12c Impianto frigorifero - compressore volumetrico dimensionamento

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1 Uniersità degli studi di Bologna D.I.E.M. Diartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche, Nucleari, eronautiche e di Metallurgia c Imianto frigorifero comressore olumetrico dimensionamento re. Noembre 008 Secifiche di rogetto () Potenzialità (otenza frigorifera) Q & f (90.7) kcal/h kw Temeratura cella fredda t f 5 C Temeratura ingresso acqua di refrigerazione t i 0 C Temeratura uscita acqua di refrigerazione t u C

2 Secifiche di rogetto () Determinare le dimensioni rinciali del condensatore (diametro mantello e lunghezza con n assaggi) Minima differenza di temeratura al aorizzatore τ 5 C Minima differenza di temeratura al condenstore τ k 8 C Velocità attraersamento dell acqua nei nei tubi.0 m/s Coefficiente di scambio lato aore α 00 W/(m K) Coefficiente di scambio lato acqua (da erificare) α a 7000 W/(m K) Coefficiente di sorcamento lato acqua f a 0.8 Tubi er condensatore d i d e 6 mm (ottone) Passo tubi er condensatore d e (maglia a triangoli equilateri) Conduttiità termica ottone (tubi) λ 50 W/(mK) Coefficiente utilizzo iastra tubiera f u 0.85 Secifiche di rogetto () comressore Caduta di ressione alola asirazione Caduta di ressione alola mandata Coefficiente di sazio nocio Velocità media del corsoio Raorto corsa/diametro Numero di cilindri Velocità di rotazione Rendimento meccanico Rendimento di fuga e termico a m m c m s/d z n η m η t η f ???? bar bar m/s giri/min

3 traccia er la risoluzione Si calcolino le seguenti grandezze: Ciclo termodinamico e stati fisici di tutti i unti caratteristici Coefficiente di effetto frigorifero (COP) Portata di fluido oeratore Potenza assorbita dal comressore Potenza scaricata al condensatore Cilindrata del comressore Suerficie di scambio del condensatore Dimensioni rinciali del condensatore (diametro mantello e lunghezza) 5 Fluido frigorifero (R0) Fluido frigorifero R0 Miscela zeotroica RR5 (50%,50%) t glide crit t crit M κ κ m_ 0. C (a MPa) 7.7 bar 70.7 C 7.59 kg/kmol.7.00 R0 R CO R R5 ODP GWP () GWP ()

4 Layout (semlice comressione secca) 7 R0 (miscela ZEOTROPIC) h 5.6 k bar 5.8 bar t h 85.6 h 65. o B h 7.6ht 58.6 h 65 8

5 h s kj/(kg K).876 kj/(kg K) s c Eaoratore c.0 kj/(kg K) µ Pa s µ Pa s λ 0.00 W/(m K) λ W/(m K) σ 0.00 N/m Stati fisici (saturazione) bar t 9.70 C t 9.6 C h kj/kg kj/kg dm /kg dm /kg kj/(kg K) h s.7 kj/(kg K).798 kj/(kg K) s c Condensatore bar t 9.7 C t 9.8 C h kj/kg kj/kg dm /kg dm /kg kj/(kg K) c.7766 kj/(kg K) µ Pa s µ Pa s λ W/(m K) λ 0.00 W/(m K) σ 0.00 N/m 9 t, : aore surriscaldato t t h t t s t t 7.7 C h 65.0 kj/kg s c bar 60.7 C 58.6 kj/kg.00 dm /kg.876 kj/(kg K).0 dm /kg.85 kj/(kg K).6 kj/(kg K) c.0 kj/(kg K) λ W/(m K) Stati fisici (). agg. successie : aore saturo umido h kj/kg s.5 kj/(kg K) c.6 kj/(kg K) c.0 kj/(kg K) λ 0.00 W/(m K) λ W/(m K) 0 5

