calore e la conoscenza di semplici formule di base sono gli elementi principali alla base della conoscenza nell'ingegneria del calore!

La quantità di calore durante i vari processi fisici.

Le sostanze più conosciute possono temperature diverse e la pressione deve essere allo stato solido, liquido, gassoso o plasmatico. Transizione da uno stato di aggregazione ad un altro si verifica quando temperatura costante (a condizione che la pressione e gli altri parametri non cambino ambiente) ed è accompagnato dall'assorbimento o dal rilascio di energia termica. Nonostante il fatto che il 99% della materia nell'Universo sia nello stato di plasma, in questo articolo non considereremo questo stato di aggregazione.

Consideriamo il grafico presentato in figura. Mostra la dipendenza dalla temperatura di una sostanza T sulla quantità di calore Q, portato a un certo sistema chiuso contenente una certa massa di una sostanza specifica.

1. Un solido con una temperatura T1, riscaldare a temperatura Tmel, spendendo per questo processo una quantità di calore pari a Q1 .

2. Successivamente inizia il processo di fusione, che avviene a temperatura costante Tpl(punto di fusione). Per sciogliere l'intera massa di un solido, è necessario spendere energia termica nella quantità Q2 -Q1 .

3. Successivamente il liquido risultante dalla fusione del solido viene riscaldato fino al punto di ebollizione (formazione di gas) Tkp, spendendo su questa quantità di calore uguale Q3-Q2 .

4. Ora a un punto di ebollizione costante Tkp il liquido bolle ed evapora, trasformandosi in un gas. Per trasformare l'intera massa di liquido in gas è necessario spendere energia termica in quantità Q4-Q3.

5. SU ultima fase il gas si riscalda a seconda della temperatura Tkp fino ad una certa temperatura T2. In questo caso, la quantità di calore consumata sarà Q5-Q4. (Se riscaldiamo il gas alla temperatura di ionizzazione, il gas si trasformerà in plasma.)

Pertanto, riscaldando il corpo solido originale dalla temperatura T1 fino a temperatura T2 abbiamo speso energia termica nella quantità Q5, trasferendo una sostanza attraverso tre stati di aggregazione.

Entrando direzione inversa, rimuoveremo la stessa quantità di calore dalla sostanza Q5, dopo aver attraversato le fasi di condensazione, cristallizzazione e raffreddamento dalla temperatura T2 fino a temperatura T1. Naturalmente stiamo valutando sistema chiuso senza perdita di energia verso l’ambiente esterno.

Si noti che la transizione dallo stato solido allo stato gassoso è possibile senza fase liquida. Questo processo è chiamato sublimazione e il processo inverso è chiamato desublimazione.

Quindi, ci siamo resi conto che i processi di transizione tra stati aggregati della materia sono caratterizzati dal consumo di energia a temperatura costante. Quando si riscalda una sostanza che si trova in uno stato di aggregazione invariato, la temperatura aumenta e viene consumata anche energia termica.

Principali formule di scambio termico.

Le formule sono molto semplici.

Quantità di calore Q in J si calcola utilizzando le formule:

1. Dal lato del consumo di calore, cioè dal lato del carico:

1.1. Durante il riscaldamento (raffreddamento):

Q = M * C *(T2-T1)

M – massa della sostanza in kg

Con - capacità termica specifica di una sostanza in J/(kg*K)

1.2. Durante lo scioglimento (congelamento):

Q = M * λ

λ – calore specifico di fusione e cristallizzazione di una sostanza in J/kg

1.3. Durante l'ebollizione, l'evaporazione (condensazione):

Q = M * R

R – calore specifico di formazione del gas e di condensazione di una sostanza in J/kg

2. Dal lato della produzione di calore, cioè dal lato della sorgente:

2.1. Quando il carburante brucia:

Q = M * Q

Q – calore specifico di combustione del combustibile in J/kg

2.2. Quando si converte l'elettricità in energia termica (legge Joule-Lenz):

Q =t *I *U =t *R *I ^2=(t /R)*U^2

T – tempo in s

IO – valore effettivo della corrente in A

U – valore della tensione effettiva in V

R – Resistenza di carico in ohm

Concludiamo che la quantità di calore è direttamente proporzionale alla massa della sostanza durante tutte le trasformazioni di fase e, durante il riscaldamento, inoltre direttamente proporzionale alla differenza di temperatura. Coefficienti di proporzionalità ( C , λ , R , Q ) per ciascuna sostanza hanno i propri significati e sono determinati sperimentalmente (presi da libri di consultazione).

