Η ομάδα σπουδαστών του ΙΕΚ Ωραιοκάστρου συνεχίζει την έρευνα

Η ομάδα σπουδαστών του ΙΕΚ Ωραιοκάστρου συνεχίζει την έρευνα με νέα θέματα.
Δημοσιεύουμε τη δουλειά τους πάνω σε κάποια θέματα που επέλεξαν να αναλύσουν.

 

Α. Φορτίσεις θερμαντικών επιφανειών – Προσδιορισμός ισχύος λέβητα
Η ακτινοβολία της φλόγας είναι αυτή που μας δίνει τις μεγαλύτερες / μέγιστες φορτίσεις που επικρατούν στον θάλαμο καύσης. Μείωση της φόρτισης γίνεται όταν τα καυσαέρια εισαχθούν στα κανάλια συναγωγής με το ποσοστό της ακτινοβολίας να έχει πτώση, ενώ επικρατεί η συναγωγή.
Οι σύγχρονοι λέβητες δέχονται αυξημένες φορτίσεις στον θάλαμο καύσης αλλά και στα κανάλια συναγωγής. Παρ’ όλα αυτά η διαφορά φόρτισης είναι μικρότερη. Σε σχέση με τους παλιότερους λέβητες η διάρκεια ζωής είναι μεγαλύτερη λόγω της μικρότερης διαφοράς φόρτισης καθώς και των θερμικών τάσεων.

Οι μέσες θερμικές φορτίσεις των λεβήτων πετρελαίου είναι περίπου:
• q= 41 kW/m2 (35.000 kcal/hm2) για τον χυτοσίδηρο και
• q= 44 kW/m2 (38.000/hm2) για τον χάλυβα.
Ενώ στους λέβητες αερίου οι μέσες θερμικές φορτίσεις είναι χαμηλότερες, περίπου:
q= 28 εώς 30 kW/m2,
διότι η φλόγα αερίου έχει χαμηλότερη ικανότητα εκπομπής.
Οι προαναφερόμενες τιμές είναι ένα καλό κριτήριο για τον έλεγχο της διαστασιολόγησης ενός λέβητα, αν υπάρχει αμφιβολία για το αν το μέγεθος του είναι επαρκές για τη δηλωνόμενη θερμική ισχύ Q [kW]. Το μέγεθος του λέβητα A [m2] θα πρέπει να είναι τουλάχιστον περίπου:
A = Q/q [m2]
Όπου η τιμή της μέσης θερμικής φόρτισης q λαμβάνεται κατά περίπτωση.
Το μέγεθος του λέβητα Α κατά προσέγγιση (πιθανώς δεν αντιμετωπίζονται κάποιες βρεχόμενες επιφάνειες) υπολογίζεται:
A = πDL + πD2/4 + nπdl [m2]
Όπου:
D → διάμετρος του θαλάμου καύσης
L → το μήκος του θαλάμου καύσης
n → ο αριθμός των σωλήνων συναγωγής
d → η διάμετρος των σωλήνων συναγωγής
l → το μήκος των σωλήνων διαγωγής.

Πάμε να δούμε ένα παράδειγμα σε έναν λέβητα του εργαστηρίου μας των 100.000 kcal/h με τα παρακάτω χαρακτηριστικά:
Διάμετρος φλογοθαλάμου D=0,31m
Μήκος φλογοθαλάμου L=0,767m
Διάμετρος σωλήνων συναγωγής d=0,038m
Μήκος σωλήνων συναγωγής l=0,82m
Αριθμός σωλήνων συναγωγής n=18
Έλεγχος μεγέθους ισχύος του παρακάτω λέβητα με βάση το παρακάτω διαστασιολόγιο (για πετρέλαιο):
Α=π*D*L+πD2/4 + n*πd*l (m2)
A=π*0,31 0,767+π*0,312/4+18*π*0,038*0,82=> Α=2,583 m2
Η ονομαστική θερμική ισχύ του λέβητα είναι:
Q=A*q =2,583*44=113,7kW (98,000 kcal/h)
Μέση θερμική φόρτιση q για χαλύβδινο λέβητα πετρελαίου q=44 kW/m2
Για την περίπτωση τώρα του ίδιου λέβητα αλλά με καύση αερίου έχουμε τα εξής:
Επιφάνεια Α=2,583 m2 (όπως παραπάνω)
Μέση θερμική φόρτιση q για χαλύβδινο λέβητα αερίου:
q=30kW/m2
Οπότε έχουμε:
Q=A*q=2,583*30=77,5kW (66,800 kcal/h).

