UNIVERSITÀ DI PISA
Facoltà di Ingegneria
Facoltà di Ingegneria
Corso di Diploma in Ingegneria Meccanica
Calcolo di progetto di una caldaia a
tubi d’acqua
Tutore:
Ing. Marco Antonelli
Candidato:
Accoto Mario
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1. Definizione, descrizione e parametri caratteristici del generatore di
vapore
2. FLOW CHART relativo al calcolo di progetto del GVP
3. FLOW CHART relativo al calcolo di progetto del
RISCALDATORE D’ARIA
APPENDICE
Sommario della presentazione :
Sommario della presentazione :
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D
EFINIZIONE DI GENERATORE DI VAPORE
Si definisce generatore di vapore un impianto per
la produzione di vapore mediante la trasmissione
di energia termica dai prodotti della combustione
( ottenuti dalla reazione di combustione del
combustibile) al fluido termovettore.
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D
ESCRIZIONE DEL GENERATORE DI VAPORE Nelle caldaie a tubi di acqua, l’acqua circola all’interno del fascio
tubiero, lambito esternamente dai prodotti della combustione.
Il processo di circolazione permette di aumentare i tempi di
permanenza del fluido nel generatore di vapore, e quindi di incrementare lo scambio termico.
Organi Costitutivi del GVP:
-FOCOLARE -ECONOMIZZATORE -EVAPORATORE -CORPO CILINDRICO - SURRISCALDATORE - PRERISCALDATORE D’ ARIA - CAMINO - ORGANI AUSILIARI 4 di 19
P
ARAMETRI DELGVP
Per poter comparare e valutare le caratteristiche di un GVP rispetto
ad un altro e’ necessario avvalersi dei seguenti parametri:
Carico del generatore (%)
Consumo di combustibile (kg/s)
Potenza della camera di combustione (kW) Superficie di riscaldamento
Carico specifico volumetrico della camera di combustione (W/m³) Carico specifico superficiale della camera di combustione (W/m²) Potenza del generatore (W)
Indice di vaporizzazione Pressione d’esercizio Produzione di vapore (kg/s) Rendimento (%) 5 di 19
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Per garantire il rendimento di progetto senza ricorrere ad un
incremento della superficie della camera di combustione, (che con molta probabilità risulterebbe poco economico) si progetta un preriscaldatore d’ aria a fluidi in controcorrente alimentato dai gas provenienti dalla combustione.
I gas scorrono internamente ai tubi e l’ aria scorre all’esterno.
La verifica dei dati tecnici è stata fatta adottando il metodo Ɛ /NTU.
Flow Chart del Preriscaldatore d’ aria
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CONCLUSIONI :
L’elaborato si pone come obbiettivo quello di fornire, in linea di massima, i calcoli di progetto da effettuare per definire in prima battuta le caratteristiche dimensionali fondamentali del
generatore, necessarie a garantire il miglior scambio termico in relazione alle richieste dell’utente finale. Tali calcoli hanno lo scopo di fornire all’utente, in via approssimativa, i costi e le caratteristiche tecniche del generatore stesso cioe’ del suo investimento.
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Cenni sulla trasmissione del calore
Requisito essenziale della trasmissione del calore e’ l’esistenza di una differenza di temperatura : essa costituisce per la trasmissione di calore la forza motrice, così come la differenza di tensione lo e’ per il flusso di corrente.
Il calore fra due corpi si può trasferire per: • CONDUZIONE
• CONVEZIONE
CONDUZIONE
:
Scambio di calore in corpi solidi, liquidi, gassosi senza apparente movimento di materia.
Il meccanismo della conduzione termica e’ regolato dalla legge di Fourier.
In condizioni monodimensionali assume la forma :
dove:
Q : potenza termica scambiata (W);
A : area della sezione perpendicolare al flusso termico (m²); λ: conducibilità termica del materiale (W/mK);
CONVEZIONE
:
È la modalità di trasferimento termico di energia termica tra una superficie solida e il liquido o gas adiacente in movimento e implica gli effetti combinati di conduzione e trasporto di massa.
La convezione e’ chiamata convezione forzata se il fluido e’ forzato a scorrere sulla superficie da dispositivi esterni.
La convezione e’ chiamata convezione naturale se il movimento del fluido e’ causato da forze ascensionali indotte da differenze di densità legate alle variazioni di temperatura nel fluido.
La relazione fondamentale utilizzata per lo studio della convezione termica è la seguente:
Q̇ ̇ = hc * A * (Ts − T∞) Dove
Q̇ ̇ : potenza termica scambiata per convezione (W);
hc: coefficiente medio di scambio termico convettivo o adduttanza superficiale (W/m2°C);
A : area della superficie di scambio (m2);
Ts : temperatura della superficie a contatto con il fluido (°C); T∞ : temperatura del fluido indisturbato (°C);
IRRAGGIAMENTO
:
E’ la modalità di trasferimento di calore tra due o più corpi attraverso la trasmissione di onde
elettromagnetiche.
L’irraggiamento differisce dalla conduzione e dalla convezione principalmente per il fatto che si manifesta anche senza la presenza di un mezzo trasmissivo. Perché ci sia irraggiamento è necessario che i corpi si “vedano”, cioè tra essi sia presente un mezzo trasparente (anche il vuoto) che lasci passare l’onda elettromagnetica.
La relazione fondamentale che descrive il fenomeno dell’irraggiamento e’ data dalla legge di Boltzmann :
Q’ = ε * σ * A * T⁴ con ε = emittenza del corpo grigio < 1
A (m2) = area della superficie esterna del corpo grigio T (k) = temperatura del corpo grigio
Q’ ( kW)= potenza termica emessa
Nel caso di due superfici affacciate, a temperatura T1 e T2 con T1 > T2 la potenza termica scambiata dal corpo 1 sul corpo 2 e’:
= area della superficie del corpo 1 ε = emissivita’ del corpo 1.
CONOSCENDO LE PORTATE DEI FLUIDI E LE LORO TEMPERATURE D ‘ INGRESSO PER IL DIMENSIONAMENTO DEL PRERISCALDATORE HO ADOTTATO IL METODO ε – NUT
• HO DETERMINATO L’ EFFICACIA ( ε ) DEL PRERISCALDATORE AVVALENDOMI DELLA SEGUENTE RELAZIONE EMPIRICA :
CON :
C = E IL RAPPORTO FRA LA CAPACITA’ TERMICA MINIMA E LA CAPACITA’ TERMICA MASSIMA
NTU = TRASMITTANZA * AREA SUPERFICIE / CAPACITA’ TER. MINIMA