UNIVERSITATEA TEHNICA CLUJ NAPOCA

FACULTATEA DE INSTALATII

SECTIA INSTALATII

PROIECT

INSTALATII FRIGORIFICE

BORDEROU

A.PIESE SCRISE

TEMA DE PROIECTARE

MEMORIU TEHNIC

BREVIAR DE CALCUL

BIBLIOGRAFIE

B.PIESE DESENATE

Schema de principiu a ciclului frigorific

TEMA DE PROIECTARE

Sa se proiecteze instalatia frigorifica cu compresie mecanica de vapori intr-o treapta de proiectare avandu-se urmatoarele datele de proiectare :

puterea frigorifica Q_o=121[KW]

temperatura agentului de racire la intrarea in condensator

temperatura agentului de racire la iesirea din condensator

temperatura agentului racit la intrarea in vaporizator

temperatura agentului racit la iesirea din vaporizator

agentul frigorific folosit NH₃

agentul de racire al condensatorului :apa recirculata

agentul de racire al vaporizatorului :solutie apoasa de etylen-glicon

MEMORIU TEHNIC

Instalatia proiectata este o instalatie frigorifica de comprimare .Instalatia cuprinde:

in prima treapta de comprimare: vaporizator, compresor, separatoare de ulei, baterie de racire intermediara, ventil de laminare;

BREVIAR DE CALCUL

1.CALCULUL TERMIC

1.1. Determinarea parametrilor in punctele caracteristice

Determinarea puterilor termice si energetice ale instalatiei

2.DIMENSIONAREA APARATELOR FRIGORIFICE

2.1. Alegerea compresorului mecanic

2.2.Dimensionarea condensatorului frigorific

2.3.Dimensionarea vaporizatorului frigorific

2.4.Dimensionarea subracitorului frigorific

2.5.Dimensionarea conductelor si acesoriilor necesare instalatiei

1.CALCULUL TERMIC

Determinarea parametrilor in punctele caracteristice

1.1.1.Determinarea parametrilor :,p₀

S

Temperatura de vaporizare

Presiunea de vaporizare

1.1.2. Determinarea parametrilor ,p_k

Temperatura de condensare

Presiunea de condensare

S

Aleg

Determinarea temperaturii din subracitorul de lichid: t_sr

Consideram Dt_sr = 3 C

t_sr= t_w1+Dt_sr=27+3=30 C

Parametrii termodinamici ai agentului frigorific in punctele caracteristice ale ciclului frigorific:

1.2.Determinarea puterilor termice si energetice ale instalatiei

1.2.1.Puterea frigorifica specifica masica

q_o=i₁-i₅=1740-640=1100 [Kj/kg]

1.2.2.Puterea frigorifica specifica volumica

q_ov= q_o/ v₁=2200 [kj/m³]

1.2.3.Fluxul specific de condensare

q_k = i₂-i₃ = 1975-660=1315 [Kj/kg]

1.2.4. Fluxul specific pe subracitor

q_SR = i₃-i₄ = 660-640=20 [Kj/kg]

1.2.5. Lucrul mecanic specific de comprimare

l = i₂-i₁ = 1975-1740=235 [Kj/kg]

1.2.6. Calculul debitului masic de agent frigorific(NH3)

1.2.7.Puterea termica a condensatorului

Q_k=m*q_k=0.110[kg/s]*1315[kj/kg]=144.65[KW]

1.2.8. Puterea termica a subracitorului

Q_SR=m*q_SR=0.110[kg/s]*20[kj/kg]=2.2[KW]

1.2.9.Puterea adiabata de comprimare

P_a= m*l=0.110[kg/s]*235[kj/kg]= 25.85[KW]

1.2.10.Eficienta frigorifica

1.2.11.Bilantul energetic global al instalatiei

Q₀+P_a =Q_k+Q_SR

146.85=146.85 [kw]

2.DIMENSIONAREA AGREGATELOR FRIGORIFICE

2.1.Alegerea compresoarelor

2.1.1.Calculul coeficientului spatiului mort

unde : c_o - coeficient relativ al spatiului mort sau vatamator c_o=0.01_ 0.1

s-a ales c_o=0.05

m =1 , m -coeficient politropic

2.1. 2.Calculul coeficientului de laminare

2.1. 3.Calculul coeficientului de incalzire

T_a=t₁+273.15=-15+273.15=258[K]