 

B. Δοχεία διαστολής: Υπολογισμός / Επιλογή
Επιλογή της βαλβίδας ασφαλείας
Για τον ακριβή υπολογισμό του κατάλληλου δοχείου διαστολής, χρειάζονται τα εξής στοιχεία:
• Περιεκτικότητα όλης της εγκατάστασης σε νερό(λέβητας,σώματα,σωληνώσεις).
• Θερμοκρασία νερού προσαγωγής.
• Θερμοκρασία νερού επιστροφής.
• Αρχική πίεση (στατικό ύψος).
• Τελική πίεση (μέγιστη πίεση λειτουργίας.)
Η ποσότητα του νερού στην όλη εγκατάσταση είναι δυνατόν να υπολογιστεί κατά προσέγγιση από την απόδοση του λέβητα. Για τον υπολογισμό αυτό ισχύουν οι ακόλουθες τιμές:
Σε 1000Κcal/h αντιστοιχούν:
– 6 λίτρα σε θέρμανση με κονβέκτορες Runtal
– 8 λίτρα σε θέρμανση με fan coils ή αερόθερμα
– 11 λίτρα σε θέρμανση με Άβακες
– 14 λίτρα σε θέρμανση με Κοινά Σώματα
Αν η μέση θερμοκρασία του νερού δεν είναι γνωστή, μπορούμε να την υπολογίσουμε από την θερμοκρασία προσαγωγής και επιστροφής.
Μέση θερμοκρασία (t m)

όπου tv= θερμοκρασία προσαγωγής
tr= θερμοκρασία επιστροφής
Παράδειγμα

tv= 90℃
tr= 70℃
Ο απαιτούμενος ωφέλιμος όγκος του δοχείου διαστολής υπολογίζεται από την συνολική ποσότητα του νερού της εγκατάστασης και τη μέση θερμοκρασία.
Ο ωφέλιμος όγκος του νερού στο δοχείο διαστολής πρέπει να είναι μεγαλύτερος (ή τουλάχιστον ίσος) της μέγιστης δυνατής διαστολής του νερού, της εγκατάστασης.
WA=Διαστολή νερού
Τύπος: WA=Wg*Af
Wg=Ολική ποσότητα νερού
Αf=Συντελεστής διαστολής

Παράδειγμα
Wg=500 λίτρα, t m 80℃, Af=0,0296 έτσι έχουμε:
WA= 500*0,0296 = 14,8 λίτρα
Συντελεστής πίεσης Df
Για τον υπολογισμό του συντελεστή πίεσης Df χρειάζεται η αρχική πίεση PA και η τελική πίεση PE:

PA=Αρχική πίεση (στατικό ύψος της εγκατάστασης)
PE=Τελική πίεση της εγκατάστασης (μέγιστη πίεση λειτουργίας που περίπου είναι PE = PA+0.7 bar)
Παράδειγμα
PA=1.5bar
PE= 2,2 bar

Υπολογισμός του συνολικού όγκου του δοχείου
Από τις τιμές WA και Df υπολογίζεται ο συνολικός όγκος του δοχείου διαστολής,VN που είναι γεμάτος με άζωτο πριν συνδεθεί το δοχείο στην εγκατάσταση θέρμανσης.(Αρχική πίεση αζώτου από εργοστάσιο: 1.5 bar)
Παράδειγμα

WA=14,8 λίτρα
DF=0,21875

Έτσι έχουμε:

Κατά το παράδειγμα,χρειάζεται ένα δοχείο διαστολής του οποίου ο ωφέλιμος όγκος WA είναι μεγαλύτερος ή ίσος των 14,8 λίτρων και ο συνολικός του όγκος είναι μεγαλύτερος ή ίσος των 67,65 λίτρων.
Επιλέγεται τύπος 80 λίτρων.
Προσδιορισμός της πραγματικής τελικής πίεσης λειτουργίας στο δοχείο που επιλέξαμε.
(1+PA)*VN =(1+PE)*(VN-WA)= (1+1.5)*80=(1+PE)*(80-14.8)

=
οπότε τελική πίεση ισούται με PE= 2.07 bar

 

Επιλογή της βαλβίδας ασφαλείας
Η βαλβίδα ασφαλείας πρέπει να ανοίγει σε πίεση τουλάχιστον 0,5 bar μεγαλύτερη από την τελική πίεση,
δηλαδή 2.07 + 0,5 = 2,57bar
Επιλέγουμε, πάντα την επόμενη ακέραιη τιμή άρα θα επιλέξουμε βαλβίδα ασφαλείας 3 bar.

