TIPICA CONFIGURAZIONE DI UN CIRCUITO VAPORE. 3 di di 19

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1 Crs d Energetca Elettrca Labratr A.A Valutazne delle dspersn termce d superfc pane e clndrce d 9 INTODUZIONE L energa termca rcesta dalle utenze, prdtta all ntern prvenente dall estern, vene dstrbuta tramte un sstema d dstrbuzne ce prvvede a prtare calre là dve serve attravers var vettr: - vapre, acqua calda, l mnerale, ara calda; Inltre le cndtte pssn ndrzzare dvers cmbustbl, vers le caldae drettamente vers sstem ce sfruttan l calre della cmbustne n md drett (ssa senza vettr ntermed). Scuramente l vapre è la sluzne pù cmune e la men cstsa. 2 d 9

2 L energa termca vene dstrbuta alle utenze fnal tramte una rete d cndtte ce prvvede a trasprtare calre attravers var vettr: vapre, acqua calda, l cald, ara calda. Nella maggr parte de cas, l vapre è la sluzne men cstsa e pù effcente, percé la trasfrmazne d acqua n vapre assrbe una grande quanttà d energa per kg d acqua (entalpa del vapre satur a 0, MPa = 2670 kj/kg, d cu 2252 kj/kg dvut all evaprazne). La centrale termca prduce vapre a pressne e temperatura leggermente pù alte rspett a quant rcest dalle utenze fnal. Nella maggr parte delle applcazn, scambatr d calre vapre-acqua vapre-ara fann parte delle appareccature delle utenze fnal. Nelle lnee d dstrbuzne del vapre, le temperature vann generalmente da 00 C a 500 C. Nelle lnee d dstrbuzne a l cald, le temperature vann da 250 C a 350 C. Valr tpc della velctà nelle cndtte sn: m/s per l vapre; 2-4 m/s per l acqua. 3 d 9 TIPICA CONFIGUAZIONE DI UN CICUITO VAPOE 4 d 9

3 Q Q calre trasmess per cnduzne attravers la parete Q Q Q calre cedut dalla superfce esterna al flud estern Q è dvut alla trasmssne d calre dal flud ntern al materale csttuente la parete e qund alla cessne dalla parete al flud estern TEMINOLOGIA: *cnvezne cnduttanza () Q calre cedut dal flud ntern alla superfce nterna La cndzne ce regla l scamb termc a regme è la seguente: Q = Q = Q *rraggament *cnduzne cnducbltà TEMICA (k) 5 d 9 CONDUZIONE: è l fenmen dvut al fluss d calre ce attraversa un strat d materale quand esste una dfferenza d temperatura tra le due superfc ce lmtan l strat. Il trasferment s arresta quand la temperatura della parte calda uguagla quell della parte fredda. Il parametr ce caratterzza la cnduzne è la cnducbltà termca (k) ce rappresenta la capactà d un materale d trasmettere l calre; metall pssedn elevat valr d cnducbltà termca, l plstrl espans e la lana d rcca (materal slant) pssedn valr nferr. IAGGIAMENTO: è l fenmen ce cnsdera l fluss d calre emess/assrbt dalla superfce d un crp vers l ambente crcstante (senza la necesstà d un mezz vettre). Il parametr ce caratterzza l rraggament è l ceffcente d emssvtà ce dpende dalla frma del crp dalla sua pactà e trasparenza n rapprt al crp ner d rferment. 6 d 9

4 Il calre rraggat rsulta prprznale alla quarta ptenza della dfferenza delle temperature asslute. Nel cas d lnee d dstrbuzne ndustral l fenmen dell rraggament vene lnearzzat e cnglbat nel parametr della cnvezne. CONVEZIONE: è l fenmen ce cnsdera l fluss d calre scambat tra la superfce d un crp ed un flud a temperatura dversa, ce l lambsce. Ceffcente d scamb termc Il parametr caratterstc è la cnduttanza termca () ce dpende dal tp d mvment del flud adacente la superfce NB: per la valutazne delle dsspazn d energa termca s cnsderan 3 fenmen cnguntamente 7 d 9 Cnducbltà k: è la prpretà fsca d un materale ce ne descrve la capactà d cndurre calre. QUANTITÀ DI CALOE CHE ATTAVESA NELL UNITÀ DI kj TEMPO UNO STATO SPESSO s*m*k m, CON SUPEFICIE d m 2 QUANDO ESISTE UNA W DIFFEENZA DI TEMPEATUA m*k d K TA LE SUPEFICI CHE LO LIMITANO SI INDICA GENEALMENTE CON k Q k*(t -T c ) Cnduttanza : QUANTITÀ DI CALOE CHE PASSA kj s*m 2 *K W m 2 *K NELL UNITÀ DI TEMPO DA UNA SUPEFICIE DI m 2 AD UN FLUIDO ADIACENTE, QUANDO ESISTE UNA DIFFEENZA DI TEMPEATUA d K TA LA SUPEFICIE ED IL FLUIDO SI INDICA GENEALMENTE CON DIPENDE DA TEMPEATUA, VELOCITÀ, STATO DELLE CONDOTTE 8 d 9