2.1. 4.Calculul coeficientului de etanseitate

. S-a ales

2.1. 5.Calculul gradului de livrare

2.1.6.Calculul debitului volumic real

2.1.7.Calculul puterii indicate

b=0.001

unde : p_a - puterea de comprimare

- randamentul indicat

2.1.8.Calculul puterii efective

P_ef=P_i+P_fr=26.787+3.136=29.923[kw]

unde ; P_fr - purerea prin frecare

P_i - puterea indicata

2.1. 9.Puterea totala consumata

Se aleg doua compresoare de tipul ME 15 KW

2.2.Dimensionarea condensatorului frigorific

2.2.1.Dimensionarea termica

La dimensionarea condensatorului frigorific s-a folosit metoda grafo-analitica.S-a ales un condensator multitubular orizontal. Pt. proiectare condensatorului s-au folosit urmatoarele date de proiectare

Q_k=332500 [W]; ;

Astfel temperatura medie a apei de racire ,care circula prin tevile aparatului este data de formula : .Cu aceasta valoare a temperaturii apei de racire ,din tabele se citesc principalele marimi care definesc starile fizico-termice ale agentului de racire.

unde : - densitatea apei de racire corespunzatoare temperaturii de 29,5[C],[kg/m³]

Cp - ca ;dura specifica la presiune constanta

- conductivitatea termica [W/mk]

- viscozitatea cinematica [m²/s]

Pr - criteriul Prandle

Cu ajutorul acestor marimi se calculeaza coeficientul de convectie termica [W/m²k],pe partea apei cu o relatie de forma :

unde : d_i - diametrul interior sl tevii prin care curge apa de racire [m].S-a ales teava de 25*2.5 din otel ,cu d_i=20[mm]

Nu - criteriul Nusell se calculeaza cu o relatie de forma data mai jos,pentru valori ale criteriului Reynolds ,Re>10⁴

Re - criteriul Reynolds,se calculeaza cu o relatie de forma

w - vireza de curgere a fluiduluide racire .S-a ales w=1.5 [m/s]

Rezistenta termica la conductie ,datorata depunerilor pe peretii conductelor a unor straturi de piatra si ulei se calculeaza cu o relatie de forma :

unde: - grosimea stratului de piatra (0.5mm),respectiv a stratului de ulei (0.06mm)

- conductivitatea stratului de piatra (2.5Kcal/mhgrad),respectiv a stratului de    ulei (0.14kcal/mhgrad)

Fluxul termic intre fluidul de racire si peretele conductei (in a doua faza catre agentul frigorific)nu se poate calcula deoarece nu se cunoaste temperatura peretelui ,de aceea fluxul termic se va exprima sub forma unei functii dependente de temperatura peretelui,care urmeaza sa se determina .

Temperatura de condensare a agentului frigorific ,care circula printre tevile aparatului este : .Cu aceasta valoare a temperaturii ,din tabele se citesc principalele marimi care definesc starile fizico-termice ale agentului frigorific.

unde : c_p- caldura specifica masica la presiune constanta

Cu ajutorul acestor marimi se calculeaza coeficientul de convectie termica [W/m²k], cu o relatie de forma :

unde : d_e - diametrul exteriorl tevii prinre care curge agentul frigorific [m].S-a ales teava de 30*2.5 din otel ,cu d_e=30[mm]

Ga - criteriul Galilei se calculeaza cu o relatie de forma

Ku - criteriul ,se calculeaza cu o relatie de forma

r -caldura de vaporizare,calculata pe baza diferentei de entalpie la vaporizare

r=i₃'-i₄=407.78-137.32=270.46[Kcal/kg]

Fluxul termic se va exprima tot sub forma unei functii dependente de temperatura peretelui.

Temperatura peretelui ,se determina formandu-se un sistem de doua ecuatii,cu functiile exprimate mai sus:

In aceste functii se dau valori temperaturii peretelui astfel incat eroarea dintre cele doua functii sa fie<5%.