 

Γ. Αυτόματος πλήρωσης
– Που μας χρησιμεύει ;
– Που τοποθετείται;
– Ποια είναι η σωστή ρύθμιση πίεσης;
Ο αυτόματος πλήρωσης χρησιμοποιείται για την απλοποίηση της πλήρωσης των εγκαταστάσεων κεντρικής θέρμανσης. Προσαρμόζεται απευθείας στο σύστημα και η πίεση του, ρυθμίζεται περίπου 0,2-0,5 bar πάνω από την στατική πίεση της εγκατάστασης.

 

Δ. Δοχεία Διαστολής ζεστού νερού χρήσης
– Πού χρησιμεύει;
– Πού συνδεέται;
– Ρύθμιση πίεσης και μέγεθος δοχείου.
– Ποια είναι τα οφέλη;
– Διαχωρισμό από τα δοχεία διαστολής θέρμανσης.

Το δοχείο διαστολής ζεστού νερού χρήσης, χρησιμοποιείται για την διαχείριση αλλά και για την απόσβεση της διαστολής του νερού, λόγω της θερμοκρασίας. Το δοχείο συνδέεται μεταξύ της βαλβίδας ασφαλείας και του boiler (βλ. σχεδιάγραμμα 2). Ακόμη, η πίεση του δοχείου, πρέπει να είναι ίση με την μέγιστη πίεση του δικτύου πόλεως ή με την πίεση εξόδου του μεταβλητή πίεσης. Όσον αφορά το μέγεθος του δοχείου, όλες οι πληροφορίες διαφαίνονται στον παρακάτω πίνακα.

Σε αυτό το σημείο αξίζει να αναφερθούν τα οικονομικά οφέλη που αποφέρει το δοχείο.
Εάν, λοιπόν, λάβουμε υπόψιν την απώλεια νερού από την διαρροή της βαλβίδας ασφαλείας, την ενέργεια που θα καταναλώσουμε για την επαναθέρμανση νερού ίδιας ποσότητας, αλλά και τις ζημιές που μπορεί να προκληθούν στο λεβητοστάσιο, λόγω της υγρασίας, θα συμπεράνουμε ότι η αγορά ενός δοχείου διαστολής, συνήθως οδηγεί σε απόσβεση σε διάστημα 1-2 ετών.
Τέλος, πρέπει να τονιστεί ότι υπάρχει διαφορά των δοχείων διαστολής μεμβράνης σε σχέση με την χρήση. Διακρίνονται σε δοχεία για κλειστά κυκλώματα (θέρμανσης), και σε δοχεία για νερό χρήσης τα οποία δέχονται το νερό εντός της μεμβράνης και οφείλουν να έχουν αντιδιαβρωτική προστασία. Συνήθως έχουν χρώμα μπλε ή άσπρο.

Αυτά ήταν μερικά θέματα που θεωρήσαμε ενδιαφέροντα για το κοινό μας. Ευχαριστούμε που μας διαβάσατε ακόμη μια φορά.
Στην έρευνα, όπως και σε αυτήν που παρουσιάστηκε στο τεύχος Μαρτίου – Απριλίου 2023 του «υδραυλικού» (#1526) σχετικά με το Υδρογόνο, συμμετείχαν οι σπουδαστές:
Χρήστος Κεραμυδάς, Γιώργος Ντουμιάς, Απόστολος Βαρδίκος, Ευριπίδης Χριστοφορίδης, Γιώργος Παρθενάκης, Θεόδωρος Ζαπουνίδης, Ευθύμης Μπαμπέτσας, Γρηγόρης Μόκκας, Παναγιώτης Καραπαύλος.
Η έρευνα τους έγινε με την βοήθεια του καθηγητή τους κ. Σάκη Αλεπλιώτη. Σας ευχαριστούμε!