7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 1/13

Curs 2

REGIMUL DE TEMPERATURI 

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 2/13

Definirea regiumului de temperaturi presupune calcularea şi  obţinerea temperaturii cuptorului (tc), precum şi stabilirea variaţiei acesteia întimp şi în spaţiul de lucru al cuptorului.

Calcularea temperaturii cuptorului 

În spaţiul de lucru există  cel puţin  trei câmpuri de temperaturi (alagentului termic, al zidăriei şi al încărcăturii), diferite între ele ca valori.Temperatura cuptorului ca parametru al unui sistem, nu ar avea sens

decât în situaţia de echilibru termodinamic, adică  atunci când în acestsistem temperaturile ar fi egale şi, în consecinţă, ar lipsi schimburile decăldură. Cum în practică nu se  întâlneşte cuptor cu un astfel de regim,se impune necesitatea unor simplificări:

a) Se consideră  echilibre termodinamice, separat, în interiorul

fiecăruia dintre cele trei corpuri.b) Se introduce noţiunea de temperatură efectivă, tef .c) Se calculează  tef , presupunând că  în spaţiul  de lucru

schimburile de căldură se fac numai prin radiaţie. În acest caz, pe bazaunui bilanţ termic simplificat, se pot face următoarele calcule:

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 3/13

  d) Se aplică regula mediei geometrice, ceea ce înseamnă: 

  ]K[,qq)1(q10C

1TT

TT10Cq

qqq)1(q

4matzt.at.a8

t.a0

4

matef 

4

mat

4

ef 

8

t.a0mat.a

mat.amatzt.at.a

  În formulele de mai sus, qa.t, qz  şi  qmat  reprezintă  fluxuriletermice radiate de agentul termic, zidărie  şi,  respectiv,  încărcătură,  iar

qa.mat este fluxul acumulat de încărcătură, C0=5,72 [W/m2

.K 4

]; constantaStefan-Boltzmann, iar este factorul de emisie.

T T T Kef a t mat .   , [ ]

  Deoarece simplificările anterioare introduc aproximări, se consideră că prin temperatura cuptorului se înţelege temperatura atmosferei gazoaseexistente în spaţiul  de lucru. Aceasta  înseamnă  că  temperatura cuptoruluieste temperatura pe care trebuie să o aibă gazele arse (flacăra) pentru caprocesul termo-tehnologic să  se poată  desfăşura  în condiţii  optime (aşa numita temperatură  tehnologică, tth). Pentru calculul temperaturii

tehnologice se recomandă relaţia: 

..t a 

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 4/13

  Prin s-a notat temperatura agentului termic în zona de ardere(gaze arse produse de instalaţia de ardere), iar prin - temperaturagazelor arse la evacuarea din spaţiul  de lucru. Valorile recomandatepentru sunt de (120-2000C) pentru cuptoare de elaborare, (70-1000C) pentru cuptoare de tratamente termice şi  de (60-800C) pentrucuptoare de uscare, pentru recomandându-se (20-400C).

t t tth mat

unde reprezintă diferenţa între şi temperatura maximă pe care oatinge încărcătura, . 

t   t ct mat

  Deoarece, prin schimb de căldură, temperatura gazelor arse variază pelungimea cuptorului, se diferenţiază două valori ale temperaturii tehnologice:

t t t

t t t

th mat

th mat

' '

" "

t th'tht "

t'

t"  Pe baza celor de mai sus, temperatura cuptorului se poatedefini prin valoarea medie a temperaturilor tehnologice:

2

"t'tttt   thth

thm.thc

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 5/13

unde: reprezintă  temperatura calorimetrică  de ardere, definită  înfuncţie de căldura specifică  a gazelor arse calculată după regulile amestecurilor, sau de căldura specifică 

a fiecărui gaz de ardere.

Localizarea temperaturilortehnologice: 

1 - gazele arse; 2 - instalaţia de ardere; 3 - zidăria; 4 - încărcătura; 5 - canalul de fum

Măsuri de obţinere a temperaturii tehnologice Temperatura pe care o au gazele arse în condiţiile  normale de

funcţionare, este temperatura de ardere reală , calculată prin relaţiile:

t t t

H

v c

H

v cr p K K

i

ga p.ga

i

g pi i   ;

t Kc p.ga   [ / ]J grd m N g.a

  3

c r cp.ga i p i   c pi

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 6/13

  Practic, temperatura calorimetrică  se determină  prin metoda

aproximărilor succesive sau apelând la diagramele “i - t” pentru gazelearse.Mărimea  este coeficientul piroscopic al arderii. Valorile acestui

coeficient sunt situate în limitele (0,65-0,85), in funcţie  de tipulcuptorului şi de gradul său de uzare.

Este evident că pentru desfăşurarea procesului termo-tehnologiceste obligatoriu ca temperatura oferită de arderea combustibilului să fie egală cu temperatura necesară,  , în cazurile contrare ( sau

) fiind necesare măsuri de modificare a temperaturii reale. 

p

rt

th't   rth   t't  

rth   t't  

2.2.1. Cazul rth   t't  

  Acesta este cazul urmărit, când nu se impune nici o măsură. Este însă un caz destul de rar întâlnit. Se  încadrează într-o astfel de situaţie unele cuptoare cum ar fi cele pentru elaborarea cuprului şi  a aliajelorsale.