Energia termica N in W è la quantità di calore ceduta al sistema in un certo tempo:

N=Q/t

Quanto più velocemente vogliamo riscaldare il corpo a una certa temperatura, tanto maggiore dovrebbe essere la potenza della fonte di energia termica: tutto è logico.

Calcolo di un problema applicato in Excel.

Nella vita spesso è necessario fare un rapido calcolo di valutazione per capire se ha senso continuare a studiare un argomento, fare un progetto e calcoli dettagliati, accurati e dispendiosi in termini di tempo. Avendo effettuato un calcolo in pochi minuti anche con una precisione del ±30%, puoi accettare l'importante decisione gestionale, che sarà 100 volte più economico e 1000 volte più efficiente e, in definitiva, 100.000 volte più efficace dell'esecuzione di un calcolo accurato entro una settimana, o anche un mese, da parte di un gruppo di costosi specialisti...

Condizioni del problema:

Portiamo 3 tonnellate di laminato da un magazzino sulla strada ai locali dell'officina di preparazione del laminato con dimensioni di 24 m x 15 m x 7 m. Sul metallo laminato è presente ghiaccio con una massa totale di 20 kg. Fuori ci sono -37˚С. Quanto calore è necessario per riscaldare il metallo a +18˚С; scaldare il ghiaccio, scioglierlo e scaldare l'acqua a +18˚С; riscaldare l'intero volume d'aria nella stanza, presupponendo che prima il riscaldamento fosse completamente spento? Che potenza dovrebbe avere l'impianto di riscaldamento se tutto quanto sopra deve essere completato in 1 ora? (Condizioni molto dure e quasi irrealistiche, soprattutto per quanto riguarda l'aria!)

Eseguiremo il calcolo nel programmaMS Excel o nel programmaOOo Calcolo.

Controlla la formattazione del colore delle celle e dei caratteri nella pagina "".

Dati iniziali:

1. Scriviamo i nomi delle sostanze:

alla cella D3: Acciaio

alla cella E3: Ghiaccio

alla cella F3: Acqua ghiacciata

alla cella G3: Acqua

alla cella G3: Aria

2. Inseriamo i nomi dei processi:

alle celle D4, E4, G4, G4: Calore

alla cella F4: fusione

3. Capacità termica specifica delle sostanze C in J/(kg*K) scriviamo rispettivamente per acciaio, ghiaccio, acqua e aria

alla cella D5: 460

alla cella E5: 2110

alla cella G5: 4190

alla cella H5: 1005

4. Calore specifico di fusione del ghiaccio λ inserire J/kg

alla cella F6: 330000

5. Molte sostanze M Entriamo in kg rispettivamente per l'acciaio e per il ghiaccio

alla cella D7: 3000

alla cella E7: 20

Poiché la massa non cambia quando il ghiaccio si trasforma in acqua, allora

nelle celle F7 e G7: =E7 =20

Troviamo la massa d'aria moltiplicando il volume della stanza per il peso specifico

nella cella H7: =24*15*7*1,23 =3100

6. Tempo di processo T al minuto scriviamo solo una volta per l'acciaio

alla cella D8: 60

I valori temporali per il riscaldamento del ghiaccio, la sua fusione e il riscaldamento dell'acqua risultante vengono calcolati a condizione che tutti questi tre processi debbano essere completati nello stesso tempo assegnato per il riscaldamento del metallo. Leggi di conseguenza

nella cella E8: =E12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,7

nella cella F8: =F12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =41,0

nella cella G8: =G12/(($E$12+$F$12+$G$12)/D8) =9,4

Anche l'aria dovrebbe riscaldarsi durante lo stesso tempo assegnato, leggiamo

nella cella H8: =D8 =60,0

7. La temperatura iniziale di tutte le sostanze T1 Lo mettiamo in ˚C

alla cella D9: -37

alla cella E9: -37

alla cella F9: 0

alla cella G9: 0

alla cella H9: -37

8. La temperatura finale di tutte le sostanze T2 Lo mettiamo in ˚C

alla cella D10: 18

alla cella E10: 0

alla cella F10: 0

alla cella G10: 18

alla cella H10: 18

Penso che non dovrebbero esserci domande riguardo alle clausole 7 e 8.

Risultati del calcolo:

9. Quantità di calore Q in KJ, richiesto per ciascuno dei processi, calcoliamo

per riscaldamento acciaio nella cella D12: =D7*D5*(D10-D9)/1000 =75900

per riscaldare il ghiaccio nella cella E12: =E7*E5*(E10-E9)/1000 = 1561

per sciogliere il ghiaccio nella cella F12: =F7*F6/1000 = 6600

per riscaldamento acqua cella G12: =G7*G5*(G10-G9)/1000 = 1508

per riscaldamento aria cella H12: =H7*H5*(H10-H9)/1000 = 171330

Leggiamo la quantità totale di energia termica richiesta per tutti i processi

nella cella unita D13E13F13G13H13: =SOMMA(D12:H12) = 256900

Nelle celle D14, E14, F14, G14, H14 e nella cella combinata D15E15F15G15H15, la quantità di calore è espressa in un'unità di misura dell'arco - in Gcal (in gigacalorie).

