UNIVERSITATEA TRANSILVANIA BRAOV FACULTATEA DE CONSTRUCII, INSTALAII PENTRU CONSTRUCII

PROIECT RETELE TERMICE

Constantin Iordan Grupa 14282 AN IV

2011-2012

PIESE SCRISE

1.Borderou

2.Tema de proiect

3.Memoriu tehnic

4.Breviar de calcule

5.Piese desenate

TEMA DE PROIECT

Sa se elaboreze proiectul unei retele termice arborescente , bitubulara

din otel pentru care se cunoaste ca agentul termic este apa fierbine cu

t=150/90C (tur-retur)

Reteaua este formata din 7 puncte termice cu sarcinile:

1)PT1 - PT3 - incalzire 5 blocuri fiecar a cate 250 kw

-apa calda 5 blocuri a cate 25 de apartamente fiecare cu un

debit de 0,7 l/s pe apartament

2)PT4 PT6 incalzire pentru 5 blocuri a cae 350 kw fiecare

- apa calda pentru 5 blocuri cu 40 de apartamente cu

debitul de 0,7 l/s pentru fiecare apartament

3)PT7 climatizarea unei constructii industriale cu un volum de aer de

22018

Proiectul se va preda in forma tehnoredactata si va cuprinde

urmatoarele elemente obligatorii:

1.prima foaie

2.borderou

3.tema de proiect

4.memoriu tehnic

5.breviar de calcule , care trebuie sa cuprinda :

-calculul sarcinii termice si al debitelor de agent termic pentru fiecare

punct termic si pentru fiecare tronson de retea luand in considerare :

=20C , =50C , =5C ;

-calculul hidraulic al conductelor retelei ;

-calculul termic al retelei termice , considerand ca izolatia este din vata

de sticla;

-calculul grosimilor de conducta ;

-calculul diafragmelor ;

-calculul condensatoarelor curbate in forma de U ;

-calculul distantei dintre reazame ;

6.masuratori (piese desenate )

-schema de calcul hidraulic al retelei cu toate elementele calculate ;

-schema termica de pricipiu a CET ;

-graficul piezometric al retelei ;

-detalii dupa caz

I.Calculul sarcinilor termice

1) Calculul sarcinii termice pentru nclzire: Necesarul de cldur pentru nclzire pentru fiecare din punctele termice PT1PT6 se va calcula astfel:

Numr de blocuri x Qnc bloc [kW] PT1-PT3 : 5(blocuri)250 kw=1250 kw PT4-PT6 : 5(blocuri)350 kw=1750 kw

2) Calculul sarcinii termice pentru preparare a.c.m.: Necesarul de cldur pentru prepararea apei calde menajere se va determina pentru fiecare punct termic n parte, lundu-se n calcul numrul blocuri cu numrul de apartamente caracteristic i considerndu-se un debit pe apartament de 0,7 l/s.

0,7[l/s]nr.de apartametenr.de blocuri

=densitatea apei la temperatura medie de 35 , si are valoarea 994 [kg/m] =este caldura specifica a apei la temperatura medie de 35 si are valoarea 4,183 [kj/kgK] =este temperatura apei de consum , considerata 60 =este temperatura apei reci inainte de incalzire considerata 10 PT1-PT3:

0,7255=87,5 l/s = 315 /h

PT4-PT6:

0,7405=140 l/s = 504 /h

3) Calculul sarcinii termice pentru climatizarea consumatorului industrial:

[kW]

n-este numarul de schimburi de aer pe ora , stabilit prin tema de proiectare (n=4) =este vlumul interior al spatiului climatizat =este densitatea aerului la temperatura interioara de 20 , si are valoarea 1,188 [kg/m] - este cldura specific a aerului la temperatura interioar ti=20, i are valoarea 1,007 [kJ/kg.K]; este temperatura interioar a aerului, considerat 20; este temperatura exterioar a aerului, considerat -21;

4)Calculul debitelor de agent termic

1.Debitul de agent termic pentru nclzire:

2.Debitul de agent termic pentru preparare ap cald menajer:

