Aire calentado. §33. Calentamiento del aire y temperatura El calentamiento del aire depende
En varios casos, es posible reducir significativamente los costos de capital y operación al proporcionar calefacción autónoma de las instalaciones con aire caliente mediante el uso de generadores de calor que funcionan con gas o combustible líquido. En tales unidades, no es el agua la que se calienta, sino el suministro de aire fresco, recirculación o mezcla. Este método es especialmente efectivo para proporcionar calefacción autónoma de locales industriales, salas de exposiciones, talleres, garajes, estaciones de servicio, lavados de autos, estudios de cine, almacenes, edificios públicos, gimnasios, supermercados, invernaderos, invernaderos, complejos ganaderos, granjas avícolas, etc.
Beneficios de la calefacción de aire
Las ventajas del método de calentamiento del aire sobre el agua tradicional en grandes instalaciones son muchas, enumeramos solo las principales:
- Rentabilidad. El calor se genera directamente en la habitación climatizada y se consume casi por completo para el fin previsto. Gracias a la combustión directa de combustible sin refrigerante intermedio, se logra una alta eficiencia térmica de todo el sistema de calefacción: 90-94% para calentadores regenerativos y casi 100% para sistemas de calefacción directa. El uso de termostatos programables ofrece la posibilidad de ahorros adicionales de 5 a 25% de energía térmica debido a la función de "modo de espera" - mantenimiento automático de la temperatura en la habitación después de las horas a un nivel de + 5-7 ° С.
- La capacidad de "encender" la ventilación de suministro. Para nadie es un secreto que hoy, en la mayoría de las empresas, la ventilación forzada no funciona correctamente, lo que empeora significativamente las condiciones laborales de las personas y afecta la productividad laboral. Los generadores de calor o los sistemas de calefacción directa calientan el aire en ∆t a 90 ° С: esto es suficiente para "hacer" la ventilación de suministro incluso en el extremo norte. Por lo tanto, el calentamiento del aire implica no solo la eficiencia económica, sino también la mejora de las condiciones ambientales y de trabajo.
- Baja inercia. Las unidades de sistemas de calefacción de aire en cuestión de minutos entran en funcionamiento, y debido a la alta rotación de aire, la habitación se calienta completamente en solo unas pocas horas. Esto permite maniobrar de manera rápida y flexible al cambiar los requisitos de calor.
- La ausencia de un refrigerante intermedio le permite abandonar la construcción y el mantenimiento de un sistema de calentamiento de agua, una sala de calderas, calefacción principal y una estación de tratamiento de agua que no es efectiva para habitaciones grandes. Se excluyen las pérdidas en la red de calefacción y su reparación, lo que puede reducir drásticamente los costos operativos. En invierno, no hay riesgo de descongelar calentadores y sistemas de calefacción en caso de un apagado prolongado del sistema. El enfriamiento incluso a un "menos" profundo no conduce a la descongelación del sistema.
- Un alto grado de automatización le permite producir exactamente la cantidad de calor que se necesita. En combinación con la alta confiabilidad de los equipos de gas, esto aumenta significativamente la seguridad del sistema de calefacción, y para su funcionamiento es suficiente un mínimo de personal de mantenimiento.
- Bajo costo. El método de calentar habitaciones grandes usando generadores de calor es uno de los más baratos y de rápida implementación. Gastos de capital para construcción o reconstrucción. sistema de aire, como regla, significativamente más bajo que el costo de organizar el agua o la calefacción radiante. El período de recuperación de los costos de capital generalmente no excede una o dos temporadas de calefacción.
Dependiendo de las tareas a resolver, se pueden usar varios tipos de calentadores en los sistemas de calefacción de aire. En este artículo, solo consideraremos unidades que funcionan sin el uso de un refrigerante intermedio: calentadores de aire de recuperación (con un intercambiador de calor y productos de escape hacia el exterior) y sistemas de calentamiento de aire directo (calentadores de aire de mezcla de gas).
Calentadores de aire recuperativos
En unidades de este tipo, el quemador suministra combustible mezclado con la cantidad de aire requerida a la cámara de combustión. Los productos de combustión resultantes pasan a través de un intercambiador de calor de dos o tres vías. El calor recibido durante la combustión del combustible se transfiere al aire calentado a través de las paredes del intercambiador de calor, y los gases de combustión se eliminan al exterior a través de la chimenea (Fig. 1), por eso se les llama generadores de calor de "calentamiento indirecto".
Los calentadores de aire recuperativos se pueden usar no solo directamente para calefacción, sino también como parte del sistema de ventilación de suministro, así como para calefacción tecnológica de aire. La potencia térmica nominal de dichos sistemas es de 3 kW a 2 MW. El suministro de aire calentado a la habitación se lleva a cabo a través del ventilador incorporado o externo, lo que permite utilizar unidades para el calentamiento directo del aire con la emisión a través de las rejillas y con conductos de aire.
Al lavar la cámara de combustión y el intercambiador de calor, el aire se calienta y se envía directamente a la habitación calentada a través de las rejillas en la parte superior de las rejillas de distribución de aire, o se distribuye a través de un sistema de conductos. Un quemador de bloque automático está ubicado en la parte frontal del generador de calor (Fig. 2).
Los intercambiadores de calor de los calentadores de aire modernos, por regla general, están hechos de acero inoxidable (el horno está hecho de acero resistente al calor) y duran de 5 a 25 años, después de lo cual pueden repararse o reemplazarse. La eficiencia de los modelos modernos alcanza el 90-96%. La principal ventaja de los calentadores de aire recuperativos es su versatilidad.
Pueden funcionar con gas natural o licuado, combustible diésel, aceite, aceite combustible o aceite usado, simplemente cambie el quemador. Existe la posibilidad de trabajar con aire fresco, mezclado con el modo de recirculación interna y total. Tal sistema permite algunas libertades, por ejemplo, para cambiar la velocidad de flujo de aire calentado, "sobre la marcha" para redistribuir los flujos de aire calentado en diferentes ramas de los conductos de aire utilizando válvulas especiales.
En verano, los calentadores de aire recuperativos pueden funcionar en modo de ventilación. Las unidades se montan tanto en posición vertical como horizontal, en el piso, en la pared, o se incorporan a la cámara de ventilación seccional como una sección del calentador.