10. Energia termica N in kW richiesti per ciascuno dei processi viene calcolato

per riscaldamento acciaio nella cella D16: =D12/(D8*60) =21,083

per riscaldare il ghiaccio nella cella E16: =E12/(E8*60) = 2,686

per sciogliere il ghiaccio nella cella F16: =F12/(F8*60) = 2,686

per riscaldamento acqua nella cella G16: =G12/(G8*60) = 2,686

per riscaldamento aria cella H16: =H12/(H8*60) = 47,592

La potenza termica totale necessaria per completare tutti i processi in tempo T calcolato

nella cella unita D17E17F17G17H17: =D13/(D8*60) = 71,361

Nelle celle D18, E18, F18, G18, H18 e nella cella combinata D19E19F19G19H19, la potenza termica è espressa nell'unità di misura dell'arco, in Gcal/ora.

Questo completa il calcolo in Excel.

Conclusioni:

Tieni presente che il riscaldamento dell'aria richiede più del doppio dell'energia necessaria per riscaldare la stessa massa di acciaio.

Riscaldare l’acqua costa il doppio dell’energia rispetto a riscaldare il ghiaccio. Il processo di fusione consuma molte volte più energia del processo di riscaldamento (con una piccola differenza di temperatura).

Il riscaldamento dell’acqua richiede dieci volte più energia termica rispetto al riscaldamento dell’acciaio e quattro volte di più rispetto al riscaldamento dell’aria.

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Abbiamo richiamato i concetti di “quantità di calore” e di “potenza termica”, esaminato le formule fondamentali della trasmissione del calore e analizzato un esempio pratico. Spero che il mio linguaggio sia stato semplice, chiaro e interessante.

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— dispositivi utilizzati per riscaldare l'aria nei sistemi di ventilazione di mandata, nei sistemi di condizionamento dell'aria, nel riscaldamento dell'aria, nonché negli impianti di essiccazione.

A seconda del tipo di liquido refrigerante, i riscaldatori possono essere a fuoco, ad acqua, a vapore ed elettrici .

I più diffusi attualmente sono i generatori ad acqua ea vapore, che si dividono in a tubi lisci ed alettati; questi ultimi, a loro volta, si dividono in lamellari e spiroidali.

Esistono riscaldatori a passaggio singolo e multi-passaggio. In quelli a passaggio singolo, il liquido di raffreddamento si muove attraverso i tubi in una direzione, mentre in quelli a passaggio multiplo cambia più volte la direzione del movimento a causa della presenza di divisori nei coperchi dei collettori (Fig. XII.1).

I riscaldatori sono disponibili in due modelli: medio (C) e grande (B).

Il consumo di calore per il riscaldamento dell'aria è determinato dalle formule:

Dove Q"— consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, kJ/h (kcal/h); Q- lo stesso, W; 0,278 — fattore di conversione da kJ/h a W; G— quantità di massa di aria riscaldata, kg/h, pari a Lp [qui l— quantità volumetrica di aria riscaldata, m 3 / h; p - densità dell'aria (a temperatura tK), kg/m3]; Con— capacità termica specifica dell'aria pari a 1 kJ/(kg-K); tk è la temperatura dell'aria a valle del riscaldatore, °C; t n— temperatura dell'aria prima del riscaldatore, °C.

Per i generatori d'aria del primo stadio di riscaldamento, la temperatura tn è uguale alla temperatura dell'aria esterna.

Si presuppone che la temperatura dell'aria esterna sia uguale alla temperatura di ventilazione calcolata (parametri climatici della categoria A) quando si progetta una ventilazione generale progettata per combattere l'eccesso di umidità, calore e gas, la cui concentrazione massima consentita è superiore a 100 mg/m3. Quando si progetta la ventilazione generale destinata a combattere i gas la cui concentrazione massima consentita è inferiore a 100 mg/m3, nonché quando si progetta la ventilazione di mandata per compensare l'aria rimossa attraverso l'aspirazione locale, le cappe di processo o i sistemi di trasporto pneumatico, si presuppone che la temperatura dell'aria esterna sia pari a essere uguale alla temperatura esterna tn calcolata per la progettazione del riscaldamento (parametri climatici della categoria B).