Temperatura peretelui este =34.65 [C],iar incarcarea termica q este deta de formula

2.2.2.Dimensionarea constructiva

unde : S - suprafata condensatorului [m²]

L - lungimea totala de teava [m]

Q_k - fluxul pe condensator [Kcal/h]

d_m - diametrul mediu al tevii ,

Nr . de tevi (n),se va calcula cu o reletie de forma:

Se alege un nr. intreg de tevi, n=34 tevi

unde : n - numar de tevi pe trecere

G - debitul de apa ce circula prin tevi [kg/h]

L_k - lungimea condensatorului [m]

Z - numar de treceri (circuite),Z=6 treceri

2.2.2.1. Dimensionarea mantalei

D_e=D'+d_e+2u+2S_m=0,46144+0,025+0,016=0,50244[m]

D'=m*t=461,44 mm

m=f(n*Z)=f(34*6) m=14,42

unde ; D_e - diametrul exterior al mantalei

t - pasul de asezare a tevilor, t=45mm

u - ,u=10mm

S_m - ,Sm=9mm

Se alege teava virolata cu D_e=850[mm]

Racordurile pentru amoniac lichid

25x2,5

Racordul pentru ammoniac vapori

57x3

Racordul pentru solutie etilen

121x4

2.3.Dimensionarea vaporizatorului frigorific

2.3.1.Dimensionarea termica

S-a ales un vaporizator multitubular orizontal,cu agentul tehnologic circuland prin tevi ,iar agentul frigorific printre tevi.Pt. proiectare vaporizatorului s-au folosit urmatoarele date de proiectare Q_o=275000 [W];

;

Astfel temperatura medie a agentului tehnologic ,care circula prin tevile aparatului este data de formula : . Cu aceasta valoare a temperaturii apei de racire ,din tabele se citesc principalele marimi care definesc starile fizico-termice ale agentului tehnologic.

unde : - densitatea apei de racire corespunzatoare temperaturii de 27[C],[kg/m³]

- conductivitatea termica [W/mk]

- viscozitatea cinematica [m²/s]

Pr - criteriul Prandle

Cu ajutorul acestor marimi se calculeaza coeficientul de convectie termica [W/m²k],pe partea de agent tehnologic cu o relatie de forma :

unde : d_i - diametrul interior sl tevii prin care curge apa de racire [m].S-a ales teava de 25*2.5 din otel ,cu d_i=20[mm]

Nu - criteriul Nusell se calculeaza cu o relatie de forma data mai jos,pentru valori ale criteriului Reynolds ,Re>10⁴

Re - criteriul Reynolds,se calculeaza cu o relatie de forma

w - vireza de curgere a fluiduluide racire .S-a ales w=1.8 [m/s]

Rezistenta termica la conductie ,datorata depunerilor pe peretii conductelor a unor straturi de ulei se calculeaza cu o relatie de forma :

unde: - grosimea peretelui tevii

- conductivitatea peretelui tevii

- grosimea stratului de ulei (0.05mm)

- conductivitatea stratului a stratului de ulei (0.14kcal/mhgrad)

- grosimea stratului de piatra

- conductivitatea stratului a stratului de piatra

Coeficientul de convectie pe partea de agent frigorific [W/m²k], se calculeaza cu ajutorul unui sistem de ecuatii functie de incarcarea termica q.

Coeficientul global de transfer de caldura se calculeaza cu relatia:

Suprafata vaporizatorului se calculeaza astfel:

2.2.2.Dimensionarea constructiva

unde : S - suprafata condensatorului [m²]

L - lungimea totala de teava [m]

d_m - diametrul mediu al tevii (25*2.5),

Nr . de tevi (n),se va calcula cu o reletie de forma:

Se alege un nr. intreg de tevi, n=28 tevi

unde : n - numar de tevi pe trecere

G - debitul de apa ce circula prin tevi [kg/h]

L_k - lungimea condensatorului [m]

Z - numar de treceri (circuite),Z=8 treceri

2.2.2.1. Dimensionarea mantalei

D_e=D'+d_e+2u+2S_m=0,6102+0,025+2*0,008+2*0,01[mm]

D'=m*t

m=f(n*Z)=f(28*12) m=19,07

unde ; D_e - diametrul exterior al mantalei

t - pasul de asezare a tevilor, t=45mm

u - ,u=10mm

S_m - ,Sm=9mm

Se alege 700x12 tabla prin virolare

Racordurile pentru amoniac lichid

25x2,5

Racordul pentru ammoniac vapori

127x4

Racordul pentru solutie etilen

121x4

2.4 Subracitorul de lichid:

Se conosc datele de proiectare :

*Puterea termica reala a subracitorului Q_SR=5,25 kW

*Agentul frigorific: amoniac

*Temperaturile agentului frigorific de lichid: t_l1=35 ˚С, t_l2=30 ˚C

*Agentul de racire: apa recirculata

*Temperaturile agentului de racire t_w1=27 ˚C, t_w2=32 ˚C

Calcul termic:

Subracitorul il reprezinta un schimbator de caldura in contracurent (SCC), din tuburi concentrice Ф 57x3,5 mm si Ф38x3mm.Agentul frigorific circula prin corpul subracitorului reprezentat de teava de diametrul cel mai mare ,iar apa de racire circula prin teava de diametrul mai mic ,care se afla inglobata in corpul subracitorului.