Los calentadores de aire recuperativos incluso se pueden usar para calentar habitaciones de una categoría de alto confort, si la unidad misma se mueve fuera del área de servicio inmediata.
Las principales desventajas:
- Un intercambiador de calor grande y complejo aumenta el costo y el peso del sistema en comparación con los calentadores de aire de tipo mezclado;
- Necesitan una chimenea y desagüe de condensados.
Sistemas de calentamiento de aire directo.
Las tecnologías modernas han permitido alcanzar una pureza tal en la quema de gas natural que ha sido posible no desviar los productos de combustión "hacia la tubería", sino utilizarlos para el calentamiento directo del aire en los sistemas de ventilación de suministro. El gas que ingresa a la combustión se quema por completo en la corriente de aire caliente y, al mezclarse con él, le da todo el calor.
Este principio se implementa en varios diseños de quemadores de rampa similares en los EE. UU., Inglaterra, Francia y Rusia y se ha utilizado con éxito desde los años 60 del siglo XX en muchas empresas en Rusia y en el extranjero. Basado en el principio de la combustión ultra pura de gas natural directamente en la corriente de aire caliente, los calentadores de aire de mezcla de gas STV (STARVEINE - "viento estelar") se producen con una potencia calorífica nominal de 150 kW a 21 MW.
La tecnología de la organización de la combustión, así como un alto grado de dilución de los productos de combustión, permiten obtener aire caliente limpio en las instalaciones de acuerdo con todas las normas aplicables, prácticamente sin impurezas nocivas (no más del 30% del límite máximo de concentración). Los calentadores de aire STV (Fig. 3) consisten en una unidad de quemador modular ubicada dentro de la carcasa (sección del conducto), una línea de gas DUNGS (Alemania) y un sistema de automatización.
La caja generalmente está equipada con una puerta hermética para facilitar el mantenimiento. La unidad del quemador, dependiendo de la salida de calor requerida, está compuesta por el número requerido de secciones del quemador de diferentes configuraciones. La automatización de los calentadores proporciona un arranque automático suave de acuerdo con el diagrama de secuencia, el control de los parámetros de operación segura y la posibilidad de una regulación suave de la potencia térmica (1: 4), que le permite mantener automáticamente la temperatura del aire requerida en una habitación con calefacción.
El uso de calentadores de aire de mezcla de gas
Su objetivo principal es el calentamiento directo del suministro de aire fresco suministrado a las instalaciones de producción para compensar la ventilación por extracción y, por lo tanto, mejorar las condiciones de trabajo de las personas.
Para habitaciones con una alta tasa de ventilación, tiene sentido combinar el sistema de ventilación de suministro y el sistema de calefacción; en este sentido, los sistemas de calefacción directa no tienen competidores en términos de relación precio / calidad. Los calentadores de aire de mezcla de gas están diseñados para:
- calentamiento de aire autónomo de locales para diversos fines con gran intercambio de aire (K , 5);
- calentamiento de aire en las cortinas termales de aire del tipo de cierre, es posible combinarlo con sistemas de calefacción y ventilación forzada;
- sistemas de precalentamiento para motores de motores en estacionamientos sin calefacción;
- calentamiento y descongelamiento de automóviles, tanques, automóviles, materiales a granel, calentamiento y secado de productos antes de pintar u otros tipos de procesamiento;
- calentamiento directo del aire atmosférico o un agente de secado en diversas plantas de calentamiento y secado de procesos, por ejemplo, secado de grano, hierba, papel, textil, madera; Aplicaciones en pintura y secado de cámaras después de pintar, etc.
Alojamiento
Los calentadores de mezcla se pueden construir en los conductos de aire de los sistemas de ventilación de suministro y las cortinas térmicas, y en los conductos de las plantas de secado, tanto en secciones horizontales como verticales. Se pueden montar en el piso o plataforma, debajo del techo o en la pared. Por lo general, se colocan en las cámaras de suministro y ventilación, pero también se pueden instalar directamente en una habitación con calefacción (de acuerdo con la categoría).
A equipamiento adicional los elementos apropiados pueden servir a las habitaciones de las categorías A y B. No es deseable la recirculación del aire interno a través de la mezcla de calentadores de aire: es posible una disminución significativa en el nivel de oxígeno en la habitación.
Fortalezas sistemas de calentamiento directo
La simplicidad y la fiabilidad, el bajo costo y el costo, la capacidad de calentar a altas temperaturas, un alto grado de automatización, una regulación suave, no necesitan un dispositivo de chimenea. El calentamiento directo es la forma más económica: la eficiencia del sistema es del 99,96%. El nivel de costos de capital específicos para un sistema de calefacción basado en una unidad de calefacción directa combinada con ventilación de aire fresco es el más bajo al más alto grado de automatización.
Todos los tipos de calentadores de aire están equipados con un sistema de automatización de control y seguridad que proporciona un arranque suave, mantenimiento del modo de calefacción y apagado en caso de situaciones de emergencia. Para ahorrar energía, es posible equipar los calentadores de aire con control automático teniendo en cuenta el control de temperatura externo e interno, las funciones de los modos de programación de calefacción diaria y semanal.
También es posible incluir los parámetros de un sistema de calefacción, que consta de muchas unidades de calefacción, en un sistema centralizado de control y despacho. En este caso, el operador del despachador tendrá información operativa sobre la operación y el estado de las unidades de calefacción, que se muestra claramente en el monitor de la computadora, y controlará el modo de su operación directamente desde la sala de control remoto.
Generadores de calor móviles y pistolas de calor.
Diseñado para uso temporal: en sitios de construcción, para calefacción durante períodos fuera de temporada, calefacción de proceso. Los generadores de calor móviles y las pistolas de calor operan con propano (gas envasado licuado), combustible diesel o queroseno. Pueden ser de calentamiento directo o con la eliminación de productos de combustión.
Tipos de sistemas de calefacción de aire autónomos.
Para el suministro de calor autónomo de varias habitaciones, se utilizan varios tipos de sistemas de calefacción de aire, con distribución de calor centralizada y descentralizada; sistemas de flujo completo aire fresco, o con recirculación total / parcial del aire interno.