3.Debitul de agent termic pentru climatizare:

II. Calculul hidraulic al unei reele de termoficare

Un sistem de termoficare cu ap fierbinte este alctuit din instalaiile de transfer de cldur, amplasate de obicei n centrale electrice de termoficare (CET) sau n centrale termice (CT), sub form de boilere i cazane de ap fierbinte, din instalaiile de pompare, din reeaua de conducte propriu-zis, constnd din conducte magistrale de ducere i ntoarcere, din punctele termice (PT), n care se face transferul cldurii n reelele consumatorilor i din aparatele termice ale consumatorilor. Reelele de termoficare formeaz n general sistem nchise bitubulare de conducte, n care transferal de cldur se realizeaz n unul sau mai multe puncte ale reelei. Regimul hidraulic al reelei este determinat de debitul i presiunea apei, precum i de caracteristicile hidraulice ale elementelor componente. Elementele necesare pentru efectuarea calculului hidraulic i a regimului hidraulic al reelelor de termoficare cu ap sunt urmtoarele: schema i configuraie reelei; schema de preparare a apei fierbini la surs (CET sau CT); debitele termice de calcul ale consumatorilor; parametrii iniiali ai agentului termic; dezvoltarea n perspectiv a cererilor de cldur ale consumatorilor pentru o etap dat, pentru care se face dimensionarea reelei. Pe baza rezultatelor calculului hidraulic se pot rezolva urmtoarele probleme: elementele economice ale reelei de termoficare (investiii, consum de metal, volum de lucrri de execuie) ; alegerea numrului i a caracteristicilor pompelor de circulaie, de adaos i de presiune static din CET sau CT; alegerea schemelor de racordare a consumatorilor la reeaua de termoficare i a echipamentului de automatizare i control ; stabilirea regimurilor de funcionare ale reelei de termoficare. Prin calculul hidraulic de dimensionare se determin diametrele conductelor reelei i pierderile de presiune pe fiecare tronson, fiind date

debitele de agent termic transportat. Prin calculul hidraulic de verificare sc stabilete capacitatea de transport i repartiia debitelor la o reea existent, se verific funcionarea unei reele ntr-o etap intermediar de dezvoltare sau se verific funcionarea reelei n caz de avarie. Regimul hidraulic al unei reele de termoficare reprezint modul de repartiie a presiunilor n toate punctele reelei la un moment dat. In acest scop, pe baza calculului hidraulic se ntocmesc graficele de distribuie a presiunilor n reea n regim dinamic (de funcionare) i n regim static. Regimul dinamic se caracterizeaz prin diferena de presiune disponibil n fiecare punct al reelei ntre conducta de ducere i conducta de ntoarcere i prin nlimea de pompare a instalaiilor din CET, CT sau din staiile intermediare. Regimul static este definit prin presiunea static n reea i prin nlimea de pompare pentru meninerea acestei presiuni. Graficele de repartiie a presiunilor se ntocmesc att pentru regimul normal de funcionare, ct i n caz de avarie, pentru etapa de perspectiv i etapele intermediare de dezvoltare. Cu ajutorul acestor graphic se stabilesc urmtoarele elemente: racordarea instalaiilor consumatorilor de cldur la reeaua de termoficare; msurile de echilibrare hidraulic a reelei de termoficare; dimensionarea racordurilor i a diafragmelor de laminare, in vederea consumrii disponibilului de presiune n punctul de racord. Etapele calculului hidraulic de dimensionare a unei reele de termoficare sunt urmtoare: calculul debitelor de ap fierbinte ale consumatorilor, pe baza sarcinilor termice de calcul i a temperaturilor nominale ale apei n conducta de ducere i n cea de ntoarcere ; trasarea grafic a schemei conform poziiei pe teren a surselor de cldur i a consumatorilor; specificarea pentru fiecare tronson de conducte a debitului de ap, lungimii i diametrului nominal; determinarea lungimilor echivalente ale rezistenelor locale, stabilirea pierderilor specific de presiune, calculul pierderilor totale de presiune, pornind de la CET sau CT ctre ultimul consumator; trasarea graficului de repartiie a presiunilor pentru conducta de ducere i de ntoarcere, innd seama de profilul i de nlimile cldirilor racordate la reea; pe baza acestor elemente se aleg schemele de

