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