5 Per parete pana ed mgenea T NB: per materal mgene la resstenza termca T > T è l recprc della cnduttanza a regme ntern Q Q estern Q Q = Q = Q Q = *A*(T -T P ) Q = d/k*a*(t P -T P ) TP d k = + + k d T P O T qund Q = *A*(T P -T ) Q *(/ +/ +d/k)=t -T A Q = U*A*(T -T ) U = / Ceffcente d trasmssne del calre E IMPOTANTE, PE LA DETEMINAZIONE DI TUTTI I COEFFICIENTI, CONOSCEE LA FOMA E DIMESNIONI DELLE SUPEFICI CONSIDEATE NELLO SCAMBIO 9 d 9 A: area crrspndente alla uguale superfce nternestern Generalzzazne a superfc multstrat d = spessre dell strat -esm = cnduttanza tra flud ntern e parete nterna (nclude rraggament) = cnduttanza tra flud estern e parete esterna (nclude rraggament) k = cnducbltà -esm strat d /k = resstenza termca dell strat -esm (T T ) Q = A d = + k + Ceff. d scamb termc d d 2 d 3 k k 2 k 3 0 d 9

6 CASO : SUPEFICI PAALLELE A FACCE PIANE (le superfc nterna ed esterna sn ugual) T > T k = [W/(m*K)] ntern s [m] estern ι ο = / + / +Σ d /k [(m 2 K)/W] resstenza termca U = = / + / + d /k CALOE SCAMBIATO: Q = U*A* T [W/(m 2 K)] ceffcente d trasmssne del calre U = ceffcente d trasmssne [W/(m 2 K)] A = superfce [m 2 ] T = dfferenza d temperatura [K] Q [W] ppure [kcal/] d 9 CASO 2: SUPEFICI CILINDICHE (le superfc nterna ed esterna nn sn ugual) I VALOI DI PE FLUIDI NELLE CONDOTTE DIPENDONO DA MOLTI FATTOI: STATO DELLE CONDOTTE, VELOCITÀ E TEMPEATUA T T Q r r ANCHE IN QUESTO CASO SONO PESENTI: * UN TEMINE ELATIVO ALLA CESSIONE DI CALOE DAL FLUIDO INTENO AL MATEIALE; NB: I TEMINI DEVONO CONTENEE INFOMAZIONI ELATIVE ALLE SUPEFICI DI SCAMBIO, DIVESE TA LOO * UN TEMINE ELATIVO ALLA CONDUZIONE DEL MATEIALE; * UN TEMINE ELATIVO ALLA CESSIONE DI CALOE DAL MATEIALE AL FLUIDO ESTENO. 2 d 9

7 Quest tp d cndtta è caratterstca del trasprt d vapre e d flud cald. Csì cme nel cas d paret a facce parallele, la quanttà d calre scambat è par a: T T Q = A dve A e dpendn dalla superfce d rferment. Cnsderam un tub multstrat (n = numer strat): r r Se s fa rferment alla superfce esterna s a: A = 2 π L r n r r r + = + ln + r k r = Se s fa rferment alla superfce nterna s a: n A = 2 π L r r r r + = + ln + r k r = L 3 d 9 Per un tub nud (nn slat) s a r = r, r = r 2 : r2 r2 r2 = + ln + r k r r r r2 = + ln + r k r 2 Se l spessre del tub rsulta mlt pù pccl rspett al ragg ntern (r -r << r ), c s può rcndurre alla frmula delle paret pane cn d = r - r e k l valre d cnducbltà del tub: r r = + k + per A = 2 π L r 2 per A = 2 π L r TUBO NUDO Se s cnsdera un tub slat, prendend cme rferment la superfce nterna (A = 2 π L r ) s a: r r r2 r r = + ln ln + r + k r k2 r 2 Cn spessre del tub trascurable (r 2»r ) e spessre d slante mlt pccl rspett al ragg del tub (r - r 2 < 0, r 2 ): r r r2 = + r k + 2 TUBO ISOLATO r2 r = r =3 4 d 9

8 Esemp rprtat su calclatre: Area = 4000 m 2 superfce del tp terrazz/tett da cbentare. Stuazne prma dell ntervent: 4 mm 8 cm T nt = 8 C Spessr: S = 0,004 m guana btumnsa S 2 = 0,08 m cement T est = 5 C Guana btumnsa cement dspszne rzzntale = 8 kcal/(.k.m 2 ) = 9,3 W/(m 2 K) e = 20 kcal/(-k.m 2 ) = 23,2 W/(m 2 K) k guana = 0,5 kcal/(.k.m) = 0,7 W/(mK) k cement = kcal/(.k.m) =,6 W/(mK) 5 d 9 DISPESIONI Q=U*A*DT U ceffcente d trasmssne A superfce DT delta T S calcl U ceffcente d trasmssne = s s k k 2 e Se s cbenta cn pluretan espans cn valr: k pe = 0,024 kcal/(.k.m)=0,027 W/mK e s pe = 0,08 m l nuv valre d U dventa U 2 = s s s k k k 2 pe pe + e 6 d 9

9 CALCOLO DEL CALOE Senza Cbentazne Q =U *A* Cn Cbentazne Q 2 =U 2 *A* T Su 2000 /ann Se s suppne una spesa d 5-20 Eur/m 2. Laddve mancan, fare le pprtune ptes su cst del cmbustble rsparmat per calclare l temp d rtrn dell nvestment allra d 9 8 d 9

10 TABELLE TATTE DA PETECCA G INDUSTIAL ENEGY MANAGEMENT. KAP. 9 d 9