racordare a consumatorilor, mrimea i locul de amplasare a staiilor de pompare. Calculul hidraulic de dimensionare: Datele de calcul vor fi centralizate ntr-un table. La alegerea diametrelor se utilizeaz, de regul, diagrame de calcul, ca cele prezentate n figura 3.1, de mai jos. n scopul obinerii stabilitii hidraulice a reelei se recomand ca diametrul conductelor s se aleag astfel nct pierderea de sarcin specific s se nscrie ntr-un anumit domeniu recomandat n funcie de tipul tronsonului:

- 3060 [Pa/m] pentru tronsoanele de conducte magistrale; - 80100 [Pa/m] pentru tronsoanele de conducte de distribuie;

- 150300 [Pa/m] pentru tronsoanele de conducte de branamente;

Datorit diametrelor mari ale conductelor, care caracterizeaz o reea de termoficare i a curgerii deplin turbulente prin acestea, vitezele de circulaie recomandate se situeaz n intervalul 0,53 [m/s]. Pentru acest proiect conductele se vor considera ca date de curnd n exploatare i pentru aceste condiii corespunde o rugozitate echivalent ke= 0,2 mm. Lungimea echivalent Lech reprezint suma lungimilor rezistenelor locale de pe tronsonul considerat, iar n cazul de fa se va considera ca fiind 20% din valoarea lungimii reale L. Lungimea de calul Lc cumuleaz cele dou lungimi Lc=L+Lech [m].

III.Determinarea grosimii peretelui unei evi cilindrice supuse la presiune interioar

Calculul mecanic al conductelor i sistemelor de conducte trebuie s asigure funcionarea acestora, n condiii de siguran pe ntreaga durat prevzuta pentru utilizarea lor. Prin acest calcul se urmrete: dimensionarea (sau verificarea) grosimii pereilor conductei i elementelor de conduct; stabilirea tipului i mrimii tensiunilor care apar n punctele cele mai solicitate ale reelei; determinarea traseului optim al conductei, care satisface att cerinele impuse de procesul tehnologic, acces, economicitate ct i cele impuse de asigurarea compensrii dilatrilor mpiedicate; stabilirea numrului i tipurilor suporturilor i suspensiilor necesare etc. Principalele elemente necesare efecturii calculului mecanic al conductelor sunt -parametrii fluidului transportat (presiunea p, n bar sau MPa i temperatura t, n C) ; -cerinele specificate de procesul tehnologic privind funcionalitatea sistemului de conducte (numrul de porniri-opriri, variaia temperaturii n funcionare, problemele de vibraii, coroziune, eroziune etc.); - caracteristicile materialelor de confecie (variaia cu temperatura i n timp a caracteristicilor mecanice i astructurii). Un corp cilindric supus la presiune interioar prezint o cretere a diametrului exterior de cu presiunea p, ntr-o corelaie stabilit de legea lui Hooke caracteristic pentru oelurile tenace, cu alungirea relativ 14%, oeluri uzuale n construcia elementelor de conducte. Se disting trei zone: 0-Pi domeniul de deformare elastic, n care deformarea este proporional cu solicitarea ; P-Pe, domeniul de deformare elastoplastic; Pe-PM, domeniul de deformare plastic accentuat care conduce la rupere. n domeniul deformrii elastice tensiunile variaz pe grosimea peretelui cilindric, dac corpul cilindric nu are tensiuni interne iniiale; tensiunile totale i deformaiile ntr-un punct oarecare sunt proporionale cu presiunea interioara. n domeniul de deformare elastoplastic, pe suprafaa interioar se atinge limita de curgere, ceea ce conduce la deformarea plastic a zonei imediat adiacente diametrului interior i la creterea tensiunilor n restul seciunii, care va fi solicitat tot elastic. Cu creterea presiunii, se vor atinge succesiv limita de curgere i de deformare plastic pe circumferine de diametre din ce in ce mai