En los sistemas de calefacción de aire descentralizados, la calefacción y la circulación de aire en la habitación se llevan a cabo mediante generadores de calor autónomos ubicados en varias áreas o áreas de trabajo, en el piso, la pared y debajo del techo. El aire de los calentadores se suministra directamente al área de trabajo de la habitación. A veces, para una mejor distribución de los flujos de calor, los generadores de calor están equipados con pequeños sistemas de conductos (locales).
Las unidades en este diseño se caracterizan por la potencia mínima del motor del ventilador, por lo que los sistemas descentralizados son más económicos en términos de consumo de energía. También es posible usar cortinas de calor de aire como parte de un sistema de calefacción de aire o ventilación de aire fresco.
La posibilidad de una regulación local y el uso de generadores de calor según sea necesario, por zona, en diferentes momentos, permite reducir significativamente los costos de combustible. Sin embargo, el costo de capital de implementar este método es ligeramente mayor. En sistemas con distribución centralizada de calor, se utilizan unidades de calentamiento de aire; El aire caliente que producen ingresa a las áreas de trabajo a través del sistema de conductos.
Las instalaciones, por regla general, están integradas en las cámaras de ventilación existentes, pero es posible colocarlas directamente en una habitación con calefacción, en el piso o en el sitio.
Aplicación y colocación, selección de equipos.
Cada uno de los tipos de unidades de calefacción enumeradas anteriormente tiene sus ventajas innegables. Y no hay una receta preparada, en cuyo caso cuál es más conveniente, depende de muchos factores: la cantidad de intercambio de aire en relación con la cantidad de pérdida de calor, la categoría de la habitación, la disponibilidad de espacio libre para el equipo y las capacidades financieras. Intentaremos formar la mayor parte principios generales Selección adecuada de equipos.
1. Sistemas de calefacción para habitaciones con pequeño intercambio de aire (Intercambio de aire ≤, 5-1)
La potencia térmica total de los generadores de calor en este caso se considera casi igual a la cantidad de calor necesaria para compensar la pérdida de calor de la habitación, la ventilación es relativamente pequeña, por lo tanto, es aconsejable utilizar un sistema de calefacción basado en generadores de calor indirectos con recirculación total o parcial del aire interior de la habitación.
La ventilación en tales habitaciones puede ser natural o con una mezcla de aire de calle para la recirculación. En el segundo caso, la potencia de los calentadores aumenta en una cantidad suficiente para calentar el aire de suministro fresco. Tal sistema de calefacción puede ser local, con generadores de calor de piso o pared.
Si es imposible colocar la instalación en una habitación con calefacción o al organizar el mantenimiento de varias habitaciones, puede usar un sistema de tipo centralizado: coloque los generadores de calor en la cámara de ventilación (anidando, en el entrepiso, en la habitación adyacente) y distribuya el calor a través de los conductos de aire.
Durante las horas de trabajo, los generadores de calor pueden funcionar en modo de recirculación parcial, calentando simultáneamente el suministro de aire mezclado, durante las horas de apagado, algunos de ellos pueden apagarse y el resto puede cambiarse a un modo de espera económico + 2-5 ° С con recirculación completa.
2. Sistemas de calefacción para habitaciones con un alto índice de intercambio de aire, que constantemente necesitan suministrar grandes volúmenes de aire fresco (Intercambio de aire )
En este caso, la cantidad de calor requerida para calentar el suministro de aire ya puede ser varias veces mayor que la cantidad de calor requerida para compensar la pérdida de calor. Aquí, la combinación más adecuada y económica del sistema de calefacción de aire con el sistema de ventilación de suministro. El sistema de calefacción puede construirse sobre la base de instalaciones de calentamiento de aire directo, o sobre la base del uso de generadores de calor regenerativos en una versión con un alto grado de calentamiento.
La producción de calor total de los calentadores debe ser igual a la suma de la demanda de calor para calentar el suministro de aire y el calor necesario para compensar la pérdida de calor. En los sistemas de calefacción directa, el 100% del aire de la calle se calienta, proporcionando la cantidad necesaria de aire de suministro.
Durante las horas de trabajo, calientan el aire desde la temperatura de la calle hasta una temperatura de diseño de + 16-40 ° C (teniendo en cuenta el sobrecalentamiento para compensar la pérdida de calor). Para ahorrar durante las horas no laborables, es posible apagar parte de los calentadores para reducir el suministro de aire de suministro y transferir los restantes al modo de espera para mantener + 2-5 ° С.
Los generadores de calor recuperativo en modo de espera proporcionan ahorros adicionales al cambiarlos al modo de recirculación completa. Los costos de capital más bajos cuando se organizan sistemas de calefacción centralizados, cuando se usan calentadores tan grandes como sea posible. Los costos de capital para los calentadores de aire de mezcla de gas STV pueden variar de 300 a 600 rublos / kW de salida de calor instalada.
3. Sistemas combinados de calentamiento de aire.
La mejor opción para habitaciones con intercambio de aire significativo durante las horas de trabajo con un modo de operación de turno único o ciclo de trabajo intermitente, cuando la diferencia en la necesidad de suministro de aire fresco y calor durante el día es significativa.
En este caso, es aconsejable el funcionamiento separado de dos sistemas: calefacción in situ y ventilación de aire fresco combinados con un sistema de calefacción (poscalentamiento). En este caso, los generadores de calor de recuperación se instalan en la sala climatizada o en las cámaras de ventilación para mantener solo el modo de espera con recirculación completa (a la temperatura exterior calculada).
El sistema de ventilación de suministro, combinado con el sistema de calefacción, asegura el calentamiento del volumen requerido de aire de suministro fresco a + 16-30 ° C y la habitación se calienta a la temperatura de funcionamiento requerida y, para ahorrar, se enciende solo durante las horas de trabajo.
Se construye sobre la base de generadores de calor recuperativos (con un mayor grado de calentamiento) o sobre la base de potentes sistemas de calentamiento directo (que es 2-4 veces más barato). Es posible combinar un sistema de suministro de precalentamiento con un sistema de calentamiento de agua existente (puede permanecer en servicio), la opción también es aplicable para la modernización paso a paso de un sistema de calefacción y ventilación existente.