*Diferenta de temperatura medie logaritmica:

∆t_m=[(t_l2-t_w1)-(t_l1-t_w1)]/ln[(t_l2-t_w1)/(t_l1-t_w2)]=3 ˚C

In functie de temperatura medie a apei t_wm=(t_w1+t_w2)/2=(27+35)/2=29,5 ˚C, se determina din tabel valorile:

ρ_i=995,65 Kg/m³

C_pi=4,187 KJ/KgK

ν_i=0,801*10^-6 m²/s

λ_i=0,614 W/mK

P_ri=5,43

*Debitul masic de apa de racire:

G_i=Q_SR/[c_p(t_w2-t_w1)]=0,25 kg/s

*Debitul volumic de apa de racire:

V_i=G_i/ ρ_i=0,25/995,65=0.25*10^-3 m³/s

*Viteza apei in tub: w_i=(4* V_i)/(π*d_i²)=(4*0,25*10^-3)/(3,14*0,032²)=0,311 m/s

*Parametrii termofizici ai amoniacului la temperatura medie: t_ml=(t₃+t₄)/2=32,5 ˚C

C_pl=4,802 KJ/KgK

ν_l=0,216*10^-6 m²/s

λ_l=0,452 W/mK

P_rl=1,33

*Debitul volumic de amonic lichid: V_l=m_R*V₃=0,21*1,68*10^-3=0,352*10^-3 m³/s

*Viteza amoniacului lichid: w_l=(4* V_l)/[π(D_i²-d_e²)]=(4*0,352*10^-3)/[3,14(0,05²-0,038²)]=0,421m/s

*Coeficientul de transfer termic convectiv al apei de racire α_i:

R_e- criteriul Reynolds

R_ei=(w_i*d_i)/ ν_i=(0,311*0,032)/0,801*10^-6=12424,46

R_ei>10⁴

Nu - criteriul Nusell se calculeaza cu o relatie de forma data mai jos,pentru valori ale criteriului Reynolds ,Re>10⁴

N_ui=0,023* R_ei^0,8* P_rl^0,4=85,32

α_i= N_ui*( λ_i/d_i)=85,32*(0,614/0,032)=1637,07 W/m²K

unde : d_i - diametrul interior sl tevii prin care curge apa de racire [m].S-a ales teava de 38*3 din otel ,cu d_i=32[mm]

*Coeficientul de transfer termic convectiv al amoniacului lichid α_e:

d_ech=(D_i²-n*d₂²)/(n*d_e)=(0,05²-0,038²)/0,038=0,028 m

R_el=(w_l*d_ech)/ ν_l=(0,421*0,028)/0,214*10^-6=55084,11

R_el>10⁴

N_ul=0,023* R_el^0,8* P_rl^0,4=0,023*55084,11^0,8*1,33^0,4=159,98

α_l= N_ul*( λ_l/d_ech)=159,98*(0,452/0,028)=2582,53 W/m²K

*Rezistenta termica conductiva:

∑δ/λ= δ_OL/λ_OL+ δ_u/λ_u+ δ_p/λ_p=3*10^-3/50+0,5*10^-3/0,25+0,04*10^-3/0,14=5,4*10^-4 m²K/W

*Coeficientul global de transfer termic :

K=1/(1/α_i+∑δ/λ+1/α_l)=1/(1/1637,07+5,4*10^-4+1/2582,53)=650,16 W/m²K

*Suprafata de transfer de caldura a subracitorului:

S_SR=Q_SR/K*∆t_m=5,25*10³/650,16*3=2,69 m²

*Se alege subracitorul SCC-3, cu suprafata de 3 m²

2.6 Dimensionarea aparaturii auxiliare :

*Calculul rezervorului de lichid RL:

Se alege un rezervor de lichid in functie de G=231 KW =>RL=500 l

*Calculul separatorului de lichid:

V_R=m_R*V₁=0,246*0,507=0,124 m³/s

Diametrul separatorului de lichid pentru o viteza w=0,4 m/s:

Aleg separator de lichid vertical tip SLV-700.

*Calculul separatorului de ulei:

V_r,_R=m_R*V₂=0,246*0,13=0,031 m³/s

W=0,3 m/s

N_c=4

=>Aleg SU-300