mari, care separ zona deformat plastic de cea care este solicitat nc n domeniul elastic. Acest domeniu este foarte important, deoarece metodele actuale de calcul iau n considerare un anumit grad de deformare plastic, local, n scopul utilizrii la maxim a capacitii de rezisten a metalului. n domeniul deformrii plastice accentuate, ntreaga seciune a conductei este solicitat n domeniul plastic, materialul se ecruiseaz, ceea ce permite corpului cilindric s suporte o presiune mai mare pn la rupere, producndu-se deformaii accentuate. Determinarea grosimii peretelui: Dintre toate solicitrile la care este supus o conduct, la calculul grosimii pereilor se ia n considerare numai presiunea intern, urmnd ca pe parcursul proiectrii sistemului de conducte s se verifice dac dimensiunile alese pentru eava sunt corespunztoare pentru diferitele solicitri complexe care apar. Pentru conducte grosimea peretelui se determin pe baza criteriului tensiunilor admisibile i teoriei a III-a de rezisten aplicat tensiunilor produse de presiunea interioar:

pi este presiunea interioar maxim de funcionare (presiunea nominal), n [daN/cm2] iar 1 daN/cm2=1bar = 100000 Pa; Di este diametrul interior al evii (care se poate asimila cu diametrul nominal), n [cm], iar 100 mm=10 cm=0,1m; coeficientul de calitate a sudurii depinznd de tehnologia de sudur aplicat la realizarea conductei (cu valori cuprinse ntre 0,8 i 1); a rezistena admisibil (sigma) a materialului aferent solicitrii determinate de presiunea interioar pe direcia tangenial [daN/cm2], n funcie de calitatea materialului:

a = r/

r=rezistena de rupere a materialului n [daN/cm2] i care n acest proiect se va considera a=5200 [daN/cm2], corespunztoare mrcii oelului OLT52; cs=coeficientul de siguran, egal cu 3,75, pentru evi trase i 3, pentru evi sudate

c adaosul de coroziune i uzur, egal cu 0,05 cm pentru diametre Dn250 i de 0,1 cm pentru evi cu Dn>250 n urma efecturii calculelor se aleg mrimile standard ale evilor din producia curent, grosimea peretelui conductelor fiind aleas cea corespunznd valorii standard imediat superioare valorii rezultate prin calcul cu relaia de mai sus Calculul de verificare a tensiunii generate de presiunea interioar se face alegndu-se o grosime a pereilor conductelor din seria care se fabric n mod curent, cu relaia:

=

IV.Calculul termic a unei retele de termoficare Calculul termic al sistemului de conducte reprezinta un caz particular al trensferului de caldura intre doua fluide intre care exista un perete despartitor format din 1 sau mai multe straturi. In functie de temperature fluidului transportat se deosebesc trei categorii de conducte isolate termic.

A. Conducte pentru fluide calde au drept scop reducerea pierderilor

de

caldura si termeratura catre mediul ambient si asigura unor temperature ale suprafetei exterioare a conductelor in conformitate cu normele de protectie a muncii. B. Conducte pentru agenti frigorifici isolate termic in vederea

micsorarii

absortiei de caldura din mediul ambient si ale evitarii condensarii umiditatii din atmosfera pe suprafata conductelor isolate. C. Conducte pentru lichide cu temperaturi apropiate de temperature

ambianta , prevazuta cu izolatie termica in special la asezarea lor in exterior in scopul evitarii congelarii lichidelor transportate la temperaturi scazute ale mediului inconjurator.