Con este método, los costos operativos serán los más pequeños. Por lo tanto, utilizando varios tipos de calentadores de aire en varias combinaciones, es posible resolver ambos problemas al mismo tiempo, tanto de calefacción como de ventilación.
Hay muchos ejemplos del uso de sistemas de calefacción de aire y las posibilidades de combinarlos son extremadamente diversas. En cada caso, es necesario realizar cálculos térmicos, tener en cuenta todas las condiciones de uso y realizar varias opciones para seleccionar el equipo, comparándolos según la conveniencia, la cantidad de costos de capital y los costos operativos.
¿Cuándo el sol se calienta más fuerte, cuando está parado sobre tu cabeza o cuando está abajo?
El sol se calienta más cuando es más alto. Los rayos del sol en este caso caen en ángulo recto o cerca de un ángulo recto.
¿Qué tipos de rotación de la Tierra conoces?
La tierra gira alrededor de su eje y alrededor del sol.
¿Por qué hay un cambio de día y de noche en la Tierra?
El cambio de día y de noche es el resultado de la rotación axial de la Tierra.
Determine cómo el ángulo de incidencia de la luz solar difiere el 22 de junio y el 22 de diciembre en paralelos de 23.5 ° C. w. y y. W .; en paralelo 66.5 ° c. w. y y. w.
22 de junio, el ángulo de incidencia de la luz solar en el paralelo 23.50 latitud norte 900 S - 430. En el paralelo, 66.50 N - 470, 66.50 S - ángulo de deslizamiento.
El 22 de diciembre, el ángulo de incidencia de la luz solar en el paralelo es de 23.50 N 430 S - 900. En el paralelo, 66.50 N - ángulo de deslizamiento, 66.50 s - 470.
Piense por qué los meses más cálidos y fríos no son junio y diciembre, cuando los rayos del sol tienen los ángulos de incidencia más grandes y más pequeños en superficie terrestre.
El aire atmosférico se calienta desde la superficie de la tierra. Por lo tanto, en junio, la superficie de la tierra se calienta y la temperatura alcanza un máximo en julio. También ocurre en el invierno. En diciembre, la superficie de la tierra se enfría. En enero, el aire se enfría.
Definir:
la temperatura diaria promedio en términos de cuatro mediciones por día: -8 ° C, -4 ° C, + 3 ° C, + 1 ° C.
La temperatura diaria promedio es de -20C.
promedio temperatura anual Moscú, utilizando la tabla de datos.
La temperatura media anual es de 50C.
Determine la amplitud de temperatura diaria para los termómetros en la Figura 110, c.
La amplitud de temperatura en la figura es 180C.
Determine cuántos grados la amplitud anual en Krasnoyarsk es mayor que en San Petersburgo si la temperatura promedio de julio en Krasnoyarsk es + 19 ° C, y en enero -17 ° C; en San Petersburgo + 18 ° С y -8 ° С, respectivamente.
Amplitud de temperaturas en Krasnoyarsk 360С.
La amplitud de temperatura en San Petersburgo es 260C.
La amplitud de temperatura en Krasnoyarsk es más de 100C.
Preguntas y Tareas
1. ¿Cómo se calienta el aire en la atmósfera?
Al pasar los rayos del sol, la atmósfera de ellos casi no se calienta. La superficie de la tierra se calienta y se convierte en una fuente de calor. Es de allí que se calienta el aire atmosférico.
2. ¿Cuántos grados disminuye la temperatura en la troposfera cuando aumenta por cada 100 m?
Con el aumento pa cada kilómetro, la temperatura del aire disminuye en 6 0C. Eso significa 0,60 por cada 100 m.
3. Calcule la temperatura del aire detrás de la pista del avión si la altitud de vuelo es de 7 km y la temperatura en la superficie de la Tierra es + 200С.
La temperatura al subir 7 km bajará 420. Esto significa que la temperatura al agua será -220.
4. ¿Es posible encontrar un glaciar en las montañas a una altitud de 2500 m en verano, si al pie de las montañas la temperatura es de + 250C.
La temperatura a una altitud de 2500 m será + 100С. El glaciar no se encontrará a una altitud de 2500 m.
5. ¿Cómo y por qué cambia la temperatura del aire durante el día?
Durante el día, los rayos del sol iluminan la superficie de la tierra y la calientan, y el aire se calienta. Por la noche, la energía solar cesa y la superficie se enfría gradualmente con el aire. El sol está más alto sobre el horizonte al mediodía. En este momento, entra la mayor parte de la energía solar. Sin embargo, la temperatura más alta se observa 2-3 horas después del mediodía, ya que lleva tiempo transferir el calor de la superficie de la Tierra a la troposfera. La temperatura más baja ocurre antes del amanecer.
6. ¿Qué determina la diferencia en el calentamiento de la superficie de la Tierra durante el año?
Durante el año, en el mismo territorio, los rayos del sol caen sobre la superficie de diferentes maneras. Cuando el ángulo de incidencia de los rayos es más pronunciado, la superficie recibe más energía solar, la temperatura del aire aumenta y llega el verano. Cuando los rayos del sol se inclinan más, la superficie se calienta débilmente. La temperatura del aire en este momento disminuye y llega el invierno. El mes más cálido en el hemisferio norte es julio, y el más frío es enero. En el hemisferio sur, por el contrario: el mes más frío del año es julio y el más cálido es enero.
- dispositivos utilizados para calentar el aire en sistemas de ventilación de suministro, sistemas de aire acondicionado, calefacción de aire, así como en plantas de secado.
Por tipo de portador de calor, los calentadores pueden ser de fuego, agua, vapor y electricidad. .
La mayor distribución en la actualidad son los calentadores de agua y vapor, que se dividen en tubos lisos y acanalados; estos últimos, a su vez, se dividen en laminados y en espiral.
Hay calentadores unidireccionales y multidireccionales. En una sola pasada, el refrigerante se mueve a lo largo de los tubos en una dirección, y en varias pasadas, cambia la dirección del movimiento varias veces debido a la presencia de particiones en las cubiertas del colector (Fig. XII.1).
Los calentadores realizan dos modelos: mediano (C) y grande (B).