6 Bilancio termico alla cella fredda Q& f r Portata massica di fluido frigorifero ( h h ) ( h h ) Portata acqua di refrigerazione Q& kg s kg 6887 ( h h ) ( ) h f B r Portata olumetrica asirata dal comressore V& r dm /s Comressione secca Stato fisico teorico di fine comressione k..0. k T t Tβ K 60.7 C 5.8 Rendimento isoentroico del comressore h 58.6 t Lt h t h η ic L h h Stato fisico di fine comressione reale tt t 60.7 ( 9.6) t t+ 7.7 C η ic h COP h L

7 7 Rendimento di carica )].005(. [ /. f t n m η η β η cm cm n V V η & Cilindrata comressore (totale) manoellismo 0.9 (accettabile) d s 0.5 cm cm cm cm π π m d z s V n c s Corsa rea frontale comlessia lesaggio corsa/alesaggio rea frontale unitaria

8 condensatore 5 Q& Q& Bilancio termico al condensatore ( h h) kw ( h h) c ( t t ) c t 0 MW 0 O Portata acqua di refrigerazione t u 50 t/h 97. kg/s t k massa acqua secifica τ min Q& c t u 6 7 C O i O t 0 C 506 kg/s 506 kg/s kg O m 5 O m & 97. kg/s kg O 6 8

9 Coefficiente globale scambio termico λ ottone d s 00 e d i W mk 0 λ 0 mm, s W m K 7 Coefficiente globale scambio termico K α s + + λ α 0 Nel caso di fluido condensante i alori di coefficiente di scambio termico sono molto eleati e fortemente diendenti dalla geometria e dalla elocità del aore Nota: il diagramma seguente è alido er ebollizione. α kcal W f ( tk t ) h m K m K 8 9

10 Coefficiente globale scambio termico K α s + + λ α 0 W f ( Nu) f (, t ) 8000 m K α O Si assuma m/s t m (77)/ C 9 alore da ricordare!!!! Coefficiente globale scambio termico K K K α s + + λ α. 0 W kw 000 m K m K 0 f a Coefficiente sorcamento lato acqua 0 0

11 Diagramma di scambio t t k C t u 7 C t i τ 7 C τ m Q ( τ / τ ) ln( 6 / 6) τ τ min Salto medio logaritmico (LMTD) ( τ τ ) (6 6) 0. C ln Suerficie di scambio S Q& Kτ m 0 kw kw 0. K m K 500 m t u rea frontale di assaggio acqua 50 t/h 97. kg/s t k τ min O ρ 6 7 C t 0 C 506 kg/s 0 kg/m m/s.5 m

12 Numero di tubi πdi ; z.5 m z πd π ( 0 ) i Numero tubi 8056 (numero di tubi) rea laterale tubi l πd l l πd z e e z l 500 m π. 0 m m rea iastra tubiera Diametro iastra tubiera h. 6 d e d t h.6 de.6 de. d 6 z m f 0.85 u π 0 m π.6 m e m

13 Si assuma: d t d Bocca del aore.6 m 8. m /kg d π π.6 Con assaggio 67. m/s 5 Condotto scarico acqua O m/s d O π O O π 0.9 m 6

14 rchitettura assaggio.6 m 9 m 0.5 m La soluzione ad un assaggio non garantisce una buona distribuzione del aore in direzione trasersale 7 Bocca del aore () Per consentire l afflusso del aore ad una minore elocità E con una migliore distribuzione coniene adottare una soluzione a due assaggi il che richiede il raddoio dell area della iastra tubiera d d 5 m; m 89 m/s Con assaggi 8

15 rchitettura assaggi l.5 m d 5 m Nella soluzione a due assaggi il numero di tubi raddoia e la loro lunghezza si dimezza lasciando quindi inariata la suerficie di scambio recedentemente calcolata 9 Bibliografia Institute International du Froid Thermohysical Proerties R0 00, ISBN

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