Transferul de caldura prin peretele conductei se desfasoara in principal prin urmatoarele procese:

a) Prin convectie termica intre fluidul transportat si peretele

interior al conductei.

b) Prin conductie termica prin peretele conductei isolate

alcatuit, de regula, din:

- stratul metalic - izolatia termica - strat protector exterior

Cazurile mai complicate de transfer al caldurii prin conducte izolate termic (conducta ingropata in sol sau fara canal, conducte incalzite de conducte insotitoare) tratate diferit. Pierderi de caldura ale conductelor montate subteran (aerian) Pentru o conducta pierderea de caldura specifica se calculeaza cu relatia : g=(n-e)/R * (1-) [W/m] in care: n- temperature medie a agentului termic e- temperature exterioara a aerului unde este amplasata conducta R - rezistenta la transfer termic R=Ri+Riz+Re=1/Dihi+1/2iz * ln*Diz/De+1/Dizhe [m2k/W] in care Diz- diametrul exterior al izolatiei termice a conductei Di/De- sunt diametere interior/exterior -conductivitate termica a stratului izolator [W/mK] hi/he - coeficient de transfer de caldura prin convective de la fluid catre suprafata interioara a conductei respective prin convectie si radiatie de la conducta izolata la mediul ambient. Primul termen al relatiei rezistentei de transfer de termic prin peretele conductei este foarte mic si prin urmare el se neglijeaza in toate calculele termice. Conductivitatea termica a stratului de izolatie: iz=0.074+0.00031* miz [W/mK] in functie de natura izolatiei si temperatura medie a acesteia se determina pentru vata de sticla. Unde miz este temperatura medie a izolatiei ca o medie aritmetica langa temperature la suprafata interioara considerate ca fiind egala cu temperature agentului termic t=150C pe tur si temperatura la suprafata exterioara iz.( pentru aceasta temperature miz se calculeaza si celalalte marimi.)

Determinarea lui he se face utilizand relatia : he = 9.28+0.046*iz+6.96*v ^ [W/m2K] iz temperature suprafetei exterioare a izolatiei conductei C V -viteza vantului [5m/s] -coefficient adimensional de corectie care tine seama de pierderile de caldura din reazemele neizolate ale conductelor cu valori intre 0.1si 0.2 Pentru determinarea valorii rezistentei termice R se face un calcul iterative , prcedandu-se astfel:

- se aproximeaza initial iz si se calculeaza miz,iz,he,Re,Riz ,iar

apoi se determina valoare reala a temperaturii izolatiei termice la

suprafata exterioara la prima iteratie avand indicele 1.

(1)iz=m-(m-e)/(Re+Riz)*Riz [C] - se compara temperatura izolatiei dedusa cu relatia anterioara cu

cea aprximata ; valoarea este considerata buna daca este

indeplinita conditia 3%|( iz- n)/ iz |3%

Daca aceasta conditie nu e buna se alege din nou iz Cu prima relatie se calculeaza pierderea de caldura specifica t [W/m].

V.Calculul diafragmelor laminare La conductele ramificate se poate face o repartitie dorita a debitului cu ajutorul unor diafragme de laminare (scadere de presiune)introduce in acele conducte. Diametrul diafragmei D[mm] depinde de debitul G in [m3/h] de caderea de presiune in diafragma sau presiune excedentara (m CA) si de un factor de laminare C determinat de raportul sectiunii de trecere (d/D)2 ale diafragmei si conductei in care se monteaza aceasta si anume: d=c* (G/Pexc) in care: G debit de agent termic pe traseul [m3/h] Pexc preiunea excedentara pe care trebuie sa o preia diafragma [mCA] c factor adimensional care se determina cu ajutorul diagramei din fig 1, calculul lui D facandu-se iterative deoarece D este necunoscut.

Pentru inceput se alege un C se determina un d la prima iteratie si va rezulta un alt C pe care il intr-oducem in a doua iteratie, iar cam dupa a treia iteratie de acest fel diferenta intre d2 si d3 este foarte mica pana se opreste .