El consumo de calor para calentar el aire está determinado por las fórmulas:
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dónde Q "- consumo de calor para calentar aire, kJ / h (kcal / h); Q- lo mismo, W; 0.278 - factor de conversión kJ / ha W; sol- cantidad en masa de aire calentado, kg / h, igual a Lp [aquí L- cantidad volumétrica de aire calentado, m 3 / h; p - densidad del aire (a temperatura t K)kg / m 3]; con- calor específico del aire igual a 1 kJ / (kg-K); t a - temperatura del aire después del calentador, ° C; t n- temperatura del aire al calentador, ° C.
Para los calentadores de la primera etapa de calentamiento, la temperatura tн es igual a la temperatura del aire exterior.
Se supone que la temperatura exterior es igual a la temperatura de ventilación calculada (parámetros climáticos de categoría A) cuando se diseña ventilación de intercambio general, diseñada para combatir el exceso de humedad, calor y gases con una concentración máxima permitida de más de 100 mg / m3. Cuando se diseña ventilación general diseñada para tratar gases con una concentración máxima permitida de menos de 100 mg / m3, y se diseña ventilación de aire fresco para compensar el aire extraído a través de succión local, campanas de proceso o sistemas de transporte neumático, se supone que la temperatura exterior es igual a la calculada en exteriores. temperatura tn para el diseño de calefacción (parámetros climáticos de categoría B).
Suministrar aire con una temperatura de temperatura igual Tv de aire interior para una habitación determinada. En presencia de exceso de calor, el suministro de aire se suministra a una temperatura reducida (en 5-8 ° C). No se recomienda suministrar aire a una temperatura inferior a 10 ° C en la habitación, incluso si hay un calor significativo debido a la posibilidad de resfriados. La excepción es el uso de anemostatos especiales.
El área de superficie de calentamiento requerida de los calentadores Fк m2, está determinada por la fórmula:
dónde Q- consumo de calor para calentar aire, W (kcal / h); A- coeficiente de transferencia de calor del calentador, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° С)]; t cf. - la temperatura media del refrigerante, 0 C; t avg - la temperatura media del aire calentado que pasa a través del calentador, ° C, igual (t n + t k) / 2.
Si el vapor sirve como portador de calor, entonces la temperatura promedio del portador de calor es tav.T. igual a la temperatura de saturación a la presión de vapor correspondiente.
Para la temperatura del agua tav.T. definido como la media aritmética de la temperatura del agua caliente y de retorno:
El factor de seguridad de 1.1-1.2 tiene en cuenta la pérdida de calor debido al enfriamiento del aire en los conductos.
El coeficiente de transferencia de calor de los calentadores K depende del tipo de refrigerante, la velocidad del aire en masa vp a través del calentador de aire, las dimensiones geométricas y caracteristicas de diseño calentadores, la velocidad de movimiento del agua a través de los tubos del calentador.
Por velocidad de masa se entiende la masa de aire, kg, que pasa de 1 s a 1 m2 de la sección habitable del calentador de aire. Velocidad de masa vp, kg / (cm2), determinada por la fórmula
Según el área de sección transversal viva fЖ y la superficie de calentamiento FК, \u200b\u200bse seleccionan el modelo, la marca y el número de calentadores. Después de elegir los calentadores, la velocidad del aire en masa se especifica de acuerdo con el área de vida real del calentador de aire fД de este modelo:
donde A, A 1, n, n 1 y t- coeficientes y exponentes, dependiendo del diseño del calentador
La velocidad del agua en los tubos del calentador de aire ω, m / s, está determinada por la fórmula:
donde Q "es el consumo de calor para calentar el aire, kJ / h (kcal / h); pv es la densidad del agua igual a 1000 kg / m3, sv es el calor específico del agua igual a 4.19 kJ / (kg-K); fTP es área transversal viva para el paso de refrigerante, m2, tg - temperatura del agua caliente en la línea de suministro, ° С; t 0 - temperatura del agua de retorno, 0С.
La transferencia de calor de los calentadores se ve afectada por el esquema de tuberías. En un esquema paralelo para conectar tuberías, solo una parte del portador de calor pasa a través de un calentador de aire separado, y en un esquema secuencial, todo el flujo del portador de calor pasa a través de cada calentador de aire.
La resistencia de los calentadores de aire al paso de aire p, Pa, se expresa mediante la siguiente fórmula:
donde B y z son el coeficiente y el exponente, que dependen del diseño del calentador.
La resistencia de los calentadores secuenciales es igual a:
donde t es el número de calentadores consecutivos. El cálculo termina verificando la salida de calor (transferencia de calor) de los calentadores de acuerdo con la fórmula
donde QK es la transferencia de calor de los calentadores, W (kcal / h); QK - lo mismo, kJ / h, 3.6 - factor de conversión W a kJ / h FK - área de superficie de calentamiento de los calentadores, m2, adoptada como resultado del cálculo de calentadores de este tipo; K - coeficiente de transferencia de calor de los calentadores, W / (m2-K) [kcal / (h-m2- ° С)]; tav.v - temperatura promedio del aire calentado que pasa a través del calentador de aire, ° С; tav T es la temperatura promedio del refrigerante, ° C.
Al seleccionar calentadores, el margen para el área de superficie de calentamiento calculada se toma en el rango de 15-20%, para la resistencia del paso de aire - 10% y para la resistencia al movimiento del agua - 20%.
Cálculo preliminar de la superficie de calentamiento de la boquilla.
Q in \u003d V in * (i in // - i in /) * τ \u003d 232231.443 * (2160-111.3) * 0.7 \u003d 333.04 * 10 6 kJ / ciclo.
La diferencia de temperatura logarítmica promedio por ciclo.
La velocidad de los productos de combustión (humo) \u003d 2.1 m / s. Entonces la velocidad del aire en condiciones normales:
6.538 m / s
Promedio durante un período de temperaturas de aire y humo.
935 sobre Con
680 ° C
La temperatura promedio de la parte superior de la boquilla en los períodos de humo y aire.