L'aria di alimentazione deve essere fornita in una stanza senza calore in eccesso a una certa temperatura uguale temperatura tB di aria interna per una determinata stanza. Se c'è calore in eccesso, l'aria di mandata viene fornita a una temperatura ridotta (di 5-8° C). Si sconsiglia di immettere aria di mandata con una temperatura inferiore a 10°C nella stanza anche in presenza di un significativo sviluppo di calore a causa della possibilità di raffreddori. L'eccezione è l'uso di anemostati speciali.

La superficie di riscaldamento richiesta dei riscaldatori d'aria Fк m2 è determinata dalla formula:

Dove Q— consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, W (kcal/h); A— coefficiente di scambio termico del riscaldatore, W/(m 2 -K) [kcal/(h-m 2 -°C)]; t media T. — temperatura media liquido di raffreddamento, 0 C; t av. - temperatura media dell'aria riscaldata che passa attraverso il riscaldatore, °C, pari a (t n + t k)/2.

Se il liquido refrigerante è vapore, la temperatura media del liquido refrigerante tav.T. uguale alla temperatura di saturazione alla corrispondente tensione di vapore.

Per temperatura acqua tav.T. è definita come la media aritmetica delle temperature dell'acqua calda e di ritorno:

Un fattore di sicurezza di 1,1-1,2 tiene conto della perdita di calore per il raffreddamento dell'aria nei condotti dell'aria.

Il coefficiente di trasferimento del calore K dei riscaldatori ad aria dipende dal tipo di liquido di raffreddamento, dalla velocità di massa dell'aria vp attraverso il riscaldatore d'aria, dalle dimensioni geometriche e caratteristiche del progetto riscaldatori, la velocità del movimento dell'acqua attraverso i tubi del riscaldatore.

Per velocità di massa intendiamo la massa d'aria, kg, che passa in 1 s attraverso 1 m2 della sezione trasversale aperta del riscaldatore. La velocità di massa vp, kg/(cm2), è determinata dalla formula

Il modello, la marca e il numero degli aerotermi vengono selezionati in base alla sezione aperta fL e alla superficie riscaldante FK. Dopo aver selezionato i riscaldatori, la velocità di massa del movimento dell'aria viene specificata in base all'effettiva area della sezione trasversale aperta del riscaldatore fD di un dato modello:

dove A, A 1, n, n 1 e T— coefficienti ed esponenti dipendenti dal modello del riscaldatore

La velocità del movimento dell'acqua nei tubi del riscaldatore ω, m/s, è determinata dalla formula:

dove Q" è il consumo di calore per il riscaldamento dell'aria, kJ/h (kcal/h); pv è la densità dell'acqua pari a 1000 kg/m3, sv è la capacità termica specifica dell'acqua pari a 4,19 kJ/(kg- K); ftP — area della sezione trasversale aperta per il passaggio del refrigerante, m2, tg - temperatura acqua calda nella linea di alimentazione, °C; t 0 — temperatura dell'acqua di ritorno, 0C.

Il trasferimento di calore dei riscaldatori ad aria è influenzato dallo schema delle tubazioni. Con uno schema di collegamento della tubazione parallela, solo una parte del liquido di raffreddamento passa attraverso un riscaldatore separato, mentre con uno schema sequenziale l'intero flusso del liquido di raffreddamento passa attraverso ciascun riscaldatore.

La resistenza dei riscaldatori al passaggio dell'aria p, Pa, è espressa dalla seguente formula:

dove B e z sono il coefficiente e l'esponente, che dipendono dal design del riscaldatore.

La resistenza dei riscaldatori successivi è:

dove m è il numero di riscaldatori disposti in serie. Il calcolo termina con la verifica delle prestazioni termiche (trasferimento di calore) dei riscaldatori d'aria utilizzando la formula

dove QK è il trasferimento di calore dei riscaldatori, W (kcal/h); QK - lo stesso, kJ/h, 3,6 - fattore di conversione da W a kJ/h FK - superficie riscaldante dei riscaldatori, m2, adottata come risultato del calcolo dei riscaldatori di questo tipo; K - coefficiente di scambio termico degli aerotermi, W/(m2-K) [kcal/(h-m2-°C)]; tav.v - temperatura media dell'aria riscaldata che passa attraverso il riscaldatore, °C; tav. T - temperatura media del liquido di raffreddamento, °C.

Quando si scelgono i riscaldatori d'aria, il margine per la superficie di riscaldamento calcolata è compreso tra 15 e 20%, per la resistenza al passaggio dell'aria - 10% e per la resistenza al movimento dell'acqua - 20%.