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 7/13

2.2.2. Cazul 

Este cazul ce caracterizează  cuptoarele pentru elaborarea

metalelor şi aliajelor cu puncte de topire ridicate (oţel, Ti și aliajele sale,etc.). În această situaţie  se impun măsuri de mărire a temperaturii deardere reale de la până la .

 Analizând relaţia  matematică  pentru se constată  că  pentru a mări numărătorul,  trebuie introdusă  în spaţiul  de ardere, pe lângă  , ocantitate de energie suplimentară. Se conturează  astfel o primă posibilitate de mărire a temperaturii de ardere la cuptoare, care, practic,se realizează  prin preîncălzirea   aerului de combustie, sau

combustibilului, sau a ambelor, măsuri  prin care se aduce în zona deardere entalpia acestor materiale. În marea majoritate a cazurilor se

recurge la preîncălzirea  aerului de combustie. În vederea proiectării instalaţiilor  de preîncălzire  a aerului de combustie este necesară calcularea temperaturii de preîncălzire,  , în baza următoarelor operaţiuni succesive (în care intervine şi cantitatea reală de aer necesararderii, Lr [m3Naer /m3N; kgcomb]):

at

rth   t't  

rt thr   't't  

rt

iH

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 8/13

r

i't

gagata

tari

't

gagaKga.pga

ga.pga

tari'

k p

,r

ga.pga

tari

pthr

L

Hivi

iLHiv'tcv

cv

iLHt

t

cv

iLH't't

K

a

aK

a

a

at

a   ti   a (din diagrama “i - t” pentru aer).

Prin micşorarea numitorului din relaţia  , ceea ce înseamnă micşorarea lui la se profilează  a doua metodă  de mărire  a lui la .Micşorarea  volumului de gaze arse se poate realiza prin folosirea laardere a aerului îmbogăţit în oxigen (de regulă 25-35% oxigen), ceea ceconduce la reducerea volumului azotului din gazele arse de la la .

rtgav ga'v

rt   r't

2Nv

2N'v

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 9/13

2.2.2. Cazul 

Şi  această  situaţie  este  întâlnită  în secţiile  metalurgice, fiindcaracteristică  agregatelor pentru tratamente termice şi  a celor pentruuscare. De data aceasta este necesară  micşorarea  temperaturii deardere de la la . Metoda principală prin care se realizează acestdeziderat este recircularea gazelor  mai reci ajunse în apropierea

orificiului de evacuare, în zona de ardere, unde sunt amestecate cugazele arse proaspete furnizate de instalaţia  de ardere. Reducereatemperaturii de ardere se poate explica fie prin diluţia termică obţinută  în zona de amestecare, fie prin mărirea locală a volumului de gaze arsede la la , ceea ce înseamnă că se pot scrie ecuaţiile:

 în care [m3N ga /kg; m3N comb] reprezintă  volumul de gazerecirculate, aferent unităţii de combustibil.

gav ga'v

rth   t't  

rt thr   't"t  

ga.precga

ip

ga.pga

ipr c)vv(

H

c"v

H

"t

recv

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 10/13

  Intensitatea cu care se desfăşoară  procesul mecanic derecirculare este apreciată  prin gradul de recirculare, g, definit prinformula:

Pentru a se stabili varianta de realizare industrială  arecirculării  trebuie calculată  valoarea gradului g. Pentruaceasta, în baza schiţei prezentate în figura 1 se  întocmeşte unbilanţ termic local (suma puterilor termice introduse în zona deamestecare de gazele arse proaspete şi  cele recirculate esteegală  cu puterea termică  aferentă  energiei transportate deamestec în spaţiul de lucru). 

ga

rec

v

vg 

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 11/13

Fig.1. Schiţa pentru calcularea gradului de recirculare:1 - instalaţie de ardere; 2 - zonă de amestecare; 3 - agentul

termic (amestecul de gaze arse); 4 - gaze recirculate

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 12/13

  Rezolvând ecuația  de bilanț  termic local și  neglijând

variaţia cu temperatură a căldurilor specifice se obţine:

thga.precgathga.precrga.pga   'tc)vv("tcvtcv  

thth

thr 

ga

rec

t t 

t t 

v

vg

"'

'

  Variantele de obţinere  industrială  a recirculării  tehnologicedepind de tipul cuptorului şi de valoarea gradului g.

 Astfel, la cuptoarele pentru tratamente termice, la care deregulă,  , se apelează la recircularea internă, care poate fi realizată pe două căi:• recirculare tehnologică  naturală, bazată  pe fenomenul de ejecţie asigurat de viteza mare cu care instalaţia  de ardere introduce gazelearse proaspete în spaţiul de lucru;• recircularea tehnologică  artificială, când gazele sunt antrenate cuajutorul ventilatoarelor.

În cazul cuptoarelor pentru uscare, unde , trebuie asigurată o recirculare externă, obţinută artificial, folosind ventilatoare .

2g 

2g 

7/18/2019 Cursul_2

http://slidepdf.com/reader/full/cursul2-56d5322d2f927 13/13

  Pentru micşorarea  temperaturii de ardere, exceptândrecircularea, în cazuri izolate, se poate folosi mărirea coeficientului deexces de aer de combustie, metodă  care  însă  nu este recomandată, deoarece:se măreşte consumul de energie la ventilatorul de aer; este amplificat caracterul oxidant al atmosferei cuptorului.

Fig.2. Schiţa recirculării externe artificiale:1 - cuptor; 2 - încărcătura; 3 - instalaţie de ardere; 4 - canal de fum;

5 - ventilator; 6 - conducte pentru recirculare; 7 - cameră de amestecare