VI.Calculul compensatoarelor curbate in forma de U Aceste compensatoare sunt in general simetrice,in acest caz centrul de greutate aflandu-se foarte aproape de directia tronsonului a carui deformatie este preluata. Aceasta informatie conduce la posibilitatea neglijarii momentelor in incovoiere in lungul tronsonului si din coturile compensatorului.( fig. Schema calcului a compensatoarelor curbat in forma de U.) Se considera deci ca in lungul tronsonului rectiliniu nu intervine forta de interactiune elastica a compensatorului. Deformatia totala preluata de compensator este:

1) L= 1 *L*( if ) [m] unde

1 -coeficient de dilatare a materialului conductei [mm/mm*K],tabel

11.4.3. L -lungimea totala a lungimi elastice

f -temperatura finala a fluidului

i -temperatura finala de montaj

Calculul acestor compensatoare este similar celui aplicat compen-satoarelor natural elastice. Pentru forta de reactiune elastica se poate utiliza urmatoarea relatie: 2) x=L*E*I/A [daN]

E -modulul de elasticitate daN/cm,tabel 11.4.4. I -moment de inertie a conductei ][ 4cm ,tabel 11.4.1.

A -moment de inertie a liniei elastice ][ 3cm ,se calculeaza cu expresia generala:

A=(1/m1*k)*(1.4*R^3-2.28*R^2*H+3.14*H^2)-(1.33*R^2)+(2*R^2*H) -(4*R*H^2)+(0.6*H^3)+(H^2*B) [m3] in care:

K -coeficientul lui Karman pentru coturi(curbe) netede sau cutate

1m -coeficient de repartizare a tensiuni in sectiunea conductei

R -raza de curbura a coturilor compensatorului[m] H -inaltimea compensatorului B -latimea compensatorului In cazul coturilor rigide,cum este si in cazul acestui proiect 11 m si 1k

Coeficientul k se poate determina cu relatia: k=(1+12*h^2)/10+12*h^2 pentru h > 0.33 k=(3+536*h^2)/(105+4136*h^2+4800) pentru 0,2 < h < 0,3 h=(4*S*R)/Dm^2 coeficientul tevii , unde : S-grosimea peretelui tevii[m]

2

mD -diametrul mediu in sectiunea transversala[m]

Coeficientul

1m se determina cu:

m1= (2/3*k)*((5+6*h^2)/18) pentru h < 1,47 m1=(12*h^2-2)/(12*h^2-1)pentru h > 1,47 In ipoteza pretensionarii initiale a compensatorului in proportie de 50 % deformatia L devine L/2, iar relatia fortei elastice x= (L*E*I)/(2*A) Tensiunea maxima de incovoiere se deduce cu relatia: max= (L*E*D*H)/(2*A) unde: D - diametrul conductei care se poate asimila cu Dn [m] Se recomanda pentru R=1..2 * Dn pentru coturi rigide,R=4..4,5 * Dn pentru coturi indoite si pentru H = 10.12 *Dn Etapele de calcul necesare pentru dimensionarea si deducerea formei de reactiune elastic a unui conpensator U in ipoteza nepretensionarii sunt uramatoarele:

- Se aleg constructiv valorile razei de curbura R, pentru cazul in

care coturile sunt rigide R=1*Dn [m] si ale inaltimii h [m]

- Se calculeaza deformatia totala preluata de compensator cu rel 1

- Se determina deschiderea compensatorului B considerand o

valoare a tensiunii admisibile de incovoiere

=800.1000[daN/cm2]

In cazul in care valoarea calculate a lui B = 1.2 *H se trece la urmatoarea etapa, in caz contrar se alege o alta valoare pentru H si se reia calculul.

- Se calculeaza valoarea fortei de reactiune elastica cu relatia 2) in

care ipo

- teza nepretensionarii si cu relatia 9) in cazul pretensionarii.

VII.Calculul distantei dintre reazeme Distanta intre reazeme se determina cu relatia pentru calcul la incovoiere a grinzilor contine cu sarcina uniforma distribuita l=((12*W*ai)/gt) [cm] ai- rezistenta admisibila la incovoiere datorata greutatii proprii 600[daN/cm2] W- modulul de rezistenta a sectiunii conductei [cm3] tabel 11.4.1 gt- greutatea totala a conductei, apei si izolatiei [daN/cm] tabel 11.4.1 l- distant intre reazeme [cm] se transporta in [m]