Temperatura media del ciclo
La temperatura promedio del fondo de la boquilla en los períodos de humo y aire:
La temperatura de fondo de la boquilla promedio por ciclo
Determinamos el valor de los coeficientes de transferencia de calor para la parte superior e inferior de la boquilla. Para boquillas del tipo aceptado con un valor de 2240
La velocidad real del humo está determinada por la fórmula W d \u003d W a * (1 + βt d). La fórmula determina la velocidad real del aire a la temperatura t in y la presión del aire p in \u003d 0,355 Mn / m 2 (absoluta)
Donde 0,1013-Mn / m 2 - presión en condiciones normales.
El valor de la viscosidad cinemática ν y el coeficiente de conductividad térmica λ para productos de combustión se selecciona de las tablas. Al mismo tiempo, tenemos en cuenta que el valor de λ depende muy poco de la presión, y a una presión de 0.355 Mn / m 2 puede usar los valores de λ a una presión de 0.1013 Mn / m 2. La viscosidad cinemática de los gases es inversamente proporcional a la presión, el valor de ν a una presión de 0.1013 Mn / m 2 se divide por la relación.
Longitud efectiva del haz para boquilla de bloque
\u003d 0.0284 m
Para esta boquilla m 2 / m 3; ν \u003d 0,7 m 3 / m 3; m 2 / m 2.
Los cálculos se resumen en la tabla 3.1.
Tabla 3.1 - Determinación de los coeficientes de transferencia de calor para la parte superior e inferior de la boquilla.
| Nombre, valor y unidades de medida. | Fórmula de cálculo | Pago anticipado | Cálculo refinado | ||||
| parte superior | fondo | parte superior | Fondo | ||||
| fumar | aire | fumar | aire | aire | aire | ||
| Promedio del período de temperatura del aire y humo 0 С | Según el texto | 1277,5 | 592,5 | 1026,7 | 355,56 | ||
| La conductividad térmica de los productos de combustión y el aire l 10 2 W / (mgrad) | Según el texto | 13,405 | 8,101 | 7,444 | 5,15 | 8,18 | 5,19 |
| Viscosidad cinemática de productos de combustión y aire g 10 6 m 2 / s | solicitud | 236,5 | 52,6 | 92,079 | 18,12 | 53,19 | 18,28 |
| El diámetro determinante del canal d, m | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | 0,031 | |
| Humo real y velocidad del aire W m / s | Según el texto | 11,927 | 8,768 | 6,65 | 4,257 | 8,712 | 4,213 |
| Re | |||||||
| Nu | Según el texto | 12,425 | 32,334 | 16,576 | 42,549 | 31,88 | 41,91 |
| Coeficiente de transferencia de calor por convección a a W / m 2 * deg | 53,73 | 84,5 | 39,804 | 70,69 | 84,15 | 70,226 | |
| 0,027 | - | 0,045 | - | - | - | ||
| 1,005 | - | 1,055 | - | - | - | ||
| Coeficiente de transferencia de calor radiante a p W / m 2 * deg | 13,56 | - | 5,042 | - | - | - | |
| a W / m 2 * deg | 67,29 | 84,5 | 44,846 | 70,69 | 84,15 | 70,226 |
La capacidad térmica y la conductividad térmica de las boquillas de ladrillo se calculan mediante las fórmulas:
S, kJ / (kg * ciudad) l, W / (ciudad)
Dinas 0.875 + 38.5 * 10-5 * t 1.58 + 38.4 * 10-5 t
Arcilla de fuego 0.869 + 41.9 * 10-5 * t 1.04 + 15.1 * 10-5 t
El medio grosor equivalente de un ladrillo está determinado por la fórmula
mm
Tabla 3.2 - Cantidades físicas del material y coeficiente de almacenamiento de calor para la mitad superior e inferior de la boquilla regenerativa
| Nombre de dimensión | Fórmula de cálculo | Pago anticipado | Cálculo refinado | |||
| parte superior | fondo | parte superior | Fondo | |||
| dinas | arcilla refractaria | dinas | arcilla refractaria | |||
| Temperatura media, 0 С | Según el texto | 1143,75 | 471,25 | 1152,1 | 474,03 | |
| Densidad aparente, r kg / m 3 | Según el texto | |||||
| Coeficiente de conductividad térmica l W / (mgrad) | Según el texto | 2,019 | 1,111 | 2,022 | 1,111 | |
| Capacidad de calor C, kJ / (kg * deg) | Según el texto | 1,315 | 1,066 | 1,318 | 1,067 | |
| El coeficiente de difusividad térmica a, m 2 / hora | 0,0027 | 0,0018 | 0,0027 | 0,0018 | ||
| F 0 s | 21,704 | 14,59 | 21,68 | 14,58 | ||
| El coeficiente de acumulación de calor h a |  | 0,942 | 0,916 | 0,942 | 0,916 | |
Como es obvio en la tabla, el valor de h k\u003e, es decir, el ladrillo se usa en términos térmicos en todo su espesor. En consecuencia, a lo anterior compilado tomamos el valor del coeficiente de histéresis térmica para la parte superior de la boquilla x \u003d 2.3, para la parte inferior x \u003d 5.1.
Luego, el coeficiente de transferencia de calor total se calcula mediante la fórmula:
para boquillas superiores
58.025 kJ / (m 2 ciclo * deg)
para el fondo de la boquilla
60.454 kJ / (m 2 ciclo * deg)
En promedio para la boquilla como un todo
59.239 kJ / (m 2 ciclo * deg)
Boquilla de superficie de calentamiento
22093.13 m 2
Volumen de la boquilla
\u003d 579,87 m 3
El área de la sección transversal horizontal de la boquilla en la luz.
\u003d 9.866 m 2
La humanidad conoce pocos tipos de energía: energía mecánica (cinética y potencial), energía interna (térmica), energía de campo (gravitacional, electromagnética y nuclear), química. Por separado, vale la pena asignar la energía de la explosión, ...
La energía del vacío y que todavía existe solo en teoría es la energía oscura. En este artículo, el primero bajo el título "Ingeniería de calor", lo intentaré en un lenguaje simple y accesible, usando ejemplo práctico, habla sobre la forma más importante de energía en la vida de las personas - acerca de energía térmica y sobre dar a luz a tiempo energía térmica.
Unas pocas palabras para entender el lugar de la ingeniería térmica, como una rama de la ciencia de la recepción, transmisión y uso de energía térmica. La ingeniería térmica moderna se ha destacado de la termodinámica general, que a su vez es una de las ramas de la física. La termodinámica es literalmente "cálida" más "potencia". Por lo tanto, la termodinámica es la ciencia del "cambio de temperatura" de un sistema.
La exposición al sistema desde el exterior, en el que cambia su energía interna, puede resultar de la transferencia de calor. Energía térmicaque el sistema adquiere o pierde como resultado de dicha interacción con el entorno se llama cantidad de calor y se mide en el sistema SI en julios.
Si no es un ingeniero de calefacción y no se ocupa de los problemas de ingeniería de calor todos los días, cuando se enfrente a ellos, a veces sin experiencia, puede ser muy difícil resolverlos rápidamente. Es difícil imaginar incluso la dimensión de los valores deseados de la cantidad de calor y energía térmica sin experiencia. ¿Cuántos julios de energía se necesitan para calentar 1000 metros de aire cúbico desde una temperatura de -37 ° C a + 18 ° C? ... ¿Cuál es el poder de una fuente de calor necesaria para hacer esto en 1 hora? ... Hoy, estas no son las preguntas más difíciles, pueden responder "de inmediato" "No todos los ingenieros. ¡A veces los expertos incluso recuerdan las fórmulas, pero solo unas pocas pueden aplicarlas en la práctica!
Después de leer este artículo hasta el final, puede resolver fácilmente la producción real y los problemas domésticos asociados con el calentamiento y enfriamiento de varios materiales. ¡La comprensión de la naturaleza física de los procesos de transferencia de calor y el conocimiento de fórmulas básicas simples son los bloques principales en la base del conocimiento en ingeniería de calor!
La cantidad de calor en varios procesos físicos.
La mayoría de las sustancias conocidas pueden estar en estado sólido, líquido, gaseoso o plasmático a diferentes temperaturas y presiones. Transición de un estado de agregación a otro ocurre a una temperatura constante (siempre que la presión y otros parámetros no cambien el entorno) y se acompaña de absorción o liberación de energía térmica. A pesar del hecho de que en el Universo el 99% de la sustancia está en un estado de plasma, no consideraremos este estado agregado en este artículo.
Considere la gráfica que se muestra en la figura. Representa la dependencia de la temperatura de la sustancia. T por la cantidad de calor Q llevado a un sistema cerrado que contiene una cierta masa de una sustancia particular.
1. Cuerpo sólido que tiene temperatura T1 , calentar a una temperatura Mp gastando en este proceso la cantidad de calor igual a Q1 .
2. A continuación, comienza el proceso de fusión, que ocurre a una temperatura constante. Mp (punto de fusion). Para derretir toda la masa de un cuerpo sólido, es necesario gastar energía térmica en una cantidad Q2 - Q1 .
3. A continuación, el líquido resultante de la fusión de un sólido se calienta hasta el punto de ebullición (formación de gas) Tkp gastar en esta cantidad de calor igual a Q3-Q2 .
4. Ahora en un punto de ebullición constante Tkp el líquido hierve y se evapora, convirtiéndose en gas. Para transferir toda la masa de líquido a gas, es necesario gastar energía térmica en cantidad Q4-Q3.
5. En la última etapa, el gas se calienta por temperatura Tkp a cierta temperatura T2 . En este caso, el costo de la cantidad de calor será Q5-Q4 . (Si calentamos el gas a la temperatura de ionización, el gas se convertirá en plasma).
Por lo tanto, calentar el sólido original a partir de la temperatura T1 a temperatura T2 gastamos calor en la cantidad Q5 traducir una sustancia a través de tres estados de agregación.
Moviéndonos en la dirección opuesta, eliminaremos la misma cantidad de calor de la sustancia Q5habiendo pasado las etapas de condensación, cristalización y enfriamiento por temperatura T2 a temperatura T1 . Por supuesto, consideramos un sistema cerrado sin pérdida de energía para el entorno externo.
Tenga en cuenta que es posible una transición de un estado sólido a un estado gaseoso, sin pasar por la fase líquida. Tal proceso se llama sublimación, y el proceso inverso se llama sublimación.
Entonces, nos dimos cuenta de que los procesos de transición entre los estados agregados de la materia se caracterizan por el consumo de energía a una temperatura constante. Cuando una sustancia en un estado constante de agregación se calienta, la temperatura aumenta y también se consume energía térmica.
Las principales fórmulas de transferencia de calor.
Las fórmulas son muy simples.
Cantidad de calor Q en J se calcula mediante las fórmulas:
1. Desde el lado del consumo de calor, es decir, desde el lado de la carga:
1.1. Al calentar (enfriar):
Q = metro * c * (T2 -T1)
metro – masa de sustancia en kg
de -calor específico de la materia en J / (kg * K)
1.2. Al derretir (congelar):
Q = metro * λ
λ – calor específico de fusión y cristalización de la sustancia en J / kg
1.3. Al hervir, evaporación (condensación):
Q = metro * r
r – calor específico de formación de gas y condensación de una sustancia en J / kg
2. Del lado de la producción de calor, es decir, del lado de la fuente:
2.1. Al quemar combustible:
Q = metro * q
q – calor específico de combustión de combustible en J / kg
2.2. Al convertir la electricidad en energía térmica (ley de Joule-Lenz):
Q \u003d t * I * U \u003d t * R * I ^ 2 \u003d (t / R)* U ^ 2
t – tiempo en s
yo – valor actual en A
U – valor de voltaje efectivo en V
R – resistencia de carga en ohmios
Concluimos que la cantidad de calor es directamente proporcional a la masa de la sustancia durante todas las transformaciones de fase y, cuando se calienta, también es directamente proporcional a la diferencia de temperatura. Coeficientes de proporcionalidad ( c , λ , r , q ) para cada sustancia tienen sus propios valores y se determinan empíricamente (tomados de los manuales).
Energía térmica norte en W es la cantidad de calor transferido al sistema durante un tiempo determinado:
N \u003d Q / t
Cuanto más rápido queramos calentar el cuerpo a una determinada temperatura, mayor será la fuente de energía térmica, todo es lógico.
Cálculo en la tarea de la aplicación Excel.
En la vida, a menudo es necesario hacer un cálculo de evaluación rápido para comprender si tiene sentido continuar estudiando el tema, hacer el proyecto y realizar cálculos detallados precisos y laboriosos. Después de realizar el cálculo en solo unos minutos, incluso con una precisión de ± 30%, puede tomar una decisión administrativa importante que será 100 veces más barata y 1000 veces más eficiente y, como resultado, 100,000 veces más efectiva que realizar un cálculo preciso en una semana, o y meses, por un grupo de especialistas caros ...
Condiciones del problema:
En las instalaciones del taller de preparación de metales, las dimensiones de 24m x 15m x 7m se importan desde el almacén en la calle por un monto de 3 toneladas. Hay hielo con un peso total de 20 kg en el laminado de metal. En la calle -37˚С. Cuánto calor se necesita para calentar el metal a + 18 ° C; calienta el hielo, derrítelo y calienta el agua a + 18 ° C; calentar todo el volumen de aire en la habitación, suponiendo que antes de eso la calefacción estaba completamente apagada? ¿Qué potencia debe tener el sistema de calefacción si todo lo anterior debe completarse en 1 hora? (Condiciones muy duras y casi poco realistas, ¡especialmente con respecto al aire!)
El cálculo se realiza en el programa.MS Excel o en el programaOoo calc.
Para el formato de color de celdas y fuentes, consulte la página "".
Datos iniciales:
1. Los nombres de las sustancias están escritos:
a la celda D3: Acero
a la celda E3: Hielo
a la celda F3: Agua congelada
a la celda G3: Agua
a la celda G3: Aire
2. Se ingresan los nombres de los procesos:
en las celdas D4, E4, G4, G4: calor
a la celda F4: derritiendo
3. Calor específico de sustancias c en J / (kg * K) escribimos para acero, hielo, agua y aire, respectivamente
a la celda D5: 460
a la celda E5: 2110
a la celda G5: 4190
a la celda H5: 1005
4. Calor específico del hielo derretido λ en j / kg entramos
a la celda F6: 330000
5. Masa de sustancias metro en kg entramos respectivamente para acero y hielo
a la celda D7: 3000
a la celda E7: 20
Como la masa no cambia cuando el hielo se convierte en agua, entonces
en las celdas F7 y G7: \u003d E7 =20
La masa de aire se encuentra como el producto del volumen de la habitación por la gravedad específica.
en la celda H7: \u003d 24 * 15 * 7 * 1.23 =3100
6. Tiempo de procesamiento t en min escriba solo una vez para acero
a la celda D8: 60
Los valores de tiempo para calentar el hielo, su fusión y calentamiento del agua resultante se calculan a partir de la condición de que estos tres procesos deben caber en la suma por el mismo tiempo que se asigna al calentamiento del metal. Leer en consecuencia
en la celda E8: \u003d E12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,7
en la celda F8: \u003d F12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =41,0
en la celda G8: \u003d G12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,4
El aire también debe calentarse durante el mismo tiempo asignado, lea
en la celda H8: \u003d D8 =60,0
7. La temperatura inicial de todas las sustancias. T1 en ˚C traemos
a la celda D9: -37
a la celda E9: -37
a la celda F9: 0
a la celda G9: 0
a la celda H9: -37
8. La temperatura final de todas las sustancias. T2 en ˚C traemos
a la celda D10: 18
a la celda E10: 0
a la celda F10: 0
a la celda G10: 18
a la celda H10: 18
Creo que los problemas de las cláusulas 7 y 8 no deberían serlo.
Resultados de los cálculos:
9. Cantidad de calor Q en KJ, se calcula lo requerido para cada uno de los procesos
para calentar acero en la celda D12: \u003d D7 * D5 * (D10-D9) / 1000 =75900
para calentar hielo en la celda E12: \u003d E7 * E5 * (E10-E9) / 1000 = 1561
para derretir hielo en la celda F12: \u003d F7 * F6 / 1000 = 6600
para calentar agua en la celda G12: \u003d G7 * G5 * (G10-G9) / 1000 = 1508
para calentar aire en la celda H12: \u003d H7 * H5 * (H10-H9) / 1000 = 171330
Se lee la cantidad total de energía térmica requerida para todos los procesos
en la celda combinada D13E13F13G13H13: \u003d SUMA (D12: H12) = 256900
En las celdas D14, E14, F14, G14, H14 y la celda combinada D15E15F15G15H15, la cantidad de calor se da en la otra unidad de medida, en Gcal (en gigacalorías).
10. Energía térmica norte en kW, se calcula el requerido para cada uno de los procesos
para calentar acero en la celda D16: \u003d D12 / (D8 * 60) =21,083
para calentar hielo en la celda E16: \u003d E12 / (E8 * 60) = 2,686
para derretir hielo en la celda F16: \u003d F12 / (F8 * 60) = 2,686
para calentar agua en la celda G16: \u003d G12 / (G8 * 60) = 2,686
para calentar aire en la celda H16: \u003d H12 / (H8 * 60) = 47,592
Potencia térmica total requerida para completar todos los procesos a tiempo t calculado
en la celda combinada D17E17F17G17H17: \u003d D13 / (D8 * 60) = 71,361
En las celdas D18, E18, F18, G18, H18 y en la celda combinada D19E19F19G19H19, la potencia térmica se da en la otra unidad de medida, en Gcal / h.
Esto completa el cálculo en Excel.
Conclusiones:
Tenga en cuenta que para calentar el aire es necesario gastar más del doble de energía que para calentar la misma masa de acero.
Al calentar agua, el gasto de energía es el doble que al calentar hielo. El proceso de fusión consume mucha más energía que el proceso de calentamiento (con una pequeña diferencia de temperatura).
Calentar agua requiere diez veces más energía térmica que calentar acero y cuatro veces más que calentar aire.
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Recordamos los conceptos de "cantidad de calor" y "potencia térmica", examinamos las fórmulas fundamentales para la transferencia de calor y examinamos un ejemplo práctico. Espero que mi lenguaje sea simple, comprensible e interesante.
A la espera de preguntas y comentarios sobre el artículo!
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